JP2012211942A - Solid-state image sensor and image pickup apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】位相差検出画素の遮光膜開口を小さくすることなく良好な位相差情報を取得する。
【解決手段】基板上に二次元アレイ状に配列形成され各々が入射光量に応じた信号電荷を発生させる複数の光電変換素子5と、該複数の光電変換素子5の各々の上に積層される同形状のマイクロレンズと、光電変換素子5の受光面と対応する前記マイクロレンズとの間に介挿され該光電変換素子5の受光面上に開口6が設けられた遮光膜とを備え、光電変換素子5のうち被写体からの入射光の位相差情報を検出する隣接する2つの光電変換素子5G,5gに設けられる前記開口が該2つの光電変換素子で共通に1つの開口7として設けられる
【選択図】図3Good phase difference information is obtained without reducing a light shielding film opening of a phase difference detection pixel.
SOLUTION: A plurality of photoelectric conversion elements 5 which are formed in a two-dimensional array on a substrate and each generate a signal charge corresponding to the amount of incident light, and are stacked on each of the plurality of photoelectric conversion elements 5. A microlens having the same shape and a light-shielding film interposed between the light-receiving surface of the photoelectric conversion element 5 and the corresponding microlens and having an opening 6 on the light-receiving surface of the photoelectric conversion element 5; Among the conversion elements 5, the opening provided in two adjacent photoelectric conversion elements 5 G and 5 g for detecting phase difference information of incident light from the subject is provided as one opening 7 in common with the two photoelectric conversion elements. Selected figure] Figure 3
Description
本発明は、被写体画像を撮像する撮像面上に位相差検出画素(焦点検出用画素とも云われる)を搭載した固体撮像素子及びこの撮像素子を搭載した撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state image sensor in which phase difference detection pixels (also referred to as focus detection pixels) are mounted on an imaging surface for capturing a subject image, and an image pickup apparatus in which the image sensor is mounted.
デジタルカメラ等の撮像装置で被写体に焦点を合わせる場合、被写体までの距離を位相差AF方式で検出する方法がある。この位相差AF方式には、例えば下記の特許文献1に記載されている様に、固体撮像素子の受光面(撮像面)上の隣接2画素(フォトダイオード(光電変換素子)を画素ということにする。)を焦点検出用画素のペア画素としたものがある。
When focusing on a subject with an imaging device such as a digital camera, there is a method of detecting the distance to the subject by the phase difference AF method. In this phase difference AF method, for example, as described in
このペア画素の一方に右眼で被写体を見た光が入射し、他方に左眼で被写体を見た光が入射するように、夫々の遮光膜開口を夫々の画素中心に対して反対方向に偏心させ、夫々の画素に入射光角度依存性を持たせるのが一般的である。 Each light shielding film opening is directed in the opposite direction with respect to the center of each pixel so that light seen from the subject with the right eye is incident on one of the paired pixels and light viewed from the subject with the left eye is incident on the other. In general, each pixel is decentered to have an incident light angle dependency.
図10は、位相差検出画素と通常画素との遮光膜開口を例示する図であり、6画素分を図示しており、中央の2画素が焦点検出用画素(位相差検出画素)である。上下の2画素づつが通常画素であり、夫々の遮光膜開口1は広く開口されている。これに対し、位相差検出画素の遮光膜開口2a,2bは開口1より狭く、且つ、各画素の中心から互いに反対方向に偏心して設けられる。
FIG. 10 is a diagram illustrating the light shielding film openings of the phase difference detection pixels and the normal pixels, illustrating six pixels, and the central two pixels are focus detection pixels (phase difference detection pixels). Each of the upper and lower pixels is a normal pixel, and each of the light
図11は、位相差検出画素で被写体までの距離を検出する原理を説明する図である。位相差検出画素のペア画素を水平方向に任意の間隔で並べ、遮光膜開口2aを通して得られた信号f(x)と、遮光膜開口2bを通して得られた信号g(x)とを求める。信号f(x)と信号g(x)とは、同一水平線上の同一被写体からの入射光を受光した結果得られるもので、互いに水平方向にずれた同一波形となり、両者間のズレ量が位相差量となる。この位相差量は、被写体までの距離に応じた視差であり、この位相差量から被写体までの距離を求めることができる。
FIG. 11 is a diagram for explaining the principle of detecting the distance to the subject with the phase difference detection pixels. The paired pixels of the phase difference detection pixels are arranged at an arbitrary interval in the horizontal direction, and a signal f (x) obtained through the light
従来の位相差検出画素に設ける遮光膜開口2a,2bは、両者間の視差が良好に得られるように、図10に示す様に、小さく、別々に形成されている。近年の固体撮像素子は多画素化が進展し、1000万画素以上を搭載するのが普通となり、1画素1画素が微細化され、1画素の寸法が製造限界に近づいている。この結果、位相差検出画素に設ける遮光膜開口2a,2bは、1画素よりかなり小さく形成しなければならない。
The light
しかしながら、各画素に積層されるマイクロレンズによる入射光の集光点(光スポット)は、入射光の波長程度以下に小さくできないという問題がある。光スポットの径は、光の波長λとレンズの開ロ数NAを用いると、およそ、スポット径Φ=1.22×λ/NAとなる。 However, there is a problem that the condensing point (light spot) of incident light by the microlenses stacked on each pixel cannot be made smaller than the wavelength of incident light. The diameter of the light spot is approximately the spot diameter Φ = 1.22 × λ / NA when the light wavelength λ and the lens aperture NA are used.
ここで、NA=n×sinθであり、θはレンズから焦点に向かう光の最大角度、nはレンズと焦点の間の媒質の屈折率である。固体撮像素子における光学系として、nを酸化膜の値(およそ1.46)、θ=45度とおくと、φ=1.26×λとなる。 Here, NA = n × sin θ, θ is the maximum angle of light from the lens toward the focal point, and n is the refractive index of the medium between the lens and the focal point. As an optical system in the solid-state imaging device, when n is a value of an oxide film (approximately 1.46) and θ = 45 degrees, φ = 1.26 × λ.
これは、スポット径が光の波長程度の広がりを持つことを表し、G(緑色)光として波長550nmを考えた場合、スポット径は約0.7μmとなる。従って、位相差検出画素の遮光膜開ロ2a,2bの一辺が0.7μmを下回ると、光スポットが遮光膜で蹴られることになり、感度が急激に低下する。
This indicates that the spot diameter has a spread about the wavelength of light, and when the wavelength of 550 nm is considered as G (green) light, the spot diameter is about 0.7 μm. Therefore, when one side of the light
例えば、1画素の1辺が1.4μmセルの固体撮像素子を考えた場合、遮光膜開ロ2a,2bのサイズは、およそ0.7μm程度となる。従って、位相差情報を取得するために遮光膜開ロ2a,2bを狭めると、位相差検出画素の感度が急激に低下し、良好な位相差情報を取得することが困難となる。位相差AFにより焦点距離を求める場合、低照度撮影時にはAF精度が得られないという問題が生じる。
For example, when considering a solid-state imaging device in which one side of one pixel is a 1.4 μm cell, the size of the light
本発明の目的は、微細化を図った画素に位相差検出用の遮光膜開口を設ける場合でも遮光膜開口を小さくせずに且つ良好な位相差情報を取得可能な固体撮像素子及びこの固体撮像素子を搭載した撮像装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of acquiring favorable phase difference information without reducing the light-shielding film opening even when a light-shielding film opening for detecting a phase difference is provided in a pixel that has been miniaturized. An object of the present invention is to provide an imaging device equipped with an element.
本発明の固体撮像素子は、基板上に二次元アレイ状に配列形成され各々が入射光量に応じた信号電荷を発生させる複数の光電変換素子と、該複数の光電変換素子の各々の上に積層される同形状のマイクロレンズと、前記光電変換素子の受光面と対応する前記マイクロレンズとの間に介挿され該光電変換素子の受光面上に開口が設けられた遮光膜とを備え、前記光電変換素子のうち被写体からの入射光の位相差情報を検出する隣接する2つの光電変換素子に設けられる前記開口が該2つの光電変換素子で共通に1つの開口として設けられることを特徴とする。 A solid-state imaging device according to the present invention includes a plurality of photoelectric conversion elements arranged in a two-dimensional array on a substrate, each of which generates a signal charge corresponding to the amount of incident light, and stacked on each of the plurality of photoelectric conversion elements. A microlens having the same shape and a light-shielding film interposed between the light-receiving surface of the photoelectric conversion element and the corresponding microlens and having an opening on the light-receiving surface of the photoelectric conversion element, Among the photoelectric conversion elements, the opening provided in two adjacent photoelectric conversion elements for detecting phase difference information of incident light from a subject is provided as one opening in common between the two photoelectric conversion elements. .
本発明の撮像装置は、上記の固体撮像素子を搭載することを特徴とする。 An image pickup apparatus according to the present invention includes the above-described solid-state image pickup element.
本発明によれば、遮光膜開口を小さくせずに且つ良好な位相差情報を取得することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to acquire good phase difference information without reducing the opening of the light shielding film.
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る固体撮像素子を搭載したデジタルカメラ(撮像装置)の機能ブロック構成図である。このデジタルカメラ10は、撮影レンズ21aや絞り21b等を備える撮影光学系21、この撮影光学系21の後段に配置された撮像チップ22とを備える。
FIG. 1 is a functional block configuration diagram of a digital camera (imaging apparatus) equipped with a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. The
撮像素子チップ22は、信号読出手段がCCD型やCMOS型等のカラー画像撮像用単板式の固体撮像素子22aと、固体撮像素子22aから出力されるアナログの画像データを自動利得調整(AGC)や相関二重サンプリング処理等のアナログ処理するアナログ信号処理部(AFE)22bと、アナログ信号処理部22bから出力されるアナログ画像データをデジタル画像データに変換するアナログデジタル変換部(A/D)22cとを備える。本実施形態では、固体撮像素子22aとしてCMOS型を例に説明する。
The image
このデジタルカメラ10は更に、後述のシステム制御部(CPU)29からの指示によって,固体撮像素子22a,アナログ信号処理部22b,A/D22cの駆動制御を行う駆動部(タイミングジェネレータTGを含む)23と、CPU29からの指示によって発光するフラッシュ25とを備える。駆動部23を撮像素子チップ22内に一緒に搭載する場合もある。
The
本実施形態のデジタルカメラ10は更に、A/D22cから出力されるデジタル画像データを取り込み補間処理やホワイトバランス補正,RGB/YC変換処理等の周知の画像処理を行うデジタル信号処理部26と、画像データをJPEG形式などの画像データに圧縮したり逆に伸長したりする圧縮/伸長処理部27と、メニューなどを表示したりスルー画像や撮像画像を表示する表示部28と、デジタルカメラ全体を統括制御するシステム制御部(CPU)29と、フレームメモリ等の内部メモリ30と、JPEG画像データ等を格納する記録メディア32との間のインタフェース処理を行うメディアインタフェース(I/F)部31と、これらを相互に接続するバス34とを備え、また、システム制御部29には、ユーザからの指示入力を行う操作部33が接続されている。
The
図2は、図1に示す固体撮像素子22aの表面模式図であり、画素配列,カラーフィルタ配列を示している。図示する実施形態では、奇数行の画素行(45度傾けた正方形枠が各画素を示し、各画素上のR(赤)G(緑)B(青)がカラーフィルタの色を表している。)に対して偶数行の画素行を1/2画素ピッチづつずらして配置した、所謂ハニカム画素配列となっている。
FIG. 2 is a schematic diagram of the surface of the solid-
そして、奇数行の各画素だけみると画素配列は正方格子配列となり、これに三原色カラーフィルタRGBがベイヤ配列されている。また、偶数行の各画素だけみても画素配列は正方格子配列となり、これに三原色カラーフィルタrgbがベイヤ配列されている。R=r,G=g,B=bであり、斜めに隣接する同色画素がペア画素を形成する。各画素の上(カラーフィルタの上)には、全画素で同一形状のマイクロレンズが搭載される(図示は省略する)。 When only the pixels in the odd rows are viewed, the pixel arrangement is a square lattice arrangement, and the three primary color filters RGB are arranged in a Bayer arrangement. In addition, even when only the pixels in even rows are viewed, the pixel arrangement is a square lattice arrangement, and the three primary color filters rgb are arranged in a Bayer arrangement. R = r, G = g, and B = b, and the same color pixels diagonally adjacent form a pair pixel. On each pixel (on the color filter), microlenses having the same shape are mounted on all pixels (not shown).
図3は、図2の中央部分の点線枠で囲った6画素分の遮光膜開口を例示する図である。各ペア画素のうち位相差検出画素を構成するペア画素として、緑色(G,g)のカラーフィルタを搭載した画素が採用される。赤色,青色のカラーフィルタを搭載した画素より多く存在するためである。 FIG. 3 is a diagram illustrating a light-shielding film opening for six pixels surrounded by a dotted frame in the center portion of FIG. Among the paired pixels, a pixel mounted with a green (G, g) color filter is employed as a paired pixel constituting the phase difference detection pixel. This is because there are more pixels than those equipped with red and blue color filters.
位相差検出画素以外の通常画素5の遮光膜開口6は、各画素5上に個別に設けられ、各画素5の面積より若干狭められた開口6となっている。これに対し、本実施形態の位相差検出画素の遮光膜開口7は、ペア画素5G,5gで共通に1つの開口とし、面積を広くしている。
The light
図示する例の遮光膜開口7は、平行四辺形となっており、画素5G上に来る開口部分と画素5g上に来る開口部分との面積を同一面積としている。また、夫々の開口部分の重心位置が、夫々の画素の中心位置に対して互いに反対方向に偏心した位置となるように設けられているため、位相差情報を取ることができる。図3の場合、画素5Gの中心位置に対して開口7の画素5G上の開口部分の重心位置が左にズレ、画素5gの中心位置に対して開口7の画素5g上の開口部分の重心位置が右にズレているため、左右の位相差情報をとることができる。
The light
図10に示す従来の位相差検出画素は、ペア画素が水平方向に隣接しているが、位相差検出画素は水平方向,垂直方向に隣接しなければならない訳ではなく、本実施形態の様に斜め方向に隣接していても良い。この遮光膜開口7の形状によっては、位相差検出画素5G,5g間の位相差は、左右方向成分の他、上下方向の成分も持つ場合もある。
In the conventional phase difference detection pixel shown in FIG. 10, the pair pixels are adjacent in the horizontal direction. However, the phase difference detection pixels do not have to be adjacent in the horizontal direction and the vertical direction. It may be adjacent in an oblique direction. Depending on the shape of the light-shielding
仮に、遮光膜開口7を、位相差検出画素5G,5g間の境界部分で、図10の様に2つの開口(2a,2b)に分離した場合、境界部分に入射する光は境界部分の遮光膜で蹴られて入射量が大幅に減ってしまう。しかし、本実施形態の様に、ペア画素を組む2つの位相差検出画素で共通の1つの広い遮光膜開口7を設けることで、入射光量を増やすことができ、位相差情報が取り易くなる。境界部分にはフォトダイオードは存在しないが、境界部分に入射した光によって半導体基板内に発生した光電荷は、半導体基板内部のポテンシャル勾配に応じて最近接のフォトダイオード(画素)へと移動するため、この光電荷も位相差情報として取り出すことが可能となる。
If the light
上述した様に、位相差検出画素を構成する隣接するペア画素で共通の1つの開口を設けるには、ペア画素間の境界部分に、配線や他の回路(信号読出回路等)が存在しない構成とするのが好ましい。 As described above, in order to provide one common opening for adjacent pair pixels constituting the phase difference detection pixel, a configuration in which no wiring or other circuit (signal readout circuit or the like) exists at the boundary portion between the pair pixels It is preferable that
図4は、位相差検出画素を構成するペア画素間の境界部分に配線や信号読出回路等を設ける必要のないCMOS型固体撮像素子の配線敷設方法を示す図である。図3に示す画素配列の固体撮像素子において、従来は、各画素行へのリセット信号線,読出信号線,ドレイン線等の水平配線は、各画素行毎に設けるのが普通であり、例えば各画素行の上辺に沿って設けられる。また、各画素列への電源線や信号出力線等の垂直配線は、各画素列毎に設けるのが普通であり、例えば各画素列の右辺に沿って設けられる。 FIG. 4 is a diagram illustrating a wiring laying method for a CMOS type solid-state imaging device that does not require a wiring, a signal readout circuit, or the like at the boundary between paired pixels constituting the phase difference detection pixel. In the solid-state imaging device having the pixel array shown in FIG. 3, conventionally, horizontal wiring such as a reset signal line, a readout signal line, and a drain line to each pixel row is usually provided for each pixel row. It is provided along the upper side of the pixel row. In addition, vertical wiring such as a power supply line and a signal output line to each pixel column is usually provided for each pixel column, for example, along the right side of each pixel column.
これに対し、本実施形態では、図4に示す様に、画素配列がハニカム配列のため蛇行して設けられる水平配線41(実線で図示)は、2行の画素行(偶数行の画素行とこれに隣接する奇数行の画素行)毎に纏め、この2行の画素行の境界線上に水平配線41(上行用の水平配線と下行用の水平配線)を通し、蛇行して設けられる垂直配線42(破線で図示)も、2列の画素列毎に纏め、この2列の画素列の境界線上に垂直配線42(右列用の垂直配線と左列用の垂直配線)を通す構成としている。 On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 4, the horizontal wiring 41 (shown by a solid line) provided in a meandering manner because the pixel arrangement is a honeycomb arrangement includes two pixel rows (even pixel rows and pixel rows). Vertical wiring that is provided in a meandering manner by passing horizontal wiring 41 (horizontal wiring for the upper row and horizontal wiring for the lower row) through the boundary lines of the two pixel rows, and collecting them for each adjacent odd-numbered pixel row) 42 (illustrated by a broken line) is also organized for every two pixel columns, and the vertical wiring 42 (the vertical wiring for the right column and the vertical wiring for the left column) is passed through the boundary between the two pixel columns. .
各画素に設ける信号読出回路(リセットトランジスタ,出力トランジスタ,行選択トランジスタ等)44は、これらに接続する対応の水平配線41の敷設位置,垂直配線42の敷設位置に設けるのが好ましく、更にこれに合わせて、各画素(フォトダイオード)の読出ゲート(図中、三角形で示す)45を配置する。
The signal readout circuit (reset transistor, output transistor, row selection transistor, etc.) 44 provided in each pixel is preferably provided at the laying position of the corresponding
この配線構造により、同色のペア画素〔(R,r)、(G,g)、(B,b)〕の全ての各ペア画素間の境界線部分に配線や信号回路が存在しない構造が実現可能となる。そして、各ペア画素のうち、任意の例えば周期的位置にある同色(G,gが好ましい。)のペア画素を位相差検出画素として、2つの位相差検出画素に共通の1つの広い、少なくとも1辺が0.7μmの遮光膜開口7を設ける。これにより、画素が微細化された状態でも位相差検出画素の感度が向上して、良好な位相差情報を取得することが可能となる。
This wiring structure realizes a structure in which no wiring or signal circuit exists in the boundary line portion between all the paired pixels of the same color paired pixels [(R, r), (G, g), (B, b)]. It becomes possible. Then, among each pair pixel, for example, a pair pixel of the same color (G, g is preferable) at a periodic position is preferable as a phase difference detection pixel, and one wide, at least one common to two phase difference detection pixels A light
なお、上述した実施形態は、画素配列がハニカム画素配列のCMOS型固体撮像素子で説明したが、CCD型固体撮像素子でも同様に実現可能である。この場合、画素列2列毎に1本の垂直電荷転送路(VCCD)を共用する構成とすることで、左右のペア画素間の境界部分に垂直電荷転送路が来ない構造とすることができる。 In the above-described embodiment, a CMOS solid-state image sensor having a pixel arrangement of honeycomb pixels has been described. However, a CCD solid-state image sensor can be similarly realized. In this case, by adopting a configuration in which one vertical charge transfer path (VCCD) is shared for every two pixel columns, a structure in which the vertical charge transfer path does not come to the boundary portion between the left and right paired pixels can be achieved. .
図5(a)は、図4のA―A’線位置の断面模式図である。p型半導体基板51の表面部には夫々がフォトダイオードを構成する複数のn領域52(52a,52bを含む)が形成されている。半導体基板51の表面上層には、絶縁層を介して水平配線41と垂直配線42とが積層され、その上に、遮光膜53が積層される。
FIG. 5A is a schematic cross-sectional view taken along the line A-A ′ in FIG. 4. A plurality of n regions 52 (including 52a and 52b) each forming a photodiode are formed on the surface portion of the p-
本実施形態では、画素行1行置きに水平配線41を設け、画素列1列置きに垂直配線42を設けた配線構造のため、同色カラーフィルタ(図2参照)が積層された斜め隣接画素(n領域)間には、図5(a)に示される様に、配線41,42は敷設されない構成となる。
In the present embodiment, because of the wiring structure in which the
遮光膜53には、夫々の通常画素の上部に開口する図3の遮光膜開口6が設けられると共に、2つの位相差検出画素52a,52bの上部には、図3に例示する共通の1つの遮光膜開口7が設けられる。
The light-shielding
位相差検出画素52a,52bの境界部には、配線も信号読出回路も存在せずに、遮光膜開口7を通して入射してきた光は、半導体基板51内で光電荷を発生させる。この光電荷は、n領域52a,52bのいずれかにポテンシャル勾配に従って流れ込むことになる。
Light that has entered through the light-shielding
図5(a)の実施形態では、遮光膜53を配線41,42とは別に設けたが、図5(b)に示す様に、水平配線41,垂直配線42を本来の配線として使用する部分とは別にこれを画素境界部分に延長し、遮光膜として利用する構成とすることも可能である。
In the embodiment of FIG. 5A, the
図5(b)において、p型半導体基板51の表面部にはn領域52(52a,52bを含む)が形成され、半導体基板51の上方に、水平配線41,垂直配線42が絶縁層を介して積層される。上述した様に、同色斜め隣接のペア画素間には配線41,42は敷設されない構造となっている。このため、図示の例では配線41,42をペア画素間に延長して延長配線41a,42aとし、配線41,42,41a,42aを遮光膜として利用する。勿論、延長配線41a,42aが隣接する水平配線41,垂直配線42と電気的に接触しないようにするのは当然である。
In FIG. 5B, an n region 52 (including 52a and 52b) is formed on the surface portion of a p-
位相差検出画素を構成する画素52a,52b間においては、水平配線41の幅を拡大した配線41bとして、遮光膜開口7を構成する遮光膜として利用する。
Between the
図6は、本発明の別実施形態に係る固体撮像素子の表面模式図である。図4の実施形態と類似するが、位相差検出画素に設ける1つの遮光膜開口8の形状が図4と異なる。図4の実施形態では、遮光膜開口7は平行四辺形で頂点の角度が鋭角になっている。この形状を微細化技術で製造した場合、鋭角部分が鈍ってしまい、その製造誤差は大きくなり、製造安定性が阻害されることがある。
FIG. 6 is a schematic view of the surface of a solid-state imaging device according to another embodiment of the present invention. Although similar to the embodiment of FIG. 4, the shape of one light shielding film opening 8 provided in the phase difference detection pixel is different from that of FIG. In the embodiment of FIG. 4, the light-shielding
そこで、図6の実施形態では、遮光膜開口8の鋭角部分を最初から設計で削除し、遮光膜開口8の平面形状を多角形状としている。これにより、製造安定性が向上する。 Therefore, in the embodiment of FIG. 6, the acute angle portion of the light shielding film opening 8 is deleted by design from the beginning, and the planar shape of the light shielding film opening 8 is a polygonal shape. Thereby, manufacturing stability improves.
図7は、本発明の更に別実施形態に係る固体撮像素子の表面模式図である。図4の実施形態では、位相差検出画素の1つの遮光膜開口7を他の通常画素の遮光膜開口6(図3参照)と異なる形状の平行四辺形としたが、本実施形態では、位相差検出画素の共通の1つの遮光膜開口を、他の通常画素に設ける遮光膜開口6と同じ形状(図示する例では正方形状)6としている。開口レイアウトを全て同一形状とすることで、製造安定性が向上する。
FIG. 7 is a schematic view of the surface of a solid-state imaging device according to still another embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 4, one light
上述した実施形態では、位相差検出画素を、全画素のうち周期的な位置にある同色画素とした。この場合、位相差検出画素の検出信号を位相差情報としてだけ利用してこの位相差検出画素を欠陥画素と同様に取り扱い、周囲の通常画素の撮像画像信号を補間演算して欠陥画素(位相差検出画素)位置の撮像画像信号とし、被写体画像データを生成することが行われる。 In the above-described embodiment, the phase difference detection pixels are the same color pixels at periodic positions among all the pixels. In this case, using the detection signal of the phase difference detection pixel only as phase difference information, the phase difference detection pixel is handled in the same manner as the defective pixel, and the captured image signal of the surrounding normal pixel is interpolated to obtain the defective pixel (phase difference The subject image data is generated using the captured image signal at the (detection pixel) position.
しかし、上述した実施形態では、位相差検出画素の遮光膜開口を1つの共通の大きな遮光膜開口としているため、位相差検出画素であっても明るい光を受光することができる。つまり、位相差検出画素の検出信号を、位相差情報を持った撮像画像信号として使うことが可能である。 However, in the above-described embodiment, since the light shielding film opening of the phase difference detection pixel is a single large light shielding film opening, even the phase difference detection pixel can receive bright light. That is, the detection signal of the phase difference detection pixel can be used as a captured image signal having phase difference information.
そこで、全画素を位相差検出画素として使用することができ、図2で説明したペア画素の全てを位相差検出画素のペア画素として使用することができる。ペア画素毎に設ける遮光膜開口を図3に示す遮光膜開口とすることで、左右方向に位相差情報を持った撮像画像信号を撮影することが可能となる。 Therefore, all the pixels can be used as the phase difference detection pixels, and all the pair pixels described in FIG. 2 can be used as the pair pixels of the phase difference detection pixels. By making the light-shielding film openings provided for each pair of pixels into the light-shielding film openings shown in FIG. 3, it is possible to photograph a captured image signal having phase difference information in the left-right direction.
この場合、ペア画素の左側の画素への入射光による撮像画像は、撮影レンズで左右反転した入射光による画像となるため、右眼で被写体を見た画像となる。ペア画素の右側の画素への入射光による撮像画像は、撮影レンズで左右反転した入射光による画像となるため、左眼で被写体を見た画像となる。このため、右眼で見た撮像画像と左眼で見た撮像画像とを組み合わせることで、被写体の立体画像を再生することが可能となる。 In this case, the captured image by the incident light on the pixel on the left side of the paired pixel is an image by the incident light reversed left and right by the photographing lens, and thus is an image in which the subject is viewed with the right eye. Since the captured image by the incident light to the right pixel of the paired pixel is an image by the incident light reversed left and right by the photographing lens, the image is obtained by viewing the subject with the left eye. For this reason, it is possible to reproduce a stereoscopic image of a subject by combining a captured image viewed with the right eye and a captured image viewed with the left eye.
しかし、例えば図8に示す様に、遮光膜開口を、偶数列と奇数列とで縦長平行四辺形55,横長平行四辺形56とすることも可能である。偶数行と奇数行とで遮光膜開口の延びる方向を変えても良い。尚、開口55,56の形状は平行四辺形である必要はなく、一方向に長手の開口55と、この一方向に対して略直角な方向に長手の開口56とすれば良い。
However, for example, as shown in FIG. 8, the light shielding film openings can be formed into a vertically
図8に示す縦長平行四辺形55の遮光膜開口を通すことで、ユーザが正立状態で被写体を見たときに得られる立体画像を撮像することができ、横長平行四辺形56の遮光膜開口を通すことで、ユーザが被写体を横になって見たときに得られる立体画像を撮像することができる。つまり、縦長と横長の長手の遮光膜開口を1つの撮像素子の受光面に均等に配列することで、両方の立体画像を撮像することが可能となる。
By passing the light shielding film opening of the vertically
図9は、本発明の別実施形態に係る固体撮像素子の表面模式図である。上述した各実施形態の固体撮像素子は、画素配列がハニカム画素配列の例であるが、本実施形態では、画素配列を正方格子配列としている。 FIG. 9 is a schematic diagram of the surface of a solid-state imaging device according to another embodiment of the present invention. In the solid-state imaging device of each of the embodiments described above, the pixel array is an example of a honeycomb pixel array, but in this embodiment, the pixel array is a square lattice array.
各画素が正方格子配列された固体撮像素子では、各画素行毎の水平配線41が2行の画素行間に纏めて敷設され、画素列毎の垂直配線42は、各画素列毎に敷設される。図示する例では、配線層の無い、上下に隣接する2つの画素のうち周期的な位置にある位相差検出画素間に共通の1つの遮光膜開口57を設けている。この構成でも、位相差検出画素が明るい光を受光でき、良好な位相差情報を取得することが可能となる。
In a solid-state imaging device in which each pixel is arranged in a square lattice,
なお、図9の実施形態では、2つの位相差検出画素は同色である必要があるため、カラーフィルタ配列を横ストライプとするのが良い。あるいは、モノクロ画素撮像用の固体撮像素子や、3板式カラー画像撮像用の固体撮像素子に適用するのが良い。 In the embodiment of FIG. 9, since the two phase difference detection pixels need to be the same color, the color filter array is preferably a horizontal stripe. Or it is good to apply to the solid-state image sensor for monochrome pixel imaging, and the solid-state image sensor for 3 plate type color image imaging.
以上述べた実施形態の固体撮像素子は、基板上に二次元アレイ状に配列形成され各々が入射光量に応じた信号電荷を発生させる複数の光電変換素子と、該複数の光電変換素子の各々の上に積層される同形状のマイクロレンズと、前記光電変換素子の受光面と対応する前記マイクロレンズとの間に介挿され該光電変換素子の受光面上に開口が設けられた遮光膜とを備え、前記光電変換素子のうち被写体からの入射光の位相差情報を検出する隣接する2つの光電変換素子に設けられる前記開口が該2つの光電変換素子で共通に1つの開口として設けられることを特徴とする。 The solid-state imaging device of the embodiment described above includes a plurality of photoelectric conversion elements that are arranged in a two-dimensional array on the substrate and each generate a signal charge corresponding to the amount of incident light, and each of the plurality of photoelectric conversion elements. A microlens having the same shape laminated on the light-receiving surface of the photoelectric conversion element and a light-shielding film provided with an opening on the light-receiving surface of the photoelectric conversion element; And the opening provided in two adjacent photoelectric conversion elements for detecting phase difference information of incident light from a subject among the photoelectric conversion elements is provided as one opening common to the two photoelectric conversion elements. Features.
また、実施形態の固体撮像素子の前記位相差情報は、前記1つの開口のうち前記2つの光電変換素子の一方の受光面上の開口部分の重心位置と他方の受光面上の開口部分の重心位置とを前記2つの各光電変換素子の受光面中心位置に対して互いに反対方向にずらして設けることで検出されることを特徴とする。 In addition, the phase difference information of the solid-state imaging device of the embodiment includes the center of gravity position of the opening portion on one light receiving surface of the two photoelectric conversion elements and the center of gravity of the opening portion on the other light receiving surface of the one opening. The position is detected by being shifted in opposite directions with respect to the center position of the light receiving surface of each of the two photoelectric conversion elements.
また、実施形態の固体撮像素子の前記二次元アレイ状に配列形成された前記複数の光電変換素子は、奇数行に対して偶数行が1/2ピッチずつづらして配列形成されており、正方格子配列となる前記奇数行の前記光電変換素子に3原色のカラーフィルタがベイヤ配列され、正方格子配列となる前記偶数行の前記光電変換素子に3原色のカラーフィルタがベイヤ配列されることを特徴とする。 Further, the plurality of photoelectric conversion elements arranged in the two-dimensional array of the solid-state imaging device according to the embodiment are arranged such that even rows are arranged at half pitches with respect to odd rows, and a square lattice is formed. Three primary color filters are arrayed in a Bayer array on the odd-numbered photoelectric conversion elements in the array, and three primary color filters are arrayed in a Bayer array on the even-numbered photoelectric conversion elements in the square lattice array. To do.
また、実施形態の固体撮像素子は、前記光電変換素子の前記信号電荷の量に応じた撮像信号をMOSトランジスタ回路で読み出すことを特徴とする。 Further, the solid-state imaging device of the embodiment is characterized in that an imaging signal corresponding to the amount of the signal charge of the photoelectric conversion device is read out by a MOS transistor circuit.
また、実施形態の固体撮像素子は、前記固体撮像素子の前記CMOSトランジスタ回路に接続される配線が2つの光電変換素子行毎,2つの光電変換素子列毎に纏めて敷設したことを特徴とする。 In the solid-state imaging device of the embodiment, the wiring connected to the CMOS transistor circuit of the solid-state imaging device is laid together for every two photoelectric conversion element rows and every two photoelectric conversion element columns. .
また、実施形態の固体撮像素子は、前記配線を前記遮光膜の代わりに使用すると共に、前記位相差情報を検出する隣接する2つの光電変換素子の間に前記配線が存在しない部分には前記配線を延長して前記遮光膜代わりとすることを特徴とする。 In the solid-state imaging device according to the embodiment, the wiring is used in place of the light shielding film, and the wiring is not provided in a portion where the wiring is not present between two adjacent photoelectric conversion elements that detect the phase difference information. In order to replace the light shielding film.
また、実施形態の固体撮像素子は、前記1つの開口の一辺が少なくとも0.7μmあることを特徴とする。 In the solid-state imaging device of the embodiment, one side of the one opening is at least 0.7 μm.
また、実施形態の固体撮像素子は、前記1つの開口の形状が平行四辺形であることを特徴とする。 In the solid-state imaging device of the embodiment, the shape of the one opening is a parallelogram.
また、実施形態の固体撮像素子は、前記平行四辺形の鋭角の頂点部分が削除された多角形状であることを特徴とする。 In addition, the solid-state imaging device according to the embodiment is characterized in that the parallelogram has a polygonal shape from which an acute vertex portion is deleted.
また、実施形態の固体撮像素子は、前記1つの開口の形状が、前記位相差情報を検出しない前記光電変換素子に設けられる前記開口と同一形状であることを特徴とする。 In the solid-state imaging device of the embodiment, the shape of the one opening is the same as the opening provided in the photoelectric conversion element that does not detect the phase difference information.
また、実施形態の固体撮像素子は、前記基板上に形成される光電変換素子の全てを前記位相差情報を検出する光電変換素子とすることを特徴とする。 In the solid-state imaging device of the embodiment, all of the photoelectric conversion elements formed on the substrate are photoelectric conversion elements that detect the phase difference information.
また、実施形態の固体撮像素子は、前記1つの開口は前記2つの光電変換素子毎に設けられ、一方向に長手の第1の開口と、該一方向に対して垂直な方向に長手の第2の開口とが均等に混在して設けられることを特徴とする。 Further, in the solid-state imaging device according to the embodiment, the one opening is provided for each of the two photoelectric conversion elements, and the first opening that is long in one direction and the first long in the direction perpendicular to the one direction. The two openings are provided in an equally mixed manner.
また、実施形態の撮像装置は、上記のいずれかに記載の固体撮像素子を搭載したことを特徴とする。 Further, an imaging apparatus according to the embodiment is characterized by mounting any one of the solid-state imaging elements described above.
以上述べた実施形態によれば、位相差情報を取得する2つの位相差検出画素に共通の1つの開口を設けたため、位相差検出画素の受光量が増え、良好な位相差情報を得ることが可能となる。 According to the embodiment described above, since one common opening is provided for the two phase difference detection pixels that acquire the phase difference information, the amount of light received by the phase difference detection pixel is increased, and good phase difference information can be obtained. It becomes possible.
本発明に係る固体撮像素子は、遮光膜開口を小さくせずに且つ良好な位相差情報を取得することができるため、位相差AF方式を採用する固体撮像素子やこの固体撮像素子を搭載した撮像装置に適用すると有用である。 Since the solid-state imaging device according to the present invention can acquire favorable phase difference information without reducing the opening of the light shielding film, the solid-state imaging device adopting the phase difference AF method and the imaging equipped with the solid-state imaging device. It is useful when applied to a device.
1,6 通常画素の遮光膜開口
2a,2b 従来の位相差検出画素の遮光膜開口
5 画素(光電変換素子)
5G,5g 位相差検出画素
7,8 位相差検出画素の遮光膜開口
41 水平配線
41a,41b 水平配線の延長部分
42 垂直配線
42a 垂直配線の延長部分
44 信号読出回路
45 読出ゲート
51 半導体基板
52 画素(n領域(フォトダイオード))
52a,52b 位相差検出画素のn領域
53 遮光膜
1,6 Light-shielding
5G, 5g Phase
52a, 52b Phase difference detection
Claims (13)
固体撮像素子。 2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the phase difference information includes the center-of-gravity position of an opening portion on one light receiving surface of the two photoelectric conversion elements of the one opening and the other light receiving surface. A solid-state image sensing device that is detected by shifting the center of gravity of the opening to the center of the light receiving surface of each of the two photoelectric conversion elements in opposite directions.
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