特開 2024-51266 固体撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024051266

(43)【公開日】2024-04-11

(54)【発明の名称】固体撮像装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 27/146 20060101AFI20240404BHJP

【ＦＩ】

H01L27/146 D

H01L27/146 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022157327

(22)【出願日】2022-09-30

(71)【出願人】

【識別番号】319006047

【氏名又は名称】シャープセミコンダクターイノベーション株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002848

【氏名又は名称】弁理士法人ＮＩＰ＆ＳＢＰＪ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】肥田 聡太

【テーマコード（参考）】

4M118

【Ｆターム（参考）】

4M118AA10

4M118AB01

4M118AB03

4M118BA09

4M118CA01

4M118FA06

4M118GB03

4M118GB07

4M118GD04

4M118GD06

(57)【要約】

【課題】位相差検出用画素の位相差検出特性を向上することができる固体撮像装置を提供する。
【解決手段】固体撮像装置は、第１の光束を受光する第１の撮像用画素と、前記第１の撮像用画素に隣接し、瞳分割された光束を受光する位相差検出用画素と、前記第１の撮像用画素の上から前記位相差検出用画素の上にはみ出して配置され、前記第１の光束を前記第１の撮像用画素に集光する第１の撮像用マイクロレンズと、前記位相差検出用画素の上に配置され、前記第１の撮像用マイクロレンズが占める面積より小さい面積を占め、前記第１の撮像用マイクロレンズと繋がり、前記瞳分割された光束を前記位相差検出用画素に集光する位相差検出用マイクロレンズと、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の光束を受光する第１の撮像用画素と、
前記第１の撮像用画素に隣接し、瞳分割された光束を受光する位相差検出用画素と、
前記第１の撮像用画素の上から前記位相差検出用画素の上にはみ出して配置され、前記第１の光束を前記第１の撮像用画素に集光する第１の撮像用マイクロレンズと、
前記位相差検出用画素の上に配置され、前記第１の撮像用マイクロレンズが占める面積より小さい面積を占め、前記第１の撮像用マイクロレンズと繋がり、前記瞳分割された光束を前記位相差検出用画素に集光する位相差検出用マイクロレンズと、
を備える固体撮像装置。

【請求項2】

前記位相差検出用マイクロレンズは、前記第１の撮像用マイクロレンズの焦点距離より短い焦点距離を有する
請求項１に記載の固体撮像装置。

【請求項3】

前記位相差検出用マイクロレンズの光軸を含む断面における前記位相差検出用マイクロレンズの入射面の曲率は、断面方向によらず一定である
請求項１又は２に記載の固体撮像装置。

【請求項4】

前記位相差検出用画素の対角方向において前記位相差検出用画素に隣接し、第２の光束を受光する第２の撮像用画素と、
前記第２の光束を前記第２の撮像用画素に集光する第２の撮像用マイクロレンズと、
前記対角方向において互いに隣接し、第３の光束及び第４の光束をそれぞれ受光するふたつの撮像用画素と、
前記ふたつの撮像用画素の上にそれぞれ配置され、前記第３の光束及び第４の光束を前記ふたつの撮像用画素に集光するふたつの撮像用マイクロレンズと、
を備え、
前記位相差検出用マイクロレンズ及び前記第２の撮像用マイクロレンズの境界における前記位相差検出用マイクロレンズ及び前記第２の撮像用マイクロレンズの高さは、前記ふたつの撮像用マイクロレンズの境界における前記ふたつの撮像用マイクロレンズの高さより低い
請求項１又は２に記載の固体撮像装置。

【請求項5】

前記位相差検出用画素は、前記瞳分割された光束を受光する受光面を有し、
前記位相差検出用マイクロレンズは、前記受光面に焦点を有する
請求項１又は２に記載の固体撮像装置。

【請求項6】

前記位相差検出用マイクロレンズは、前記位相差検出用マイクロレンズの光軸を含み前記位相差検出用画素の対辺方向と平行である断面及び前記光軸を含み前記位相差検出用画素の対角方向と平行である断面において、前記受光面に焦点を有する
請求項５に記載の固体撮像装置。

【請求項7】

前記第１の撮像用画素は、前記第１の光束を受光する受光面を有し、
前記第１の撮像用マイクロレンズは、前記第１の光束を受光する受光面より奥側に焦点を有する
請求項１又は２に記載の固体撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、固体撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、固体撮像装置を開示する。当該固体撮像装置においては、第１マイクロレンズが、撮像用画素に光を集める。また、第２マイクロレンズが、位相差検出用画素に光を集める。第２マイクロレンズの焦点距離は、第１マイクロレンズの焦点距離より短い。第１マイクロレンズの焦点位置は、フォトダイオードの受光面上に位置する。第２マイクロレンズの焦点位置は、フォトダイオードの受光面から離れ、遮光膜に位置する（段落００２０，００６５及び００６６）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－８９４３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示された固体撮像装置においては、位相差検出用画素に光を集める第２マイクロレンズの焦点距離が、撮像用画素に光を集める第１マイクロレンズの焦点距離より短い。このため、第２マイクロレンズの曲率半径が、位相差検出用画素の対角寸法の１／２以下となる可能性がある。このため、位相差検出用画素の上に、マイクロレンズが配置されない領域が形成される可能性がある。マイクロレンズが配置されない領域は、位相差検出用画素により出力される位相差検出信号に重畳されるノイズの原因となり、位相差検出用画素の位相差検出特性を劣化させる。

【0005】

本開示の一態様は、これらの問題に鑑みてなされた。本開示の一態様は、例えば、位相差検出用画素の位相差検出特性を向上することができる固体撮像装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様の固体撮像装置は、第１の光束を受光する第１の撮像用画素と、前記第１の撮像用画素に隣接し、瞳分割された光束を受光する位相差検出用画素と、前記第１の撮像用画素の上から前記位相差検出用画素の上にはみ出して配置され、前記第１の光束を前記第１の撮像用画素に集光する第１の撮像用マイクロレンズと、前記位相差検出用画素の上に配置され、前記第１の撮像用マイクロレンズが占める面積より小さい面積を占め、前記第１の撮像用マイクロレンズと繋がり、前記瞳分割された光束を前記位相差検出用画素に集光する位相差検出用マイクロレンズと、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１実施形態の固体撮像装置を模式的に図示する上面図である。

【図2】図１に描かれた切断線ａ－ａ’の位置における、第１実施形態の固体撮像装置の断面を模式的に図示する断面図である。

【図3】図１に描かれた切断線ｂ－ｂ’の位置における、第１実施形態の固体撮像装置の断面を模式的に図示する断面図である。

【図4】第１実施形態の固体撮像装置の、当該固体撮像装置に備えられる左眼画素の周辺を模式的に図示する断面図である。

【図5】第１実施形態の固体撮像装置の、当該固体撮像装置に備えられる右眼画素の周辺を模式的に図示する断面図である。

【図6】理想的な位相差検出特性を示すグラフである。

【図7】第１実施形態の固体撮像装置の位相差検出特性のシミュレーション結果を示すグラフである。

【図8】第１実施形態の固体撮像装置に入射光が入射した状態を模式的に図示する断面図である。

【図9】第１参考例の固体撮像装置を模式的に図示する上面図である。

【図10】図９に描かれた切断線ａ－ａ’の位置における、第１参考例の固体撮像装置の断面を模式的に図示する断面図である。

【図11】図９に描かれた切断線ｂ－ｂ’の位置における、第１参考例の固体撮像装置の断面を模式的に図示する断面図である。

【図12】第２参考例の固体撮像装置を模式的に図示する上面図である。

【図13】図１２に描かれた切断線ａ－ａ’の位置における、第２参考例の固体撮像装置の断面を模式的に図示する断面図である。

【図14】図１２に描かれた切断線ｂ－ｂ’の位置における、第２参考例の固体撮像装置の断面を模式的に図示する断面図である。

【図15】第２参考例の固体撮像装置に入射光が入射した状態を模式的に図示する断面図である。

【図16】第２参考例の固体撮像装置の位相差検出特性のシミュレーション結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面については、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0009】

１ 第１実施形態
１．１ 固体撮像装置
図１は、第１実施形態の固体撮像装置を模式的に図示する上面図である。図２は、図１に描かれた切断線ａ－ａ’の位置における、第１実施形態の固体撮像装置の断面を模式的に図示する断面図である。図３は、図１に描かれた切断線ｂ－ｂ’の位置における、第１実施形態の固体撮像装置の断面を模式的に図示する断面図である。切断線ａ－ａ’は、固体撮像装置の対辺方向に延びる切断線である。このため、図２は、対辺方向の断面図である。切断線ｂ－ｂ’は、固体撮像装置の対角方向に延びる切断線である。このため、図３は、対角方向の断面図である。

【0010】

図１、図２及び図３に図示される第１実施形態の固体撮像装置１は、撮像を行って被写体像に応じた撮像信号を出力する。また、固体撮像装置１は、位相差検出を行ってデフォーカス方向及びデフォーカス量に応じた位相差検出信号を出力する。出力される位相差検出信号は、像面位相差方式によるオートフォーカシングに用いられる。

【0011】

図１、図２及び図３に図示されるように、固体撮像装置１は、複数の画素１１、遮光膜１２、平坦化膜１３及び複数のマイクロレンズ１４を備える。

【0012】

各画素１１は、正方形状の平面形状を有する。複数の画素１１は、マトリクス状に配列される。複数の画素１１は、被写体像を形成する光を受光する受光領域に配置される。各画素１１は、受光面１１Ｓを有する。各画素１１は、受光面１１Ｓにより受光された光を光電変換して電気信号を出力する。これにより、各画素１１は、受光面１１Ｓにより受光された光の強度に応じた電気信号を出力する。

【0013】

遮光膜１２は、格子状の形状を有する。遮光膜１２は、隣接する画素１１の受光面１１Ｓの境界の付近を覆う。遮光膜１２は、被写体像を形成する光を遮る。これにより、遮光膜１２は、被写体像を形成する光が、当該境界の付近により受光されることを抑制する。

【0014】

平坦化膜１３は、遮光膜１２に重ねて複数の画素１１の受光面１１Ｓの上に配置される。平坦化膜１３は、遮光膜１２により形成される凹凸を埋めて平坦面１３Ｓを提供する。平坦化膜１３は、被写体像を形成する光を透過させる。

【0015】

複数のマイクロレンズ１４は、平坦面１３Ｓの上に配置される。複数のマイクロレンズ１４は、平坦化膜１３を挟んで、複数の画素１１の上にそれぞれ配置される。各画素１１の上に配置されるマイクロレンズ１４は、各画素１１の受光面１１Ｓに光を集光する。

【0016】

１．２ 撮像用画素、位相差検出用画素、撮像用マイクロレンズ及び位相差検出用マイクロレンズ
複数の画素１１は、第１の撮像用画素２１、第２の撮像用画素２２及び位相差検出用画素２３を含む。

【0017】

第１の撮像用画素２１、第２の撮像用画素２２及び位相差検出用画素２３は、同じ受光領域に配置される。第１の撮像用画素２１は、位相差検出用画素２３の対辺方向において位相差検出用画素２３に隣接する。第２の撮像用画素２２は、位相差検出用画素２３の対角方向において位相差検出用画素２３に隣接する。

【0018】

複数のマイクロレンズ１４は、第１の撮像用マイクロレンズ３１、第２の撮像用マイクロレンズ３２及び位相差検出用マイクロレンズ３３を含む。

【0019】

第１の撮像用マイクロレンズ３１は、第１の撮像用画素２１に対応し、第１の撮像用画素２１の上に配置される。第２の撮像用マイクロレンズ３２は、第２の撮像用画素２２に対応し、第２の撮像用画素２２の上に配置される。位相差検出用マイクロレンズ３３は、位相差検出用画素２３に対応し、位相差検出用画素２３の上に配置される。

【0020】

第１の撮像用マイクロレンズ３１は、第１の光束を第１の撮像用画素２１に集光する。第１の撮像用画素２１は、集光された第１の光束を受光し、受光した第１の光束に応じた電気信号を出力する。第１の光束は、第１の撮像用画素２１の受光面１１Ｓにより受光される。第１の撮像用画素２１により出力される電気信号は、撮像信号を構成する。第２の撮像用マイクロレンズ３２は、第２の光束を第２の撮像用画素２２に集光する。第２の撮像用画素２２は、集光された第２の光束を受光し、受光した第２の光束に応じた電気信号を出力する。第２の光束は、第２の撮像用画素２２の受光面１１Ｓにより受光される。第２の撮像用画素２２により出力される電気信号は、撮像信号を構成する。位相差検出用マイクロレンズ３３は、瞳分割された光束（以下では、「瞳分割光束」という）を位相差検出用画素２３に集光する。位相差検出用画素２３は、集光された瞳分割光束を受光し、受光した瞳分割光束に応じた電気信号を出力する。集光された瞳分割光束は、位相差検出用画素２３の受光面１１Ｓにより受光される。位相差検出用画素２３により出力される電気信号は、位相差検出信号を構成する。

【0021】

複数の画素１１及び複数のマイクロレンズ１４が、図１、図２及び図３に図示される形状及び配置と異なる形状及び配置を有してもよい。

【0022】

１．３ 各マイクロレンズの曲率
以下の説明において、各マイクロレンズ１４の曲率は、各マイクロレンズ１４の光軸を含む断面における、各マイクロレンズ１４の入射面の曲率である。

【0023】

各マイクロレンズ１４は、各マイクロレンズ１４の光軸を回転対称軸とする回転対称性を有する。このため、各マイクロレンズ１４の光軸を含む断面における各マイクロレンズ１４の曲率は、断面方向によらず一定である。このため、各マイクロレンズ１４の曲率は、断面方向が周方向のいずれの方向であっても、一定である。これにより、各マイクロレンズ１４の集光能力を最大にすることができる。

【0024】

１．４ 撮像用マイクロレンズ及び位相差検出用マイクロレンズの最適化
以下の説明において、各画素１１に入射する入射光の入射角θは、入射光の入射方向が各画素１１の受光面１１Ｓの法線となす角である。

【0025】

第１の撮像用画素２１及び第２の撮像用画素２２に求められること並びに位相差検出用画素２３に求められることは、互いに異なる。このため、第１の撮像用マイクロレンズ３１及び第２の撮像用マイクロレンズ３２の最適化並びに位相差検出用マイクロレンズ３３の最適化は、互いに異なる。

【0026】

第１の撮像用画素２１及び第２の撮像用画素２２に求められることは、第１の撮像用画素２１及び第２の撮像用画素２２が高い感度及び良好な斜入射特性を有することである。このため、第１の撮像用マイクロレンズ３１及び第２の撮像用マイクロレンズ３２は、第１の撮像用画素２１及び第２の撮像用画素２２が高い感度及び良好な斜入射特性を有するように最適化される。第１の撮像用画素２１及び第２の撮像用画素２２が良好な斜入射特性を有することは、第１の撮像用画素２１及び第２の撮像用画素２２が安定した感度を有する入射角θの範囲が広いことを意味する。

【0027】

そこで、第１の撮像用マイクロレンズ３１及び第２の撮像用マイクロレンズ３２は、第１の撮像用画素２１及び第２の撮像用画素２２の受光面１１Ｓより奥側にある光電変換領域に焦点をそれぞれ有する。このようにされるのは、下記の理由による。

【0028】

第１の撮像用マイクロレンズ３１から第１の撮像用画素２１の受光面１１Ｓまでの距離が長くなった場合は、第１の撮像用画素２１の斜入射特性が悪化する。なぜならば、０°より大きい入射角θを有する入射光の受光位置が第１の撮像用画素２１の受光面１１Ｓから第１の撮像用画素２１に隣接する画素１１の受光面１１Ｓに向かってずれ、当該入射光が第１の撮像用画素２１の受光面１１Ｓに入射しなくなる可能性が高くなるからである。例えば、第１の撮像用マイクロレンズ３１による屈折が無視された場合は、当該距離が１μｍから２μｍまで長くなったときに、３０°の入射角θを有する入射光の受光位置が第１の撮像用画素２１の受光面１１Ｓから第１の撮像用画素２１に隣接する画素１１の受光面１１Ｓに向かって約０．６μｍずれ、当該入射光が第１の撮像用画素２１の受光面１１Ｓに入射しなくなる可能性が高くなる。このことは、第２の撮像用マイクロレンズ３２から第２の撮像用画素２２の受光面１１Ｓまでの距離が長くなった場合も同様である。しかし、第１の撮像用マイクロレンズ３１及び第２の撮像用マイクロレンズ３２が第１の撮像用画素２１及び第２の撮像用画素２２の受光面１１Ｓより奥側に焦点をそれぞれ有することにより、第１の撮像用マイクロレンズ３１及び第２の撮像用マイクロレンズ３２を第１の撮像用画素２１及び第２の撮像用画素２２の受光面１１Ｓにそれぞれ近づけることができる。これにより、第１の撮像用マイクロレンズ３１及び第２の撮像用マイクロレンズ３２により集光された入射光を、第１の撮像用画素２１及び第２の撮像用画素２２の受光面１１Ｓにそれぞれ無駄なく受光させることができる。なお、第１の撮像用マイクロレンズ３１及び第２の撮像用マイクロレンズ３２が第１の撮像用画素２１及び第２の撮像用画素２２の受光面１１Ｓに焦点を有しないことは、特に問題を生じない。

【0029】

これに対して、位相差検出用画素２３に求められることは、位相差検出用画素２３が良好な位相差検出特性を有することである。このため、位相差検出用マイクロレンズ３３は、位相差検出用画素２３が良好な位相差検出特性を有するように最適化される。位相差検出用画素２３が良好な位相差検出特性を有することは、入射角θが特定の入射角を超えて変化した場合に位相差検出用画素２３の感度が大きく変化することを意味する。特定の入射角は、例えば、０°である。

【0030】

そこで、位相差検出用マイクロレンズ３３は、位相差検出用画素２３の受光面１１Ｓに焦点を有する。位相差検出用マイクロレンズ３３は、図２に図示される、位相差検出用マイクロレンズ３３の光軸を含み位相差検出用画素２３の対辺方向と平行である断面、及び図３に図示される、位相差検出用マイクロレンズ３３の光軸を含み位相差検出用画素２３の対角方向と平行である断面のいずれにおいても、位相差検出用画素２３の受光面１１Ｓに焦点を有する。

【0031】

位相差検出用マイクロレンズ３３から位相差検出用画素２３の受光面１１Ｓまでの距離は、第１の撮像用マイクロレンズ３１及び第２の撮像用マイクロレンズ３２から第１の撮像用画素２１及び第２の撮像用画素２２の受光面１１Ｓまでの距離と同じである。その上で、位相差検出用マイクロレンズ３３は、位相差検出用画素２３の受光面１１Ｓに焦点を有する。また、第１の撮像用マイクロレンズ３１及び第２の撮像用マイクロレンズ３２は、第１の撮像用画素２１及び第２の撮像用画素２２の受光面１１Ｓより奥側に焦点をそれぞれ有する。これにより、位相差検出用マイクロレンズ３３は、第１の撮像用マイクロレンズ３１及び第２の撮像用マイクロレンズ３２の焦点距離より短い焦点距離を有する。

【0032】

１．５ 撮像用マイクロレンズと位相差検出用マイクロレンズとの隙間の抑制
位相差検出用マイクロレンズ３３の焦点距離を第１の撮像用マイクロレンズ３１及び第２の撮像用マイクロレンズ３２の焦点距離より短くするためには、位相差検出用マイクロレンズ３３の曲率を第１の撮像用マイクロレンズ３１及び第２の撮像用マイクロレンズ３２の曲率より小さくすることが望ましい。そして、位相差検出用マイクロレンズ３３の曲率が第１の撮像用マイクロレンズ３１及び第２の撮像用マイクロレンズ３２の曲率より小さい場合は、平面視において、位相差検出用マイクロレンズ３３の径が、位相差検出用画素２３の対辺寸法及び対角寸法より小さくなり、第１の撮像用マイクロレンズ３１及び第２の撮像用マイクロレンズ３２の径より小さくなる。このため、平面視において、位相差検出用マイクロレンズ３３が占める面積は、位相差検出用画素２３が占める面積より小さくなり、第１の撮像用マイクロレンズ３１及び第２の撮像用マイクロレンズ３２が占める面積より小さくなる。このため、位相差検出用画素２３の外周部の上に位相差検出用マイクロレンズ３３が配置されない領域が形成される。

【0033】

形成された領域には、第１の撮像用マイクロレンズ３１及び第２の撮像用マイクロレンズ３２の外周部が配置される。このため、平面視において、第１の撮像用マイクロレンズ３１は、第１の撮像用画素２１の上から位相差検出用画素２３の外周部の上にはみ出して配置される。また、平面視において、第２の撮像用マイクロレンズ３２は、第２の撮像用画素２２の上から位相差検出用画素２３の外周部の上にはみ出して配置される。これにより、位相差検出用画素２３の上の領域にマイクロレンズが配置されない無効領域が形成されることを抑制することができる。また、第１の撮像用マイクロレンズ３１及び第２の撮像用マイクロレンズ３２が、位相差検出用画素２３の外周部の上の領域に入射する光を第１の撮像用画素２１及び第２の撮像用画素２２にそれぞれ集光することができる。

【0034】

さらに、平面視において、第１の撮像用マイクロレンズ３１は、位相差検出用マイクロレンズ３３と繋がる。これにより、第１の撮像用マイクロレンズ３１と位相差検出用マイクロレンズ３３との間において位相差検出用画素２３の上の領域にマイクロレンズが配置されない無効領域が形成されることをさらに抑制することができる。また、第１の撮像用マイクロレンズ３１が、位相差検出用画素２３の外周部の上の領域に入射する光を第１の撮像用画素２１により効果的に集光することができる。

【0035】

このように、固体撮像装置１においては、第１の撮像用マイクロレンズ３１及び第２の撮像用マイクロレンズ３２に、位相差検出用マイクロレンズ３３の曲率半径と異なる曲率半径が与えられる。また、第１の撮像用マイクロレンズ３１及び第２の撮像用マイクロレンズ３２に、位相差検出用マイクロレンズ３３の平面形状と異なる平面形状が与えられ、第１の撮像用マイクロレンズ３１及び第２の撮像用マイクロレンズ３２と位相差検出用マイクロレンズ３３との間に隙間が形成されることが抑制される。これらにより、位相差検出用画素２３の位相差検出特性を向上することができる。

【0036】

また、固体撮像装置１においては、第１の撮像用マイクロレンズ３１及び第２の撮像用マイクロレンズ３２に、位相差検出用マイクロレンズ３３の高さと同じ高さが与えられる。これにより、複数のマイクロレンズ１４が形成された後のプロセスが影響を受けることを抑制することができる。

【0037】

１．６ 隣接するマイクロレンズの境界
図３に図示されるように、固体撮像装置１は、位相差検出用画素２３の対角方向において互いに隣接するふたつの撮像用画素４３及び４４を備える。また、固体撮像装置１は、ふたつの撮像用画素４３及び４４の上にそれぞれ配置されるふたつの撮像用マイクロレンズ５３及び５４を備える。ふたつの撮像用画素４３及び４４が、第１の撮像用画素２１又は第２の撮像用画素２２を含んでもよい。ふたつの撮像用マイクロレンズ５３及び５４が、第１の撮像用マイクロレンズ３１又は第２の撮像用マイクロレンズ３２を含んでもよい。

【0038】

ふたつの撮像用マイクロレンズ５３及び５４は、第３の光束及び第４の光束をふたつの撮像用画素４３及び４４にそれぞれ集光する。ふたつの撮像用画素４３及び４４は、集光された第３の光束及び第４の光束をそれぞれ受光する。

【0039】

位相差検出用マイクロレンズ３３の径が小さくされることにより、位相差検出用マイクロレンズ３３及び第２の撮像用マイクロレンズ３２の境界における位相差検出用マイクロレンズ３３及び第２の撮像用マイクロレンズ３２の高さｈ２は、ふたつの撮像用マイクロレンズ５３及び５４の境界におけるふたつの撮像用マイクロレンズ５３及び５４の高さｈ３より低くなる。ここで、高さｈ２は、位相差検出用画素２３及び第２の撮像用画素２２の受光面１１Ｓから位相差検出用マイクロレンズ３３及び第２の撮像用マイクロレンズ３２の入射面までの距離である。また、高さｈ３は、ふたつの撮像用画素４３及び４４の受光面１１Ｓからふたつの撮像用マイクロレンズ５３及び５４の入射面までの距離である。

【0040】

１．７ 瞳分割
図４は、第１実施形態の固体撮像装置の、当該固体撮像装置に備えられる左眼画素の周辺を模式的に図示する断面図である。図５は、第１実施形態の固体撮像装置の、当該固体撮像装置に備えられる右眼画素の周辺を模式的に図示する断面図である。

【0041】

瞳分割された光束を位相差検出用画素２３に受光させる方式としては、位相差検出用画素２３の受光面１１Ｓの一部を遮光膜１２により遮光する方式がある。当該方式によれば、図４に図示されるように、位相差検出用画素２３の受光面１１Ｓの右側が遮光膜１２により遮光され、位相差検出用画素２３の受光面１１Ｓの左側が有効化された場合は、位相差検出用画素２３が左眼画素となる。一方、図５に図示されるように、位相差検出用画素２３の受光面１１Ｓの左側が遮光膜１２により遮光され、位相差検出用画素２３の受光面１１Ｓの右側が有効化された場合は、位相差検出用画素２３が右眼画素となる。

【0042】

図６は、理想的な位相差検出特性を示すグラフである。図７は、第１実施形態の固体撮像装置の位相差検出特性のシミュレーション結果を示すグラフである。これらのグラフにおいては、横軸に左眼画素及び右眼画素の各画素への光線の入射角（光線入射角）θがとられており、縦軸に各画素の感度がとられている。感度は、最大値が１００％となるように規格化されている。図８は、第１実施形態の固体撮像装置に入射光が入射した状態を模式的に図示する断面図である。

【0043】

図６に示されるように、理想的な位相差検出特性は、光線入射角θが０°より小さくなる入射角の範囲において左眼画素の感度に対する右眼画素の感度の比が高くなり、光線入射角θが０°より大きくなる入射角の範囲において右眼画素の感度に対する左眼画素の感度の比が高くなる位相差検出特性である。望ましい位相差検出特性を得るためには、前者の範囲において左眼画素の感度を０％に近づけ、後者の範囲において右眼画素の感度を０％に近づけることが期待される。

【0044】

図７に示されるように、固体撮像装置１は、図６に示される理想的な位相差検出特性に近い位相差検出特性を有する。固体撮像装置１がそのような位相差検出特性を有するのは、図８に図示されるように、第１の撮像用マイクロレンズ３１及び第２の撮像用マイクロレンズ３２と位相差検出用画素２３との間に隙間が形成されることを抑制することができ、入射光６１が、形成された隙間を経由して位相差検出用画素２３に入射することを抑制することができるためである。この点については、下述する第２参考例と第１実施形態との比較により、より明確になる。

【0045】

１．８ 参考例と第１実施形態との比較
図９は、第１参考例の固体撮像装置を模式的に図示する上面図である。図１０は、図９に描かれた切断線ａ－ａ’の位置における、第１参考例の固体撮像装置の断面を模式的に図示する断面図である。図１１は、図９に描かれた切断線ｂ－ｂ’の位置における、第１参考例の固体撮像装置の断面を模式的に図示する断面図である。

【0046】

図９、図１０及び図１１に図示される第１参考例の固体撮像装置８においては、第１の撮像用マイクロレンズ３１及び第２の撮像用マイクロレンズ３２に、位相差検出用マイクロレンズ３３の高さｈ１と同じ高さｈ１が与えられ、位相差検出用マイクロレンズ３３の形状と同じ形状が与えられる。このため、固体撮像装置８においては、第１の撮像用画素２１及び第２の撮像用画素２２の最適化並びに位相差検出用画素２３の最適化を独立して行うことができない。このため、第１の撮像用画素２１及び第２の撮像用画素２２に求められること並びに位相差検出用画素２３に求められることを両立することができない。

【0047】

図１２は、第２参考例の固体撮像装置を模式的に図示する上面図である。図１３は、図１２に描かれた切断線ａ－ａ’の位置における、第２参考例の固体撮像装置の断面を模式的に図示する断面図である。図１４は、図１２に描かれた切断線ｂ－ｂ’の位置における、第２参考例の固体撮像装置の断面を模式的に図示する断面図である。図１５は、第２参考例の固体撮像装置に入射光が入射した状態を模式的に図示する断面図である。

【0048】

図１２、図１３及び図１４に図示される第２参考例の固体撮像装置９においては、第１の撮像用マイクロレンズ３１及び第２の撮像用マイクロレンズ３２に、位相差検出用マイクロレンズ３３の形状と異なる形状が与えられる。このため、固体撮像装置９においては、第１の撮像用画素２１及び第２の撮像用画素２２の最適化並びに位相差検出用画素２３の最適化を独立して行うことができる。このため、第１の撮像用画素２１及び第２の撮像用画素２２に求められること並びに位相差検出用画素２３に求められることを両立することができる。

【0049】

しかし、第２参考例の固体撮像装置９においては、第１の撮像用マイクロレンズ３１及び第２の撮像用マイクロレンズ３２が第１の撮像用画素２１及び第２の撮像用画素２２の上のみにそれぞれ配置される。このため、第１の撮像用マイクロレンズ３１及び第２の撮像用マイクロレンズ３２と位相差検出用マイクロレンズ３３との間に大きな隙間が形成される。このため、図１５に図示されるように、入射光６１の一部６２が、形成された大きな隙間を経由して位相差検出用画素２３に入射する。このため、入射光６１の一部６２が、位相差検出信号に重畳するノイズの原因となり、光線入射角θが０°より小さくなる入射角の範囲において左眼画素の感度を０％に近づけ、光線入射角θが０°より大きくなる入射角の範囲において右眼画素の感度を０％に近づけることを妨げる。

【0050】

図１６は、第２参考例の固体撮像装置の位相差検出特性のシミュレーション結果を示すグラフである。このグラフにおいては、横軸に左眼画素及び右眼画素の各画素への光線の入射角（光線入射角）θがとられており、縦軸に各画素の感度がとられている。感度は、最大値が１００％となるように規格化されている。

【0051】

図１６に示されるように、第２参考例の固体撮像装置９においては、光線入射角θが０°より小さくなる入射角の範囲において左眼画素の感度が約４０％まで上昇し、光線入射角θが０°より大きくなる入射角の範囲において右眼画素の感度が約４０％まで上昇する。このため、第２参考例の固体撮像装置９は、図６に示される理想的な位相差検出特性に近い位相差検出特性を有しない。固体撮像装置９がそのような位相差検出特性を有しないのは、第１の撮像用マイクロレンズ３１及び第２の撮像用マイクロレンズ３２と位相差検出用マイクロレンズ３３との間に大きな隙間が形成され、入射光６１の一部６２が、形成された大きな隙間を経由して位相差検出用画素２３に入射するためである。

【0052】

これに対して、図７に示されるように、第１実施形態の固体撮像装置１においては、光線入射角θが０°より小さくなる入射角の範囲において左眼画素の感度が約１０％まで低下し、光線入射角θが０°より大きくなる入射角の範囲において右眼画素の感度が約１０％まで低下する。このため、第１実施形態の固体撮像装置１は、図６に示される理想的な位相差検出特性に近い位相差検出特性を有する。固体撮像装置１がそのような位相差検出特性を有するのは、第１の撮像用マイクロレンズ３１及び第２の撮像用マイクロレンズ３２と位相差検出用マイクロレンズ３３との間に隙間が形成されることが抑制され、入射光６１が当該隙間を経由して位相差検出用画素２３に入射することが抑制されるためである。

【0053】

本開示は、上記実施の形態に限定されるものではなく、上記実施の形態で示した構成と実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えてもよい。

【符号の説明】

【0054】

１ 固体撮像装置、８ 固体撮像装置、９ 固体撮像装置、１１ 画素、１２ 遮光膜、１３ 平坦化膜、１４ マイクロレンズ、１１Ｓ 受光面、１３Ｓ 平坦面、２１ 第１の撮像用画素、２２ 第２の撮像用画素、２３ 位相差検出用画素、３１ 第１の撮像用マイクロレンズ、３２ 第２の撮像用マイクロレンズ、３３ 位相差検出用マイクロレンズ、４３ 撮像用画素、４４ 撮像用画素、５３ 撮像用マイクロレンズ、５４ 撮像用マイクロレンズ、６１ 入射光、６２ 入射光の一部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】