固体撮像素子および撮影装置
【課題】製造が容易で、且つ焦点検出用の画素を撮像画素としても兼用可能な固体撮像素子、およびこれを用いた撮影装置を提供する。
【解決手段】撮影装置２のＣＣＤ１１は、素子構造が対称な第一画素３８ａ、第二画素３８ｂと、各画素３８ａ、３８ｂ同士を分離する素子分離層４８に独立した電圧印加を可能とするＬＣＳ端子３７とを有する。瞳分割位相差検出方式による焦点検出を行う場合は、各画素３８ａ、３８ｂの受光部３０が左右対称に変形するようＬＣＳ端子３７に所定電圧よりも正負いずれかの側にシフトした電圧（素子分離層４８がｐ型半導体の場合は所定電圧よりも負側にシフトした電圧、ｎ型半導体の場合は所定電圧よりも正側にシフトした電圧）が印加される。画像データを生成する場合は、各画素３８ａ、３８ｂの受光部３０に変形が生じず各画素３８ａ、３８ｂの受光特性が等しくなるようＬＣＳ端子３７に所定電圧が印加される。
【解決手段】撮影装置２のＣＣＤ１１は、素子構造が対称な第一画素３８ａ、第二画素３８ｂと、各画素３８ａ、３８ｂ同士を分離する素子分離層４８に独立した電圧印加を可能とするＬＣＳ端子３７とを有する。瞳分割位相差検出方式による焦点検出を行う場合は、各画素３８ａ、３８ｂの受光部３０が左右対称に変形するようＬＣＳ端子３７に所定電圧よりも正負いずれかの側にシフトした電圧（素子分離層４８がｐ型半導体の場合は所定電圧よりも負側にシフトした電圧、ｎ型半導体の場合は所定電圧よりも正側にシフトした電圧）が印加される。画像データを生成する場合は、各画素３８ａ、３８ｂの受光部３０に変形が生じず各画素３８ａ、３８ｂの受光特性が等しくなるようＬＣＳ端子３７に所定電圧が印加される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、視差を有する複数の像を同時に取得可能な固体撮像素子、およびこれを用いた撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタルカメラやカメラ付き携帯電話等の撮影装置には、焦点検出に瞳分割位相差検出方式を採用したものがある。瞳分割位相差検出方式は、例えば左右の視差画像データを元にした焦点検出方法である。
【０００３】
瞳分割位相差検出方式を採用した撮影装置には、固体撮像素子の画素の一部に、撮像画素とは別に焦点検出用の画素（視差検出用画素）を設けたものが知られている（特許文献１、２参照）。撮像画素は、全方位からの被写体光を均等に受光するため、被写体光が入射する開口部に合わせて被写体光の受光部を配置している。対して焦点検出用の画素は、ある特定の角度で斜入射する被写体光の受光感度を高めるため、開口部に対して受光部を片側にずらして配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１６２８４５号公報
【特許文献２】特開２００９−１０５６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
撮像画素とは別に焦点検出用の画素を設けた特許文献１、２に記載の発明では、焦点検出用の画素は、撮像画素と構造が異なり、焦点検出用の画素と撮像画素を作り分ける工程以降の工程の均一性（この場合は光学層の形状均一性）が悪化してしまうという問題があった。
【０００６】
また、焦点検出用の画素は、特定の入射角の光のみを検出するものであり、受光量が撮像画素と比べて小さいため、画像データを生成する際には、焦点検出用の画素の画素値を、撮像画素の画素値と同じく画像データの一部としてそのまま用いることはできない。このため、画像データを生成するには、焦点検出用の画素の画素値を撮像画素の画素値のレベルに合わせるようゲイン補正を行ったり、焦点検出用の画素の画素値を用いずに、その周辺の撮像画素の画素値で補間処理を行うことが必要であり、画像処理が煩雑化するという問題もあった。
【０００７】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造が容易で、且つ視差検出用画素を撮像画素としても兼用可能な固体撮像素子、およびこれを用いた撮影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の固体撮像素子は、入射光に応じた信号電荷を生成して蓄積する受光部と、読み出しチャネル以外の受光部の周囲を取り囲むように形成された素子分離層とを有し、素子分離層が左右対称に配置された第一画素および第二画素が二次元状に配列された受光領域と、素子分離層の素子分離領域を実効的に拡大させ、第一画素および第二画素の受光部が左右対称に変形するよう、素子分離層に独立した電圧印加を可能とする外部端子と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
画像データを生成する場合は、第一画素および第二画素の受光部に変形が生じず、第一画素および第二画素の受光特性が等しくなるよう、素子分離層の外部端子に所定電圧が印加され、瞳分割位相差検出方式による焦点検出を行う場合は、第一画素および第二画素の受光部が左右対称に変形するよう、素子分離層がｐ型半導体の場合は所定電圧よりも負側にシフトした電圧、素子分離層がｎ型半導体の場合は所定電圧よりも正側にシフトした電圧が素子分離層の外部端子に印加される。また、グランド電圧を「所定電圧」に変更し、「導電型とは反対の極性の電圧」の表現をやめ、外部端子に印加する電圧をより明確にしました）。
【００１０】
素子分離層は複数のグループに分けられており、第一画素および第二画素の受光部の変形の仕方がグループで異なるよう、異なる値の電圧を素子分離層の外部端子に印加し得るよう構成されていることが好ましい。
【００１１】
第一画素と第二画素の行が交互に配列されていることが好ましい。
【００１２】
本発明の撮影装置は、入射光に応じた信号電荷を生成して蓄積する受光部と、読み出しチャネル以外の受光部の周囲を取り囲むように形成された素子分離層とを有し、素子分離層が左右対称に配置された第一画素および第二画素が二次元状に配列された受光領域、並びに素子分離層の素子分離領域を実効的に拡大させ、第一画素および第二画素の受光部が左右対称に変形するよう、素子分離層に独立した電圧印加を可能とする外部端子を有する固体撮像素子と、前記外部端子の電圧制御をする制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
前記制御手段は、画像データを生成する場合は、第一画素および第二画素の受光部に変形が生じず、第一画素および第二画素の受光特性が等しくなるよう、素子分離層の外部端子に所定電圧を印加し、瞳分割位相差検出方式による焦点検出を行う場合は、第一画素および第二画素の受光部が左右対称に変形するよう、素子分離層がｐ型半導体の場合は所定電圧よりも負側にシフトした電圧、素子分離層がｎ型半導体の場合は所定電圧よりも正側にシフトした電圧を素子分離層の外部端子に印加する。
【００１４】
第一画素および第二画素の受光部が左右対称に変形した状態で第一画素および第二画素から得られた画像データを元に、３Ｄ表示用の左目用画像と右目用画像を生成してもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、固体撮像素子を素子分離層が左右対称に配置された第一画素および第二画素を有する構成とし、素子分離層の素子分離領域を実効的に拡大させ、第一画素および第二画素の受光部が左右対称に変形するよう、素子分離層の外部端子に電圧を印加するので、製造が容易で、且つ視差検出用画素を撮像画素としても兼用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】撮影装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】ＣＣＤの概略構成を示す平面図である。
【図３】図２のａ−ａ’線に沿うＣＣＤの断面図である。
【図４】（Ａ）はＬＣＳ端子を所定電圧とした場合、（Ｂ）はＬＣＳ端子に所定電圧よりも負側にシフトしたバイアス電圧を印加した場合の受光部の状態変化を示す説明図である。
【図５】３Ｄ表示技術に応用した場合の色フィルタの配置例を示す図である。
【図６】素子分離層を分割して２つのグループに分け、各グループに異なる値のバイアス電圧を印加した場合の受光部の状態変化を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１において、撮影装置２は、ＣＰＵ１０によって各部が統括的に制御され、ＣＣＤ型固体撮像素子（以下、ＣＣＤと略す）１１から得た撮像信号を画像データに変換して記録するデジタルスチルカメラである。ＣＰＵ１０には、シャッタボタン、メニューボタン、選択キーなどを含む操作部１２から各種操作信号が入力され、ＣＰＵ１０は操作信号に応じて撮影装置２の各部の動作制御を行う。
【００１８】
ＣＣＤ１１の受光領域３４（図２参照）側には撮像レンズ１３が設けられている。撮像レンズ１３を透過した被写体光はＣＣＤ１１の受光領域３４に結像される。ＣＣＤ１１は、ＣＣＤドライバ１４からの各種駆動パルス（垂直／水平走査パルス、電子シャッタパルス、読み出しパルス、リセットパルス等）に応じて駆動され、受光領域３４に結像された像に応じた撮像信号を出力する。
【００１９】
撮像レンズ１３には、レンズ駆動部１５が接続されている。撮像レンズ１３は、主レンズ、フォーカスレンズ、ズームレンズを含む。レンズ駆動部１５は、ＣＰＵ１０の制御の下、フォーカスレンズ、ズームレンズを光軸方向に移動させる。これにより焦点調整やズーミングが行われる。ＣＰＵ１０は、操作部１２のシャッタボタンの半押しに応じて焦点調整や露光調整といった撮影準備処理を行う。
【００２０】
ＣＤＳ（相関二重サンプリング）／ＡＧＣ（オートゲインコントロール）回路１６は、ＣＣＤ１１から出力された撮像信号からリセットノイズを除去するとともに、ゲイン調整を行う。Ａ／Ｄ変換器１７は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１６から入力された撮像信号をデジタル化し、ＤＳＰ（デジタル信号処理回路）１８に出力する。ＣＣＤドライバ１４、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１６、およびＡ／Ｄ変換器１７は、ＴＧ（タイミングジェネレータ）１９から供給されるパルスにより、各々同期して動作する。
【００２１】
ＤＳＰ１８は、Ａ／Ｄ変換器１７から出力された撮像信号に対して、色補間、ＹＣ変換、ガンマ補正、輪郭補正、ホワイトバランス補正などの所定の画像処理を施し、画像データを生成する。ＤＳＰ１８によって生成された画像データは、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）２１に表示されるか、またはシャッタボタンの全押しに応じてメモリカード２０に記録される。
【００２２】
ＣＣＤ１１の構成を示す図２において、ＣＣＤ１１は、受光部３０、垂直転送路３１、水平転送路３２、出力アンプ３３等の構成を有する。
【００２３】
受光部３０は、Ｘ方向（行方向）およびＹ方向（列方向）に沿って二次元状にＣＣＤ１１の受光領域３４に複数配置されている。受光部３０は、ｐｎ接合型のフォトダイオードであり、入射光を光電変換し、入射光量に応じた信号電荷（電子）を生成して蓄積する。
【００２４】
各受光部３０の光入射側には、赤色フィルタ（Ｒ）、緑色フィルタ（Ｇ）、青色フィルタ（Ｂ）のいずれかが設けられており、受光部３０は、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色フィルタに対応する色成分の光を受光する。色フィルタは、ＧとＲが交互にＸ方向に配列された奇数行３５ａと、ＢとＧが交互にＸ方向に配列された偶数行３５ｂとがＹ方向に交互に配列されてなる、いわゆるベイヤー配列となっている。
【００２５】
奇数行３５ａの各受光部３０は左側、偶数行３５ｂの各受光部３０は右側の垂直転送路３１にそれぞれ読み出しチャネル３６を介して接続されている。垂直転送路３１には、読み出しチャネル３６を介して受光部３０から信号電荷が読み出され、垂直転送路３１は読み出された信号電荷をＹ方向に垂直転送する。
【００２６】
垂直転送路３１は、その上に形成された複数の転送電極に位相が異なる四種の垂直走査パルスφＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４が印加されることにより駆動される。垂直走査パルスには、受光部３０の信号電荷を垂直転送路３１に読み出し転送するための読み出しパルスが重畳される。読み出しパルスが印加されると、読み出しチャネル３６は、受光部３０に蓄積された信号電荷が垂直転送路３１に漏れ出さないように遮蔽する閉状態から、受光部３０の信号電荷を垂直転送路３１に移動させる開状態となる。
【００２７】
水平転送路３２は、垂直転送路３１の各出力端に共通に接続され、垂直転送路３１から出力された信号電荷をＸ方向に水平転送する。水平転送路３２は、その上に形成された転送電極に位相が異なる二種の水平走査パルスφＨ１、φＨ２が印加されることにより駆動される。出力アンプ３３はＦＤ（フローティングディフュージョン）アンプからなり、水平転送路３２から信号電荷を順次に受け取り、電荷電圧変換により信号電荷を電圧信号に変換して出力する。
【００２８】
ＣＣＤ１１には、上述の垂直走査パルスや水平走査パルスの他に、リセットゲートパルスφＲＧや電子シャッタパルスφＳＵＢが供給される。リセットゲートパルスφＲＧは、出力アンプ３３に入力される。出力アンプ３３は、リセットゲートパルスφＲＧに応じて、電荷電圧変換が終了した信号電荷をリセットドレイン（図示せず）に排出する。電子シャッタパルスφＳＵＢは、シリコン基板４５のＮｓｕｂ（図３参照）に印加される。受光部３０の基板側には、縦型オーバーフロードレイン構造の電子シャッタ機構が形成されている。電子シャッタ機構は、電子シャッタパルスφＳＵＢに応じて、受光部３０内の露光開始前の不要電荷をＮｓｕｂに排出する。
【００２９】
また、ＣＣＤ１１には、素子分離層４８（図３も参照）に独立したバイアス電圧を印加するためのＬＣＳ端子３７が接続されている。なお、符号３８ａ、３８ｂは、１つの画素単位を示しており、第一画素３８ａおよび第二画素３８ｂはそれぞれ、受光部３０、読み出しチャネル３６、および垂直転送路３１の一部を含む。第一画素３８ａは奇数行３５ａに属し、第二画素３８ｂは偶数行３５ｂに属している。
【００３０】
図２のａ−ａ’に沿うＣＣＤ１１の断面構造を図３に示す。左側は奇数行３５ａに属する第一画素３８ａ、右側は偶数行３５ｂに属する第二画素３８ｂのそれぞれの断面である。
【００３１】
図３において、ｎ型シリコン基板４５の表層には、ｐ型ウェル層４６が形成されている。ｐ型ウェル層４６内には、ｎ型層からなる受光部３０が形成されている。受光部３０の上には、暗電流を防止するためのｐ＋型のホール蓄積層４７が形成されている。受光部３０の一方の側方には、ｐ型ウェル層４６の表層部からなる読み出しチャネル３６を介して、ｎ型層からなる垂直転送路３１が形成されている。受光部３０の他方の側方には、ｐ＋型層からなる素子分離層４８を介して、読み出しチャネル３６側の垂直転送路３１と隣接する垂直転送路３１が形成されている。素子分離層４８は、読み出しチャネル３６以外の受光部３０の周囲を取り囲むように形成されており（図２および図４参照）、該受光部３０を、隣接する他の受光部３０や垂直転送路３１から電気的に分離している。
【００３２】
偶数行３５ａに属する第一画素３８ａは、読み出しチャネル３６が受光部３０の左側に形成されており、奇数行３５ｂに属する第二画素３８ｂは、読み出しチャネル３６が受光部３０の右側に形成されている。つまり、読み出しチャネル３６は、第一画素３８ａと第二画素３８ｂとで左右対称に配置されている。素子分離層４８も同様に、第一画素３８ａと第二画素３８ｂとで左右対称に配置されている。
【００３３】
シリコン基板４５の表面には、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化シリコンを順に積層したＯＮＯ膜からなるゲート絶縁膜４９が形成され、ゲート絶縁膜４９上には、垂直転送路３１、読み出しチャネル３６、および素子分離層４８の略直上を覆うように、ポリシリコンからなる転送電極５０が形成されている。転送電極５０の表面には、ＯＮＯ膜からなる層間絶縁膜５１が形成されている。層間絶縁膜５１上には、転送電極５０の上方および側方を覆うとともに受光部３０の直上位置に開口部５２を有するタングステンからなる遮光膜５３が形成されている。遮光膜５３上には、ＢＰＳＧ等の透明材料からなる保護層５４が形成されている。さらに、保護層５４の上には、図示を省略しているが、平坦化層、色フィルタ、マイクロレンズ等が順に形成されている。
【００３４】
受光部３０と素子分離層４８の接合部分は、受光部３０がｎ型層、素子分離層４８がｐ＋型層からなるため、ｐｎ接合となっている。このため、図４（Ｂ）にも示すように、ＬＣＳ端子３７に所定電圧よりも負側にシフトしたバイアス電圧が印加されると、ｐｎ接合の逆バイアスが増大し、受光部３０と素子分離層４８の接合部分の空乏層幅が拡大する。この空乏層幅の拡大領域を、網掛けおよび符号６０で示す。拡大領域６０は、光電変換および電荷蓄積機能を備えないため、ＬＣＳ端子３７への上記バイアス電圧の印加により、素子分離層４８が実効的に拡大したことになる。なお、詳しくは後述するが、所定電圧とは、通常撮影時にＬＣＳ端子３７に印加される電圧であり、例えばグランド電圧である。
【００３５】
素子分離層４８は受光部３０に隣接しているため、拡大領域６０が生じると、拡大領域６０により受光部３０が部分的に侵食され、受光部３０の有効面積が実効的に減少する（図４（Ｂ）参照）。各行３５ａ、３５ｂに属する第一画素３８ａ、第二画素３８ｂは左右対称な構造を有しているので、この受光部３０の有効面積の減少の仕方も左右対称になる。第一画素３８ａは、右側の有効面積が主に減少する。第二画素３８ｂは、逆に左側の有効面積が主に減少する。従って、ＬＣＳ端子３７に負側にシフトしたバイアス電圧が印加されたときには、第一画素３８ａは、左側から斜入射する左斜入射光Ｌｂよりも右側から斜入射する右斜入射光Ｌａに対して感度が高くなり、第二画素３８ｂは、逆に右側から斜入射する右斜入射光Ｌａよりも左側から斜入射する左斜入射光Ｌｂに対して感度が高くなる。
【００３６】
また、ＬＣＳ端子３７を所定電圧とした場合には、拡大領域６０が生じないため、第一画素３８ａと第二画素３８ｂは、それぞれ右斜入射光Ｌａと左斜入射光Ｌｂを均等に受光する（図４（Ａ）参照）。つまり、ＬＣＳ端子３７を所定電圧とした場合、第一画素３８ａと第二画素３８ｂの受光特性が等しくなる。なお、ＬＣＳ端子３７に内部プルダウン回路を設け、ＬＣＳ端子３７をオープンとした場合にＬＣＳ端子３７が内部プルダウン回路により所定電圧となるようにしてもよい。なお、所定電圧は、第一、第二画素３８ａ、３８ｂが、右側から斜入射する右斜入射光Ｌａおよび左側から斜入射する左斜入射光Ｌｂに対して同一の感度となる値であり、例えばグランド電圧である。
【００３７】
第一画素３８ａと第二画素３８ｂは、ＬＣＳ端子３７の電圧制御により、視差検出用画素、または通常の撮像画素として使用することが可能である。視差検出用画素として使用する場合には、ＣＰＵ１０は、第一画素３８ａと第二画素３８ｂの右斜入射光Ｌａと左斜入射Ｌｂに対する感度の相違を利用して、瞳分割位相差検出方式の焦点検出を行う。瞳分割位相差検出方式は、撮像レンズ１３を通過した被写体光を射出瞳位置で分割して一対の像を形成し、該一対の像がデフォーカス量により相対移動することを利用した焦点検出方法である。
【００３８】
ＣＰＵ１０は、シャッタボタンの半押しに伴う撮影準備処理時に、ＣＣＤドライバ１４を介してＬＣＳ端子３７に所定電圧よりも負側にシフトしたバイアス電圧を印加させる。これにより、受光部３０と素子分離層４８の接合部分の空乏層幅が拡大して拡大領域６０が生じ、ＣＣＤ１１の第一画素３８ａと第二画素３８ｂは、右斜入射光Ｌａと左斜入射Ｌｂに対する感度が異なる状態となり、視差検出用画素（焦点検出用画素）として機能する。ＣＰＵ１０は、第一画素３８ａと第二画素３８ｂのそれぞれから得られた画像データを解析して、第一画素３８ａと第二画素３８ｂの各々のデータから上記一対の像を形成してデフォーカス量を算出する。そして、デフォーカス量に基づいてフォーカスレンズの移動量を算出し、レンズ駆動部１５を駆動してフォーカスレンズを合焦位置に移動させる。
【００３９】
なお、デフォーカス量の算出に用いる画素は、受光領域３４に含まれる全画素でもよいし、一部（例えば中央部）の画素でもよい。あるいは、操作部１２を介してユーザにより指定された領域、もしくは周知の顔検出にて検出された人物の顔の領域の画素を用いてデフォーカス量を算出してもよい。
【００４０】
ＣＰＵ１０は、シャッタボタンの全押しに応じて、ＬＣＳ端子３７に所定電圧を印加させる。これにより拡大領域６０は消失し、第一画素３８ａと第二画素３８ｂは、受光特性が等しい図４（Ａ）の状態に戻され、撮像画素として機能する。そして、この状態で撮像して得られた撮像信号を元に、メモリカード２１に記録する画像データが生成される。
【００４１】
以上説明したように、本発明によれば、ＬＣＳ端子３７の電圧制御により、第一画素３８ａと第二画素３８ｂを視差検出用画素または撮像画素として使用することが可能である。第一画素３８ａと第二画素３８ｂは、左右対称で同一の構造であるため、従来のように撮像画素とは異なる構造の焦点検出用の画素を作り込む必要がなく、全画素を同一の構造で作製することができる。この製造工程は一般的なＣＣＤのそれと変わりがないため、従来の撮像画素とは別に焦点検出用の画素を作り込む方法と比べて光学層の形状均一性が悪化してしまう懸念がない。
【００４２】
また、従来の撮像画素とは別に焦点検出用の画素を作り込む方法では、焦点検出用の画素の画素値にゲイン補正を施すか、焦点検出用の画素の画素値を周りの撮像画素の画素値で補間する必要があったが、第一画素３８ａと第二画素３８ｂを撮像画素としても使用することができるため、ゲイン補正や補間を行う必要がない。このため、画像処理の簡略化や迅速化に寄与することができる。
【００４３】
デフォーカス量の算出に一部の画素を用いる場合、その部分の色フィルタを取り払って、焦点検出専用の画素としてもよい。この場合は従来同様、色フィルタがない画素の画素値を周りの画素で補間する。
【００４４】
上記実施形態では、第一画素３８ａと第二画素３８ｂのデータを用いて瞳分割位相差検出方式の焦点検出を行っているが、第一画素３８ａと第二画素３８ｂのデータをそれぞれ右目用画像と左目用画像として用い、周知の３Ｄ表示技術に応用することも可能である。但し、この場合は右目用画像と左目用画像とで色の偏りをなくすため、色フィルタの配置を図５のようにする。すなわち、ＧとＲが交互にＸ方向に配列された行６５ａと、ＢとＧが交互にＸ方向に配列された行６５ｂとを、Ｙ方向に２行ずつ交互に配列する。第一画素３８ａと第二画素３８ｂの構造および配列は上記実施形態と同様とし、色フィルタの配置のみを変更する。そして、奇数行３５ａの第一画素３８ａのデータから右目用画像、偶数行３５ｂの第二画素３８ｂから左目用画像を生成する。こうすれば、右目用画像および左目用画像として視差のみが異なるカラー画像が得られる。
【００４５】
また、上記実施形態では、第一画素３８ａと第二画素３８ｂをそれぞれ共通の素子分離層４８で素子分離し、素子分離層４８に対して１つのＬＣＳ端子３７を設けているため、一度の撮像で得られる画像は、第一画素３８ａと第二画素３８ｂによる一組の視差画像であるが、さらに素子分離層４８を複数のグループに分割し、分割された各素子分離層のグループにそれぞれ独立に電圧を印加するように複数のＬＣＳ端子を設けることで、一度の撮像により、二組以上の視差画像（多視化画像）が得られるように構成してもよい。
【００４６】
例えば図６に示すように、Ｘ方向に並ぶ画素の列を奇数列と偶数列の２グループに分け、素子分離層を奇数列の素子分離層７０ａと偶数列の素子分離層７０ｂとに分割して、各素子分離層７０ａ、７０ｂに所定電圧よりも負側にシフトした異なるバイアス電圧を印加可能に二つのＬＣＳ端子７１ａ、７１ｂを設ける。そして、例えばＬＣＳ端子７１ａに印加する電圧を、ＬＣＳ端子７１ｂに印加する電圧よりもさらに負側にシフトし、奇数列と偶数列とで拡大領域６０の拡がりが異なるようにしてもよい。互いに感度の異なる複数の画素を容易に作り出すことができ、各画素のデータを用いて多視化表示を実現することができる。
【００４７】
上記実施形態では、信号電荷が電子であるため、受光部がｎ型層、素子分離層がｐ＋型層であるが、信号電荷を正孔とし、受光部と素子分離層を逆の導電型としてもよい。この場合は素子分離層がｎ型となるため、外部端子に所定電圧（例えばグランド電圧）よりも正側にシフトしたバイアス電圧を印加することで、第一画素３８ａと第二画素３８ｂが視差検出用画素として機能する。また、本発明は、ＣＣＤに限らず、ＣＭＯＳ型の固体撮像素子に適用することも可能である。
【００４８】
上記実施形態では、素子分離層を不純物層として形成しているが、本発明はこれに限定されない。素子分離層としてＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）やＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）を用いる場合にも適用することができる。ＬＯＣＯＳやＳＴＩは、酸化膜の下方や側方にチャンネルストッパが付随して設けられるため、このチャネルストッパにＬＣＳ端子を接続すればよい。
【００４９】
上記実施形態では、第一画素３８ａと第二画素３８ｂとを行方向（Ｙ方向）に交互に配列しているが、これに代えて、第一画素３８ａと第二画素３８ｂとを列方向（Ｘ方向）に交互に配列してもよい。
【００５０】
なお、受光部の平面形状を略八角形とし、受光部を１列毎に半ピッチずらして配列したハニカム配列を有する固体撮像素子についても、本発明を適用することが可能である。
【符号の説明】
【００５１】
２ 撮影装置
１０ ＣＰＵ
１１ ＣＣＤ型固体撮像素子（ＣＣＤ）
１４ ＣＣＤドライバ
１９ タイミングジェネレータ（ＴＧ）
３０ 受光部
３４ 受光領域
３７、７１ａ、７１ｂ ＬＣＳ端子
３８ａ、３８ｂ 第一画素、第二画素
４８、７０ａ、７０ｂ 素子分離層
６０ 拡大領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、視差を有する複数の像を同時に取得可能な固体撮像素子、およびこれを用いた撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタルカメラやカメラ付き携帯電話等の撮影装置には、焦点検出に瞳分割位相差検出方式を採用したものがある。瞳分割位相差検出方式は、例えば左右の視差画像データを元にした焦点検出方法である。
【０００３】
瞳分割位相差検出方式を採用した撮影装置には、固体撮像素子の画素の一部に、撮像画素とは別に焦点検出用の画素（視差検出用画素）を設けたものが知られている（特許文献１、２参照）。撮像画素は、全方位からの被写体光を均等に受光するため、被写体光が入射する開口部に合わせて被写体光の受光部を配置している。対して焦点検出用の画素は、ある特定の角度で斜入射する被写体光の受光感度を高めるため、開口部に対して受光部を片側にずらして配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１６２８４５号公報
【特許文献２】特開２００９−１０５６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
撮像画素とは別に焦点検出用の画素を設けた特許文献１、２に記載の発明では、焦点検出用の画素は、撮像画素と構造が異なり、焦点検出用の画素と撮像画素を作り分ける工程以降の工程の均一性（この場合は光学層の形状均一性）が悪化してしまうという問題があった。
【０００６】
また、焦点検出用の画素は、特定の入射角の光のみを検出するものであり、受光量が撮像画素と比べて小さいため、画像データを生成する際には、焦点検出用の画素の画素値を、撮像画素の画素値と同じく画像データの一部としてそのまま用いることはできない。このため、画像データを生成するには、焦点検出用の画素の画素値を撮像画素の画素値のレベルに合わせるようゲイン補正を行ったり、焦点検出用の画素の画素値を用いずに、その周辺の撮像画素の画素値で補間処理を行うことが必要であり、画像処理が煩雑化するという問題もあった。
【０００７】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造が容易で、且つ視差検出用画素を撮像画素としても兼用可能な固体撮像素子、およびこれを用いた撮影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の固体撮像素子は、入射光に応じた信号電荷を生成して蓄積する受光部と、読み出しチャネル以外の受光部の周囲を取り囲むように形成された素子分離層とを有し、素子分離層が左右対称に配置された第一画素および第二画素が二次元状に配列された受光領域と、素子分離層の素子分離領域を実効的に拡大させ、第一画素および第二画素の受光部が左右対称に変形するよう、素子分離層に独立した電圧印加を可能とする外部端子と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
画像データを生成する場合は、第一画素および第二画素の受光部に変形が生じず、第一画素および第二画素の受光特性が等しくなるよう、素子分離層の外部端子に所定電圧が印加され、瞳分割位相差検出方式による焦点検出を行う場合は、第一画素および第二画素の受光部が左右対称に変形するよう、素子分離層がｐ型半導体の場合は所定電圧よりも負側にシフトした電圧、素子分離層がｎ型半導体の場合は所定電圧よりも正側にシフトした電圧が素子分離層の外部端子に印加される。また、グランド電圧を「所定電圧」に変更し、「導電型とは反対の極性の電圧」の表現をやめ、外部端子に印加する電圧をより明確にしました）。
【００１０】
素子分離層は複数のグループに分けられており、第一画素および第二画素の受光部の変形の仕方がグループで異なるよう、異なる値の電圧を素子分離層の外部端子に印加し得るよう構成されていることが好ましい。
【００１１】
第一画素と第二画素の行が交互に配列されていることが好ましい。
【００１２】
本発明の撮影装置は、入射光に応じた信号電荷を生成して蓄積する受光部と、読み出しチャネル以外の受光部の周囲を取り囲むように形成された素子分離層とを有し、素子分離層が左右対称に配置された第一画素および第二画素が二次元状に配列された受光領域、並びに素子分離層の素子分離領域を実効的に拡大させ、第一画素および第二画素の受光部が左右対称に変形するよう、素子分離層に独立した電圧印加を可能とする外部端子を有する固体撮像素子と、前記外部端子の電圧制御をする制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
前記制御手段は、画像データを生成する場合は、第一画素および第二画素の受光部に変形が生じず、第一画素および第二画素の受光特性が等しくなるよう、素子分離層の外部端子に所定電圧を印加し、瞳分割位相差検出方式による焦点検出を行う場合は、第一画素および第二画素の受光部が左右対称に変形するよう、素子分離層がｐ型半導体の場合は所定電圧よりも負側にシフトした電圧、素子分離層がｎ型半導体の場合は所定電圧よりも正側にシフトした電圧を素子分離層の外部端子に印加する。
【００１４】
第一画素および第二画素の受光部が左右対称に変形した状態で第一画素および第二画素から得られた画像データを元に、３Ｄ表示用の左目用画像と右目用画像を生成してもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、固体撮像素子を素子分離層が左右対称に配置された第一画素および第二画素を有する構成とし、素子分離層の素子分離領域を実効的に拡大させ、第一画素および第二画素の受光部が左右対称に変形するよう、素子分離層の外部端子に電圧を印加するので、製造が容易で、且つ視差検出用画素を撮像画素としても兼用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】撮影装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】ＣＣＤの概略構成を示す平面図である。
【図３】図２のａ−ａ’線に沿うＣＣＤの断面図である。
【図４】（Ａ）はＬＣＳ端子を所定電圧とした場合、（Ｂ）はＬＣＳ端子に所定電圧よりも負側にシフトしたバイアス電圧を印加した場合の受光部の状態変化を示す説明図である。
【図５】３Ｄ表示技術に応用した場合の色フィルタの配置例を示す図である。
【図６】素子分離層を分割して２つのグループに分け、各グループに異なる値のバイアス電圧を印加した場合の受光部の状態変化を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１において、撮影装置２は、ＣＰＵ１０によって各部が統括的に制御され、ＣＣＤ型固体撮像素子（以下、ＣＣＤと略す）１１から得た撮像信号を画像データに変換して記録するデジタルスチルカメラである。ＣＰＵ１０には、シャッタボタン、メニューボタン、選択キーなどを含む操作部１２から各種操作信号が入力され、ＣＰＵ１０は操作信号に応じて撮影装置２の各部の動作制御を行う。
【００１８】
ＣＣＤ１１の受光領域３４（図２参照）側には撮像レンズ１３が設けられている。撮像レンズ１３を透過した被写体光はＣＣＤ１１の受光領域３４に結像される。ＣＣＤ１１は、ＣＣＤドライバ１４からの各種駆動パルス（垂直／水平走査パルス、電子シャッタパルス、読み出しパルス、リセットパルス等）に応じて駆動され、受光領域３４に結像された像に応じた撮像信号を出力する。
【００１９】
撮像レンズ１３には、レンズ駆動部１５が接続されている。撮像レンズ１３は、主レンズ、フォーカスレンズ、ズームレンズを含む。レンズ駆動部１５は、ＣＰＵ１０の制御の下、フォーカスレンズ、ズームレンズを光軸方向に移動させる。これにより焦点調整やズーミングが行われる。ＣＰＵ１０は、操作部１２のシャッタボタンの半押しに応じて焦点調整や露光調整といった撮影準備処理を行う。
【００２０】
ＣＤＳ（相関二重サンプリング）／ＡＧＣ（オートゲインコントロール）回路１６は、ＣＣＤ１１から出力された撮像信号からリセットノイズを除去するとともに、ゲイン調整を行う。Ａ／Ｄ変換器１７は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１６から入力された撮像信号をデジタル化し、ＤＳＰ（デジタル信号処理回路）１８に出力する。ＣＣＤドライバ１４、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１６、およびＡ／Ｄ変換器１７は、ＴＧ（タイミングジェネレータ）１９から供給されるパルスにより、各々同期して動作する。
【００２１】
ＤＳＰ１８は、Ａ／Ｄ変換器１７から出力された撮像信号に対して、色補間、ＹＣ変換、ガンマ補正、輪郭補正、ホワイトバランス補正などの所定の画像処理を施し、画像データを生成する。ＤＳＰ１８によって生成された画像データは、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）２１に表示されるか、またはシャッタボタンの全押しに応じてメモリカード２０に記録される。
【００２２】
ＣＣＤ１１の構成を示す図２において、ＣＣＤ１１は、受光部３０、垂直転送路３１、水平転送路３２、出力アンプ３３等の構成を有する。
【００２３】
受光部３０は、Ｘ方向（行方向）およびＹ方向（列方向）に沿って二次元状にＣＣＤ１１の受光領域３４に複数配置されている。受光部３０は、ｐｎ接合型のフォトダイオードであり、入射光を光電変換し、入射光量に応じた信号電荷（電子）を生成して蓄積する。
【００２４】
各受光部３０の光入射側には、赤色フィルタ（Ｒ）、緑色フィルタ（Ｇ）、青色フィルタ（Ｂ）のいずれかが設けられており、受光部３０は、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色フィルタに対応する色成分の光を受光する。色フィルタは、ＧとＲが交互にＸ方向に配列された奇数行３５ａと、ＢとＧが交互にＸ方向に配列された偶数行３５ｂとがＹ方向に交互に配列されてなる、いわゆるベイヤー配列となっている。
【００２５】
奇数行３５ａの各受光部３０は左側、偶数行３５ｂの各受光部３０は右側の垂直転送路３１にそれぞれ読み出しチャネル３６を介して接続されている。垂直転送路３１には、読み出しチャネル３６を介して受光部３０から信号電荷が読み出され、垂直転送路３１は読み出された信号電荷をＹ方向に垂直転送する。
【００２６】
垂直転送路３１は、その上に形成された複数の転送電極に位相が異なる四種の垂直走査パルスφＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４が印加されることにより駆動される。垂直走査パルスには、受光部３０の信号電荷を垂直転送路３１に読み出し転送するための読み出しパルスが重畳される。読み出しパルスが印加されると、読み出しチャネル３６は、受光部３０に蓄積された信号電荷が垂直転送路３１に漏れ出さないように遮蔽する閉状態から、受光部３０の信号電荷を垂直転送路３１に移動させる開状態となる。
【００２７】
水平転送路３２は、垂直転送路３１の各出力端に共通に接続され、垂直転送路３１から出力された信号電荷をＸ方向に水平転送する。水平転送路３２は、その上に形成された転送電極に位相が異なる二種の水平走査パルスφＨ１、φＨ２が印加されることにより駆動される。出力アンプ３３はＦＤ（フローティングディフュージョン）アンプからなり、水平転送路３２から信号電荷を順次に受け取り、電荷電圧変換により信号電荷を電圧信号に変換して出力する。
【００２８】
ＣＣＤ１１には、上述の垂直走査パルスや水平走査パルスの他に、リセットゲートパルスφＲＧや電子シャッタパルスφＳＵＢが供給される。リセットゲートパルスφＲＧは、出力アンプ３３に入力される。出力アンプ３３は、リセットゲートパルスφＲＧに応じて、電荷電圧変換が終了した信号電荷をリセットドレイン（図示せず）に排出する。電子シャッタパルスφＳＵＢは、シリコン基板４５のＮｓｕｂ（図３参照）に印加される。受光部３０の基板側には、縦型オーバーフロードレイン構造の電子シャッタ機構が形成されている。電子シャッタ機構は、電子シャッタパルスφＳＵＢに応じて、受光部３０内の露光開始前の不要電荷をＮｓｕｂに排出する。
【００２９】
また、ＣＣＤ１１には、素子分離層４８（図３も参照）に独立したバイアス電圧を印加するためのＬＣＳ端子３７が接続されている。なお、符号３８ａ、３８ｂは、１つの画素単位を示しており、第一画素３８ａおよび第二画素３８ｂはそれぞれ、受光部３０、読み出しチャネル３６、および垂直転送路３１の一部を含む。第一画素３８ａは奇数行３５ａに属し、第二画素３８ｂは偶数行３５ｂに属している。
【００３０】
図２のａ−ａ’に沿うＣＣＤ１１の断面構造を図３に示す。左側は奇数行３５ａに属する第一画素３８ａ、右側は偶数行３５ｂに属する第二画素３８ｂのそれぞれの断面である。
【００３１】
図３において、ｎ型シリコン基板４５の表層には、ｐ型ウェル層４６が形成されている。ｐ型ウェル層４６内には、ｎ型層からなる受光部３０が形成されている。受光部３０の上には、暗電流を防止するためのｐ＋型のホール蓄積層４７が形成されている。受光部３０の一方の側方には、ｐ型ウェル層４６の表層部からなる読み出しチャネル３６を介して、ｎ型層からなる垂直転送路３１が形成されている。受光部３０の他方の側方には、ｐ＋型層からなる素子分離層４８を介して、読み出しチャネル３６側の垂直転送路３１と隣接する垂直転送路３１が形成されている。素子分離層４８は、読み出しチャネル３６以外の受光部３０の周囲を取り囲むように形成されており（図２および図４参照）、該受光部３０を、隣接する他の受光部３０や垂直転送路３１から電気的に分離している。
【００３２】
偶数行３５ａに属する第一画素３８ａは、読み出しチャネル３６が受光部３０の左側に形成されており、奇数行３５ｂに属する第二画素３８ｂは、読み出しチャネル３６が受光部３０の右側に形成されている。つまり、読み出しチャネル３６は、第一画素３８ａと第二画素３８ｂとで左右対称に配置されている。素子分離層４８も同様に、第一画素３８ａと第二画素３８ｂとで左右対称に配置されている。
【００３３】
シリコン基板４５の表面には、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化シリコンを順に積層したＯＮＯ膜からなるゲート絶縁膜４９が形成され、ゲート絶縁膜４９上には、垂直転送路３１、読み出しチャネル３６、および素子分離層４８の略直上を覆うように、ポリシリコンからなる転送電極５０が形成されている。転送電極５０の表面には、ＯＮＯ膜からなる層間絶縁膜５１が形成されている。層間絶縁膜５１上には、転送電極５０の上方および側方を覆うとともに受光部３０の直上位置に開口部５２を有するタングステンからなる遮光膜５３が形成されている。遮光膜５３上には、ＢＰＳＧ等の透明材料からなる保護層５４が形成されている。さらに、保護層５４の上には、図示を省略しているが、平坦化層、色フィルタ、マイクロレンズ等が順に形成されている。
【００３４】
受光部３０と素子分離層４８の接合部分は、受光部３０がｎ型層、素子分離層４８がｐ＋型層からなるため、ｐｎ接合となっている。このため、図４（Ｂ）にも示すように、ＬＣＳ端子３７に所定電圧よりも負側にシフトしたバイアス電圧が印加されると、ｐｎ接合の逆バイアスが増大し、受光部３０と素子分離層４８の接合部分の空乏層幅が拡大する。この空乏層幅の拡大領域を、網掛けおよび符号６０で示す。拡大領域６０は、光電変換および電荷蓄積機能を備えないため、ＬＣＳ端子３７への上記バイアス電圧の印加により、素子分離層４８が実効的に拡大したことになる。なお、詳しくは後述するが、所定電圧とは、通常撮影時にＬＣＳ端子３７に印加される電圧であり、例えばグランド電圧である。
【００３５】
素子分離層４８は受光部３０に隣接しているため、拡大領域６０が生じると、拡大領域６０により受光部３０が部分的に侵食され、受光部３０の有効面積が実効的に減少する（図４（Ｂ）参照）。各行３５ａ、３５ｂに属する第一画素３８ａ、第二画素３８ｂは左右対称な構造を有しているので、この受光部３０の有効面積の減少の仕方も左右対称になる。第一画素３８ａは、右側の有効面積が主に減少する。第二画素３８ｂは、逆に左側の有効面積が主に減少する。従って、ＬＣＳ端子３７に負側にシフトしたバイアス電圧が印加されたときには、第一画素３８ａは、左側から斜入射する左斜入射光Ｌｂよりも右側から斜入射する右斜入射光Ｌａに対して感度が高くなり、第二画素３８ｂは、逆に右側から斜入射する右斜入射光Ｌａよりも左側から斜入射する左斜入射光Ｌｂに対して感度が高くなる。
【００３６】
また、ＬＣＳ端子３７を所定電圧とした場合には、拡大領域６０が生じないため、第一画素３８ａと第二画素３８ｂは、それぞれ右斜入射光Ｌａと左斜入射光Ｌｂを均等に受光する（図４（Ａ）参照）。つまり、ＬＣＳ端子３７を所定電圧とした場合、第一画素３８ａと第二画素３８ｂの受光特性が等しくなる。なお、ＬＣＳ端子３７に内部プルダウン回路を設け、ＬＣＳ端子３７をオープンとした場合にＬＣＳ端子３７が内部プルダウン回路により所定電圧となるようにしてもよい。なお、所定電圧は、第一、第二画素３８ａ、３８ｂが、右側から斜入射する右斜入射光Ｌａおよび左側から斜入射する左斜入射光Ｌｂに対して同一の感度となる値であり、例えばグランド電圧である。
【００３７】
第一画素３８ａと第二画素３８ｂは、ＬＣＳ端子３７の電圧制御により、視差検出用画素、または通常の撮像画素として使用することが可能である。視差検出用画素として使用する場合には、ＣＰＵ１０は、第一画素３８ａと第二画素３８ｂの右斜入射光Ｌａと左斜入射Ｌｂに対する感度の相違を利用して、瞳分割位相差検出方式の焦点検出を行う。瞳分割位相差検出方式は、撮像レンズ１３を通過した被写体光を射出瞳位置で分割して一対の像を形成し、該一対の像がデフォーカス量により相対移動することを利用した焦点検出方法である。
【００３８】
ＣＰＵ１０は、シャッタボタンの半押しに伴う撮影準備処理時に、ＣＣＤドライバ１４を介してＬＣＳ端子３７に所定電圧よりも負側にシフトしたバイアス電圧を印加させる。これにより、受光部３０と素子分離層４８の接合部分の空乏層幅が拡大して拡大領域６０が生じ、ＣＣＤ１１の第一画素３８ａと第二画素３８ｂは、右斜入射光Ｌａと左斜入射Ｌｂに対する感度が異なる状態となり、視差検出用画素（焦点検出用画素）として機能する。ＣＰＵ１０は、第一画素３８ａと第二画素３８ｂのそれぞれから得られた画像データを解析して、第一画素３８ａと第二画素３８ｂの各々のデータから上記一対の像を形成してデフォーカス量を算出する。そして、デフォーカス量に基づいてフォーカスレンズの移動量を算出し、レンズ駆動部１５を駆動してフォーカスレンズを合焦位置に移動させる。
【００３９】
なお、デフォーカス量の算出に用いる画素は、受光領域３４に含まれる全画素でもよいし、一部（例えば中央部）の画素でもよい。あるいは、操作部１２を介してユーザにより指定された領域、もしくは周知の顔検出にて検出された人物の顔の領域の画素を用いてデフォーカス量を算出してもよい。
【００４０】
ＣＰＵ１０は、シャッタボタンの全押しに応じて、ＬＣＳ端子３７に所定電圧を印加させる。これにより拡大領域６０は消失し、第一画素３８ａと第二画素３８ｂは、受光特性が等しい図４（Ａ）の状態に戻され、撮像画素として機能する。そして、この状態で撮像して得られた撮像信号を元に、メモリカード２１に記録する画像データが生成される。
【００４１】
以上説明したように、本発明によれば、ＬＣＳ端子３７の電圧制御により、第一画素３８ａと第二画素３８ｂを視差検出用画素または撮像画素として使用することが可能である。第一画素３８ａと第二画素３８ｂは、左右対称で同一の構造であるため、従来のように撮像画素とは異なる構造の焦点検出用の画素を作り込む必要がなく、全画素を同一の構造で作製することができる。この製造工程は一般的なＣＣＤのそれと変わりがないため、従来の撮像画素とは別に焦点検出用の画素を作り込む方法と比べて光学層の形状均一性が悪化してしまう懸念がない。
【００４２】
また、従来の撮像画素とは別に焦点検出用の画素を作り込む方法では、焦点検出用の画素の画素値にゲイン補正を施すか、焦点検出用の画素の画素値を周りの撮像画素の画素値で補間する必要があったが、第一画素３８ａと第二画素３８ｂを撮像画素としても使用することができるため、ゲイン補正や補間を行う必要がない。このため、画像処理の簡略化や迅速化に寄与することができる。
【００４３】
デフォーカス量の算出に一部の画素を用いる場合、その部分の色フィルタを取り払って、焦点検出専用の画素としてもよい。この場合は従来同様、色フィルタがない画素の画素値を周りの画素で補間する。
【００４４】
上記実施形態では、第一画素３８ａと第二画素３８ｂのデータを用いて瞳分割位相差検出方式の焦点検出を行っているが、第一画素３８ａと第二画素３８ｂのデータをそれぞれ右目用画像と左目用画像として用い、周知の３Ｄ表示技術に応用することも可能である。但し、この場合は右目用画像と左目用画像とで色の偏りをなくすため、色フィルタの配置を図５のようにする。すなわち、ＧとＲが交互にＸ方向に配列された行６５ａと、ＢとＧが交互にＸ方向に配列された行６５ｂとを、Ｙ方向に２行ずつ交互に配列する。第一画素３８ａと第二画素３８ｂの構造および配列は上記実施形態と同様とし、色フィルタの配置のみを変更する。そして、奇数行３５ａの第一画素３８ａのデータから右目用画像、偶数行３５ｂの第二画素３８ｂから左目用画像を生成する。こうすれば、右目用画像および左目用画像として視差のみが異なるカラー画像が得られる。
【００４５】
また、上記実施形態では、第一画素３８ａと第二画素３８ｂをそれぞれ共通の素子分離層４８で素子分離し、素子分離層４８に対して１つのＬＣＳ端子３７を設けているため、一度の撮像で得られる画像は、第一画素３８ａと第二画素３８ｂによる一組の視差画像であるが、さらに素子分離層４８を複数のグループに分割し、分割された各素子分離層のグループにそれぞれ独立に電圧を印加するように複数のＬＣＳ端子を設けることで、一度の撮像により、二組以上の視差画像（多視化画像）が得られるように構成してもよい。
【００４６】
例えば図６に示すように、Ｘ方向に並ぶ画素の列を奇数列と偶数列の２グループに分け、素子分離層を奇数列の素子分離層７０ａと偶数列の素子分離層７０ｂとに分割して、各素子分離層７０ａ、７０ｂに所定電圧よりも負側にシフトした異なるバイアス電圧を印加可能に二つのＬＣＳ端子７１ａ、７１ｂを設ける。そして、例えばＬＣＳ端子７１ａに印加する電圧を、ＬＣＳ端子７１ｂに印加する電圧よりもさらに負側にシフトし、奇数列と偶数列とで拡大領域６０の拡がりが異なるようにしてもよい。互いに感度の異なる複数の画素を容易に作り出すことができ、各画素のデータを用いて多視化表示を実現することができる。
【００４７】
上記実施形態では、信号電荷が電子であるため、受光部がｎ型層、素子分離層がｐ＋型層であるが、信号電荷を正孔とし、受光部と素子分離層を逆の導電型としてもよい。この場合は素子分離層がｎ型となるため、外部端子に所定電圧（例えばグランド電圧）よりも正側にシフトしたバイアス電圧を印加することで、第一画素３８ａと第二画素３８ｂが視差検出用画素として機能する。また、本発明は、ＣＣＤに限らず、ＣＭＯＳ型の固体撮像素子に適用することも可能である。
【００４８】
上記実施形態では、素子分離層を不純物層として形成しているが、本発明はこれに限定されない。素子分離層としてＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）やＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）を用いる場合にも適用することができる。ＬＯＣＯＳやＳＴＩは、酸化膜の下方や側方にチャンネルストッパが付随して設けられるため、このチャネルストッパにＬＣＳ端子を接続すればよい。
【００４９】
上記実施形態では、第一画素３８ａと第二画素３８ｂとを行方向（Ｙ方向）に交互に配列しているが、これに代えて、第一画素３８ａと第二画素３８ｂとを列方向（Ｘ方向）に交互に配列してもよい。
【００５０】
なお、受光部の平面形状を略八角形とし、受光部を１列毎に半ピッチずらして配列したハニカム配列を有する固体撮像素子についても、本発明を適用することが可能である。
【符号の説明】
【００５１】
２ 撮影装置
１０ ＣＰＵ
１１ ＣＣＤ型固体撮像素子（ＣＣＤ）
１４ ＣＣＤドライバ
１９ タイミングジェネレータ（ＴＧ）
３０ 受光部
３４ 受光領域
３７、７１ａ、７１ｂ ＬＣＳ端子
３８ａ、３８ｂ 第一画素、第二画素
４８、７０ａ、７０ｂ 素子分離層
６０ 拡大領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光に応じた信号電荷を生成して蓄積する受光部と、読み出しチャネル以外の受光部の周囲を取り囲むように形成された素子分離層とを有し、素子分離層が左右対称に配置された第一画素および第二画素が二次元状に配列された受光領域と、
素子分離層の素子分離領域を実効的に拡大させ、第一画素および第二画素の受光部が左右対称に変形するよう、素子分離層に独立した電圧印加を可能とする外部端子と、を備えることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
画像データを生成する場合は、第一画素および第二画素の受光部に変形が生じず、第一画素および第二画素の受光特性が等しくなるよう、素子分離層の外部端子に所定電圧が印加され、瞳分割位相差検出方式による焦点検出を行う場合は、第一画素および第二画素の受光部が左右対称に変形するよう、素子分離層がｐ型半導体の場合は所定電圧よりも負側にシフトした電圧、素子分離層がｎ型半導体の場合は所定電圧よりも正側にシフトした電圧が素子分離層の外部端子に印加されることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
素子分離層は複数のグループに分けられており、第一画素および第二画素の受光部の変形の仕方がグループで異なるよう、異なる値の電圧を素子分離層の外部端子に印加し得るよう構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
第一画素と第二画素の行が交互に配列されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項５】
入射光に応じた信号電荷を生成して蓄積する受光部と、読み出しチャネル以外の受光部の周囲を取り囲むように形成された素子分離層とを有し、素子分離層が左右対称に配置された第一画素および第二画素が二次元状に配列された受光領域、並びに素子分離層の素子分離領域を実効的に拡大させ、第一画素および第二画素の受光部が左右対称に変形するよう、素子分離層に独立した電圧印加を可能とする外部端子を有する固体撮像素子と、
前記外部端子の電圧制御をする制御手段と、を備えることを特徴とする撮影装置。
【請求項６】
前記制御手段は、画像データを生成する場合は、第一画素および第二画素の受光部に変形が生じず、第一画素および第二画素の受光特性が等しくなるよう、素子分離層の外部端子に所定電圧を印加し、瞳分割位相差検出方式による焦点検出を行う場合は、第一画素および第二画素の受光部が左右対称に変形するよう、素子分離層がｐ型半導体の場合は所定電圧よりも負側にシフトした電圧、素子分離層がｎ型半導体の場合は所定電圧よりも正側にシフトした電圧を素子分離層の外部端子に印加することを特徴とする請求項５に記載の撮影装置。
【請求項７】
第一画素および第二画素の受光部が左右対称に変形した状態で第一画素および第二画素から得られた画像データを元に、３Ｄ表示用の左目用画像と右目用画像を生成することを特徴とする請求項５または６に記載の撮影装置。
【請求項１】
入射光に応じた信号電荷を生成して蓄積する受光部と、読み出しチャネル以外の受光部の周囲を取り囲むように形成された素子分離層とを有し、素子分離層が左右対称に配置された第一画素および第二画素が二次元状に配列された受光領域と、
素子分離層の素子分離領域を実効的に拡大させ、第一画素および第二画素の受光部が左右対称に変形するよう、素子分離層に独立した電圧印加を可能とする外部端子と、を備えることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
画像データを生成する場合は、第一画素および第二画素の受光部に変形が生じず、第一画素および第二画素の受光特性が等しくなるよう、素子分離層の外部端子に所定電圧が印加され、瞳分割位相差検出方式による焦点検出を行う場合は、第一画素および第二画素の受光部が左右対称に変形するよう、素子分離層がｐ型半導体の場合は所定電圧よりも負側にシフトした電圧、素子分離層がｎ型半導体の場合は所定電圧よりも正側にシフトした電圧が素子分離層の外部端子に印加されることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
素子分離層は複数のグループに分けられており、第一画素および第二画素の受光部の変形の仕方がグループで異なるよう、異なる値の電圧を素子分離層の外部端子に印加し得るよう構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
第一画素と第二画素の行が交互に配列されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項５】
入射光に応じた信号電荷を生成して蓄積する受光部と、読み出しチャネル以外の受光部の周囲を取り囲むように形成された素子分離層とを有し、素子分離層が左右対称に配置された第一画素および第二画素が二次元状に配列された受光領域、並びに素子分離層の素子分離領域を実効的に拡大させ、第一画素および第二画素の受光部が左右対称に変形するよう、素子分離層に独立した電圧印加を可能とする外部端子を有する固体撮像素子と、
前記外部端子の電圧制御をする制御手段と、を備えることを特徴とする撮影装置。
【請求項６】
前記制御手段は、画像データを生成する場合は、第一画素および第二画素の受光部に変形が生じず、第一画素および第二画素の受光特性が等しくなるよう、素子分離層の外部端子に所定電圧を印加し、瞳分割位相差検出方式による焦点検出を行う場合は、第一画素および第二画素の受光部が左右対称に変形するよう、素子分離層がｐ型半導体の場合は所定電圧よりも負側にシフトした電圧、素子分離層がｎ型半導体の場合は所定電圧よりも正側にシフトした電圧を素子分離層の外部端子に印加することを特徴とする請求項５に記載の撮影装置。
【請求項７】
第一画素および第二画素の受光部が左右対称に変形した状態で第一画素および第二画素から得られた画像データを元に、３Ｄ表示用の左目用画像と右目用画像を生成することを特徴とする請求項５または６に記載の撮影装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−４２６４（Ｐ２０１２−４２６４Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３６７８８（Ｐ２０１０−１３６７８８）
【出願日】平成２２年６月１６日（２０１０．６．１６）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１６日（２０１０．６．１６）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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