(57)【要約】【課題】光検出感度の高い撮像素子、およびそれを用いた撮像装置を提供する。【解決手段】複数の撮像画素が２次元状に配列された撮像素子であって、前記複数の撮像画素はそれぞれ、電気的に分割された複数の光電変換部と、マイクロレンズと、前記光電変換部と前記マイクロレンズとの間に前記撮像画素を囲む遮光壁とを有し、前記遮光壁の前記マイクロレンズ側の面の幅が前記遮光壁の前記光電変換部側の面の幅よりも大きいことを特徴とする。【選択図】図２
2020088029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の撮像画素が２次元状に配列された撮像素子であって、
前記複数の撮像画素はそれぞれ、
電気的に分割された複数の光電変換部と、
マイクロレンズと、
前記光電変換部と前記マイクロレンズとの間に前記撮像画素を囲む遮光壁とを有し、
前記遮光壁の前記マイクロレンズ側の面の幅が前記遮光壁の前記光電変換部側の面の幅よりも大きいことを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
前記遮光壁の前記マイクロレンズ側の面における角部の面積が、前記マイクロレンズのギャップの面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記遮光壁の前記光電変換部側の面における角部の面積が、前記マイクロレンズのギャップの面積よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の撮像素子。
【請求項４】
前記遮光壁の前記マイクロレンズ側の面における角部の画素対角方向の幅が、前記遮光壁の前記光電変換部側の面における角部の画素対角方向の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の撮像素子。
【請求項５】
前記遮光壁の前記光電変換部側の面における角部の画素対角方向の幅が、前記マイクロレンズのギャップの画素対角方向の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の撮像素子。
【請求項６】
前記遮光壁の辺となる部分の幅に対して、前記遮光壁の角部の画素対角方向における幅が２倍以上であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の撮像素子。
【請求項７】
前記複数の撮像画素が、それぞれ前記光電変換部と前記マイクロレンズとの間に信号伝送用の配線層を有さない構成であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の撮像素子。
【請求項８】
複数の撮像画素が２次元状に配列された撮像素子であって、
前記複数の撮像画素はそれぞれ、
電気的に分割された複数の光電変換部と、
マイクロレンズと、
前記光電変換部と前記マイクロレンズとの間に前記マイクロレンズから入射された光を導入する光導波路とを有し、
前記光導波路の前記マイクロレンズ側に淵部の領域が形成されており、前記淵部の領域に入射する光を遮るための遮光部が、前記淵部の領域よりも前記マイクロレンズ側に備えられていることを特徴とする撮像素子。
【請求項９】
前記遮光部が、入射される光を吸収、散乱、または反射することによって遮る特性を有することを特徴とする請求項８に記載の撮像素子。
【請求項１０】
前記遮光部と前記淵部の領域との距離が、当該撮像画素に入射される光の波長帯域の中心波長またはピーク波長よりも短いことを特徴とする請求項８又は９に記載の撮像素子。
【請求項１１】
複数の撮像画素が２次元状に配列された撮像素子であって、
前記複数の撮像画素はそれぞれ、
電気的に分割された複数の光電変換部と、
マイクロレンズと、
前記光電変換部と前記マイクロレンズとの間に絶縁部とを有し、
前記絶縁部の前記光電変換部側の一部に、前記マイクロレンズから入射された光を導入する光導波路が埋め込まれていることを特徴とする撮像素子。
【請求項１２】
複数の撮像画素が２次元状に配列された撮像素子であって、
前記撮像素子は、複数の第１の撮像画素と複数の第２の撮像画素とを有し、
前記複数の第１の撮像画素及び前記複数の第２の撮像画素はそれぞれ、
電気的に分割された複数の光電変換部と、
マイクロレンズとを有し、
前記第１の撮像画素はさらにそれぞれ、
前記マイクロレンズから入射される光のうち、第１の波長領域を有する色の光を透過する第１のカラーフィルターと、
前記第１のカラーフィルターと前記光電変換部との間に前記透過された光を導入する第１の光導波路とを有し、
前記第２の撮像画素はさらにそれぞれ、
前記マイクロレンズから入射される光のうち、前記第１の波長領域よりも小さい第２の波長領域を有する色の光を透過する第２のカラーフィルターと、
前記第２のカラーフィルターと前記光電変換部との間に前記透過された光を導入する第２の光導波路とを有し、
前記第１の光導波路の屈折率が前記第２の光導波路の屈折率よりも大きいことを特徴とする撮像素子。
【請求項１３】
複数の撮像画素が２次元状に配列された撮像素子であって、
前記撮像素子は、複数のＲ画素と複数のＧ画素と複数のＢ画素とを有し、
前記複数のＲ画素、前記複数のＧ画素、および前記複数のＢ画素はそれぞれ、
電気的に分割された複数の光電変換部と、
マイクロレンズと、
前記マイクロレンズから入射される光のうち、対応する色の光を透過するカラーフィルターと、
前記カラーフィルターと前記光電変換部との間に前記透過された光を導入する光導波路とを有し、
前記Ｒ画素の光導波路の屈折率が、前記Ｇ画素および前記Ｂ画素の光導波路の屈折率よりも大きいことを特徴とする撮像素子。
【請求項１４】
前記Ｒ画素、前記Ｇ画素、前記Ｂ画素の順で前記光導波路の屈折率が大きいことを特徴とする請求項１３に記載の撮像素子。
【請求項１５】
前記Ｇ画素はさらに、Ｇｒ画素とＧｂ画素とからなり、前記Ｇｒ画素と前記Ｇｂ画素とで前記光導波路の屈折率が互いに異なることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の撮像素子。
【請求項１６】
請求項１〜１５の何れか１項に記載の撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、瞳分割により位相差検出を行うための撮像素子および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラやデジタルビデオカメラなど、撮像画素が２次元配列された撮像素子に被写体からの光を結像してシーンを撮影する撮像装置において、近年では、高画素化により画素サイズが縮小され、画素における光検出感度の向上が重要となっている。特に、結像光学系の瞳分割により位相差検出を行う撮像面位相差方式によって焦点検出を行う撮像装置も多く、画素に入射された光を光電変換部へ高感度に導くことが重要である。そこで、光検出感度の高い撮像素子を得るために様々な提案がなされている。
【０００３】
特許文献１には、画素間での光の漏れによる感度低下や画素間の混色を防止したり、位相差情報が失われないようにしたりするために、各画素を囲うように光導波路に遮光壁を導入する画素構成が提案されている。特許文献２には、光電変換部表面付近から絶縁膜上端へ光導波路が形成された構成が開示されており、画素に入射された光が、画素内部の配線による散乱、吸収を受けて損失となることを回避しているとしている。
【０００４】
さらに、高画素化により画素サイズが縮小されることに伴い、波長の長い光ほど狭い受光領域に効率よく光を導入することが難しくなってきている。このような現状に対応する手段として、特許文献３には、各色に対応する画素の光導波路の底面における無反射膜の屈折率を調整し、色間の受光感度のばらつきを抑制する構成が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１６７２１９号公報
【特許文献２】特開２０１５−１６２５６２号公報
【特許文献３】特開２０１５−６９９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、画素の周辺部もしくは隣接画素から光が漏れることもあり、その影響により画素内の電磁場分布が乱れたり、画素サイズの縮小化に伴って受光効率が色によって変化したりする場合がある。このような場合には撮像面位相差方式における焦点検出精度が低下してしまう。
【０００７】
本発明は前述の問題点に鑑み、光検出感度の高い撮像素子、およびそれを用いた撮像装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る撮像素子は、複数の撮像画素が２次元状に配列された撮像素子であって、前記複数の撮像画素はそれぞれ、電気的に分割された複数の光電変換部と、マイクロレンズと、前記光電変換部と前記マイクロレンズとの間に前記撮像画素を囲む遮光壁とを有し、前記遮光壁の前記マイクロレンズ側の面の幅が前記遮光壁の前記光電変換部側の面の幅よりも大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、撮像面位相差方式による焦点検出精度を高くする、光検出感度の高い撮像素子、およびそれを用いた撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】撮像素子およびその一部である２行２列の基本画素群を表す模式図である。
【図２】第１の実施形態における撮像画素の断面を表す模式図である。
【図３】画素間遮光壁の詳細な形状を説明するための図である。
【図４】画素間遮光壁の他の例を説明するための図である。
【図５】トップマイクロレンズのギャップを説明するための図である。
【図６】撮像素子と瞳分割との対応関係を示した概略図である。
【図７】視差画像間の像ずれ量とデフォーカス量との関係の概略を説明するための図である。
【図８】撮像装置の内部構成例を示すブロック図である。
【図９】光導波路に淵部の領域を有する撮像画素の断面を表す模式図である。
【図１０】中央位置から離れた像面位置における、光導波路に淵部の領域を有する撮像画素の断面を表す模式図である。
【図１１】第２の実施形態における撮像画素の断面を表す模式図である。
【図１２】遮光部の有無での画素に入射する光の伝搬経路を説明するための図である。
【図１３】第３の実施形態における撮像画素の断面を表す模式図である。
【図１４】撮像装置の内部構成例を示すブロック図である。
【図１５】ＲＧＢ画素の基本画素群を表す模式図である。
【図１６】撮像画素の断面および光の伝搬経路を説明するための図である。
【図１７】画素構造と瞳分割との対応関係の概略を説明するための図である。
【図１８】光のビームウェスト半径とを説明するための図である。
【図１９】Ｒ画素，Ｇ画素，Ｂ画素の間でのクロストークが発生する方向を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態では、有効画素領域の水平方向サイズが２２．３２ｍｍ、垂直方向サイズが１４．８８ｍｍ、水平方向の有効画素数が６０００、垂直方向の有効画素数が４０００とした例について説明する。
【００１２】
図１（ａ）は、撮像素子の撮像面上に配列された複数の撮像画素の一部として２行２列の基本画素群１０１を表す模式図である。基本画素群１０１は、赤色相当の波長帯域に分光感度を有する撮像画素１０２、青色相当の波長帯域に分光感度を有する撮像画素１０３、および緑色相当の波長帯域に分光感度を有する二つの撮像画素１０４、１０５により構成されているものとする。なお、以下の説明では、複数の撮像画素が配列された撮像面をｘ−ｙ面に平行とし、これに垂直な方向をｚ方向とする。
【００１３】
図１（ｂ）は、撮像素子１０６を撮像面上方から見た模式図であり、図１（ｂ）に示すように、基本画素群１０１が撮像面上に２次元状に配列されている。ここで、基本画素群１０１を構成する撮像画素１０２〜１０５の基本的な構成は特定の波長領域を有する色の光を透過するカラーフィルターを除いて同一とする。したがって、以下、撮像画素の構成を説明する際に、代表して撮像画素１０２に着目して説明する。
【００１４】
図２は、本実施形態において、図１（ａ）中の撮像画素１０２におけるｚｘ面に平行な断面を表す模式図である。ｎ型のシリコン基板２０１には、その表面側からイオン注入により形成された光電変換部２０２が設けられている。光電変換部２０２は中央分離領域２１１により副光電変換部２０２ａ、２０２ｂに電気的に分離され、それぞれに対応する画素領域が副画素となっている。イオン注入は図２中の−ｚ方向から行われ、シリコン基板２０１の裏面（図２中、＋ｚ側）を薄膜化した後、裏面側にマイクロレンズなどの光学構造が配置される。
【００１５】
また、シリコン基板２０１には、その裏面側に酸化シリコン（ＳｉＯx）からなる絶縁部２０４が形成され、その上方に層内マイクロレンズ（インナーレンズ）２０５、カラーフィルター２０７、トップマイクロレンズ２０９が形成されている。画素間遮光壁２０３、２１０は画素間の遮光を行うための遮光壁であり、各画素を囲むように配置されている。画素間遮光壁２０３はｚ方向において壁の幅が一定となっているのに対し、画素間遮光壁２１０は上方ほど壁の幅が大きくなるように形成されている。つまり、画素間遮光壁のトップマイクロレンズ側の面（最上面）の幅が光電変換部側の面（最下面）の幅よりも大きい構成となっている。この構成により、弊害をもたらす漏れ光や迷光を上方で排除できるため、入射角度の厳しい場合であっても入射光をインナーレンズ２０５で光電変換部２０２まで効率よく導くことができる。
【００１６】
次に、図３を参照しながら画素間遮光壁２１０の詳細な形状について説明する。図３（ａ）は図２のＡ−Ａ'におけるｘ−ｙ面に平行な断面を表す模式図であり、図３（ｂ）は図２のＢ−Ｂ'におけるｘ−ｙ面に平行な断面を表す模式図である。図３（ａ）および図３（ｂ）において、点線３０１が隣接画素との境界を示しており、画素間遮光壁２１０の断面形状を示している。
【００１７】
図３（ｃ）は、図３（ａ）の円形の点線で囲まれた領域３０２を拡大した模式図であり、画素間遮光壁２１０の角部３０３を表している。図３（ｃ）に示す画素間遮光壁２１０の角部において、辺をなす部分の幅３０４、および画素対角方向（本実施形態では図中−ｘ＝ｙの直線に平行な方向）における角部の幅３０５を示す。この時、画素間遮光壁２１０の最上面における角部の面積は、画素間遮光壁２１０の最下面における角部の面積よりも大きい。このような構成とすることにより、画素の対角方向の画素間隣接部における迷光を遮光することができる。つまり、本実施形態においては、画素間遮光壁２１０の最上面における角部の画素対角方向の幅が、画素間遮光壁２１０の最下面における角部の画素対角方向の幅よりも大きくなるように構成されている。
【００１８】
また、画素間遮光壁２１０の形状は、その角部に特徴を有するものであればよく、図３に示した例に限定されるものではない。例えば、図４（ａ）に示すような断面形状であってもよい。この場合、角部における画素対角方向の幅４０１の大きさが辺をなす部分の幅４０２の２倍以上となっている。また、図４（ｂ）に示すような断面形状であってもよい。この例も同様の特徴をもつ画素間遮光壁２１０の形状例であるが、辺をなす部分が幅一定の辺ではなく、徐々に変化している。この場合は幅４０４を、辺をなす部分の幅として考えることが可能である。
【００１９】
さらに本実施形態においては、画素間遮光壁の角部での画素対角方向における断面形状についても、図２に示す形状に限定されるものではない。例えば、図４（ｃ）に示す例は、画素間遮光壁２１０の上部から下部へ向かって面積または幅が単調減少する形状であり、図２と同様であるが、このような形状に限定されない。例えば、図４（ｄ）に示すように、画素間遮光壁２１０の上部においてのみ幅または面積が大きくなっている形状であってもよく、図４（ｅ）に示すように、上部から下部へ向かって幅または面積が非線形に減少する形状であってもよい。特に、図４（ｃ）または図４（ｅ）に示す形状の場合、上下方向において断面形状に段差がないため、作製プロセスが簡素化され、作製精度を向上させたりコストを低減したりすることができる。
【００２０】
また、本実施形態においては、画素間遮光壁２１０の最上面における角部の画素対角方向の幅または面積が、トップマイクロレンズ２０９のギャップの幅または面積よりも大きくなるように構成してもよい。このような構成であっても、画素へ入射する迷光を抑制することが可能である。さらに、画素間遮光壁２１０の最下面における角部の画素対角方向の幅または面積が、トップマイクロレンズ２０９のギャップの幅または面積よりも小さくなるように構成してもよい。このようにすることにより、画素へ入射する迷光の抑制効果をより向上させることが可能である。
【００２１】
図５（ａ）は、トップマイクロレンズ２０９および画素間遮光壁２１０のみを模式的に示す斜視図である。多くの撮像画素においてトップマイクロレンズの画素対角方向の角部では、平坦またはこれに近い領域が存在し、この領域をトップマイクロレンズ５０１のギャップ５０２と称する。
【００２２】
図５（ｂ）は、隣接画素の一部を含めて＋ｚ方向から見た模式図である。図５（ｂ）において、トップマイクロレンズ５０１の画素対角方向における角部にギャップ５０２が存在し、画素対角方向におけるギャップの幅５０３を示している。図５（ｃ）は、画素対角方向におけるトップマイクロレンズ５０１のギャップ５０２の幅５０３と、画素間遮光壁２１０の上部における幅５０４および下部における幅５０５との関係を表す図である。本実施形態においては、これら幅の関係は面積の関係としても特徴づけられる。ただし、図５（ｃ）における幅５０３、５０４、５０５の大小関係はこれらに限定されるものではない。
【００２３】
次に、瞳分割位相差方式の焦点検出方法について説明する。図６は、本実施形態の撮像素子と瞳分割との対応関係を示した概略図である。
図６において、線６０４は被写体の位置（面）を示し、位置６０５にある撮像光学系を通して被写体像を撮像素子表面位置６０６に形成する。また、位置６０９は撮像素子をなす撮像画素のインナーレンズの裏側位置を表す。撮像素子の画素毎に、ｘ方向に２分割された副光電変換部６０２と副光電変換部６０３は、それぞれ、瞳部分領域６０７と瞳部分領域６０８を通過する光束を受光する。
【００２４】
画素毎に、副光電変換部６０２および副光電変換部６０３の信号を選び出すことで、結像光学系の瞳部分領域６０７と瞳部分領域６０８の中の特定の瞳部分領域に対応した視差画像を得ることができる。具体的には、画素毎に、副光電変換部６０２に対応する信号を選び出すことで、結像光学系の瞳部分領域６０７に対応した有効画素数の解像度の視差画像を得ることができる。また、副光電変換部６０３に対応する信号を選び出すことで、結像光学系の瞳部分領域６０８に対応した有効画素数の解像度の視差画像を得ることができる。
【００２５】
また、画素毎に、副光電変換部６０２と副光電変換部６０３の信号を全て加算することで、有効画素数の解像度の撮像画像を生成することができる。なお、本実施形態では、図６に示すように撮像素子の中央から遠い撮像画素ほどそのトップマイクロレンズの位置が撮像画素の中央側へ偏芯している。これは、撮像素子の中央から遠い部分では結像光学系からの主光線の方向がより傾くため、この傾きに対応するためである。
【００２６】
次に、視差画像の像ずれ量とデフォーカス量との関係について説明する。図７は、視差画像間の像ずれ量とデフォーカス量との関係の概略を説明するための図である。撮像素子表面位置６０６に本実施形態の撮像素子（不図示）が配置され、図６と同様に、結像光学系の射出瞳が、瞳部分領域６０７と瞳部分領域６０８とに２分割されるものとする。
【００２７】
デフォーカス量ｄは、被写体の結像位置から撮像素子表面位置（撮像面）６０６までの距離を表し、その大きさを｜ｄ｜とする。ここで、デフォーカス量ｄに関し、被写体の結像位置が撮像面より被写体側にある前ピン状態を負符号（ｄ＜０）とし、被写体の結像位置が撮像面より被写体の反対側にある後ピン状態を正符号（ｄ＞０）として定義する。被写体の結像位置が撮像面にある合焦状態はｄ＝０である。図７で、被写体７０１は合焦状態（ｄ＝０）の例を示しており、被写体７０２は前ピン状態（ｄ＜０）の例を示している。また、前ピン状態（ｄ＜０）と後ピン状態（ｄ＞０）とを合わせて、デフォーカス状態（｜ｄ｜＞０）とする。
【００２８】
前ピン状態（ｄ＜０）では、被写体７０２からの光束のうち、瞳部分領域６０７（６０８）を通過した光束は、一度、集光した後、光束の重心位置Ｇ１（Ｇ２）を中心として幅Ｐ１（Ｐ２）に広がり、撮像面６０６でぼやけた像となる。ぼやけた像は、副光電変換部６０２と副光電変換部６０３により受光され、視差画像が生成される。よって、副光電変換部６０２と副光電変換部６０３の信号から生成される視差画像には、重心位置Ｇ１（Ｇ２）に、被写体７０２が幅Ｐ１（Ｐ２）にぼやけた被写体像として記録される。被写体像のボケ幅Ｐ１（Ｐ２）は、デフォーカス量ｄの大きさ｜ｄ｜が増加するのに伴い、概ね、比例して増加していく。同様に、視差画像間の被写体像の像ずれ量ｐ（＝Ｇ１−Ｇ２）の大きさ｜ｐ｜も、デフォーカス量ｄの大きさ｜ｄ｜が増加するのに伴い、概ね、比例して増加していく。後ピン状態（ｄ＞０）でも、視差画像間の被写体像の像ずれ方向が前ピン状態と反対となるが、同様である。合焦状態（ｄ＝０）では、視差画像間の被写体像の重心位置が一致（ｐ＝０）し、像ずれは生じない。
【００２９】
したがって、副光電変換部６０２と副光電変換部６０３の信号を用いて得られる二つ（複数）の視差画像において、視差画像のデフォーカス量の大きさが増加するのに伴い、複数の視差画像間の像ずれ量の大きさが増加する。本実施形態の撮像素子の光電変換部からの信号を用いて視差画像間の像ずれ量を相関演算により算出することで、瞳分割位相差検出方式の焦点検出信号を用いた焦点検出を行うことができる。
【００３０】
また、図２に示した例では、光電変換部２０２とトップマイクロレンズ２０９との間に信号伝送用の配線層を有さない裏面照射型の撮像画素であった。表面照射型の撮像画素においては、配線層で散乱、吸収されるような迷光が配線層において排除されづらい。このため、裏面照射型の撮像画素に本実施形態を適用することが好ましく、迷光の抑制効果を向上させることができる。このような構成にすることで、瞳分割による位相差方式の焦点検出精度がより高い撮像素子を実現することが可能となる。
【００３１】
次に、前述した撮像素子を適用した撮像装置の具体的な構成例について説明する。図８は、本実施形態に係る撮像装置であるデジタルカメラの機能構成例を示すブロック図であり、撮像素子１０６を有するものである。なお、本実施形態では、撮像装置の一例としてデジタルカメラについて説明するが、前述の撮像素子を有する撮像装置として、携帯電話、監視カメラ、移動体カメラ、医療用カメラ等であってもよい。本実施形態の撮像装置では、撮像素子１０６の光電変換部からの信号を瞳分割位相差方式の焦点調節に用いると同時に、撮像信号としても用いる。
【００３２】
本実施形態のデジタルカメラはレンズ交換式一眼レフカメラであり、レンズユニット８００とカメラ本体８２０とを有する。レンズユニット８００は図中央の点線で示されるマウントＭを介して、カメラ本体８２０に装着される。
【００３３】
レンズユニット８００は、光学系（第１レンズ群８０１、絞り８０２、第２レンズ群８０３、フォーカスレンズ群（以下、単に「フォーカスレンズ」という）８０４）、及び駆動／制御系を有する。このようにレンズユニット８００は、フォーカスレンズ８０４を含み、被写体の光学像を形成する撮影レンズに相当する。
【００３４】
第１レンズ群８０１はレンズユニット８００の先端に配置され、光軸方向ＯＡに移動可能に保持される。絞り８０２は、撮影時の光量を調節する機能のほか、静止画撮影時には露出時間を制御するメカニカルシャッタとしても機能する。ただし、本実施形態の撮像素子にグローバルシャッター機構が設けられているため、必ずしも絞りを用いたメカニカルシャッタを使用する必要はない。
【００３５】
絞り８０２及び第２レンズ群８０３は一体で光軸方向ＯＡに移動可能であり、第１レンズ群８０１と連動して移動することによりズーム機能を実現する。フォーカスレンズ８０４も光軸方向ＯＡに移動可能であり、位置に応じてレンズユニット８００が合焦する被写体距離（合焦距離）が変化する。フォーカスレンズ８０４の光軸方向ＯＡにおける位置を制御することにより、レンズユニット８００の合焦距離を調節する焦点調節を行う。
【００３６】
駆動／制御系は、ズームアクチュエータ８１１、絞りアクチュエータ８１２、フォーカスアクチュエータ８１３、ズーム駆動回路８１４、絞り絞り駆動回路８１５、およびフォーカス駆動回路８１６を有する。さらに、レンズＭＰＵ（ＭＰＵ：マイクロプロセッサ）８１７、およびレンズメモリ８１８を有する。
【００３７】
ズーム駆動回路８１４は、ズームアクチュエータ８１１を用いて第１レンズ群８０１や第３レンズ群８０３を光軸方向ＯＡに駆動し、レンズユニット８００の光学系の画角を制御する。絞り駆動回路８１５は、絞りアクチュエータ８１２を用いて絞り８０２を駆動し、絞り８０２の開口径や開閉動作を制御する。フォーカス駆動回路８１６はフォーカスアクチュエータ８１３を用いてフォーカスレンズ８０４を光軸方向ＯＡに駆動し、レンズユニット８００の光学系の合焦距離を変化させる。また、フォーカス駆動回路８１６は、フォーカスアクチュエータ８１３を用いてフォーカスレンズ８０４の現在位置を検出する。
【００３８】
レンズＭＰＵ８１７は、レンズユニット８００に係る全ての演算、制御を行い、ズーム駆動回路８１４、絞り駆動回路８１５、フォーカス駆動回路８１６を制御する。また、レンズＭＰＵ８１７は、マウントＭを通じてカメラＭＰＵ８２５と接続され、コマンドやデータを通信する。例えばレンズＭＰＵ８１７はフォーカスレンズ８０４の位置を検出し、カメラＭＰＵ８２５からの要求に対してレンズ位置情報を通知する。このレンズ位置情報は、フォーカスレンズ８０４の光軸方向ＯＡにおける位置、光学系が移動していない状態の射出瞳の光軸方向ＯＡにおける位置および直径、射出瞳の光束を制限するレンズ枠の光軸方向ＯＡにおける位置および直径などの情報を含む。またレンズＭＰＵ８１７は、カメラＭＰＵ８２５からの要求に応じて、ズーム駆動回路８１４、絞り駆動回路８１５、フォーカス駆動回路８１６を制御する。レンズメモリ８１８は自動焦点検出に必要な光学情報が予め記憶されている。カメラＭＰＵ８２５は例えば内蔵する不揮発性メモリやレンズメモリ８１８に記憶されているプログラムを実行することで、レンズユニット８００の動作を制御する。
【００３９】
カメラ本体８２０は、光学系（光学ローパスフィルタ８２１および撮像素子１０６）と、駆動／制御系とを有する。レンズユニット８００の第１レンズ群８０１、絞り８０２、第２レンズ群８０３、フォーカスレンズ８０４と、カメラ本体８２０の光学ローパスフィルタ８２１は撮像光学系を構成する。
【００４０】
光学ローパスフィルタ８２１は、撮影画像の偽色やモアレを軽減する。撮像素子１０６は、本実施形態で説明した撮像素子であり、マイクロレンズ、上部透明電極、瞳分割のための下部透明電極、有機光電変換膜、光導波路、Ｓｉ光電変換部、および周辺回路で基本的に構成される。また、前述したように、撮像素子１０６は横方向（水平方向）に６０００画素、縦方向（垂直方向）に４０００画素が配置されている。本実施形態の撮像素子１０６は、光電変換部において瞳分割機能を有し、光電変換部からの信号に基づく画像データを用いた位相差ＡＦ（オートフォーカス）が可能である。画像処理回路８２４は、撮像素子１０６の光電変換部２０２から得られる画像データから位相差ＡＦ用のデータおよび動画像を生成する。さらに、画像処理回路８２４は、光電変換部２０２から得られる画像データから静止画像、表示、記録画像データを生成する。
【００４１】
駆動／制御系は、撮像素子駆動回路８２３、画像処理回路８２４、カメラＭＰＵ８２５、表示部８２６、操作スイッチ群８２７、メモリ８２８、および撮像面位相差検出部８２９を有する。なお、本実施形態の撮像装置においてはカメラＭＰＵ８２５に接続する不図示の通信部を備えるようにしてもよい。通信部はＵＳＢやＬＡＮ等々の有線通信に限られるものではなく、無線ＬＡＮ等の無線通信も含む。本実施形態の撮像装置は当該通信部経由で外部の外部装置から制御信号を取得可能であり、取得した制御信号に基づいて画像データ等を配信することも可能である。
【００４２】
撮像素子駆動回路８２３は、撮像素子１０６の動作を制御するとともに、取得した動画像および静止画像信号をＡ／Ｄ変換してカメラＭＰＵ８２５に送信する。画像処理回路８２４は、撮像素子１０６が取得した各画像データに対し、例えばγ変換、ホワイトバランス調整処理、色補間処理、圧縮符号化処理など、デジタルカメラで行われる一般的な画像処理を行う。また、画像処理回路８２４は位相差ＡＦ用の信号（焦点検出用データ）も生成する。
【００４３】
カメラＭＰＵ８２５は、カメラ本体８２０に係る全ての演算、制御を行い、撮像素子駆動回路８２３、画像処理回路８２４、表示部８２６、操作スイッチ群８２７、メモリ８２８、撮像面位相差検出部８２９を制御する。カメラＭＰＵ８２５はマウントＭを介してレンズＭＰＵ８１７と接続され、レンズＭＰＵ８１７とコマンドやデータを通信する。カメラＭＰＵ８２５はレンズＭＰＵ８１７に対し、レンズ位置の取得要求や、所定の駆動量での絞り、フォーカスレンズ、ズーム駆動要求や、レンズユニット８００に固有の光学情報の取得要求などを要求する。カメラＭＰＵ８２５には、カメラ動作を制御するプログラムを格納したＲＯＭ８２５ａ、変数を記憶するＲＡＭ８２５ｂ、および諸パラメータを記憶するＥＥＰＲＯＭ８２５ｃが内蔵されている。
【００４４】
表示部８２６はＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などから構成され、カメラの撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像、撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態の画像などを表示する。操作スイッチ群８２７は、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等で構成される。メモリ８２８は、着脱可能なフラッシュメモリであり、撮影済みの画像データを記録する。
【００４５】
撮像面位相差検出部８２９は、画像処理回路８２４により得られる光電変換部２０２からの焦点検出用データを用いて位相差検出方式で焦点検出処理を行う。具体的には、画像処理回路８２４が、撮影光学系の一対の瞳領域を通過する光束で形成される光電変換部２０２からの一対の像データを焦点検出用データとして生成し、撮像面位相差検出部８２９はこの一対の像データのずれ量に基づいて焦点ずれ量を検出する。このように、本実施形態の撮像面位相差検出部８２９は、専用のＡＦセンサを用いず、撮像素子１０６の出力に基づく位相差ＡＦ（撮像面位相差ＡＦ）を行う。
【００４６】
以上のように、前述した構造の撮像画素を有する撮像素子をデジタルカメラ等の撮像装置に適用することによって、焦点検出精度の高い撮像装置を提供することができる。
【００４７】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下、第１の実施形態と異なる点についてのみ説明する。撮像素子の基本的な構成は図１と同様であるが、撮像画素の構成は第１の実施形態と異なるため、以下に説明する。
【００４８】
図９は、図１（ａ）中の撮像画素１０２におけるｚｘ面に平行な断面を表す模式図である。ｎ型のシリコン基板９０１には、その表面側からイオン注入により形成された光電変換部９０２が設けられている。光電変換部９０２は中央分離領域９１１により副光電変換部９０２ａ、９０２ｂに電気的に分離され、それぞれに対応する画素領域が副画素となっている。
【００４９】
また、シリコン基板９０１には、その表面側に酸化シリコン（ＳｉＯx）からなる絶縁部９０４、複数の配線９０５からなる配線層、および絶縁部９０４を貫くように窒化シリコン（ＳｉＮx）からなる光導波路９０３が形成されている。ここで、淵部の領域９１０は、光導波路９０３における、シリコン基板９０１側とは反対側（つまり、マイクロレンズ９０９側）の淵部の領域を表している。光導波路９０３上方には、パシベーション膜９０６を介してカラーフィルター９０７が形成されており、さらにその上方にマイクロレンズ９０９が配置されている。
【００５０】
撮像画素１０２の外部から入射される光は、マイクロレンズ９０９により集光されながら光導波路９０３へ導入される。そして、光導波路９０３内部において、側面における全反射（一部部分反射の場合もあり）により閉じ込められた状態で光が伝搬し、光電変換部９０２まで到達する。この時、光導波路９０３に光が閉じ込められているため、絶縁部９０４への光の漏れや、配線９０５での散乱、吸収などによる光の損失を回避することができる。
【００５１】
通常、撮像素子においては、その撮像面中央から同心円状に遠ざかるほど各画素上のマイクロレンズは、中央へシフトされている。例えば、画面中央からｘ方向へおよそ＋１０ミリメートルの像面上位置におけるマイクロレンズは、ｘ方向に特定の量シフトされている。図１０には、撮像面中央から遠い位置にある、マイクロレンズ１００１がシフトされた撮像画素の例を示している。
【００５２】
しかしながら、このように中央位置から離れた像面位置における画素では、図１０中の矢印１００２で示されるような光線は光導波路９０３の淵部の領域９１０に衝突してしまい、光導波路９０３へ光が直接入射されない。光導波路へ直接入射される光は、マイクロレンズによる集光分布を基本的に保ちながら、光電変換部に導入される。これに対し、淵部の領域９１０に衝突してしまう光は、それ自身が損失に寄与してしまうだけでなく、むしろ光導波路の側面外側から光導波路内部に入射されることになり、光導波路内部の電磁場の分布を乱す原因となってしまう。光電変換部が分割された瞳分割による位相差方式の焦点検出においては、この電磁場分布の乱れが、焦点検出精度の低下に影響してしまう。
【００５３】
そこで本実施形態においては、図１１で示すように、図１０の撮像画素１０２の光導波路９０３における淵部の領域９１０よりもマイクロレンズ９０９側に、厚さ３０ｎｍ程度のタングステン（Ｗ）からなる遮光部１１０１を設けている。なお、遮光部１１０１の材料は、入射される光を吸収、散乱、または反射することによって遮る特性を有する材料であれば、タングステンに限定されない。これにより、図１０中の矢印１００２で示す方向から入射された光が遮光部１１０１で反射、吸収され、有効に散乱されることによって、光導波路９０３内部の電磁場分布の攪乱を回避、抑制することが可能となる。つまり、瞳分割による位相差方式の焦点検出精度の低下を抑制することができる。光導波路９０３の淵部の領域９１０と遮光部１１０１との距離１１０２は、画素において扱う光の波長帯域の中心波長またはピーク波長よりも小さいことが好ましい。このことにより、淵部の領域９１０と遮光部１１０１との間を抜けて隣接画素へ漏れ出る光を抑制することができる。
【００５４】
図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、中央位置から離れた像面上位置での光導波路を有する画素の断面を示す図であり、濃淡はポインティングベクトルの大きさの分布を表わしている。この分布は、マイクロレンズ上方からｚ−ｘ面内でｚ軸と３度の角度をもって像面中央に傾いた方向から波長５５０ｎｍの平面波を入射させたときの定常状態を示すものである。図１２（ａ）および図１２（ｂ）ともに、ポインティングベクトルの強度を表す白黒の濃淡のスケールは同等である。図１２（ａ）の撮像画素の光電変換部は、電気的に副光電変換部１２０４ａ、１２０４ｂに分割されている。同様に、図１２（ｂ）の撮像画素の光電変換部は、電気的に副光電変換部１２０５ａ、１２０５ｂに分割されている。
【００５５】
図１２（ａ）の光導波路の淵部の領域の近くには遮光部が設けられておらず、図１２（ｂ）の光導波路の淵部の領域近傍には、タングステンからなる厚さ３０ｎｍの遮光部１２０３が設けられている。図１２（ａ）に示す例では、淵部の領域で入射された光が散乱され、さらに光導波路の側面から内部へ入る光により、光導波路の内部の電磁場分布が攪乱される。その結果、主に副光電変換部１２０４ｂに入射されるべき光の多くが、領域１２０１に示すように、反対側の副光電変換部１２０４ａに入射していることがわかる。
【００５６】
これに対し、図１２（ｂ）に示す例では、光導波路の内部において電磁場分布の大きな攪乱は見られず、領域１２０２からわかるとおり、多くの光が本来入るべき副光電変換部１２０５ｂに入射していることがわかる。図１２（ｂ）のように遮光部を設けた構成とすることにより、瞳分割性能の低下を抑制し、焦点検出精度を向上させることが可能である。なお、瞳分割の位相差方式での焦点検出方法は、第１の実施形態で説明した内容と同様である。
【００５７】
以上のように本実施形態によれば、光導波路９０３の淵部の領域９１０よりもマイクロレンズ９０９側の位置に、遮光部１１０１を設けるようにしたので、焦点検出精度を向上させることができる。なお、本実施形態に係る撮像素子をデジタルカメラなどの撮像装置に適用すれば、焦点検出精度の高い撮像装置を提供することができる。撮像装置の詳細については第１の実施形態と同様である。
【００５８】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下、第２の実施形態と異なる点についてのみ説明する。撮像素子の基本的な構成は図１と同様であるが、撮像画素の構成は第２の実施形態と異なるため、以下に説明する。
【００５９】
図１３は、本実施形態において、図１（ａ）中の撮像画素１０２におけるｚｘ面に平行な断面を表す模式図である。以下、図９との相違点についてのみ説明する。シリコン基板９０１には、その表面上側に酸化シリコン（ＳｉＯx）からなる絶縁部１３０１、複数の配線９０５からなる配線層、および絶縁部１３０１に埋め込まれるように窒化シリコン（ＳｉＮx）からなる光導波路１３０２が形成されている。本実施形態においては、光導波路１３０２において、シリコン基板９０１側とは反対側に淵部の領域は存在しない。そのため、光導波路１３０２の上方には、光導波路１３０２側部の絶縁部１３０１が連続して配置されていることになる。
【００６０】
このように本実施形態の画素構成では、絶縁部１３０１に光導波路１３０２が埋め込まれ、図９に示すような淵部の領域９１０が存在しない。そのため、淵部での散乱、反射などの悪影響を考慮する必要がなく、焦点検出精度の低下を回避することができる。
【００６１】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１５は、本実施形態における撮像素子の撮像画素および焦点検出画素の配列の概略を説明するための図である。図１５において、２次元ＣＭＯＳセンサー（撮像素子）の画素（撮像画素）配列を４列×４行の範囲で示し、さらに焦点検出画素の配列を８列×４行の範囲で示す。
【００６２】
図１５の左上の位置に２列×２行の画素群１５００を示す。画素群１５００においては、Ｒ（赤）の分光感度を有する撮像画素１５００Ｒが左上に、Ｇ（緑）の分光感度を有する撮像画素１５００Ｇが右上と左下に、Ｂ（青）の分光感度を有する撮像画素１５００Ｂが右下に配置されている。さらに各画素は、２列×１行に配列された第１焦点検出画素（副画素）１５０１と第２焦点検出画素（副画素）１５０２とにより構成されている。
【００６３】
なお、撮像素子の撮像面上には、画素群１５００が多数配列されているが、説明を簡略化するために、図１５では、４列×４行の撮像画素（８列×４行の焦点検出画素）が配列されている様子を示すものとする。これら多数の配列により、撮像画像および焦点検出信号の取得を可能としている。本実施形態では、画素の周期Ｐが１．０μｍ、画素数Ｎが横５５７５列×縦３７２５行＝約２０７５万画素、焦点検出画素の列方向周期ＰAFが０．５μｍ、焦点検出画素数ＮAFが横１１１５０列×縦３７２５行＝約４１５３万画素の撮像素子として説明を行う。
【００６４】
図１５に示した撮像素子の１つの撮像画素１５００Ｇを、撮像素子の受光面側（＋ｚ側）から見た平面図を図１６（ａ）に示し、図１６（ａ）のａ−ａ断面を−ｙ側から見た断面図を図１６（ｂ）に示す。なお、図１６に示す例では、Ｇ（緑）の分光感度を有する撮像画素１５００Ｇを例としているが、Ｒ（赤）の分光感度を有する撮像画素１５００Ｒ、およびＢ（青）の分光感度を有する撮像画素１５００Ｂにおいても同様の構成であるものとする。
【００６５】
図１６（ｂ）に示すように、本実施形態に係る撮像画素は、シリコン基板表面付近において、副光電変換部１６０１ａ、１６０１ｂから構成される光電変換部１６０１を備える。また、本実施形態に係る撮像画素は、結像光学系から入射される光を集光して撮像画素に導入するためのトップマイクロレンズ１６０５を備える。トップマイクロレンズ１６０５と光電変換部１６０１との間には、酸化シリコン（ＳｉＯx）からなる絶縁部１６００、複数の配線１６１３からなる配線層、および効率よく光を光電変換部１６０１に導くための光導波路１６１０が設けられている。画素の設計によっては、インナーレンズ１６０６を設けてもよい。この画素構造により、撮像画素に入射される光は、トップマイクロレンズ１６０５により集光され、カラーフィルター（不図示）で分光されて光導波路１６１０を伝搬する。
【００６６】
また、図１６（ｃ）〜図１６（ｅ）は、画素に入射する光がどのように画素内を伝搬するかを説明するための図である。図１６（ｃ）〜図１６（ｅ）では、特定の角度で入射する平面波の伝搬の様子をＦＤＴＤ法（Finite Difference Time Domain Method：時間領域差分法）により計算した結果を示している。ここで、トップマイクロレンズ１６０５の焦点位置１６０７も併せて示す。なお、焦点位置１６０７から位置１６０８ａまでの範囲、および焦点位置１６０７から位置１６０８ｂまでの範囲は、それぞれ、トップマイクロレンズ１６０５の片側焦点深度の範囲を示している。
【００６７】
図１６（ｄ）に示すように、光が光軸（ｚ方向に平行）に対して０°で入射した場合は、２つの副光電変換部１６０１ａ、１６０１ｂで受光される受光量がほぼ同じになる。これに対して、図１６（ｃ）に示すように、光が光軸に対して−１５°で入射した場合は、副光電変換部１６０１ｂで受光される受光量がより多くなる。一方、図３（ｅ）に示すように、光が光軸に対して１５°で入射した場合は、副光電変換部１６０１ａで受光される受光量がより多くなる。副光電変換部１６０１ａ、１６０１ｂでは、受光量に応じて電子とホールが対生成し、空乏層で分離された後、負電荷の電子はｎ型層（不図示）に蓄積される。一方、ホールは定電圧源（不図示）に接続されたｐ型層を通じて撮像素子の外部へ排出される。
【００６８】
図１７は、図１６に示した画素構造と瞳分割との対応関係の概略を説明するための図である。図１７の下部には、図１６（ａ）に示した画素構造のａ−ａ断面を＋ｙ側から見た断面を示し、図１７の上部に結像光学系の射出瞳面を示す。なお、図１７では、射出瞳面の座標軸と対応を取るために、断面図のｘ軸とｙ軸を図１６に対して反転させている。
【００６９】
図１７において、第１瞳部分領域１７０１は、重心が−Ｘ方向に偏心している副光電変換部１６０１ａの受光面と、トップマイクロレンズ１６０５によって概ね共役関係になっており、第１焦点検出画素１５０１が受光可能な瞳領域を表している。第１瞳部分領域１７０１は、瞳面上で＋Ｘ側に重心が偏心している。
【００７０】
一方、第２瞳部分領域１７０２は、重心が＋Ｘ方向に偏心している光電変換部１６０１ｂの受光面と、トップマイクロレンズ１６０５によって概ね共役関係になっており、第２焦点検出画素１５０２で受光可能な瞳領域を表している。第２瞳部分領域１７０２は、瞳面上で−Ｘ側に重心が偏心している。また、図１７において、瞳領域１７００は、２つの副光電変換部１６０１ａ、１６０１ｂを全て合わせた際の撮像画素１５００Ｇ全体で受光可能な瞳領域である。なお、瞳分割による位相差方式での焦点検出方法は、第１の実施形態で説明した方法と同様である。
【００７１】
第１瞳部分領域１７０１と第２瞳部分領域１７０２との異なる瞳部分領域を通過した光束は、撮像画素の各画素に、それぞれ、異なる角度で入射し、２分割された第１焦点検出画素１５０１と第２焦点検出画素１５０２とで受光される。本実施形態の撮像画素は、第１焦点検出画素１５０１で結像光学系の第１瞳部分領域１７０１を通過する光束を受光し、第２焦点検出画素１５０２で第２瞳部分領域１７０２を通過する光束を受光する。つまり、本実施形態に係る撮像素子は、第１瞳部分領域１７０１から第２瞳部分領域１７０２全てを合わせた瞳領域１７００を通過する光束を受光する撮像画素が複数配列されている。
【００７２】
なお、必要に応じて、撮像画素、第１焦点検出画素、および第２焦点検出画素をそれぞれ個別の画素構成とし、撮像画素配列の一部に、第１焦点検出画素と第２焦点検出画素とを部分的に配置する構成としても良い。本実施形態では、撮像素子の各撮像画素の第１焦点検出画素１５０１を第１焦点信号として生成し、撮像素子の各撮像画素の第２焦点検出画素１５０２を第２焦点信号として生成し、焦点検出を行う。また、撮像画素の各画素で、第１焦点検出画素１５０１、第２焦点検出画素１５０２を加算することで、有効画素数の解像度の撮像信号（撮像画像）を生成する。
【００７３】
次に、ＲＧＢの各画素における屈折率について説明する。図１８は、撮像画素に配置されたトップマイクロレンズ１６０５とトップマイクロレンズ１６０５により集光された光のビームウェスト半径とを説明するための図である。図１８において、光束１８０１はトップマイクロレンズ１６０５から導光された光束である。ここで、トップマイクロレンズ１６０５の絞り込み角をα、トップマイクロレンズ１６０５の焦点距離をｆ、トップマイクロレンズ１６０５の直径をＤ、トップマイクロレンズ１６０５と光電変換部１６０１との間の有効屈折率をｎ'、光の波長をλとする。この場合、波長λの光をトップマイクロレンズ１６０５で集光したときのビームウェスト半径（光の最小スポット半径）ｗは、Ｒａｙｌｅｉｇｈの分解能（回折限界時）の式を用いて以下の式（１）で定義される。
ｗ＝１．２２×ｆλ／ｎ'Ｄ          ・・・（１）
【００７４】
実際の画素構造ではいくつものレイヤーが積層されているため、トップマイクロレンズと光電変換部との間の屈折率は固定値に定まっていない。ところが、本実施形態のように光導波路の割合が大きい撮像画素では、トップマイクロレンズと光電変換部との間の屈折率を有効屈折率ｎ'として考えた場合、光導波路の屈折率ｎの影響が大きい。そのため、式（１）中の有効屈折率ｎ'は、光導波路内の屈折率ｎに大きく依存する。よって、式（１）より原理的に、トップマイクロレンズ１６０５で集光される光の最小スポット半径ｗは波長λに比例し、屈折率ｎに反比例することが分かる。
【００７５】
本実施形態の撮像素子では、撮像画素のサイズが１．０μｍで、これを瞳分割した際の副画素のサイズは単純に０．５μｍである。図１５で示すような画素群の撮像素子は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の波長帯域に対応する光を受光する画素により構成されているため、各色に対応した画素内を伝搬する光の波長は異なる。つまり、赤色、緑色、青色の順で波長が短くなっている。
【００７６】
光導波路内部の屈折率が同一である場合、式（１）より波長λが短いほど光の最小スポット半径ｗは小さくなり、波長λが長いほど光の最小スポット半径ｗが大きくなる。例えば、光導波路内部の屈折率ｎがＳｉＯ2の屈折率（およそ１．４６）である場合、赤色の撮像画素では、分割された副光電変換部に光を導入することは困難である。２つの副光電変換部に対応するように光導波路が分割された構成としてもよいが、この場合でも分割された光導波路に光を導入することが困難であり、長い波長の光ほど受光されなくなる。
【００７７】
この状況を解決するために、本実施形態の撮像素子における撮像画素では、Ｒの画素における光導波路内部の屈折率が最も高くなるように構成されている。Ｒ、Ｇ、Ｂの画素の光導波路内部の屈折率をそれぞれｎＲ、ｎＧ、ｎＢとした場合、ｎＲ＞ｎＧ＞ｎＢの関係となるように構成されている。このことにより、波長が長い光でも狭い副光電変換部、または光導波路に光を導入することができる。
【００７８】
また、Ｒ画素の瞳分割性能が低下するのを回避する方法の１つとして、撮像素子全体の光導波路の屈折率ｎを十分に大きくする方法が考えられる。しかしながら、この方法では小画素化に伴い、画素間の分離性能は低下する一方であり、画素間でのクロストークが増大するといった課題が発生する。したがって、光導波路内部の屈折率をｎＲ＞ｎＧ＞ｎＢの関係を満たすように構成することで、光学的な画素間でのクロストークを低減することができる。
【００７９】
図１９は、Ｒ画素，Ｇ画素，Ｂ画素の間でのクロストークが発生する方向を説明するための図である。図１９（ａ）は、Ｒ画素，Ｇ画素，Ｂ画素の光導波路内の屈折率が全て同じ屈折率ｎである場合を示している。また、図１９（ｂ）は、Ｒ画素の屈折率をｎＲ、Ｇ画素の屈折率をｎＧ、Ｒ画素の屈折率をｎＲとした場合に、屈折率の大きさがｎＲ＞ｎＧ＞ｎＢの関係である場合を示している。
【００８０】
Ｒ，Ｇ，Ｂの波長の長さに応じて光導波路の屈折率の大きさを変更すると、さらに、画素間でのクロストークの発生源となる不必要な光束が光導波路に導光しづらくなる。図１９（ｂ）のＲ画素とＧ画素を用いて具体的に説明する。
【００８１】
光導波路の屈折率が同じ場合は、Ｒ画素に入射した光における光束の最小スポット半径は、Ｇ画素に入射した光における光束の最小スポット半径よりも大きい。そのため、Ｒ画素の屈折率ｎＲおよびＧ画素の屈折率ｎＧを適切に設定することで、Ｒ画素に入射した光束がＧ画素にクロストークしにくくすることができる。このように、Ｇ画素からＲ画素へのクロストークは軽減できないが、Ｒ画素からＧ画素へのクロストークは軽減することはできる。Ｇ画素とＢ画素との間でも同様であり、さらにＢ画素の屈折率ｎＢを適切に設定することで、Ｇ画素からＢ画素へのクロストークを軽減することができる。
【００８２】
以上のように本実施形態によれば、波長の長いＲ画素の瞳分割性能の低下を回避しつつ、画素間でのクロストークを抑制することができる。なお、本実施形態においてはＧ画素を１種類の画素として説明したが、Ｒ画素と水平方向に隣接するＧ画素をＧｒ画素、Ｂ画素と水平方向に隣接するＧ画素をＧｂ画素として区別してもよい。隣接画素からの光学的な漏れを考慮すると、Ｇｒ画素とＧｂ画素とで分光感度が異なる場合がある。そこでＧｒ画素とＧｂ画素とでさらに光導波路の屈折率が異なるようにしてもよい。
【００８３】
また、最低限、赤色の撮像画素の最小スポット半径を小さくすれば、狭い副光電変換部または光導波路に光を導入することができる。したがって、赤色の撮像画素の光導波路の屈折率のみを他色よりも大きくし、緑色及び青色の撮像画素の光導波路の屈折率は同じであってもよい。
【００８４】
次に、本実施形態に係る撮像素子を用いた撮像装置の例について、図１４を参照しながら説明する。図１４は、本実施形態に係る撮像装置であるデジタルカメラの機能構成例を示すブロック図であり、前述した撮像素子を有するものである。なお、本実施形態では、撮像装置の一例としてデジタルカメラについて説明するが、前述の撮像素子を有する撮像装置として、携帯電話、監視カメラ、移動体カメラ、医療用カメラ等であってもよい。本実施形態の撮像装置では、撮像素子の光電変換部からの信号を瞳分割位相差方式の焦点調節に用いると同時に、撮像信号としても用いる。
【００８５】
図１４において、結像光学系の先端に配置された第１レンズ群１４０１は、光軸方向に進退可能に保持される。絞り兼用シャッタ１４０２は、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行い、さらに静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとしての機能も備える。そして、絞り兼用シャッタ１４０２及び第２レンズ群１４０３は一体となって光軸方向に進退し、第１レンズ群１４０１の進退動作との連動により、変倍作用（ズーム機能）をなす。
【００８６】
第３レンズ群１４０５は、光軸方向の進退により、焦点調節を行う。光学的ローパスフィルタ１４０６は、撮影画像の偽色やモアレを軽減するための光学素子である。撮像素子１４０７は２次元ＣＭＯＳフォトセンサーと周辺回路からなり、結像光学系の結像面に配置される。なお、本実施形態では、前述したように色によって屈折率が異なる撮像画素を有する撮像素子が用いられる。
【００８７】
ズームアクチュエータ１４１１は、不図示のカム筒を回動することで、第１レンズ群１４０１〜第３レンズ群１４０５を光軸方向に進退駆動し、変倍操作を行う。絞りシャッタアクチュエータ１４１２は、絞り兼用シャッタ１４０２の開口径を制御して撮影光量を調節すると共に、静止画撮影時の露光時間制御を行う。フォーカスアクチュエータ１４１４は、第３レンズ群１４０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。
【００８８】
照明装置１４１５は、例えば撮影時の被写体照明用電子フラッシュであり、キセノン管を用いた閃光照明装置が好適だが、連続発光するＬＥＤを備えた照明装置を用いても良い。ＡＦ補助光部１４１６は、所定の開口パターンを有したマスクの像を、投光レンズを介して被写界に投影し、暗い被写体あるいは低コントラスト被写体に対する焦点検出能力を向上させる。
【００８９】
制御部１４２１は、撮像装置本体の種々の制御を司るＣＰＵを備え、さらに演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェイス回路等を備える。制御部１４２１は、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムに基づいて、撮像装置が有する各種回路を駆動し、ＡＦ、撮影、画像処、と記録処理等の一連の動作を実行する。
【００９０】
電子フラッシュ制御回路１４２２は、撮影動作に同期して照明装置１４１５を点灯制御する。補助光駆動回路１４２３は、焦点検出動作に同期してＡＦ補助光部１４１６を点灯制御する。撮像画素駆動回路１４２４は、撮像素子１４０７の撮像動作を制御するとともに、取得した画像信号をＡ／Ｄ変換して制御部１４２１に送信する。画像処理回路１４２５は、撮像素子１４０７が取得した画像のγ変換、カラー補間、ＪＰＥＧ圧縮等の処理を行う。
【００９１】
フォーカス駆動回路１４２６は、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ１４１４を駆動制御し、第３レンズ群１４０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。絞りシャッタ駆動回路１４２８は、絞りシャッタアクチュエータ１４１２を駆動制御して絞り兼用シャッタ１４０２の開口を制御する。ズーム駆動回路１４２９は、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ１４１１を駆動する。
【００９２】
表示部１４３１はＬＣＤ等の表示装置で、カメラの撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像と撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態表示画像等を表示する。操作スイッチ群１４３２は、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等で構成される。フラッシュメモリ１４３３は着脱可能なメモリであり、撮影済み画像を記録する。
【００９３】
以上説明したように本実施形態の撮像素子を用いて図１４に示す撮像装置に適用することで、撮像画素が小さい場合でも効率よく光を光導波路および光電変換部へ導入することが可能となる。
【符号の説明】
【００９４】
２０２  光電変換部
２０９  トップマイクロレンズ
２１０  画素間遮光壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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