(57)【要約】  撮像素子は、入射した光を光電変換して電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部を透過した光の一部を前記光電変換部へ反射する反射部と、前記反射部で反射した光を、前記光電変換部により光電変換して生成される電荷を出力する第１出力部と、前記反射部で反射した光以外の光を、前記光電変換部により光電変換して生成される電荷を出力する第２出力部と、を備える。
2018181591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光を光電変換して電荷を生成する光電変換部と、
前記光電変換部を透過した光の一部を前記光電変換部へ反射する反射部と、
前記反射部で反射した光を、前記光電変換部により光電変換して生成される電荷を出力する第１出力部と、
前記反射部で反射した光以外の光を、前記光電変換部により光電変換して生成される電荷を出力する第２出力部と、
を備える撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像素子において、
前記第１出力部は、前記光電変換部で生成された電荷のうち、前記光電変換部の中心よりも光が入射する側と反対側で生成された電荷を出力する撮像素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の撮像素子において、
前記第２出力部は、前記光電変換部で生成された電荷のうち、前記光電変換部の中心よりも光が入射する側で生成された電荷を出力する撮像素子。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第１出力部は、前記光電変換部で生成された電荷のうち、前記光電変換部の中心よりも前記反射部が設けられる側で生成された電荷を出力する撮像素子。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第２出力部は、前記光電変換部で生成された電荷のうち、前記光電変換部の中心よりも前記反射部が設けられていない側で生成された電荷を出力する撮像素子。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第２出力部は、前記光電変換部で生成された電荷のうち、前記反射部で反射した光以外の光を光電変換して生成された電荷を排出する排出部である撮像素子。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第２出力部は、前記光電変換部で生成された電荷のうち不要な電荷を排出する排出部である撮像素子。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記光電変換部と前記反射部とをそれぞれ有する第１画素と第２画素とを有し、
前記第１画素と前記第２画素とは第１方向に配置され、
前記第１画素の前記反射部は、光が入射する方向と交差する面において、前記光電変換部の中心よりも前記第１方向とは逆方向側の領域の少なくとも一部に設けられ、
前記第２画素の前記反射部は、光が入射する方向と交差する面において、前記光電変換部の中心よりも前記第１方向側の領域の少なくとも一部に設けられる撮像素子。
【請求項９】
請求項８に記載の撮像素子において、
前記第１画素と前記第２画素とは、前記第１出力部をそれぞれ有し、
前記第１画素の前記第１出力部は、前記第１方向側から入射した光により前記光電変換部で生成される電荷を出力し、
前記第２画素の前記第１出力部は、前記第１方向とは逆方向側から入射した光により前記光電変換部で生成される電荷を出力する撮像素子。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の撮像素子において、
前記光電変換部を有する第３画素を有し、
前記第１画素と前記第２画素とは、第１分光特性を有する第１フィルタを有し、
前記第３画素は、前記第１分光特性よりも短い波長の光の透過率が高い第２分光特性を有する第２フィルタを有する撮像素子。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の撮像素子と、
フォーカスレンズを有する光学系による像を撮像する前記撮像素子の前記第１出力部から出力される電荷に基づく信号に基づいて、前記光学系による像が前記撮像素子に合焦するよう前記フォーカスレンズの位置を制御する制御部と、
を備える撮像装置。
【請求項１２】
請求項８から１０のいずれか一項に記載の撮像素子と、
フォーカスレンズを有する光学系による像を撮像する前記撮像素子の前記第１画素の前記第１出力部から出力される電荷に基づく信号および前記第２画素の前記第１出力部から出力される電荷に基づく信号に基づいて、前記光学系による像が前記撮像素子に合焦するよう前記フォーカスレンズの位置を制御する制御部と、
を備える撮像装置。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の撮像装置において、
前記制御部は、前記撮像素子の前記第１出力部から出力される電荷に基づく信号および前記第２出力部から出力される電荷に基づく信号の少なくとも一方から高周波数成分を取り出して前記フォーカスレンズの位置を制御する撮像装置。
【請求項１４】
請求項１１から１３のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記制御部は、前記撮像素子の前記第１出力部から出力される電荷に基づく信号および前記第２出力部から出力される電荷に基づく信号の少なくとも一方から平均の低周波数成分を減算して前記フォーカスレンズの位置を制御する撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電変換部の下に反射層を設け、この反射層によって光電変換部を透過した光を光電変換部に反射させる撮像素子が知られている（特許文献１参照）。従来の撮像素子では、
入射した光を光電変換して生成される電荷の出力と、反射層で反射した光を光電変換して生成される電荷の出力とを１つの出力部で出力していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特開２０１６−１２７０４３号公報
【発明の概要】
【０００４】
本発明の第１の態様によると、撮像素子は、入射した光を光電変換して電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部を透過した光の一部を前記光電変換部へ反射する反射部と、前記反射部で反射した光を、前記光電変換部により光電変換して生成される電荷を出力する第１出力部と、前記反射部で反射した光以外の光を、前記光電変換部により光電変換して生成される電荷を出力する第２出力部と、を備える。
本発明の第２の態様によると、撮像装置は、第１の態様による撮像素子と、フォーカスレンズを有する光学系による像を撮像する前記撮像素子の前記第１出力部から出力される電荷に基づく信号に基づいて、前記光学系による像が前記撮像素子に合焦するよう前記フォーカスレンズの位置を制御する制御部と、を備える。
本発明の第３の態様によると、撮像装置は、下記の撮像素子と、フォーカスレンズを有する光学系による像を撮像する前記撮像素子の前記第１画素の前記第１出力部から出力される電荷に基づく信号および前記第２画素の前記第１出力部から出力される電荷に基づく信号に基づいて、前記光学系による像が前記撮像素子に合焦するよう前記フォーカスレンズの位置を制御する制御部と、を備える。撮像素子は、第１の態様の撮像素子であって、前記光電変換部と前記反射部とをそれぞれ有する第１画素と第２画素とを有し、第１画素と前記第２画素とは第１方向に配置され、前記第１画素の前記反射部は、光が入射する方向と交差する面において、前記光電変換部の中心よりも前記第１方向とは逆方向側の領域の少なくとも一部に設けられ、前記第２画素の前記反射部は、光が入射する方向と交差する面において、前記光電変換部の中心よりも前記第１方向側の領域の少なくとも一部に設けられる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】カメラの要部構成を示す図である。
【図２】フォーカスエリアを例示する図である。
【図３】撮像素子の画素の配列の一部を拡大した図である。
【図４】図４(a)は、撮像画素の一例を拡大した断面図、図４(b)および図４(c)は、焦点検出画素の一例を拡大した断面図である。
【図５】図５は、焦点検出画素に入射する光束を説明する図である。
【図６】図６は、第１の実施の形態による焦点検出画素と撮像画素とを拡大した断面図である。
【図７】図７(a)および図７(b)は、焦点検出画素を拡大した断面図である。
【図８】焦点検出画素と撮像画素との配置を模式的に示す平面図である。
【図９】図９(a)および図９(b)は、変形例１に係る焦点検出画素を拡大した断面図である。
【図１０】変形例１に係る焦点検出画素と撮像画素との配置を模式的に示す平面図である。
【図１１】図１１(a)および図１１(b)は、変形例２に係る焦点検出画素を拡大した断面図である。
【図１２】図１２(a)および図１２(b)は、変形例３に係る焦点検出画素を拡大した断面図である。
【図１３】変形例３に係る焦点検出画素と撮像画素との配置を模式的に示す平面図である。
【図１４】図１４(a)は、ａ系列およびｂ系列の信号を例示する図、図１４(b)は、ａ系列の信号とｂ系列の信号とを平均した信号を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
（第１の実施の形態）
一実施の形態による撮像素子、焦点検出装置、および撮像装置について、図面を参照して説明する。本実施の形態による撮像素子を搭載する電子機器の一例として、レンズ交換式のデジタルカメラ（以下、カメラ１と称する）を例示するが、交換レンズ３とカメラボディ２とを一体にしたレンズ一体型のカメラであってもよい。
また、電子機器はカメラ１に限らず、撮像素子を搭載したスマートフォン、ウェアラブル端末、タブレット端末等であってもよい。
【０００７】
＜カメラの要部構成＞
図１は、カメラ１の要部構成を示す図である。カメラ１は、カメラボディ２と交換レンズ３とで構成される。交換レンズ３は、不図示のマウント部を介してカメラボディ２に装着される。交換レンズ３がカメラボディ２に装着されると、カメラボディ２側の接続部２０２と交換レンズ３側の接続部３０２とが接続され、カメラボディ２と交換レンズ３との間で通信が可能になる。
【０００８】
図１において、被写体からの光は、図１のＺ軸マイナス方向に向かって入射する。また、座標軸に示すように、Ｚ軸に直交する紙面手前方向をＸ軸プラス方向、Ｚ軸およびＸ軸に直交する上方向をＹ軸プラス方向とする。以降のいくつかの図においては、図１の座標軸を基準として、それぞれの図の向きがわかるように座標軸を表示する。
【０００９】
＜交換レンズ＞
交換レンズ３は、撮像光学系（結像光学系）３１と、レンズ制御部３２と、レンズメモリ３３とを備える。撮像光学系３１は、例えば焦点調節レンズ（フォーカスレンズ）３１ｃを含む複数のレンズ３１ａ、３１ｂ、３１ｃと、絞り３１ｄとを含み、カメラボディ２に設けられた撮像素子２２の撮像面上に被写体像を結像する。
【００１０】
レンズ制御部３２は、カメラボディ２のボディ制御部２１から出力される信号に基づき、焦点調節レンズ３１ｃを光軸Ｌ１方向に進退移動させて撮像光学系３１の焦点位置を調節する。焦点調節時にボディ制御部２１から出力される信号には、焦点調節レンズ３１ｃの移動方向や移動量、移動速度などを示す情報が含まれる。
また、レンズ制御部３２は、カメラボディ２のボディ制御部２１から出力される信号に基づき、絞り３１ｄの開口径を制御する。
【００１１】
レンズメモリ３３は、例えば、不揮発性の記憶媒体等によって構成される。レンズメモリ３３には、交換レンズ３に関連する情報がレンズ情報として記録される。レンズ情報には、例えば、撮像光学系３１の射出瞳の位置に関する情報が含まれる。レンズメモリ３３に対するレンズ情報の記録や、レンズメモリ３３からのレンズ情報の読み出しは、レンズ制御部３２によって行われる。
【００１２】
＜カメラボディ＞
カメラボディ２は、ボディ制御部２１と、撮像素子２２と、メモリ２３と、表示部２４と、操作部２５とを備える。ボディ制御部２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により構成され、制御プログラムに基づいてカメラ１の各部を制御する。
【００１３】
撮像素子２２は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサによって構成される。撮像素子２２は、撮像光学系３１の射出瞳を透過した光束を撮像面で受光し、被写体像を光電変換（撮像）する。光電変換により、撮像素子２２の撮像面に配置されている複数の画素のそれぞれで、受光量に応じて電荷が生成される。生成された電荷による信号は、撮像素子２２から読み出されてボディ制御部２１へ送られる。
なお、撮像素子２２によって生成される信号には、画像の信号と、焦点検出の信号とが含まれる。画像の信号、焦点検出の信号の詳細については後述する。
【００１４】
メモリ２３は、例えば、メモリカード等の記録媒体により構成される。メモリ２３には、画像データや音声データ等が記録される。メモリ２３に対するデータの記録や、メモリ２３からのデータの読み出しは、ボディ制御部２１によって行われる。表示部２４は、ボディ制御部２１からの指示により、画像データに基づく画像、シャッター速度、絞り値等の撮影に関する情報、およびメニュー操作画面等を表示する。操作部２５は、レリーズボタン、録画ボタン、各種設定スイッチ等を含み、それぞれの操作に応じた操作信号をボディ制御部２１へ出力する。
【００１５】
また、上述したボディ制御部２１は、焦点検出部２１ａおよび画像生成部２１ｂを含む。焦点検出部２１ａは、撮像光学系３１による像が撮像素子２２の撮像面上に合焦するための焦点調節レンズ３１ｃの合焦位置を検出する。焦点検出部２１ａは、撮像光学系３１の自動焦点調節（ＡＦ）に必要な焦点検出処理を行う。焦点検出処理の流れを簡単に説明すると、以下の通りである。先ず、焦点検出部２１ａは、撮像素子２２から読み出された焦点検出の信号に基づき、瞳分割型の位相差検出方式によりデフォーカス量を算出する。具体的には、撮像光学系３１の瞳の異なる領域を通過した複数の光束による像の像ズレ量を検出し、検出した像ズレ量に基づいてデフォーカス量を算出する。焦点検出部２１ａは、算出したデフォーカス量に基づいて、合焦位置までの焦点調節レンズ３１ｃの移動量を算出する。
【００１６】
そして、焦点検出部２１ａは、デフォーカス量が許容値以内か否かを判定する。焦点検出部２１ａは、デフォーカス量が許容値以内であれば合焦していると判断し、焦点検出処理を終了する。一方、焦点検出部２１ａは、デフォーカス量が許容値を超えている場合は合焦していないと判断し、交換レンズ３のレンズ制御部３２へ焦点調節レンズ３１ｃの移動量とレンズ移動指示とを送り、焦点検出処理を終了する。焦点検出部２１ａからの指示を受けたレンズ制御部３２が、移動量に応じて焦点調節レンズ３１ｃを移動させることにより、焦点調節が自動で行われる。
【００１７】
一方、ボディ制御部２１の画像生成部２１ｂは、撮像素子２２から読み出された画像の信号に基づき、被写体像に関する画像データを生成する。また、画像生成部２１ｂは、生成した画像データに対し、所定の画像処理を行う。画像処理には、例えば、階調変換処理、色補間処理、輪郭強調処理等の公知の画像処理が含まれる。
【００１８】
＜撮像素子の説明＞
図２は、撮影画面９０に形成されたフォーカスエリアを例示する図である。フォーカスエリアは、焦点検出部２１ａが位相差情報として上記の像ズレ量を検出するエリアであり、焦点検出エリア、測距点、オートフォーカス（ＡＦ）ポイントとも称される。本実施の形態では、撮影画面９０の中にあらかじめ１１ヶ所のフォーカスエリア１０１−１〜１０１−１１が設けられており、１１のエリアで像ズレ量を検出することができる。なお、フォーカスエリア１０１−１〜１０１−１１の数は一例であり、１１ヶ所より多くても少なくても構わない。フォーカスエリア１０１−１〜１０１−１１は、撮影画面９０の全面に設けられていてもよい。
フォーカスエリア１０１−１〜１０１−１１は、後述する焦点検出画素１１、１３が配置される位置に対応する。
【００１９】
図３は、撮像素子２２の画素の配列の一部を拡大した図である。撮像素子２２には、画像を生成する領域２２ａ内に光電変換部を有する複数の画素が二次元状（例えば、行方向および列方向）に配置される。各画素には、例えばＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の異なる分光特性を有する３つのカラーフィルタのいずれか一つが設けられる。Ｒのカラーフィルタは、主に赤色の波長域の光を透過する。また、Ｇのカラーフィルタは、主に緑色の波長域の光を透過する。さらに、Ｂのカラーフィルタは、主に青色の波長域の光を透過する。これにより、各画素は、配置されたカラーフィルタによって異なる分光特性を有する。Ｇのカラーフィルタは、Ｒのカラーフィルタよりも波長が短い波長域の光を透過する。Ｂのカラーフィルタは、Ｇのカラーフィルタよりも波長が短い波長域の光を透過する。
【００２０】
撮像素子２２では、ＲおよびＧのカラーフィルタを有する画素（以下、それぞれＲ画素、Ｇ画素と称する）が交互に配置される画素行４０１と、ＧおよびＢのカラーフィルタを有する画素（以下、それぞれＧ画素、Ｂ画素と称する）が交互に配置される画素行４０２とが、二次元状に繰り返し配置される。このように、Ｒ画素、Ｇ画素、およびＢ画素は、例えばベイヤー配列に従って配置される。
【００２１】
撮像素子２２は、上述したように配列されたＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素による撮像画素１２と、撮像画素１２の一部に置換して配置された焦点検出画素１１、１３とを有する。画素行４０１のうち、焦点検出画素１１、１３が配置された画素行に符号４０１Ｓを付す。
【００２２】
図３には、焦点検出画素１１、１３が行方向（Ｘ軸方向）、すなわち横方向に配置された場合が例示されている。対となる焦点検出画素１１、１３は、行方向（Ｘ軸方向）に複数、繰り返し配置される。本実施の形態において、焦点検出画素１１、１３はそれぞれＲ画素の位置に配置される。焦点検出画素１１は反射部４２Ａを有し、焦点検出画素１３は反射部４２Ｂを有する。
図３に例示した画素行４０１Ｓを、列方向（Ｙ軸方向）に複数、繰り返し配置してもよい。
なお、焦点検出画素１１、１３はそれぞれ一部のＲ画素の位置に配置されてもよいし、全てのＲ画素の位置に配置されてもよい。また、焦点検出画素１１、１３はそれぞれＧ画素の位置に配置されてもよい。
【００２３】
撮像素子２２の撮像画素１２から読み出された信号は、ボディ制御部２１によって画像の信号として用いられる。また、撮像素子２２の焦点検出画素１１、１３から読み出された信号は、ボディ制御部２１によって焦点検出の信号として用いられる。
なお、撮像素子２２の焦点検出画素１１、１３から読み出された信号は、補正することで画像の信号として用いることもできる。
【００２４】
次に、撮像画素１２、焦点検出画素１１、１３について詳しく説明する。
＜撮像画素＞
図４(a)は、撮像画素１２の一例を拡大した断面図であって、図３の撮像画素１２をＸ-Ｚ平面と平行に切断した図である。線ＣＬは、撮像画素１２の中心を通る線である。撮像素子２２は、例えば、裏面照射型として構成されており、第１基板１１１と第２基板１１４とが不図示の接着層を介して積層されている。第１基板１１１は、半導体基板により構成される。また、第２基板１１４は、半導体基板やガラス基板等により構成されており、第１基板１１１の支持基板として機能する。
【００２５】
第１基板１１１の上（Ｚ軸プラス方向）には、反射防止膜１０３を介してカラーフィルタ４３が設けられている。また、カラーフィルタ４３の上（Ｚ軸プラス方向）にマイクロレンズ４０が設けられている。撮像画素１２には、マイクロレンズ４０の上方（Ｚ軸プラス方向）から白抜き矢印で示す方向に光が入射する。マイクロレンズ４０は、入射した光を第１基板１１１の光電変換部４１に集光する。
【００２６】
撮像画素１２においては、マイクロレンズ４０に関して、光電変換部４１の厚さ方向（Ｚ軸方向）の中間の位置と、撮像光学系３１の瞳（後に説明する射出瞳６０）の位置とを共役にするように、マイクロレンズ４０の光学的な特性、例えば光学パワーが定められている。光学パワーは、マイクロレンズ４０の曲率や屈折率を変えることによって調整することができる。マイクロレンズ４０の光学パワーを変えることは、マイクロレンズ４０の焦点距離を変えることである。また、マイクロレンズ４０の形状や材料を変えて焦点距離を調整してもよい。例えば、マイクロレンズ４０の曲率が小さくなると、焦点距離が長くなる。また、マイクロレンズ４０の曲率が大きくなると、焦点距離が短くなる。屈折率が小さい材料でマイクロレンズ４０を形成する場合は焦点距離が長くなる。また、屈折率が大きい材料でマイクロレンズ４０を形成する場合は焦点距離が短くなる。マイクロレンズ４０の厚み（Ｚ軸方向の幅）が小さくなると、焦点距離が長くなる。また、マイクロレンズ４０の厚み（Ｚ軸方向の幅）が大きくなると、焦点距離が短くなる。なお、マイクロレンズ４０の焦点距離が長くなると、光電変換部４１に入射した光の集光位置は深い方向（Ｚ軸マイナス方向）に移動する。また、マイクロレンズ４０の焦点距離が短くなると、光電変換部４１に入射した光の集光位置は浅い方向（Ｚ軸プラス方向）に移動する。
上記構成により、撮像光学系３１の瞳を透過した光束が光電変換部４１以外の領域に入射すること、および隣の画素に漏洩することを防いで、光電変換部４１に入射する光量を増やしている。換言すると、光電変換部４１で生成される電荷の量を増やしている。
【００２７】
第１基板１１１には、半導体層１０５と配線層１０７とが積層されている。第１基板１１１には、光電変換部４１と出力部１０６とが設けられる。光電変換部４１は、例えばフォトダイオード（ＰＤ）によって構成されており、光電変換部４１に入射した光を光電変換して電荷を生成する。マイクロレンズ４０によって集光された光は、光電変換部４１の上面（Ｚ軸プラス方向）から入射する。出力部１０６は、不図示の転送トランジスタや増幅トランジスタ等により構成される。出力部１０６は、光電変換部４１により生成された電荷に基づく信号を配線層１０７へ出力する。出力部１０６は、例えば、半導体層１０５において転送トランジスタのソース領域、ドレイン領域としてのｎ＋領域がそれぞれ形成される。また、配線層１０７において転送トランジスタのゲート電極が形成され、この電極が後述する配線１０８に接続される。
【００２８】
配線層１０７は、導体膜（金属膜）および絶縁膜を含み、複数の配線１０８や不図示のビア、コンタクトなどが配置される。導体膜には、例えば、銅やアルミニウム等が用いられる。絶縁膜は、例えば、酸化膜や窒化膜などで構成される。出力部１０６から配線層１０７へ出力された撮像画素２２の信号は、例えば、第２基板１１４に設けられた不図示の周辺回路によってＡ／Ｄ変換等の信号処理が行われ、ボディ制御部２１（図１）によって読み出される。
【００２９】
図４(a)の撮像画素１２は、図３に例示したように、Ｒ画素、Ｇ画素、およびＢ画素としてＸ軸方向およびＹ軸方向に複数配置される。Ｒ画素、Ｇ画素、およびＢ画素は、ともに図４(a)の構成を有しており、カラーフィルタ４３の分光特性が相互に異なる。
【００３０】
＜焦点検出画素＞
図４(b)は、焦点検出画素１１の一例を拡大した断面図であって、図３の焦点検出画素１１をＸ-Ｚ平面と平行に切断した図である。図４(a)の撮像画素１２と同様の構成には、同一符号を付して説明を省略する。線ＣＬは、焦点検出画素１１の中心、すなわちマイクロレンズ４０の光軸および光電変換部４１の中心を通る線である。焦点検出画素１１は、図４(a)の撮像画素１２と比べて、光電変換部４１の下面（Ｚ軸マイナス方向）に反射部４２Ａが設けられている点において相違する。なお、反射部４２Ａは、光電変換部４１の下面からＺ軸マイナス方向に離れて設けられてもよい。光電変換部４１の下面は、マイクロレンズ４０を介して光が入射する上面とは反対側の面である。
【００３１】
反射部４２Ａは、例えば、配線層１０７に設けた銅やアルミニウム、タングステン等の導体膜、または窒化シリコンや酸化シリコンなどの絶縁膜の多層膜によって構成される。反射部４２Ａは、光電変換部４１の下面のほぼ半分（線ＣＬより左側（Ｘ軸マイナス方向））を覆う。反射部４２Ａを設けたことにより、光電変換部４１の左半分において、光電変換部４１の中を下向き（Ｚ軸マイナス方向）に進んで光電変換部４１を透過した光が反射部４２Ａで反射し、光電変換部４１に再入射する。再入射した光は光電変換部４１で光電変換されるため、反射部４２Ａを設けない撮像画素１２と比べて、光電変換部４１で生成される電荷の量が増える。
【００３２】
焦点検出画素１１においては、マイクロレンズ４０に関して、光電変換部４１の下面、すなわち反射部４２Ａの位置と、撮像光学系３１の瞳（後に説明する射出瞳６０）の位置とを共役にするように、マイクロレンズ４０の光学パワーが定められている。
したがって、後に詳述するように、撮像光学系３１の瞳の第１および第２の領域を通過した第１および第２の光束が光電変換部４１に入射するとともに、光電変換部４１を透過した光のうち第２の領域を通過した第２の光束が反射部４２Ａで反射して光電変換部４１に再入射する。
上記構成を有することにより、第１および第２の光束が光電変換部４１以外の領域に入射すること、および隣の画素に漏洩することを防いで、光電変換部４１に入射する光量を増やしている。換言すると、光電変換部４１で生成される電荷の量を増やしている。
【００３３】
なお、配線層１０７に形成される配線１０８の一部、例えば出力部１０６と接続される信号線の一部を、反射部４２Ａとして用いてもよい。この場合の反射部４２Ａは、光電変換部４１の中を下向き（Ｚ軸マイナス方向）に進んで光電変換部４１を透過した光を反射する反射膜と、信号を伝送するための信号線とに共用される。
【００３４】
出力部１０６から配線層１０７へ出力された焦点検出画素１１の信号は、撮像画素１２の場合と同様に、例えば、第２基板１１４に設けられた不図示の周辺回路によってＡ／Ｄ変換等の信号処理が行われ、ボディ制御部２１（図１）によって読み出される。
なお、図４(b)の焦点検出画素１１の出力部１０６は、焦点検出画素１１において反射部４２Ａがない領域（線ＣＬよりもＸ軸プラス方向側の領域）に設けられている。焦点検出画素１１の出力部１０６は、焦点検出画素１１において反射部４２Ａがある領域（線ＣＬよりもＸ軸マイナス方向側の領域）に設けられていてもよい。
【００３５】
図４(c)は、焦点検出画素１３の一例を拡大した断面図であって、図３の焦点検出画素１３をＸ-Ｚ平面と平行に切断した図である。以下の説明において、図４(b)の焦点検出画素１１と同様の構成には、同一符号を付して説明を省略する。焦点検出画素１３は、図４(b)の焦点検出画素１１の反射部４２Ａと異なる位置に反射部４２Ｂを有する。反射部４２Ｂは、光電変換部４１の下面のほぼ半分（線ＣＬより右側（Ｘ軸プラス方向））を覆う。反射部４２Ｂを設けたことにより、光電変換部４１の右半分において、光電変換部４１の中を下向き（Ｚ軸マイナス方向）に進んで光電変換部４１を透過した光が反射部４２Ｂで反射し、光電変換部４１に再入射する。再入射した光は光電変換部４１で光電変換されるため、反射部４２Ｂを設けない撮像画素１２と比べて、光電変換部４１で生成される電荷の量が増える。
【００３６】
すなわち、焦点検出画素１３は、後に詳述するように、撮像光学系３１の瞳の第１および第２の領域を通過した第１および第２の光束が光電変換部４１に入射するとともに、光電変換部４１を透過した光のうち第１の領域を通過した第１の光束が反射部４２Ｂで反射して光電変換部４１に再入射する。
【００３７】
以上のように、焦点検出画素１１、１３は、撮像光学系３１の瞳の第１および第２の領域を通過した第１および第２の光束のうち、例えば焦点検出画素１３の反射部４２Ｂが第１の光束を反射し、例えば焦点検出画素１１の反射部４２Ａが第２の光束を反射する。
【００３８】
焦点検出画素１３においては、マイクロレンズ４０に関して、光電変換部４１の下面に設けられた反射部４２Ｂの位置と、撮像光学系３１の瞳（後に説明する射出瞳６０）の位置とを共役にするように、マイクロレンズ４０の光学パワーが定められている。
上記構成を有することにより、第１および第２の光束が光電変換部４１以外の領域に入射すること、および隣の画素に漏洩することを防いで、光電変換部４１に入射する光量を増やしている。換言すると、光電変換部４１で生成される電荷の量を増やしている。
【００３９】
焦点検出画素１３では、焦点検出画素１１の場合と同様に、配線層１０７に形成される配線１０８の一部、例えば出力部１０６と接続される信号線の一部を、反射部４２Ｂとして用いてもよい。この場合の反射部４２Ｂは、光電変換部４１の中を下向き（Ｚ軸マイナス方向）に進んで光電変換部４１を透過した光を反射する反射膜と、信号を伝送するための信号線とに共用される。
また、焦点検出画素１３では、出力部１０６に用いられる絶縁膜の一部を、反射部４２Ｂとして用いてもよい。この場合の反射部４２Ｂは、光電変換部４１の中を下向き（Ｚ軸マイナス方向）に進んで光電変換部４１を透過した光を反射する反射膜と、絶縁膜とに共用される。
【００４０】
出力部１０６から配線層１０７へ出力された焦点検出画素１３の信号は、焦点検出画素１１の場合と同様に、例えば、第２基板１１４に設けられた不図示の周辺回路によってＡ／Ｄ変換等の信号処理が行われ、ボディ制御部２１（図１）によって読み出される。
なお、焦点検出画素１３の出力部１０６は、焦点検出画素１１と同様に、反射部４２Ｂがない領域（線ＣＬよりもＸ軸マイナス方向側の領域）に設けられていてもよいし、反射部４２Ｂがある領域（線ＣＬよりもＸ軸プラス方向側の領域）に設けられていてもよい。
【００４１】
一般に、シリコン基板などの半導体基板では、入射した光の波長の長さによって透過率が異なる特性を有する。波長の長い光は、波長の短い光に比べて、シリコン基板を透過する透過率が高い。例えば、撮像素子２２によって光電変換される光のうち、波長が長い赤色の光は他の色（緑色、青色）の光に比べて半導体層１０５（光電変換部４１）を透過しやすい。
【００４２】
図３の例では、焦点検出画素１１、１３がＲ画素の位置に配置されている。このため、光電変換部４１の中を下向き（Ｚ軸マイナス方向）に進む光が赤色である場合、光電変換部４１を透過して反射部４２Ａ、４２Ｂへ到達しやすい。これにより、光電変換部４１を透過した赤色の光を反射部４２Ａ、４２Ｂで反射して光電変換部４１に再入射させることができる。この結果、焦点検出画素１１、１３における光電変換部４１で生成される電荷の量が増える。
【００４３】
上述したように、焦点検出画素１１の反射部４２Ａ、焦点検出画素１３の反射部４２Ｂの位置はそれぞれ、焦点検出画素１１の光電変換部４１、焦点検出画素１３の光電変換部４１に対する位置が異なる。また、焦点検出画素１１の反射部４２Ａ、焦点検出画素１３の反射部４２Ｂの位置はそれぞれ、焦点検出画素１１のマイクロレンズ４０の光軸、焦点検出画素１３のマイクロレンズ４０の光軸に対する位置が異なる。
【００４４】
焦点検出画素１１の反射部４２Ａは、光が入射する方向（Ｚ軸マイナス方向）と交差する面（ＸＹ平面）において、焦点検出画素１１の光電変換部４１の中心よりもＸ軸マイナス方向側の領域に設けられる。さらに、焦点検出画素１１の反射部４２Ａは、ＸＹ平面において、焦点検出画素１１の光電変換部４１の中心をＹ軸方向に通る線と平行な線で分割された領域のうちのＸ軸マイナス方向側の領域に少なくとも一部が設けられる。換言すると、焦点検出画素１１の反射部４２Ａは、ＸＹ平面において、図４における線ＣＬと直交しＹ軸に平行な線で分割された領域のうちのＸ軸マイナス方向側の領域に少なくとも一部が設けられている。
【００４５】
一方、焦点検出画素１３の反射部４２Ｂは、光が入射する方向（Ｚ軸マイナス方向）と交差する面（ＸＹ平面）において、焦点検出画素１３の光電変換部４１の中心よりもＸ軸プラス方向側の領域に設けられる。さらに、焦点検出画素１３の反射部４２Ｂは、ＸＹ平面において、焦点検出画素１３の光電変換部４１の中心をＹ軸方向に通る線と平行な線で分割された領域のうちのＸ軸プラス方向側の領域に少なくとも一部が設けられる。換言すると、焦点検出画素１３の反射部４２Ｂは、ＸＹ平面において、図４における線ＣＬと直交しＹ軸に平行な線で分割された領域のうちＸ軸プラス方向側の領域に少なくとも一部が設けられている。
【００４６】
焦点検出画素１１、１３の反射部４２Ａ、反射部４２Ｂの位置を、隣接する画素との関係で説明すると以下の通りである。すなわち、焦点検出画素１１、１３の反射部４２Ａ、反射部４２Ｂは、光が入射する方向と交差する方向（図３の例ではＸ軸またはＹ軸方向）において、隣の画素から異なる間隔で設けられる。具体的には、焦点検出画素１１の反射部４２Ａは、Ｘ軸方向において右隣の撮像画素１２から第１距離Ｄ１で設けられる。焦点検出画素１３の反射部４２Ｂは、Ｘ軸方向において右隣の撮像画素１２から第１距離Ｄ１とは異なる第２距離Ｄ２で設けられている。
【００４７】
なお、第１距離Ｄ１、第２距離Ｄ２は、実質的にゼロの場合があってもよい。また、焦点検出画素１１の反射部４２Ａおよび焦点検出画素１３の反射部４２ＢのＸＹ平面における位置を、各反射部の側端部から右隣の撮像画素までの距離によって表す代わりに、各反射部の中心位置から他の画素（例えば右隣の撮像画素）までの距離によって表してもよい。
さらにまた、焦点検出画素１１および焦点検出画素１３の各反射部のＸＹ平面における位置を、各反射部の中心位置から各自の画素の中心位置（例えば、光電変換部４１の中心）までの距離によって表してもよい。さらに、各反射部の中心位置から各自の画素のマイクロレンズ４０の光軸までの距離によって表してもよい。
【００４８】
図５は、焦点検出画素１１、１３に入射する光束を説明する図である。焦点検出画素１１、１３と、これらの画素に挟まれた撮像画素１２とで構成される、１つの単位を図示している。図５の焦点検出画素１３に着目すると、撮像光学系３１（図１）の射出瞳６０の第１の瞳領域６１を通過した第１の光束と、上記射出瞳６０の第２の瞳領域６２を通過した第２の光束とが、マイクロレンズ４０を介して光電変換部４１に入射する。また、光電変換部４１に入射した第１の光束のうちの光電変換部４１を透過した光が、反射部４２Ｂで反射して光電変換部４１に再入射する。
なお、図５では、第１の瞳領域６１を通過し、焦点検出画素１３のマイクロレンズ４０および光電変換部４１を透過し、反射部４２Ｂで反射して光電変換部４１に再入射する光を、破線６５ａによって模式的に表している。
【００４９】
焦点検出画素１３によって得られる信号Sig(13)は、次式（１）で表すことができる。
Sig(13)＝Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ１’              …（１）
ただし、信号Ｓ１は、第１の瞳領域６１を通過して光電変換部４１に入射した第１の光束を光電変換した電荷に基づく信号である。信号Ｓ２は、第２の瞳領域６２を通過して光電変換部４１に入射した第２の光束を光電変換した電荷に基づく信号である。信号Ｓ１’は、光電変換部４１を透過した第１の光束のうち、反射部４２Ｂで反射して光電変換部４１に再入射した光を光電変換した電荷に基づく信号である。
【００５０】
図５の焦点検出画素１１に着目すると、撮像光学系３１（図１）の射出瞳６０の第１の瞳領域６１を通過した第１の光束と、上記射出瞳６０の第２の瞳領域６２を通過した第２の光束とが、マイクロレンズ４０を介して光電変換部４１に入射する。また、光電変換部４１に入射した第２の光束のうちの光電変換部４１を透過した光が、反射部４２Ａで反射して光電変換部４１に再入射する。
【００５１】
焦点検出画素１１によって得られる信号Sig(11)は、次式（２）で表すことができる。
Sig(11)＝Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ２’              …（２）
ただし、信号Ｓ１は、第１の瞳領域６１を通過して光電変換部４１に入射した第１の光束を光電変換した電荷に基づく信号である。信号Ｓ２は、第２の瞳領域６２を通過して光電変換部４１に入射した第２の光束を光電変換した電荷に基づく信号である。信号Ｓ２’は、光電変換部４１を透過した第２の光束のうち、反射部４２Ａで反射して光電変換部４１に再入射した光を光電変換した電荷に基づく信号である。
【００５２】
次に、図５の撮像画素１２に着目すると、撮像光学系３１（図１）の射出瞳６０の第１の瞳領域６１を通過した第１の光束と、上記射出瞳６０の第２の瞳領域６２を通過した第２の光束とが、マイクロレンズ４０を介して光電変換部４１に入射する。
撮像画素１２によって得られる信号Sig(12)は、次式（３）で表すことができる。
Sig(12)＝Ｓ１＋Ｓ２                      …（３）
ただし、信号Ｓ１は、第１の瞳領域６１を通過して光電変換部４１に入射した第１の光束を光電変換した電荷に基づく信号である。信号Ｓ２は、第２の瞳領域６２を通過して光電変換部４１に入射した第２の光束を光電変換した電荷に基づく信号である。
【００５３】
＜画像データの生成＞
ボディ制御部２１の画像生成部２１ｂは、撮像画素１２による上記信号Sig(12)と、焦点検出画素１１による上記信号Sig(11)と、焦点検出画素１３による上記信号Sig(13)とに基づき、被写体像に関する画像データを生成する。
なお、画像データの生成の際には、信号Ｓ２’、信号Ｓ１’の影響を抑えるため、換言すると、撮像画素１２の光電変換部４１で生成される電荷の量と焦点検出画素１１、１３の光電変換部４１で生成される電荷の量との差による影響を抑えるため、撮像画素１２による信号Sig(12)に対するゲインと、焦点検出画素１１、１３による信号Sig(11)、信号Sig(13)に対するゲインとの間に差をつけてもよい。例えば、焦点検出画素１１、１３による信号Sig(11)、信号Sig(13)に対するゲインを、撮像画素１２による信号Sig(12)に対するゲインに比べて小さくしてよい。
【００５４】
＜像ズレ量の検出＞
ボディ制御部２１の焦点検出部２１ａは、撮像画素１２による信号Sig(12)と、焦点検出画素１１による信号Sig(11)と、焦点検出画素１３による信号Sig(13)とに基づき、像ズレ量を検出する。一例を説明すると、焦点検出部２１ａは、撮像画素１２による信号Sig(12)と焦点検出画素１１による信号Sig(11)との差分diff２を求めるとともに、撮像画素１２による信号Sig(12)と焦点検出画素１３による信号Sig(13)との差分diff１を求める。差分diff２は、焦点検出画素１１の光電変換部４１を透過した第２の光束のうち、反射部４２Ａで反射して光電変換部４１に再入射した光を光電変換した電荷に基づく信号Ｓ２’に対応する。同様に、差分diff１は、焦点検出画素１３の光電変換部４１を透過した第１の光束のうち、反射部４２Ｂで反射して光電変換部４１に再入射した光を光電変換した電荷に基づく信号Ｓ１’に対応する。
焦点検出部２１ａは、上記差分diff２、diff１を算出する際に、焦点検出画素１１、１３による信号Sig(11)、信号Sig(13)から、撮像画素１２による信号Sig(12)を定数倍した値を減算してもよい。
【００５５】
焦点検出部２１ａは、求めた差分diff２、diff１に基づき、第１の瞳領域６１（図５）を通過した第１の光束による像と、第２の瞳領域６２（図５）を通過した第２の光束による像との像ズレ量を求める。すなわち、焦点検出部２１ａは、上述した複数の単位からそれぞれ求めた信号の差分diff２のグループと、上述した複数の単位からそれぞれ求めた信号の差分diff１のグループとにまとめることによって、第１の瞳領域６１と第２の瞳領域６２とをそれぞれ通過した複数の焦点検出光束が形成する複数の像の強度分布を示す情報を得る。
【００５６】
焦点検出部２１ａは、上記複数の像の強度分布に対して像ズレ検出演算処理（相関演算処理、位相差検出処理）を施すことによって、複数の像の像ズレ量を算出する。焦点検出部２１ａはさらに、像ズレ量に所定の変換係数を乗算することによってデフォーカス量を算出する。このような瞳分割型の位相差検出方式による像ズレ検出演算、デフォーカス量演算は公知であるので詳細な説明は省略する。
【００５７】
図６は、本実施の形態による焦点検出画素１１、１３と、これらの画素に挟まれた撮像画素１２とで構成する、１つの単位を拡大した断面図である。この断面図は、図３の１つの単位をＸ-Ｚ平面と平行に切断した図である。図４(a)の撮像画素１２、図４(b)の焦点検出画素１１、および図４(c)の焦点検出画素１３と同じ構成には、同一符号を付して説明を省略する。線ＣＬは、各画素１１、１２、１３の中心（例えば光電変換部４１の中心）を通る線である。
【００５８】
遮光膜４５は、例えば各画素の間に設けられており、各画素のマイクロレンズ４０を透過した光が、隣の画素の光電変換部４１へ漏れることを抑制する。なお、各画素の光電変換部４１の間は不図示の素子分離部によって分離され、半導体層１０５の中で隣の画素へ光や電荷が漏れることが抑制されている。
【００５９】
＜ドレインの説明＞
不要な電荷を排出するドレインについて、図６を参照して説明する。上述した信号Sig(11)のうち、位相差検出に必要な位相差情報は、第２の瞳領域６２（図５）を通過した第２の光束６５２に基づく信号Ｓ２と信号Ｓ２’である。すなわち、位相差検出においては、焦点検出画素１１による信号Sig(11)のうちの第１の瞳領域６１（図５）を通過した第１の光束６５１に基づく信号Ｓ１は不要である。
【００６０】
同様に、上述した信号Sig(13)のうち、位相差検出に必要な位相差情報は、第１の瞳領域６１（図５）を通過した第１の光束６５１に基づく信号Ｓ１と信号Ｓ１’である。すなわち、位相差検出においては、焦点検出画素１３による信号Sig(13)のうちの第２の瞳領域６２（図５）を通過した第２の光束６５２に基づく信号Ｓ２は不要である。
【００６１】
そこで、本実施の形態では、焦点検出画素１１の出力部１０６から不要な信号Ｓ１が出力されることを抑制するため、第２の出力部として不要な電荷を出力する排出部４４を設ける。排出部４４は、第１の瞳領域６１を通過した第１の光束６５１を光電変換して生成される電荷を吸収しやすい位置に設けられる。焦点検出画素１１は、例えば、線ＣＬに対して反射部４２Ａと反対側の領域（Ｘ軸プラス方向側の領域）において光電変換部４１の上部（Ｚ軸プラス方向）に排出部４４を有する。排出部４４は、焦点検出画素１１が位相差検出において不要とする光（第１の光束６５１）に基づく電荷の一部を排出する。排出部４４は、例えば自動焦点調節（ＡＦ）用に焦点検出画素１１で焦点検出の信号を生成する場合にのみ、電荷の排出を続けるように制御される。排出部４４が電荷を排出する時間を制限するのは、省電力を図るためである。
【００６２】
排出部４４を設けた焦点検出画素１１によって得られる信号Sig(11)は、次式（４）で表すことができる。
Sig(11)＝Ｓ１(１−Ａ)＋Ｓ２(１−Ｂ)＋Ｓ２’(１−Ｂ’)…（４）
ただし、位相差検出において不要な光（第１の光束６５１）に対する排出部４４による吸収係数をＡとし、位相差検出において必要な光（第２の光束６５２）に対する排出部４４による吸収係数をＢとし、反射部４２Ａで反射した光に対する排出部４４による吸収係数をＢ’とする。なお、Ａ＞Ｂ＞Ｂ’である。
【００６３】
上式（４）によれば、排出部４４を設けたことにより、上式（２）の場合と比べて、焦点検出画素１１において不要な光（第１の瞳領域６１を通過した第１の光束６５１）に基づく信号Ｓ１が、信号Sig(11)に占める割合を小さくできる。これによってＳ／Ｎ比が高まり、瞳分割型の位相差検出における検出精度を高めた撮像素子２２が得られる。
【００６４】
同様に、本実施の形態では、焦点検出画素１３からの出力部１０６から不要な信号Ｓ２が出力されることを抑制するため、、第２の出力部として不要な電荷を出力する排出部４４を設ける。排出部４４は、第２の瞳領域６２を通過した第２の光束６５２を光電変換して生成される電荷を吸収しやすい位置に設けられる。焦点検出画素１３は、例えば、線ＣＬに対して反射部４２Ｂと反対側の領域（Ｘ軸マイナス方向側の領域）において光電変換部４１の上部（Ｚ軸プラス方向）に排出部４４を有する。排出部４４は、焦点検出画素１３が位相差検出において不要な光（第２の光束６５２）に基づく電荷の一部を排出する。排出部４４は、例えば自動焦点調節（ＡＦ）用に焦点検出画素１３で焦点検出の信号を生成する場合にのみ、電荷の排出を続けるように制御される。排出部４４が電荷を排出する時間を制限するのは、省電力を図るためである。
【００６５】
排出部４４を設けた焦点検出画素１３によって得られる信号Sig(13)は、次式（５）で表すことができる。
Sig(13)＝Ｓ１(１−Ｂ)＋Ｓ２(１−Ａ)＋Ｓ１’(１−Ｂ’)…（５）
ただし、位相差検出において不要な光（第２の光束６５２）に対する排出部４４による吸収係数をＡとし、位相差検出において必要な光（第１の光束６５１）に対する排出部４４による吸収係数をＢとし、反射部４２Ｂで反射した光に対する排出部４４による吸収係数をＢ’とする。なお、Ａ＞Ｂ＞Ｂ’である。
【００６６】
上式（５）によれば、排出部４４を設けたことにより、上式（１）の場合と比べて、焦点検出画素１３において不要な光（第２の瞳領域６２を通過した第２の光束６５２）に基づく信号Ｓ２が、信号Sig(13)に占める割合を小さくできる。これによってＳ／Ｎ比が高まり、瞳分割型の位相差検出における検出精度を高めた撮像素子２２が得られる。
【００６７】
図７(a)は、図６の焦点検出画素１１を拡大した断面図である。また、図７(b)は、図６の焦点検出画素１３を拡大した断面図である。両断面図は、焦点検出画素１１、１３を、それぞれＸ-Ｚ平面と平行に切断した図である。図４および図６において図示を省略していたが、半導体層１０５には、ｎ＋領域４６およびｎ＋領域４７がそれぞれｎ型の不純物を用いて形成されている。ｎ＋領域４６およびｎ＋領域４７は、出力部１０６における転送トランジスタのソース領域、ドレイン領域として機能する。また、配線層１０７には、絶縁膜を介して電極４８が形成されており、転送トランジスタのゲート電極（転送ゲート）として機能する。
【００６８】
ｎ＋領域４６は、フォトダイオードの一部としても機能する。ゲート電極４８は、コンタクト４９を介して配線層１０７に設けられた配線１０８と接続される。焦点検出画素１１、撮像画素１２、および焦点検出画素１３の配線１０８は、必要に応じて互いに接続される。
光電変換部４１のフォトダイオードは、入射光に応じた電荷を生成する。生成された電荷は、上記転送トランジスタを介してＦＤ(フローティング拡散)領域としてのｎ＋領域４７へ転送される。ＦＤ領域は電荷を受け取り、その電荷を電圧に変換する。ＦＤ領域の電位に応じた信号は、出力部１０６における増幅トランジスタによって増幅される。そして、配線１０８を介して読み出し（出力）される。
【００６９】
＜配置＞
図８は、焦点検出画素１１、１３と、これらの画素に挟まれた撮像画素１２との配置を模式的に示す平面図である。図８には、撮像素子２２の画像を生成する領域２２ａ（図３）内に配列された複数の画素のうち、４行４列に配置された計１６個の画素を抜粋して図示している。図８において、１つの画素は、白抜きの正方形で示される。上述した通り、焦点検出画素１１、１３は、共にＲ画素の位置に配置されている。
【００７０】
撮像画素１２および焦点検出画素１１、１３が有する転送トランジスタのゲート電極４８は、例えば、列方向（Ｙ軸方向）に幅広な矩形形状を有する。そして、焦点検出画素１１のゲート電極４８は、光電変換部４１の中心（線ＣＬ）よりも、Ｘ軸プラス方向に寄せて配置される。すなわち、焦点検出画素１１のゲート電極４８は、光が入射する方向（Ｚ軸マイナス方向）と交差し焦点検出画素１１、１３の配列方向（Ｘ軸プラス方向）と平行な面において、光電変換部４１の中心（線ＣＬ）よりも配列方向（Ｘ軸プラス方向）側に設けられる。
なお、画素に形成されているｎ＋領域４６は、上述したようにフォトダイオードの一部である。
【００７１】
一方、焦点検出画素１３のゲート電極４８は、光電変換部４１の中心（線ＣＬ）よりも、Ｘ軸マイナス方向に寄せて配置される。すなわち、焦点検出画素１３のゲート電極４８は、光が入射する方向（Ｚ軸マイナス方向）と交差し焦点検出画素１１、１３の配列方向（Ｘ軸プラス方向）と平行な面において、光電変換部４１の中心（線ＣＬ）よりも配列方向（Ｘ軸プラス方向）と逆方向（Ｘ軸マイナス方向）側に設けられる。
【００７２】
焦点検出画素１１の反射部４２Ａは、画素の左半分に相当する位置に設けられる。また、焦点検出画素１３の反射部４２Ｂは、画素の右半分に相当する位置に設けられる。すなわち、焦点検出画素１１の反射部４２Ａは、光が入射する方向（Ｚ軸マイナス方向）と交差する面において、焦点検出画素１１の光電変換部４１の中心（線ＣＬ）よりも焦点検出画素１１、１３の配列方向（Ｘ軸プラス方向）と逆方向（Ｘ軸マイナス方向）側の領域に設けられる。そして、焦点検出画素１３の反射部４２Ｂは、光が入射する方向（Ｚ軸マイナス方向）と交差する面において、焦点検出画素１３の光電変換部４１の中心（線ＣＬ）よりも焦点検出画素１１、１３の配列方向（Ｘ軸プラス方向）側の領域に設けられる。
【００７３】
換言すると、焦点検出画素１１の反射部４２Ａは、光が入射する方向（Ｚ軸マイナス方向）と交差する面において、焦点検出画素１１の光電変換部４１の中心を通る線ＣＬで分割された領域のうちの焦点検出画素１１、１３の配列方向（Ｘ軸プラス方向）と逆方向（Ｘ軸マイナス方向）側の領域に設けられる。同様に、焦点検出画素１３の反射部４２Ｂは、光が入射する方向（Ｚ軸マイナス方向）と交差する面において、焦点検出画素１３の光電変換部４１の中心を通る線ＣＬで分割された領域のうちの焦点検出画素１１、１３の配列方向（Ｘ軸プラス方向）側の領域に設けられる。
【００７４】
図８において、焦点検出画素１１、１３が有する排出部４４は、反射部４２Ａ、４２Ｂと反対側に、すなわち平面図において反射部４２Ａ、４２Ｂと重ならない位置に図示されている。これは、焦点検出画素１１において、反射部４２Ａが第１の光束６５１（図６(a)）を吸収しやすい位置に排出部４４を設けたことを意味する。また、焦点検出画素１３において、反射部４２Ｂが第２の光束６５２（図６(b)）を吸収しやすい位置に排出部４４を設けたことを意味する。
【００７５】
また、図８において、焦点検出画素１３のゲート電極４８および反射部４２Ａと、焦点検出画素１１のゲート電極４８および反射部４２Ｂとを、左右対称（焦点検出画素１１、１３に挟まれた撮像画素１２に対して対称）に配置した。例えば、ゲート電極４８同士の形状、面積、および位置や、反射部４２Ａと反射部４２Ｂとの形状、面積、および位置などを揃えて配置した。そのため、焦点検出画素１１および焦点検出画素１３に入射した光は、それぞれ反射部４２Ａと反射部４２Ｂとで同様に反射して光電変換される。そのため、位相差検出に適した信号Sig(11)、信号Sig(13)が出力される。
【００７６】
さらに、図８の平面図において、焦点検出画素１１、１３が有する転送トランジスタのゲート電極４８は、線ＣＬに対して反射部４２Ａ、４２Ｂと反対側に、すなわち平面図において反射部４２Ａ、４２Ｂと重ならない位置に図示されている。これは、焦点検出画素１１において、光電変換部４１を透過した光が反射部４２Ａに入射する光路の外にゲート電極４８を設けたことを意味する。また、焦点検出画素１３において、光電変換部４１を透過した光が反射部４２Ｂに入射する光路の外にゲート電極４８を設けたことを意味する。
【００７７】
前述の通り、光電変換部４１を透過した光が反射部４２Ａ、４２Ｂに向かう。この光の光路中には、他の部材を配置しないことが望ましい。例えば、反射部４２Ａ、４２Ｂに向かう光の光路中にゲート電極４８などの他の部材が存在すると、これらの部材によって反射や吸収が生じる。反射や吸収が生じると、反射部４２Ａ、４２Ｂで反射された光が光電変換部４１に再入射したときに光電変換部４１により生成される電荷の量が変化するおそれがある。具体的には、焦点検出画素１１において位相差検出に必要な光（第２の光束６５２）に基づく信号Ｓ２’が変化したり、焦点検出画素１３において位相差検出に必要な光（第１の光束６５１）に基づく信号Ｓ１’が変化したりする。
【００７８】
しかしながら、本実施の形態では、焦点検出画素１１および焦点検出画素１３において、光電変換部４１を透過した光が反射部４２Ａ、４２Ｂに入射する光路の外にゲート電極４８などの他の部材を配置した。これにより、光路内にゲート電極４８が存在する場合と異なり、ゲート電極４８による反射や吸収の影響を抑えて位相差検出に適した信号Sig(11)、信号Sig(13)を得ることができる。
【００７９】
以上説明した第１の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）撮像素子２２は、入射した光を光電変換して電荷を生成する光電変換部４１と、光電変換部４１を透過した光を光電変換部４１へ反射する反射部４２Ａ（４２Ｂ）と、光電変換中に生成される電荷の一部を排出する排出部４４と、を有する複数の焦点検出画素１１（１３）を備える。
これにより、例えば図６の焦点検出画素１１（１３）において不要な光（焦点検出画素１１の場合は撮像光学系３１（図１）の射出瞳６０（図５）の第１の瞳領域６１を通過した第１の光束６５１、焦点検出画素１３の場合は射出瞳６０の第２の瞳領域６２を通過した第２の光束６５２）に基づく信号Ｓ１（Ｓ２）が、信号Sig(11)（Sig(13)）に占める割合を小さくすることができる。これによってＳ／Ｎ比が高まり、瞳分割型の位相差検出における検出精度を高めた撮像素子２２が得られる。
【００８０】
（２）上記（１）の撮像素子２２において、焦点検出画素１１（１３）の反射部４２Ａ（４２Ｂ）は、光電変換部４１を透過した光の一部を反射する。排出部４４は、反射部４２Ａ（４２Ｂ）で反射の対象としない光に基づいて生成される電荷の一部を排出する。例えば、図８の平面図において反射部４２Ａ（４２Ｂ）と重ならない位置に排出部４４を設ける。これにより、焦点検出画素１１（１３）において不要な光が吸収（排出）の対象になりやすくなるので、不要な光に基づく信号Ｓ１（Ｓ２）が、信号Sig(11)（Sig(13)）に占める割合を小さくすることができる。
【００８１】
（３）上記（１）の撮像素子２２において、焦点検出画素１１（１３）の反射部４２Ａ（４２Ｂ）は、例えば上記射出瞳６０の第１および第２の瞳領域６１、６２を通過した第１および第２の光束６５１、６５２のうち一方の光束を反射する位置に配設される。光電変換部４１は、第１および第２の光束６５１、６５２、および、反射部４２Ａ（４２Ｂ）で反射した光束を光電変換する。排出部４４は、第１および第２の光束６５１、６５２のうち他方の光束に基づいて生成される電荷の一部を排出する。これにより、焦点検出画素１１（１３）において不要な光に基づく信号Ｓ１（Ｓ２）が、信号Sig(11)（Sig(13)）に占める割合を小さくすることができる。
【００８２】
（４）上記の撮像素子２２において、焦点検出画素１１（１３）の排出部４４は、光電変換部４１のうち、透過した光が光電変換部４１から射出する面よりも光が入射する面に近い領域、例えば図７の光電変換部４１の上部（Ｚ軸プラス方向）に配置される。これにより、焦点検出画素１１（１３）において不要な光が吸収（排出）の対象になりやすくすることができる。
【００８３】
（５）カメラ１に搭載される焦点調節装置は、上記（３）または（４）に記載の撮像素子２２と、撮像素子２２の複数の焦点検出画素１１（１３）によって生成された電荷に基づく複数の信号Sig(11)（Sig(13)）から、撮像光学系３１（図１）の合焦位置の検出に用いる信号を取り出すボディ制御部２１と、ボディ制御部２１によって取り出された信号に基づき、撮像光学系３１の合焦位置を調節するレンズ制御部３２とを備える。これにより、瞳分割型の位相差検出における検出精度を高めた焦点調節装置が得られる。
【００８４】
（６）上記（５）の焦点調節装置において、撮像素子２２は、第１および第２の光束６５１、６５２を光電変換して電荷を生成する光電変換部４１を有する複数の撮像画素１２を有する。ボディ制御部２１は、焦点検出画素１１（１３）による複数の信号Sig(11)（Sig(13)）から、複数の撮像画素１２によって生成された電荷に基づく複数のSig(12)を減算する。減算処理という簡単な処理により、複数の信号Sig(11)（Sig(13)）から、被写体の模様による細かいコントラストの変化を含む高い周波数成分の信号を取り出すことができる。
【００８５】
次のような変形も発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施の形態と組み合わせることも可能である。
（第１の実施の形態の変形例１）
焦点検出画素１１において設けた排出部４４と、焦点検出画素１３において設けた排出部４４とを、第１の実施の形態と異なる位置に設けてもよい。図９(a)は、第１の実施の形態の変形例１による焦点検出画素１１を拡大した断面図である。また、図９(b)は、第１の実施の形態の変形例１による焦点検出画素１３を拡大した断面図である。両断面図は、焦点検出画素１１、１３を、それぞれＸ-Ｚ平面と平行に切断した図である。第１の実施の形態による図７(a)の焦点検出画素１１、および、第１の実施の形態による図７(b)の焦点検出画素１３と同じ構成には、同一符号を付して説明を省略する。
【００８６】
図９(a)において、焦点検出画素１１は、例えば、線ＣＬに対して反射部４２Ａと反対側の領域（Ｘ軸プラス方向側の領域）において光電変換部４１の下部（Ｚ軸マイナス方向）に排出部４４Ｂを有する。排出部４４Ｂを設けることによって、焦点検出画素１１が位相差検出において不要とする光（第１の光束６５１）に基づく電荷の一部を排出する。排出部４４Ｂは、例えば自動焦点調節（ＡＦ）用に焦点検出画素１１で焦点検出の信号を生成する場合にのみ、電荷の排出を続けるように制御される。
【００８７】
排出部４４Ｂを設けた焦点検出画素１１によって得られる信号Sig(11)は、次式（６）で表すことができる。
Sig(11)＝Ｓ１(１−α)＋Ｓ２(１−β)＋Ｓ２’(１−β’)…（６）
ただし、位相差検出において不要な光（第１の光束６５１）に対する排出部４４Ｂによる吸収係数をαとし、位相差検出において必要な光（第２の光束６５２）に対する排出部４４Ｂによる吸収係数をβとし、反射部４２Ａで反射した光に対する排出部４４Ｂによる吸収係数をβ’とする。α＞β＞β’とする。
【００８８】
上式（６）によれば、排出部４４Ｂを設けたことにより、上式（２）の場合と比べて、焦点検出画素１１において不要な光（第１の瞳領域６１を通過した第１の光束６５１）に基づく信号Ｓ１が、信号Sig(11)に占める割合を小さくできる。これによってＳ／Ｎ比が高まり、瞳分割型の位相差検出における検出精度を高めた撮像素子２２が得られる。
【００８９】
図９(b)において、焦点検出画素１３は、例えば、線ＣＬに対して反射部４２Ｂと反対側の領域（Ｘ軸マイナス方向側の領域）において光電変換部４１の下部（Ｚ軸マイナス方向）に排出部４４Ｂを有する。排出部４４Ｂを設けることによって、焦点検出画素１３が位相差検出において不要とする光（第２の光束６５２）に基づく電荷の一部を排出する。排出部４４Ｂは、例えば自動焦点調節（ＡＦ）用に焦点検出画素１３で焦点検出の信号を生成する場合にのみ、電荷の排出を続けるように制御される。
【００９０】
排出部４４Ｂを設けた焦点検出画素１３によって得られる信号Sig(13)は、次式（７）で表すことができる。
Sig(13)＝Ｓ１(１−β)＋Ｓ２(１−α)＋Ｓ１’(１−β’)…（７）
ただし、位相差検出において不要な光（第２の光束６５２）に対する排出部４４Ｂによる吸収係数をαとし、位相差検出において必要な光（第１の光束６５１）に対する排出部４４Ｂによる吸収係数をβとし、反射部４２Ｂで反射した光に対する排出部４４Ｂによる吸収係数をβ’とする。α＞β＞β’とする。
【００９１】
上式（７）によれば、排出部４４Ｂを設けたことにより、上式（１）の場合と比べて、焦点検出画素１３において不要な光（第２の瞳領域６２を通過した第２の光束６５２）に基づく信号Ｓ２が、信号Sig(13)に占める割合を小さくできる。これによってＳ／Ｎ比が高まり、瞳分割型の位相差検出における検出精度を高めた撮像素子２２が得られる。
【００９２】
＜配置＞
図１０は、第１の実施の形態の変形例１による焦点検出画素１１、１３と、これらの画素に挟まれた撮像画素１２との配置を模式的に示す平面図である。図１０には、撮像素子２２の画像を生成する領域２２ａ（図３）内に配列された複数の画素のうち、４行４列に配置された計１６個の画素を抜粋して図示している。図１０において、１つの画素は、白抜きの正方形で示される。上述した通り、焦点検出画素１１、１３は、共にＲ画素の位置に配置されている。
【００９３】
撮像画素１２および焦点検出画素１１、１３が有する転送トランジスタのゲート電極４８は、例えば、行方向（Ｘ軸方向）に幅広な矩形形状を有する。そして、焦点検出画素１１のゲート電極４８は、光電変換部４１の中心を通る線ＣＬと交差する向き（Ｘ軸に平行な線に沿って）配置される。すなわち、焦点検出画素１１のゲート電極４８は、光が入射する方向（Ｚ軸マイナス方向）と交差し焦点検出画素１１、１３の配列方向（Ｘ軸プラス方向）と平行に設けられる。
なお、画素に形成されているｎ＋領域４６は、上述したようにフォトダイオードの一部である。
【００９４】
一方、焦点検出画素１３のゲート電極４８は、光電変換部４１の中心を通る線ＣＬと交差する向き（Ｘ軸に平行な線に沿って）配置される。すなわち、焦点検出画素１３のゲート電極４８は、光が入射する方向（Ｚ軸マイナス方向）と交差し焦点検出画素１１、１３の配列方向（Ｘ軸プラス方向）と平行に設けられる。
【００９５】
焦点検出画素１１の反射部４２Ａは、画素の左半分に相当する位置に設けられる。また、焦点検出画素１３の反射部４２Ｂは、画素の右半分に相当する位置に設けられる。すなわち、焦点検出画素１１の反射部４２Ａは、光が入射する方向（Ｚ軸マイナス方向）と交差する面において、焦点検出画素１１の光電変換部４１の中心（線ＣＬ）よりも焦点検出画素１１、１３の配列方向（Ｘ軸プラス方向）と逆方向（Ｘ軸マイナス方向）側の領域に設けられる。同様に、焦点検出画素１３の反射部４２Ｂは、光が入射する方向（Ｚ軸マイナス方向）と交差する面において、焦点検出画素１３の光電変換部４１の中心（線ＣＬ）よりも焦点検出画素１１、１３の配列方向（Ｘ軸プラス方向）側の領域に設けられる。
【００９６】
図１０において、焦点検出画素１１、１３が有する排出部４４Ｂは、反射部４２Ａ、４２Ｂと反対側に、すなわち平面図において反射部４２Ａ、４２Ｂと重ならない位置に図示されている。これは、焦点検出画素１１において、反射部４２Ａが第１の光束６５１（図７(a)）を吸収しやすい位置に排出部４４Ｂを設けたことを意味する。また、焦点検出画素１３において、反射部４２Ｂが第２の光束６５２（図７(b)）を吸収しやすい位置に排出部４４Ｂを設けたことを意味する。
【００９７】
また、図１０において、焦点検出画素１１のゲート電極４８および反射部４２Ａと、焦点検出画素１３のゲート電極４８および反射部４２Ｂとを、左右対称（焦点検出画素１１、１３に挟まれた撮像画素１２に対して対称）に配置した。例えば、ゲート電極４８同士の形状、面積、および位置や、反射部４２Ａと反射部４２Ｂとの形状、面積、および位置などを揃えて配置した。そのため、焦点検出画素１１および焦点検出画素１３に入射した光は、それぞれ反射部４２Ａと反射部４２Ｂとで同様に反射して光電変換される。そのため、位相差検出に適した信号Sig(11)、信号Sig(13)が出力される。
【００９８】
さらに、図１０の平面図において、焦点検出画素１１、１３が有する転送トランジスタのゲート電極４８は、平面図において反射部４２Ａ、４２Ｂとゲート電極４８の半分が重なる位置に図示されている。これは、焦点検出画素１１において、光電変換部４１を透過した光が反射部４２Ａに入射する光路の中にゲート電極４８の半分が位置し、上記光路の外にゲート電極４８の残り半分が位置することを意味する。焦点検出画素１３においても同様で、光電変換部４１を透過した光が反射部４２Ｂに入射する光路の中にゲート電極４８の半分が位置し、上記光路の外にゲート電極４８の残り半分が位置することを意味する。
そのため、焦点検出画素１１および焦点検出画素１３に入射した光は、それぞれ同条件で反射して光電変換され、位相差検出に適した信号Sig(11)、信号Sig(13)を得ることができる。
【００９９】
第１の実施の形態の変形例１によれば、以下の作用効果が得られる。
図９の撮像素子２２において、焦点検出画素１１（１３）の排出部４４Ｂは、光電変換部４１のうち、光電変換部４１に光が入射する面よりも透過した光が射出する面に近い領域、例えば光電変換部４１の下部（Ｚ軸マイナス方向）に配置される。これにより、焦点検出画素１１（１３）において不要な光が吸収（排出）の対象になりやすくすることができる。
【０１００】
（第１の実施の形態の変形例２）
第１の実施の形態において設けた排出部４４と同様の排出部４４Ａと、第１の実施の形態の変形例１において設けた排出部４４Ｂとを、それぞれ焦点検出画素１１および焦点検出画素１３に設けてもよい。図１１(a)は、第１の実施の形態の変形例２による焦点検出画素１１を拡大した断面図である。また、図１１(b)は、第１の実施の形態の変形例２による焦点検出画素１３を拡大した断面図である。両断面図は、焦点検出画素１１、１３を、それぞれＸ-Ｚ平面と平行に切断した図である。図７(a)、図９(a)の焦点検出画素１１、および図７(b)、図９(b)の焦点検出画素１３と同じ構成には、同一符号を付して説明を省略する。
【０１０１】
排出部４４Ａおよび排出部４４Ｂを設けた焦点検出画素１１によって得られる信号Sig(11)は、次式（８）で表すことができる。
Sig(11)＝(Ｓ２＋Ｓ２’)(１−Ｂ−β)＋Ｓ１(１−Ａ−α)…（８）
ただし、位相差検出において不要な光（第１の光束６５１）に対する排出部４４Ａによる吸収係数をＡ、排出部４４Ｂによる吸収係数をαとし、位相差検出において必要な光（第２の光束６５２）に対する排出部４４Ａによる吸収係数をＢ、排出部４４Ｂによる吸収係数をβとする。それぞれ、Ａ＞Ｂ、α＞βである。
【０１０２】
上式（８）によれば、排出部４４Ａ、排出部４４Ｂを設けたことにより、上式（２）の場合と比べて、焦点検出画素１１において不要な光（第１の瞳領域６１を通過した第１の光束６５１）に基づく信号Ｓ１が、信号Sig(11)に占める割合を小さくできる。これによってＳ／Ｎ比が高まり、瞳分割型の位相差検出における検出精度を高めた撮像素子２２が得られる。
【０１０３】
一方、排出部４４Ａおよび排出部４４Ｂを設けた焦点検出画素１３によって得られる信号Sig(13)は、次式（９）で表すことができる。
Sig(13)＝(Ｓ１＋Ｓ１’)(１−Ｂ−β)＋Ｓ２(１−Ａ−α)…（９）
ただし、位相差検出において不要な光（第２の光束６５２）に対する排出部４４Ａによる吸収係数をＡ、排出部４４Ｂによる吸収係数をαとし、位相差検出において必要な光（第１の光束６５１）に対する排出部４４Ａによる吸収係数をＢ、排出部４４Ｂによる吸収係数をβとする。それぞれ、Ａ＞Ｂ、α＞βである。
【０１０４】
上式（９）によれば、排出部４４Ａ、排出部４４Ｂを設けたことにより、上式（１）の場合と比べて、焦点検出画素１３において不要な光（第２の瞳領域６２を通過した第２の光束６５２）に基づく信号Ｓ２が、信号Sig(13)に占める割合を小さくできる。これによってＳ／Ｎ比が高まり、瞳分割型の位相差検出における検出精度を高めた撮像素子２２が得られる。
【０１０５】
＜配置＞
第１の実施の形態の変形例２による焦点検出画素１１、１３と、これらの画素に挟まれた撮像画素１２との配置は、図１０と同様である。ただし、図１０の排出部４４Ｂの位置に、排出部４４Ａと排出部４４Ｂとが重なって示される。
【０１０６】
（第１の実施の形態の変形例３）
焦点検出画素１１および焦点検出画素１３において、光電変換部４１の上部（Ｚ軸プラス方向）の略全域に亘って排出部４４Ｃを設けてもよい。図１２(a)は、第１の実施の形態の変形例３による焦点検出画素１１を拡大した断面図である。また、図１２(b)は、第１の実施の形態の変形例３による焦点検出画素１３を拡大した断面図である。両断面図は、焦点検出画素１１、１３を、それぞれＸ-Ｚ平面と平行に切断した図である。図７(a)の焦点検出画素１１、および図７(b)の焦点検出画素１３と同じ構成には、同一符号を付して説明を省略する。
【０１０７】
図１２(a)において、フィルタ４３Ｃは、赤色の波長域の光、緑色の波長域の光、および青色の波長域の光をいずれも透過する、いわゆるホワイトフィルターである。焦点検出画素１１は、例えば、光電変換部４１の上部（Ｚ軸プラス方向）の略全域に亘って排出部４４Ｃを有する。排出部４４Ｃを設けることによって、焦点検出画素１１が位相差検出において必要とする／しないにかかわらず、第１の光束６５１および第２の光束６５２に基づく電荷の一部を排出する。排出部４４Ｃは、例えば自動焦点調節（ＡＦ）用に焦点検出画素１１で焦点検出の信号を生成する場合にのみ、電荷の排出を続けるように制御される。
【０１０８】
排出部４４Ｃを設けた焦点検出画素１１によって得られる信号Sig(11)は、次式（１０）で表すことができる。
Sig(11)＝Ｓ１(１−Ａ)＋Ｓ２(１−Ｂ)＋Ｓ２’(１−Ｂ’)…（１０）
ただし、位相差検出において不要な光（第１の光束６５１）に対する排出部４４Ｃによる吸収係数をＡとし、位相差検出において必要な光（第２の光束６５２）に対する排出部４４Ｃによる吸収係数をＢとし、反射部４２Ａで反射した光に対する排出部４４Ｃによる吸収係数をＢ’とする。なお、Ａ＝Ｂ＞Ｂ’である。
【０１０９】
上式（１０）によれば、Ａ＝Ｂとする場合の第１項はゼロである。第２項について考察すると、一般に、半導体層１０５における光の吸収率は光の波長によって異なる。例えば、厚みが２μｍから２．５μｍ程度のシリコン基板を用いる場合、光の吸収率は、赤色光（波長約６００nm）で約６０％、緑色光（波長約５３０nm）で約９０％、青色光（波長約４５０nm）で約１００％である。このため、光電変換部４１を透過する光は、主に赤色光と緑色光といえる。よって、光電変換部４１を透過した第２の光束のうち反射部４２Ａで反射して光電変換部４１に再入射した光に基づく信号Ｓ２’は、赤色光と緑色光によるものといえる。第１の実施の形態の変形例３によると、カラーフィルタを用いることなしに信号Ｓ２’から青色光の影響を除去できる。
【０１１０】
上式（１０）の第３項については、撮像画素１２によって得られる上式（３）による信号Sig(12)と同様の波長の光に基づく。すなわち、第１の光束６５１と第２の光束６５２とが光電変換部４１に入射して得られる信号であるので、撮像画素１２による信号Sig(12)を定数倍した値に相当するといえる。以上のことから、焦点検出画素１１による上式（１０）の信号Sig(11)から、撮像画素１２による信号Sig(12)を（１−Ａ）倍して減算することにより、信号Sig(12)と信号Sig(11)との差分diff２を求めることができる。
【０１１１】
このように、焦点検出画素１１において不要な光（第１の瞳領域６１を通過した第１の光束６５１）に基づく信号Ｓ１を、信号Sig(11)から除外できる。これにより、焦点検出画素１１における瞳分割構造（反射部４２Ａ）による瞳分割の精度が高まる。この結果として、瞳分割型の位相差検出における検出精度を高めた撮像素子２２が得られる。
【０１１２】
同様に、図１２(b)のフィルタ４３Ｃは、赤色の波長域の光、緑色の波長域の光、および青色の波長域の光をいずれも透過する、いわゆるホワイトフィルターである。焦点検出画素１３は、例えば、光電変換部４１の上部（Ｚ軸プラス方向）の略全域に亘って排出部４４Ｃを有する。排出部４４Ｃを設けることによって、焦点検出画素１３が位相差検出において必要とする／しないにかかわらず、第１の光束６５１および第２の光束６５２に基づく電荷の一部を排出する。排出部４４Ｃは、例えば自動焦点調節（ＡＦ）用に焦点検出画素１３で焦点検出の信号を生成する場合にのみ、電荷の排出を続けるように制御される。
【０１１３】
排出部４４Ｃを設けた焦点検出画素１３によって得られる信号Sig(13)は、次式（１１）で表すことができる。
Sig(13)＝Ｓ２(１−Ａ)＋Ｓ１(１−Ｂ)＋Ｓ１’(１−Ｂ’)…（１１）
ただし、位相差検出において不要な光（第２の光束６５２）に対する排出部４４Ｃによる吸収係数をＡとし、位相差検出において必要な光（第１の光束６５１）に対する排出部４４Ｃによる吸収係数をＢとし、反射部４２Ａで反射した光に対する排出部４４Ｃによる吸収係数をＢ’とする。なお、Ａ＝Ｂ＞Ｂ’である。
【０１１４】
上式（１１）によれば、Ａ＝Ｂとする場合の第１項はゼロである。第２項について考察すると、焦点検出画素１１の場合と同様、光電変換部４１を透過した第１の光束のうち反射部４２Ｂで反射して光電変換部４１に再入射した光に基づく信号Ｓ１’は、赤色光と緑色光によるものといえる。よって、カラーフィルタを用いることなしに信号Ｓ１’から青色光の影響を除去できる。
【０１１５】
上式（１１）の第３項については、上式（１０）の第３項と同様である。このため、焦点検出画素１３による上式（１１）の信号Sig(13)から、撮像画素１２による信号Sig(12)を（１−Ａ）倍して減算することにより、信号Sig(12)と信号Sig(13)との差分diff１を求めることができる。
【０１１６】
このように、焦点検出画素１３において不要な光（第１の瞳領域６２を通過した第２の光束６５２）に基づく信号Ｓ２を、信号Sig(13)から除外できる。これにより、焦点検出画素１３における瞳分割構造（反射部４２Ｂ）による瞳分割の精度が高まる。この結果として、瞳分割型の位相差検出における検出精度を高めた撮像素子２２が得られる。
【０１１７】
＜配置＞
図１３は、第１の実施の形態の変形例３による焦点検出画素１１、１３と、これらの画素に挟まれた撮像画素１２との配置を模式的に示す平面図である。図１３には、撮像素子２２の画像を生成する領域２２ａ（図３）内に配列された複数の画素のうち、４行４列に配置された計１６個の画素を抜粋して図示している。図１３において、１つの画素は、白抜きの正方形で示される。上述した通り、焦点検出画素１１、１３は、共にＲ画素の位置に配置されている。なお、焦点検出画素１１、１３は、共にＧ画素の位置に配置されていてもよい。
【０１１８】
撮像画素１２および焦点検出画素１１、１３が有する転送トランジスタのゲート電極４８は、例えば、列方向（Ｙ軸方向）に幅広な矩形形状を有する。そして、光電変換部４１の中心（線ＣＬ）よりも、Ｘ軸プラス方向に寄せて配置される。すなわち、焦点検出画素１１のゲート電極４８は、光が入射する方向（Ｚ軸マイナス方向）と交差し焦点検出画素１１、１３の配列方向（Ｘ軸プラス方向）と平行な面において、光電変換部４１の中心（線ＣＬ）よりも配列方向（Ｘ軸プラス方向）側に設けられる。
なお、画素に形成されているｎ＋領域４６は、上述したようにフォトダイオードの一部である。
【０１１９】
一方、焦点検出画素１３のゲート電極４８は、光電変換部４１の中心（線ＣＬ）よりも、Ｘ軸マイナス方向に寄せて配置される。すなわち、焦点検出画素１３のゲート電極４８は、光が入射する方向（Ｚ軸マイナス方向）と交差し焦点検出画素１１、１３の配列方向（Ｘ軸プラス方向）と平行な面において、光電変換部４１の中心（線ＣＬ）よりも配列方向（Ｘ軸プラス方向）と逆方向（Ｘ軸マイナス方向）側に設けられる。
【０１２０】
焦点検出画素１１の反射部４２Ａは、画素の左半分に相当する位置に設けられる。また、焦点検出画素１３の反射部４２Ｂは、画素の右半分に相当する位置に設けられる。すなわち、焦点検出画素１１の反射部４２Ａは、光が入射する方向（Ｚ軸マイナス方向）と交差する面において、焦点検出画素１１の光電変換部４１の中心（線ＣＬ）よりも焦点検出画素１１、１３の配列方向（Ｘ軸プラス方向）と逆方向（Ｘ軸マイナス方向）側の領域に設けられる。そして、焦点検出画素１３の反射部４２Ｂは、光が入射する方向（Ｚ軸マイナス方向）と交差する面において、焦点検出画素１３の光電変換部４１の中心（線ＣＬ）よりも焦点検出画素１１、１３の配列方向（Ｘ軸プラス方向）側の領域に設けられる。
【０１２１】
図１３において、焦点検出画素１１、１３が有する排出部４４Ｃは、画素の略全域を覆う位置に図示されている。これは、焦点検出画素１１および焦点検出画素１３において、それぞれ第１の光束６５１および第２の光束６５２を吸収しやすい位置に排出部４４Ｃを設けたことを意味する。
【０１２２】
また、図１３において、焦点検出画素１１のゲート電極４８および反射部４２Ａと、焦点検出画素１３のゲート電極４８および反射部４２Ｂとを、左右対称（焦点検出画素１１、１３に挟まれた撮像画素１２に対して対称）に配置した。例えば、ゲート電極４８同士の形状、面積、および位置や、反射部４２Ａと反射部４２Ｂとの形状、面積、および位置などを揃えて配置した。そのため、焦点検出画素１１および焦点検出画素１３に入射した光は、それぞれ反射部４２Ａと反射部４２Ｂとで同様に反射して光電変換され、位相差検出に適した信号Sig(11)、信号Sig(13)が出力される。
【０１２３】
さらに、図１３の平面図において、焦点検出画素１１、１３が有する転送トランジスタのゲート電極４８は、線ＣＬに対して反射部４２Ａ、４２Ｂと反対側に、すなわち平面図において反射部４２Ａ、４２Ｂと重ならない位置に図示されている。これは、焦点検出画素１１において、光電変換部４１を透過した光が反射部４２Ａに入射する光路の外にゲート電極４８を設けたことを意味する。また、焦点検出画素１３において、光電変換部４１を透過した光が反射部４２Ｂに入射する光路の外にゲート電極４８を設けたことを意味する。これにより、光路内にゲート電極４８が存在する場合と異なり、ゲート電極４８による反射や吸収の影響を抑えた信号Sig(11)、信号Sig(13)を得ることができる。
【０１２４】
第１の実施の形態の変形例３によれば、以下の作用効果が得られる。
図１２の撮像素子２２の焦点検出画素１１（１３）の反射部４２Ａ（４２Ｂ）は、例えば撮像光学系３１（図１）の射出瞳６０（図５）の第１および第２の瞳領域６１、６２を通過した第１および第２の光束６５１、６５２のうち一方の光束を反射する位置に配設され、光電変換部４１は、第１および第２の光束６５１、６５２、および、反射部４２Ａ（４２Ｂ）で反射した光束を光電変換し、排出部４４Ｃは、第１および第２の光束６５１、６５２に基づいて生成される電荷の一部を排出する。
【０１２５】
例えば、位相差検出において焦点検出画素１１で不要な光（第１の光束６５１）に対する排出部４４Ｃによる吸収係数をＡとし、位相差検出において焦点検出画素１１で必要な光（第２の光束６５２）に対する排出部４４Ｃによる吸収係数をＢとし、Ａ＝Ｂとする場合に、上式（１０）の第１項をゼロにできる。
【０１２６】
また、例えば厚みが２μｍから２．５μｍ程度のシリコン基板を用いる場合、光電変換部４１を透過する光は、主に赤色光と緑色光といえる。このため、光電変換部４１を透過した第２の光束のうち反射部４２Ａで反射して光電変換部４１に再入射した光に基づく信号Ｓ２’は、専ら赤色光と緑色光に基づくといえる。すなわち、第１の実施の形態の変形例３によれば、カラーフィルタを用いることなしに、上式（１０）の第２項の信号Ｓ２’から青色光の影響を除去することができる。
【０１２７】
上述した実施の形態、および変形例において説明した排出部４４（４４Ａ）、４４Ｂ、４４Ｃから排出された電荷を、画像データの生成や補間、補正処理に用いてもよい。例えば、排出された電荷に基づく信号を使って、被写体に関する画像を生成する。また、排出された電荷に基づく信号を使って、画像の信号の補間を行う。さらにまた、排出された電荷に基づく信号を使って、焦点検出の信号や画像の信号を補正する。
【０１２８】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態において説明したように、上式（２）の焦点検出画素１１によって得られる信号Sig(11)、および、上式（１）の焦点検出画素１３によって得られる信号Sig(13)には、位相差検出において不要な光に基づく信号が含まれる。第１の実施の形態では、位相差検出において不要な信号の成分を除去する一例として、焦点検出部２１ａが、撮像画素１２による信号Sig(12)と焦点検出画素１１による信号Sig(11)との差分diff２を求めるとともに、撮像画素１２による信号Sig(12)と焦点検出画素１３による信号Sig(13)との差分diff１を求める手法を例示した。
【０１２９】
第２の実施の形態では、焦点検出画素１１によって得られる信号Sig(11)、および、焦点検出画素１３によって得られる信号Sig(13)から位相差検出において不要な信号の成分を除去する他の例について、図１４を参照して説明する。
図１４(a)は、焦点検出画素１１によるａ系列の信号と、焦点検出画素１３によるｂ系列の信号とを例示する図である。図１４(a)において、上述した複数の単位に含まれる複数（例えばｎ個）の焦点検出画素１１（Ａ１，Ａ２，…，Ａｎ）からそれぞれ出力された信号Sig(11)を、ａ系列の信号（Ａ１，Ａ２，…，Ａｎ）として破線で表す。また、上述した複数の単位に含まれる複数（例えばｎ個）の焦点検出画素１３（Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂｎ）からそれぞれ出力された信号Sig(13)を、ｂ系列の信号（Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂｎ）として実線で表す。
【０１３０】
図１４(b)は、上記ａ系列の信号と上記ｂ系列の信号とを平均した信号を例示する図である。図１４(b)において、上述した複数の単位に含まれる焦点検出画素１１による信号Sig(11)と、焦点検出画素１３による信号Sig(13)との平均を、信号（Ｃ１，Ｃ２，…，Ｃｎ）として一点鎖線で表す。
【０１３１】
焦点検出部２１ａは、上記ａ系列の信号と上記ｂ系列の信号とを平均した信号（Ｃ１，Ｃ２，…，Ｃｎ）にフィルタ処理を行うことにより、信号（Ｃ１，Ｃ２，…，Ｃｎ）から予め定めた遮断周波数より高い高周波数成分を除いた信号（ＦＣ１，ＦＣ２，…，ＦＣｎ）を得る。信号（ＦＣ１，ＦＣ２，…，ＦＣｎ）は、被写体の模様による細かいコントラストの変化を含まない低周波数成分の信号である。
【０１３２】
焦点検出部２１ａは、焦点検出画素１１による信号Sig(11)から、上記信号（ＦＣ１，ＦＣ２，…，ＦＣｎ）を減算した信号（ＦＡ１，ＦＡ２，…，ＦＡｎ）を得る。また、焦点検出部２１ａは、焦点検出画素１３による信号Sig(13)から、上記信号（ＦＣ１，ＦＣ２，…，ＦＣｎ）を減算した信号（ＦＢ１，ＦＢ２，…，ＦＢｎ）を得る。信号（ＦＡ１，ＦＡ２，…，ＦＡｎ）は、ａ系列の信号（Ａ１，Ａ２，…，Ａｎ）のうちの高い周波数成分の信号であり、被写体の模様による細かいコントラストの変化を含む。同様に、信号（ＦＢ１，ＦＢ２，…，ＦＢｎ）は、ｂ系列の信号（Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂｎ）のうちの高い周波数成分の信号であり、被写体の模様による細かいコントラストの変化を含む。
【０１３３】
焦点検出部２１ａは、上記信号（ＦＡ１，ＦＡ２，…，ＦＡｎ）と、上記信号（ＦＢ１，ＦＢ２，…，ＦＢｎ）とに基づき、第１の瞳領域６１（図５）を通過した第１の光束による像と、第２の瞳領域６２（図５）を通過した第２の光束による像との像ズレ量を求め、この像ズレ量に基づいてデフォーカス量を算出する。
【０１３４】
一般に、位相差検出に必要な位相差情報は被写体の模様に基づくため、予め定めた周波数よりも高い周波数帯の信号（ＦＡ１，ＦＡ２，…，ＦＡｎ）、信号（ＦＢ１，ＦＢ２，…，ＦＢｎ）を用いることによって、被写体の模様による細かいコントラストの位相差の検出を適切に行うことができる。これにより、像ズレ量の検出精度を高めることができる。
【０１３５】
なお、焦点検出部２１ａは、焦点検出画素１１による上式（４）、上式（６）、および上式（８）におけるいずれの信号Sig(11)に対しても、上記処理を行ってよい。また、焦点検出部２１ａは、焦点検出画素１３による上式（５）、上式（７）、および上式（９）におけるいずれの信号Sig(13)に対しても、上記処理を行ってよい。
【０１３６】
第２の実施の形態によれば、以下の作用効果が得られる。
カメラ１に搭載される焦点調節装置は、第１の実施の形態の焦点調節装置と同様の作用効果を奏する。さらに、焦点調節装置のボディ制御部２１は、複数の信号Sig(11)（Sig(13)）から、複数の信号Sig(11)（Sig(13)）の平均の低周波数成分を減算する。平均処理と減算処理という簡単な処理により、複数の信号Sig(11)（Sig(13)）から、被写体の模様による細かいコントラストの変化を含む高い周波数成分の信号を取り出すことができる。
【０１３７】
（第２の実施の形態の変形例１）
第２の実施の形態の変形例１では、焦点検出画素１１によって得られる信号Sig(11)、および、焦点検出画素１３によって得られる信号Sig(13)から位相差検出において不要な信号の成分を除去する他の例について説明する。
【０１３８】
焦点検出部２１ａは、焦点検出画素１１によるａ系列の信号Sig(11)にフィルタ処理を行うことにより、信号Sig(11)から予め定めた遮断周波数より低い低周波数成分を除いた信号（ＦＡ１，ＦＡ２，…，ＦＡｎ）を得る。信号（ＦＡ１，ＦＡ２，…，ＦＡｎ）は、ａ系列の信号（Ａ１，Ａ２，…，Ａｎ）のうちの高い周波数成分の信号であり、被写体の模様による細かいコントラストの変化を含む。
【０１３９】
また、焦点検出部２１ａは、焦点検出画素１３によるｂ系列の信号Sig(13)にフィルタ処理を行うことにより、信号Sig(13)から予め定めた遮断周波数より低い低周波数成分を除いた信号（ＦＢ１，ＦＢ２，…，ＦＢｎ）を得る。信号（ＦＢ１，ＦＢ２，…，ＦＢｎ）は、ｂ系列の信号（Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂｎ）のうちの高い周波数成分の信号であり、被写体の模様による細かいコントラストの変化を含む。
【０１４０】
焦点検出部２１ａは、上記信号（ＦＡ１，ＦＡ２，…，ＦＡｎ）と、上記信号（ＦＢ１，ＦＢ２，…，ＦＢｎ）とに基づき、第１の瞳領域６１（図５）を通過した第１の光束による像と、第２の瞳領域６２（図５）を通過した第２の光束による像との像ズレ量を求め、この像ズレ量に基づいてデフォーカス量を算出する。
【０１４１】
第２の実施の形態の変形例１においても、予め定めた周波数よりも高い周波数帯の信号（ＦＡ１，ＦＡ２，…，ＦＡｎ）、信号（ＦＢ１，ＦＢ２，…，ＦＢｎ）を用いることによって、被写体の模様による細かいコントラストの位相差に基づき、精度よく像ズレ量を検出することができる。これにより、瞳分割型の位相差検出における検出精度を高めることができる。
【０１４２】
なお、焦点検出部２１ａは、焦点検出画素１１による上式（４）、上式（６）、および上式（８）におけるいずれの信号Sig(11)に対しても、上記処理を行ってよい。また、焦点検出部２１ａは、焦点検出画素１３による上式（５）、上式（７）、および上式（９）におけるいずれの信号Sig(13)に対しても、上記処理を行ってよい。
【０１４３】
第２の実施の形態の変形例１によれば、以下の作用効果が得られる。
焦点調節装置のボディ制御部２１は、複数の信号Sig(11)（Sig(13)）から、複数の信号Sig(11)（Sig(13)）の高周波数成分を取り出す。低域遮断フィルタ処理という簡単な処理により、複数の信号Sig(11)（Sig(13)）から、被写体の模様による細かいコントラストの変化を含む高い周波数成分の信号を取り出すことができる。
【０１４４】
＜焦点検出画素を配置する方向＞
上述した実施の形態や変形例において、焦点検出画素を配置する方向を以下のように異ならせてもよい。
一般に、焦点検出画素を行方向（Ｘ軸方向）、すなわち横方向に配置すると、被写体の縦方向の模様に対して焦点検出を行う場合に好適である。また、焦点検出画素を列方向（Ｙ軸方向）、すなわち縦方向に配置すると、被写体の横方向の模様に対して焦点検出を行う場合に好適である。このため、被写体の模様の方向にかかわらず焦点検出を行うには、横方向に配置した焦点検出画素と、縦方向に配置した焦点検出画素とを有することが好ましい。
【０１４５】
そこで、例えば図２のフォーカスエリア１０１−１〜１０１−３において、それぞれ焦点検出画素１１、１３を横方向に配置する。また、例えばフォーカスエリア１０１−４〜１０１−１１において、それぞれ焦点検出画素１１、１３を縦方向に配置する。このように構成することにより、撮像素子２２において焦点検出画素を横方向と縦方向とに配列することができる。
【０１４６】
なお、焦点検出画素１１、１３を縦方向に配列する場合には、焦点検出画素１１、１３の反射部４２Ａ、４２Ｂを、それぞれその光電変換部４１のほぼ下半分（Ｙ軸方向マイナス側）、ほぼ上半分（Ｙ軸方向プラス側）の領域に対応して配置させる。焦点検出画素１１の反射部４２Ａは、ＸＹ平面において、例えば図４等における線ＣＬと直交しＸ軸に平行な線で分割された領域のうちＹ軸マイナス方向側の領域に少なくとも一部が設けられる。焦点検出画素１３の反射部４２Ｂは、ＸＹ平面において、例えば図４等における線ＣＬと直交しＸ軸に平行な線で分割された領域のうちＹ軸プラス方向側の領域に少なくとも一部が設けられる。
【０１４７】
以上のように焦点検出画素を横方向および縦方向に配置することにより、被写体の模様の方向にかかわらず焦点検出を行うことが可能になる。
なお、図２のフォーカスエリア１０１−１〜１０１−１１において、焦点検出画素１１、１３を横方向および縦方向に配置してもよい。このように配置することにより、フォーカスエリア１０１−１〜１０１−１１のいずれにおいても、被写体の模様の方向にかかわらず焦点検出を行うことが可能になる。
【０１４８】
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
【０１４９】
次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
日本国特許出願２０１７年第６３６７８号（２０１７年３月２８日出願）
【符号の説明】
【０１５０】
１…カメラ
２…カメラボディ
３…交換レンズ
１１、１３…焦点検出画素
１２…撮像画素
２１…ボディ制御部
２１ａ…焦点検出部
２２…撮像素子
３１…撮像光学系
４０…マイクロレンズ
４１…光電変換部
４２Ａ、４２Ｂ…反射部
４３…カラーフィルタ
４３Ｃ…フィルタ
４４、４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ…排出部
６０…射出瞳
６１…第１の瞳領域
６２…第２の瞳領域
４０１、４０１Ｓ、４０２…画素行
ＣＬ…画素の中心（例えば光電変換部の中心）を通る線
【図１】
2018181591.tif 000003
【図２】
2018181591.tif 000004
【図３】
2018181591.tif 000005
【図４】
2018181591.tif 000006
【図５】
2018181591.tif 000007
【図６】
2018181591.tif 000008
【図７】
2018181591.tif 000009
【図８】
2018181591.tif 000010
【図９】
2018181591.tif 000011
【図１０】
2018181591.tif 000012
【図１１】
2018181591.tif 000013
【図１２】
2018181591.tif 000014
【図１３】
2018181591.tif 000015
【図１４】
2018181591.tif 000016
【国際調査報告】
2018181591.tif 000017
2018181591.tif 000018
2018181591.tif 000019