(57)【要約】【課題】撮像素子における位相差特性を均一化させる。【解決手段】マイクロレンズ３５０は、被写体光を集光する。受光素子３７０は、マイクロレンズ３５０により集光された被写体光を受光することにより位相差検出による合焦判定を行うための信号を生成する。遮光層３６２は、マイクロレンズ３５０と受光素子３７０との間に配置されてマイクロレンズ３５０により集光された被写体光の一部を遮光する。撮像素子において、マイクロレンズ３５０の光軸方向における遮光層３６２とマイクロレンズ３５０との間の距離が、像高の増加に応じて短くなるように設定される。【選択図】図１１
2012043939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体光を集光するマイクロレンズと、
前記マイクロレンズにより集光された被写体光を受光することにより位相差検出による合焦判定を行うための信号を生成する受光素子と、
前記マイクロレンズと前記受光素子との間に配置されて前記マイクロレンズにより集光された被写体光の一部を遮光する遮光部とを具備し、
前記マイクロレンズの光軸方向における前記遮光部と前記マイクロレンズとの間の距離が像高の増加に応じて短くなるように設定される
撮像素子。
【請求項２】
前記マイクロレンズと前記受光素子との間の距離は、画素ごとに略一定であり、
前記遮光部は、前記光軸方向における前記受光素子との距離が像高の増加に応じて長くなるように配置される
請求項１記載の撮像素子。
【請求項３】
前記マイクロレンズと前記受光素子との間の距離は、像高の増加に応じて短くなり、
前記遮光部は、前記光軸方向における前記受光素子との距離が画素ごとに略一定となるように配置される
請求項１記載の撮像素子。
【請求項４】
前記マイクロレンズは、前記光軸方向に直交する同一平面上に画素ごとに配置される請求項３記載の撮像素子。
【請求項５】
前記受光素子は、前記光軸方向に直交する同一平面上に画素ごとに配置される請求項３記載の撮像素子。
【請求項６】
前記遮光部は、前記集光された被写体光の結像点と前記光軸方向における前記遮光部の位置とが略一致するように配置される請求項１記載の撮像素子。
【請求項７】
前記マイクロレンズは、前記光軸方向と直交する方向において、前記集光された被写体光のうちの主光線の結像点が、前記遮光部における前記受光素子の中心側の端部と略一致するように配置される請求項６記載の撮像素子。
【請求項８】
前記撮像素子には、前記位相差検出画素と、画像を生成するための信号を生成する前記画像生成画素とが混在して配置され、
前記位相差検出画素は、前記マイクロレンズと前記受光素子と前記遮光部とにより構成され、
前記画像生成画素は、前記受光素子および前記マイクロレンズと同一の特性の受光素子およびマイクロレンズを備える
請求項１記載の撮像素子。
【請求項９】
前記撮像素子には、前記位相差検出画素および前記画像生成画素により生成されたデータが前記位相差検出画素および前記画像生成画素から読み出される場合における読み出し方向とは直交する直交方向において、前記位相差検出画素が配置されるラインと、前記画像生成画素が配置されるラインとが交互に配置される請求項８記載の撮像素子。
【請求項１０】
被写体光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズにより集光された被写体光を受光することにより位相差検出による合焦判定を行うための信号を生成する受光素子と、前記マイクロレンズと前記受光素子との間に配置されて前記マイクロレンズにより集光された被写体光の一部を遮光する遮光部であって、前記マイクロレンズの光軸方向における前記マイクロレンズとの距離が像高の増加に応じて短くなるように配置される遮光部とを備える撮像素子と、
前記撮像素子が生成する信号に基づいて前記合焦判定を行う合焦判定部と
を具備する撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子に関し、特に位相差検出を行う撮像素子および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、人物等の被写体を撮像して撮像画像を生成し、この生成された撮像画像を記録するデジタルスチルカメラ等の撮像装置が普及している。また、この撮像装置として、ユーザの撮影操作を簡便にするため、撮像時のフォーカス（ピント、焦点）調整を自動的に行うオートフォーカス（ＡＦ：Auto Focus）機能を備える撮像装置が広く普及している。
【０００３】
このような撮像装置として、例えば、撮像レンズを通過した光を瞳分割して１対の像を形成し、その形成された像の間隔を計測（位相差を検出）することによって撮像レンズの位置を決定する撮像装置が提案されている。例えば、受光素子が受光する被写体光の半分を遮光することにより瞳分割を行う位相差検出（焦点検出）用の画素（位相差検出画素）と、撮像画像の生成用の画素（画像生成画素）との両方の画素を１つの撮像素子に設ける撮像装置が提案されている。この撮像装置が位相差検出を行う場合には、位相差検出画素の信号から１対の像を形成し、その形成された像の間隔を計測することによってフォーカスのズレの量を算出する。続いて、撮像装置は、算出したフォーカスのズレの量に基づいて撮像レンズの移動量を算出し、算出した移動量に基づいて撮像レンズの位置を調整することによってフォーカスを合わせる（フォーカス調整）。
【０００４】
ここで、位相差検出および画像生成を精度良く行うために、位相差検出画素における集光位置と、画像生成画素における集光位置とを違う位置にする撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この撮像装置では、位相差検出画素に備えられるマイクロレンズの特性と、画像生成画素に備えられるマイクロレンズの特性とを、レンズ厚やレンズ径やレンズ材料を変えることにより異なる特性にする。または、この撮像装置では、位相差検出画素におけるマイクロレンズと受光素子との間の距離と、画像生成画素におけるマイクロレンズと受光素子との間の距離とを異なるものにする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１０９９６５号公報（図８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の従来技術では、画像生成画素における集光位置を受光素子側に設定するとともに、位相差検出画素における集光位置を、画像生成画素における集光位置よりもマイクロレンズ側に設定する。
【０００７】
しかしながら、上記の従来技術では、位相差検出画素と画像生成画素との間で異なるレンズを備えたり、位相差検出画素の構造と画像生成画素の構造とで異なる構造にしたりするため、製造過程において複雑な工程が必要になる。
【０００８】
また、上記の従来技術では、撮像素子における位相差検出画素が配置される位置が異なることに起因する位相差検出画素の特性（位相差特性）のバラつきについては考慮されていない。例えば、撮像素子における中心位置と端部との間で、被写体光の瞳分割の精度のバラつきが生じる。そこで、位相差特性のバラつきを軽減し、位相差特性を均一化させることが重要である。
【０００９】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、撮像素子における位相差特性を均一化させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その第１の側面は、被写体光を集光するマイクロレンズと、上記マイクロレンズにより集光された被写体光を受光することにより位相差検出による合焦判定を行うための信号を生成する受光素子と、上記マイクロレンズと上記受光素子との間に配置されて上記マイクロレンズにより集光された被写体光の一部を遮光する遮光部とを具備し、上記マイクロレンズの光軸方向における上記遮光部と上記マイクロレンズとの間の距離が像高の増加に応じて短くなるように設定される撮像素子である。これにより、撮像素子における位相差検出画素において、遮光部とマイクロレンズとの間の距離が像高の増加に応じて短くなるように設定されるという作用をもたらす。
【００１１】
また、この第１の側面において、上記マイクロレンズと上記受光素子との間の距離は、画素ごとに略一定であり、上記遮光部は、上記光軸方向における上記受光素子との距離が像高の増加に応じて長くなるように配置されるようにしてもよい。これにより、マイクロレンズと受光素子との間の距離は画素ごとに略一定である撮像素子において、遮光部と受光素子との距離が像高の増加に応じて長くなるように遮光部が配置されるという作用をもたらす。
【００１２】
また、この第１の側面において、上記マイクロレンズと上記受光素子との間の距離は、像高の増加に応じて短くなり、上記遮光部は、上記光軸方向における上記受光素子との距離が画素ごとに略一定となるように配置されるようにしてもよい。これにより、マイクロレンズと受光素子との間の距離は像高の増加に応じて短くなる撮像素子において、遮光部と受光素子との距離が画素ごとに略一定となるように遮光部が配置されるという作用をもたらす。また、この場合において、上記マイクロレンズは、上記光軸方向に直交する同一平面上に画素ごとに配置されるようにしてもよい。これにより、マイクロレンズが光軸方向に直交する同一平面上に画素ごとに配置される撮像素子において、遮光部とマイクロレンズとの間の距離が像高の増加に応じて短くなるように遮光部が配置されるという作用をもたらす。また、この場合において、上記受光素子は、上記光軸方向に直交する同一平面上に画素ごとに配置されるようにしてもよい。これにより、受光素子が光軸方向に直交する同一平面上に画素ごとに配置される撮像素子において、遮光部とマイクロレンズとの間の距離が像高の増加に応じて短くなるように遮光部が配置されるという作用をもたらす。
【００１３】
また、この第１の側面において、上記遮光部は、上記集光された被写体光の結像点と上記光軸方向における上記遮光部の位置とが略一致するように配置されるようにしてもよい。これにより、撮像素子における位相差検出画素において、集光された被写体光の結像点と、光軸方向における遮光部の位置とが略一致するように遮光部が配置されるという作用をもたらす。また、この場合において、上記マイクロレンズは、上記光軸方向と直交する方向において、上記集光された被写体光のうちの主光線の結像点が、上記遮光部における上記受光素子の中心側の端部と略一致するように配置されるようにしてもよい。これにより、撮像素子における位相差検出画素において、集光された被写体光のうちの主光線の結像点が、遮光部における受光素子の中心側の端部と略一致するようにマイクロレンズが配置されるという作用をもたらす。
【００１４】
また、この第１の側面において、上記撮像素子には、上記位相差検出画素と、画像を生成するための信号を生成する上記画像生成画素とが混在して配置され、上記位相差検出画素は、上記マイクロレンズと上記受光素子と上記遮光部とにより構成され、上記画像生成画素は、上記受光素子および上記マイクロレンズと同一の特性の受光素子およびマイクロレンズを備えるようにしてもよい。これにより、位相差検出画素と画像生成画素とが混在して配置される撮像素子において、遮光部とマイクロレンズとの間の距離が像高の増加に応じて短くなるように遮光部が配置されるという作用をもたらす。また、この場合において、上記撮像素子には、上記位相差検出画素および上記画像生成画素により生成されたデータが上記位相差検出画素および上記画像生成画素から読み出される場合における読み出し方向とは直交する直交方向において、上記位相差検出画素が配置されるラインと、上記画像生成画素が配置されるラインとが交互に配置されるようにしても良い。これにより、位相差検出画素が配置されるラインと画像生成画素が配置されるラインとが交互に配置される撮像素子において、遮光部とマイクロレンズとの間の距離が像高の増加に応じて短くなるように遮光部が配置されるという作用をもたらす。
【００１５】
また、本発明の第２の側面は、被写体光を集光するマイクロレンズと、上記マイクロレンズにより集光された被写体光を受光することにより位相差検出による合焦判定を行うための信号を生成する受光素子と、上記マイクロレンズと上記受光素子との間に配置されて上記マイクロレンズにより集光された被写体光の一部を遮光する遮光部であって、上記マイクロレンズの光軸方向における上記マイクロレンズとの距離が像高の増加に応じて短くなるように配置される遮光部とを備える撮像素子と、上記撮像素子が生成する信号に基づいて上記合焦判定を行う合焦判定部とを具備する撮像装置である。これにより、遮光部とマイクロレンズとの間の距離が像高の増加に応じて短くなるように遮光部が配置された位相差検出画素が生成する信号に基づいて合焦判定を行わせるという作用をもたらす。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、撮像素子における位相差特性を均一化させることができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態における撮像装置１００の機能構成の一例を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態において撮像装置１００におけるペリクルミラー１６０の位置の例を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における第２イメージセンサ２００に備えられる受光素子の配置の一例を示す模式図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の第２イメージセンサ２００の領域２２０における画素の配置の一例を模式的に示す上面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における第２イメージセンサ２００の中央付近に配置される位相差検出画素が受光する被写体光を示す模式図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における第２イメージセンサ２００の中央付近に配置される画像生成画素が受光する被写体光を示す模式図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態におけるマイクロレンズ３５０に入射する主光線がマイクロレンズ３５０の光軸と平行な場合と斜めな場合とにおける集光位置（主光線結像点）の一例を示す模式図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態におけるマイクロレンズ３５０に入射する主光線の角度が異なる場合における主光線の結像点の一例を示す模式図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態における第２イメージセンサ２００の像高と、各像高位置に配置される画素の主光線の結像点のマイクロレンズ３５０方向へのズレ量（Ｍ方向ズレ量）との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における第２イメージセンサ２００におけるマイクロレンズ−遮光層間の距離と像高との関係を示す模式図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態における位相差検出画素３１０の遮光層の一例と、画像生成画素および位相差検出画素が両方設けられる従来のイメージセンサにおける位相差検出画素の遮光層の一例とが示されている。
【図１２】本発明の第１の実施の形態における第２イメージセンサ２００の端付近に配置される位相差検出画素３１０の入射光の一例と、従来のイメージセンサの端付近に配置される位相差検出画素の入射光の一例とが示されている。
【図１３】本発明の第１の実施の形態における第２イメージセンサ２００の端付近に配置される画像生成画素２９０の入射光の一例が示されている。
【図１４】本発明の第１の実施の形態における第２イメージセンサ２００における像高と瞳分割との間の関係を示す模式図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態における距離調整層の一例を示す模式図である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態の位相差検出画素における受光素子とマイクロレンズとの間の距離関係の一例を示す模式図である。
【図１７】本発明の第３の実施における第２イメージセンサ８００におけるマイクロレンズ−遮光層間の距離と像高との関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）について説明する。説明は以下の順序により行う。
１．第１の実施の形態（撮像制御：受光素子と遮光層との間に距離調整層を設ける例）
２．第２の実施の形態（撮像制御：距離調整層を受光素子を形成する前の段階で形成する例）
３．第３の実施の形態（撮像制御：受光素子に対するマイクロレンズの高さが像高に応じて低くなる距離調整層を作製する例）
【００１９】
＜１．第１の実施の形態＞
［撮像装置の機能構成例］
図１は、本発明の第１の実施の形態における撮像装置１００の機能構成の一例を示すブロック図である。撮像装置１００は、被写体を撮像して画像データ（撮像画像）を生成し、生成された画像データを画像コンテンツ（静止画コンテンツまたは動画コンテンツ）として記録する撮像装置である。なお、以下では、画像コンテンツ（画像ファイル）として静止画コンテンツ（静止画ファイル）を記録する例を主に示す。
【００２０】
撮像装置１００は、レンズ部１１０と、操作受付部１２０と、制御部１３０と、第１イメージセンサ１４０と、第１信号処理部１５０とを備える。また、撮像装置１００は、ペリクルミラー１６０と、第２イメージセンサ２００と、第２信号処理部１７０と、記憶部１８１と、表示部１８２と、合焦判定部１８３と、駆動部１８４とを備える。
【００２１】
レンズ部１１０は、被写体からの光（被写体光）を集光するためのものである。このレンズ部１１０は、ズームレンズ１１１と、絞り１１２と、フォーカスレンズ１１３とを備える。
【００２２】
ズームレンズ１１１は、駆動部１８４の駆動により光軸方向に移動することにより焦点距離を変動させて、撮像画像に含まれる被写体の倍率を調整するものである。
【００２３】
絞り１１２は、駆動部１８４の駆動により開口の度合いを変化させて第１イメージセンサ１４０および第２イメージセンサ２００に入射する被写体光の光量を調整するための遮蔽物である。
【００２４】
フォーカスレンズ１１３は、駆動部１８４の駆動により光軸方向に移動することによりフォーカスを調整するものである。
【００２５】
操作受付部１２０は、ユーザからの操作を受け付けるものである。この操作受付部１２０は、例えば、シャッターボタン１２１（図２に示す）が押下された場合には、その押下に関する信号を、操作信号として制御部１３０に供給する。
【００２６】
制御部１３０は、撮像装置１００における各部動作を制御するものである。例えば、この制御部１３０は、シャッターボタン１２１が押下されて、静止画像の記録を開始するための操作信号を受け付けた場合には、静止画像の記録実行に関する信号（静止画像撮像動作信号）を、第１信号処理部１５０に供給する。また、制御部１３０は、表示部１８２にライブビューを表示する場合には、第２イメージセンサ２００が出力した信号に基づいてライブビュー画像を生成させるための信号（ライブビュー表示信号）を、第２信号処理部１７０に供給する。ここで、ライブビューとは、撮像装置１００に入射する被写体の像のリアルタイム表示である。また、制御部１３０は、位相差検出方式によりフォーカスの合焦判定を行う場合には、この合焦判定を行う動作（位相差検出動作）を示す信号（位相差検出動作信号）を、第２信号処理部１７０に供給する。ここで、位相差検出方式とは、撮像レンズを通過した光を瞳分割して１対の像を形成し、その形成された像の間隔（像の間のズレ量）を計測（位相差を検出）することによって合焦の度合いを検出する焦点検出方法である。
【００２７】
ペリクルミラー１６０は、レンズ部１１０を介して集光された被写体光を、２つに分割するものである。このペリクルミラー１６０は、例えば、半透過型の鏡であり、被写体光の３０％を反射することにより、被写体光を２つに分割する。ペリクルミラー１６０は、２つに分割した光の一方を第１イメージセンサ１４０に供給し、他方を第２イメージセンサ２００に供給する。
【００２８】
第１イメージセンサ１４０は、ペリクルミラー１６０で分割された被写体光の一方を受光して、受光した被写体光を電気信号に光電変換する撮像素子である。この第１イメージセンサ１４０は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサなどにより実現される。第１イメージセンサ１４０には、受光した被写体光に基づいて撮像画像を生成するための信号を生成する画素（画像生成画素）のみが、ベイヤー配列により配置される。第１イメージセンサ１４０は、光電変換により発生した電気信号を第１信号処理部１５０に供給する。
【００２９】
第１信号処理部１５０は、第１イメージセンサ１４０から供給された電気信号に対して各種の信号処理を施すものである。この第１信号処理部１５０は、例えば、制御部１３０から静止画像撮像動作信号が供給されている場合には、静止画像のデータ（静止画像データ）を生成する。そして、第１信号処理部１５０は、この生成した画像データを記憶部１８１に供給し、記憶部１８１に記憶させる。
【００３０】
記憶部１８１は、第１信号処理部１５０から供給された画像データを画像コンテンツ（画像ファイル）として記録するものである。例えば、この記憶部１８１として、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のディスクやメモリカード等の半導体メモリ等のリムーバブルな記録媒体（１または複数の記録媒体）を用いることができる。また、これらの記録媒体は、撮像装置１００に内蔵するようにしてもよく、撮像装置１００から着脱可能とするようにしてもよい。
【００３１】
第２イメージセンサ２００は、ペリクルミラー１６０で分割された被写体光の一方を受光して、受光した被写体光を電気信号に光電変換する撮像素子である。この第２イメージセンサ２００は、第１イメージセンサ１４０と同様に、例えば、ＣＭＯＳセンサにより実現される。第２イメージセンサ２００には、画像生成画素と、位相差検出を行うための信号を生成する画素（位相差検出画素）とが配置される。なお、第２イメージセンサ２００については、図３乃至図１３を参照して説明する。第２イメージセンサ２００は、光電変換により発生した電気信号を第２信号処理部１７０に供給する。なお、第２イメージセンサ２００は、特許請求の範囲に記載の撮像素子の一例である。
【００３２】
第２信号処理部１７０は、第２イメージセンサ２００から供給された電気信号に対して各種の信号処理を施すものである。例えば、この第２信号処理部１７０は、制御部１３０から位相差検出動作信号が供給されている場合には、第２イメージセンサ２００における位相差検出画素からの出力信号に基づいて、位相差を検出するためのデータ（位相差検出用データ）を生成する。そして、第２信号処理部１７０は、その生成した位相差検出用データを合焦判定部１８３に供給する。また、第２信号処理部１７０は、制御部１３０からライブビュー表示信号が供給されている場合には、第２イメージセンサ２００における画像生成画素からの出力信号に基づいて、ライブビュー画像のデータ（ライブビュー画像データ）を生成する。そして、第２信号処理部１７０は、その生成したライブビュー画像データを表示部１８２に供給し、表示部１８２における表示画面にライブビューを表示させる。
【００３３】
表示部１８２は、第２信号処理部１７０から供給された画像データに基づいて、画像を表示するものである。この表示部１８２は、例えば、カラー液晶パネルにより実現される。この表示部１８２は、例えば、第２信号処理部１７０からライブビュー画像データが供給された場合には、表示画面にライブビュー画像を表示する。
【００３４】
合焦判定部１８３は、第２信号処理部１７０から供給された位相差検出用データに基づいて、フォーカスを合わせる対象の物体（合焦対象物）に対してフォーカスが合っているか否か判定するものである。この合焦判定部１８３は、フォーカシングを行う領域（フォーカスエリア）における物体（合焦対象物）に対して合焦している場合には、合焦していることを示す情報を合焦判定結果情報として、駆動部１８４に供給する。また、この合焦判定部１８３は合焦対象物にフォーカスが合っていない場合には、フォーカスのズレの量（デフォーカス量）を算出し、その算出したデフォーカス量を示す情報を合焦判定結果情報として、駆動部１８４に供給する。
【００３５】
駆動部１８４は、ズームレンズ１１１、絞り１１２およびフォーカスレンズ１１３を駆動させるものである。例えば、駆動部１８４は、合焦判定部１８３から出力された合焦判定結果情報に基づいて、フォーカスレンズ１１３の駆動量を算出し、その算出した駆動量に応じてフォーカスレンズ１１３を移動させる。この駆動部１８４は、フォーカスが合っている場合には、フォーカスレンズ１１３の現在の位置を維持させる。また、駆動部１８４は、フォーカスがズレている場合には、デフォーカス量を示す合焦判定結果情報およびフォーカスレンズ１１３の位置情報に基づいて駆動量（移動距離）を算出し、その駆動量に応じてフォーカスレンズ１１３を移動させる。
【００３６】
［ペリクルミラーの位置例］
図２は、本発明の第１の実施の形態において撮像装置１００におけるペリクルミラー１６０の位置の例を模式的に示す断面図である。なお、同図では、撮像装置１００は、一眼レフカメラであることを想定して説明する。
【００３７】
同図には、撮像装置１００の断面図として、ボディ１０１と、交換レンズ１０５とが示されている。交換レンズ１０５は、撮像装置１００における着脱可能なレンズユニットであり、図１において示したレンズ部１１０に対応する。ボディ１０１は、撮像装置１００における撮像処理を行う本体であり、図１において示したレンズ部１１０以外の構成に対応する。ボディ１０１には、シャッターボタン１２１と、表示部１８２と、ペリクルミラー１６０と、第１イメージセンサ１４０と、第２イメージセンサ２００と、交換レンズ１０５とが示されている。
【００３８】
また、同図には、レンズ部１１０に備えられているレンズにおける光軸（光軸Ｌ１２）と、被写体光が通過する範囲を示す２つの線（線Ｌ１１およびＬ１３）とが示されている。なお、線Ｌ１１およびＬ１３に挟まれた範囲は、第１イメージセンサ１４０および第２イメージセンサ２００に入射する光が通過する範囲を示している。
【００３９】
ペリクルミラー１６０は、撮像装置１００に入射する被写体光を２つに分割するように配置される。例えば、光軸Ｌ１２に対して４５°となるように配置される。これにより、ペリクルミラー１６０は、被写体光の一部（例えば、３０％）を上方に反射する。
【００４０】
第１イメージセンサ１４０は、ペリクルミラー１６０を透過した被写体光を受光するように、ペリクルミラー１６０の先（被写体光の進行先）に光軸Ｌ１２に対して垂直に配置される。
【００４１】
第２イメージセンサ２００は、ペリクルミラー１６０が反射した被写体光を受光するように、ペリクルミラー１６０の上方に光軸Ｌ１２に対して水平（ペリクルミラー１６０が光軸Ｌ１２に対して４５°であるため）に配置される。
【００４２】
このように、撮像装置１００において、入射する被写体光を２つに分割するようにペリクルミラー１６０が配置される。また、２つに分割された被写体光をそれぞれ受光するように、第１イメージセンサ１４０および第２イメージセンサ２００がそれぞれ配置される。
【００４３】
［第２イメージセンサにおける受光素子の配置例］
図３は、本発明の第１の実施の形態における第２イメージセンサ２００に備えられる受光素子の配置の一例を示す模式図である。
【００４４】
同図では、左右方向をＹ軸とし、上下方向をＸ軸とするＸＹ軸を想定して説明する。また、同図において、左上隅をＸＹ軸における原点とし、上から下へ向かう方向をＸ軸の＋側とし、左から右へ向かう方向をＹ軸の＋側とする。なお、この第２イメージセンサ２００における信号の読み出し方向は、Ｘ軸方向（行単位で読み出される）であるものとする。
【００４５】
同図では、説明の便宜上、第２イメージセンサ２００を構成する各画素の受光素子のうちの一部の受光素子（１６行×１６列の受光素子）の領域（領域２１０）を用いて説明する。なお、第２イメージセンサ２００における受光素子の配置は、領域２１０において示す画素配置を１つの単位として、この単位に対応する画素配置（領域２１０に対応する画素配置）が、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に繰り返される配置である。
【００４６】
同図では、１つの画素を１つの円で示す。そして、画像生成画素については、備えられるカラーフィルタを表す符号（Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青））を内に示した円により示す。また、位相差検出画素については、入射光が遮光層により遮光される側を塗りつぶした（灰色の半円）部分を備える円により示す。
【００４７】
ここで、第２イメージセンサ２００における画素の配置について説明する。
【００４８】
第２イメージセンサ２００では、画像生成画素が配置される行（ライン）と位相差検出画素が配置される行（ライン）とが交互に配置される。すなわち、図３に示すように、Ｙ軸方向に、画像生成画素、位相差検出画素、画像生成画素、位相差検出画素…と交互に配置される。
【００４９】
また、画像生成画素は、同色のカラーフィルタが配置される画像生成画素がＸ 軸方向に２個ずつ連続するように配置される（図３では、Ｘ軸方向に、ＲＲ、ＧＧ、ＢＢと連続している）。
【００５０】
位相差検出画素は、遮光される側が同一の位相差検出画素がＸ軸方向に２個ずつ連続するように配置される（図３では、Ｘ軸方向に、例えば、左左、右右、左左、右右…と連続している）。
【００５１】
このように、第２イメージセンサ２００において、画像生成画素が配置される行と位相差検出画素が配置される行とが交互になる。これにより、第２イメージセンサ２００からデータを読み出す際に、位相差検出に用いない位相差検出画素のラインを読み飛ばすことができる。
【００５２】
次に、本発明の第１の実施の形態における画素について、領域２２０（画素４個×４個）に含まれる画素に着目し、図４を参照して説明する。
【００５３】
［第２イメージセンサにおける画素の配置例］
図４は、本発明の第１の実施の形態の第２イメージセンサ２００の領域２２０における画素の配置の一例を模式的に示す上面図である。なお、同図では、左右方向をＸ軸とし、上下方向をＹ軸とするＸＹ軸を想定する。また、信号の読み出し方向は、Ｘ軸方向（行単位で読み出される）であることとする。
【００５４】
同図には、本発明の第１の実施の形態における第２イメージセンサ２００における画素配置として、図３の領域２２０に対応する画素が示されている。図４では、画像生成画素として、赤色（Ｒ）の光を透過するカラーフィルタにより赤色の光を受光する画素（Ｒ画素２３０）と、緑色（Ｇ）の光を透過するカラーフィルタにより緑色の光を受光する画素（Ｇ画素２４０）とが示されている。また、画像生成画素として、青色（Ｂ）の光を透過するカラーフィルタにより青色の光を受光する画素（Ｂ画素２５０）が示されている。また、同図では、位相差検出画素として、右側が遮光された画素（位相差検出画素３１０）と、左側が遮光された画素（位相差検出画素３２０）とが示されている。
【００５５】
同図に示す領域２２０において、位相差検出画素が配置されるラインを除外して画像生成画素のみで配置をみると、左上がＲ画素２３０であり、右上と左下がＧ画素２３０であり、右下がＢ画素２４０であるベイヤー配列となる。すなわち、第２イメージセンサ２００において位相差検出画素が配置される行を除外した画像生成画素のみにおける配置は、均一なベイヤー配列となる。これにより、第２イメージセンサ２００からの出力信号から画像を生成する場合には、２画素の画像生成画素と２画素の位相差検出画素を１つの画素単位として、ペイや−配列による色補完を用いた画像を生成することができる。例えば、第２イメージセンサ２００の有効画素が４５９２列×３０５６行である場合（位相差検出画素が１５２８行、画像生成画素が１５２８行）には、２２９６列×１５２８行の画像が生成される。
【００５６】
［位相差検出画素への入射光例］
図５は、本発明の第１の実施の形態における第２イメージセンサ２００の中央付近に配置される位相差検出画素が受光する被写体光を示す模式図である。
【００５７】
同図には、第２イメージセンサ２００の中央付近に配置される位相差検出画素３１０の断面構成と、射出瞳（射出瞳Ｅ１）とが模式的に示されている。同図では、説明の容易のため、位相差検出画素３１０はカラーフィルタを備えていないことを想定して説明する。
【００５８】
なお、同図では、左右方向を、図４において示した位相差検出画素３１０における左右方向（Ｘ軸方向）とする場合における断面構成を示す。また、同図において、上から下へ向かう方向をＺ軸の＋方向とする。
【００５９】
同図（ａ）では、受光素子における絞りの像である射出瞳Ｅ１と、射出瞳Ｅ１の中心（中心Ｃ１）と、射出瞳Ｅ１の左半分の領域（領域Ｒ１）と、射出瞳Ｅ１の右半分の領域（領域Ｒ２）とが示されている。
【００６０】
同図（ｂ）では、位相差検出画素３１０の断面図として、位相差検出画素３１０の受光素子（受光素子３７０）と、受光素子３７０に入射する光の一部を遮光する遮光層（遮光層３６１および３６２）とが示されている。また、位相差検出画素３１０の断面図として、位相差検出画素３１０に入射する光を受光素子に集光するマイクロレンズ３５０が示されている。
【００６１】
受光素子３７０は、受けた光を電気信号に変換（光電変換）することによって、受けた光の量に応じた強さの電気信号を生成するものである。この受光素子３７０は、例えば、フォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）により構成される。
【００６２】
遮光層３６１および３６２は、マイクロレンズ３５０を介して受光素子３７０に入射する被写体光のうちの一部が受光素子３７０に受光されないように、入射光を遮光するものである。この遮光層３６１および３６２は、マイクロレンズ３５０と受光素子３７０との間に配置される。例えば、遮光層３６１および３６２は、位相差検出画素３１０における各回路を接続するための配線を受光素子３７０を覆う位置まで伸ばすことにより構成される。なお、遮光層３６２は、特許請求の範囲に記載の遮光部の一例である。
【００６３】
遮光層３６２は、位相差検出画素３１０の右側に配置される遮光層であり、位相差検出画素３１０の右端から受光素子３７０の中心付近までを遮光している。すなわち、遮光層３６２は、受光素子３７０とマイクロレンズ３５０との間において、受光素子３７０の右半分を覆うように遮光している。
【００６４】
一方、遮光層３６１は、位相差検出画素３１０の左側に配置される遮光層であり、受光素子３７０の左半分が被写体光を受光できるように、受光素子３７０の左端付近のみを遮光している。
【００６５】
また、位相差検出画素３１０において、領域Ｒ１を通過してマイクロレンズ３５０に入射する光の一部が、位相差検出画素３１０に入射する被写体光を模式的に示す７本の光路の白色の領域（領域Ｒ１１）により模式的に示されている。領域Ｒ２を通過してマイクロレンズ３５０に入射する光の一部は、７本の光路のドット付の領域（領域Ｒ１２）により模式的に示されている。
【００６６】
ここで、第２イメージセンサ２００の中央付近に配置される位相差検出画素３１０が受光する被写体光について説明する。
【００６７】
第２イメージセンサ２００の中央付近に配置される位相差検出画素３１０において、射出瞳Ｅ１の中心Ｃ１を通過した被写体光（主光線）は、マイクロレンズ３５０の光軸（光軸Ｌ１）に平行な光として位相差検出画素３１０に入射する。すなわち、第２イメージセンサ２００の中央付近に配置される位相差検出画素３１０において、主光線は、マイクロレンズ３５０の光軸Ｌ１上におけるマイクロレンズ３５０から所定の距離離れたある一点（主光線結像点Ｐ１）で集光（結像）する。
【００６８】
また、位相差検出画素３１０は、遮光層３６１および３６２により、受光素子３７０の右半分は遮光され、受光素子３７０の左半分は開口している。遮光層３６１および３６２は、第２イメージセンサ２００の製造過程において、主光線結像点Ｐ１が遮光層３６２の受光素子側の端付近となる位置に配置される。すなわち、射出瞳Ｅ１を通過して入射する被写体光の結像点（マイクロレンズ３５０により集光された被写体光の結像点）の中心である主光線結像点Ｐ１が、遮光層３６２の受光素子側の端付近に位置するように、位相差検出画素３１０が作製される。
【００６９】
これにより、射出瞳Ｅ１における左半分の領域（領域Ｒ１）からの入射光は遮光層３６２により遮光される。一方、射出瞳Ｅ１における右半分の領域（領域Ｒ２）からの入射光は受光素子３７０により受光される。
【００７０】
このように、主光線結像点Ｐ１が遮光層３６２の端付近となる距離に設定されることにより、被写体光の瞳分割が正確に行われる。
【００７１】
なお、同図において、線Ｌ２は、中心Ｃ１を通過してマイクロレンズ３５０に入射する光のうち最も左端に入射する光の光路を示し、線Ｌ３は、中心Ｃ１を通過してマイクロレンズ３５０に入射する光のうち最も右端に入射する光の光路を示している。線Ｌ２および線Ｌ３は、図１１において用いるため、ここでの説明を省略する。
【００７２】
［画像生成画素への入射光例］
図６は、本発明の第１の実施の形態における第２イメージセンサ２００の中央付近に配置される画像生成画素が受光する被写体光を示す模式図である。同図では、図５において示した位相差検出画素３１０に近接している画像生成画素を想定して説明する。
【００７３】
なお、図６では、第２イメージセンサ２００におけるＲ画素２３０、Ｇ画素２４０、およびＢ画素２５０における差異はカラーフィルタのみであるため、これらの画像生成画素を、カラーフィルタ２９１を備えた画像生成画素（画像生成画素２９０）として示す。
【００７４】
同図（ａ）では、図５（ａ）と同様に、射出瞳Ｅ１と、射出瞳Ｅ１の中心（中心Ｃ１）と、射出瞳Ｅ１の左半分の領域（領域Ｒ１）と、射出瞳Ｅ１の右半分の領域（領域Ｒ２）とが示されている。
【００７５】
図６（ｂ）には、第２イメージセンサ２００の中央付近に配置される画像生成画素２９０の断面構成が模式的に示されている。なお、画像生成画素２９０の構成は、図５において示した位相差検出画素３１０における遮光層３６１および３６２を備えていないこと以外は位相差検出画素３１０と同様であるため、同一の構成には同一の符号を付して、ここでの説明を省略する。すなわち、第２イメージセンサ２００の中央付近に配置される画像生成画素２９０は、位相差検出画素３１０と同様のマイクロレンズ３５０および受光素子３７０を備えている。
【００７６】
画像生成画素２９０は、マイクロレンズ３５０が位相差検出画素３１０と同一であるため、入射する光の光路は、近接する位相差検出画素３１０と同様になる。また、画像生成画素２９０におけるマイクロレンズ３５０と受光素子３７０との間の距離（Ｍ−Ｐ距離）は、近接する位相差検出画素３１０における距離と略同様となる。すなわち、図６において示す画像生成画素２９０におけるＭ−Ｐ距離は、図５において示した位相差検出画素３１０におけるＭ−Ｐ距離と略同様となる。
【００７７】
ここで、第２イメージセンサ２００の中央付近に配置される画像生成画素２９０が受光する被写体光について説明する。
【００７８】
画像生成画素２９０には遮光層が無いため、画像生成画素２９０の受光素子３７０は、射出瞳Ｅ１における左半分の領域（領域Ｒ１）からの入射光および射出瞳Ｅ１における右半分の領域（領域Ｒ２）からの入射光の両方を受光する。なお、画像生成画素２９０におけるＭ−Ｐ距離は、図５において示した位相差検出画素３１０におけるＭ−Ｐ距離と略同様であるため、主光線の結像点が受光素子３７０の手前（Ｚ軸においてマイクロレンズ３５０側）になる。しかしながら、マイクロレンズ３５０が集光した光の全てが受光素子３７０に受光されるため、このことに起因する生成画像の画質の劣化は殆ど無い。
【００７９】
このように、位相差検出画素および画像生成画素には、同一のマイクロレンズが備えられる。また、近接する位相差検出画素および画像生成画素におけるＭ−Ｐ距離は、略同一となる。
【００８０】
［主光線の集光位置例］
図７は、本発明の第１の実施の形態におけるマイクロレンズ３５０に入射する主光線がマイクロレンズ３５０の光軸と平行な場合と斜めな場合とにおける集光位置（主光線結像点）の一例を示す模式図である。
【００８１】
同図（ａ）には、マイクロレンズ３５０に入射する主光線が、マイクロレンズ３５０の光軸と平行な場合の主光線結像点Ｐ１の位置が示されている。
【００８２】
同図では、マイクロレンズ３５０と、マイクロレンズ３５０の光軸Ｌ１と、光軸Ｌ１に平行な主光線と、光軸Ｌ１に平行な主光線の結像点（主光線結像点Ｐ１）と、主光線結像点Ｐ１のＺ軸上における位置を示す線Ｚ１とが示されている。
【００８３】
同図に示すように、マイクロレンズ３５０に入射する主光線が、マイクロレンズ３５０の光軸と平行な場合において、主光線は、光軸Ｌ１における所定の位置（主光線結像点Ｐ１）に集光する。
【００８４】
同図（ｂ）には、マイクロレンズ３５０に入射する主光線がマイクロレンズ３５０の光軸と斜めな場合の結像点の位置が示されている。
【００８５】
同図（ｂ）では、同図（ａ）と同様に、マイクロレンズ３５０と、光軸Ｌ１と、光軸Ｌ１に対して斜めな主光線と、光軸Ｌ１に対して斜めな主光線の結像点（主光線結像点Ｐ１）と、線Ｚ１とが示されている。
【００８６】
主光線が光軸Ｌ１に対して斜めであるため、主光線は、光軸Ｌ１から外れた位置において集光（結像）する。同図（ｂ）では、光軸Ｌ１から距離Ｄ１ほど右側にずれた位置において集光（結像）している。さらに、Ｚ軸方向においても、距離Ｄ２ほどマイクロレンズ３５０側にずれた位置において集光している。
【００８７】
このように、主光線がマイクロレンズ３５０の光軸Ｌ１に対して斜めである場合には、集光位置（主光線結像点）が横方向にズレるだけでなく、縦方向にもズレる。すなわち、主光線がマイクロレンズ３５０の光軸Ｌ１に対して斜めである場合には、光軸Ｌ１と平行な場合と比較して、横方向に光軸Ｌ１から離れる方向にズレると共に、縦方向にマイクロレンズ３５０に近づく方向にズレる。
【００８８】
［像高と主光線の結像点との間の関係例］
図８は、本発明の第１の実施の形態におけるマイクロレンズ３５０に入射する主光線の角度が異なる場合における主光線の結像点の一例を示す模式図である。
【００８９】
同図（ａ）には、第２イメージセンサ２００の受光面（受光面２０１）における位置が異なる場合における主光線の角度の一例が模式的に示されている。同図（ａ）では、射出瞳Ｅ１と、第２イメージセンサ２００の受光面を模式的に示す線（受光面２０１）と、受光面２０１における所定の位置（位置Ｆ１乃至Ｆ４）と、位置Ｆ１乃至Ｆ４に対する主光線（中心Ｃ１を通過する線）とが示されている。
【００９０】
位置Ｆ１は、射出瞳Ｅ１の光軸に平行な主光線（角度が０°）が通過する受光面２０１の位置である。位置Ｆ２は光軸に対して約５°斜めな主光線が通過する位置であり、位置Ｆ３は光軸に対して約１０°斜めな主光線が通過する位置であり、位置Ｆ４は光軸に対して約１５°斜めな主光線が通過する位置である。
【００９１】
この位置Ｆ１乃至Ｆ４に配置されるマイクロレンズ３５０の主光線の結像点について、同図（ｂ）を参照して説明する。
【００９２】
同図（ｂ）には、同図（ａ）において示した位置Ｆ１乃至Ｆ４における画素の主光線の結像点が模式的に示されている。同図（ｂ）では、位置Ｆ１に配置される画素のマイクロレンズ３５０による集光線の結像点の上下方向（Ｚ軸方向）の位置を示す線２０２と、線２０２に対する差を示す距離差Ｄ１１乃至Ｄ１３とが示されている。距離差Ｄ１１は位置Ｆ２における集光線結像点の位置と線２０２の位置との差を示し、距離差Ｄ１２は位置Ｆ３における集光線結像点の位置と線２０２の位置との差を示し、距離差Ｄ１３は位置Ｆ４における集光線結像点の位置と線２０２の位置との差を示している。
【００９３】
同図（ｂ）に示すように、光軸に対する主光線の角度が大きくなるほど、主光線の結像点はマイクロレンズに近くなる。すなわち、第２イメージセンサ２００において、像高が大きくなる（イメージセンサの中心から離れる）ほど、主光線の結像点の位置のマイクロレンズ３５０方向へのズレ量（Ｍ方向ズレ量）が大きくなる。
【００９４】
［像高と結像点のマイクロレンズ方向へのズレ量との関係例］
図９は、本発明の第１の実施の形態における第２イメージセンサ２００の像高と、各像高位置に配置される画素の主光線の結像点のマイクロレンズ３５０方向へのズレ量（Ｍ方向ズレ量）との関係を示すグラフである。
【００９５】
同図では、一例として、横方向（Ｘ軸方向）の大きさが２４ｍｍ（像高が最大１２ｍｍ）である第２イメージセンサ２００を想定する。また、マイクロレンズ３５０の曲率半径は４μｍであり、射出瞳と第２イメージセンサ２００との間の距離は約４５ｍｍであることを想定する。
【００９６】
同図には、横軸を第２イメージセンサ２００における横方向（Ｘ軸方向）の像高を示す軸とし、縦軸をＭ方向ズレ量を示す軸として、像高に応じた主光線の結像点のズレ量を示す結像点ズレ特性（結像点ズレ特性２８０）が示されている。
【００９７】
結像点ズレ特性２８０は、像高が０ｍｍ（第２イメージセンサ２００の中央）に配置される画素のマイクロレンズ３５０による主光線の結像点の位置を基準にして、各像高における結像点の位置のマイクロレンズ方向へのズレ量（Ｍ方向ズレ量）を示している。
【００９８】
結像点ズレ特性２８０に対するフィッティングにより導き出される関係式は、次の式１となる。
【００９９】
Ｄ＝５．５×Ｈ＋５．０×Ｈ２    ・・・式１
【０１００】
ここで、Ｄは、Ｍ方向ズレ量（ｎｍ）である。また、Ｈは、像高（ｍｍ）である。
【０１０１】
上述の式１に示すように、Ｍ方向ズレ量は像高に応じて大きくなる。
【０１０２】
［第２イメージセンサにおけるマイクロレンズと遮光層との関係例］
図１０は、本発明の第１の実施の形態における第２イメージセンサ２００におけるマイクロレンズ−遮光層間の距離と像高との関係を示す模式図である。なお、この図以降は、マイクロレンズ−遮光層間の距離を「Ｍ−Ｓ距離」と称し、Ｍ−Ｓ距離と像高との関係を「Ｍ−Ｓ距離関係」と称する。
【０１０３】
同図（ａ）には、位相差検出画素が配置されるライン（行）が複数の破線により模式的に示されている第２イメージセンサ２００が示されている。この第２イメージセンサ２００における横方向（Ｘ軸方向）のＭ−Ｓ距離関係を同図（ｂ）において示し、縦方向（Ｙ軸方向）のＭ−Ｓ距離関係を同図（ｃ）において示す。
【０１０４】
同図（ｂ）には、第２イメージセンサ２００におけるＸ軸方向のＭ−Ｓ距離関係が模式的に示されている。同図（ｂ）では、第２イメージセンサ２００におけるマイクロレンズ３５０の層の位置を示すマイクロレンズ位置３５９と、遮光層の位置を示す遮光層位置３６９とが示されている。また、同図（ｂ）には、第２イメージセンサ２００における３つの像高におけるＭ−Ｓ距離関係を示す間隔Ｓ１乃至間隔Ｓ３が示されている。
【０１０５】
第２イメージセンサ２００は、像高に応じた結像点の位置のズレに対応するため、遮光層の位置が像高に応じて高くなる（マイクロレンズに近づく）ように設計される。例えば、上述の式１の関係となるように、第２イメージセンサ２００における遮光層の位置が設計される。また、第２イメージセンサ２００は、マイクロレンズ位置３５９に示すように、各画素のマイクロレンズ３５０の位置が、Ｚ軸方向において全て同一となるように製造される。これらにより、Ｍ−Ｓ距離関係は、例えば、同図（ｂ）に示すように、Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３となる。
【０１０６】
ここで、Ｘ軸方向の大きさが２４ｍｍである第２イメージセンサ２００に上述の式１を適用する場合を想定する。この場合には、中心（像高０ｍｍ）に配置される位相差検出画素３１０の遮光層と、第２イメージセンサ２００のＸ軸方向の端（像高１２ｍｍ）に配置される位相差検出画素３１０の遮光層とのＺ軸方向の差は、８００ｎｍとなる。
【０１０７】
同図（ｃ）には、第２イメージセンサ２００におけるＹ軸方向のＭ−Ｓ距離関係が模式的に示されている。このように、Ｙ軸方向においても、遮光層の位置が像高に応じてマイクロレンズに近づくように第２イメージセンサ２００が設計される。これにより、Ｍ−Ｓ距離関係は、例えば、同図（ｃ）に示すように、Ｓ１１＞Ｓ１２＞Ｓ１３となる。
【０１０８】
［位相差検出画素における遮光層の位置例］
図１１は、本発明の第１の実施の形態における位相差検出画素３１０の遮光層の一例と、画像生成画素および位相差検出画素が両方設けられる従来のイメージセンサにおける位相差検出画素の遮光層の一例とが示されている。
【０１０９】
同図（ａ）には、画像生成画素および位相差検出画素が両方設けられる従来のイメージセンサの４つの位置における位相差検出画素と、その位相差検出画素のマイクロレンズによる主光線の結像点とが示されている。同図（ａ）では、イメージセンサの中央付近に配置される位相差検出画素が一番左に示され、イメージセンサの端（例えば、右端）付近に配置される位相差検出画素が一番右に示されている。また、イメージセンサの中央から端までの間の２つの位置における位相差検出画素が、配置順序に従って、左端の位相差検出画素と右端の位相差検出画素との間に示されている。また、同図（ａ）では、各位相差検出画素の構成として、遮光層３９１および３９２と、受光素子３９３と、マイクロレンズ３９４とが示されている。また、マイクロレンズ３９４それぞれに入射する主光線のうちマイクロレンズ３９４の左端および右端を通過する光線が、マイクロレンズ３９４から主光線の結像点までを通過する破線により示されている。そして、マイクロレンズ３９４それぞれに入射する主光線の結像点（主光線結像点Ｐ１１）が、破線が交差する位置に示されている。
【０１１０】
また、従来のイメージセンサにおいては、マイクロレンズが集光した光を画像生成画素の受光素子が漏れなく受光するため、受光素子に対するマイクロレンズの位置が、像高が大きくなるにつれてイメージセンサの中心側にズレる。同図（ａ）においては、画像生成画素と同様に、位相差検出画素におけるマイクロレンズの位置が像高に応じてイメージセンサの中心に向けてズレていることが示されている。
【０１１１】
同図（ａ）に示すように、従来のイメージセンサにおいて、マイクロレンズ−遮光層間の距離はイメージセンサにおける位相差検出画素の位置に係わらず一定である。このため、結像点Ｐ１１と遮光層との位置が像高に応じて変動してしまう。
【０１１２】
同図（ｂ）には、第２イメージセンサ２００の４つの位置における位相差検出画素３１０と、その位相差検出画素３１０に設けられるマイクロレンズ３５０による主光線の結像点とが示されている。同図（ｂ）では、同図（ａ）と対比するために、第２イメージセンサ２００の中央付近に配置される位相差検出画素３１０が左端に示され、第２イメージセンサ２００の端（例えば、右端）付近に配置される位相差検出画素３１０が右端に示されている。また、第２イメージセンサ２００の中央から端までの間の２つの位置における位相差検出画素３１０が、配置順序に従って、左端の位相差検出画素３１０と右端の位相差検出画素３１０との間に示されている。
【０１１３】
なお、同図（ｂ）において示す位相差検出画素３１０の各構成は、図５において示した位相差検出画素３１０と同様のものであるため、同一の符号を付してここでの説明を省略する。また、同図（ｂ）では、受光素子３７０と遮光層の間の層である距離調整層３８０が、各位相差検出画素３１０における距離調整層３８０の厚みを示す距離Ｄ３１乃至Ｄ３４と共に示されている。また、マイクロレンズ３５０それぞれに入射する主光線のうちマイクロレンズ３５０の左端および右端を通過する光線が、マイクロレンズ３５０から主光線の結像点までを通過する破線により示されている。この線は、図５において示した線Ｌ２および線Ｌ３に相当する。また、マイクロレンズ３９４に入射する主光線の結像点（主光線結像点Ｐ１２）が、破線が交差する位置に示されている。
【０１１４】
距離調整層３８０は、遮光層と受光素子との間の距離を調整する層である。この距離調整層３８０は、遮光層となる配線の層と受光素子との間における透明な層であり、第２イメージセンサ２００の中心から周囲に向けて徐々に厚くなる。例えば、距離調整層３８０は、図９において示した特性に応じて、遮光層の位置がマイクロレンズに像高に応じて近づくように設置される。すなわち、第２イメージセンサ２００の製造過程における受光素子と遮光層（配線の層）との間の透明層を作製する段階で、第２イメージセンサ２００の中心から周囲に向けてこの透明層が徐々に厚くなるように作製する。
【０１１５】
距離調整層３８０の作製方法として、例えば、真空薄膜成膜過程で作製する場合には、第２イメージセンサ２００の中心ほど膜厚（透明層の厚さ）が薄くなるように面内膜厚分布を遮光板等で調整することが考えられる。また、距離調整層３８０をスピンコート成膜過程で作製する場合には、第２イメージセンサ２００の中心ほど膜厚が薄くなるように回転速度を調整することが考えられる。このように透明層を作製することにより、従来のイメージセンサの製造過程に複雑な工程を追加すること無しに、遮光層と受光素子との間の距離を像高の増加に応じて長くすることができる。
【０１１６】
そして、遮光層を作製した後の透明層を作製する段階において、作製している透明層の表面（Ｚ軸方向のマイクロレンズ側）が平坦となるように透明層を作製する。これにより、同図（ｂ）に示すように、それぞれの画素のマイクロレンズ３５０は、同一平面上に配置される。すなわち、第２イメージセンサ２００における各画素のマイクロレンズ−受光素子間の距離は略一定となる。
【０１１７】
このように、第２イメージセンサ２００においては、マイクロレンズ−遮光層間の距離は、主光線の結像点の位置に応じて変動する。すなわち、遮光層は、マイクロレンズの光軸方向におけるマイクロレンズとの距離が像高の増加に応じて短くなるように配置される。このため、主光線結像点Ｐ１２の位置は、像高に係わらず、常に遮光層の高さとなる。
【０１１８】
また、同図（ｂ）に示すように、位相差検出画素３１０におけるマイクロレンズ３５０の受光素子３７０に対する位置は、主光線の結像点の位置が遮光層３６２の受光素子側の端付近になるように、第２イメージセンサ２００の中心側にズレる。例えば、同図（ｂ）に示すように、第２イメージセンサ２００の中心に配置される位相差検出画素３１０（図における一番左の画素）は、マイクロレンズ３５０と受光素子３７０との中心が一致する。また、左から２番目の位相差検出画素３１０から右端の位相差検出画素３１０までは、主光線の結像点の位置が遮光層３６２の受光素子側の端付近になるように、像高に応じて第２イメージセンサ２００の中心に向けてマイクロレンズ３５０の位置がズレる。このため、主光線結像点Ｐ１２の位置は、像高に係わらず、常に遮光層の受光素子側の端付近になる。
【０１１９】
［第２イメージセンサの端付近の位相差検出画素における入射光例］
図１２は、本発明の第１の実施の形態における第２イメージセンサ２００の端付近に配置される位相差検出画素３１０の入射光の一例と、従来のイメージセンサの端付近に配置される位相差検出画素の入射光の一例とが示されている。
【０１２０】
同図（ａ）には、従来のイメージセンサの端付近に配置される位相差検出画素の入射光の一例が示されている。ここで、同図（ａ）では、マイクロレンズと遮光層との間の距離は、イメージセンサの中心にある位相差検出画素において主光線の結像点と遮光層の受光素子側の端付近とが略一致する距離であることを想定する。
【０１２１】
同図（ａ）では、従来のイメージセンサの端付近に配置される位相差検出画素（位相差検出画素３９０）の断面構成が、この位相差検出画素３９０に入射する被写体光と共に示されている。また、この断面構成には、射出瞳から入射する被写体光と、この被写体光のうちの主光線の結像点（主光線結像点Ｐ２１）と、受光素子と遮光層との間の距離（Ｐ−Ｓ距離Ｄ４１）とが示されている。また、マイクロレンズと遮光層との間の距離（Ｍ−Ｓ距離Ｄ４３）と、受光素子と主光線の結像点との間の距離（Ｐ−Ｉ距離Ｄ４２）とが示されている。
【０１２２】
従来のイメージセンサにおいては、Ｐ−Ｓ距離Ｄ４１およびＳ−Ｍ距離Ｄ４３は、イメージセンサにおける全ての位相差検出画素において同じ距離である。このため、イメージセンサの中心にある位相差検出画素において結像点と遮光層の高さを略一致させた場合には、イメージセンサの端付近にある位相差検出画素では、遮光層とマイクロレンズとの間に結像点がズレてしまう。
【０１２３】
これにより、射出瞳の左半分を通過した被写体光は、遮光層３９２において完全に遮光されず、一部が受光素子３９３により受光される。同図（ａ）では、射出瞳の左半分を通過した被写体光のうち遮光されずに受光素子３９３により受光された被写体光を、大きなドットが付された領域（領域Ｒ２１）により示している。
【０１２４】
一方、射出瞳の右半分を通過した被写体光は、遮光層３９１と遮光層３９２との間の開口部分を全ての光が通過できず、一部が遮光層３９２により遮光されてしまう。同図（ａ）では、射出瞳の右半分を通過した被写体光のうち遮光層３９２により遮光された被写体光を、黒地に白いドットを付した領域（領域Ｒ２２）により示している。
【０１２５】
このように、従来のイメージセンサにおいては、位相差検出画素による被写体光の分割の度合いが、イメージセンサにおける位相差検出画素の位置に応じて異なってしまう。このため、正確に被写体光を半分に分離できない位相差検出画素がイメージセンサに配置されていることにより、位相差特性のバラつきが発生して位相差検出の精度が悪くなる。
【０１２６】
同図（ｂ）には、第２イメージセンサ２００の端付近に配置される位相差検出画素３１０の断面構成が示されている。また、この断面構成には、射出瞳から入射する被写体光と、この被写体光のうちの主光線の結像点（主光線結像点Ｐ２２）と、受光素子と遮光層との間の距離（Ｐ−Ｓ距離Ｄ４４）と、マイクロレンズと遮光層との間の距離（Ｍ−Ｓ距離Ｄ４５）とが示されている。
【０１２７】
第２イメージセンサ２００においては、位相差検出画素３１０の結像点のズレに応じて距離調整層３８０の厚さが変わることにより、Ｐ−Ｓ距離Ｄ４４およびＭ−Ｓ距離Ｄ４５が調整される。このため、第２イメージセンサ２００における全ての位相差検出画素３１０において、射出瞳の左半分を通過した被写体光が遮光層３６２により完全に遮光され、射出瞳の右半分を通過した被写体光が受光素子３７０に全て受光される。
【０１２８】
［第２イメージセンサの端付近の画像生成画素における入射光例］
図１３は、本発明の第１の実施の形態における第２イメージセンサ２００の端付近に配置される画像生成画素２９０の入射光の一例が示されている。
【０１２９】
第２イメージセンサ２００においては、位相差検出画素３１０および画像生成画素２９０に配置されるマイクロレンズ３５０は同一のものである。画像生成画素２９０においては、主光線の結像点が受光素子３７０の手前（Ｚ軸においてマイクロレンズ３５０側）になるものの、マイクロレンズ３５０が集光した被写体光を受光素子３７０が全て受光する。
【０１３０】
なお、ここまでは、位相差検出画素３１０および画像生成画素２９０について説明したが、位相差検出画素３２０に関しても同様である。位相差検出画素３２０においては、遮光層３６１が位相差検出画素３１０の左端から受光素子３７０の中心付近までを遮光し、遮光層３６２が受光素子３７０の右端付近のみを遮光している。すなわち、位相差検出画素３２０は、距離調整層３８０の厚さが変わることにより、射出瞳の右半分を通過した被写体光が遮光層３６１により完全に遮光され、射出瞳の左半分を通過した被写体光が受光素子３７０に全て受光される。
【０１３１】
［第２イメージセンサにおける像高と瞳分割との間の関係例］
図１４は、本発明の第１の実施の形態における第２イメージセンサ２００における像高と瞳分割との間の関係を示す模式図である。
【０１３２】
同図には、射出瞳Ｅ１と、第２イメージセンサ２００とが示されている。また、第２イメージセンサ２００には第２イメージセンサ２００における所定の位置（位置Ｆ１１乃至Ｆ１５）が示されている。そして、それぞれの位置からは、位置Ｆ１１乃至Ｆ１４の位相差検出画素がそれぞれ分割する領域の境界を示す線（中心Ｃ１を通過する線）が記されている。また、射出瞳Ｅ１には、射出瞳Ｅ１の左半分の領域（領域Ｒ１）と、射出瞳Ｅ１の右半分の領域（領域Ｒ２）とが示されている。
【０１３３】
第２イメージセンサ２００の全ての位相差検出画素において主光線の結像点と遮光層の受光素子側の端付近とが略一致することにより、同図に示すように、射出瞳を２等分する瞳分割を、全ての位相差検出画素が行うことができる。
【０１３４】
このように、本発明の第１の実施では、射出瞳を２等分する瞳分割を全ての位相差検出画素において行わせることにより、撮像素子における位相差検出画素の位相差特性のバラつきを軽減し、位相差特性を均一化させることができる。
【０１３５】
＜２．第２の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態では、透明層（距離調整層３８０）の厚さを調整することにより、マイクロレンズと遮光層との距離を像高に応じて変える例について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、主光線の結像点と遮光層の受光素子側の端付近とが略一致するように、マイクロレンズと遮光層との間の距離（Ｍ−Ｓ距離）を像高に応じて変えるものであればよい。
【０１３６】
そこで、本発明の第２の実施の形態では、像高に応じて厚さが変わる距離調整層を受光素子を形成する前の段階で形成する例について、図１４を参照して説明する。
【０１３７】
［位相差検出画素における遮光層の位置例］
図１５は、本発明の第２の実施の形態における距離調整層の一例を示す模式図である。
【０１３８】
同図には、本発明の第２の実施の第２イメージセンサの４つの位置における位相差検出画素３１０と、その位相差検出画素３１０に設けられるマイクロレンズ３５０による主光線の結像点とが示されている。なお、同図において示す位相差検出画素３１０は、図１１（ｂ）において示した位相差検出画素３１０にそれぞれ対応する。
【０１３９】
図１５では、図１１（ｂ）において示した距離調整層３８０の代わりに、第２イメージセンサ２００における受光素子３７０のＺ軸方向（上下方向）の位置を調整する距離調整層７８０が示されている。
【０１４０】
図１５に示すように、距離調整層７８０を設けることにより、受光素子および遮光層の高さが像高に応じて変動する。また、本発明の第２の実施の形態において、受光素子と遮光層との間の距離は、像高に係わらず、画素ごとに略一定とされる。また、本発明の第２の実施の形態において、それぞれの画素のマイクロレンズ３５０は、同一平面上に配置される。これらのため、本発明の第２の実施の形態では、本発明の第１の実施の形態と同様に、マイクロレンズの光軸方向における遮光層とマイクロレンズとの間の距離が、像高の増加に応じて短くなる。すなわち、本発明の第２の実施の形態によれば、本発明の第１の実施の形態と同様に、撮像素子における位相差検出画素の位相差特性を均一化させることができる。また、本発明の第２の実施の形態によれば、マイクロレンズ３５０と受光素子３７０との間の距離が、本発明の第１の実施の形態と比較して短くなることにより、集光した光のロスを軽減させることができる。
【０１４１】
＜３．第３の実施の形態＞
本発明の第１および第２の実施の形態では、第２イメージセンサ２００における遮光層の位置がマイクロレンズ側に像高に応じて遷移する例について説明した。しかしながら、マイクロレンズと遮光層との間の距離（Ｍ−Ｓ距離）を像高に応じて変えることは、第２イメージセンサ２００におけるマイクロレンズの位置を調整することによっても可能である。
【０１４２】
そこで、本発明の第３の実施の形態では、受光素子に対するマイクロレンズの高さが像高に応じて低くなる距離調整層を作製する例について、図１６乃至図１７を参照して説明する。
【０１４３】
［位相差検出画素における受光素子とマイクロレンズとの関係例］
図１６は、本発明の第３の実施の形態の位相差検出画素における受光素子とマイクロレンズとの間の距離関係の一例を示す模式図である。
【０１４４】
同図には、本発明の第３の実施の第２イメージセンサ８００の４つの位置における位相差検出画素３１０と、その位相差検出画素３１０に設けられるマイクロレンズ３５０による主光線の結像点とが示されている。なお、同図において示す位相差検出画素３１０は、図１１（ｂ）および図１５において示した位相差検出画素３１０にそれぞれ対応する。
【０１４５】
図１６では、図１１（ｂ）において示した距離調整層３８０の代わりに、第２イメージセンサ２００における各画素のマイクロレンズのＺ軸方向（上下方向）の位置を調整する距離調整層８８０が示されている。この距離調整層８８０は、この層の厚みをマイクロレンズ−遮光層間に付加することにより結像点の位置を調整する。このため、距離調整層８８０は、距離調整層３８０および距離調整層７８０とは逆に、第２イメージセンサ８００の周囲から中心に向けてこの透明層（距離調整層８８０）が徐々に厚くなるように作製される。
【０１４６】
すなわち、図１６に示すように、距離調整層８８０を設けることにより、マイクロレンズの高さが像高に応じて変動する。一方、本発明の第３の実施の形態において、それぞれの画素の受光素子３７０は、同一平面上に配置される。また、本発明の第３の実施の形態において、受光素子と遮光層との間の距離は、像高に係わらず、画素ごとに略一定とされる。これらのため、本発明の第３の実施の形態では、本発明の第１の実施の形態と同様に、遮光層とマイクロレンズとの間の距離が、像高の増加に応じて短くなる。
【０１４７】
［第２イメージセンサにおけるマイクロレンズと遮光層との関係例］
図１７は、本発明の第３の実施における第２イメージセンサ８００におけるマイクロレンズ−遮光層間の距離と像高との関係を示す模式図である。同図は、図１０に対応する図である。図１７では、図１０におけるマイクロレンズ位置３５９および遮光層位置３６９に代えて、マイクロレンズ位置８２０および遮光層位置８３０が示されている。
【０１４８】
図１７では、図１０との違いについて説明する。同図において示す本発明の第３の実施の形態では、距離調整層８８０はマイクロレンズ自体のマイクロレンズ−遮光層間の距離（Ｍ−Ｓ距離）を調整する。すなわち、受光素子および遮光層は、平坦な層の上に形成される。これにより、遮光層３６１および３６２のＺ軸方向の位置は、遮光層位置８３０に示すように、像高に係わらずに、略一定となる。
【０１４９】
一方、マイクロレンズ３５０の位置は、マイクロレンズ位置８２０に示すように、第２イメージセンサ８００の中心から端に向かうにつれて遮光層位置８３０に近づくような位置になる。これらにより、Ｘ軸方向のＭ−Ｓ距離関係は、同図（ｂ）に示すようにＳ４１＞Ｓ４２＞Ｓ４３となる。同様に、Ｙ軸方向のＭ−Ｓ距離関係は、同図（ｃ）に示すようにＳ５１＞Ｓ５２＞Ｓ５３となる。
【０１５０】
このように、本発明の第３の実施の形態では、各画素の遮光層のＺ軸方向の位置を均一にして、マイクロレンズの位置を調整することにより、本発明の第１の実施の形態と同様に、撮像素子における位相差特性を均一化させることができる。
【０１５１】
このように、本発明の実施の形態によれば、撮像素子における位相差特性を均一化させることができる。
【０１５２】
なお、本発明の実施の形態では、位相差検出画素および画像生成画素を両方備える第２イメージセンサの例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、位相差検出画素のみのイメージセンサであっても同様に適用できる。
【０１５３】
また本発明の実施の形態では、画像生成画素が配置される行と位相差検出画素が配置される行とが交互になる第２イメージセンサ２００の例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、位相差検出画素が点在しているようなイメージセンサであっても同様に適用できる。また、第２イメージセンサ２００のＸ軸方向に瞳分割する位相差検出画素のみが配置される第２イメージセンサ２００の例について説明したが、これに限定されるものではない。位相差検出画素については種々の配置例が考えられ、例えば、Ｘ軸方向に瞳分割する位相差検出画素とＹ軸方向に瞳分割する位相差検出画素とが混在する場合なども考えられる。
【０１５４】
なお、本発明の実施の形態では、一眼レフカメラの例について説明したが、位相差検出画素が配置される撮像素子を備える他の装置に、本発明の実施の形態を適用することができる。例えば、一眼レフカメラの他に、デジタルスチルカメラの一眼レフカメラやコンパクトデジタルカメラなどにおいても適用できる。
【０１５５】
なお、本発明の実施の形態は本発明を具現化するための一例を示したものであり、本発明の実施の形態において明示したように、本発明の実施の形態における事項と、特許請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、特許請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本発明の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本発明は実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。
【０１５６】
また、本発明の実施の形態において説明した処理手順は、これら一連の手順を有する方法として捉えてもよく、また、これら一連の手順をコンピュータに実行させるためのプログラム乃至そのプログラムを記憶する記録媒体として捉えてもよい。この記録媒体として、例えば、ＣＤ（Compact Disc）、ＭＤ（MiniDisc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、メモリカード、ブルーレイディスク（Blu-ray Disc（登録商標））等を用いることができる。
【符号の説明】
【０１５７】
１００  撮像装置
１１０  レンズ部
１１１  ズームレンズ
１１２  絞り
１１３  フォーカスレンズ
１２０  操作受付部
１３０  制御部
１４０  第１イメージセンサ
１５０  第１信号処理部
１６０  ペリクルミラー
１７０  第２信号処理部
１８１  記憶部
１８２  表示部
１８３  合焦判定部
１８４  駆動部
２００  第２イメージセンサ
３１０  位相差検出画素
３５０  マイクロレンズ
３６１  遮光層
３６２  遮光層
３７０  受光素子
３８０  距離調整層
【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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