(57)【要約】【課題】焦点検出画素の位置での撮像画素値の補間を不要とするとともに、個々の画素が撮像領域で占める面積の増大を回避することができ、撮像画像の画質を良好に保持しつつ、位相差方式の自動焦点合わせにより高速で焦点合わせを行うことができる固体撮像素子を実現する。【解決手段】固体撮像素子において、撮像領域１１０に配列され、入射光の光電変換により得られた光電変換信号を撮像信号として出力する複数の撮像画素１０と、該撮像領域に配列され、該入射光の光電変換により得られる画素信号を焦点検出信号として出力する複数の焦点検出画素２０ａ、２０ｂとを備え、該撮像画素１０は、隣接させて複数配列したとき隣接する撮像画素の間に隙間が生ずる平面形状を有し、該焦点検出画素２０ａ、２０ｂは、該隣接する撮像画素１０の隙間に配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光の光電変換により被写体の撮像を行う撮像領域を有する固体撮像素子であって、
該撮像領域に配列され、入射光の光電変換により得られた光電変換信号を撮像信号として出力する複数の撮像画素と、
該撮像領域に配列され、該入射光の光電変換により得られる光電変換信号を焦点検出信号として出力する複数の焦点検出画素とを備え、
該撮像画素は、隣接させて複数配列したとき隣接する撮像画素の間に隙間が生ずる平面形状を有し、
該焦点検出画素は、該隣接する撮像画素の隙間に配置されている、固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像素子において、
前記焦点検出画素は、前記撮像領域に形成された光電変換領域と、該光電変換領域上に形成され、該光電変換領域に前記入射光を集光させるマイクロレンズとを有する、固体撮像素子。
【請求項３】
請求項２に記載の固体撮像素子において、
前記複数の焦点検出画素は、前記マイクロレンズに対する前記光電変換領域の配置の異なる複数のタイプの焦点検出画素を含む、固体撮像素子。
【請求項４】
請求項３に記載の固体撮像素子において、
前記複数の焦点検出画素は、
前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の水平方向の一方側にずれている第１のタイプの焦点検出画素と、
前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の水平方向の他方側にずれている第２のタイプの焦点検出画素とを含み、
該第１のタイプの焦点検出画素と該第２のタイプの焦点検出画素とが、前記撮像領域の水平方向に沿って交互に配置されている、固体撮像素子。
【請求項５】
請求項４に記載の固体撮像素子において、
前記第１のタイプの焦点検出画素で得られる焦点検出信号と、前記第２のタイプの焦点検出画素で得られる焦点検出信号とは、前記入射光を前記撮像領域に導く光学系の瞳を水平方向に２分割して得られる各瞳に対応する画像を形成する画像信号として用いられる、固体撮像素子。
【請求項６】
請求項３に記載の固体撮像素子において、
前記複数の焦点検出画素は、
前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の垂直方向の一方側にずれている第３のタイプの焦点検出画素と、
前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の垂直方向の他方側にずれている第４のタイプの焦点検出画素とを含み、
該第３のタイプの焦点検出画素と該第４のタイプの焦点検出画素とが、前記撮像領域の垂直方向に沿って交互に配置されている、固体撮像素子。
【請求項７】
請求項６に記載の固体撮像素子において、
前記第３のタイプの焦点検出画素で得られる焦点検出信号と、前記第４のタイプの焦点検出画素で得られる焦点検出信号とは、前記入射光を前記撮像領域に導く光学系の瞳を垂直方向に２分割して得られる各瞳に対応する画像を形成する画像信号として用いられる、固体撮像素子。
【請求項８】
請求項３に記載の固体撮像素子において、
前記複数の焦点検出画素は、
前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の水平方向の一方側にずれている第１のタイプの焦点検出画素と、
前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の水平方向の他方側にずれている第２のタイプの焦点検出画素と、
前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の垂直方向の一方側にずれている第３のタイプの焦点検出画素と、
前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の垂直方向の他方側にずれている第４のタイプの焦点検出画素とを含み、
第１の焦点検出画素列、第２の焦点検出画素列、及び、第３の焦点検出画素列の２つが繰り返し水平方向に沿って配置されており、
該第１の焦点検出画素列は、該第１のタイプの焦点検出画素を垂直方向に配列してなる画素列であり、
該第２の焦点検出画素列は、該第２のタイプの焦点検出画素を垂直方向に配列してなる画素列であり、
該第３の焦点検出画素列は、該第３のタイプの焦点検出画素と該第４のタイプの焦点検出画素とを該撮像領域の垂直方向に沿って交互に配置してなる画素列である、固体撮像素子。
【請求項９】
請求項３に記載の固体撮像素子において、
前記複数の焦点検出画素は、
前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の水平方向の一方側にずれている第１のタイプの焦点検出画素と、
前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の水平方向の他方側にずれている第２のタイプの焦点検出画素と、
前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の垂直方向の一方側にずれている第３のタイプの焦点検出画素と、
前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の垂直方向の他方側にずれている第４のタイプの焦点検出画素とを含み、
第４及び第５の焦点検出画素列が交互に水平方向に沿って配置されており、
該第４の焦点検出画素列は、該第３のタイプの焦点検出画素、該第４のタイプの焦点検出画素、該第１のタイプの焦点検出画素の２つを繰り返し垂直方向に配列してなる画素列であり、
該第５の焦点検出画素列は、該第３のタイプの焦点検出画素、該第４のタイプの焦点検出画素、該第２のタイプの焦点検出画素の２つを繰り返し垂直方向に配列してなる画素列である、固体撮像素子。
【請求項１０】
請求項３に記載の固体撮像素子において、
前記複数の焦点検出画素は、
前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の水平方向の一方側にずれている第１のタイプの焦点検出画素と、
前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の水平方向の他方側にずれている第２のタイプの焦点検出画素と、
前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の垂直方向の一方側にずれている第３のタイプの焦点検出画素と、
前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の垂直方向の他方側にずれている第４のタイプの焦点検出画素とを含み、
第６から第９の焦点検出画素列が繰り返し水平方向に沿って配置されており、
該第６の焦点検出画素列は、該第１のタイプの焦点検出画素、該第３のタイプの焦点検出画素、該第１のタイプの焦点検出画素及び該第４のタイプの焦点検出画素を繰り返し垂直方向に配列してなる画素列であり、
該第７の焦点検出画素列は、該第３のタイプの焦点検出画素、該第１のタイプの焦点検出画素、該第４のタイプの焦点検出画素及び該第１のタイプの焦点検出画素を繰り返し垂直方向に配列してなる画素列であり、
該第８の焦点検出画素列は、該第２のタイプの焦点検出画素、該第３のタイプの焦点検出画素、該第２のタイプの焦点検出画素及び該第４のタイプの焦点検出画素を繰り返し垂直方向に配列してなる画素列であり、
該第９の焦点検出画素列は、該第３のタイプの焦点検出画素、該第２のタイプの焦点検出画素、該第４のタイプの焦点検出画素及び該第２のタイプの焦点検出画素を繰り返し垂直方向に配列してなる画素列である、固体撮像素子。
【請求項１１】
被写体の撮像を行う撮像部を備えた電子情報機器であって、
該撮像部は、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の固体撮像素子である電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子および電子情報機器に関し、特に、瞳分割位相差検出方式で撮像光学系の焦点を自動で合わせるのに用いる焦点検出画素を含む固体撮像素子およびこのような固体撮像素子を搭載した電子情報機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のカメラでは自動焦点合わせ機能が欠かせないものとなっており、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像素子を搭載したデジタルカメラで用いられている自動焦点合わせ方式には、主に、位相差検出法とコントラスト検出法の２つの方式がある。
【０００３】
コントラスト検出法は、撮像素子に映った映像をもとに、焦点レンズを動かしながら明暗差（コントラスト）が大きなところを探してピントを合わせる方式であり、一方、位相差検出法は、撮像光学系からの入射光を２分割して焦点検出専用センサへ導き、結像した２つの画像の特徴点の間隔から、焦点を合わせるための焦点レンズの移動方向と移動量を判断する方式である。
【０００４】
位相差検出法は、コントラスト検出法のように焦点レンズを動かしながら焦点を探る必要がないので、コントラスト検出法に比べると、高速に焦点合わせを行うことができるという利点がある。
【０００５】
以下、位相差検出法について簡単に説明する。
【０００６】
図６は、位相差検出法を説明する図であり、結像面に対するピントの位置と、２分割した入射光により得られる一対の画像（以下、焦点検出画像ともいう。）の特徴点の間隔との関係を、ピントの位置が異なる場合（図６（ａ）〜図６（ｃ））について示している。
【０００７】
この光学系では、図６（ｂ）に示すように、ピントの位置Ｆｐが結像面Ｉｐ上に位置している状態（合焦状態）では、物体（被写体）ＯＢの画像情報（入射光）Ｌが集光レンズＦＬにより集光されて、該物体の画像が結像面Ｉｐ上に結像する。また、この入射光Ｌは分離レンズＤＬａ及びＤＬｂにより分離されて、ラインセンサＩｓ上に２つの焦点検出画像を形成する。このとき、ラインセンサＩｓで検出される、結像した２つの焦点検出画像の特徴点の間隔は、図６（ｂ）に示すように適正な間隔ＤＦｍとなっている。
【０００８】
なお、合焦状態での焦点検出画像の特徴点の間隔ＤＦｍは、位相差検出法を用いた自動焦点合わせシステムに固有の値として設計段階で決まるものであり、この間隔ＤＦｍはラインセンサＩｓからの画像信号を処理する信号処理部Ｄｐのメモリ（ＲＯＭなど）に格納されている。
【０００９】
一方、図６（ａ）に示すように、ピントの位置Ｆｐが結像面Ｉｐの前方に位置している状態（前ピン状態）では、分離レンズＤＬａ及びＤＬｂにより分離された入射光ＬがラインセンサＩｓ上に形成する２つの焦点検出画像の特徴点の間隔は、図６（ａ）に示すように、適正な間隔ＤＦｍより狭い間隔ＤＦｆとなり、図６（ｃ）に示すように、ピントの位置Ｆｐが結像面Ｉｐの後方に位置している状態（後ピン状態）では、分離レンズＤＬａ及びＤＬｂにより分離された入射光ＬがラインセンサＩｓ上に形成する２つの焦点検出画像の特徴点の間隔は、図６（ｃ）に示すように、適正な間隔ＤＦｍより広い間隔ＤＦｂとなる。
【００１０】
従って、位相差検出法では、合焦状態での各分離レンズＤＬａ、ＤＬｂにより形成される２つの焦点検出画像の特徴点の適正な間隔ＤＦｍを基準に、ラインセンサで検出された間隔が適正な間隔ＤＦｍより狭くなっていれば前ピン状態、広ければ後ピン状態と判断し、どの方向にどれだけ集光レンズＦＬを移動すれば合焦するかを瞬時に演算して集光レンズが駆動されることとなり、高速でピント合わせを行うことができる。
【００１１】
なお、図６中、Ｆｆ，Ｆｍ、Ｆｂは、それぞれ前ピン状態、合焦状態、後ピン状態における焦点レンズＦＬの光軸Ｌａｘ上での位置を示している。また、Ｌｘは、ラインセンサＩｓにより検出される光強度の一次元の分布を示しており、一例として、ラインセンサＩｓ上に各分離レンズにより形成される２つの焦点検出画像の特徴点の像の位置では、光強度がピークとなることを示している。
【００１２】
このような位相差検出法を用いた撮像装置として特許文献１に開示のものがある。
【００１３】
この特許文献１に開示の撮像装置は、光学系の結像面Ｉｐに被写体の撮像を行う固体撮像素子を配置し、さらに、この固体撮像素子を、撮像を行うための画素（以下、撮像画素という。）に加えて、焦点位置を検出するためのラインセンサを構成する画素（以下、焦点検出画素という。）を含む構成としたものである。
【００１４】
図７〜図９は、この特許文献１に開示の撮像装置を説明する図であり、図７（ａ）は、この撮像装置の概略構成を示し、図７（ｂ）はこの撮像装置に用いられている固体撮像素子における画素の配列を示し、図８は、撮像画素の構成を示し、図９（ａ）〜図９（ｄ）は、各種の焦点検出画素の構成を示している。
【００１５】
この特許文献１に開示の固体撮像素子２００は、撮像領域２００ａに配置され、被写体の撮像を行う複数の撮像画素２１０と、該撮像領域２００ａに配置され、被写体の焦点位置を検出するための複数の焦点検出画素２１３、２１４、２１５、２１６とを有している。
【００１６】
つまり、この固体撮像素子２００では、撮像領域２００ａの一部に垂直方向に沿って焦点検出画素２１３及び２１４が交互に配列されており、この垂直方向の焦点検出画素の配列と直交するよう、水平方向に沿って焦点検出画素２１５及び２１６が交互に配列されている。
【００１７】
ここで、撮像画素２１０は、図８に示すように、矩形のマイクロレンズ２０、遮光マスク（図示せず）で受光領域を正方形に制限された光電変換部２、および色フィルタ（図示せず）とを有している。色フィルタは赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３種類からなり、それぞれの分光感度特性を有している。固体撮像素子２００の撮像領域２００ａには、各色フィルタを備えた撮像画素２１０がベイヤー配列を形成するよう配置されている。
【００１８】
また、焦点検出画素２１３、２１４、２１５、２１６には全ての色に対して焦点検出を行うために全ての可視光を透過する白色フィルタが設けられている。
【００１９】
焦点検出画素２１３は、図９(ａ)に示すように、矩形のマイクロレンズ２０と、遮光マスク（図示せず）により受光領域の下半分を遮光した構造の光電変換部３と、白色フィルタ（図示せず）とを有している。
【００２０】
また、焦点検出画素２１４は、図９(ｂ)に示すように、矩形のマイクロレンズ２０と、遮光マスクにより受光領域の上半分を遮光した構造の光電変換部４と、白色フィルタ（図示せず）とを有している。
【００２１】
焦点検出画素２１５は、図９(ｃ)に示すように、矩形のマイクロレンズ２０と、遮光マスクにより受光領域の右半分を遮光した構造の光電変換部５と、白色フィルタ（図示せず）とを有している。
【００２２】
また、焦点検出画素２１６は、図９(ｄ)に示すように、矩形のマイクロレンズ２０と、遮光マスクにより受光領域の左を遮光した構造の光電変換部６と、白色フィルタ（図示せず）とを有している。
【００２３】
この特許文献１に開示の固体撮像素子２００は、図６に示す一対の分割レンズＤＬａ及びＤＬｂを用いる代わりに、撮像領域２００ａの所定の部分に、焦点検出画素として、光電変換領域の位置が画素の占める領域の左右に偏ったものを交互に水平方向に配列し、また、光電変換領域の位置が画素の占める領域の上下に偏ったものを交互に垂直方向に配列することにより、分割した入射光により得られる２つの焦点検出画像の特徴点の画像を検出する水平方向及び垂直方向のラインセンサを構成している。
【００２４】
また、特許文献２には、撮像装置において、固体撮像素子を構成するすべての画素を、撮像画素及び焦点検出画素として兼用するようにしたものが開示されている。
【００２５】
図１０は、この特許文献２に開示の撮像装置を構成する固体撮像素子を説明する図であり、固体撮像素子における画素の配列を示している。
【００２６】
この特許文献２に開示の固体撮像素子３００では、第１から第４の４タイプの画素３１１〜３１４を用い、第１の画素３１１と第２の画素３１２とを水平方向に交互に配列した第１の画素列３１０ａと、第３の画素３１３と第４の画素３１４とを水平方向に交互に配列した第２の画素列３１０ｂとが、垂直方向に交互に配置されている。
【００２７】
第１の画素３１１はマイクロレンズ３０と一対の光電変換部３２，３３を備えている。各光電変換部３２，３３は平面半円形状をしており、マイクロレンズ３０の光軸（中心）に対して左右対称に配置される。一方の光電変換部３２には緑色のフィルタ（Ｇ）が設けられ、他方の光電変換部３３には赤色のフィルタ（Ｒ）が設けられている。第２の画素３１２も、上述した画素３１１と同様にマイクロレンズ３０と一対の光電変換部３２，３３を備えているが、光電変換部３２，３３の配置が画素３１１における配置と逆になっている。
【００２８】
画素３１３も画素３１１と同様な構造となっており、マイクロレンズ３０と一対の光電変換部３４，３５を備えている。そして、各光電変換部３４，３５は半円形状をしており、マイクロレンズ３０の光軸（中心）に対して左右対称に配置される。一方の光電変換部３４には緑色のフィルタ（Ｇ）が設けられ、他方の光電変換部３５には青色のフィルタ（Ｂ）が設けられている。画素３１４も、画素３１３と同様にマイクロレンズ３０と一対の光電変換部３４，３５を備えているが、光電変換部３４，３５の配置が画素３１３における配置と逆になっている。
【００２９】
このような構成の固体撮像素子３００では、第１、第２の画素列３１０ａ、３１０ｂにて水平方向に並ぶ、緑色のフィルタ（Ｇ）が設けられた光電変換部３２、３４により水平方向のラインセンサが形成され、また、第１の画素列３１０ａにて水平方向に並ぶ赤色のフィルタ（Ｒ）が配置された光電変換部３３により、第２の画素列３１０ｂにて水平方向に並ぶ青色のフィルタ（Ｂ）が配置された光電変換部３５により水平方向のラインセンサが形成されることとなり、それぞれラインセンサは、各色に対して、特許文献１に開示の固体撮像素子における焦点検出用の水平方向のラインセンサと同等な機能を有することとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３０】
【特許文献１】特開２０１１−３３９７５号公報
【特許文献２】特開２００７−３１７９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
以上説明したように、上記特許文献１及び２では、瞳分割方式の位相差ＡＦ法（位相差検出法）を用いた撮像装置が開示されており、これらの特許文献では、焦点検出画素として、光電変換部を焦点検出画素の中心に対して逆方向にずらした一対の画素を、光電変換部をずらした方向に沿って交互に配列することで、瞳分割方式の位相差ＡＦ法により焦点位置を検出するラインセンサを構成している。
【００３２】
しかしながら、特許文献１では、固体撮像素子は、撮像領域における撮像画素列の一部を焦点検出画素列に置き換えた構成となっているため、撮像領域における焦点検出画素の位置に対応する撮像画素値は、周辺の撮像画素の画素値から補間して生成する必要がある。
【００３３】
また、特許文献２では、固体撮像素子を構成するすべての画素を、撮像画素と焦点検出画素とで兼用しているため、焦点検出画素の位置での撮像画素値を、周辺の撮像画素の画素値で補間する必要はないが、１つの画素内で光電変換部を２分割しているため、分割した光電変換部を電気的に分離するためのスペースが必要となり、１つの画素の占める面積が増大するという問題がある。
【００３４】
また、特許文献２に開示の固体撮像素子のように、マイクロレンズの平面形状を、フレアの影響が小さくなるよう円形形状としたものでは、画素配列における隣接するマイクロレンズ間に隙間ができ、この隙間に入射する光が使用できないため、入射光の利用効率が低いという問題もある。
【００３５】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、焦点検出に用いる焦点検出画素を、撮像に用いる撮像画素の配置に影響を与えることなく撮像領域に配置することができ、これにより、焦点検出画素の位置での撮像画素値の補間を不要とするとともに、個々の画素が撮像領域で占める面積の増大を回避することができ、撮像画像の画質を良好に保持しつつ、位相差方式により高速で自動焦点合わせを行うことができる固体撮像素子及びこのような固体撮像素子を備えた電子情報機器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
本発明に係る固体撮像素子は、入射光の光電変換により被写体の撮像を行う撮像領域を有する固体撮像素子であって、該撮像領域に配列され、入射光の光電変換により得られた光電変換信号を撮像信号として出力する複数の撮像画素と、該撮像領域に配列され、該入射光の光電変換により得られる光電変換信号を焦点検出信号として出力する複数の焦点検出画素とを備え、該撮像画素は、隣接させて複数配列したとき隣接する撮像画素の間に隙間が生ずる平面形状を有し、該焦点検出画素は、該隣接する撮像画素の隙間に配置されており、そのことにより上記目的が達成される。
【００３７】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記焦点検出画素は、前記撮像領域に形成された光電変換領域と、該光電変換領域上に形成され、該光電変換領域に前記入射光を集光させるマイクロレンズとを有することが好ましい。
【００３８】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記複数の焦点検出画素は、前記マイクロレンズに対する前記光電変換領域の配置の違いによる複数のタイプの焦点検出画素を含むことが好ましい。
【００３９】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記複数の焦点検出画素は、前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の水平方向の一方側にずれている第１のタイプの焦点検出画素と、前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の水平方向の他方側にずれている第２のタイプの焦点検出画素とを含み、該第１のタイプの焦点検出画素と該第２のタイプの焦点検出画素とが、前記撮像領域の水平方向に沿って交互に配置されていることが好ましい。
【００４０】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記第１のタイプの焦点検出画素で得られる焦点検出信号と、前記第２のタイプの焦点検出画素で得られる焦点検出信号とは、前記入射光を前記撮像領域に導く光学系の瞳を水平方向に２分割して得られる各瞳に対応する画像を形成する画像信号として用いられることが好ましい。
【００４１】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記複数の焦点検出画素は、前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の垂直方向の一方側にずれている第３のタイプの焦点検出画素と、前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の垂直方向の他方側にずれている第４のタイプの焦点検出画素とを含み、該第３のタイプの焦点検出画素と該第４のタイプの焦点検出画素とが、前記撮像領域の垂直方向に沿って交互に配置されていることが好ましい。
【００４２】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記第３のタイプの焦点検出画素で得られる焦点検出信号と、前記第４のタイプの焦点検出画素で得られる焦点検出信号とは、前記入射光を前記撮像領域に導く光学系の瞳を垂直方向に２分割して得られる各瞳に対応する画像を形成する画像信号として用いられることが好ましい。
【００４３】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記複数の焦点検出画素は、前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の水平方向の一方側にずれている第１のタイプの焦点検出画素と、前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の水平方向の他方側にずれている第２のタイプの焦点検出画素と、前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の垂直方向の一方側にずれている第３のタイプの焦点検出画素と、前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の垂直方向の他方側にずれている第４のタイプの焦点検出画素とを含み、第１の焦点検出画素列、第２の焦点検出画素列、及び、第３の焦点検出画素列の２つが繰り返し水平方向に沿って配置されており、該第１の焦点検出画素列は、該第１のタイプの焦点検出画素を垂直方向に配列してなる画素列であり、該第２の焦点検出画素列は、該第２のタイプの焦点検出画素を垂直方向に配列してなる画素列であり、該第３の焦点検出画素列は、該第３のタイプの焦点検出画素と該第４のタイプの焦点検出画素とを該撮像領域の垂直方向に沿って交互に配置してなる画素列であることが好ましい。
【００４４】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記複数の焦点検出画素は、前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の水平方向の一方側にずれている第１のタイプの焦点検出画素と、前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の水平方向の他方側にずれている第２のタイプの焦点検出画素と、前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の垂直方向の一方側にずれている第３のタイプの焦点検出画素と、前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の垂直方向の他方側にずれている第４のタイプの焦点検出画素とを含み、第４及び第５の焦点検出画素列が交互に水平方向に沿って配置されており、該第４の焦点検出画素列は、該第３のタイプの焦点検出画素、該第４のタイプの焦点検出画素、該第１のタイプの焦点検出画素の２つを繰り返し垂直方向に配列してなる画素列であり、該第５の焦点検出画素列は、該第３のタイプの焦点検出画素、該第４のタイプの焦点検出画素、該第２のタイプの焦点検出画素の２つを繰り返し垂直方向に配列してなる画素列であることが好ましい。
【００４５】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記複数の焦点検出画素は、前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の水平方向の一方側にずれている第１のタイプの焦点検出画素と、前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の水平方向の他方側にずれている第２のタイプの焦点検出画素と、前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の垂直方向の一方側にずれている第３のタイプの焦点検出画素と、前記マイクロレンズの光軸に対して前記光電変換領域が前記撮像領域の垂直方向の他方側にずれている第４のタイプの焦点検出画素とを含み、第６から第９の焦点検出画素列が繰り返し水平方向に沿って配置されており、該第６の焦点検出画素列は、該第１のタイプの焦点検出画素、該第３のタイプの焦点検出画素、該第１のタイプの焦点検出画素及び該第４のタイプの焦点検出画素を繰り返し垂直方向に配列してなる画素列であり、該第７の焦点検出画素列は、該第３のタイプの焦点検出画素、該第１のタイプの焦点検出画素、該第４のタイプの焦点検出画素及び該第１のタイプの焦点検出画素を繰り返し垂直方向に配列してなる画素列であり、該第８の焦点検出画素列は、該第２のタイプの焦点検出画素、該第３のタイプの焦点検出画素、該第２のタイプの焦点検出画素及び該第４のタイプの焦点検出画素を繰り返し垂直方向に配列してなる画素列であり、該第９の焦点検出画素列は、該第３のタイプの焦点検出画素、該第２のタイプの焦点検出画素、該第４のタイプの焦点検出画素及び該第２のタイプの焦点検出画素を繰り返し垂直方向に配列してなる画素列であることが好ましい。
【００４６】
本発明に係る電子情報機器は、被写体の撮像を行う撮像部を備えた電子情報機器であって、該撮像部は、上述した本発明に係る固体撮像素子を含むものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４７】
次に作用について説明する。
【００４８】
本発明においては、固体撮像素子において、撮像領域に配列され、入射光の光電変換により得られた光電変換信号を撮像信号として出力する複数の撮像画素と、該撮像領域に配列され、該入射光の光電変換により得られる光電変換信号を焦点検出信号として出力する複数の焦点検出画素とを備え、該撮像画素を、隣接させて複数配列したとき隣接する撮像画素の間に隙間が生ずる平面形状を有するものとし、該焦点検出画素を、該隣接する撮像画素の隙間に配置しているので、焦点検出に用いる焦点検出画素を、撮像に用いる撮像画素の配置に影響を与えることなく撮像領域に配置することができ、これにより、焦点検出画素の位置の撮像画素値を補間することなく、しかも個々の画素が撮像領域で占める面積を増大させることなく、良好な撮像画像を得ることができる。
【００４９】
つまり、撮像画素に影響を及ぼさないように、撮像画素配列における撮像画素の隙間に焦点検出画素を設けることで、良好な画像が得られるとともに、位相差方式自動焦点合わせにより高速に撮像光学系の焦点位置を合わせることができる。
【００５０】
また、隣接する撮像画素の間の隙間に焦点検出画素を配置しているので、焦点検出画素が撮像画素の配列に影響することはなく、焦点検出画素を撮像領域に組み込んだ場合でも、この焦点検出画素の位置に対応する、撮像画素の画素値を補間する必要がなく、撮像画素により得られる撮像画像の画質を維持することができる。
【００５１】
また、撮像画素のマイクロレンズの隙間に入射する光が焦点検出画素で利用されることとなり、撮像画素のマイクロレンズの隙間への入射光が無駄になるのを回避できる。
【００５２】
また、焦点検出画素と撮像画素とを交互に配列しているので、焦点検出画素により得られる焦点検出画像の解像度が、撮像画素により得られる被写体の撮像画像の解像度に比べて極端に小さいものとなるのを回避でき、被写体の撮像画像の解像度に応じた焦点検出精度を確保することができる。
【００５３】
さらに、焦点検出画素は撮像画素に比べて光電変換領域が小さいため、その感度が撮像画素に比べて低いことに対しては、複数の焦点検出画素から得られる焦点検出信号を隣接する、同一位相（つまり同一タイプ）の焦点検出画素の間で加算することで、焦点検出画素の感度を確保することができる。
【発明の効果】
【００５４】
以上のように、本発明によれば、固体撮像素子において、撮像領域に配列され、入射光の光電変換により得られた光電変換信号を撮像信号として出力する複数の撮像画素と、該撮像領域に配列され、該入射光の光電変換により得られる光電変換信号を焦点検出信号として出力する複数の焦点検出画素とを備え、該撮像画素を、隣接させて複数配列したとき隣接する撮像画素の間に隙間が生ずる平面形状を有するものとし、該焦点検出画素を、該隣接する撮像画素の隙間に配置しているので、焦点検出に用いる焦点検出画素を、撮像に用いる撮像画素の配置に影響を与えることなく撮像領域に配置することができ、これにより、焦点検出画素の位置での撮像画素値の補間を不要とするとともに、個々の画素が撮像領域で占める面積の増大を回避することができ、撮像画像の画質を良好に保持しつつ、位相差方式の自動焦点合わせにより高速で焦点合わせを行うことができる固体撮像素子及びこのような固体撮像素子を備えた電子情報機器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、本発明の実施形態１による固体撮像素子を説明する図であり、図１（ａ）は固体撮像素子を搭載した撮像装置の全体構成を示し、図１（ｂ）は、該固体撮像素子の外観を示している。
【図２】図２は、本発明の実施形態１及びその変形例１による固体撮像素子を説明する図であり、図２（ａ）は、この実施形態１の固体撮像素子における焦点検出画素の配列を示し、図２（ｂ）は、この実施形態１の変形例１の固体撮像素子における焦点検出画素の配列を示している。
【図３】図３は、本発明の実施形態１の変形例２及び３による固体撮像素子を説明する図であり、図３（ａ）は、この実施形態１の変形例２の固体撮像素子における焦点検出画素の配列を示し、図３（ｂ）は、この実施形態１の変形例３の固体撮像素子における焦点検出画素の配列を示している。
【図４】図４は、本発明の実施形態１の変形例４による固体撮像素子を説明する図であり、この固体撮像素子における焦点検出画素の配列を示している。
【図５】図５は、本発明の実施形態２として、実施形態１及びその変形例１〜４による固体撮像素子を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【図６】図６は、位相差検出法を説明する図であり、結像面に対するピントの位置と、分割した入射光により得られる特徴点の間隔との関係を、ピントの位置が異なる場合（図６（ａ）〜図６（ｃ））について示している。
【図７】図７は、特許文献１に開示の撮像装置を説明する図であり、図７（ａ）はこの撮像装置の概略構成を示し、図７（ｂ）はこの撮像装置に用いられている固体撮像素子における画素の配列を示している。
【図８】図８は、上記特許文献１に開示の撮像装置を説明する図であり、撮像画素の構成を示している。
【図９】図９は、上記特許文献１に開示の撮像装置を説明する図であり、図９（ａ）〜図９（ｄ）は、各種の焦点検出画素の構成を示している。
【図１０】図１０は、特許文献２に開示の撮像装置を構成する固体撮像素子を説明する図であり、固体撮像素子における画素の配列を示している。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００５７】
（実施形態１）
図１及び図２は、本発明の実施形態１による固体撮像素子を説明する図であり、図１（ａ）はこの固体撮像素子を搭載した撮像装置の全体構成を示し、図１（ｂ）は、この固体撮像素子の外観を示している。図２（ａ）は、この固体撮像素子における撮像画素及び焦点検出画素の配列を示している。
【００５８】
この実施形態１の撮像装置１は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像素子１００を搭載したデジタルカメラであり、この撮像装置１は、被写体からの光を上記固体撮像素子１００に導く撮像光学系１００ａと、該撮像光学系１００ａを駆動する光学系駆動部１００ｂと、上記固体撮像素子１００及び該光学系駆動部１００ｂを制御する撮像制御部１００ｃとを有している。
【００５９】
ここで、固体撮像素子１００は、入射光の光電変換により被写体の撮像を行う撮像領域１１０を有し、この撮像領域１１０には、入射光の光電変換により得られる光電変換信号を撮像信号Ｖｓとして出力する複数の撮像画素１０と、該入射光の光電変換により得られる光電変換信号を焦点検出信号Ｆｄとして出力する複数の焦点検出画素２０ａ及び２０ｂとが設けられている。
【００６０】
またこの撮像装置１は、液晶表示部（ＬＣＤ部）１００ｅと、この液晶表示装置１００ｅを制御するＬＣＤ制御部１００ｄとを有している。
【００６１】
そして、撮像制御部１００ｃは、固体撮像素子１００の撮像画素１０で得られた撮像信号Ｖｓを被写体の画像信号として制御信号ＤＣｓとともにＬＣＤ制御部１００ｄに出力し、さらに、固体撮像素子１００の焦点検出画素２０ａ及び２０ｂで得られた焦点検出信号Ｆｄに基づいて焦点レンズの移動量及び移動方向を検出して制御信号ＬＣｓを上記光学系駆動部１００ｂに出力する構成となっている。なお、撮像制御部１００ｃでは、従来技術で説明したように、上記瞳分割位相差検出法により、つまり入射光の瞳分割により得られた光による２つの画像の特徴点の離間距離に基づいて焦点レンズの移動量及び移動方向を検出している。
【００６２】
また、この撮像装置１では、このＬＣＤ制御部１００ｄは、撮像制御部１００ｃからの撮像信号Ｖｓ及び制御信号ＤＣｓに基づいて、固体撮像素子１００で撮像された画像、あるいは画像メモリ（図示せず）に格納されている画像を液晶表示部１００ｅに表示するよう構成されている。
【００６３】
上記撮像光学系１００ａは、その光軸Ｌｂｘに沿って配置された絞り部材１１１及び焦点レンズ１１２を有しており、上記光学系駆動部１００ｂは、絞り部材１１１による絞りの状態及び焦点レンズ１１２の位置を調整するよう構成されている。実際のデジタルカメラの光学系は、複数のレンズの組み合わせで構成されているが、ここでは、説明の簡略化のため、光学系を構成する光学部品として絞り部材１１１及び焦点レンズ１１２のみを示している。
【００６４】
そして、この実施形態１では、固体撮像素子１００を構成する撮像画素１０は、隣接させて複数配列したとき、隣接する撮像画素１０の間に隙間が生ずる平面形状（ここでは円形形状）を有しており、上下左右に隣接する４つの撮像画素１０が配置される領域の中央に形成される隙間領域に、焦点検出画素２０ａ及び２０ｂが配置されている。
【００６５】
ここで、撮像画素１０は、撮像領域１１０に形成された光電変換領域１１と、該光電変換領域１１上に配置されたマイクロレンズ１２とを有しており、各撮像画素１０上には、カラーフィルタ（図示せず）が配置されている。つまり、赤色フィルタが配置された撮像画素は赤画素（Ｒ）、緑色フィルタが配置された撮像画素は緑画素（Ｇ）、青色フィルタが配置された撮像画素は青画素（Ｂ）である。これらの赤、緑、青フィルタの配列は、ベイヤー配列となっており、つまり、緑画素と青画素とが交互に垂直方向に配列された第１の撮像画素列と、赤画素と緑画素とが交互に垂直方向に配列された第２の撮像画素列とが、隣接する撮像画素が異なる色の撮像画素となるよう配置されている。なお、ここでは、上記撮像画素を構成する光電変換領域１１の平面形状は円形形状であり、マイクロレンズの平面形状は円形形状となっている。ただし、撮像画素を構成する光電変換領域及びマイクロレンズの平面形状は円形形状に限定されるものではなく、撮像画素を隣接させて２次元状に配列したときに隣接する撮像画素の間に隙間ができるものであればよい。
【００６６】
また、上記焦点検出画素２０ａ及び２０ｂはそれぞれ、隣接する撮像画素１０の隙間に配置された光電変換領域２１ａ及び２１ｂと、該光電変換領域２１ａ及び２１ｂ上に配置された小径のマイクロレンズ２２とを有している。なお、図２（ａ）では、撮像画素の光電変換領域１１と、焦点検出画素２０ａ及び２０ｂの光電変換領域２１ａ及び２１ｂとは、電気的に分離されており、また隣接する撮像画素の光電変換領域１１同士も電気的に分離されている。ここで、焦点検出画素２０ａ、２０ｂの光電変換領域２１ａ、２１ｂは、平面楕円形状とし、焦点検出画素のマイクロレンズ２２は、撮像画素のマイクロレンズに比べて小径の円形形状を有している。
【００６７】
そして、この実施形態１の固体撮像素子１００の撮像領域１１０では、焦点検出画素２０ａは、平面楕円形状の光電変換領域２１ａが、平面円形形状のマイクロレンズ２２の光軸（中心）に対して撮像領域１１０の水平方向の一方側（紙面左側）にずれている第１のタイプの焦点検出画素であり、焦点検出画素２０ｂは、平面楕円形状の光電変換領域２１ｂが、マイクロレンズ２２の光軸（中心）に対して撮像領域１１０の水平方向の他方側（紙面右側）にずれている第２のタイプの焦点検出画素である。つまり、第１のタイプの焦点検出画素２０ａでは、光電変換領域２１ａがマイクロレンズ２２の通過光束の中心軸に対して所定の瞳分割方向（ここでは水平方向）に沿って一方側に偏った位置に設けられており、第２のタイプの焦点検出画素２０ｂでは、光電変換領域２１ｂがマイクロレンズ２２の通過光束の中心軸に対して所定の瞳分割方向（ここでは水平方向）に沿って他方側に偏った位置に設けられている。
【００６８】
また、この実施形態１の固体撮像素子１００では、第１及び第２のタイプの焦点検出画素２０ａ及び２０ｂの配列は、第１のタイプの焦点検出画素２０ａのみを垂直方向に配列してなる第１の焦点検出画素列１２０ａと、第２のタイプの焦点検出画素２０ｂのみを垂直方向に配列してなる第２の焦点検出画素列１２０ｂとを水平方向に沿って交互に配置した配列となっている。
【００６９】
そして、この実施形態１の固体撮像素子１００では、水平方向に並ぶ第１のタイプの焦点検出画素２０ａで得られる焦点検出信号と、水平方向に並ぶ第２のタイプの焦点検出画素２０ｂで得られる焦点検出信号とは、撮像制御部１００ｃにて、入射光を撮像領域１１０に導く撮像光学系１００ａの瞳を水平方向に２分割して得られる各瞳に対応する一次元の画像を形成する画像信号として用いられ、これらの２つのタイプの焦点検出画素２０ａ及び２０ｂで得られた焦点検出信号Ｆｄに基づいて、瞳分割位相差検出法により撮像光学系１００ａの自動焦点合わせが行われるようになっている。
【００７０】
次に動作について説明する。
【００７１】
このような構成の撮像装置１では、被写体からの光が撮像光学系１００ａにより固体撮像素子１００の撮像領域１１０に入射光として導入されると、固体撮像素子１００では、入射光の光電変換が撮像領域１１０の撮像画素１０及び焦点検出画素２０ａおよび２０ｂで行われ、それぞれの画素で光電変換により得られた撮像信号Ｖｓ及び焦点検出信号Ｆｄが撮像制御部１００ｃに読み出される。
【００７２】
撮像制御部１００ｃでは、焦点検出画素２０ａ及び２０ｂからの焦点検出信号Ｆｄに基づいて、瞳分割位相差検出法により、つまり、撮像光学系１００ａの瞳を２分割した各瞳からの入射光により得られる画像の特徴点の間隔から、焦点レンズ１１２の移動方向及び移動量を算出する。具体的には、従来技術で説明したように、位相差検出法により得られた画像の特徴点の間隔を、被写体の画像が結像面、つまり固体撮像素子１００の撮像領域（撮像面）１１０上に結像している状態の適正な特徴点離間距離と比較し、その大小関係により、焦点レンズ１１２の移動方向及び移動量を求める。この適正な特徴点離間距離は、設計段階で決まるデジタルカメラ固有の値であり、撮像制御部１００ｃの記憶部（ＲＯＭなど）に格納されている。
【００７３】
撮像制御部１００ｃでは、求めた焦点レンズ１１２の移動方向及び移動量を光学系駆動部１００ｂに制御信号ＬＣｓとして供給する。これにより、光学系駆動部１００ｂは焦点レンズ１１２を、被写体の画像が固体撮像素子１００の撮像領域（撮像面）１１０で結像するよう移動させる。このとき、撮像制御部１００ｃは、入射光の強度などに基づいて光学系駆動部１００ｂが絞り部材１１１の絞りを調整するよう光学系駆動部１００ｂに対する制御なども行う。
【００７４】
また、撮像制御部１００ｃは、撮像画素１０からの撮像信号Ｖｓを読み出して制御信号ＤＣｓとともにＬＣＤ制御部１００ｄに供給しており、ＬＣＤ制御部１００ｄは、撮像制御部１００ｃからの撮像信号Ｖｓを表示信号としてファインダビューとしてのＬＣＤ部１００ｅに供給する。ＬＣＤ部１００ｅでは、表示信号として供給された撮像信号Ｖｓに基づいて画像表示が行われる。
【００７５】
そして、焦点レンズ１１２の位置の調整により撮像光学系１００ａにより被写体の画像が撮像領域（撮像面）１１０で結像すると、撮像装置のシャッター（図示せず）が動作して被写体の撮像が行われ、この被写体の撮像により得られた撮像画素１０からの撮像信号Ｖｓが撮像制御部１００ｃにより読み出されて画像データとしてデータ記憶部（図示せず）に格納される。
【００７６】
このような構成の本実施形態１による固体撮像素子１００を搭載した撮像装置（デジタルカメラ）１では、固体撮像素子１００において、撮像領域１１０に配列され、入射光の光電変換により得られた光電変換信号を撮像信号Ｖｓとして出力する複数の撮像画素１０と、該撮像領域１１０に配列され、該入射光の光電変換により得られる光電変換信号を焦点検出信号Ｆｄとして出力する複数の焦点検出画素２０ａ、２０ｂとを備え、該撮像画素１０を、隣接させて複数配列したとき隣接する撮像画素の間に隙間が生ずる平面形状（円形形状）を有するものとし、該焦点検出画素２０ａ、２０ｂを、該隣接する撮像画素１０の隙間に配置しているので、焦点検出に用いる焦点検出画素２０ａ、２０ｂを、撮像に用いる撮像画素１０の配置に影響を与えることなく撮像領域１１０に配置することができる。このため、焦点検出画素２０ａ、２０ｂの位置での撮像画素値の補間は不要であり、良好な画像が得られる。また、個々の撮像画素で光電変換領域を分割する必要もなく、個々の撮像画素１０が撮像領域で占める面積の増大を招くこともない。その結果、撮像画像の画質を良好に保持し、撮像画素の集積度を高く保持しつつ、瞳分割位相差方式により自動焦点合わせを高速に行うことができる。
【００７７】
また、この実施形態１では、撮像画素１０を構成するマイクロレンズ１２の平面形状を円形形状としているので、フレアなど画質への影響を排除することができる。
【００７８】
また、隣接する平面円形形状の撮像画素１０のマイクロレンズ間の隙間に焦点検出画素２０ａ及び２０ｂを配置しているので、撮像画素のマイクロレンズの隙間に入射する光が焦点検出画素で利用されることとなり、撮像画素のマイクロレンズの隙間への入射光が無駄になるのを回避できる。
【００７９】
また、焦点検出画素と撮像画素とを交互に配列しているので、焦点検出画素により得られる焦点検出用の画像の解像度が、撮像画素により得られる被写体の撮像画像の解像度に比べて極端に小さいものとなるのを回避でき、被写体の撮像画像の解像度に応じた焦点検出精度を確保することができる。
【００８０】
さらに、焦点検出画素は撮像画素に比べて光電変換領域が小さいため、その感度が撮像画素に比べて低いことに対しては、複数の焦点検出画素から得られる焦点検出信号を、隣接する、同一位相（つまり同一タイプ）の焦点検出画素の間で加算することで、焦点検出画素の感度を確保することができる。
【００８１】
またさらに、この実施形態１の固体撮像素子１００では、第１及び第２のタイプの焦点検出画素２０ａ、２０ｂにおける光電変換領域２１ａ、２１ｂは、マイクロレンズ２２の中心に対して水平方向にずれているので、第１及び第２のタイプの焦点検出画素２０ａ、２０ｂから得られる焦点検出信号により、撮像画像における水平方向の輝度変化に基づいて焦点位置の調整が行われることとなり、撮像画像における垂直方向の輝度変化がない場合でも、撮像画像における水平方向の輝度変化があれば、自動焦点合わせを良好に行うことができる。
【００８２】
なお、本実施形態１では、複数の焦点検出画素の配列は、マイクロレンズの光軸に対して光電変換領域が撮像領域の水平方向の一方側にずれている第１のタイプの焦点検出画素２０ａと、マイクロレンズの光軸に対して光電変換領域が撮像領域の水平方向の他方側にずれている第２のタイプの焦点検出画素２０ｂとを含み、第１のタイプの焦点検出画素と第２のタイプの焦点検出画素とが、撮像領域の水平方向に沿って交互に配置されている配列としているが、複数の焦点検出画素の配列は実施形態１のものに限定されるものではない。
【００８３】
以下、本発明の実施形態１による固体撮像素子の変形例として、複数の焦点検出画素の配列あるいは焦点検出画素の構成が異なるものについて説明する。
（実施形態１の変形例１）
図２（ｂ）は、本発明の実施形態１による変形例１を説明する図である。
【００８４】
この実施形態１の変形例１による固体撮像素子１０１では、実施形態１の固体撮像素子１００における第１および第２のタイプの焦点検出画素２０ａおよび２０ｂに代えて、第３および第４のタイプの焦点検出画素２０ｃおよび２０ｄを用い、これらの焦点検出画素の配列は、第３のタイプの焦点検出画素２０ｃと第４のタイプの焦点検出画素２０ｄとを垂直方向に沿って交互に配列してなる第３の焦点検出画素列１２０ｃを水平方向に配置した配列となっている。
【００８５】
ここで、第３及び第４のタイプの焦点検出画素２０ｃ及び２０ｄはそれぞれ、隣接する撮像画素１０の隙間に配置された光電変換領域２１ｃ及び２１ｄと、該光電変換領域２１ｃ及び２１ｄ上に配置された小径のマイクロレンズ２２とを有している。なお、図２（ｂ）では、撮像画素の光電変換領域１１と、第３及び第４のタイプの焦点検出画素２０ｃ及び２０ｄの光電変換領域２１ｃ及び２１ｄとは、電気的に分離されており、また隣接する撮像画素の光電変換領域１１同士も電気的に分離されている。ここで、第３及び第４のタイプの焦点検出画素２０ｃ、２０ｃの光電変換領域２１ｃ、２１ｄは、平面楕円形状とし、第３及び第４のタイプの焦点検出画素２０ｃ、２０ｃのマイクロレンズ２２は、撮像画素１０のマイクロレンズ１２に比べて小径の円形形状を有している。
【００８６】
また、第３のタイプの焦点検出画素２０ｃは、マイクロレンズ２２の光軸に対して前記光電変換領域２１ｃが前記撮像領域１１０の垂直方向の一方側にずれている焦点検出画素であり、第４のタイプの焦点検出画素２０ｄは、該マイクロレンズ２２の光軸に対して前記光電変換領域２１ｄが前記撮像領域１１０の垂直方向の他方側にずれている焦点検出画素である。
【００８７】
そして、この実施形態１の変形例１による固体撮像素子１０１では、前記第３のタイプの焦点検出画素２０ｃで得られる焦点検出信号と、前記第４のタイプの焦点検出画素２０ｄで得られる焦点検出信号とは、前記入射光を前記撮像領域１１０に導く光学系の瞳を垂直方向に２分割して得られる各瞳に対応する画像を形成する画像信号として用いられる。
【００８８】
このような構成の固体撮像素子１０１では、第３及び第４のタイプの焦点検出画素２０ｃ、２０ｄにおける光電変換領域２１ｃ、２１ｄは、マイクロレンズ２２の中心に対して垂直方向にずれているので、第３及び第４のタイプの焦点検出画素２０ｃ、２０ｄから得られる焦点検出信号により、撮像画像における垂直方向の輝度変化に基づいて焦点位置の調整が行われることとなり、撮像画像における水平方向の輝度変化がない場合でも、撮像画像における垂直方向の輝度変化があれば、自動焦点合わせを良好に行うことができる。
（実施形態１の変形例２）
図３（ａ）は、本発明の実施形態１の変形例２による固体撮像素子を説明する図である。
【００８９】
この実施形態１の変形例２による固体撮像素子１０２では、焦点検出画素として、上述した第１〜第４のタイプの焦点検出画素２０ａ〜２０ｄを用いている。
【００９０】
そして、固体撮像素子１０２の撮像領域１１０では、第１の焦点検出画素列１２０ａ、第２の焦点検出画素列１２０ｂ、及び、第３の焦点検出画素列１２０ｃの２つが、繰り返し水平方向に沿って配置されている。
【００９１】
ここで、該第１の焦点検出画素列１２０ａは、該第１のタイプの焦点検出画素２０ａを垂直方向に配列してなる画素列であり、該第２の焦点検出画素列１２０ｂは、該第２のタイプの焦点検出画素２０ｂを垂直方向に配列してなる画素列であり、該該第３の焦点検出画素列１２０ｃは、該第３のタイプの焦点検出画素２０ｃと該第４のタイプの焦点検出画素２０ｄとを該撮像領域の垂直方向に沿って交互に配置してなる画素列である。
【００９２】
このような構成の固体撮像素子１０２では、第１及び第２のタイプの焦点検出画素２０ａ、２０ｂにおける光電変換領域２１ａ、２１ｂは、マイクロレンズ２２の中心に対して水平方向にずれており、第３及び第４のタイプの焦点検出画素２０ｃ、２０ｄにおける光電変換領域２１ｃ、２１ｄは、マイクロレンズ２２の中心に対して垂直方向にずれているので、撮像画像における水平方向と垂直方向のいずれか一方の輝度変化がない場合でも、自動焦点合わせを良好に行うことができる。
（実施形態１の変形例３）
図３（ｂ）は、本発明の実施形態１の変形例３による固体撮像素子を説明する図である。
【００９３】
この実施形態１の変形例３による固体撮像素子１０３においても、焦点検出画素として、上述した第１〜第４のタイプの焦点検出画素２０ａ〜２０ｄを用いている。
【００９４】
そして、この固体撮像素子１０３では、第４及び第５の焦点検出画素列１２０ｄおよび１２０ｅが交互に水平方向に沿って配置されている。
【００９５】
ここで、第４の焦点検出画素列１２０ｄは、該第３のタイプの焦点検出画素２０ｃ、該第４のタイプの焦点検出画素２０ｄ、該第１のタイプの焦点検出画素２０ａの２つを繰り返し垂直方向に配列してなる画素列であり、該第５の焦点検出画素列１２０ｅは、該第３のタイプの焦点検出画素２０ｃ、該第４のタイプの焦点検出画素２０ｄ、該第２のタイプの焦点検出画素２０ｂの２つを繰り返し垂直方向に配列してなる画素列である。
【００９６】
このような構成の固体撮像素子１０３では、実施形態１の変形例２による固体撮像素子１０２と同様、第１及び第２のタイプの焦点検出画素２０ａ、２０ｂにおける光電変換領域２１ａ、２１ｂは、マイクロレンズ２２の中心に対して水平方向にずれており、第３及び第４のタイプの焦点検出画素２０ｃ、２０ｄにおける光電変換領域２１ｃ、２１ｄは、マイクロレンズ２２の中心に対して垂直方向にずれているので、撮像画像における水平方向と垂直方向のいずれか一方の輝度変化がない場合でも、自動焦点合わせを良好に行うことができる。
（実施形態１の変形例４）
図４は、本発明の実施形態１の変形例４による固体撮像素子を説明する図である。
【００９７】
この実施形態１の変形例４による固体撮像素子１０４においても、焦点検出画素として、上述した第１〜第４のタイプの焦点検出画素２０ａ〜２０ｄを用いている。
【００９８】
そして、この固体撮像素子１０４では、第６から第９の焦点検出画素列１２０ｆ〜１２０ｉが繰り返し水平方向に沿って配置されている。
【００９９】
ここで、第６の焦点検出画素列１２０ｆは、該第１のタイプの焦点検出画素２０ａ、該第３のタイプの焦点検出画素２０ｃ、該第１のタイプの焦点検出画素２０ａ及び第４のタイプの焦点検出画素２０ｄを繰り返し垂直方向に配列してなる画素列である。
【０１００】
該第７の焦点検出画素列１２０ｇは、該第３のタイプの焦点検出画素２０ｃ、該第１のタイプの焦点検出画素２０ａ、該第４のタイプの焦点検出画素２０ｄ及び第１のタイプの焦点検出画素２０ａを繰り返し垂直方向に配列してなる画素列である。
【０１０１】
該第８の焦点検出画素列１２０ｈは、該第２のタイプの焦点検出画素２０ｂ、該第３のタイプの焦点検出画素２０ｃ、該第２のタイプの焦点検出画素２０ｂ及び第４のタイプの焦点検出画素２０ｄを繰り返し垂直方向に配列してなる画素列である。
【０１０２】
該第９の焦点検出画素列１２０ｉは、該第３のタイプの焦点検出画素２０ｃ、該第２のタイプの焦点検出画素２０ｂ、該第４のタイプの焦点検出画素２０ｄ及び第２のタイプの焦点検出画素２０ｂを繰り返し垂直方向に配列してなる画素列である。
【０１０３】
このような構成の実施形態１の変形例４による固体撮像素子１０４では、上記実施形態１の変形例２あるいは３の効果に加えて、マイクロレンズの中心に対する光電変換領域のずれている方向が異なる４つのタイプの焦点検出画素２０ａ〜２０ｄが、固体撮像素子１０４の撮像領域１１０で均等に配置されているので、撮像領域１１０のいずれの場所においても、撮像光学系１００ａの瞳を水平方向に分割して得られる各瞳に対応する一対の画像の特徴点の離間距離、及び撮像光学系１００ａの瞳を垂直方向に分割して得られる各瞳に対応する一対の画像の特徴点の離間距離としての情報が、焦点検出画素の配置の影響なく均等な精度で得られることとなり、位相差自動焦点合わせを精度よく行うことが可能となる。
【０１０４】
さらに、上記実施形態１およびその変形例１〜４では、固体撮像素子をデジタルカメラに用いた場合について説明しているが、上記固体撮像素子は、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラ以外にも搭載可能なものであり、例えば、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの、画像入力デバイスを有した電子情報機器における撮像部として用いることができる。
【０１０５】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施形態２として、実施形態１およびその変形例１〜４の少なくともいずれかの固体撮像素子を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【０１０６】
図５に示す本発明の実施形態２による電子情報機器９０は、本発明の上記実施形態１およびその変形例１〜４の固体撮像素子の少なくともいずれかを、被写体の撮影を行う撮像部９１として備えたものであり、このような撮像部による撮影により得られた高品位な画像データ（撮像信号）を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部９２と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示部９３と、この画像データを通信用に所定の信号処理した後に通信処理する送受信装置などの通信部９４と、この画像データを印刷（印字）して出力（プリントアウト）する画像出力部９５とのうちの少なくともいずれかを有している。
【０１０７】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明は、瞳分割位相差検出方式で撮像光学系の焦点を自動で合わせるのに用いる焦点検出画素を含む固体撮像素子およびこのような固体撮像素子を搭載した電子情報機器の分野において、焦点検出に用いる焦点検出画素を、撮像に用いる撮像画素の配置に影響を与えることなく撮像領域に配置することができ、これにより、焦点検出画素の位置での撮像画素値の補間を不要とするとともに、個々の画素が撮像領域で占める面積の増大を回避することができ、撮像画像の画質を良好に保持しつつ、位相差方式の自動焦点合わせにより高速で焦点合わせを行うことができる固体撮像素子及びこのような固体撮像素子を備えた電子情報機器を実現することができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１  撮像装置
１０  撮像画素
１１  光電変換領域
１２、２２  マイクロレンズ
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ  第１、第２、第３、第４の焦点検出画素
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ  光電変換領域
９０  電子情報機器
９１  撮像部
９２  メモリ部
９３  表示部
９４  通信部
９５  画像出力部
１００  固体撮像素子
１００ａ  撮像光学系
１００ｂ  光学系駆動部
１００ｃ  撮像制御部
１００ｄ  ＬＣＤ制御部
１００ｅ  液晶表示部（ＬＣＤ部）
１１０  撮像領域
１１１  絞り部材
１１２  焦点レンズ
１２０ａ〜１２０ｉ  第１〜第９の焦点検出画素列
ＤＣｓ、ＬＣｓ  制御信号
Ｆｄ  焦点検出信号
Ｌｂｘ  光学系の光軸
Ｖｓ  撮像信号
【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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