JP2018041810A - 撮像素子及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 瞳分割位相差方式の焦点検出用の画素において、光導波路を用いて、クロストーク及びクロストークによる信号の損失を抑制すること。
【解決手段】 複数のマイクロレンズそれぞれに対して複数の光電変換部を備え、瞳分割された信号を読み出すことが可能な複数の画素を有する撮像素子であって、前記画素はそれぞれ、前記マイクロレンズと、前記複数の光電変換部との間に光導波路を具備し、前記撮像素子の撮像面に対して平行な、前記光導波路の断面形状において、対を成す前記複数の光電変換部の並び方向の最大幅が、前記並び方向に対して垂直な方向の最大幅よりも大きいことを特徴とする。
【選択図】 図５

Description

本発明は、撮像素子および撮像装置に関するものである。

従来、結像光学系からの像情報を有する伝播光を光電変換部へ導くために、各画素に設けられたレンズと光電変換部の間に光導波路を設ける提案がなされている。特許文献１では、１つのレンズと１つの光電変換部を有する各画素のレンズと光電変換部の間に光導波路を設けた構成が開示されている。そして、作製プロセスの簡便化のために、光導波路の側壁に別工程で形成されるのと同様のパシベーション膜を光導波路の側壁に形成することを開示している。

一方、特許文献２では、撮像素子上の各画素が１つのレンズと２つの光電変換部を有する、瞳分割位相差方式の焦点検出を行うことが可能な撮像素子が開示されている。この撮像素子では、２つの光電変換部それぞれに瞳分割された光を分離して導波し、光電変換部間でのクロストーク及び、クロストークによる信号損失を抑制するための層間膜が設けられた構成の撮像素子が開示されている。

特開２００８−１６６６７７号公報 特開２００９−１５８８００号公報

特許文献１に開示された従来技術では、パッシベーション膜を光導波路内部の一部として機能させることを目的としており、光導波路内部にパッシベーション膜と埋め込み層の界面が生じてしまい、光導波効率を低下させてしまう。また、特許文献１に開示された従来技術では、各画素が１つの光電変換部を有しており、結像光学系からの像情報を有する光を瞳分割する構成も記載されていないため、瞳分割位相差方式の焦点検出を行うことはできない。

一方、特許文献２に開示された従来技術では、クロストーク及びクロストークによる信号の損失を抑制するための間隙における散乱や吸収により受光効率が低下してしまう。また間隙を設ける工程での制御が複雑であるだけでなく、間隙の界面の高い面精度を実現することは困難であるため、画素間での信号強度ばらつきや、位相差信号のばらつきを招いてしまう。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、瞳分割位相差方式の焦点検出用の画素において、光導波路を用いて、クロストーク及びクロストークによる信号の損失を抑制することを目的とする。

上記目的を達成するために、複数のマイクロレンズそれぞれに対して複数の光電変換部を備え、瞳分割された信号を読み出すことが可能な複数の画素を有する本発明の撮像素子において、前記画素はそれぞれ、前記マイクロレンズと、前記複数の光電変換部との間に光導波路を具備し、前記撮像素子の撮像面に対して平行な、前記光導波路の断面形状において、対を成す前記複数の光電変換部の並び方向の最大幅が、前記並び方向に対して垂直な方向の最大幅よりも大きいことを特徴とする。

本発明によれば、瞳分割位相差方式の焦点検出用の画素において、光導波路を用いて、クロストーク及びクロストークによる信号の損失を抑制することができる。

本発明の実施形態における画素および副画素の配置を表す概略図。 典型的な断面形状を有する光導波路を具備した画素の構成例を表す概観図。 図２に示す光導波路の断面形状を表す概略図。 実施形態における撮像素子の概略構成を説明するための断面図。 第１の実施形態における焦点検出画素を構成する光電変換部の形状と、光導波路の断面形状の関係を示す図。 第１の実施形態における光導波路の断面形状の大きさを説明する図。 第２の実施形態における光導波路側壁における導波光の光路の変化を説明するための図。 第２の実施形態における光導波路の側壁の一部を傾けることを説明する図。 光導波路の側壁の一部を傾けた場合の２つの光電変換部間のクロストークによる損失の変化を示す図。 第２の実施形態における光導波路の端部の断面形状の例を示す図である。 第２の実施形態における光導波路の撮像面に平行な断面形状の例と、焦点検出画素を構成する光電変換部の形状と、光導波路の断面形状の関係を示す図。 第３の実施形態における光導波路の撮像面に平行な断面形状の例と、焦点検出画素を構成する光電変換部の形状と、光導波路の断面形状の関係を示す図。 変形例における焦点検出画素を構成する光電変換部の形状と、光導波路の断面形状の関係を示す図。 第５の実施形態における撮像装置の概略構成を示すブロック図。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態を詳細に説明する。ただし、本形態において例示される構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、本発明がそれらの例示に限定されるものではない。

＜第１の実施形態＞
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、ＣＭＯＳセンサに代表される撮像素子の撮像面上に配列された複数の画素の一部として、２行２列分の画素群１０１を表す模式図である。画素群１０１は、赤色相当の波長帯域に分光感度を有する画素１０１Ｒ、青色相当の波長帯域に分光感度を有する画素１０１Ｂ、および緑色相当の波長帯域に分光感度を有する２つの画素１０１Ｇにより構成されている。画素群１０１が繰り返し配列されることにより、いわゆるベイヤー配列となっている。また、各画素は、１つのマイクロレンズ２０１に対し、１行２列に配列され、それぞれ光電変換部を含む副画素１０２ａ，１０２ｂにより構成されている。副画素１０２ａ，１０２ｂの信号を独立に取得可能なように読み出すことにより、得られた一対の信号に基づいて，位相差方式（瞳分割位相差方式）の焦点検出を行うことが可能となる。また、副画素１０２ａ，１０２ｂの信号を加算することで、各画素の画像信号を得ることができる。

なお、ここでは、撮像素子を構成する全ての画素が副画素１０２ａ，１０２ｂにより構成されるものとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、少なくとも一部の画素が副画素１０２ａ，１０２ｂを有する構成であれば、本発明を適用することができる。その場合、副画素を有さない撮像画素と、副画素を有する焦点検出画素が撮像素子上に混在することになる。また、分割の方向も行方向に限られるものではなく、一部または全ての焦点検出画素を列方向に分割してもよい。

なお、以下の説明では、複数の画素が配列された撮像面をｘ−ｙ面に平行とし、これに垂直な方向をｚ方向、画素において焦点調節に用いる一対の光電変換部をなす２つの光電変換部が対向する方向をｘ方向とする。

なお、撮像素子の一例として、画素周期を５．２マイクロメートル、横２４ミリメートルと縦１６ミリメートルの有効画素エリアサイズのＣＭＯＳセンサを想定する。撮像面には画素が、横および縦方向にそれぞれ４６１４個および３０７６個配列されており、総有効画素数は１４,１９２,６６４個である。ただし、これらの値は、撮像素子サイズ、画素周期、画素群の構成などにより変わるものである。

図２は、上述した副画素を有する画素に、典型的な断面形状を有する光導波路を適用した場合を想定した図である。図２おいて、シリコン（Ｓｉ）基板面２１２を含む内部に、副画素１０２ａおよび１０２ｂに対応する２つの光電変換部２０２および２０３が形成されている。光電変換部２０２および２０３は、撮像光信号を電荷へ変換、または変換して蓄積するフォトダイオードであり、互いに電気的に絶縁されて形成されている。そして、各画素の光電変換部２０２および２０３上には、撮像面上方（＋ｚ）から、結像光学系からの光を集光するためのマイクロレンズ２０１、カラーフィルタ２０４、光導波路２０５または２０６、光導波路２０５または２０６の周囲に設けられた電気配線部２０７といった主要素が配置されている。マイクロレンズ２０１及び光導波路２０５または２０６の光学系は、結像光学系の異なる瞳領域を通過した光を（瞳分割）、光電変換部２０２および２０３へ効率よく伝播させる。また、電気配線部２０７は、信号電荷の読み取りやスイッチングを行うために用いられる。光導波路内に光を全反射で閉じ込めるために、光導波路２０５または２０６と、電気配線部２０７との界面を境に、光導波路２０５または２０６側の屈折率が電気配線部２０７の屈折率よりも大きくなるように構成されている。

図２（ａ）、（ｂ）に示す例では、光導波路２０５および２０６のｘ−ｙ面と平行な断面形状はそれぞれ、直方体と円柱である。複数の画素の配列方向に平行な面、つまりｘ−ｙ面に平行な光導波路断面２５５および２５６の形状は、図３（ａ）および図３（ｂ）で示すように、それぞれ正方形と円である。作製プロセス過程における制約や設計により、断面形状は変化させずにｚ位置に依存して光導波路の面積が変化する構造することも可能であるが、図２の例ではｚ位置に依らず、光導波路の断面積を一定とする。

光電変換部２０２，２０３の信号を用いて、被写体のデフォーカス量を算出する瞳分割位相差方式の焦点検出を行う場合、結像光学系の異なる瞳領域を通過した光束それぞれを、対応する光電変換部に導く必要がある。例えば、図２（ａ）及び（ｂ）の矢印２０８，２１０の示す光線が入射すべき光電変換部は、本来、光電変換部２０３であり、矢印２０９，２１１の示す光線が入射すべき光電変換部は、本来、光電変換部２０２である。しかしながら、各矢印が示すように、ｚ−ｘ面内でのｚ方向となす入射光線の入射角が大きな光線は、光導波路２０５，２０６の側壁で全反射した後、目標の光電変換部とは反対の光電変換部へ到達してしまう。すなわち、図２に示す例では、矢印２０８及び矢印２０９で表される光線はそれぞれ、光電変換部２０２および２０３に、矢印２１０および２１１で表される光線もそれぞれ、光電変換部２０２および２０３に到達してしまう。このような光導波路の側壁における全反射は、信号のクロストークを生じさせることになり、焦点検出に携わる瞳分割を悪化させることにつながる。このようなクロストークの程度は、画素の構造や、光導波路の高さと幅の関係などに依存する。このような従来型の光導波路構造でクロストークが生じやすい理由として、撮像面に平行な面、つまりｘ−ｙ面に平行な光導波路の断面における、２つの光電変換部を結ぶ方向の最大長さと、垂直な方向の最大長さが等しいことが挙げられる。

次に、本発明の第１の実施形態における撮像素子について説明する。図４（ａ）は、図１を参照して説明した副画素１０２ａ，１０２ｂを有する画素の概略構成を示す断面の模式図であり、画素中心を通りｚ−ｘ面に平行な断面を示している。ｐ型シリコン基板３０１表面付近に、副画素１０２ａ，１０２ｂに対応するｎ型の光電変換部３０２および３０３が設けられており、基板３０１上にＳｉＯｘからなる絶縁層３０４中にアルミニウムからなる電気配線部３０５が形成されている。これら電気配線部３０５は、光電変換部３０２，３０３に蓄積される電荷読み出しや、ゲート電圧制御などに用いられる。絶縁層３０４が取り囲む部分は、絶縁層よりも屈折率の高い材料である窒化珪素（ＳｉＮ）からなる光導波路３０６である。さらに上方（+ｚ）には、Ｒ，Ｇ，Ｂいずれかの波長帯域の光を透過させるカラーフィルタ３０７が、そして最上部にマイクロレンズ３０８が配されている。

作製に当たっては、イオン注入、フォトリソグラフィー、エッチング、研磨、スパッタや化学気相成長法などが用いられる。マイクロレンズの形成にも種々の方法が可能であるが、ここではグレースケール露光を用いたフォトリソグラフィーによるものとする。矢印３０９および矢印３１０は、結像光学系の異なる瞳領域を通過した光線の一部を示すものであり、それぞれ異なる光電変換部３０２，３０３に導かれる。この光電変換部３０２，３０３で検出される相対的な光強度情報に基づいて、位相差検出方式による焦点のずれ情報を検出し、検出したずれ情報を焦点調節に利用することができる。

図５は、図４に示す画素における光電変換部３０２，３０３と、光導波路３０６の断面形状との関係を説明する模式図である。ここでは、ｘ−ｙ面に平行な光導波路３０６の断面の面積はｚ位置に依らず一定とする。

図５（ａ）〜（ｃ）は、光導波路３０６の異なる断面形状の例を示している。各画素４００の中に２つの光電変換部３０２と３０３が形成され、光導波路３０６の断面形状の例として、図５（ａ）では長方形の断面４０１、図５（ｂ）では楕円形の断面４０２、図５（ｃ）では八角形の断面４０３を示している。ここではｘ−ｙ面に平行な光導波路３０６の断面の面積が、断面形状の縦横比が１である場合と変わらないように、光導波路３０６の断面形状を変化させたものとする。それぞれの光導波路３０６の断面形状は、ｘ方向における最大幅４１４、４１６及び４１８がそれぞれ、ｙ方向における最大幅４１３、４１５及び４１７よりも大きくなるような形状となっている。

ここで、図６に示すように、ｘ方向における最大幅４２５とは、光導波路の外周４２０のうち、最大のｘ座標４２１と最小のｘ座標４２２の差である。同様に、ｙ方向における最大幅４２６とは、光導波路の外周４２０のうち最大のｙ座標４２３と最小のｙ座標４２４の差である。

このような形状とすることにより、ｚ−ｘ面内で、光導波路３０６に入射する光線と光導波路３０６の側壁との交点のｘ座標は、より画素中心から遠ざかり、交点のｚ位置はより光電変換部３０２，３０３に近づく。これにより、交点における全反射の末、所望ではない光電変換部３０２，３０３に光線が到達してしまう割合を低減することができる。つまり、副画素１０２ａ，１０２ｂ間に間隙などを設けることをせずに、クロストークを低減することができ、瞳分割の性能を向上することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態の光導波路は、撮像面に平行な断面における外周が、瞳分割位相差方式による焦点調節を行うための一対の光電変換部を成す２つの光電変換部が対向する方向に、垂直な部分を有さないように形成されていることを特徴とする。それ以外の構成は、図１及び図４を参照して説明した画素と同様であるため説明を省略し、以下、第２の実施形態における光導波路の形状について説明する。

図７は、光導波路３０６の、あるｚ位置におけるｘ−ｙ面に平行な断面内での、入射光と光導波路３０６の外周の一部との関係を表す図である。図７（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、入射光の波数ベクトル５０１と外周の交点５０６，５０７での光導波路３０６の辺（外周）がｘ方向に垂直な場合と、垂直ではない場合について表しており、それぞれの辺を５０４、５０５で表す。また、それぞれの場合について、入射光の波数ベクトルを矢印５０１、反射光の波数ベクトルを矢印５０２および５０３で表している。図７（ｂ）の場合、交点５０７での辺の法線がｘ軸となす角度をθとすると、反射光の波数ベクトル５０３と入射光の波数ベクトル５０１は角度２θをなす。入射光の波数ベクトルのｘ成分をk_x0とすると、図７（ａ）の場合、入射光は正反射するため反射光の波数ベクトルは、−k_x0となる。これに対し、図７（ｂ）の場合は、斜めに反射することにより、反射光の波数ベクトルのｘ成分k_x’は、−k_x0cos2θとなり、大きさが小さくなる。このことにより、光導波路３０６の側面で反射した光のより多くが目標の光電変換部３０２，３０３へ到達することとなり、２つの光電変換部３０２，３０３でのクロストークを低減することが可能となる。

図８は、説明のため簡略化した画素を表す図であり、ｘ−ｙ面がシリコン基板表面で、６０２と６０３がそれぞれ、２つの副画素１０２ａ，１０２ｂの光電変換部３０２，３０３の表面に対応する。その上に光導波路３０６が配置されており、副画素１０２ａ，１０２ｂに対応するｘ方向の幅をｗ、光導波路３０６の高さをｈとする。面ＯＡＢＣの辺ＢＣに入射光６０６がｚ軸と入射角θを成して入射するものとし、屈折は考慮しない。光電変換部３０３を有する着目する副画素１０２ｂのｘ軸と垂直な面６０４を、辺ＡＢを軸として角度φ傾けた面６０５を、入射光が全反射される光導波路３０６の側壁とする。

図７（ｂ）に示すように入射光が全反射する際の光導波路の側壁に相当する、光導波路の断面の外周の辺が、２つの光電変換部を結ぶ方向に垂直ではない場合に低減できるクロストークについて、画素を構成する一方の副画素を用いて簡単に見積もった。

辺ＡＢで全反射される入射光のうち、どの程度が、目標の光電変換部３０３に対応する辺ＯＡではなく、ｘ−ｙ面において−ｘの領域に到達してしまうかを見積もったグラフを、図９に示す。図９（ａ）〜（ｊ）はそれぞれ、ｈ／ｗを変化させた場合のクロストークによる損失を表すグラフであり、各グラフの縦軸は入射光の入射角度θ（°）、横軸は面６０５の傾きφ（°）である。グラフにおいて、側壁への入射角が全反射臨界角を超えてしまう角度領域の反射率を、損失が１００パーセントを超えるものとして表してある。見積りでは、光導波路３０６の内部の屈折率を１．９、外部の屈折率を１．４５とした。図９から、ｈ／ｗが大きくなるほど、また入射光の入射角度θが大きいほど損失は生じやすいことがわかるが、図９（ａ）〜（ｉ）のいずれの場合においても、面６０５の傾きφを大きくしてゆくことにより損失を低減できることが明確である。

このように、第２の実施形態における撮像素子では、光導波路の撮像面に平行な断面形状が、位相差検出を行うための所望の２つの光電変換部を結ぶ方向に垂直な辺を有さない（すべての辺または外周部分においてφ≠０（°））。このように構成することにより、クロストークの抑制、瞳分割による位相差検出性能の向上が可能となる。

ここで図１０に第２の実施形態における光導波路３０６の端部の断面形状の例を示す。図１０において、矢印は、瞳分割位相差方式により焦点調節を行うための２つの光電変換部３０２，３０３を結ぶ方向（並び方向）を示し、光導波路３０６の外周の一部をそれぞれ８０１および８０３、角部を８０２および８０４で示す。第２の実施形態に用いられる画素の構成では、図１０に示すように、光導波路３０６の断面の外周に、必ず角部が存在することになる。しかしながら、作製プロセス上の誤差などにより厳密な角ではなく、やや丸みを帯びることがあり、丸みの一部は位相差検出にかかる２つの光電変換部を結ぶ方向に垂直な部分となる。ただし、本発明ではこのような誤差に起因する垂直な部分は許容の範囲内とする。

図１１は、第２の実施形態における光導波路３０６の、撮像面に平行な断面形状の例を示す図である。図１１（ａ）〜（ｄ）の図では、それぞれ、焦点調節にかかる２つの光電変換部３０２，３０３を結ぶ方向をｘ方向に平行として、これに平行な方向の最大幅をＡ、垂直な方向の最大幅をＢとする。図１１（ａ）から（ｄ）のどの断面形状の光導波路も、ＡがＢより大きくなっており、ｘ方向に垂直な辺を有さない。ただし、第２の実施形態の光導波路３０６の断面形状は、図１１に示すものに限られるものではない。

図１１（ｅ）は、図１１（ｃ）に示す断面形状を有する光導波路３０６と、光電変換部３０２，３０３との位置関係の一例を示す図である。図１１（ｅ）に示すように、ｘ−ｙ面に平行な光導波路３０６の断面形状は、ｘ軸に平行な方向において対向する外周部分１１０８が二等辺三角形となっている。さらに、光電変換部３０２及び３０３の総合的な面積よりも、基板表面付近における光導波路３０６の断面１１０７の面積が小さいことにより、光導波路３０６の周りの絶縁層や配線層の設計自由度を向上することが可能となる。これは、ｙ軸に平行でない辺からなる光導波路３０６の断面形状の設定により、光導波路外周が斜め成分をもつことにより、断面においてスペースに余裕が出るため、可能となるものである。

上記の通り第２の実施形態によれば、撮像面に平行（ｘ−ｙ面に平行）な光導波路３０６の断面において、２つの光電変換部３０２，３０３の対向する方向（ｘ方向）に平行な入射光と、光導波路３０６の側壁をなす外周との交点において、入射光の反射方向を変化させることができる。これにより、２つの光電変換部３０２，３０３間のクロストークを低減することができる。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。上述した第１及び第２の実施形態では、光導波路３０６の撮像面に平行な断面形状が、断面外周の内側からみてすべて凸形状となっていた。これに対し、第３の実施形態に用いられる光導波路３０６の断面形状は、断面外周の内側からみて凸形状及び凹形状の両形状部を有することを特徴とする。それ以外の構成は、図１及び図４を参照して説明した画素と同様であるため説明を省略し、以下、第３の実施形態における光導波路の形状について説明する。

第３の実施形態における光導波路３０６の撮像面に平行な断面形状の例を図１２に示す。なお、焦点調節にかかる２つの光電変換部３０２，３０３を結ぶ方向をｘ方向とする。図１２（ａ），（ｂ）に示すように、ｘ方向の光導波路３０６の断面外周の最大幅をｙ方向の外周最大幅よりも長くし、且つ、ｘ方向において画素中心から遠い領域において、ｙ軸に平行でない複数の辺で構成する。このように構成することにより、ｚ軸となす角度がより大きい光を検出することができるため、焦点調節のための瞳分割性能を向上することができる。また、複数の凹凸形状で外周が形成されているため、光導波路の周囲の電気配線部に必要な領域を十分に確保することが可能である。

また、図１２（ｃ）のように、ｘ方向において対抗する外周部分をいくつもの斜辺からなる複数の凹凸形状で構成する場合などは、この部分を構成する各辺のｙ軸に対する角度（つまりφ）を大きくできるため、クロストークをより低減することができる。ただし、第３の実施形態の光導波路３０６の断面形状は、図１２に示すものに限られるものではない。

図１２（ｄ）は、図１２（ｃ）に示す断面形状を有する光導波路３０６と、光電変換部３０２と３０３との位置関係の一例を示す図である。図１２（ｄ）に示すように、ｘ−ｙ面に平行な断面における光導波路３０６の断面の外周は、凹部と凸部を有する。外周のｘ軸に平行な方向において対抗する部分１１１４は、ｙ軸と４５°をなす辺が繰り返されている形状となっており、２つの光電変換部３０２および３０３との間におけるクロストークによる損失を抑制することが可能となっている。

上記の通り第３の実施形態によれば、光導波路の断面の面積を大きく保ちながら、焦点調節にかかる２つの光電変換部間のクロストークをより低減することが可能となる。

＜変形例＞
ここまでは、画素が瞳分割位相差方式により焦点調節を行うための２つの光電変換部（副画素）により構成されている場合の説明を行った。以下、画素が瞳分割位相差方式の焦点調節を行うための３つ以上の光電変換部により構成される場合の、ｘ−ｙ面に平行な断面における光導波路３０６の断面形状について説明する。

図１３は、瞳分割位相差方式により焦点調節を行うための４つの光電変換部４２７〜４３０が配された、画素４００における光導波路３０６の断面形状の例を示す図である。４つの光電変換部４２７〜４３０から１対の光電変換部を選択する方法は６通り存在する。例えば光電変換部４２８と４２９で対をなす場合は、これらが対向する方向がｘ方向として定義され、一例として、図１３（ａ）に示すように、光導波路３０６は断面形状４３２を有するものとする。また、光電変換部４２７と４３０で対をなす場合は、同様にこれらが対向する方向がｘ方向として定義され、一例として、光導波路３０６は断面形状４３１を有するものとする。

この２対の光電変換部を焦点調節に用いる場合、２対それぞれに対する光導波路３０６の断面形状が組み合わされ、総合的な光導波路３０６の断面形状は図１３（ｂ）の断面形状４３３のようになる。この場合、それぞれの対においてｘ方向およびｙ方向の総合的な光導波路３０６の断面形状の最大幅が等しくなってしまう。しかしながら、本明細書中では着目する対の光電変換部それぞれについての個別の光導波路３０６の断面形状が、ｘ方向の最大幅がｙ方向の最大幅より大きいという条件を満たしていればよいものとする。つまり、総合的な光導波路３０６の断面形状は着目する対の光電変換部それぞれに対する断面形状に分離して考えればよい。このように、画素が瞳分割位相差方式により焦点調節を行うための３つ以上の光電変換部により構成される場合、着目する複数の光電変換部の対それぞれに対して、光導波路の断面形状を定義し、それらを合成して総合的な断面形状を決定すればよい。

＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。

第４の実施形態では、上述した第１〜第３の実施形態で説明した形状を有する光導波路３０６の側壁内部の、光導波路内部を伝搬する光（導波光）に対する屈折率が、光導波路３０６の側壁外部の屈折率よりも大きくする。

ここで、光導波路３０６の側壁とは、撮像面に平行な断面における外周をなす面である。光導波路３０６の側壁内部の屈折率を、光導波路３０６を取り囲む材料の屈折率よりも大きくすることにより、光導波路内部の光は光導波路３０６の側壁における全反射により、光導波路３０６内に閉じ込められて伝搬し、光電変換部へ達する。全反射を用いる場合、光導波路側壁をなす材料として吸収係数の小さなものを用いることにより、反射時の吸収損失を低減することが可能である。光導波路３０６の側壁内部をなす材料としては、例えば、窒化シリコン（SiN）、酸化チタン（TiO2）など、光導波路３０６の側壁外部をなす材料としては、二酸化珪素（SiO2）、一酸化珪素（SiO）などが挙げられるが、これらに限るものではない。

また、光導波路３０６の側壁が導波光に対して光反射率を呈する物質によりなる層で構成してもよい。光導波路３０６の側壁に、導波光に対する高反射率材料からなる反射層を設けることにより、光導波路３０６の側壁内部と外部の屈折率の大小関係によらず、光導波路３０６内部に光を導波できる。このような実施形態では、光導波路３０６内外の材料の選択自由度の向上や、作製プロセス上の制限を緩和することが可能である。光導波路の側壁の高反射層をなす材料としては、例えば、タングステン（W）、金（Au）、クロム（Cr）などが挙げられるが、これらに限るものではない。

さらに、誘電体周期多層膜を光導波路側壁の高反射層として用いる場合は、より高い反射率が実現できるだけでなく、金属などによる吸収損失を低減することも可能である。

なお、本発明における光導波路は、必ずしも明確な離散的導波モードを形成して光を導波するものに限らず、導波光が光導波路内を光導波路側壁において反射しながら伝搬するものであればよい。

＜第５の実施形態＞
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。第５の実施形態では、第１〜第４の実施形態において上述した画素を含む撮像素子を有する撮像装置について説明する。

図１４において、第１レンズ群１２０１は結像光学系の先端に配置され、光軸方向に進退可能に保持される。絞り兼用シャッタ１２０２は、絞りシャッタアクチュエータ１２１２の制御により、開口径が調節されることにより撮影時の光量調節を行うほか、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとしても機能し、露光時間の制御を行う。

第２レンズ群１２０３は、絞り兼用シャッタ１２０２と一体となって光軸方向に進退し、第１レンズ群１２０１の進退動作との連動により、変倍作用（ズーム機能）を為す。ズームアクチュエータ１２１１は、不図示のカム筒の回動に応じて、第１レンズ群１２０１から第２レンズ群１２０３を光軸方向に進退駆動させることで、変倍操作を行う。第３レンズ群１２０５は、フォーカスアクチュエータ１２１４による光軸方向の進退により、焦点調節を行う。

光学的ローパスフィルタ１２０６は、撮影画像の偽色やモアレを軽減するための光学素子である。撮像素子１２０７は２次元ＣＭＯＳフォトセンサと周辺回路からなり、入射した光を光電変換して画像信号に変換して出力する。撮像素子駆動回路１２２４は、撮像素子１２０７の撮像動作を制御するとともに、取得した画像信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１２２１に送信する。画像処理回路１２２５は、撮像素子１２０７が取得した画像のγ変換、カラー補間、ＪＰＥＧ圧縮等の処理を行う。

撮影時の被写体照明用電子フラッシュ１２１５は、キセノン管を用いた閃光照明装置が好適であるが、連続発光するＬＥＤを備えた照明装置を用いても良い。電子フラッシュ制御回路１２２２は、撮影動作に同期して電子フラッシュ１２１５を点灯制御する。ＡＦ補助光装置１２１６は、所定の開口パターンを有したマスクの像を、投光レンズを介して被写界に投影し、暗い被写体あるいは低コントラスト被写体に対する焦点検出能力を向上させる。補助光駆動回路１２２３は、焦点検出動作に同期してＡＦ補助光装置１２１６を点灯制御する。

カメラ内ＣＰＵ１２２１は、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェイス回路等を有し、カメラ本体の種々の制御を司る。そして、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムに基づいて、カメラが有する各種回路を駆動し、ＡＦ、撮影、画像処理と記録等の一連の動作を実行する。

フォーカス駆動回路１２２６は、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ１２１４を駆動制御し、第３レンズ群１２０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。絞りシャッタ駆動回路１２２８は、絞りシャッタアクチュエータ１２１２を駆動制御して絞り兼用シャッタ１２０２の開口を制御する。ズーム駆動回路１２２９は、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ１２１１を駆動する。

ＬＣＤ等の表示器１２３１は、カメラの撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像と撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態表示画像等を表示する。操作スイッチ群１２３２は、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等で構成される。着脱可能なフラッシュメモリで１２３３は、撮影済み画像を記録する。

なお、撮像装置は、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラのようなカメラはもとより、カメラ機能付き携帯電話、カメラ付きコンピュータなど、カメラ機能を備える任意の電子機器であっても良い。

また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置に適用してもよい。

１０２ａ，１０２ｂ：副画素、３０１：ｐ型シリコン基板，３０２，３０３：光電変換部、３０４：絶縁層、３０６：光導波路、３０８：マイクロレンズ、４０１〜４０３，４３３：断面

Claims (9)

1. 複数のマイクロレンズそれぞれに対して複数の光電変換部を備え、瞳分割された信号を読み出すことが可能な複数の画素を有する撮像素子であって、前記画素はそれぞれ、前記マイクロレンズと、前記複数の光電変換部との間に光導波路を具備し、
   前記撮像素子の撮像面に対して平行な、前記光導波路の断面形状において、対を成す前記複数の光電変換部の並び方向の最大幅が、前記並び方向に対して垂直な方向の最大幅よりも大きいことを特徴とする撮像素子。
2. 前記光導波路の断面形状が、前記垂直な方向と平行な辺を有さないことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
3. 前記光導波路の断面形状が、前記光導波路の内側から見て、凸形状で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像素子。
4. 前記光導波路の断面形状の一部が、前記光導波路の内側から見て、凹形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像素子。
5. 前記複数の光電変換部が複数の対を成す場合、各画素の光導波路は、各対の光導波路の断面形状を全ての対について合成した断面形状を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像素子。
6. 前記光導波路を構成する材料の屈折率が、前記光導波路を取り囲む材料の屈折率よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像素子。
7. 前記光導波路の側壁に、導波光に対して高反射率を呈する層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像素子。
8. 前記高反射率を呈する層が、多層膜であることを特徴とする請求項７に記載の撮像素子。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。