JP2024022636A - 撮像素子 - Google Patents

Abstract

【課題】１つのマイクロレンズに対して設けられた一対の光電変換部のそれぞれへ入射量を確保する。【解決手段】撮像素子は、光学系と第１マイクロレンズとを透過した光を光電変換し、第１方向に並んで設けられる第１光電変換部と第２光電変換部とをそれぞれ有し、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との受光面積の差が前記第１方向における前記光学系の光軸からの位置によって第１の関係で変化し、前記第１方向に設けられる複数の第１画素と、前記光学系と第２マイクロレンズとを透過した光を光電変換し、前記第１方向に並んで設けられる第３光電変換部と第４光電変換部とをそれぞれ有し、前記第３光電変換部と前記第４光電変換部との受光面積の差が前記第１方向における前記光学系の光軸からの位置によって前記第１の関係と異なる第２の関係で変化し、前記第１方向に設けられる複数の第２画素と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、撮像素子に関する。

従来から、一つのマイクロレンズに対して一対の受光素子が設けられ、マイクロレンズの光軸に対して一対の受光素子が対称となるように配列された焦点検出画素と、マイクロレンズの光軸に対して一対の受光素子が非対称となるように配置される焦点検出画素とが配列されたイメージセンサが知られている（たとえば特許文献１）。

特開２０１１―２２１２５３号公報

しかしながら、同一のマイクロレンズに対して配列された一対の受光素子のそれぞれに入射する光量が異なるため、何れか一方の受光素子の出力が飽和して焦点検出演算に用いることができずに焦点検出精度を維持できないという問題がある。

第１の態様によれば、撮像素子は、光学系と第１マイクロレンズとを透過した光を光電変換し、第１方向に並んで設けられる第１光電変換部と第２光電変換部とをそれぞれ有し、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との受光面積の差が前記第１方向における前記光学系の光軸からの位置によって第１の関係で変化し、前記第１方向に設けられる複数の第１画素と、前記光学系と第２マイクロレンズとを透過した光を光電変換し、前記第１方向に並んで設けられる第３光電変換部と第４光電変換部とをそれぞれ有し、前記第３光電変換部と前記第４光電変換部との受光面積の差が前記第１方向における前記光学系の光軸からの位置によって前記第１の関係と異なる第２の関係で変化し、前記第１方向に設けられる複数の第２画素と、を備える。

本発明によれば、複数の画素のうちの周辺付近に位置する画素においても、一対の光電変換部の一方の出力が飽和することを防ぎ、焦点検出精度の低下を抑制できる。

本発明の実施の形態による撮像装置の構成を説明する横断面図 実施の形態による撮像装置の要部構成を説明するブロック図 実施の形態による撮像画素の配列の一例を示す図 実施の形態における撮像画素の第１光電変換部および第２光電変換部の面積と、撮影レンズ系の射出瞳領域との投影関係を模式的に示す図 変形例における撮像画素の配列の一例を示す図 変形例における撮像画素の配列の一例を示す図 変形例における撮像画素の配列の一例を示す図

図面を参照しながら、本発明の一実施の形態による撮像素子と、当該撮像素子を備える焦点検出装置および撮像装置とについて説明する。図１は実施の形態による撮像装置であるデジタルカメラ１００の構成を説明する横断面図である。なお、説明の都合上、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸からなる座標系を図示の通りに設定する。

デジタルカメラ１００は、カメラ本体２００と撮影レンズ本体３００とにより構成され、撮影レンズ本体３００はマウント部（不図示）を介して装着される、いわゆるミラーレスカメラである。カメラ本体２００には、マウント部を介して種々の撮影光学系を有する撮影レンズ本体３００が装着可能である。上記のマウント部には電気接点２０１、２０２が設けられ、カメラ本体２００と撮影レンズ本体３００とが結合された時には、電気接点２０１および２０２を介して電気的な接続が確立される。

撮影レンズ本体３００は、撮影レンズ系１と、絞り２と、駆動機構３と、レンズデータ部４とを備えている。撮影レンズ系１は、被写体像を所定の予定焦点面に結像させるための光学系であり、焦点調節レンズを含む複数のレンズによって構成されている。絞り２は、撮影レンズ系１を通過する光束、すなわち入射光量を制限するために、光軸Ｌを中心に開口径が可変な開口を形成する。駆動機構３は、電気接点２０１を介してカメラ本体２００側から入力したデフォーカス量を用いてレンズ駆動量を算出し、レンズ駆動量に応じて撮影レンズ系１を構成する焦点調節レンズを光軸Ｌの方向（ｚ軸方向）に沿って合焦位置へ駆動する。また、駆動機構３は、カメラ本体２００側からの指令に応じて絞り駆動信号を出力して、絞り２の駆動を制御する。

レンズデータ部４は、たとえば不揮発性の記録媒体により構成され、撮影レンズ本体３００に関連する各種のレンズ情報、たとえばレンズの焦点距離や明るさ（開放Ｆ値）等が格納されている。レンズデータ部４は電気接点２０２を介してカメラ本体２００との間で上記のレンズ情報等を送信する。

カメラ本体２００内部には、演算処理制御部５と、撮像素子制御回路６と、メカシャッタ７と、撮像素子８と、電子ビューファインダ（ＥＶＦ）９と、接眼レンズ１０とが設けられている。カメラ本体２００には操作部１１が設けられている。撮像素子８には、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像画素がｘｙ平面上において二次元状（行と列）に配置される。撮像素子８の撮像画素には、それぞれＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタが設けられている。撮像素子８は、撮影レンズ系１およびメカシャッタ７を介して入射される光束を受光して被写体像を撮像して、撮像信号を撮像素子制御部６に出力する。撮像信号は、画像データ生成用の信号（画像信号）として、また、焦点検出用の信号（焦点検出用信号）として使用される。撮像素子８がカラーフィルタを通して被写体像を撮像するため、撮像素子８の撮像画素から出力される撮像信号はＲＧＢ表色系の色情報を有する。なお、撮像素子８については、詳細を後述する。

メカシャッタ７は撮像素子８の直前に設けられ、複数の遮光羽根より成る先幕と後幕とによって構成される。メカシャッタ７は、駆動モータ（たとえばＤＣモータやステッピングモータ等の電動モータ）により構成される駆動機構（不図示）の駆動により走行して、撮像素子８を被写体光から遮光する。電子ビューファインダ９は、演算処理制御部５により生成された表示画像データに対応する画像の表示を行う。また、電子ビューファインダ９は、撮影条件に関連する各種情報（シャッタ速度、絞り値、ＩＳＯ感度など）の表示を行う。電子ビューファインダ９に表示された画像や各種情報は、接眼レンズ１０を介してユーザにより観察される。

操作部１１はユーザによって操作される種々の操作部材に対応して設けられた種々のスイッチを含み、操作部材の操作に応じた操作信号を演算処理制御部５へ出力する。操作部材は、たとえばレリーズボタンや、カメラ本体２００の背面に設けられた背面モニタ（不図示）にメニュー画面を表示させるためのメニューボタンや、各種の設定等を選択操作する時に操作される十字キー、十字キーにより選択された設定等を決定するための決定ボタン、撮影モードと再生モードとの間でデジタルカメラ１００の動作を切替える動作モード切替ボタン、露出モードを設定する露出モード切替ボタン等を含む。

さらに、図２に示すブロック図を用いて、デジタルカメラ１００の制御系について説明する。図２に示すようにデジタルカメラ１００は、Ａ／Ｄ変換部１２と、画像処理回路１３と、焦点検出演算回路１４と、ボディ－レンズ通信部１５とを有している。演算処理制御部５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを有し、制御プログラムに基づいて、デジタルカメラ１００の各構成要素を制御したり、各種のデータ処理を実行したりする演算回路である。制御プログラムは、演算処理制御部５内の不図示の不揮発性メモリに格納されている。撮像素子駆動回路６は、演算処理制御部５によって制御され、撮像素子８およびＡ／Ｄ変換部１２の駆動を制御して、撮像素子８に電荷蓄積および撮像信号の読み出し等を行わせる。Ａ／Ｄ変換部１２は、撮像素子８から出力されたアナログの撮像信号をデジタルに変換する。

画像処理回路１３は、撮像素子８から出力された撮像信号を画像信号として用い、画像信号に対して種々の画像処理を施して画像データを生成した後、付加情報等を付与して画像ファイルを生成する。画像処理回路１３は、生成した画像ファイルをメモリカード等の記録媒体（不図示）に記録する。画像処理回路１３は、生成した画像データや記録媒体に記録されている画像データに基づいて、電子ビューファインダ９や背面モニタ（不図示）に表示するための表示画像データを生成する。

焦点検出演算回路１４は、撮像素子８から出力された撮像信号を焦点検出用信号として使用して、公知の位相差検出方式を用いてデフォーカス量を算出する。ボディ－レンズ通信部１５は、演算処理制御部５に制御され、電気接点２０１、２０２を介して撮影レンズ本体３００内の駆動機構３やレンズデータ部４と通信を行い、カメラ情報（デフォーカス量や絞り値など）の送信やレンズ情報の受信を行う。

次に、本実施の形態における撮像素子８について詳細に説明する。
図３（ａ）は撮像素子８の中心部を含む一部の領域を模式的に示す平面図であり、図３（ｂ）は撮像素子８の中心付近に設けられた１つの撮像画素８０の断面を模式的に示す図であり、図３（ｃ）は撮像素子８の周辺部に設けられた１つの撮像画素８０の断面を模式的に示す図である。なお、図３においても、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸からなる座標系を、図１に示す例と同様にして設定する。撮像素子８は、複数の撮像画素８０が行方向（ｘ方向）と列方向（ｙ方向）とに二次元配列される。撮像画素８０の各画素位置には、たとえばベイヤー配列の規則に従って上述したカラーフィルタ（Ｒ：赤色フィルタ、Ｇ：緑色フィルタ、Ｂ：青色フィルタ）が配置される。図３（ａ）においては、撮像画素８０に配置されたカラーフィルタの色を、「Ｒ」、「Ｇ」または「Ｂ」と表記して模式的に表す。

撮像画素８０は、マイクロレンズ８１と、１つのマイクロレンズ８１の下に設けられた第１光電変換部８２および第２光電変換部８３とによって構成される。第１光電変換部８２と第２光電変換部８３とは、ｘ方向に並んで配列される。図３に示す例では、第１光電変換部８２はｘ方向＋側、第２光電変換部８３はｘ方向－側に設けられる。第１光電変換部８２および第２光電変換部８３には、それぞれ撮影レンズ系１の異なる領域を介して入射された光が入射する。すなわち、焦点検出演算回路１４が位相差検出演算に用いる一対の被写体光束が入射する。

本実施の形態においては、各行において、撮像画素８０が配置される位置に応じて、第１光電変換部８２と第２光電変換部８３との境界部８４が、マイクロレンズ８１の中心からずれる（図３（ｃ）参照）。全ての撮像画素８０において、第１光電変換部８２の面積と第２光電変換部８３の面積とを合計した値は実質的に同一である。換言すると、第１光電変換部８２のサイズ（面積）と、第２光電変換部８３のサイズ（面積）とが異なる。撮像素子８の中心列Ｃからｘ方向＋側においては、マイクロレンズ８１の中心に対して境界部８４はｘ方向－側へずれ、中心列Ｃからｘ方向－側においては、マイクロレンズ８１の中心に対して境界部８４はｘ方向＋側へずれる。換言すると、第１光電変換部８２の面積は第２光電変換部８３の面積よりも大きく、かつ、中心列Ｃからの距離に応じて第１光電変換部８２の面積と第２光電変換部８３の面積との差分が大きくなる。ｘ方向－側においては、第２光電変換部８３の面積は第１光電変換部８２の面積よりも大きく、かつ、中心列Ｃからの距離に応じて第２光電変換部８３の面積と第１光電変換部８２の面積との差分が大きくなる。

マイクロレンズ８１に対する境界部８４のずれ量、すなわち第２光電変換部８３の面積と第１光電変換部８２の面積との差分は、中心列Ｃからの距離に応じて線形的に変化してもよいし、所定個数の撮像画素８０ごとに段階的に変化してもよい。各行において、撮像素子８の中心列Ｃに配列される撮像画素８０では、マイクロレンズ８１の中心と境界部８４とは実質的に一致、すなわち第１光電変換部８２の面積と第２光電変換部８３の面積とは等しい。上述したように、全ての撮像画素８０において、第１光電変換部８２の面積と第２光電変換部８３の面積とを合計した値は実質的に同一なので、撮像画素８０は、撮像素子８の中心列Ｃからのｘ方向の距離に応じて、第１光電変換部８２と第２光電変換部８３との面積比が異なる。

図３（ａ）に示すように、撮像素子８の中心列Ｃに配列された撮像画素８０ａに設けられた第１光電変換部８２ａと第２光電変換部８３ａとの境界部８４ａはマイクロレンズ８１ａの中心と実質的に等しい。すなわち第１光電変換部８２ａと第２光電変換部８３ａとは面積が等しい。撮像画素８０ａよりもｘ方向＋側に配列された撮像画素８０ｂにおいては、境界部８４ｂはマイクロレンズ８１ｂの中心に対してｘ方向－側にずれている。すなわち、第１光電変換部８２ｂの面積は第２光電変換部８３ｂの面積よりも大きい。上述したように、全ての撮像画素８０において、第１光電変換部８２の面積と第２光電変換部８３の面積とを合計した値は同一に形成されている。したがって、撮像画素８０ａの第１光電変換部８２ａの面積よりも撮像画素８０ｂの第１光電変換部８２ｂの面積の方が大きく、撮像画素８０ａの第２光電変換部８３ａの面積よりも撮像画素８０ｂの第２光電変換部８３ｂの面積の方が小さい。

撮像画素８０ｂよりもｘ方向＋側に配列された撮像画素８０ｃにおいては、境界部８４ｃのマイクロレンズ８１ｃの中心に対するずれ量は、境界部８４ｂのマイクロレンズ８１ｂの中心に対するずれ量と比べて大きい。すなわち、撮像画素８０がｘ方向＋側に配置されるほど、境界部８４とマイクロレンズ８１の中心とのずれ量がｘ方向－側へ大きくなる。撮像画素８０ｂの第１光電変換部８２ｂの面積よりも撮像画素８０ｃの第１光電変換部８２ｃの面積の方が大きく、撮像画素８０ｂの第２光電変換部８３ｂの面積よりも撮像画素８０ｃの第２光電変換部８３ｃの面積の方が小さい。

撮像画素８０ａよりもｘ方向－側に配列された撮像画素８０ｄにおいては、境界部８４ｄはマイクロレンズ８１ｄの中心に対してｘ方向＋側にずれている。すなわち第２光電変換部８３ｄの面積は第１光電変換部８２ｄの面積よりも大きい。したがって、撮像画素８０ａの第１光電変換部８２ａの面積よりも撮像画素８０ｄの第１光電変換部８２ｄの面積の方が小さく、撮像画素８０ａの第２光電変換部８３ａの面積よりも撮像画素８０ｄの第２光電変換部８３ｄの面積の方が大きい。撮像画素８０ｄよりもｘ方向－側に配列された撮像画素８０ｅにおいては、境界部８４ｅはマイクロレンズ８１ｅの中心に対するｘ方向＋側へのずれ量は、境界部８４ｄのマイクロレンズ８１ｄの中心に対するｘ方向＋側のずれ量と比べて大きい。すなわち、撮像画素８０ｄの第２光電変換部８３ｄの面積よりも撮像画素８０ｅの第２光電変換部８３ｅの面積の方が大きく、撮像画素８０ｄの第１光電変換部８２ｄの面積よりも撮像画素８０ｅの第１光電変換部８２ｅの面積の方が小さい。
なお、境界部８４とマイクロレンズ８１の中心との関係および第１光電変換部８２の面積と第２光電変換部８３の面積との関係については、詳細を後述する。

撮像画素８０の第１光電変換部８２と第２光電変換部８３とのそれぞれにおいては、ｙ方向の長さを変化させず、ｘ方向の長さを変化させることによって、第１光電変換部８２および第２光電変換部８３との面積比を変化させる。すなわち、ｘ方向＋側に配列された撮像画素８０では、撮像素子８の中心列Ｃからの距離が離れる程、第１光電変換部８２のｘ方向の長さが増加し、第２光電変換部８３のｘ方向の長さが減少する。ｘ方向－側に配列された撮像画素８０では、撮像素子８の中心列Ｃからの距離が離れる程、第１光電変換部８２のｘ方向の長さが減少し、第２光電変換部８３のｘ方向の長さが増加する。

撮像素子８のうち、列方向（ｙ方向）に配列された撮像画素８０においては、それぞれの第１光電変換部８２および第２光電変換部８３は同一の面積を有する。すなわち、たとえば撮像画素８０ｃと同一の列に配列された撮像画素８０については、第１光電変換部８２ｃと同一の面積の第１光電変換部８２と、第２光電変換部８３ｃと同一の面積の第２光電変換部８３とが設けられる。

本実施の形態においては、撮像画素８０の第１光電変換部８２および第２光電変換部８３を上述した形状にすることにより、撮像素子８の周辺領域におけるケラレの影響を低減する。以下、その原理について説明する。
図４は撮像画素８０の第１光電変換部８２および第２光電変換部８３の面積と、撮影レンズ系１の射出瞳領域との投影関係を模式的に示す。図４（ａ）は撮影レンズ系１の射出瞳距離ＰＯ１と撮像画素８０の射出瞳距離ＰＯ２とが実質的に等しい場合、すなわち撮影レンズ系１がミラーレスカメラであるデジタルカメラ１００に適合するように設計された専用の交換レンズ等の場合を示す。図４（ｂ）は撮影レンズ系１の射出瞳距離ＰＯ１が撮像画素８０の射出瞳距離ＰＯ２と比べて長い場合、すなわち撮影レンズ系１が、たとえば一眼レフカメラ用に設計された交換レンズや、ミラーレスカメラであるデジタルカメラ１００に適合するように設計された専用の交換レンズであるが長い射出瞳距離ＰＯ１が設定されている場合を示す。なお、図４（ｂ）においては、理解を容易にすることを目的として、射出瞳距離ＰＯ１とＰＯ２が等しい場合の撮影レンズ系１を破線により示す。また、本実施の形態においては、撮像画素８０の射出瞳距離ＰＯ２は、種々の専用の交換レンズごとに異なる射出瞳距離ＰＯ１のうちの中心値と比べて短くなるように設定されている。以下の説明では、図３においてｘ方向＋側の周辺領域に配列された撮像画素８０ｃを例に挙げて説明を挙げる。

図４（ａ）に示すように、第１光電変換部８２ｃは、被写体からの光束のうち、撮影レンズ系１の一対の射出瞳領域８４１および８４２のうち、射出瞳領域８４１を通過した光束８５１をマイクロレンズ８１ｃを介して受光し、第２光電変換部８３ｃは射出瞳領域８４２を通過した光束８５２をマイクロレンズ８１ｃを介して受光する。上述したように、図４（ａ）は射出瞳距離ＰＯ１およびＰＯ２が実質的に等しい場合を示しているので、光束８５１および８５２は撮影レンズ本体３００の構造等によるケラレが無い、もしくはケラレが少ない状態にて第１光電変換部８２ｃおよび第２光電変換部８３ｃにそれぞれ入射する。

図４（ｂ）に示すように、被写体からの光束８５２は、撮影レンズ系１の射出瞳領域８４２を通過し、撮像画素８０ｃのマイクロレンズ８１ｃを介して第２光電変換部８３ｃに入射する。撮影レンズ系１の射出瞳距離ＰＯ１が撮像画素８０の射出瞳距離ＰＯ２と比べて長いため、被写体からの光束８５１は一部がケラレる。すなわち光束８５１のうち、光束８５１ａが撮影レンズ系１の射出瞳領域８４１を通過し、マイクロレンズ８１ｃを介して第１光電変換部８２ｃに入射し、光束８５１ｂはケラレて第１光電変換部８２ｃに入射しない。

図４（ｃ）の撮像画素８０ｃの平面模式図において、光束８５２および上記のようにケラレの影響を受けた光束８５１と、撮像画素８０ｃの第１光電変換部８２ｃおよび第２光電変換部８３ｃとの位置関係を示す。なお、図４（ｃ）においては、光束８５１ｂにケラレの発生がなければ第１光電変換部８２ｃに入射したであろう領域を破線で示す。本実施の形態においては、第１光電変換部８２ｃは、光束８５１ａが入射する領域８２ｃ１と、光束８５１ｂがケラレなければ入射したであろう領域８２１ｃ２とを有する。撮像画素８０ｃにおいては、第１光電変換部８２ｃの領域８２ｃ１と光束８５２が入射する第２光電変換部８３ｃとが同一の面積を有するように、境界部８４ｃのｘ方向－側へのずれ量が決定されている。したがって、境界部８４ｃがマイクロレンズ８１ｃの中心に対してｘ方向－側にずれることにより、入射した光束８５２および８５１ａは、第１光電変換部８２ｃおよび第２光電変換部８３ｃにおいて、それぞれ実質的に同一面積にて受光される。

撮像画素８０ｂについても撮像画素８０ｃと同様に、境界部８４ｂのずれ量、すなわち第１光電変換部８２ｂと第２光電変換部８３ｂとの面積が決定される。ただし、上述したように、撮像画素８０ｂは、撮像画素８０ｃよりもｘ方向－側に配列されるので、境界部８４ｂのずれ量は境界部８４ｃのずれ量と比べて小さい。すなわち、撮像画素８０ｂの第１光電変換部８２ｂの面積は、撮像画素８０ｃの第１光電変換部８２ｃの面積と比べて小さい。また、撮像素子８の中心列Ｃからｘ方向－側に配列された撮像画素８については、境界部８４がマイクロレンズ８１の中心に対してずれる方向、すなわち第１光電変換部８２と第２光電変換部８３の面積の大小関係が反対になる。

図４（ｄ）は撮像画素８０ｃが配列される位置に撮像画素８０ａが配列されたと仮定した場合、すなわち境界部８４がマイクロレンズ８１の中心と実質的に一致する場合に、射出瞳距離ＰＯ１が射出瞳距離ＰＯ２よりも大きいとき、第１光電変換部８２ａおよび第２光電変換部８３ａにそれぞれ入射する光束８５１および８５２を模式的に示す平面図である。この場合、光束８５１がケラレることにより、光束８５１ａが第１光電変換部８２ａは図の斜線を付した領域にて受光される。光束８５２は第２光電変換部８３ａの全領域にて受光される。このため、第１光電変換部８２ａからの撮像信号の出力は、第２光電変換部８３ａからの撮像信号の出力と比べて低下する。すなわち、第１光電変換部８２ｃからの撮像信号が十分な出力に達する前に、第２光電変換部８３ｃからの撮像信号の出力が飽和する。

これに対して本実施の形態においては、図４（ｃ）に示す構造を有している。したがって、第１光電変換部８２ｃからの撮像信号の出力が第２光電変換部８３ｃからの撮像信号の出力と比較して低下することを防ぎ、第１光電変換部８２ｃからの撮像信号が十分な出力に達する前に、第２光電変換部８３ｃからの撮像信号の出力が飽和することを防ぐ。

焦点検出演算回路１４は、上述した構造を有する撮像画素８０から出力された撮像信号を焦点検出用信号として用いて、公知の位相差検出方式を用いてデフォーカス量を算出する。焦点検出演算回路１４は、第１光電変換部８２からの焦点検出信号を順次並べた第１信号列｛ａｎ｝と、第２光電変換部８３からの焦点検出信号を順次並べた第２信号列｛ｂｎ｝との相対的なズレ量を検出し、撮影レンズ系１の焦点調節状態、すなわちデフォーカス量を検出する。

画像処理回路１３は、画像データを生成する際に、撮像画素８０から出力された撮像信号を画像信号として使用する。画像処理回路１３は、各撮像画素８０について、第１光電変換部８２から出力された撮像信号と、第２光電変換部８３から出力された撮像信号とを加算して画像信号として扱う。したがって、第１光電変換部８２と第２光電変換部８３の面積差による影響はない。撮像画素８０には、Ｒ色、Ｇ色またはＢ色の何れかのカラーフィルタが設けられているので、加算された画像信号は撮像画素８０に設けられたカラーフィルタに応じた色情報を有する。画像処理回路１３は、加算により生成した画像信号に対して種々の画像処理を施して画像データを生成し、付加情報等を付与して画像ファイルを生成する。

上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。全ての複数の撮像画素８０では、一対の第１光電変換部８２と第２光電変換部８３との面積の合計が実質的に等しく、複数の撮像画素８０の配列位置、すなわち撮像素子８の中心付近からの距離に応じて、一対の第１光電変換部８２および第２光電変換部８３の面積が異なる。すなわち、撮像素子８の中央付近からの距離が増加するほど、一対の第１光電変換部８２と第２光電変換部８３との面積差が増加する。したがって、射出瞳距離ＰＯ１が撮像素子８の射出瞳距離ＰＯ２よりも長い撮影レンズ系１が装着された場合のように、撮像素子８の周辺部にて入射光束がケラレの影響を受けるような場合であっても、第１光電変換部８２または第２光電変換部８３への入射光量を確保することができる。このため、ケラレの影響を受けた光束８５１を第１光電変換部８２が演算可能となる光量を受光するまでに、第２光電変換部８３がケラレの影響を受けていない光束８５２を受光した第２光電変換部８３の出力が飽和することを防ぎ、焦点検出精度の低下を抑制できる。

次のような変形も本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形態と組み合わせることも可能である。
（１）実施の形態においては、図４に示すように撮像画素８０の射出瞳距離ＰＯ２よりも撮影レンズ系１の射出瞳距離ＰＯ１が長い場合について説明したが、射出瞳距離ＰＯ１が短い撮影レンズ系１が装着された場合について説明する。この場合、光束８５１にはケラレは生じないが光束８５２にはケラレが生じる。このため、被写体からの光束８５１は、撮影レンズ系１の射出瞳領域８４１を通過し、撮像画素８０ｃのマイクロレンズ８１ｃを介して第１光電変換部８２ｃに入射する。また、光束８５２がケラレることにより、光束８５２の一部が撮影レンズ系１の射出瞳領域８４２を通過し、マイクロレンズ８１ｃを介して第２光電変換部８３ｃに入射する。この場合に撮像素子８の周辺領域におけるケラレの影響を低減するためには、撮像素子８０ｃの第１光電変換部８２ｃの面積を第２光電変換部８３ｃの面積と比べて大きくなるように構成すればよい。すなわち、図３（ａ）に示す撮像画素８０ｃに代えて撮像画素８０ｅを配列すればよい。

図５に、射出瞳距離ＰＯ１が射出瞳距離ＰＯ２よりも短い撮影レンズ系１に対応させる場合の撮像素子８における撮像画素８０の配列の例を示す。図５に示すように、撮像素子８の中心列Ｃからｘ方向＋側においては、第１光電変換部８２の面積は第２光電変換部８３の面積よりも小さく、かつ、中心列Ｃからの距離に応じて第１光電変換部８２の面積と第２光電変換部８３の面積との差分が大きくなる。ｘ方向－側においては、第２光電変換部８３の面積は第１光電変換部８２の面積よりも小さく、かつ、中心列Ｃからの距離に応じて第２光電変換部８３の面積と第１光電変換部８２の面積との差分が大きくなる。この場合も、各行において、撮像素子８の中心列Ｃに配列される撮像画素８０では、第１光電変換部８２の面積と第２光電変換部８３の面積とは等しい。

（２）図６に、射出瞳距離ＰＯ１が射出瞳距離ＰＯ２よりも長い撮影レンズ系１と、射出瞳距離ＰＯ１が射出瞳距離ＰＯ２よりも短い撮影レンズ系１とのいずれの撮影レンズ系１に対しても対応させる場合の撮像素子８の撮像画素８０の配列の例を示す。この場合、図３（ａ）に示す構造を有する撮像画素８０が配列された行（図６の行Ｄ２、Ｄ４、Ｄ６）と、図５に示す構造を有する撮像画素８０が配列された行（図６の行Ｄ１、Ｄ３、Ｄ５）とがｙ方向に沿って交互に配置される。したがって、射出瞳距離ＰＯ１が射出瞳距離ＰＯ２よりも長い撮影レンズ系１の場合には、行Ｄ２、Ｄ４、Ｄ６に配列された撮像画素８０から出力された撮像信号を使用し、射出瞳距離ＰＯ１が射出瞳距離ＰＯ２よりも短い撮影レンズ系１の場合には、行Ｄ１、Ｄ３、Ｄ５に配列された撮像画素８０から出力された撮像信号を使用することにより、ケラレによる影響を低減した焦点検出を行うことが可能となる。

（３）撮像画素８０が有する第１光電変換部８２と第２光電変換部８３とがｘ方向に並んで配列されるものに代えて、第１光電変換部８２と第２光電変換部とがｙ方向に並んで配列されるものについても本発明の一態様に含まれる。また、撮像素子８は、第１光電変換部８２と第２光電変換部８３とがｘ方向に並んで配列された撮像画素８０と、第１光電変換部８２と第２光電変換部８３とがｙ方向に並んで配列された撮像画素８０とが配列されたものについても本発明の一態様に含まれる。

（４）図７に示すように、一対の撮像画素８０の一方に第１光電変換部８２が配置され、他方の撮像画素８０に第２光電変換部８３が配置される撮像素子８についても本発明の一態様に含まれる。この場合、撮像素子８の中心列Ｃに配列された一対の撮像画素８０ａ１および８０ａ２においては、撮像画素８０ａ１が有する第２光電変換部８３ａと、撮像画素８０ａ２が有する第１光電変換部８２ａとは、実質的に面積が等しい。撮像素子８の周辺部（図７においてはｘ方向＋側）に配置された一対の撮像画素８０ｃ１および８０ｃ２においては、撮像画素８０ｃ１が有する第２光電変換部８３ｃの面積は、撮像画素８０ｃ２が有する第１光電変換部８２ｃの面積と比べて大きい。面積の差分は実施の形態の場合と同様に、撮像素子８の中心列Ｃからの距離に応じて決定される。したがって、撮像素子８が図７に示す構成を有する撮像画素８０により構成される場合であっても、撮像素子８の周辺部における光束のケラレの影響を低減して入射光量を維持することができるので、焦点検出精度の低下を抑制できる。

本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

８…撮像素子、１３…画像処理回路、１４…焦点検出演算回路、８０…撮像画素、８１…マイクロレンズ、８２…第１光電変換部、８３…第２光電変換部、１００…デジタルカメラ

Claims (1)

1. 光学系と第１マイクロレンズとを透過した光を光電変換し、第１方向に並んで設けられる第１光電変換部と第２光電変換部とをそれぞれ有し、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との受光面積の差が前記第１方向における前記光学系の光軸からの位置によって第１の関係で変化し、前記第１方向に設けられる複数の第１画素と、
   前記光学系と第２マイクロレンズとを透過した光を光電変換し、前記第１方向に並んで設けられる第３光電変換部と第４光電変換部とをそれぞれ有し、前記第３光電変換部と前記第４光電変換部との受光面積の差が前記第１方向における前記光学系の光軸からの位置によって前記第１の関係と異なる第２の関係で変化し、前記第１方向に設けられる複数の第２画素と、
   を備える撮像素子。

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