JP5836629B2 - 撮像素子、それを具備する撮像装置及びカメラシステム - Google Patents

Description

本発明は、撮影レンズの焦点状態を検出可能な撮像素子とそれを具備した撮像装置及びカメラシステムに関するものである。

従来、撮像装置であるデジタルカメラに用いられる焦点検出方式には、ビデオカメラあるいはコンパクトカメラに用いられているコントラスト検出方式、一眼レフカメラに用いられている位相差検出方式等がある。

一眼レフカメラでは、撮影者が撮影レンズを通して被写体を観察するために被写体光をファインダー光学系に導くための跳ね上げミラーを有している。跳ね上げミラーは一部の光を透過するハーフミラーで構成され、跳ね上げミラーを透過した光は位相差方式の焦点検出装置に導かれ、撮影レンズの焦点検出を行うことを可能としている。焦点検出装置は、撮影レンズの異なる瞳領域を通過する光束を再結像する１組のレンズと１組のイメージセンサとから構成されている。記録媒体での撮影を行う場合は、跳ね上げミラーは撮影光路から退避する。そのため、フィルムや撮像素子等の記録媒体での撮影を実行中は、従来の位相差検出方式の焦点検出を行うことはできない。

撮像素子を記録媒体とするカメラにおいて動画画像を観察したり記録したりする場合、コントラスト検出方式の焦点調節方法が用いられるのが一般的である。コントラスト検出方式の焦点調節方法は、撮影レンズのフォーカスレンズを光軸方向に移動しながら撮像素子で撮像された画像の高周波成分を抽出し、コントラストのピークとなるレンズ位置を検出して焦点調節を行うものである。同焦点調節方法では、フォーカスレンズを動かしながら画像のコントラストを比較しているため、高速で焦点調節を行うことができない。

そこで、本出願人は上記の問題を解決するために、ＣＭＯＳ型撮像素子を構成する一部の焦点検出用画素の光電変換領域を制限することにより、受光可能な撮影レンズの瞳領域を制限して位相差方式の焦点検出が可能なカメラを特許文献１に開示している。同公報では、焦点検出用画素の一部を構成するマイクロレンズが、撮影レンズの瞳と配線電極とが共役関係になるように構成されている。その結果、光電変換部に入射する光束を配線電極で遮光することにより、受光可能な撮影レンズの瞳領域を制限している。

しかしながら、撮像素子を構成するマイクロレンズは、撮影レンズの瞳と光電変換部とも、略共役関係になるようにしなければならない。そのため、本出願人は光電変換部から離れた位置にある配線電極で遮光する代わりとして、光電変換部上に遮光部を設けることにより、受光可能な撮影レンズの瞳領域を制限する撮像素子を特許文献２に開示している。遮光部には、タングステン等の金属材料が用いられる。

特開２０１０−１１７６７９号公報 特開２００９−２４４８５４号公報 特開２００６−２２２３６６号公報

ところで、ＣＭＯＳ型撮像素子の光電変換部上の一部領域にはポリシリコン等で構成される転送電極が形成されている。ここで、特許文献３では、光電変換部上に開口を有する遮光部を設け、該遮光部と光電変換部との間に転送電極を設ける構成を開示している。しかしながら、特許文献３のように撮像素子の光軸方向において遮光部と転送電極とが重なるように形成した場合は、マイクロレンズから光電変換部までの距離が長くなるため、撮像素子の受光効率が低いという問題がある。

このような問題に対し、ＣＭＯＳ型撮像素子の受光効率を上げるために、マイクロレンズから光電変換部までの距離を短くするためには、タングステン等で形成される遮光部は、光軸方向において転送電極と重ならないように形成されるのが望ましい。

そこで、本発明者は、遮光部と転送電極を光電変換部上において光軸直交方向に並んで形成する構成を考案した。この場合、遮光部と転送電極を光軸方向において重ならないように配置することができ、マイクロレンズから光電変換部までの距離を短くすることができるため、ＣＭＯＳ型撮像素子の受光効率を上げることができる。しかしながら、この場合、遮光部の材質であるタングステン等の部材の複素屈折率は高く反射率が約１４％程度となることから、タングステン表面で反射した光が隣接画素に侵入し画質の劣化を起こしてしまうという問題があった。また、転送電極であるポリシリコンにも、マイクロレンズを通る光があたるため、ポリシリコン（あるいはシリコン）表面からの反射も同様に画質の劣化を起こしてしまうという問題があった。

そこで、本発明の目的は、撮像素子の受光効率を確保しつつ高精度な位相差方式の焦点検出を可能とするとともに、遮光部材からの反射を低減して画質の劣化を防止することが可能な撮像素子を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての撮像素子は、撮影レンズからの光を光電変換して被写体の像を生成する撮影用画素と、前記撮影レンズの射出瞳の一部の領域を通る光を受光する焦点検出用画素と、を有する撮像素子であって、前記焦点検出用画素は、光電変換部と、前記光電変換部の少なくとも一部の領域を覆うように前記光電変換部の端部に設けられる転送電極と、前記撮像素子の全面に形成され、前記光電変換部と前記転送電極を覆う第１の透明絶縁膜と、前記第１の透明絶縁膜の上に形成されて前記転送電極を避けるように前記光電変換部を覆う遮光部と、前記撮像素子の全面に形成され、前記転送電極と前記遮光部を覆う第２の透明絶縁膜と、を有し、前記第１の透明絶縁膜の光学厚さは、前記第２の透明絶縁膜の光学厚さより薄くなるように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、撮像素子の受光効率を確保しつつ高精度な位相差方式の焦点検出を可能とするとともに、遮光部材からの反射を低減して画質の劣化を防止することが可能な撮像素子を提供することができる。

本発明の光学装置（カメラシステム）の構成図である。 本発明の撮像素子の一部平面図である。（実施例１） 本発明の撮像素子の一部断面図である。（実施例１） 本発明の撮像素子の製造プロセス説明図である。（実施例１） 本発明の撮像素子に配設される焦点検出用画素の受光分布説明図である。（実施例１） 図５の受光分布の射影説明図である。（実施例１） 本発明の光学装置の電気回路ブロック図である。 本発明の光学装置の撮影動作のフローチャートである。 本発明の撮像素子の一部平面図である。（実施例１の変形例） 本発明の撮像素子の一部平面図である。（実施例２） 本発明の撮像素子の焦点検出画素の平面図である。（実施例２） 本発明の撮像素子の製造プロセス説明図である。（実施例２） 本発明の撮像素子に配設される焦点検出用画素の受光分布説明図である。（実施例２） 図１３の受光分布の射影説明図である。（実施例２）

以下に、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。

図１〜図８は本発明の第１の実施例で、図１は本発明の撮像素子を有した光学装置であるデジタルカメラの構成図、図２は本発明の撮像素子の一部平面図、図３は本発明の撮像素子の一部断面図、図４は本発明の撮像素子の製造プロセス説明図である。また、図５は本発明の撮像素子に配設される焦点検出用画素の受光分布説明図、図６は図５の受光分布の射影説明図、図７は本発明のカメラの電気回路ブロック図、図８は本発明のカメラ動作のフローチャートである。

図１において、本発明のデジタルカメラ（カメラシステム）はカメラ本体１００に対してカメラ側マウント１１１とレンズ側マウント２０１を介して、撮影レンズ２００（交換レンズ）が着脱可能な一眼レフタイプのデジタルカメラを示している。

撮影レンズ２００は複数のレンズ群（例えばレンズ２０３）と絞り２０４とから構成されており、撮影レンズ２００を透過した被写体光は、カメラ１００の跳ね上げミラー１０１で反射してピント板１０２近傍に収斂する。さらにピント板１０２で拡散透過した被写体光は、ペンタダハプリズム１０３及び接眼レンズ１０４を介して、不図示の撮影者の目に導かれる。

跳ね上げミラー１０１はハーフミラーで、跳ね上げミラー１０１を透過した一部の被写体光はサブミラー１０５で反射して焦点検出装置１０６に導かれる。焦点検出装置１０６は、撮影レンズ２００の異なる瞳領域を透過する光により生成される像より撮影レンズ２００の焦点状態を検出する公知の構成となっている。

また、撮影レンズ２００の予定結像面には本発明にかかる撮像素子（イメージセンサ、ＣＭＯＳ型撮像素子）１０８が配設されている。

本発明のカメラは動画を撮影することが可能で、動画撮影時には跳ね上げミラー１０１及びサブミラー１０５が撮影光路から退避し、シャッター１０７が開口状態に設定される。この時、撮像素子１０８で撮影された画像は、液晶表示素子１０９で視認できるようになっている。

次に、本発明の撮像素子１０８の構成について説明する。

図２は本発明にかかる撮像素子１０８の一部平面図、図３は撮像素子１０８の一部断面図である。

図３は、図２の撮像素子１０８の一部平面図に示したＡ−Ａ’面の断面図である。

撮像素子１０８は、シリコン基板３１０の内部に光電変換部３１２が形成されている。光電変換部３１２で発生した信号電荷は、光電変換部３１２を一部覆うように形成された転送電極（電極部）３３０により不図示のフローティングディフュージョン部へ転送される。転送電極３３０は通常ポリシリコンで構成されている。また、図中左側の画素の光電変換部３１２上には入射する光を制限するための遮光部３６０_１、３６０_２（以下、これら一対の遮光部をまとめて遮光部３６０ともいう。）が形成されている。遮光部３６０_１、３６０_２はタングステンで構成され、遮光部３６０_２は転送電極３３０とは重ならないよう形成されている。また、遮光部３６０_０は迷光防止用に各画素の周辺部に形成されている。

フローティングディフュージョン部へ転送された信号電荷は電極３３１及び電極３３２を介して外部に出力される。光電変換部３１２と電極３３１との間には層間絶縁膜３２１が形成されるが、遮光部３６０_２は転送電極３３０とは重ならないよう形成され、かつ遮光部３６０と転送電極３３０は略同じ厚さで形成されているため、層間絶縁膜３２１の膜厚は増加しない。その結果、撮像素子１０８の受光効率、特に入射角特性の低下を防止している。

そして、電極３３１と電極３３２との間には層間絶縁膜３２２が形成されている。さらに、電極３３２と電極３３３との間には層間絶縁膜３２３が形成されている。

また、電極３３３の光入射側には層間絶縁膜３２４が形成され、さらにパッシべーション膜３４０、平坦化層３５０が形成されている。平坦化層３５０の光入射側には、カラーフィルタ層３５１_１、３５１_２（以下、これらをまとめてカラーフィルタ層３５１ともいう。）、平坦化層３５２及びマイクロレンズ３５３が形成されている。ここで、マイクロレンズ３５３のパワーは、撮影レンズ２００の瞳と光電変換部３１２が略共役になるように設定されている。

本実施例では、撮像素子１０８の中央に位置する画素の断面図を示しており、マイクロレンズ３５３は画素の略中心に配設されている。

撮影レンズ２００を透過した被写体光は、カメラ１００の予定結像面に配設された撮像素子１０８近傍に集光する。さらに撮像素子１０８の各画素に到達した光は、マイクロレンズ３５３で屈折され光電変換部３１２に集光する。撮像素子１０８の光軸方向に積層された各電極３３１、３３２、３３３は、入射する光をできるだけ遮光しないように配設されている。

図中右側の画素は通常の撮影時に使用される撮影用画素で、撮影レンズ２００の全瞳領域を受光可能なように構成されている。

一方、図中左側の画素は撮影レンズ２００の焦点状態を検出する際に使用される焦点検出用画素である。この焦点検出用画素は、撮影レンズ２００の射出瞳の一部の領域を通る光を受光する。図中左側の画素の光電変換部３１２上には遮光部３６０_１、３６０_２が形成されているため、撮影レンズ２００の瞳の一部を透過する光束を受光可能となっている。また焦点検出用画素では受光効率を向上させるため、カラーフィルタ３５１_１は光吸収のない無色のものが形成されている。

次に、撮像素子１０８の画素配置を図２の平面図で説明する。

撮像素子１０８を構成する各画素の周辺部には、迷光防止用の遮光部３６０_０が配設されている。また、各画素中に書かれた「Ｒ」「Ｇ」「Ｂ」の文字は各画素のカラーフィルタの色相を表している。「Ｒ」の文字の書かれた画素は赤の成分の光を透過し、「Ｇ」の文字の書かれた画素は緑の成分の光を透過し、「Ｂ」の文字の書かれた画素は青の成分の光を透過する。

カラーフィルタの配列がベイヤ配列の場合、１絵素は「Ｒ」「Ｂ」の画素と２つの「Ｇ」の画素から構成されるが、本発明の撮像素子１０８は「Ｇ」に相当する画素の一部に、撮影レンズ２００の焦点検出が可能な焦点検出用画素が割り当てられている。

図中、Ｐα１、Ｐβ１、Ｐα２、Ｐβ２、Ｐα３、Ｐβ３は撮影レンズ２００の焦点状態を検出するための画素の遮光部３６０の開口を示している。また本実施例では、遮光部３６０の開口の長手方向（図中ｙ方向）と直交する方向（いわゆる相関演算方向または瞳分割方向）に偏位した位置に転送電極３３０_ｏ、３３０_ｅ（以下、これらをまとめて転送電極３３０ともいう。）が配設されている。本発明に係る転送電極３３０は、光電変換部３１２の少なくとも一部の領域を覆うように光電変換部３１２の端部に設けられている。また本発明にかかる撮像素子１０８は、遮光部３６０の開口の位置に対応して転送電極３３０_ｏ、３３０_ｅの配置が異なるように構成されている。これは、遮光部３６０と転送電極３３０_ｏ、３３０_ｅとの隙間から光電変換部３１２に漏れる光によって生じる焦点検出用画像の非対称性を小さくして焦点検出精度の低下を小さくするためである。

図４は、本発明の撮像素子１０８の製造プロセスの一部の説明図で、図２に示した撮像素子１０８の平面図の１行１列目にある焦点検出用画素を例に説明する。

図４（ａ）において、ｎ型シリコン基板３１０にｐ型のウエル領域３１１が形成され、さらにこのウエル領域３１１の表面にｎ型の光電変換部３１２が形成される。次に、シリコン基板３１０を熱酸化することによりシリコン基板３１０表面上にシリコン酸化膜３６１が形成される。さらに、転送電極３３０_ｏであるポリシリコンが形成される。

図４（ｂ）において、撮像素子１０８の全面に第１の透明絶縁膜であるシリコン窒化膜３６２が形成される。ここで、第１の透明絶縁膜であるシリコン窒化膜３６２の屈折率は約１．８で、厚みは約１１ｎｍである。これにより、光電変換部３１２と転送電極３３０_ｏは、第１の透明絶縁膜であるシリコン窒化膜３６２によって覆われる。

図４（ｃ）において、シリコン窒化膜３６２上にタングステンである遮光部３６０が形成される。遮光部３６０の膜厚は転送電極３３０_ｏであるポリシリコンと同じまたは略同等の膜厚で、転送電極３３０_ｏと光軸方向において重ならないように形成される。遮光部３６０は、シリコン窒化膜３６２上において転送電極３３０_ｏを避けるように光電変換部３１２を覆っている（ただし、遮光部３６０の開口に対応する光電変換部３１２の領域は覆われない）。ここで、遮光部３６０_２と転送電極３３０_ｏとは第１の透明絶縁膜であるシリコン窒化膜３６２で絶縁されているため、遮光部３６０_２と転送電極３３０_ｏとの隙間を小さくすることが可能となる。

図４（ｄ）において、遮光部３６０を覆うように撮像素子１０８の全面に第２の透明絶縁膜であるシリコン窒化膜３６３が形成される。ここで、第２の透明絶縁膜であるシリコン窒化膜３６３の屈折率は約２．０で、厚みは約５０ｎｍである。これにより、第１の透明絶縁膜であるシリコン窒化膜３６２と遮光部３６０は、第２の透明絶縁膜であるシリコン窒化膜３６３によって覆われる。

図４（ｅ）において、シリコン酸化膜による層間絶縁膜３２１が形成される。

図４（ｅ）の後は、不図示の電極３３１、層間絶縁膜３２２、電極３３２、層間絶縁膜３２３、電極３３３、層間絶縁膜３２４、パッシべーション膜３４０、平坦化層３５０、カラーフィルタ層３５１、平坦化層３５２、マイクロレンズ３５３が形成される。

ここで、遮光部３６０の膜厚は転送電極３３０_ｏであるポリシリコンと同じまたは略同等の膜厚でかつ転送電極３３０_ｏと重ならないように形成されているため、層間絶縁膜３２１の厚みも最小にすることが可能となっている。なお、遮光部３６０の厚さは、転送電極３３０_ｏの厚さ以下としてもよい。光電変換部３１２に入射する光束を遮光する遮光部３６０としての機能は、転送電極３３０_ｏの厚さの少なくとも半分（最低でも約１００ｎｍ）あれば達成される。しかし、遮光部３６０の厚さを転送電極３３０_ｏと同じ厚さにした方が平坦性が得られるため好ましい。

本実施例では、タングステンで構成された遮光部３６０上に形成された第２の透明絶縁膜であるシリコン窒化膜３６３は、遮光部３６０に対して反射防止膜として機能するようになっている。同様に、ポリシリコンで構成された転送電極３３０_ｏ上に形成された第１の透明絶縁膜であるシリコン窒化膜３６２と第２の透明絶縁膜であるシリコン窒化膜３６３とは、転送電極３３０_ｏに対して反射防止膜として機能するようになっている。また、光電変換部３１２上に形成された第１の透明絶縁膜であるシリコン窒化膜３６２と第２の透明絶縁膜であるシリコン窒化膜３６３とは、光電変換部３１２に対して反射防止膜として機能するようになっている。したがって、遮光部３６０のタングステン表面からの反射を低減するとともに、転送電極３３０_ｏのポリシリコン表面からの反射も低減することができ、反射光が隣接画素に侵入して画質の劣化を起こしてしまうという問題を防止することができる。

図２の本実施例の撮像素子１０８の平面図において、撮像素子１０８の一部に配設される対となる焦点検出用画素は、撮影レンズのＦ値に対応するために、遮光部３６０による開口の相対間隔が異なる３種類が設定されている。

また本実施例では、図中１行１列目の焦点検出用画素において遮光部３６０_１、３６０_２による開口Ｐα１が画素の中心に対して左側（−ｘ方向）に配設されているときは、転送電極３３０_ｏは画素の中心に対して右側（＋ｘ方向）に配設されている。一方、図中２行２列目の焦点検出用画素において遮光部３６０_３、３６０_４による開口Ｐβ１が画素の中心に対して右側（＋ｘ方向）に配設されているときは、転送電極３３０_ｅは画素の中心に対して左側（−ｘ方向）に配設されている。また本実施例では、焦点検出用画素を配設していない行においても転送電極３３０_ｏ、３３０_ｅは、奇数行では画素の中心に対して右側（＋ｘ方向）に、偶数行では画素の中心に対して左側（−ｘ方向）に配設されている。

以下、図５の撮像素子１０８に配設される焦点検出用画素の受光分布説明図、図６の受光分布の射影説明図を用いて、焦点検出用画素の受光特性を説明する。ここで図５の受光分布説明図は、撮影レンズ２００での口径蝕がない場合の例を示している。また、図６に示す受光分布の射影は、図５に示した焦点検出用画素の撮影レンズ２００の瞳上の受光分布を図中ｙ方向へ射影をとったもので、焦点検出用画素群により生成される線像分布関数（いわゆる線像）Ｌを示している。

図２の撮像素子１０８の平面図において、１行１列目に配置された焦点検出が可能な画素の遮光部３６０_１、３６０_２による開口Ｐα１は、画素中心に対して−ｘ方向に第１の偏位量で偏位している。

図５（ａ）は、撮像素子１０８の１行１列目に配設された焦点検出用画素の受光分布説明図である。図５の受光分布説明図は、撮像素子１０８の製造誤差が無い場合に、撮影レンズ２００の瞳上で受光可能な光量分布を示している。図中、白黒の濃淡が受光可能な光量を示しており、白い領域が受光光量が高くなっている。

撮像素子１０８の１行１列目に配設された画素の遮光部の開口Ｐα１は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓα１を受光可能になっている。図中、撮影レンズ２００の光軸（図中ｘ−ｙ軸の交点）から−ｘ方向の位置の受光光量が高くなっている領域Ｓγは、遮光部３６０_２と転送電極３３０_ｏとの隙間からの漏れ光によるものである。

また、図２の撮像素子１０８の平面図において、１行１列目に配置された焦点検出が可能な画素に対して対となる焦点検出可能な画素が、斜め方向の隣接する位置（図中２行２列目）に配置されている。対となる焦点検出可能な画素には遮光部３６０_３、３６０_４が形成され、遮光部３６０_３、３６０_４による開口Ｐβ１の中心は、画素中心に対して＋ｘ方向に第１の偏位量で偏位している。

図５（ｂ）は、撮像素子１０８の２行２列目に配設された画素の受光分布説明図である。図中、白黒の濃淡が受光可能な光量を示しており、白い領域が受光光量が高くなっている。

撮像素子１０８の２行２列目に配設された画素の遮光部３６０_３、３６０_４による開口Ｐβ１は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓβ１を受光可能になっている。図中、撮影レンズ２００の光軸（図中ｘ−ｙ軸の交点）から＋ｘ方向の位置の受光光量が高くなっている領域Ｓγは、遮光部３６０_３と転送電極３３０_ｅとの隙間からの漏れ光によるものである。

撮像素子１０８の製造誤差が無い場合には、撮影レンズ２００の瞳上で受光光量が高くなっている領域の光軸からの距離ｘα１と距離ｘβ１は等しい。

図２の撮像素子１０８の平面図において、１行１列目から−ｙ方向に４画素隣接した行（図中５行目）には、遮光部３６０_５、３６０_６が形成された焦点検出可能な画素が配設されている。５行１列目に配置された焦点検出が可能な画素において、遮光部３６０_５、３６０_６による開口Ｐα２の中心は、画素中心に対して−ｘ方向に第１の偏位量とは異なる第２の偏位量で偏位している。

図５（ｃ）は、撮像素子１０８の５行１列目に配設された画素の受光分布説明図である。図中、白黒の濃淡が受光可能な光量を示しており、白い領域が受光光量が高くなっている。

撮像素子１０８の５行１列目に配設された画素の遮光部３６０_５、３６０_６による開口Ｐα２は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓα２を受光可能になっている。図中、撮影レンズ２００の光軸（図中ｘ−ｙ軸の交点）から−ｘ方向の位置の受光光量が高くなっている領域Ｓγは、遮光部３６０_６と転送電極３３０_ｏとの隙間からの漏れ光によるものである。

また、図２の撮像素子１０８の平面図において、５行１列目に配置された焦点検出が可能な画素に対して対となる焦点検出可能な画素が、斜め方向の隣接する位置（図中６行２列目）に配置されている。対となる焦点検出可能な画素には、同様に遮光部３６０_７、３６０_８が形成され、遮光部３６０_７、３６０_８による開口Ｐβ２の中心は、画素中心に対して＋ｘ方向に第２の偏位量で偏位している。

図５（ｄ）は、撮像素子１０８の６行２列目に配設された画素の受光分布説明図である。図中、白黒の濃淡が受光可能な光量を示しており、白い領域が受光光量が高くなっている。

撮像素子１０８の６行２列目に配設された画素の遮光部３６０_７、３６０_８による開口Ｐβ２は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓβ２を受光可能になっている。図中、撮影レンズ２００の光軸（図中ｘ−ｙ軸の交点）から＋ｘ方向の位置の受光光量が高くなっている領域Ｓγは、遮光部３６０_７と転送電極３３０eとの隙間からの漏れ光によるものである。

撮像素子１０８の製造誤差が無い場合には、撮影レンズ２００の瞳上で受光光量が高くなっている領域の光軸からの距離ｘα２と距離ｘβ２は等しい。

図２の撮像素子１０８の平面図において、５行１列目からさらに−ｙ方向に４画素隣接した行（図中９行目）には、遮光部３６０_９、３６０_１０が形成された焦点検出可能な画素が配設されている。９行１列目に配置された焦点検出が可能な画素において、遮光部３６０_９、３６０_１０による開口Ｐα３の中心は、画素中心に対して−ｘ方向に第１及び第２の偏位量とは異なる第３の偏位量で偏位している。

図５（ｅ）は、撮像素子１０８の９行１列目に配設された画素の受光分布説明図である。図中、白黒の濃淡が受光可能な光量を示しており、白い領域が受光光量が高くなっている。

撮像素子１０８の９行１列目に配設された画素の遮光部３６０_９、３６０_１０による開口Ｐα３は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓα３を受光可能になっている。図中、撮影レンズ２００の光軸（図中ｘ−ｙ軸の交点）から−ｘ方向の位置の受光光量が高くなっている領域Ｓγは、遮光部３６０_１０と転送電極３３０_ｏとの隙間からの漏れ光によるものである。

また、図２の撮像素子１０８の平面図において、９行１列目に配置された焦点検出が可能な画素に対して対となる焦点検出可能な画素が、斜め方向の隣接する位置（図中１０行２列目）に配置されている。対となる焦点検出可能な画素には、同様に遮光部３６０_１１、３６０_１２が形成され、遮光部３６０_１１、３６０_１２による開口Ｐβ３の中心は、画素中心に対して＋ｘ方向に第３の偏位量で偏位している。

図５（ｆ）は、撮像素子１０８の１０行２列目に配設された画素の受光分布説明図である。図中、白黒の濃淡が受光可能な光量を示しており、白い領域が受光光量が高くなっている。

撮像素子１０８の１０行２列目に配設された画素の遮光部３６０_１１、３６０_１２による開口Ｐβ３は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓβ３を受光可能になっている。図中、撮影レンズ２００の光軸（図中ｘ−ｙ軸の交点）から＋ｘ方向の位置の受光光量が高くなっている領域Ｓγは、遮光部３６０_１１と転送電極３３０_ｅとの隙間からの漏れ光によるものである。

撮像素子１０８の製造誤差が無い場合には、撮影レンズ２００の瞳上で受光光量が高くなっている領域の光軸からの距離ｘα３と距離ｘβ３は等しい。

また、遮光部による開口Ｐα１を有する焦点検出可能な画素（図２の１行１列目の画素）の＋ｘ方向に４画素周期で隣接した位置に同様の開口Ｐα１を有する焦点検出可能な画素が配設されている。

同様、遮光部よる開口Ｐβ１を有する焦点検出可能な画素（図中２行２列目の画素）の＋ｘ方向に４画素周期で隣接した位置に同様の開口Ｐβ１を有する焦点検出可能な画素が配設されている。

撮影レンズ２００の焦点状態を検出する場合は、開口Ｐα１を有する焦点検出画素群の及び開口Ｐβ１を有する焦点検出画素群の信号を出力する。

また、遮光部よる開口Ｐα２を有する焦点検出可能な画素（図２の５行１列目の画素）の＋ｘ方向に４画素周期で隣接した位置に同様の開口Ｐα２を有する焦点検出可能な画素が配設されている。

同様、遮光部よる開口Ｐβ２を有する焦点検出可能な画素（図中６行２列目の画素）の＋ｘ方向に４画素周期で隣接した位置に同様の開口Ｐβ２を有する焦点検出可能な画素が配設されている。

図６は、図５に示した焦点検出用画素の撮影レンズ２００の瞳上の受光分布を図中ｙ方向へ射影をとったもので、焦点検出用画素群により生成される線像Ｌを示している。

図６（ａ）は、図２の撮像素子１０８の平面図において５行目に配置された開口Ｐα２を有する焦点検出用画素群により生成される線像Ｌαを示している。線像Ｌαにおいて、最も強度の大きい位置から図中−ｘ方向の離れた位置に小さな強度の像が発生している。この像は、遮光部３６０_６によって覆われていない領域である転送電極３３０_ｏからの漏れ光により生じる像であるが、遮光部３６０_６と転送電極３３０_ｏとの隙間を最小にしているためその強度は小さい。

ところで、転送電極３３０はポリシリコンにより構成されているため、波長の短い光は吸収するが波長の長い光は透過する。そのため、撮影レンズ２００の瞳上の受光分布は光の波長によって変化する。図６（ａ）に示した線像Ｌαは、図６（ｃ）に示す波長の短い青い光に対する線像Ｌαｂと等価である。

図６（ｃ）は、図２の撮像素子１０８の平面図において５行目に配置された開口Ｐα２を有する焦点検出用画素群により生成される青の光、緑の光及び赤の光に対する線像Ｌαを示している。青の光に対する線像Ｌαｂは実線で示している。また、緑の光に対する線像Ｌαｇは点線で示している。線像Ｌαｇにおいて最も強度の大きい位置から図中−ｘ方向の離れた位置に漏れ光による像が発生する。この漏れ光による像は、転送電極３３０_ｏであるポリシリコンで透過する成分を含むため、青の光の漏れ光による像より緑の光の漏れ光による像の方が大きい。また、赤の光に対する線像Ｌαｒは破線で示している。線像Ｌαｒにおいて最も強度の大きい位置から図中−ｘ方向の離れた位置に漏れ光による像が発生する。この漏れ光による像は、転送電極３３０_ｏであるポリシリコンで透過する成分を含むため、緑の光の漏れ光による像より赤の光の漏れ光による像の方が大きい。

図６（ｂ）は、図２の撮像素子１０８の平面図において６行目に配置された開口Ｐβ２を有する焦点検出用画素群により生成される線像Ｌβを示している。線像Ｌβにおいて、最も強度の大きい位置から図中＋ｘ方向の離れた位置に小さな強度の像が発生している。この像は、遮光部３６０_７によって覆われていない領域である転送電極３３０_ｅからの漏れ光により生じる像であるが、遮光部３６０_７と転送電極３３０_ｅとの隙間を最小にしているためその強度は小さい。ここで線像Ｌβは、図６（ｄ）に示す波長の短い青い光に対する線像Ｌβｂと等価である。

図６（ｄ）は、図２の撮像素子１０８の平面図において６行目に配置された開口Ｐβ２を有する焦点検出用画素群により生成される青の光、緑の光及び赤の光に対する線像Ｌβを示している。青の光に対する線像Ｌβｂは実線で示している。また、緑の光に対する線像は、Ｌβｇは点線で示している。線像Ｌβｇにおいて最も強度の大きい位置から図中＋ｘ方向の離れた位置に漏れ光による像が発生する。この漏れ光による像は、転送電極３３０_ｅであるポリシリコンで透過する成分を含むため、青の光の漏れ光による像より緑の光の漏れ光による像の方が大きい。また、赤の光に対する線像Ｌβｒは破線で示している。線像Ｌβｒにおいて最も強度の大きい位置から図中＋ｘ方向の離れた位置に漏れ光による像が発生する。この漏れ光による像は、転送電極３３０_ｅであるポリシリコンで透過する成分を含むため、緑の光の漏れ光による像より赤の光の漏れ光による像の方が大きい。

撮影レンズ２００の焦点状態を検出する場合は、開口Ｐα２を有する焦点検出画素群及び開口Ｐβ２を有する焦点検出画素群の信号を出力する。

また、光電変換部Ｐα３を有する焦点検出可能な画素（図２の９行１列目）の＋ｘ方向に４画素周期で隣接した位置に同様の光電変換部Ｐα３を有する焦点検出可能な画素が配設されている。

同様、光電変換部Ｐβ３を有する焦点検出可能な画素（図中１０行２列目）の＋ｘ方向に４画素周期で隣接した位置に同様の光電変換部Ｐβ３を有する焦点検出可能な画素が配設されている。

撮影レンズ２００の焦点状態を検出する場合は、開口Ｐα３を有する焦点検出画素群及び開口Ｐβ３を有する焦点検出画素群の信号を出力する。

ここで図６の受光分布の射影説明図で示すように、開口Ｐα２を有する焦点検出画素群と開口Ｐβ２を有する焦点検出画素群の線像は非対称であるため、撮像素子１０８から出力される焦点検出用画像信号も非対称となる。非対称な焦点検出用画像信号を用いて公知の相関演算を行うと算出誤差を生じてしまうため、焦点検出用画像信号の非対称性をなくす補正が必要となる。焦点検出用画像信号の非対称性をなくす補正方法については後述する。

以下、図７のカメラの電気回路ブロック図と図８のフローチャートを用いて、本発明の撮像素子を有する光学装置であるカメラの撮影動作を説明する。

図８（ａ）のフローチャートにおいて、カメラ１００の不図示の電源がＯＮされると（ｓ１００）、カメラ１００を制御するカメラＣＰＵ１５０は動画撮影を指示する第１の操作スイッチ１５１の状態を確認する（ｓ１０１）。第１の操作スイッチ１５１がＯＮされ動画撮影が指示されていたら（ｓ１０１）、カメラＣＰＵ１５０は跳ね上げミラー１０１及びサブミラー１０５が撮影光路から退避させるとともに、シャッター駆動回路１５６を介してシャッター１０７を開口状態にする。

撮影を行うための準備が整うと、カメラＣＰＵ１５０は撮像素子駆動回路１５３を介して撮像素子１０８で被写体の撮影を行う（ｓ１０２）。撮像素子１０８で撮影された画像は画像処理回路１５４で表示用の画像に処理され、液晶表示素子駆動回路１５５を介して液晶表示素子１０９に表示される（ｓ１０３）。さらに、画像処理回路１５４にて記録用の画像に画像処理された画像は、メモリ回路１５７に記録される（ｓ１０４）。ここで、画像を記録するものは、記録メディアでも構わない。

さらにカメラＣＰＵ１５０及び画像処理回路１５４は焦点検出手段を兼ねており、撮像素子１０８で撮影された画像に基づいて撮影レンズ２００の焦点状態が検出される（ｓ２００）。本発明の撮像素子１０８を用いた焦点検出方法は後述する。

撮影レンズ２００が合焦状態でなければ（ｓ１０６）、カメラＣＰＵ１５０は画像処理回路１５４で検出された撮影レンズ２００のデフォーカス量をレンズＣＰＵ２５０に送信する。レンズＣＰＵ２５０は、撮影レンズ２００のデフォーカス量をフォーカスレンズのステップ駆動量に変換したのち、フォーカスレンズ駆動回路２５１に信号を送信してフォーカスレンズを駆動する（ｓ１０７）。

引き続きカメラＣＰＵ１５０は動画撮影を指示する第１の操作スイッチ１５１の状態を確認し、第１の操作スイッチ１５１がＯＮ状態であれば（ｓ１０１）、動画撮影を継続する（ｓ１０２）。

一方、動画撮影を指示する第１の操作スイッチ１５１がＯＦＦ状態であれば（ｓ１０１）、カメラＣＰＵ１５０は静止画撮影を指示する第２の操作スイッチ１５２の状態を確認する（ｓ１０８）。第２の操作スイッチ１５２にて静止画撮影の前段操作（ＳＷ−１）が実行されていなければ、カメラＣＰＵ１５０は待機する。

一方、第２の操作スイッチ１５２にて静止画撮影のため前段操作（ＳＷ−１）が実行されると、カメラＣＰＵ１５０は焦点検出装置１０６の出力より撮影レンズ２００の焦点状態を検出する（ｓ１０９）。静止画撮影時の焦点検出方法は公知の技術である。

撮影レンズ２００が合焦状態であれば（ｓ１１０）、カメラＣＰＵ１５０は静止画撮影を指示する第２の操作スイッチ１５２の状態を確認する（ｓ１１２）。一方、撮影レンズ２００が合焦状態でなければ（ｓ１１０）、カメラＣＰＵ１５０は検出された撮影レンズ２００のデフォーカス量をレンズＣＰＵ２５０に送信する。レンズＣＰＵ２５０は、撮影レンズ２００のデフォーカス量をフォーカスレンズのステップ駆動量に変換したのち、フォーカスレンズ駆動回路２５１に信号を送信してフォーカスレンズを駆動する（ｓ１１１）。

さらに、カメラＣＰＵ１５０は静止画撮影を指示する第２の操作スイッチ１５２の状態を確認する（ｓ１１２）。第２の操作スイッチ１５２にて静止画撮影の後段操作（ＳＷ−２）が実行されていなければ、カメラＣＰＵ１５０は待機する。

一方、第２の操作スイッチ１５２にて静止画撮影のため後段操作（ＳＷ−２）が実行されると（ｓ１１２）、カメラＣＰＵ１５０は跳ね上げミラー１０１及びサブミラー１０５を撮影光路から退避させる。また、シャッター駆動回路１５６を介してシャッター１０７を開口状態にするとともに、絞り駆動回路２５２を介して絞り２０４の開口状態を調節する。静止画撮影を行うための準備が整うと、カメラＣＰＵ１５０は撮像素子駆動回路１５３を介して撮像素子１０８で被写体の撮影を行う（ｓ１１３）。撮像素子１０８で撮影された画像は画像処理回路１５４で表示用の画像に処理され、液晶表示素子駆動回路１５５を介して液晶表示素子１０９に表示される（ｓ１１４）。さらに、画像処理回路１５４にて記録用の画像に画像処理された画像は、メモリー回路１５７に記録される（ｓ１１５）。ここで、画像を記録するものは、記録メディアでも構わない。

画像の記録が終了すると（ｓ１１５）、一連のカメラ撮影動作を終了する（ｓ１１６）。

次に、図８（ｂ）のフローチャートを用いて本発明の撮像素子１０８を有するカメラの焦点検出フローの詳細を説明する。

まずカメラＣＰＵ１５０は、撮影レンズ２００での光束のケラレ状態を知るためにレンズＣＰＵ２５０を介してレンズ情報を読み出す（ｓ２０１）。次に、使用者が設定した焦点検出領域を確認する（ｓ２０２）。さらに、確認された焦点検出領域おける被写体色を画像処理回路１５４にて判定する（ｓ２０３）。

次に、ＣＰＵ１５０はメモリー回路１５７に記憶された撮像素子１０８の焦点検出用画素の受光分布を読み出す。焦点検出用画素の受光分布は、撮像素子１０８の光電変換部３１２を遮光する遮光部３６０の開口及び波長の違いに対応する複数種類の受光分布が記憶されている。

さらに、ＣＰＵ１５０は撮影レンズ２００のレンズ情報から設定されている焦点検出領域における口径蝕を計算する。そして画像処理回路１５４にて、設定されている焦点検出領域における被写体色に対応した受光分布と撮影レンズ２００の口径蝕とから線像分布関数Ｌを算出する（ｓ２０４）。

例えば、図２の撮像素子１０８の平面図の５行目に配設された遮光部３６０の開口Ｐα２を有する焦点検出用画素群の線像分布関数をＬα、６行目に配設された遮光部３６０の開口Ｐβ２を有する焦点検出用画素群の線像分布関数をＬβとする。ここで線像分布関数Ｌは、図６（ｃ）及び図６（ｄ）の射影説明図に示したように、被写体色によって異なる特性となる。

撮影レンズ２００の異なる瞳領域を透過する光束より生成される２像を用いて撮影レンズ２００の焦点状態を検出する場合、瞳領域を透過する光束の重心位置により焦点検出精度が決まってくる。撮影レンズ２００の異なる瞳領域を通過する光束の重心間隔を基線長と呼び、基線長は画像処理回路１５４にて撮影レンズ２００の異なる瞳領域を透過する焦点検出用画素の受光分布の射影である線像分布関数の重心の間隔から算出される。

遮光部３６０の開口Ｐα２を有する焦点検出用画素群線の線像分布関数Ｌαの重心は、

と求められる。同様に、遮光部３６０の開口Ｐβ２を有する焦点検出用画素群の線像分布関数Ｌβの重心は、

と求められ。これらの計算結果から基線長Ｇは、

と求められる（ｓ２０５）。

本実施例の撮像素子１０８は、遮光部３６０と転送電極３３０との隙間を最小にしているため、遮光部３６０と転送電極３３０との隙間からの漏れ光により生じる像の強度は小さい。その結果、遮光部３６０と転送電極３３０との隙間からの漏れ光による基線長の変化の影響を最小にしている。

次に、画像処理回路１５４にて先に求めた線像分布関数Ｌα、Ｌβに基づいて焦点検出用画像の出力の偏りを補正（いわゆるシェーディング補正）する（ｓ２０６）。

さらに画像処理回路１５４にて、シェーディング補正後の焦点検出用画像を用いて公知の相関演算方法により像ズレ量を求め、式（１）〜（３）で算出した基線長を用いて、暫定的なデフォーカス量を求める（ｓ２０７）。

算出された暫定デフォーカス量が所定の範囲内であるかどうかをＣＰＵ１５０によって判定する（ｓ２０８）。暫定デフォーカス量が所定の範囲内であると判定された場合には（ｓ２０８）、さらに精度良くデフォーカス量を算出するために焦点検出用画像の像修正処理を行う。一方、暫定デフォーカス量が所定の範囲外であると判定された場合には（ｓ２０８）、メインルーチンに復帰する（ｓ２１３）。

暫定デフォーカス量が所定の範囲外である場合に像修正処理を行わないのは、デフォーカス量が大きすぎると像修正処理により焦点検出用画像がさらにボケることから、相関演算が困難になるからである。一方、デフォーカス量が小さいときには、２像の非対称性があまり崩れていないので像修正をしなくてもよいからである。以上２点の理由により、像修正は所定のデフォーカス範囲内でのみ行う方が効果的である。

暫定デフォーカス量が所定の範囲内であると判定され（ｓ２０８）、焦点検出用画像の像修正処理を行うためにＣＰＵ１５０はまず像修正を行うためのフィルタＬα′、Ｌβ′を作成する（ｓ２０９）。像修正フィルタＬα′、Ｌβ′は、既に求められた線像分布関数Ｌα、Ｌβと算出された暫定デフォーカス量に基づいて求められる。

像修正フィルタＬα′、Ｌβ′が作成されると（ｓ２０９）、撮像素子１０８で出力された焦点検出用画像Ｉα、Ｉβの非対称性をなくすためのフィルタ処理が画像処理回路１５４にて行われる（ｓ２１０）。修正後の焦点検出用画像をＩα′、Ｉβ′とすると、

と算出される。

焦点検出用画像に対してフィルタ処理を行ったため、基線長算出のための線像分布関数にもフィルタ処理を行って基線長を再計算する（ｓ２１１）。

先ず線像分布関数Ｌαにフィルタ処理を行った修正線像Ｌｃαは、画像処理回路１５４にて、

と算出される。よって、修正線像Ｌｃαの重心をＧα’とすると、

と求められる。

同様に、線像分布関数Ｌβにフィルタ処理を行った修正線像Ｌｃβは、画像処理回路１５４にて、

と算出される。よって、修正線像Ｌｃβの重心をＧβ’とすると、

と求められる。よって、求める基線長をＧ’とすると、

と求められる（Ｓ２１１）。

さらに、式（４）（５）で求められた修正された焦点検出用画像被写体像Ｉα′、Ｉβ′を用いて、公知の相関演算方法により２つの像の像ズレ量を画像処理回路１５４にて算出して焦点状態を検出する。さらに、式（６）〜（１０）で求めた修正基線長を用いて、デフォーカス量を求める（ｓ２１２）。デフォーカス量が算出されると、メインルーチンに復帰する（ｓ２１３）。

以上のような構成によれば、焦点検出用の光束のケラレ状態に応じて像の修復が可能となり、合焦精度を向上させることが可能となる。

本実施例の撮像素子１０８は、第１の透明絶縁膜と第２の透明絶縁膜の組成が異なり第１の透明絶縁膜の屈折率は第２の透明絶縁膜の屈折率より小さい場合を示したが、第１の透明絶縁膜と第２の透明絶縁膜の組成が同じで屈折率も同じであっても構わない。換言すれば、第１の透明絶縁膜の屈折率は、第２の透明絶縁膜の屈折率以下であればよい。

また、転送電極３３０での反射防止効果を得るために第１の透明絶縁膜であるシリコン窒化膜３６２の膜厚は約１１ｎｍとしたが、より絶縁性を確保するために膜厚を厚くしても構わない。

また、転送電極３３０と遮光部３６０との隙間を極小にすることができれば、図９の撮像素子の平面図に示すように、遮光部３６０の開口部に対してより近い側（１行１列目の画素において−ｘ方向側）に転送電極３３０を配置することも可能である。

図１０〜図１４は本発明の第２の実施例で、図１０は本発明の撮像素子の一部平面図、図１１は本発明の撮像素子の焦点検出用画素の平面図、図１２は本発明の撮像素子の製造プロセス説明図である。また、図１３は本発明の撮像素子に配設される焦点検出用画素の受光分布説明図、図１４は図１３の受光分布の射影説明図である。本発明の撮像素子を有するカメラは第１の実施例と同様なので説明は省略する。また、第１の実施例と同一の部材には、同一の番号が付番されている。

本発明の撮像素子１０８の画素配置を図１０の平面図で説明する。

撮像素子１０８を構成する各画素の周辺部には、迷光防止用の遮光部３６０_０が配設されている。また、各画素中に書かれた「Ｒ」「Ｇ」「Ｂ」の文字は各画素のカラーフィルタの色相を表している。「Ｒ」の文字の書かれた画素は赤の成分の光を透過し、「Ｇ」の文字の書かれた画素は緑の成分の光を透過し、「Ｂ」の文字の書かれた画素は青の成分の光を透過する。

カラーフィルタの配列がベイヤ配列の場合、１絵素は「Ｒ」「Ｂ」の画素と２つの「Ｇ」の画素から構成されるが、本発明の撮像素子１０８は「Ｇ」に相当する画素の一部に、撮影レンズ２００の焦点検出が可能な焦点検出用画素が割り当てられている。

図中、Ｐα１、Ｐβ１、Ｐα２、Ｐβ２、Ｐα３、Ｐβ３は撮影レンズ２００の焦点状態を検出するための画素の遮光部３６０の開口を示している。また本実施例では、遮光部３６０の開口の長手方向（図中ｙ方向）と平行な方向（いわゆる相関演算方向または瞳分割方向と直交方向）に偏位した位置に転送電極３３０が配設されている。そのため後述するように、遮光部３６０によって覆われていない領域である転送電極３３０から（および遮光部３６０と転送電極３３０との隙間から）光電変換部３１２に漏れる光によって生じる焦点検出用画像の非対称性は小さくなっている。

図１１は、図１０に示した撮像素子の平面図の１行１列目の焦点検出用画素の説明図である。図１２は、本発明の撮像素子１０８の製造プロセスの一部の説明図で、図１１に示した焦点検出用画素のＥ−Ｅ′断面を例に説明する。

図１２（ａ）において、ｎ型シリコン基板３１０にｐ型のウエル領域３１１が形成され、さらにこのウエル領域３１１の表面にｎ型の光電変換部３１２が形成される。次に、シリコン基板３１０を熱酸化することによりシリコン基板３１０表面上にシリコン酸化膜３６１が形成される。さらに、転送電極３３０であるポリシリコンが形成される。

図１２（ｂ）において、撮像素子１０８の全面に第１の透明絶縁膜であるシリコン窒化膜３６２が形成される。ここで、第１の透明絶縁膜であるシリコン窒化膜３６２の屈折率は約２．０で、厚みは約１０ｎｍである。これにより、光電変換部３１２と転送電極３３０は、第１の透明絶縁膜であるシリコン窒化膜３６２によって覆われる。

図１２（ｃ）において、シリコン窒化膜３６２上にタングステンである遮光部３６０が形成される。遮光部３６０の膜厚は転送電極３３０であるポリシリコンと同じまたは略同等の膜厚で、転送電極３３０と光軸方向において重ならないように形成される。遮光部３６０は、シリコン窒化膜３６２上において転送電極３３０を避けるように光電変換部３１２を覆っている（ただし、遮光部３６０の開口に対応する光電変換部３１２の領域は覆われない）。ここで、遮光部３６０_１及び遮光部３６０_２と転送電極３３０とは第１の透明絶縁膜であるシリコン窒化膜３６２で絶縁されているため、遮光部３６０_１と転送電極３３０との隙間及び遮光部３６０_２と転送電極３３０との隙間を小さくすることが可能となる。

図１２（ｄ）において、遮光部３６０を覆うように撮像素子１０８の全面に第２の透明絶縁膜であるシリコン窒化膜３６３が形成される。ここで、第２の透明絶縁膜であるシリコン窒化膜３６３の屈折率は約２．０で、厚みは約５０ｎｍである。これにより、第１の透明絶縁膜であるシリコン窒化膜３６２と遮光部３６０は、第２の透明絶縁膜であるシリコン窒化膜３６３によって覆われる。

図１２（ｅ）において、シリコン酸化膜による層間絶縁膜３２１が形成される。

図１２（ｅ）の後は、不図示の電極３３１、層間絶縁膜３２２、電極３３２、層間絶縁膜３２３、電極３３３、層間絶縁膜３２４、パッシべーション膜３４０、平坦化層３５０、カラーフィルタ層３５１、平坦化層３５２、マイクロレンズ３５３が形成される。

ここで、遮光部３６０の膜厚は転送電極３３０であるポリシリコンと同じまたは略同等の膜厚でかつ転送電極３３０と重ならないように形成されているため、層間絶縁膜３２１の厚みも最小にすることが可能となっている。なお、遮光部３６０の厚さについては、実施例１で述べたとおり転送電極３３０の厚さ以下であってもよい。

本実施例では、タングステンで構成された遮光部３６０上に形成された第２の透明絶縁膜であるシリコン窒化膜３６３は、遮光部３６０に対して反射防止膜として機能するようになっている。同様に、ポリシリコンで構成された転送電極３３０上に形成された第１の透明絶縁膜であるシリコン窒化膜３６２と第２の透明絶縁膜であるシリコン窒化膜３６３とは、転送電極３３０に対して反射防止膜として機能するようになっている。また、光電変換部３１２上に形成された第１の透明絶縁膜であるシリコン窒化膜３６２と第２の透明絶縁膜であるシリコン窒化膜３６３とは、光電変換部３１２に対して反射防止膜として機能するようになっている。したがって、遮光部３６０のタングステン表面からの反射を低減するとともに、転送電極３３０のポリシリコン表面からの反射も低減することができ、反射光が隣接画素に侵入して画質の劣化を起こしてしまうという問題を防止することができる。

図１０の本実施例の撮像素子１０８の平面図において、撮像素子１０８の一部に配設される対となる焦点検出用画素は、遮光部３６０による開口の相対間隔は同じでその位置が異なる３種類が設定されている。これは、撮像素子１０８の製造誤差により遮光部３６０の開口とマイクロレンズ３５３の相対位置関係が所望のものにできなかった場合の対策である。

以下、図１３の撮像素子１０８に配設される焦点検出用画素の受光分布説明図、図１４の受光分布の射影説明図を用いて、焦点検出用画素の受光特性を説明する。ここで図１３の受光分布説明図は、撮影レンズ２００での口径蝕がない場合の例を示している。また、図１４に示す受光分布の射影は、図１３に示した焦点検出用画素の撮影レンズ２００の瞳上の受光分布を図中ｙ方向へ射影をとったもので、焦点検出用画素群により生成される線像分布関数（いわゆる線像）Ｌを示している。

図１０の撮像素子１０８の平面図において、１行１列目に配置された焦点検出が可能な画素の遮光部３６０_１、３６０_２による開口Ｐα１は、画素中心に対して−ｘ方向に第１の偏位量で偏位している。

図１３（ａ）は、撮像素子１０８の１行１列目に配設された焦点検出用画素の受光分布説明図である。図１３の受光分布説明図は、撮像素子１０８の製造誤差が無い場合に、撮影レンズ２００の瞳上で受光可能な光量分布を示している。図中、白黒の濃淡が受光可能な光量を示しており、白い領域が受光光量が高くなっている。

撮像素子１０８の１行１列目に配設された画素の遮光部開口Ｐα１は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓα１を受光可能になっている。図中、撮影レンズ２００の光軸（図中ｘ−ｙ軸の交点）から＋ｙ方向の位置の受光光量が高くなっている領域Ｓγは、遮光部３６０_１、３６０_２と転送電極３３０との隙間からの漏れ光によるものである。

また、図１０の撮像素子１０８の平面図において、１行１列目に配置された焦点検出が可能な画素に対して対となる焦点検出可能な画素が、斜め方向の隣接する位置（図中２行２列目）に配置されている。対となる焦点検出可能な画素には遮光部３６０_３、３６０_４が形成され、遮光部３６０_３、３６０_４による開口Ｐβ１の中心は、画素中心に対して＋ｘ方向に第３の偏位量で偏位している。

図１３（ｂ）は、撮像素子１０８の２行２列目に配設された画素の受光分布説明図である。図中、白黒の濃淡が受光可能な光量を示しており、白い領域が受光光量が高くなっている。

撮像素子１０８の２行２列目に配設された画素の遮光部３６０_３、３６０_４による開口Ｐβ１は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓβ１を受光可能になっている。図中、撮影レンズ２００の光軸（図中ｘ−ｙ軸の交点）から＋ｙ方向の位置の受光光量が高くなっている領域Ｓγは、遮光部３６０_３、３６０_４と転送電極３３０との隙間からの漏れ光によるものである。

撮像素子１０８の製造誤差が無い場合には、撮影レンズ２００の瞳上で受光光量が高くなっている領域の光軸からの距離ｘα１と距離ｘβ１の和は所定の値になる。

図１０の撮像素子１０８の平面図において、１行１列目から−ｙ方向に４画素隣接した行（図中５行目）には、遮光部３６０_５、３６０_６が形成された焦点検出可能な画素が配設されている。５行１列目に配置された焦点検出が可能な画素において、遮光部３６０_５、３６０_６による開口Ｐα２の中心は、画素中心に対して−ｘ方向に第１の偏位量とは異なる第２の偏位量で偏位している。

図１３（ｃ）は、撮像素子１０８の５行１列目に配設された画素の受光分布説明図である。図中、白黒の濃淡が受光可能な光量を示しており、白い領域が受光光量が高くなっている。

撮像素子１０８の５行１列目に配設された画素の遮光部３６０_５、３６０_６による開口Ｐα２は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓα２を受光可能になっている。図中、撮影レンズ２００の光軸（図中ｘ−ｙ軸の交点）から＋ｙ方向の位置の受光光量が高くなっている領域Ｓγは、遮光部３６０_５、３６０_６と転送電極３３０との隙間からの漏れ光によるものである。

また、図１０の撮像素子１０８の平面図において、５行１列目に配置された焦点検出が可能な画素に対して対となる焦点検出可能な画素が、斜め方向の隣接する位置（図中６行２列目）に配置されている。対となる焦点検出可能な画素には、同様に遮光部３６０_７、３６０_８が形成され、遮光部３６０_７、３６０_８による開口Ｐβ２の中心は、画素中心に対して＋ｘ方向に第２の偏位量で偏位している。

図１３（ｄ）は、撮像素子１０８の６行２列目に配設された画素の受光分布説明図である。図中、白黒の濃淡が受光可能な光量を示しており、白い領域が受光光量が高くなっている。

撮像素子１０８の６行２列目に配設された画素の遮光部３６０_７、３６０_８による開口Ｐβ２は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓβ２を受光可能になっている。図中、撮影レンズ２００の光軸（図中ｘ−ｙ軸の交点）から＋ｙ方向の位置の受光光量が高くなっている領域Ｓγは、遮光部３６０_７、３６０_８と転送電極３３０との隙間からの漏れ光によるものである。

撮像素子１０８の製造誤差が無い場合には、撮影レンズ２００の瞳上で受光光量が高くなっている領域の光軸からの距離ｘα２と距離ｘβ２の和は所定の値になり、上記距離ｘα１と距離ｘβ１の和と等しい。

図１０の撮像素子１０８の平面図において、５行１列目からさらに−ｙ方向に４画素隣接した行（図中９行目）には、遮光部３６０_９、３６０_１０が形成された焦点検出可能な画素が配設されている。９行１列目に配置された焦点検出が可能な画素において、遮光部３６０_９、３６０_１０による開口Ｐα３の中心は、画素中心に対して−ｘ方向に第１及び第２の偏位量とは異なる第３の偏位量で偏位している。

図１３（ｅ）は、撮像素子１０８の９行１列目に配設された画素の受光分布説明図である。図中、白黒の濃淡が受光可能な光量を示しており、白い領域が受光光量が高くなっている。

撮像素子１０８の９行１列目に配設された画素の遮光部３６０_９、３６０_１０による開口Ｐα３は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓα３を受光可能になっている。図中、撮影レンズ２００の光軸（図中ｘ−ｙ軸の交点）から＋ｙ方向の位置の受光光量が高くなっている領域Ｓγは、遮光部３６０_９、３６０_１０と転送電極３３０との隙間からの漏れ光によるものである。

また、図１０の撮像素子１０８の平面図において、９行１列目に配置された焦点検出が可能な画素に対して対となる焦点検出可能な画素が、斜め方向の隣接する位置（図中１０行２列目）に配置されている。対となる焦点検出可能な画素には、同様に遮光部３６０_１１、３６０_１２が形成され、遮光部３６０_１１、３６０_１２による開口Ｐβ３の中心は、画素中心に対して＋ｘ方向に第１の偏位量で偏位している。

図１３（ｆ）は、撮像素子１０８の１０行２列目に配設された画素の受光分布説明図である。図中、白黒の濃淡が受光可能な光量を示しており、白い領域が受光光量が高くなっている。

撮像素子１０８の１０行２列目に配設された画素の遮光部３６０_１１、３６０_１２による開口Ｐβ３は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓβ３を受光可能になっている。図中、撮影レンズ２００の光軸（図中ｘ−ｙ軸の交点）から＋ｙ方向の位置の受光光量が高くなっている領域Ｓγは、遮光部３６０_１１、３６０_１２と転送電極３３０との隙間からの漏れ光によるものである。

撮像素子１０８の製造誤差が無い場合には、撮影レンズ２００の瞳上で受光光量が高くなっている領域の光軸からの距離ｘα３と距離ｘβ３の和は所定の値となり、上記距離ｘα１と距離ｘβ１の和や上記距離ｘα２と距離ｘβ２の和と等しい。

また、遮光部による開口Ｐα１を有する焦点検出可能な画素（図１０の１行１列目の画素）の＋ｘ方向に４画素周期で隣接した位置に同様の開口Ｐα１を有する焦点検出可能な画素が配設されている。

同様、遮光部よる開口Ｐβ１を有する焦点検出可能な画素（図中２行２列目の画素）の＋ｘ方向に４画素周期で隣接した位置に同様の開口Ｐβ１を有する焦点検出可能な画素が配設されている。

撮影レンズ２００の焦点状態を検出する場合は、開口Ｐα１を有する焦点検出画素群の及び開口Ｐβ１を有する焦点検出画素群の信号を出力する。

また、遮光部よる開口Ｐα２を有する焦点検出可能な画素（図１０の５行１列目の画素）の＋ｘ方向に４画素周期で隣接した位置に同様の開口Ｐα２を有する焦点検出可能な画素が配設されている。

同様、遮光部よる開口Ｐβ２を有する焦点検出可能な画素（図中６行２列目の画素）の＋ｘ方向に４画素周期で隣接した位置に同様の開口Ｐβ２を有する焦点検出可能な画素が配設されている。

図１４は、図１３に示した焦点検出用画素の撮影レンズ２００の瞳上の受光分布を図中ｙ方向へ射影をとったもので、焦点検出用画素群により生成される線像Ｌを示している。

図１４（ａ）は、図１０の撮像素子１０８の平面図において５行目に配置された開口Ｐα２を有する焦点検出用画素群により生成される線像Ｌαを示している。本実施例の撮像素子１０８では、遮光部３６０の開口の長手方向と平行な方向（いわゆる相関演算方向または瞳分割方向と直交方向）に偏位した位置に転送電極３３０が配設されている。そのため、漏れ光による線像Ｌαの変化は小さい。

ところで、転送電極３３０はポリシリコンにより構成されているため、波長の短い光は吸収するが波長の長い光は透過する。そのため、撮影レンズ２００の瞳上の受光分布は光の波長によって変化する。図１４（ａ）に示した線像Ｌαは、図１４（ｃ）に示す波長の短い青い光に対する線像Ｌαｂと等価である。

図１４（ｃ）は、図１０の撮像素子１０８の平面図において５行目に配置された開口Ｐα２を有する焦点検出用画素群により生成される青の光、緑の光及び赤の光に対する線像Ｌαを示している。青の光に対する線像Ｌαｂは実線で示している。また、緑の光に対する線像Ｌαｇは点線で示している。線像Ｌαｇにおいて、最も強度の大きい位置の周辺に転送電極３３０であるポリシリコンで透過する成分が生じる。また、赤の光に対する線像Ｌαｒは破線で示している。線像Ｌαｒにおいて最も強度の大きい位置の周辺に、転送電極３３０であるポリシリコンで透過する成分が生じる。赤の光の透過成分は、緑の光の透過成分より大きい。

図１４（ｂ）は、図１０の撮像素子１０８の平面図において６行目に配置された開口Ｐβ２を有する焦点検出用画素群により生成される線像Ｌβを示している。本実施例の撮像素子１０８では、遮光部３６０の開口の長手方向と平行な方向（いわゆる相関演算方向または瞳分割方向と直交方向）に偏位した位置に転送電極３３０が配設されている。そのため、漏れ光による線像Ｌβの変化は小さい。ここで図１４（ｂ）に示した線像Ｌβは、図１４（ｄ）に示す波長の短い青い光に対する線像Ｌβｂと等価である。

図１４（ｄ）は、図１０の撮像素子１０８の平面図において６行目に配置された開口Ｐβ２を有する焦点検出用画素群により生成される青の光、緑の光及び赤の光に対する線像Ｌβを示している。青の光に対する線像Ｌβｂは実線で示している。また、緑の光に対する線像は、Ｌβｇは点線で示している。線像Ｌβｇにおいて最も強度の大きい位置の周辺に、転送電極３３０であるポリシリコンで透過する成分が生じる。また、赤の光に対する線像Ｌβｒは破線で示している。線像Ｌβｒにおいて最も強度の大きい位置の周辺に転送電極３３０であるポリシリコンで透過する成分が生じる。赤の光の透過成分は、緑の光の透過成分より大きい。

撮影レンズ２００の焦点状態を検出する場合は、開口Ｐα２を有する焦点検出画素群及び開口Ｐβ２を有する焦点検出画素群の信号を出力する。

また、光電変換部Ｐα３を有する焦点検出可能な画素（図１０の９行１列目の画素）の＋ｘ方向に４画素周期で隣接した位置に同様の光電変換部Ｐα３を有する焦点検出可能な画素が配設されている。

同様、光電変換部Ｐβ３を有する焦点検出可能な画素（図中１０行２列目の画素）の＋ｘ方向に４画素周期で隣接した位置に同様の光電変換部Ｐβ３を有する焦点検出可能な画素が配設されている。

撮影レンズ２００の焦点状態を検出する場合は、開口Ｐα３を有する焦点検出画素群及び開口Ｐβ３を有する焦点検出画素群の信号を出力する。

撮像素子１０８より焦点検出用画像信号が出力されると、公知の相関演算法を用いて撮影レンズ２００の焦点状態が検出される。

本実施例では、遮光部３６０の開口の長手方向（図中ｙ方向）と平行な方向（いわゆる相関演算方向または瞳分割方向と直交方向）に偏位した位置に転送電極３３０が配設されている。そのため、漏れ光によって生じる焦点検出用画像の非対称性は小さくなっている。その結果、本実施例の撮像素子１０８からの焦点検出用画像を用いて焦点検出演算を行っても所定の精度の結果を得ることが可能である。

また、焦点検出用画像の微小な非対称を補正することにより、さらに高精度の焦点検出が行えることは言うまでもない。

本発明の撮像素子は、ビデオカメラ、コンパクトカメラあるいは一眼レフカメラなどの光学装置に好適に利用できる。

１００ カメラ
１０１ 跳ね上げミラー
１０２ ピント板
１０３ ペンタダハプリズム
１０４ 接眼レンズ
１０５ サブミラー
１０６ 焦点検出装置
１０７ フォーカルプレーンシャッター
１０８ 撮像素子
１０９ 液晶表示素子
２００ 撮影レンズ

Claims (6)

1. 撮影レンズからの光を光電変換して被写体の像を生成する撮影用画素と、
   前記撮影レンズの射出瞳の一部の領域を通る光を受光する焦点検出用画素と、を有する撮像素子であって、
   前記焦点検出用画素は、
   光電変換部と、
   前記光電変換部の少なくとも一部の領域を覆うように前記光電変換部の端部に設けられる転送電極と、
   前記撮像素子の全面に形成され、前記光電変換部と前記転送電極を覆う第１の透明絶縁膜と、
   前記第１の透明絶縁膜の上に形成されて前記転送電極を避けるように前記光電変換部を覆う遮光部と、
   前記撮像素子の全面に形成され、前記転送電極と前記遮光部を覆う第２の透明絶縁膜と、
   を有し、
   前記第１の透明絶縁膜の光学厚さは、前記第２の透明絶縁膜の光学厚さより薄くなるように構成されていることを特徴とする撮像素子。
2. 前記遮光部の厚さは、前記転送電極と同じ厚さ以下であることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
3. 前記第１の透明絶縁膜と前記第２の透明絶縁膜は、前記転送電極に対して反射防止膜として機能し、
   前記第２の透明絶縁膜は、前記遮光部に対して反射防止膜として機能することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像素子。
4. 前記第１の透明絶縁膜の屈折率は、前記第２の透明絶縁膜の屈折率以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像素子。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像素子と、
   前記撮像素子の出力に基づいて前記撮影レンズの焦点状態を検出する焦点検出手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
6. 請求項５に記載の撮像装置と、
   該撮像装置に着脱可能な交換レンズと、を有することを特徴とするカメラシステム。