JP6750635B2 - 撮像素子および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像素子および撮像装置に関する。

従来より有機光電変換膜を有する画素が配置された撮像素子が知られている。
しかしながら、従来の撮像素子では、各画素の受光領域の大きさを変えることができなかった。

日本国特開２０１４−６７９４８号公報

本発明の第１の態様による撮像素子は、光を光電変換して電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部の一方の面に設けられた、互いに面積が異なる少なくとも２つの第１電極および第２電極と、前記光電変換部の他方の面に設けられた、互いに面積が異なる少なくとも２つの第３電極および第４電極と、前記光電変換部で生成された電荷を、前記第１電極と、前記第２電極と、前記第３電極と、前記第４電極とによって読み出し可能な読み出し部と、を備え、前記読み出し部は、前記光電変換部のうち、前記第１電極と前記第３電極との間で発生した電荷を読み出し可能である。

一実施の形態によるデジタルカメラの構成を例示する図である。 第１および第２の撮像素子の概要を示す図である。 （ａ）は第１の撮像素子の一部である１０行×６列の画素の配置を示す図であり、（ｂ）は第２の撮像素子の一部である１０行×６列の画素の配置を示す図である。 （ａ）は第１の撮像素子の１つの画素を被写体側から見た平面図であり、（ｂ）は画素を側面から見た側面図であり、（ｃ）は（ｂ）のｃ１−ｃ１矢視断面図である。 （ａ），（ｂ）は第１の撮像素子の画素の構造を模式的に示す図であり、（ｃ）は第２の撮像素子の画素の構造を模式的に示す図である。 第１および第２の撮像素子の一画素の構成を示す断面図である。 第１の撮像素子における１つの画素の信号読み出し回路構成を例示する図である。 被写体側から見た、画素２１０の有機光電変換膜２３０において電荷を読み出す光電変換領域を示す図である。 射出瞳面と測距瞳面との位置関係に応じて、第１および第２の撮像素子上に配置された画素に到来する一対の光束が撮影光学系の射出瞳によりどのように制限されるかについての口径蝕（ケラレ）の様子を示した図である。 第１および第２の撮像素子の撮像面の正面図である。 周辺位置に配置された画素の第１および第２の光電変換部に入射する光束の範囲を示した正面図である。 撮影光学系の射出瞳距離ｄが測距瞳距離ｄと一致する場合について説明する図である。 撮影光学系の射出瞳距離ｄｎが測距瞳距離ｄよりも短い場合について説明する図である。 撮影光学系の射出瞳距離ｄｆが測距瞳距離ｄより長い場合について説明する図である。 大デフォーカス状態の場合について説明する図である。 変形例を示す図である。 変形例を示す図である。 変形例を示す図である。 変形例を示す図である。 変形例を示す図である。 変形例を示す図である。

図１は、本発明の一実施の形態によるデジタルカメラ１の構成を例示する図である。デジタルカメラ１は、撮影光学系１０、撮像部１１、制御部１２、操作部１３、画像処理部１４、液晶モニタ１５、バッファメモリ１６を有する。また、デジタルカメラ１には、メモリカード１７が装着されている。メモリカード１７は、不揮発性のフラッシュメモリなどから構成され、デジタルカメラ１に対して着脱可能である。

撮影光学系１０は、複数のレンズにより構成され、撮像部１１の撮像面に被写体像を結像させる。撮影光学系１０を構成する複数のレンズには、焦点調節のために光軸方向に駆動されるフォーカスレンズが含まれる。フォーカスレンズは、不図示のレンズ駆動部により光軸方向に駆動される。

撮像部１１は、互いに積層された第１および第２の撮像素子２１，２２と、増幅回路２３と、ＡＤ変換回路２４とを有する。第１および第２の撮像素子２１，２２の各々は、２次元状に配列された複数の画素から構成され、撮影光学系１０を介して被写体からの光束を受光し、光電変換を行って光電変換信号を出力する。第１および第２の撮像素子２１，２２の各画素は、後に詳述するように、それぞれアナログの光電変換信号を出力する。これらの光電変換信号は、後述するように位相差式焦点検出用の信号として使用されると共に、撮影画像用の信号として使用される。増幅回路２３は、光電変換信号を所定の増幅率（ゲイン）で増幅してＡＤ変換回路２４に出力する。ＡＤ変換回路２４は、光電変換信号をＡＤ変換する。

制御部１２は、マイクロプロセッサおよびその周辺回路から構成され、不図示のＲＯＭに格納された制御プログラムを実行することにより、デジタルカメラ１の各種の制御を行う。また、制御部１２は、焦点検出部１２ａと画像生成部１２ｂとを機能的に有する。これらの各機能部は、上記の制御プログラムによりソフトウェア的に実装される。なお、これらの各機能部を電子回路により構成することも可能である。

制御部１２は、ＡＤ変換回路２４によってＡＤ変換された光電変換信号をバッファメモリ１６に格納する。焦点検出部１２ａは、バッファメモリ１６に格納された第１の撮像素子２１の光電変換信号に基づき、およびバッファメモリ１６に格納された第２の撮像素子２２の光電変換信号に基づき、それぞれ撮影光学系１０の焦点調節状態を検出する。画像生成部１２ｂは、バッファメモリ１６に格納された第２の撮像素子２２の光電変換信号から画像信号を生成する。

画像処理部１４は、ＡＳＩＣ等により構成されている。画像処理部１４は、画像生成部１２ｂからの画像信号に対して、補間処理、圧縮処理、ホワイトバランス処理などの各種の画像処理を行って画像データを生成する。この画像データは、液晶モニタ１５に表示されたり、メモリカード１７に格納されたりする。

操作部１３は、レリーズ操作部材やモード切り替え操作部材や焦点検出エリア設定用の操作部材や電源操作部材などの各種の操作部材から構成され、撮影者により操作される。操作部１３は、撮影者による上記の各操作部材の操作に応じた操作信号を制御部１２へ出力する。

（第１および第２の撮像素子２１，２２の説明）
図２は、本実施形態に係る第１および第２の撮像素子２１，２２の概要を示す図である。第１の撮像素子２１は、有機光電変換膜を光電変換部とする撮像素子であり、第２の撮像素子２２は、半導体基板に形成されたフォトダイオードを光電変換部とする撮像素子である。第１の撮像素子２１は、第２の撮像素子２２に積層され、第１および第２の撮像素子２１，２２は、図１に示した撮影光学系１０の光軸が第１および第２の撮像素子２１，２２の各々の撮像面の中心を通るように、撮影光学系１０の光路中に配置されている。なお、第１および第２の撮像素子２１，２２は、図２では、図の複雑化を避けるために４行×３列の画素２１０，２２０のみが示されているが、本実施の形態では、共に、ｍ行×ｎ列の画素が配列され、第１の撮像素子２１の画素と第２の撮像素子２２の画素とは、同一サイズである。
第１の撮像素子２１の各画素２１０は、所定の色成分の光を吸収（光電変換）する有機光電変換膜を有する。第１の撮像素子２１で吸収（光電変換）されなかった色成分の光は、第１の撮像素子２１を透過して第２の撮像素子２２に入射し、第２の撮像素子２２で光電変換される。なお、第１の撮像素子２１で光電変換される色成分と、第２の撮像素子２２で光電変換される色成分とは、補色関係である。詳述すると、第１の撮像素子２１の各画素２１０は、当該画素２１０の真後ろに位置する第２の撮像素子２２の画素２２０と対応関係にあり、すなわち、第１の撮像素子２１の各画素２１０は、自身を通過した光束を受光する第２の撮像素子２２の画素２２０と対応関係にあり、このような対応関係にある第１および第２の撮像素子２１，２２の画素２１０，２２０は、互いに補色関係の色成分を吸収して光電変換する。

図３は、第１の撮像素子２１の一部である１０行×６列の画素２１０の配置と、第２の撮像素子２２の一部である１０行×６列の画素２２０の配置と、をそれぞれ示す図である。図３（ａ）において、第１の撮像素子２１について、画素２１０に付された「Ｍｇ」は、その画素がマゼンタの色成分を吸収し光電変換する画素、すなわち、マゼンタの分光感度を有する画素を示し、同様に、画素２１０に付された「Ｙｅ」は、その画素がイエローの色成分を吸収し光電変換する画素、すなわち、イエローの分光感度を有する画素を示し、画素２１０に付された「Ｃｙ」は、その画素がシアンの色成分を吸収し光電変換する画素、すなわち、シアンの分光感度を有する画素を示す。第１の撮像素子２１は、奇数行の画素列では、「Ｍｇ」画素２１０と「Ｙｅ」画素２１０が交互に配列され、偶数行の画素列では、「Ｃｙ」画素２１０と「Ｍｇ」画素２１０とが交互に配列されている。

図３（ｂ）において、第２の撮像素子２２について、画素２２０に付された「Ｇ」は、その画素が緑の色成分を吸収し光電変換する画素、すなわち、緑の分光感度を有する画素を示し、同様に、画素２２０に付された「Ｂ」は、その画素が青の色成分を吸収し光電変換する画素、すなわち、青の分光感度を有する画素を示し、画素２２０に付された「Ｒ」は、その画素が赤の色成分を吸収し光電変換する画素、すなわち、赤の分光感度を有する画素を示す。第２の撮像素子２２は、奇数行の画素列では、「Ｇ」画素２２０と「Ｂ」画素２２０が交互に配列され、偶数行の画素列では、「Ｒ」画素２２０と「Ｇ」画素２２０とが交互に配列されている。すなわち、第２の撮像素子２２は、画素がベイヤ配列されている。
図３（ａ）および（ｂ）において、第１の撮像素子２１の「Ｍｇ」画素２１０と第２の撮像素子２２の「Ｇ」画素２２０とは、対応関係にあり、第１の撮像素子２１の「Ｙｅ」画素２１０と第２の撮像素子２２の「Ｂ」画素２２０とは、対応関係にあり、第１の撮像素子２１の「Ｃｙ」画素２１０と第２の撮像素子２２の「Ｒ」画素２２０とは、対応関係にある。

このように、有機光電変換膜で構成される第１の撮像素子２１が第２の撮像素子２２に対してカラーフィルターの役割を果たし、第２の撮像素子２２から第１の撮像素子２１の補色画像（図３の例ではベイヤー配列の画像）が得られる。したがって、第１の撮像素子２１からはＣｙ，Ｍｇ，Ｙｅの３色からなるＣＭＹ画像を取得することができ、第２の撮像素子２２からはＲ，Ｇ，Ｂの３色からなるＲＧＢ画像を取得することができる。

図４および図５（ａ），（ｂ）は、第１の撮像素子２１の画素２１０の構造を模式的に示す図である。図４（ａ）は、撮像素子２１の１つの画素２１０を被写体側から見た平面図であり、図４（ｂ）は、画素２１０を側面から見た側面図であり、図４（ｃ）は、図４（ｂ）のｃ１−ｃ１矢視断面図である。第１の撮像素子２１の各画素２１０は、マゼンタの色成分、イエローの色成分、またはシアンの色成分を吸収する有機光電変換膜２３０と、有機光電変換膜２３０の上面、すなわち有機光電変換膜２３０の被写体側の面に形成された透明な第１および第２の部分電極２３１ａ，２３１ｂと、有機光電変換膜２３０の下面に形成された透明な第３および第４の部分電極２３２ａ，２３２ｂとを有する。

第１および第２の部分電極２３１ａ，２３１ｂは、図５（ａ）に示した画素２１０の画素配列の行方向、すなわち図４（ａ），（ｂ）で左右方向に配列されている。同様に、第３および第４の部分電極２３２ａ，２３２ｂは、画素２１０の画素配列の行方向、すなわち図４（ｃ）で左右方向に配列されている。第１の部分電極２３１ａと第２の部分電極２３１ｂとでは、行方向の長さが異なっており、図示左側の第１の部分電極２３１ａの行方向の長さＷ１は、図示右側の第２の部分電極２３１ｂの行方向の長さＷ２より大きい。同様に、第３の部分電極２３２ａと第４の部分電極２３２ｂとでは、行方向の長さが異なっており、図示左側の第３の部分電極２３２ａの行方向の長さＷ２は、図示右側の第４の部分電極２３２ｂの行方向の長さＷ１より小さい。すなわち、光の入射側から見て、第１の部分電極２３１ａと第２の部分電極２３１ｂとの分離領域Ｇ１、すなわち境界の位置は、第３の部分電極２３２ａと第４の部分電極２３２ｂとの分離領域Ｇ２、すなわち境界の位置と異なっている。なお、第１の部分電極２３１ａの行方向の長さＷ１と第４の部分電極２３２ｂの行方向の長さＷ１とは等しく、第２の部分電極２３１ｂの行方向の長さＷ２と第３の部分電極２３２ａの行方向の長さＷ２とは等しい。

そのため、第１の部分電極２３１ａは、第３の部分電極２３２ａの全体、および、第４の部分電極２３２ｂの図示左側の一部分と光軸方向に重なる。第２の部分電極２３１ｂは、その全体が第４の部分電極２３２ｂと光軸方向に重なる。第３の部分電極２３２ａは、その全体が第１の部分電極２３１ａと光軸方向に重なる。第４の部分電極２３２ｂは、第１の部分電極２３１ａの図示右側の一部、および、第２の部分電極２３１ｂの全体と光軸方向に重なる。以下の説明では、有機光電変換膜２３０の上面に形成された第１および第２の部分電極２３１ａ，２３１ｂを上部部分電極２３１ａ，２３１ｂとも呼び、有機光電変換膜２３０の下面に形成された第３および第４の部分電極２３２ａ，２３２ｂを下部部分電極２３２ａ，２３２ｂとも呼ぶ。
このように構成された画素２１０では、後述するように、有機光電変換膜２３０から電荷を読み出す領域を、上部部分電極２３１ａ，２３１ｂと下部部分電極２３２ａ，２３２ｂとの組合せによって選択できる。

次に、第１の撮像素子２１の各画素２１０の各部分電極と、第２の撮像素子２２の各画素２２０の第１および第２の光電変換部との位置関係を説明する。図５（ａ）は、第１の撮像素子２１の各画素２１０を被写体側から見たときの、第１および第２の部分電極２３１ａ，２３１ｂの配置を模式的に示す図であり、図５（ｂ）は、第１の撮像素子２１の各画素２１０を被写体側から見たときの、第３および第４の部分電極２３２ａ，２３２ｂの配置を模式的に示す図である。図５（ｃ）は、第２の撮像素子２２の各画素２２０を被写体側から見たときの、第１および第２の光電変換部２２０ａ，２２０ｂの配置を模式的に示す図である。なお、第１および第２の撮像素子２１，２２は、図５では、図の複雑化を避けるために５行×６列の画素２１０，２２０のみが示されている。

図５（ａ），（ｂ）において、第１の撮像素子２１の各画素２１０は、上述したように行方向、すなわち図５（ａ），（ｂ）で左右方向に配列された第１および第２の部分電極２３１ａ，２３１ｂと、第３および第４の部分電極２３２ａ，２３２ｂを有する。図５（ｃ）において、第２の撮像素子２２の各画素２２０は、第１および第２の光電変換部２２０ａおよび２２０ｂを有する。これらの第１および第２の光電変換部２２０ａと２２０ｂは、行方向、すなわち図５（ｃ）で左右方向に配列されている。第１および第２の光電変換部２２０ａおよび２２０ｂは、互いに同一形状かつ同一サイズである。すなわち、第１の光電変換部２２０ａの行方向の長さは、第２の光電変換部２２０ｂの第２の光電変換部と等しい。

図６は、第１および第２の撮像素子２１，２２の一画素２１０，２２０の構成を示す断面図である。図６に示すように、第２の撮像素子２２は、半導体基板５０に形成され、各画素２２０は、紙面で左右方向に配列された第１および第２の光電変換部２２０ａ，２２０ｂを有する。第２の撮像素子２２の表面、すなわち、上面には平坦化層５５を介して第１の撮像素子２１が積層されている。この平坦化層５５内には、不図示の配線層が形成されている。
また、第１の撮像素子２１の各画素２１０の上方には、それぞれマイクロレンズ２３３が配置され、各マイクロレンズ２３３と第１の撮像素子２１の各画素２１０と第２の撮像素子２２の各画素２２０とはマイクロレンズ２３３の光軸方向に、整列配置されている。
第２の撮像素子２２の第１および第２の光電変換部２２０ａ，２２０ｂの各々は、マイクロレンズ２３３の光軸２３３ａに対して対称の位置に配置されている。他方、第１の撮像素子２１の上部部分電極２３１ａ，２３１ｂの境界Ｇ１と下部部分電極２３２ａ，２３２ｂの境界Ｇ２は、それぞれマイクロレンズ２３３の光軸２３３ａに対して逆方向にずれている。

図７は、第１の撮像素子２１における１つの画素２１０の信号読み出し回路構成を例示する図である。画素２１０は、有機光電変換膜２３０と第１および第２の部分電極２３１ａ，２３１ｂと第３および第４の部分電極２３２ａ，２３２ｂとを有する。各画素２１０の信号読み出し回路は、電極選択トランジスタ３０１〜３０８と、リセットトランジスタ３１１，３１２と、出力トランジスタ３１３，３１４と、行選択トランジスタ３１５，３１６とを有する。第１の部分電極２３１ａとグラウンドとは電極選択トランジスタ３０１を介して接続され、第２の部分電極２３１ｂとグラウンドとは電極選択トランジスタ３０２を介して接続され、第３の部分電極２３２ａとグラウンドとは電極選択トランジスタ３０３を介して接続され、第４の部分電極２３２ｂとグラウンドとは電極選択トランジスタ３０４を介して接続される。

第１の部分電極２３１ａと出力トランジスタ３１４のゲートとは電極選択トランジスタ３０５を介して接続され、第２の部分電極２３１ｂと出力トランジスタ３１３のゲートとは電極選択トランジスタ３０６を介して接続され、第３の部分電極２３２ａと出力トランジスタ３１４のゲートとは電極選択トランジスタ３０７を介して接続され、第４の部分電極２３２ｂと出力トランジスタ３１３のゲートとは電極選択トランジスタ３０８を介して接続される。

出力トランジスタ３１３は、電極選択トランジスタ３０６を介して読み出された第２の部分電極２３１ｂからの電荷に基づく電圧信号を増幅する。また、出力トランジスタ３１３は、電極選択トランジスタ３０８を介して読み出された第４の部分電極２３２ｂからの電荷に基づく電圧信号を増幅する。出力トランジスタ３１３で増幅された信号は、行選択トランジスタ３１５を介して端子Ｒ＿Ｖｏｕｔから読み出される。

出力トランジスタ３１４は、電極選択トランジスタ３０５を介して読み出された第１の部分電極２３１ａからの電荷に基づく電圧信号を増幅する。また、出力トランジスタ３１４は、電極選択トランジスタ３０７を介して読み出された第３の部分電極２３２ａからの電荷に基づく電圧信号を増幅する。出力トランジスタ３１４で増幅された信号は、行選択トランジスタ３１６を介して端子Ｌ＿Ｖｏｕｔから読み出される。リセットトランジスタ３１１，３１２は、リセット信号φＲＳＴに応じて不要電荷を排出させる（すなわち所定電位にリセットする）。
なお、第２の撮像素子２２における１つの画素２２０の信号読み出し回路構成は公知であるので、説明を省略する。

−−−画素２１０から電荷を読み出す領域について−−−
図８を参照して、電極選択トランジスタ３０１〜３０８のオンオフ状態に応じて、画素２１０の有機光電変換膜２３０に、瞳分割された一対の光束を受光する複数種の一対の光電変換領域を形成する例を説明する。図８（ａ）〜（ｅ）は、被写体側から見た、画素２１０の有機光電変換膜２３０において電荷を読み出す光電変換領域を示す図である。第１の撮像素子２１では、以下に説明するように、有機光電変換膜２３０で発生した電荷を読み出すことができる光電変換領域は、上部部分電極２３１ａ，２３１ｂと下部部分電極２３２ａ，２３２ｂとで挟まれた領域のうち、読み出しに用いられる上部部分電極と下部部分電極とが重なり合う領域である。

（１）図８（ａ）に示した電荷読み出し領域のパターンについて
図８（ａ）は、瞳分割された一対の光束をそれぞれ受光する第１および第２の光電変換領域２５１，２５２を有機光電変換膜２３０に形成する例である。第１の光電変換領域２５１は、上部部分電極２３１ａがカバーする有機光電変換膜２３０の領域に対応し、第２の光電変換領域２５２は、上部部分電極２３１ｂがカバーする有機光電変換膜２３０の領域に対応する。この第１および第２の光電変換領域２５１，２５２からの光電変換信号を読み出すためには、制御信号ΦＰ１，ΦＰ２，ΦＰ３，ΦＰ４によって電極選択トランジスタ３０３，３０４，３０５，３０６をオンにする。

制御信号ΦＰ３，ΦＰ４によって電極選択トランジスタ３０５，３０６がオンされると、第１の部分電極２３１ａは出力トランジスタ３１４のゲートに接続され、第２の部分電極２３１ｂは出力トランジスタ３１３のゲートに接続される。制御信号ΦＰ１，ΦＰ２によって電極選択トランジスタ３０３，３０４がオンされると、第３の部分電極２３２ａおよび第４の部分電極２３２ｂはグラウンドに接続される。

これにより、有機光電変換膜２３０における第１の部分電極２３１ａと、第３および第４の部分電極２３２ａ，２３２ｂとの重複領域で発生した電荷が出力トランジスタ３１４のゲートに出力される。すなわち、図８（ａ）に示すように、有機光電変換膜２３０における第１の部分電極２３１ａに対応する第１の光電変換領域２５１で発生した電荷が出力トランジスタ３１４のゲートに出力される。したがって、第１の光電変換領域２５１で発生した電荷に基づく光電変換信号が端子Ｌ＿Ｖｏｕｔから読み出される。
同様に、有機光電変換膜２３０における第２の部分電極２３１ｂと、第４の部分電極２３２ｂとの重複領域で発生した電荷が出力トランジスタ３１３のゲートに出力される。すなわち、図８（ａ）に示すように、有機光電変換膜２３０における第２の部分電極２３１ｂに対応する第２の光電変換領域２５２で発生した電荷が出力トランジスタ３１３のゲートに出力される。したがって、第２の光電変換領域２５２で発生した電荷に基づく光電変換信号が端子Ｒ＿Ｖｏｕｔから読み出される。

すなわち、図８（ａ）に示した電荷読み出し領域のパターンでは、第１の光電変換領域２５１で発生した電荷に基づく光電変換信号と、第２の光電変換領域２５２で発生した電荷に基づく光電変換信号とが一対の光電変換信号として、端子Ｌ＿Ｖｏｕｔおよび端子Ｒ＿Ｖｏｕｔから読み出される。
各画素２１０では、有機光電変換膜２３０と、第１の部分電極２３１ａと、第３の部分電極２３２ａと、第４の部分電極２３２ｂとが、第１の光電変換領域２５１で発生した電荷を読み出すための第１の光電変換部２６１を構成し、有機光電変換膜２３０と、第２の部分電極２３１ｂと、第４の部分電極２３２ｂとが、第２の光電変換領域２５２で発生した電荷を読み出すための第２の光電変換部２６２を構成する。

端子Ｌ＿Ｖｏｕｔから出力される、第１の光電変換領域２５１で発生した電荷に基づく光電変換信号と、端子Ｒ＿Ｖｏｕｔからから出力される、第２の光電変換領域２５２で発生した電荷に基づく光電変換信号とは、撮影光学系１０の異なる瞳領域を通過した一対の光束に基づく一対の光電変換信号である。これらの光電変換信号は、位相差式焦点検出用の信号として使用される。

（２）図８（ｂ）に示した電荷読み出し領域のパターンについて
図８（ｂ）は、瞳分割された一対の光束をそれぞれ受光する第３および第４の光電変換領域２５３，２５４を有機光電変換膜２３０に形成する例である。第３の光電変換領域２５３は、下部部分電極２３２ａがカバーする有機光電変換膜２３０の領域に対応し、第４の光電変換領域２５４は、下部部分電極２３２ｂがカバーする有機光電変換膜２３０の領域に対応する。この第３および第４の光電変換領域２５３，２５４からの光電変換信号を読み出すためには、制御信号ΦＮ１，ΦＮ２，ΦＮ３，ΦＮ４によって電極選択トランジスタ３０２，３０１，３０８，３０７をオンにする。

制御信号ΦＮ４，ΦＮ３によって電極選択トランジスタ３０７，３０８がオンされると、第３の部分電極２３２ａは出力トランジスタ３１４のゲートに接続され、第４の部分電極２３２ｂは出力トランジスタ３１３のゲートに接続される。制御信号ΦＮ２，ΦＮ１によって電極選択トランジスタ３０１，３０２がオンされると、第１の部分電極２３１ａおよび第２の部分電極２３１ｂはグラウンドに接続される。

これにより、有機光電変換膜２３０における第３の部分電極２３２ａと、第１の部分電極２３１ａとの重複領域で発生した電荷が出力トランジスタ３１４のゲートに出力される。すなわち、図８（ｂ）に示すように、有機光電変換膜２３０における第３の部分電極２３２ａに対応する第３の光電変換領域２５３で発生した電荷が出力トランジスタ３１４のゲートに出力される。したがって、第３の光電変換領域２５３で発生した電荷に基づく光電変換信号が端子Ｌ＿Ｖｏｕｔから読み出される。
同様に、有機光電変換膜２３０における第４の部分電極２３２ｂと、第１および第２の部分電極２３１ａ，２３１ｂとの重複領域で発生した電荷が出力トランジスタ３１３のゲートに出力される。すなわち、図８（ｂ）に示すように、有機光電変換膜２３０における第４の部分電極２３２ｂに対応する第４の光電変換領域２５４で発生した電荷が出力トランジスタ３１３のゲートに出力される。したがって、第４の光電変換領域２５４で発生した電荷に基づく光電変換信号が端子Ｒ＿Ｖｏｕｔから読み出される。

すなわち、図８（ｂ）に示した電荷読み出し領域のパターンでは、第３の光電変換領域２５３で発生した電荷に基づく光電変換信号と、第４の光電変換領域２５４で発生した電荷に基づく光電変換信号とが一対の光電変換信号として、端子Ｌ＿Ｖｏｕｔおよび端子Ｒ＿Ｖｏｕｔから読み出される。
各画素２１０では、有機光電変換膜２３０と、第１の部分電極２３１ａと、第３の部分電極２３２ａとが、第３の光電変換領域２５３で発生した電荷を読み出すための第３の光電変換部２６３を構成し、有機光電変換膜２３０と、第１の部分電極２３１ａと、第２の部分電極２３１ｂと、第４の部分電極２３２ｂとが、第４の光電変換領域２５４で発生した電荷を読み出すための第４の光電変換部２６４を構成する。

端子Ｌ＿Ｖｏｕｔから出力される、第３の光電変換領域２５３で発生した電荷に基づく光電変換信号と、端子Ｒ＿Ｖｏｕｔからから出力される、第４の光電変換領域２５４で発生した電荷に基づく光電変換信号とは、撮影光学系１０の異なる瞳領域を通過した一対の光束に基づく一対の光電変換信号である。これらの光電変換信号は、位相差式焦点検出用の信号として使用される。

（３）図８（ｃ）に示した電荷読み出し領域のパターンについて
図８（ｃ）は、瞳分割された一対の光束をそれぞれ受光する第２および第３の光電変換領域２５２，２５３を有機光電変換膜２３０に形成する例である。この第２および第３の光電変換領域２５２，２５３からの光電変換信号を読み出すためには、制御信号ΦＰ２，ΦＮ２，ΦＰ４，ΦＮ４によって電極選択トランジスタ３０４，３０１，３０６，３０７をオンにする。

制御信号ΦＰ４，ΦＰ２によって電極選択トランジスタ３０６，３０４がオンされると、第２の部分電極２３１ｂは出力トランジスタ３１３のゲートに接続され、第４の部分電極２３２ｂはグラウンドに接続される。制御信号ΦＮ４，ΦＮ２によって電極選択トランジスタ３０７，３０１がオンされると、第３の部分電極２３２ｂは出力トランジスタ３１４のゲートに接続され、第１の部分電極２３１ａはグラウンドに接続される。

これにより、有機光電変換膜２３０における第２の部分電極２３１ｂと、第４の部分電極２３２ｂとの重複領域で発生した電荷が出力トランジスタ３１３のゲートに出力される。すなわち、図８（ｃ）に示すように、有機光電変換膜２３０における第２の部分電極２３１ｂに対応する第２の光電変換領域２５２で発生した電荷が出力トランジスタ３１３のゲートに出力される。したがって、第２の光電変換領域２５２で発生した電荷に基づく光電変換信号、すなわち、第２の光電変換部２６２からの光電変換信号が端子Ｒ＿Ｖｏｕｔから読み出される。
同様に、有機光電変換膜２３０における第３の部分電極２３２ａと、第１の部分電極２３１ａとの重複領域で発生した電荷が出力トランジスタ３１４のゲートに出力される。すなわち、図８（ｃ）に示すように、有機光電変換膜２３０における第３の部分電極２３２ａに対応する第３の光電変換領域２５３で発生した電荷が出力トランジスタ３１４のゲートに出力される。したがって、第３の光電変換領域２５３で発生した電荷に基づく光電変換信号、すなわち、第３の光電変換部２６３からの光電変換信号が端子Ｌ＿Ｖｏｕｔから読み出される。

端子Ｌ＿Ｖｏｕｔから出力される、第３の光電変換領域２５３で発生した電荷に基づく光電変換信号と、端子Ｒ＿Ｖｏｕｔからから出力される、第２の光電変換領域２５２で発生した電荷に基づく光電変換信号とは、撮影光学系１０の異なる瞳領域を通過した一対の光束に基づく一対の光電変換信号である。これらの光電変換信号は、位相差式焦点検出用の信号として使用される。

（４）図８（ｄ）に示した電荷読み出し領域のパターンについて
図８（ｄ）は、瞳分割された一対の光束をそれぞれ受光する第２および第５の光電変換領域２５２，２５５を有機光電変換膜２３０に形成する例である。第５の光電変換領域２５５は、上部部分電極２３１ａと下部部分電極２３２ｂとが重なり合う有機光電変換膜２３０の領域に対応する。この第２および第５の光電変換領域２５２，２５５からの光電変換信号を読み出すためには、制御信号ΦＰ２，ΦＰ３，ΦＰ４によって電極選択トランジスタ３０４，３０５，３０６をオンにする。

制御信号ΦＰ３，ΦＰ４，ΦＰ２によって電極選択トランジスタ３０５，３０６，３０４がオンされると、第１の部分電極２３１ａは出力トランジスタ３１４のゲートに接続され、第２の部分電極２３１ｂは出力トランジスタ３１３のゲートに接続され、第４の部分電極２３２ｂはグラウンドに接続される。

これにより、有機光電変換膜２３０における第１の部分電極２３１ａと第４の部分電極２３２ｂとの重複領域で発生した電荷が出力トランジスタ３１４のゲートに出力される。すなわち、図８（ｄ）に示すように、有機光電変換膜２３０における第１の部分電極２３１ａと第４の部分電極２３２ｂとの重複領域に対応する第５の光電変換領域２５５で発生した電荷が出力トランジスタ３１４のゲートに出力される。したがって、第５の光電変換領域２５５で発生した電荷に基づく光電変換信号が端子Ｌ＿Ｖｏｕｔから読み出される。
同様に、有機光電変換膜２３０における第２の部分電極２３１ｂと、第４の部分電極２３２ｂとの重複領域で発生した電荷が出力トランジスタ３１３のゲートに出力される。すなわち、図８（ｄ）に示すように、有機光電変換膜２３０における第２の部分電極２３１ｂに対応する第２の光電変換領域２５２で発生した電荷が出力トランジスタ３１３のゲートに出力される。したがって、第２の光電変換領域２５２で発生した電荷に基づく光電変換信号が端子Ｒ＿Ｖｏｕｔから読み出される。
各画素２１０では、有機光電変換膜２３０と、第１の部分電極２３１ａと、第４の部分電極２３２ｂとが、第５の光電変換領域２５５で発生した電荷を読み出すための第５の光電変換部２６５を構成する。

端子Ｌ＿Ｖｏｕｔから出力される、第５の光電変換領域２５５で発生した電荷に基づく光電変換信号と、端子Ｒ＿Ｖｏｕｔからから出力される、第２の光電変換領域２５２で発生した電荷に基づく光電変換信号とは、撮影光学系１０の異なる瞳領域を通過した一対の光束に基づく一対の光電変換信号である。これらの光電変換信号は、位相差式焦点検出用の信号として使用される。

（５）図８（ｅ）に示した電荷読み出し領域のパターンについて
図８（ｅ）は、瞳分割された一対の光束をそれぞれ受光する第３および第５の光電変換領域２５３，２５５を有機光電変換膜２３０に形成する例である。この第３および第５の光電変換領域２５３，２５５からの光電変換信号を読み出すためには、制御信号ΦＮ２，ΦＮ３，ΦＮ４によって電極選択トランジスタ３０１，３０８，３０７をオンにする。

制御信号ΦＮ４，ΦＮ３，ΦＮ２によって電極選択トランジスタ３０７，３０８，３０１がオンされると、第３の部分電極２３２ａは出力トランジスタ３１４のゲートに接続され、第４の部分電極２３２ｂは出力トランジスタ３１３のゲートに接続され、第１の部分電極２３１ａはグラウンドに接続される。

これにより、有機光電変換膜２３０における第３の部分電極２３２ａと、第１の部分電極２３１ａとの重複領域で発生した電荷が出力トランジスタ３１４のゲートに出力される。すなわち、図８（ｅ）に示すように、有機光電変換膜２３０における第３の部分電極２３２ａに対応する第３の光電変換領域２５３で発生した電荷が出力トランジスタ３１４のゲートに出力される。したがって、第３の光電変換領域２５３で発生した電荷に基づく光電変換信号が端子Ｌ＿Ｖｏｕｔから読み出される。
同様に、有機光電変換膜２３０における第１の部分電極２３１ａと第４の部分電極２３２ｂとの重複領域で発生した電荷が出力トランジスタ３１３のゲートに出力される。すなわち、図８（ｅ）に示すように、有機光電変換膜２３０における第１の部分電極２３１ａと第４の部分電極２３２ｂとの重複領域に対応する第５の光電変換領域２５５で発生した電荷が出力トランジスタ３１３のゲートに出力される。したがって、第５の光電変換領域２５５で発生した電荷に基づく光電変換信号が端子Ｒ＿Ｖｏｕｔから読み出される。

端子Ｌ＿Ｖｏｕｔから出力される、第３の光電変換領域２５３で発生した電荷に基づく光電変換信号と、端子Ｒ＿Ｖｏｕｔからから出力される、第５の光電変換領域２５５で発生した電荷に基づく光電変換信号とは、撮影光学系１０の異なる瞳領域を通過した一対の光束に基づく一対の光電変換信号である。これらの光電変換信号は、位相差式焦点検出用の信号として使用される。

上述のようにして第１の撮像素子２１の各画素２１０から読み出された光電変換信号は、後述するように、測距瞳面と、撮影光学系１０の射出瞳面との位置関係に応じて、撮影光学系１０の焦点調節状態の検出に用いられる。
なお、各画素２１０からの電荷読み出し領域のパターンは、上述したパターンに限らず、たとえば、第２の光電変換領域２５２だけから光電変換信号を取得してもよく、第３の光電変換領域２５３だけから光電変換信号を取得してもよく、第５の光電変換領域２５５だけから光電変換信号を取得してもよい。

また、第１の撮像素子２１の各画素２１０における電荷読み出し領域のパターンと、光電変換信号を読み出す画素２１０の範囲とは、適宜組み合わせることができる。たとえば、第１の撮像素子２１の全ての画素２１０の電荷読み出し領域のパターンを同じパターンとしてもよく、後述するように、撮像面の位置に応じて、電荷読み出し領域のパターンを変更してもよい。

このように、本実施の形態では、有機光電変換膜２３０の一方の面に設けられた第１および第２の部分電極２３１ａ，２３１ｂと、有機光電変換膜２３０の他方の面に設けられた第３および第４の部分電極２３２ａ，２３２ｂとによって、第１〜第５の光電変換領域２５１〜２５５から光電変換信号を取得できる。これにより、読み出しに用いる上部部分電極と下部部分電極との組合せによって、電荷を読み出す領域を適宜変更できるので、第１の撮像素子２１の利便性が向上する。

なお、以下のようにして、第２の光電変換領域２５２で発生した電荷に基づく光電変換信号を端子Ｒ＿Ｖｏｕｔから読み出すこともできる。制御信号ΦＮ３，ΦＮ１によって電極選択トランジスタ３０８，３０２がオンされると、第４の部分電極２３２ｂは出力トランジスタ３１３のゲートに接続され、第２の部分電極２３１ｂはグラウンドに接続される。

これにより、有機光電膜２３０における第２の部分電極２３１ｂと、第４の部分電極２３２ｂとの重複領域で発生した電荷が出力トランジスタ３１３のゲートに出力される。すなわち、有機光電膜２３０における第２の部分電極２３１ｂに対応する第２の光電変換領域２５２で発生した電荷が出力トランジスタ３１３のゲートに出力される。したがって、第２の光電変換領域２５２で発生した電荷に基づく光電変換信号が端子Ｒ＿Ｖｏｕｔから読み出される。

また、以下のようにして、第３の光電変換領域２５３で発生した電荷に基づく光電変換信号を端子Ｌ＿Ｖｏｕｔから読み出すこともできる。制御信号ΦＰ３，ΦＰ１によって電極選択トランジスタ３０５，３０３がオンされると、第１の部分電極２３１ａは出力トランジスタ３１４のゲートに接続され、第３の部分電極２３２ａはグラウンドに接続される。

これにより、有機光電膜２３０における第３の部分電極２３２ａと、第１の部分電極２３１ａとの重複領域で発生した電荷が出力トランジスタ３１４のゲートに出力される。すなわち、有機光電膜２３０における第３の部分電極２３２ａに対応する第３の光電変換領域２５３で発生した電荷が出力トランジスタ３１４のゲートに出力される。したがって、第３の光電変換領域２５３で発生した電荷に基づく光電変換信号が端子Ｌ＿Ｖｏｕｔから読み出される。

図９は、射出瞳面と測距瞳面との位置関係に応じて、第１および第２の撮像素子２１，２２上に配置された画素２１０，２２０に到来する一対の光束が撮影光学系１０の射出瞳によりどのように制限されるかについての口径蝕（ケラレ）の様子を示した図である。
射出瞳は撮影光学系１０の絞り開口を撮像素子側から見た時の像であり、射出瞳距離は、本実施の形態では、たとえばマイクロレンズ２３３から撮影光学系１０の射出瞳９７（９７Ａ〜９７Ｃ）までの距離である。測距瞳面９０は、マイクロレンズ２３３に関して第１の撮像素子２１の画素２１０の有機光電変換膜２３０と共役な面、またはマイクロレンズ２３３に関して第２の撮像素子２２の画素２２０の第１および第２の光電変換部２２０ａ、２２０ｂと共役な面である。なお、マイクロレンズ２３３に関して第１の撮像素子２１の有機光電変換膜２３０と共役な面と、マイクロレンズ２３３に関して第２の撮像素子２２の画素２２０の第１および第２の光電変換部２２０ａ，２２０ｂと共役な面とは、一致せず、僅かに撮影光学系の光軸方向にずれているが、図９においては、第１の撮像素子２１に関する測距瞳面と、第２の撮像素子２２に対する測距瞳面とを共通の位置９０に示している。測距瞳距離ｄは、マイクロレンズ２３３と測距瞳面９０との間の距離である。
測距瞳面９０上の一対の測距瞳９５および９６は、いわゆる瞳分割方式の焦点検出における分割瞳であり、測距瞳９５および９６を通過した一対の光束が第１の撮像素子２１の各画素２１０の一対の光電変換領域（たとえば、図８の第１および第２の光電変換領域２５１、２５２など）にそれぞれ入射し、さらに、第２の撮像素子２２の各画素２２０の一対の光電変換部にそれぞれ入射する。

図９における第１および第２の撮像素子２１，２２の中心１９１、ならびにその中心から離れた位置１９４および１９５は、それぞれ図１０における中心１９１、ならびに位置１９４および位置１９５に対応する。図１０は、第１および第２の撮像素子２１、２２の撮像面１９０の正面図である。図１０における撮像面１９０の中心１９１は、撮影光学系１０の光軸９１と一致する。中心１９１から行方向に所定距離だけ離間した位置を、周辺位置１９４および１９５とする。周辺位置１９４と１９５とは、中心１９１に関して互いに対称である。図９に示すように、中心１９１、周辺位置１９４、周辺位置１９５にそれぞれ配置された画素２１０、２２０に、一対の測距瞳９５，９６をそれぞれ通過した一対の光束（２８５，２８６）、（３８５，３８６）、（４８５，４８６）がそれぞれ到来する。

撮影光学系１０の射出瞳９７Ａが測距瞳面９０に一致する場合、すなわち射出瞳距離が測距瞳距離ｄと一致する場合は、一対の測距瞳９５、９６は光軸９１上に中心を持つ円形の射出瞳９７Ａに制限される。そのため、第２の撮像素子２２の各画素２２０に到来する一対の光束（２８５，２８６）、（３８５，３８６）、（４８５，４８６）は各々光軸に対して対称に制限され、各画素２２０の第１および第２の光電変換部２２０ａ，２２０ｂがそれぞれ受光する光量は、互いに同一である。

他方、撮影光学系１０の射出瞳９７Ｂが測距瞳面９０とマイクロレンズ２３３との間にある場合、すなわち射出瞳距離ｄｎが測距瞳距離ｄよりも短い場合は、中心１９１に配置された画素２２０に到来する一対の光束（２８５，２８６）は光軸に対して対称に制限されるため、画素２２０の第１および第２の光電変換部２２０ａ，２２０ｂがそれぞれ受光する光量は、互いに同一である。しかしながら、周辺位置１９４，１９５に配置された画素２２０に到来する一対の光束（３８５，３８６）、（４８５，４８６）は非対称にケラレが生じるため、画素２２０の第１および第２の光電変換部２２０ａ，２２０ｂがそれぞれ受光する光量は、互いに異なってしまう。

撮影光学系１０の射出瞳９７Ｃが測距瞳面９０よりも被写体側に位置している場合、すなわち射出瞳距離ｄｆが測距瞳距離ｄよりも長い場合は、中心１９１に配置された画素に到来する一対の光束（２８５，２８６）は光軸に対して対称に制限されるため、画素２２０の第１および第２の光電変換部２２０ａ，２２０ｂがそれぞれ受光する光量は、互いに同一である。しかしながら、周辺位置１９４，１９５に配置された画素２２０に到来する一対の光束（３８５，３８６）、（４８５，４８６）は、非対称にケラレが生じるため、画素２２０の第１および第２の光電変換部２２０ａ，２２０ｂがそれぞれ受光する光量は、互いに異なってしまう。
なお、射出瞳９７Ｂでは、周辺位置１９４、または１９５に入射する一対の光束のうちの一方にケラレが生じ、射出瞳９７Ｃでは、周辺位置１９４、または１９５に入射する一対の光束のうちの他方にケラレが生じる。

以上のように撮影光学系１０の射出瞳面が測距瞳面に一致しておらず、かつ、一対の光束を受光する画素が第２の撮像素子２２の中心１９１にない場合、すなわち、一対の光束が周辺位置１９４，１９５の画素に入射する場合には、その一対の光束は撮影光学系１０の射出瞳９７Ｂ、または９７Ｃにより非対称に制限されることになる。非対称な制限の度合いは、撮影光学系１０の射出瞳距離と測距瞳距離ｄとの差、および周辺位置１９４，１９５と中心１９１との位置の差に応じて変化する。

図１１は、図９、図１０において周辺位置１９４に配置された画素２２０の第１および第２の光電変換部２２０ａ，２２０ｂに入射する光束の範囲を示した正面図であり、撮影光学系１０の射出瞳距離ｄｎが測距瞳距離ｄより短い場合を示している。画素２２０の第１および第２の光電変換部２２０ａ，２２０ｂ上には、マイクロレンズ２３３により、撮影光学系１０の射出瞳の像２７１が円形で形成されることになる。上述したように一対の光束が非対称に制限されるということは、円形の射出瞳の像２７１の中心位置Ｃが、第１および第２の光電変換部２２０ａ，２２０ｂの重心位置に相当する素子分離領域２２０ｃの中央位置Ｇからずれることに対応している。このように、撮影光学系１０の射出瞳距離ｄｎが測距瞳距離ｄより短い場合には、像高が高くなるほど射出瞳の像の中心位置Ｃが高像高側、すなわち、第２の撮像素子２２の周縁側に移動する。

射出瞳距離ｄｆが測距瞳距離ｄより長い場合、周辺位置１９４に配置された画素においては、図１１において示した第１および第２の光電変換部２２０ａ，２２０ｂと円２７１との相対的な位置関係とは逆の位置関係になる。すなわち、素子分離領域２２０ｃの中央位置Ｇに対して、円２７１の中心位置Ｃが図示左側にずれる。このように、撮影光学系１０の射出瞳距離ｄｆが測距瞳距離ｄより長い場合には、像高が高くなるほど射出瞳の像の中心位置Ｃが第２の撮像素子２２の中心１９１側に移動する。

射出瞳距離ｄｎが測距瞳距離ｄより短く、かつ図１１に示すように画素の位置が中心１９１に関して位置１９４と水平方向で対称な位置１９５にあった場合には、第１および第２の光電変換部２２０ａ，２２０ｂと円２７１との相対的な位置関係は、図１１において示した位置関係と逆になる。すなわち、素子分離領域２２０ｃの中央位置Ｇに対して、円２７１の中心位置Ｃが図示左側にずれる。

射出瞳距離ｄｆが測距瞳距離ｄより長く、かつ画素の位置が中心１９１に関して位置１９４と水平方向で対称な位置１９５にあった場合には、第１および第２の光電変換部２２０ａ，２２０ｂと円２７１との相対的な位置関係は、図１１において示した位置関係と同じになる。

上述したように、像高が高くなるほど、射出瞳面と測距瞳面との位置関係に応じて、第２の撮像素子２２の画素２２０における射出瞳の像の中心位置Ｃが素子分離領域２２０ｃの中央位置Ｇに対してずれる。そこで、本実施の形態では、射出瞳面と測距瞳面との位置関係に応じて、撮影光学系１０の焦点調節状態の検出に用いる光電変換信号を読み出す画素２１０，２２０の範囲を次のように変更する。

撮影光学系１０がカメラボディに着脱可能に装着される交換レンズである場合、装着される交換レンズによって、射出瞳位置は様々である。また、撮影光学系１０がズームレンズを含む場合にも、ズーム位置に応じて射出瞳位置が変化することがある。本実施の形態では、撮影光学系１０の射出瞳距離に応じて、第１の撮像素子２１についてたとえば一対の光電変換領域２５１、２５２と、たとえば一対の光電変換領域２５３，２５４とを切り替えて、撮影光学系の射出瞳位置に適した一対の光電変換領域を使用するものである。以下に詳述する。

（ａ）撮影光学系１０の射出瞳距離ｄが測距瞳距離ｄと一致する場合
図１２は、射出瞳距離ｄが測距瞳距離ｄと一致する場合に、焦点検出に使用する撮像素子の画素を示したものである。なお、図１２および後述する図１３〜１５は、それぞれ撮像面の全面を表すものであるが、図の複雑化を避けるために各画素２１０，２２０を５行×６列で示している。撮影光学系１０の射出瞳距離ｄが測距瞳距離ｄと一致する場合には、図９を参照して説明したように、各画素に到来する一対の光束（２８５，２８６）、（３８５，３８６）、（４８５，４８６）は各々光軸に対して対称に制限される。そのため、射出瞳の像の中心位置Ｃが、第１および第２の光電変換部２２０ａ，２２０ｂの重心位置に相当する素子分離領域２２０ｃの中央位置Ｇと一致する。そのため、像高が高くなっても、第２の撮像素子の画素２２０の第１の光電変換部２２０ａの受光量と、第２の光電変換部２２０ｂの受光量とは、略等しい。

そこで、図１２に示したように、第２の撮像素子２２の各画素２２０の第１および第２の光電変換部２２０ａ、２２０ｂの光電変換信号を焦点検出信号として使用する。すなわち、図１に示した焦点検出部１２ｂは、撮影光学系の射出瞳距離ｄが測距瞳距離ｄと一致する場合に、図１０に示した撮像面１９０の全面にわたって第２の撮像素子２２の各画素２２０からの光電変換信号を使用して焦点検出を行い、第１の撮像素子２１の各画素の光電変換信号を使用しない。なお、ここで、撮影光学系１０の射出瞳距離ｄが測距瞳距離ｄと一致する場合には、撮影光学系１０の射出瞳距離ｄと測距瞳距離ｄとに差があっても、その差が所定の範囲内である場合も含むものとする。

（ｂ）撮影光学系１０の射出瞳距離ｄｎが測距瞳距離ｄよりも短い場合
図１３は、撮影光学系１０の射出瞳距離ｄｎが測距瞳距離ｄよりも短い場合について説明する図である。図１３（ａ）に示したように、撮像面１９０を中央部１９０Ａと、左周辺部１９０Ｂと右周辺部１９０Ｃとに垂直に３分割し、図１３（ｂ）に示すように、撮像面１９０の左右周辺部１９０Ｂ，１９０Ｃは、それぞれ第１の撮像素子２１の画素の第１〜第４の光電変換領域からの光電変換信号を焦点検出信号として使用し、撮像面１９０の中央部１９０Ａは、第２の撮像素子２２の画素の第１および第２の光電変換部からの光電変換信号を焦点検出信号として使用する。すなわち、撮影光学系１０による撮影画面の周辺部に対応する焦点検出信号として第１の撮像素子２１の画素の第１〜第４の光電変換領域からの光電変換信号を焦点検出信号を用いて焦点検出し、撮影画面の中央部に対応する焦点検出信号として第２の撮像素子２２の画素の第１および第２の光電変換部からの光電変換信号を用いて焦点検出する。以下に詳述する。

図１３（ｂ）は、第１の撮像素子の各画素２１０に形成された各光電変換領域２５１，２５２，２５３，２５４を示したものである。第１の撮像素子２１は撮像面１９０の右周辺部１９０Ｃの画素２１０に図８（ａ）に示した第１および第２の光電変換領域２５１，２５２が形成されるように、図７に示した読み出し回路の電極選択トランジスタ３０３，３０４，３０５，３０６がオンにされる。また、第１の撮像素子２１は撮像面１９０の左周辺部１９０Ｂの画素２１０に図８（ｂ）に示した第３および第４の光電変換領域２５３，２５４が形成されるように、図７に示した読み出し回路の電極選択トランジスタ３０２，３０１，３０８，３０７がオンにされる。

焦点検出部１２ａは、撮像面１９０の左周辺部１９０Ｂに関して、第１の撮像素子２１の左周辺部の画素２１０の第３および第４の光電変換領域２５３，２５４からの光電変換信号を焦点検出信号として焦点検出を行い、撮像面１９０の右周辺部１９０Ｃに関して、第１の撮像素子２１の右周辺部の画素２１０の第１および第２の光電変換領域２５１，２５２からの光電変換信号を焦点検出信号として焦点検出を行うと共に、撮像面１９０の中央部１９０Ａに関しては、図１３（ｃ）に示すように、第２の撮像素子２２の中央部の画素２２０の第１および第２の光電変換部２２０ａ，２２０ｂからの光電変換信号を焦点検出信号として焦点検出を行う。これにより、撮像面１９０の行方向の周辺部における撮影光学系１０の焦点調節状態の検出精度を向上できる。すなわち、位相差式焦点検出を良好に行える範囲を撮像面１９０の周辺側へ拡大できる。

（ｃ）撮影光学系１０の射出瞳距離ｄｆが測距瞳距離ｄより長い場合
図１４は、撮影光学系１０の射出瞳距離ｄｆが測距瞳距離ｄより長い場合について説明する図である。撮影光学系１０の射出瞳距離ｄｆが測距瞳距離ｄより長い場合には、図１４（ａ）に示すように、撮像面１９０の左右周辺部１９０Ｂ，１９０Ｃは、それぞれ第１の撮像素子２１の画素の第１〜第４の光電変換領域からの光電変換信号を焦点検出信号として使用し、撮像面１９０の中央部１９０Ａは、第２の撮像素子２２の画素の第１および第２の光電変換部からの光電変換信号を焦点検出信号として使用する。以下に詳述する。

図１４（ａ）は、第１の撮像素子の各画素２１０に形成された各光電変換領域２５１，２５２，２５３，２５４を示したものである。第１の撮像素子２１は撮像面１９０の右周辺部１９０Ｃの画素２１０に図８（ｂ）に示した第３および第４の光電変換領域２５３，２５４が形成されるように、図７に示した読み出し回路の電極選択トランジスタ３０２，３０１，３０８，３０７がオンにされる。また、第１の撮像素子２１は撮像面１９０の左周辺部１９０Ｂの画素２１０に図８（ａ）に示した第１および第２の光電変換領域２５１，２５２が形成されるように、図７に示した読み出し回路の電極選択トランジスタ３０３，３０４，３０５，３０６がオンにされる。

焦点検出部１２ａは、撮像面１９０の左周辺部１９０Ｂに関して、第１の撮像素子２１の左周辺部の画素２１０の第１および第２の光電変換領域２５１，２５２からの光電変換信号を焦点検出信号として焦点検出を行い、撮像面１９０の右周辺部１９０Ｃに関して、第１の撮像素子２１の右周辺部の画素２１０の第３および第４の光電変換領域２５３，２５４からの光電変換信号を焦点検出信号として焦点検出を行うと共に、撮像面１９０の中央部１９０Ａに関しては、図１４（ｂ）に示すように、第２の撮像素子２２の中央部の画素２２０の第１および第２の光電変換部２２０ａ，２２０ｂからの光電変換信号を焦点検出信号として焦点検出を行う。これにより、撮像面１９０の行方向の周辺部における撮影光学系１０の焦点調節状態の検出精度を向上できる。すなわち、位相差式焦点検出を良好に行える範囲を撮像面１９０の周辺側へ拡大できる。

なお、上述した撮像面１９０の中央部１９０Ａと左周辺部１９０Ｂと右周辺部１９０Ｃとの分割位置は、撮影光学系１０の射出瞳距離ｄｎ，ｄｆと測距瞳距離ｄとの差に応じて適宜変更してもよい。すなわち、撮影光学系１０の射出瞳距離ｄｎ，ｄｆと測距瞳距離ｄとの差が大きくなるほど、左周辺部１９０Ｂおよび右周辺部１９０Ｃの図示左右方向の幅を広くして、第１の撮像素子２１の画素の第１〜第４の光電変換領域からの光電変換信号を焦点検出信号として使用する範囲を広くするようにしてもよい。

−−−大デフォーカス状態の場合−−−
図１５は、大デフォーカス状態の場合について説明する図である。大デフォーカス状態の場合には、以下に述べるように、第１の撮像素子２１の画素２１０の第２および第３の光電変換領域２５２，２５３からの光電変換信号に基づいて、撮影光学系１０の焦点調節状態を検出する。

大デフォーカス状態の場合には像ボケ量が大きくなって、撮影光学系１０の焦点調節状態の検出が困難になる。また、撮影光学系１０のＦ値が小さい場合も、被写界深度が浅くなるため、デフォーカスした時の像ボケ量が大きくなって、撮影光学系１０の焦点調節状態の検出が困難になる。
光電変換領域の、瞳の分割方向と平行な方向の幅、すなわち、行方向の幅が小さくなれば、光電変換領域への入射光束が絞られるので、像ボケ量が少なくなり、撮影光学系１０のＦ値が小さい場合や大デフォーカス状態の場合であっても、撮影光学系１０の焦点調節状態を検出し易くなる。

そこで、本実施の形態では、大デフォーカス状態の場合には、行方向の幅、すなわち、瞳の分割方向と平行な方向の幅が小さい、第２および第３の光電変換領域２５２，２５３からの光電変換信号に基づき、撮影光学系１０の焦点調節状態を検出する。たとえば、上述した（ａ）〜（ｃ）の場合のように、第１の撮像素子２１の画素２１０の第１〜第４の光電変換領域２５１〜２５４で発生した電荷に基づく光電変換信号や、第２の撮像素子２２の各画素２２０から出力される光電変換信号に基づいた撮影光学系１０の焦点調節状態の検出ができなかった場合に、第２および第３の光電変換領域２５２，２５３からの光電変換信号に基づき、撮影光学系１０の焦点調節状態を検出する。

すなわち、図１に示す焦点検出部１２ａは、上記（ａ）〜（ｃ）のいずれかの方法によって撮影光学系１０の焦点調節状態が検出できなかった場合に、第１の撮像素子２１の全ての画素２１０で、第２および第３の光電変換領域２５２，２５３からの光電変換信号を出力するように、図７に示した読み出し回路の電極選択トランジスタのオンオフ状態を切り替えさせる。そして、焦点検出部１２ｂは、図１０に示した撮像面１９０の全面にわたって第１の撮像素子２１の各画素２１０の第２および第３の光電変換領域２５２，２５３からの光電変換信号を焦点検出信号として焦点検出を行う。これにより、大デフォーカス状態の場合や撮影光学系１０のＦ値が小さい場合における撮影光学系１０の焦点調節状態の検出精度を向上できる。

上述したように、第１の撮像素子２１の各画素２１０の第２および第３の光電変換領域２５２，２５３からの光電変換信号を焦点検出信号として焦点検出を行い、不図示のレンズ駆動部によりフォーカスレンズが光軸方向に駆動されると、デフォーカス量が小さくなる。そこで、フォーカスレンズが光軸方向に駆動されてデフォーカス量が小さくなった後、焦点検出部１２ａが、再び上記（ａ）〜（ｃ）のいずれかの方法によって撮影光学系１０の焦点調節状態を検出するように、図７に示した読み出し回路の電極選択トランジスタのオンオフ状態を切り替えさせることが望ましい。

なお、第２および第３の光電変換領域２５２，２５３からの一対の光電変換信号を焦点検出信号として焦点検出を行う場合、第２および第３の光電変換領域２５２，２５３の面積が小さく、感度が落ちるので、第２の撮像素子２２の各画素２２０の第１および第２の光電変換部２２０ａ、２２０ｂの光電変換信号を焦点検出信号として使用した焦点検出を併せて行うようにしてもよい。

−−−部分電極の配置の変形例−−−
上述した実施の形態では、図４，５に示すように、第１の撮像素子２１の各画素２１０は、行方向に配列された第１および第２の部分電極２３１ａ，２３１ｂと、第３および第４の部分電極２３２ａ，２３２ｂを有するものであった。しかし、各部分電極の配列方向は上述した配列方向に限定されない。たとえば、図１６（ａ）〜（ｄ）に示すように、各部分電極を列方向に配列してもよい。図１６は、第１の撮像素子２１の画素２１０の変形例の構造を模式的に示す図であり、図１６（ａ）は、１つの画素２１０Ａを被写体側から見た平面図であり、図１６（ｂ）は、画素２１０Ａを列方向の側面から見た側面図であり、図１６（ｃ）は、図１６（ｂ）のｃ２−ｃ２矢視断面図であり、図１６（ｄ）は、画素２１０Ａを行方向の側面から見た側面図である。

本変形例の画素２１０Ａでは、第１および第２の部分電極２３１ｃ，２３１ｄは、列方向、すなわち図１６（ａ）で上下方向に配列されている。同様に、第３および第４の部分電極２３２ｃ，２３２ｄは、列方向、すなわち図１６（ｃ）で上下方向に配列されている。第１の部分電極２３１ｃと第２の部分電極２３１ｄとでは、列方向の長さが異なっており、図１６（ａ），（ｄ）における図示上側の第１の部分電極２３１ｃの列方向の長さＷ３は、図示下側の第２の部分電極２３１ｄの列方向の長さＷ４より小さい。同様に、第３の部分電極２３２ｃと第４の部分電極２３２ｄとでは、列方向の長さが異なっており、図示上側の第３の部分電極２３２ｃの列方向の長さＷ４は、図示下側の第４の部分電極２３２ｄの列方向の長さＷ３より大きい。すなわち、光の入射側から見て、第１の部分電極２３１ｃと第２の部分電極２３１ｄとの分離領域Ｇ３、すなわち境界の位置は、第３の部分電極２３２ｃと第４の部分電極２３２ｄとの分離領域Ｇ４、すなわち境界の位置と異なっている。なお、第１の部分電極２３１ｃの列方向の長さＷ３と第４の部分電極２３２ｄの列方向の長さＷ３とは等しく、第２の部分電極２３１ｄの列方向の長さＷ４と第３の部分電極２３２ｃの列方向の長さＷ４とは等しい。

そのため、第１の部分電極２３１ｃは、その全体が第３の部分電極２３２ｃと光軸方向に重なる。第２の部分電極２３１ｄは、第３の部分電極２３２ｃの図示下側の一部分、および、第４の部分電極２３２ｄの全体と光軸方向に重なる。第３の部分電極２３２ｃは、第１の部分電極２３１ｃの全体、および、第２の部分電極２３１ｄの図示上側の一部と光軸方向に重なる。第４の部分電極２３２ｄは、その全体が第３の部分電極２３１ｄと光軸方向に重なる。以下の説明では、有機光電変換膜２３０の上面に形成された第１および第２の部分電極２３１ｃ，２３１ｄを上部部分電極２３１ｃ，２３１ｄとも呼び、有機光電変換膜２３０の下面に形成された第３および第４の部分電極２３２ｃ，２３２ｄを下部部分電極２３２ｃ，２３２ｄとも呼ぶ。

図１７（ａ）は、第１の撮像素子２１の各画素２１０Ａを被写体側から見たときの、第１および第２の部分電極２３１ｃ，２３１ｄの配置を模式的に示す図であり、図１７（ｂ）は、第１の撮像素子２１の各画素２１０Ａを被写体側から見たときの、第３および第４の部分電極２３２ｃ，２３２ｄの配置を模式的に示す図である。図１７（ｃ）は、第２の撮像素子２２の各画素２２０を被写体側から見たときの、第１および第２の光電変換部２２０ａ，２２０ｂの配置を模式的に示す図である。なお、第１および第２の撮像素子２１，２２は、図１７では、図の複雑化を避けるために５行×６列の画素２１０Ａ，２２０のみが示されている。

図１７（ａ），（ｂ）において、第１の撮像素子２１の各画素２１０Ａは、上述したように列方向、すなわち図１７（ａ），（ｂ）で上下方向に配列された第１および第２の部分電極２３１ｃ，２３１ｄと、第３および第４の部分電極２３２ｃ，２３２ｄを有する。図１７（ｃ）に示した第２の撮像素子２２の各画素２２０は、上述した実施の形態の画素２２０と同じである。

図１８（ａ）〜（ｅ）は、画素２１０Ａの有機光電変換膜２３０に形成される第１〜第５の光電変換領域２５１Ａ〜２５５Ａを被写体側から見た図である。図１８（ａ）〜（ｅ）に示すように、画素２１０Ａには、第１〜第５の光電変換領域２５１Ａ〜２５５Ａが形成される。図１８（ａ）は、第１の光電変換領域２５１Ａを示す図である。第１の光電変換領域２５１Ａは、上部部分電極２３１ｃがカバーする有機光電変換膜２３０の領域に対応する。図１８（ｂ）は、第２の光電変換領域２５２Ａを示す図である。第２の光電変換領域２５２Ａは、上部部分電極２３１ｄがカバーする有機光電変換膜２３０の領域に対応する。図１８（ｃ）は、第３の光電変換領域２５３Ａを示す図である。第３の光電変換領域２５３Ａは、下部部分電極２３２ｃがカバーする有機光電変換膜２３０の領域に対応する。図１８（ｄ）は、第４の光電変換領域２５４Ａを示す図である。第４の光電変換領域２５４Ａは、下部部分電極２３２ｄがカバーする有機光電変換膜２３０の領域に対応する。図１８（ｅ）は、第５の光電変換領域２５５Ａを示す図である。第５の光電変換領域２５５Ａは、上部部分電極２３１ｄと下部部分電極２３２ｃとが重なり合う有機光電変換膜２３０の領域に対応する。

なお、たとえば、図１９（ａ），（ｂ）に示すように、第１の撮像素子２１において、上述した画素２１０と画素２１０Ａとを列方向に交互に配列してもよい。図１９（ａ）は、第１の撮像素子２１の各画素２１０，２１０Ａを被写体側から見たときの、第１および第２の部分電極２３１ａ，２３１ｂ，２３１ｃ，２３１ｄの配置を模式的に示す図である。図１９（ｂ）は、第１の撮像素子２１の各画素２１０，２１０Ａを被写体側から見たときの、第３および第４の部分電極２３２ａ，２３２ｂ，２３２ｃ，２３２ｄの配置を模式的に示す図である。図１９（ｃ）は、第２の撮像素子２２の各画素２２０を被写体側から見たときの、第１および第２の光電変換部２２０ａ，２２０ｂの配置を模式的に示す図である。なお、第１および第２の撮像素子２１，２２は、図１９では、図の複雑化を避けるために５行×６列の画素２１０，２１０Ａ，２２０のみが示されている。図１９（ｃ）に示した第２の撮像素子２２の各画素２２０は、上述した実施の形態の画素２２０と同じである。

図２０（ａ），（ｂ）は、第１の撮像素子２１の画素２１０の別の変形例を模式的に示す図であり、被写体側から見た各部分電極の形状を示している。本変形例の画素２１０Ｂのように、図２０（ａ）に示すように、第１の撮像素子２１の第１および第２の部分電極２３１ｅ，２３１ｆの形状を、大きな矩形をその対角線と平行な方向に、非対称に２分割したような形状としてもよく、図２０（ｂ）に示すように、第３および第４の部分電極２３２ｅ，２３２ｆの形状を、大きな矩形をその対角線と平行な方向に、非対称に２分割したような形状としてもよい。第１および第２の部分電極２３１ｅ，２３１ｆの境界の位置、すなわち分割位置と、第３および第４の部分電極２３２ｅ，２３２ｆの境界の位置、すなわち分割位置とは異なっている。

また、図２１に示すように、第１の撮像素子２１の画素２１０Ｃについて、上部部分電極を、それぞれ行方向に非対称に分割し、かつ、列方向にも非対称に分割してもよい。同様に、下部部分電極を、それぞれ行方向に非対称に分割し、かつ、列方向にも非対称に分割してもよい。図２１に示す例では、有機光電変換膜２３０の上面、すなわち有機光電変換膜２３０の被写体側の面に上部部分電極２３１ｇ，２３１ｈ，２３１ｉ，２３１ｊを形成し、有機光電変換膜２３０の下面に下部部分電極２３２ｇ，２３２ｈ，２３２ｉ，２３２ｊを形成している。なお、図２１では、図示左右方向が行方向である。

上部部分電極２３１ｇ，２３１ｉと上部部分電極２３１ｈ，２３１ｊとの行方向の分割位置は、下部部分電極２３２ｇ，２３２ｉと下部部分電極２３２ｈ，２３２ｊとの行方向の分割位置と異なっている。同様に、上部部分電極２３１ｇ，２３１ｈと上部部分電極２３１ｉ，２３１ｊとの列方向の分割位置は、下部部分電極２３２ｇ，２３２ｈと下部部分電極２３２ｉ，２３２ｊとの列方向分割位置と異なっている。

このように、上部部分電極および下部部分電極を、それぞれ行方向と列方向とに分割し、分割された各上部部分電極の境界の位置と、分割された各下部部分電極の境界の位置とが異なるように構成してもよい。

なお、上述の実施の形態では、第１の部分電極２３１ａの行方向の長さＷ１と第４の部分電極２３２ｂの行方向の長さＷ１とが等しく、第２の部分電極２３１ｂの行方向の長さＷ２と第３の部分電極２３２ａの行方向の長さＷ２とが等しいが、第１の部分電極２３１ａの行方向の長さＷ１と第４の部分電極２３２ｂの行方向の長さＷ１とが異なってもよく、第２の部分電極２３１ｂの行方向の長さＷ２と第３の部分電極２３２ａの行方向の長さＷ２とが異なってもよい。
同様に、上述した変形例において、第１の部分電極２３１ｃの列方向の長さＷ３と第４の部分電極２３２ｄの列方向の長さＷ３とが等しく、第２の部分電極２３１ｄの列方向の長さＷ４と第３の部分電極２３２ｃの列方向の長さＷ４とが等しいが、第１の部分電極２３１ｃの列方向の長さＷ３と第４の部分電極２３２ｄの列方向の長さＷ３とが異なってもよく、第２の部分電極２３１ｄの列方向の長さＷ４と第３の部分電極２３２ｃの列方向の長さＷ４とが異なってもよい。

なお、上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
日本国特許出願２０１６年第２７２９号（２０１６年１月８日出願）

１；デジタルカメラ、１０；撮影光学系、１１；撮像部、１２；制御部、１２ａ；焦点検出部、２１；第１の撮像素子、２２；第２の撮像素子、２１０，２１０Ａ，２１０Ｂ，２１０Ｃ，２２０；画素、２３０；有機光電変換膜、２３１ａ，２３１ｃ，２３１ｅ；第１の部分電極、２３１ｂ，２３１ｄ，２３１ｆ：第２の部分電極、２３２ａ，２３２ｃ，２３２ｅ；第３の部分電極、２３２ｂ，２３２ｄ，２３２ｆ；第４の部分電極、２５１；第１の光電変換領域、２５２；第２の光電変換領域、２５３；第３の光電変換領域、２５４；第４の光電変換領域、２５５；第５の光電変換領域、３０１〜３０８；電極選択トランジスタ、３１１，３１２；リセットトランジスタ、３１３，３１４；出力トランジスタ、３１５，３１６；行選択トランジスタ

Claims (11)

1. 光を光電変換して電荷を生成する光電変換部と、
   前記光電変換部の一方の面に設けられた、互いに面積が異なる少なくとも２つの第１電極および第２電極と、
   前記光電変換部の他方の面に設けられた、互いに面積が異なる少なくとも２つの第３電極および第４電極と、
   前記光電変換部で生成された電荷を、前記第１電極と、前記第２電極と、前記第３電極と、前記第４電極とによって読み出し可能な読み出し部と、を備え、
   前記読み出し部は、前記光電変換部のうち、前記第１電極と前記第３電極との間で発生した電荷を読み出し可能である、撮像素子。
2. 請求項１に記載の撮像素子において、
   前記第１電極と前記第２電極との境界の位置は、前記第３電極と前記第４電極との境界の位置と異なる撮像素子。
3. 請求項１または請求項２に記載の撮像素子において、
   前記第１電極は、前記光電変換部を介して前記第３電極の全部と重なり、かつ、前記光電変換部を介して前記第４電極の一部と重なり、
   前記第２電極は、前記光電変換部を介して前記第３電極とは重ならず、かつ、前記光電変換部を介して前記第４電極の一部と重なる撮像素子。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の撮像素子において、
   前記読み出し部は、前記光電変換部のうち、前記第１電極と前記第３電極および前記第４電極との間で発生した電荷を読み出し可能である撮像素子。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の撮像素子において、
   前記読み出し部は、前記光電変換部のうち、前記第１電極と前記第４電極との間で発生した電荷を読み出し可能である撮像素子。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の撮像素子において、
   前記読み出し部は、前記光電変換部のうち、前記第４電極と前記第１電極および前記第２電極との間で発生した電荷を読み出し可能である撮像素子。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の撮像素子において、
   前記読み出し部は、前記光電変換部のうち、前記第２電極と前記第４電極との間で発生した電荷を読み出し可能である撮像素子。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の撮像素子と、
   前記読み出し部で読み出された電荷に基づく信号に基づいて焦点検出を行う検出部と、を備える撮像装置。
9. 請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の撮像素子において、
   前記光電変換部は第１光電変換部であり、
   前記撮像素子は、前記第１光電変換部を透過した光を光電変換して電荷を生成する第２光電変換部をさらに備える撮像素子。
10. 請求項９に記載の撮像素子と、
    前記第２光電変換部で生成された電荷に基づく信号に基づいて焦点検出を行う検出部と、を備える撮像装置。
11. 請求項１０に記載の撮像装置において、
    前記検出部は、前記読み出し部で読み出された電荷に基づく信号、及び前記第２光電変換部で生成された電荷に基づく信号に基づいて焦点検出を行う撮像装置。

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