JP7238306B2 - 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。

撮像素子に配置されている撮像画素の一部を、撮像素子上に形成される像の合焦状態を検出する焦点検出画素とする、像面位相差検出型の撮像素子が知られている（例えば特許文献１）。しかし、焦点検出画素に起因する迷光の問題がある。

特開２０１６－２９６７４号公報

本発明の第１の態様による撮像素子は、第１波長域の光を透過する第１透過膜を有する撮像用の複数の第１画素と、第２波長域の光を透過する第２透過膜を有する焦点検出用の第２画素と、前記複数の第１画素のうち前記第２画素の隣に並ぶ前記第１画素の周囲に設けられた第１遮光部と、前記複数の第１画素のうち前記第２画素の隣に並ばない前記第１画素の周囲に設けられた第２遮光部と、を備え、前記第２画素が隣に並ぶ前記第１画素が有する前記第１透過膜の面積が前記第１遮光部の幅によって決定され、前記第１遮光部の幅は、前記第２遮光部の幅よりも広く、前記第２画素が隣に並ぶ前記第１画素が有する前記第１透過膜の面積は、前記第２画素が隣に並ばない前記第１画素が有する前記第１透過膜の面積よりも小さい。
本発明の第２の態様による撮像装置は、第１の態様による撮像素子と、前記撮像素子からの信号に基づいて画像データを生成する生成部と、を備える。

撮像装置の構成を模式的に示す断面図 第１実施形態の撮像素子を撮像面側から見た部分拡大平面図。 第１実施形態の撮像素子の断面図。 第１実施形態の撮像素子に含まれる画素の断面図。 第２実施形態の撮像素子を撮像面側から見た部分拡大平面図。 第２実施形態の撮像素子に含まれる画素の断面図。

（撮像装置の実施形態）
図１は、第１の実施の形態の撮像素子３を用いた撮像装置１の構成を模式的に示す断面図である。撮像装置１は、光学系２、撮像素子３、制御部４、レンズ移動部５、および表示部６を備える。

光学系２は、撮像素子３の撮像面（光学系２側の面）に被写体像を結像させる。光学系２は、レンズ２ａ、フォーカシングレンズ２ｂ、およびレンズ２ｃから成る。フォーカシングレンズ２ｂは、光学系２の焦点調節を行うためのレンズである。フォーカシングレンズ２ｂは、図中のＺ方向に平行な光軸Ｏ方向に移動可能に構成されている。

レンズ移動部５は、不図示のアクチュエータを有する。レンズ移動部５は、このアクチュエータにより、フォーカシングレンズ２ｂを光軸Ｏ方向に移動させる。撮像素子３は、被写体像を撮像して画像信号を出力する。撮像素子３は、撮像画素と焦点検出画素（ＡＦ画素）とを有する。撮像画素は、画像生成に用いる信号（画像信号）を出力する。焦点検出画素は、合焦状態の検出に用いる信号（焦点検出信号）を出力する。制御部４は、撮像素子３等の各部を制御するとともに、撮像素子３により出力された画像信号に画像処理等を施して画像データを生成する。制御部４は、不図示の記録媒体に画像データを記録したり、表示部６に画像データに基づく画像を表示したりする。表示部６は、例えば液晶パネル等の表示部材を有する表示装置である。

また、制御部４は、公知の位相差検出方式により光学系２の自動焦点調節（ＡＦ）に必要な焦点検出処理を行う。具体的に、制御部４は、光学系２による像が撮像素子３の撮像面上に結像するためのフォーカシングレンズ２ｂの合焦位置を検出する。制御部４は、撮像素子３中の焦点検出画素から出力される焦点検出信号に基づき、現在のフォーカシングレンズ２ｂの位置と合焦位置とののずれ量を検出する。制御部４が、検出したずれ量に基づいてフォーカシングレンズ２ｂを移動させることにより、焦点調節が自動で行われる。

（撮像素子の第１実施形態）
図２は、第１実施形態の撮像素子３を撮像面側から、すなわち図１の－Ｚ側から見た部分拡大図である。撮像素子３は、図２のＸ方向およびＹ方向にピッチ（周期）Ｐで配列される複数の画素ＰＸを有している。図２では一部を省略して描いているが、画素ＰＸは、Ｘ方向およびＹ方向にそれぞれ例えば１０００個以上に渡って多数配列されていても良い。

それぞれの画素ＰＸには、緑色カラーフィルタＧ０，Ｇ１，Ｇ２、青色カラーフィルタＢ、赤色カラーフィルタＲ、焦点検出用カラーフィルタＦのうちの、いずれかのカラーフィルタが形成されている。画素ＰＸは、図２に示したように、一例として、いわゆるベイヤー配列で配列されている。
ここで、緑色カラーフィルタＧ０，Ｇ１，Ｇ２は、緑色の波長域の光を選択的に透過する透過膜である。なお、緑色カラーフィルタＧ０，Ｇ１，Ｇ２のそれぞれの分光透過特性は基本的には同一である。後述するように、画素ＰＸを、緑色カラーフィルタＧ０，Ｇ１，Ｇ２のぞれぞれの面積に応じて区別して説明する必要があるため、面積に応じてそれぞれ異なる符号を付加している。緑色カラーフィルタＧ０，Ｇ１，Ｇ２を総称して、または個別に、緑色カラーフィルタＧとも呼ぶ。なお、カラーフィルタの面積は、光が撮像素子３に入射する方向（＋Ｚ方向）と交差する平面（ＸＹ平面）における面積であり、すなわちカラーフィルタが光を透過する部分の面積である。

青色カラーフィルタＢは青色の波長域の光を選択的に透過する透過膜であり、赤色カラーフィルタＲは赤色の波長域の光を選択的に透過する透過膜である。なお、選択に透過するとは、その波長域の光を、他の波長域の光に比べて高い透過率で透過する、という意味である。緑色カラーフィルタＧを有する画素ＰＸは相対的に緑色光に感度の高い撮像画素となるので、以下ではＧ画素とも呼ぶ。青色カラーフィルタＢを有する画素ＰＸは相対的に青色光に感度の高い撮像画素となるので、以下ではＢ画素とも呼ぶ。赤色カラーフィルタＲを有する画素ＰＸは相対的に赤色光に感度の高い撮像画素となるので、以下ではＲ画素とも呼ぶ。

焦点検出画素ＰＸ４，ＰＸ６に設けられている焦点検出用カラーフィルタＦは、一例として、緑色カラーフィルタＧと同様に、緑色の波長域の光を選択的に透過する透過膜である。ただし、緑色の波長域に加えて青色の波長域の光も選択的に透過する透過膜を用いても良く、緑色の波長域に加えて赤色の波長域の光も選択的に透過する透過膜を用いても良い。あるいは、青色の波長域の光と赤色の波長域の光を選択的に透過する透過膜を用いても良く、すべての波長域の光を透過する透過膜を用いても良い。

焦点検出用カラーフィルタＦとして、緑色の波長域の光を選択的に透過する透過膜を使用すると、人間の目の視感度と同様に緑色の波長域の光を重視して合焦状態の検出を行えるメリットがある。一方、焦点検出用カラーフィルタＦとして、多くの波長域の光を透過する透過膜を使用すると、より多くの光量を用いた、すなわち暗所に強い合焦状態の検出を行うことができる。

緑色カラーフィルタＧ、青色カラーフィルタＢ、赤色カラーフィルタＲ、および焦点検出用カラーフィルタＦを総称して、または個々に、カラーフィルタＣＦとも呼ぶ。
カラーフィルタＣＦのＸＹ面内の形状は、一例として正方形である。
緑色カラーフィルタＧを、第１波長域を選択的に透過する第１透過膜と解釈することもできる。焦点検出用カラーフィルタＦを、第２波長域を透過する第２透過膜と解釈することもできる。

図３は、撮像素子３の部分断面図を示す。図３は、図２に示した破線ＣＬの部分（画素ＰＸ１から画素ＰＸ６の一部まで）のＸＺ断面を、＋Ｙ方向から見た図を示している。
図３に示したように各画素ＰＸは、図３中の下から順に、光電変換部ＰＤ、配線３３、第１平坦化層３４、カラーフィルタＣＦ、第２平坦化層３５、およびマイクロレンズ３６を有している。光電変換部ＰＤは、一例としてシリコン等の半導体で形成されたフォトダイオードを含み、光電変換部ＰＤに入射した光を電荷に変換する。光電変換部ＰＤで変換された電荷は、不図示の増幅トランジスタ等のトランジスタにより増幅され、配線３３を経由して、画像信号として図１に示した制御部４に読み出される。

第１平坦化層３４および第２平坦化層３５は、それらの表面（－Ｚ側の端面）の凹凸を低減するために設けられている、ガラスや樹脂等の可視光に対して透明な成分から成る層である。第２平坦化層３５の上（－Ｚ側）にはマイクロレンズ３６が設けられており、マイクロレンズ３６は各画素ＰＸに入射した光を集光して光電変換部ＰＤに伝達する。
光学系２による像がマイクロレンズ３６の表面付近に形成されるときに、像が最もシャープに撮像される。ただし、マイクロレンズ３６の表面は凹凸があるため基準面としての撮像面とするには不適であるので、本明細書では、第２平坦化層３５とマイクロレンズ３６との界面を、撮像面として説明する。ただし、撮像面として、その上下（Ｚ方向）に多少ずれた位置にある面を想定しても構わない。

各画素ＰＸのカラーフィルタＣＦは、撮像面と平行な第１平坦化層３４の上端面（－Ｚ側端面）に、形成されている。それぞれのカラーフィルタＣＦの間には、遮光部材３１が設けられている。遮光部材３１は、樹脂または金属を含む材料で形成することができる。
また、各画素ＰＸの光電変換部ＰＤの間には、絶縁部材３７が形成されている。

焦点検出画素ＰＸ４の光電変換部ＰＤの入射面（－Ｚ側の端面）には、光電変換部ＰＤの入射面の概ね左半分（－Ｘ側）を遮光する遮蔽部３２が設けられている。図３には示していないが焦点検出画素ＰＸ６の光電変換部ＰＤの入射面にも、その概ね右半分（＋Ｘ側）を遮光する遮蔽部３２が設けられている。
これらの焦点検出画素ＰＸ４，ＰＸ６による合焦状態の検出の原理や検出方法は、特許文献１等に開示され公知であるので、説明は省略する。

なお、遮蔽部３２を設ける位置は、上述の光電変換部ＰＤの入射面に限られるわけではなく、マイクロレンズ３６から光電変換部ＰＤの入射面までの間のどこかに設ければ良い。
図２においては、各画素ＰＸについて、カラーフィルタＣＦ、遮光部材３１、および遮蔽部３２のみを表示し、マイクロレンズ３６および光電変換部ＰＤ等の他の部材については表示を省略している。

以下、図２および図３を参照して、緑色カラーフィルタＧ０，Ｇ１，Ｇ２のそれぞれの面積が等しいとした場合に発生する問題を説明する。
上述のとおり、第１実施形態の撮像素子３においては、各色のカラーフィルタＣＦがいわゆるベイヤー配列で配列されている。そして、ベイヤー配列であれば本来は青色カラーフィルタＢが配列されるべき画素ＰＸ（Ｂ画素）のうちの一部は、焦点検出用画素ＰＸ４，ＰＸ６に置き換えられ、青色カラーフィルタＢの代わりに、焦点検出用カラーフィルタＦが配置されている。

Ｂ画素から置き換えられた焦点検出用画素ＰＸ４，ＰＸ６においては、光電変換部ＰＤに入射する光の量、および光電変換部ＰＤで発生する電荷の量は、ベイヤー配列本来のＢ画素の場合に比べて増加する。
シリコンフォトダイオードは緑色の波長域の光に対する感度が、青色の波長域の光に対する感度よりも高い。従って、焦点検出用カラーフィルタＦの分光透過特性が緑色カラーフィルタＧと同一である場合には、本来のＢ画素の場合に比べて、より高感度の波長域の光が入射するため、光電変換部ＰＤで発生する電荷の量が増大する。
焦点検出用カラーフィルタＦが、青、赤、緑のうちの２色以上の波長域の光を透過する場合には、本来のＢ画素の場合に比べて、入射する光の波長域が増え光電変換部ＰＤに到達する光の量が増大し、より多くの電荷が生じる。

その結果、焦点検出用画素ＰＸ４内の光電変換部ＰＤで発生した電荷のうち、隣接する撮像画素ＰＸ３，ＰＸ５に漏れ出す電荷ｅ１，ｅ２の量も、焦点検出用画素ＰＸ４，ＰＸ６が本来のＢ画素であった場合に比べて増大する。
その結果、隣接する撮像画素ＰＸ３，ＰＸ５，ＰＸ８，ＰＸ９等では、それぞれの光電変換部ＰＤに蓄積される電荷が、焦点検出用画素ＰＸ４，ＰＸ６がＢ画素であった場合に比べて増大し、出力される画像信号が増大する恐れがある。

さらに、焦点検出用画素ＰＸ４が本来のＢ画素である場合に比べ、隣接する撮像画素ＰＸ３，ＰＸ５，ＰＸ８，ＰＸ９では、各画素の光電変換部ＰＤに入射する光の量が、焦点検出用画素ＰＸ４を経由して侵入する迷光により増大する恐れがある。
図３に示すように、撮像素子３に対して大きな入射角で入射する光線Ｌ１，Ｌ２は、１つの画素ＰＸのマイクロレンズ３６およびカラーフィルタＣＦに入射した後、その一部が遮光部３１を透過して、隣接する画素ＰＸのカラーフィルタＣＦを透過して、その隣接する画素の光電変換部ＰＤに入射して光電変換される。

光線Ｌ１の場合、Ｇ画素である画素ＰＸ１のマイクロレンズ３６および緑色カラーフィルタＧ０に入射した後、一部が遮光部３１を透過して、隣接するＢ画素である画素ＰＸ２の青色カラーフィルタＢを透過して、画素ＰＸ２の光電変換部ＰＤに入射して光電変換される。
この場合には、画素ＰＸ１と画素ＰＸ２のカラーフィルタＣＦの透過特性が異なり、光線Ｌ１は緑色カラーフィルタＧ０で青および赤の波長域の光が減光され、青色カラーフィルタＢで緑および赤の波長域の光が減光される。よって、光線Ｌ１は全ての波長域においてある程度減光されるため、光線Ｌ１によって画素ＰＸ２の光電変換部ＰＤで発生する電荷は、比較的少量で済む。

一方、光線Ｌ２は、焦点検出画素ＰＸ４のマイクロレンズ３６および焦点検出用カラーフィルタＦに入射した後、一部が遮光部３１を透過して、隣接するＧ画素である画素ＰＸ５の緑色カラーフィルタＧ２を透過して、画素ＰＸ５の光電変換部ＰＤに入射して光電変換される。
この場合に、焦点検出用カラーフィルタＦが、緑の波長域の光を透過する場合には、光線Ｌ２のうちの緑の波長域の光は、それほど減光されることなく画素ＰＸ５の光電変換部ＰＤに入射する。これにより、画素ＰＸ５の光電変換部ＰＤには、光線Ｌ２による電荷が、比較的多く発生してしまう恐れがある。

光線Ｌ３は、焦点検出画素ＰＸ４のマイクロレンズ３６および焦点検出用カラーフィルタＦに入射した後、画素ＰＸ４の光電変換部ＰＤに入射するが、さらに絶縁部材３７を透過して、隣接する画素ＰＸ５の光電変換部ＰＤに入射して光電変換される。光線Ｌ３によっても、画素ＰＸ５が出力する画像信号は、焦点検出用画素ＰＸ４が本来のＢ画素である場合に比べて、増大する恐れがある。

以上で述べた、焦点検出画素ＰＸ４，ＰＸ６からの電荷の漏れ出し、および迷光の侵入は、いずれも、焦点検出画素ＰＸ４，ＰＸ６に隣接する画素ＰＸの画像信号を増大させ、すなわちノイズ成分として作用する。
特に、画素ＰＸ５は、Ｘ方向の両側で焦点検出画素ＰＸ４，ＰＸ６のそれぞれと隣接しているため、焦点検出画素ＰＸ４，ＰＸ６の双方からのノイズ成分を受ける恐れが高い。
なお、これらのノイズ成分はいずれも微量ではあるが、人間の目は一様な明るさおよび色の画像の中の部分的な明るさまたは色相の変化に対して極めて敏感であるため、撮像された画像の画質を大きく低下させてしまうことになる。

第１実施形態の撮像素子３においては、各Ｇ画素が有する緑色カラーフィルタＧ０，Ｇ１，Ｇ２の面積を、そのＧ画素に隣接する焦点検出画素ＰＸ４，ＰＸ６の数に応じて異ならせる。これにより、各Ｇ画素が出力する画像信号の大きさを、各Ｇ画素が焦点検出画素ＰＸ４，ＰＸ６に隣接しているか否かに関わらず、概ね等しくすることができる。

各Ｇ画素が有する緑色カラーフィルタＧ０，Ｇ１，Ｇ２の面積について、図２を参照して説明する。
図２中の緑色カラーフィルタＧ０は、Ｇ画素であって、そのＧ画素に隣接して焦点検出画素ＰＸ４，ＰＸ６が配置されていない画素ＰＸに配置されている。ここで、隣接するとは、緑色カラーフィルタＧの境界であるいずれかの辺が、焦点検出画素ＰＸ４，ＰＸ６の焦点検出用カラーフィルタＦの境界であるいずれかの辺と対向していることを言う。

図２に示したように、緑色カラーフィルタＧ０の周囲の遮光部材３１の幅はγであるので、緑色カラーフィルタＧ０の１辺の長さは（Ｐ－γ）であり、面積Ｓ０は、１辺の長さの二乗であるから、
Ｓ０＝（Ｐ－γ）^２ ・・・ 式（１）
である。
なお、面積Ｓ０は、
Ｓ０＝（Ｐ＋γ－２γ）^２ ・・・ 式（２）
とも表すことができ、式（２）を用いると、後述する面積Ｓ１および面積Ｓ２との大小関係の比較が容易になる。

図２中の緑色カラーフィルタＧ１は、Ｇ画素であって、そのＧ画素に隣接して１つの焦点検出画素ＰＸ４，ＰＸ６が配置されている画素ＰＸ３，ＰＸ８，ＰＸ９に配置されている。緑色カラーフィルタＧ１の周囲の遮光部材３１の幅はβであり、βは上述のγよりも大きい。緑色カラーフィルタＧ１の１辺の長さは（Ｐ＋γ－２β）であり、面積Ｓ１は、１辺の長さの二乗であるから、
Ｓ１＝（Ｐ＋γ－２β）^２ ・・・ 式（３）
である。
上述のように、β＞γであるから、式（２）と式（３）を比べると、緑色カラーフィルタＧ１の面積Ｓ１は緑色カラーフィルタＧ０の面積Ｓ０よりも小さい。

図２中の緑色カラーフィルタＧ２は、Ｇ画素であって、そのＧ画素に隣接して２つの焦点検出画素ＰＸ４，ＰＸ６が配置されている画素ＰＸ５，ＰＸ７に配置されている。なお、図２では表示を省略しているが、画素ＰＸ７の＋Ｘ側に隣接して、焦点検出画素ＰＸ４と同様の焦点検出画素が配置されているものとしている。
緑色カラーフィルタＧ２の周囲の遮光部材３１の幅はαであり、αは上述のγおよびβよりも大きい。緑色カラーフィルタＧ２の１辺の長さは（Ｐ＋γ－２α）であり、面積Ｓ２は、１辺の長さの二乗であるから、
Ｓ２＝（Ｐ＋γ－２α）^２ ・・・ 式（４）
である。
上述のように、α＞β＞γであるから、式（２）、式（３）および、式（４）とを比べると、緑色カラーフィルタＧ２の面積Ｓ２は緑色カラーフィルタＧ１の面積Ｓ１よりも小さく、
Ｓ０ ＞ Ｓ１ ＞ Ｓ２ ・・・ 式（５）
である。

上述のように、緑色カラーフィルタＧ１，Ｇ２の面積を減少させることにより、緑色カラーフィルタＧ１，Ｇ２を透過する光の量を減少させることができ、その緑色カラーフィルタＧ１，Ｇ２を有するＧ画素の感度を低下させることができる。従って、緑色カラーフィルタＧの面積Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２を、それと隣接する焦点検出画素ＰＸ４，ＰＸ６の数に応じて変更することにより、焦点検出画素ＰＸ４，ＰＸ６からのノイズの増大を、面積の減少による感度低下で相殺することができる。これにより、各Ｇ画素が出力する画像信号の大きさを、各Ｇ画素が焦点検出画素ＰＸ４，ＰＸ６に隣接しているか否かに関わらず、概ね等しくすることができる。

さらに、緑色カラーフィルタＧの面積を、緑色カラーフィルタＧの間に設けている遮光部材３１の幅α，β，γを変更して変更することにより、Ｇ画素が受ける焦点検出画素ＰＸ４，ＰＸ６から受ける迷光自体を低減することもできる。
上述の通り、図３中の光線Ｌ２は、焦点検出画素ＰＸ４のマイクロレンズ３６に入射した後に、画素ＰＸ５の光電変換部ＰＤに入射する迷光である。画素ＰＸ５が焦点検出画素ＰＸ４に隣接するため、第１実施形態の撮像素子３においては、画素ＰＸ５の緑色カラーフィルタＧ２の周囲の遮光部材３１の幅はαに設定されている。

一方、上述の光線Ｌ１が透過する画素ＰＸ１と画素ＰＸ２の間の遮光部材３１の幅は、αよりも小さいγである。従って、光線Ｌ２は、遮蔽部材３１により、光線Ｌ１よりも強く吸収される。よって、本例においては、上述した画素ＰＸ５の光電変換部ＰＤでの光線Ｌ２による電荷が、画素ＰＸ２の光電変換部ＰＤでの光線Ｌ１による電荷に比べて、比較的多く発生してしまう問題が解消または緩和される。

図２に示したカラーフィルタＦおよび遮光部材３１について、緑色カラーフィルタＧと焦点検出用カラーフィルタＦとの間のそれぞれに設けられている遮光部材３１は、第１遮光部と解釈することもできる。また、緑色カラーフィルタＧと青色カラーフィルタＢまたは赤色カラーフィルタＲとの間のそれぞれに設けられている遮光部材３１は、第２遮光部と解釈することもできる。第１遮光部の幅α，βを、第２遮光部の幅γよりも広く設定することにより、焦点検出画素ＰＸ４，ＰＸ６に隣接するＧ画素の光電変換部ＰＤに入射する光の量を、焦点検出画素ＰＸ４，ＰＸ６に隣接しないＧ画素の光電変換部ＰＤに入射する光の量よりも低下させると解釈することもできる。

また、緑色カラーフィルタＧの面積の変化により、緑色カラーフィルタＧを透過して、光電変換部ＰＤに入射する光の量を、緑色カラーフィルタＧの面積の変化に比例する量以上に変化させることもできる。
図４を参照して、その現象を説明する。

図４は、図３に示した撮像素子３の断面図から、１つの画素ＰＸのマイクロレンズ３６、カラーフィルタＣＦ（Ｇ０，Ｇ２）および遮光部３１を拡大して示したものである。図４（ａ）は、画素ＰＸ１の拡大図であり、図４（ｂ）は、画素ＰＸ５の拡大図である。
なお、カラーフィルタＣＦおよび遮光部材３１の形成工程では、始めに第１平坦化層３４上に遮光部材３１をリソグラフィ等で形成し、その後にカラーフィルタＣＦをリソグラフィ等で形成している。カラーフィルタＣＦは、遮光部材３１による段差の上に塗布等の手段で成膜されているため、遮光部材３１の影響により、カラーフィルタＣＦの厚さは、中心部の厚さＴｃに比べて、周辺部の厚さＴｌ，Ｔｒの方が厚くなっている。

図４（ａ）に示した画素ＰＸ１の場合、遮光部３１の幅がγと比較的小さいので、緑色カラーフィルタＧ０の幅（１辺）Ｗ１０（＝Ｐ－γ）は比較的大きい。そのため、緑色カラーフィルタＧ０の厚さが厚くなる周辺部３８０Ｌと周辺部３８０Ｒとの間隔も比較的広い。その結果、マイクロレンズ３６からの光線Ｌ１１～Ｌ１２の大部分は、緑色カラーフィルタＧ０の周辺部３８０Ｌ，３８０Ｒを通らずに、厚さの薄い中心部（概ね厚さがＴｃである領域Ａ０）を通ることになる。

一方、図４（ｂ）に示した画素ＰＸ５の場合、遮光部３１の幅がαと比較的大きいので、緑色カラーフィルタＧ２の幅（１辺）Ｗ１１（＝Ｐ＋γ－２α）は比較的小さい。そのため、緑色カラーフィルタＧ２の厚さが厚くなる周辺部３８２Ｌと周辺部３８２Ｒとの間隔も比較的狭く、その結果、概ね厚さがＴｃである領域Ａ２も、上述の領域Ａ０に比べて狭い。その結果、マイクロレンズ３６からの光線Ｌ１１～Ｌ１の周辺部分は、緑色カラーフィルタＧ２の周辺部３８０Ｌ，３８０Ｒを通ることとなり、より多くの光が緑色カラーフィルタＧ２によって吸収され、光量が低下する。従って、緑色カラーフィルタＧの面積の低下に比例する量以上に、光量を低下させることができる。

これらの迷光の低減や、緑色カラーフィルタＧの厚さの実質的な増大による光量の低減のいずれについても、焦点検出画素ＰＸ４，ＰＸ６からのノイズの増大を相殺する。従って、各Ｇ画素が出力する画像信号の大きさを、各Ｇ画素が焦点検出画素ＰＸ４，ＰＸ６に隣接しているか否かに関わらず、概ね等しくすることができる。

なお、図２においては、青色カラーフィルタＢおよび赤色カラーフィルタＲの面積は、焦点検出画素ＰＸ４，ＰＸ６に隣接しない緑色カラーフィルタＧ０の面積Ｓ０と同じであるとしている。しかし、青色カラーフィルタＢおよび赤色カラーフィルタＲの面積は、面積Ｓ０に限られるものではなく、面積Ｓ０以上、または面積Ｓ０以下の面積であっても良い。なお、画素間の迷光による悪影響を抑え、かつ高感度な撮像素子３を実現するためには、青色カラーフィルタＢおよび赤色カラーフィルタＲの面積は、上記の面積Ｓ０と同じであることが望ましい。

（撮像素子の第２実施形態）
図５は、第２実施形態の撮像素子３ａを撮像面側から、すなわち図１の－Ｚ側から見た部分拡大図である。第２実施形態の撮像素子３ａの、第１実施形態の撮像素子３との相違点は、遮光部材３１を有しないことであり、それ以外は第１実施形態の撮像素子３と同様であるため、共通する部材には同一の符号を付して説明を適宜省略する。

撮像素子３ａは、遮光部材３１を有しないため、図５に示したとおり、１つの画素ＰＸのカラーフィルタＣＦは、隣接する画素のカラーフィルタＣＦと、直接接している。撮像素子３ａにおいても、焦点検出画素ＰＸ１４，ＰＸ１６は、焦点検出用カラーフィルタＦを有しており、隣接する画素に対して、迷光や電荷の漏れ等によりノイズを与える恐れがある。

撮像素子３ａにおいても、焦点検出画素ＰＸ１４，ＰＸ１６に隣接するＧ画素の緑色カラーフィルタＧの面積を、これらに隣接しないＧ画素の緑色カラーフィルタＧの面積より小さくすることで、上記の迷光や電荷の漏れ等によるノイズを相殺することができる。
Ｇ画素のうち、画素ＰＸ１２，ＰＸ１３，ＰＸ１４，ＰＸ１８，ＰＸ１９は、１つの焦点検出画素ＰＸ１４，ＰＸ１６に隣接し、画素ＰＸ１５，ＰＸ１７は、２つの焦点検出画素ＰＸ１４，ＰＸ１６に隣接している。なお、不図示ではあるが、ＰＸ１７の＋Ｘ側に隣接して、焦点検出画素ＰＸ１４と同様の焦点検出画素が配置されているものとする。

一例として、図５に示すように、焦点検出画素ＰＸ１４，ＰＸ１６の焦点検出用カラーフィルタＦを、隣接するＧ画素に向かって拡張することにより、緑色カラーフィルタＧ０，Ｇ１，Ｇ２のそれぞれの面積を異ならせることができる。拡張された焦点検出用カラーフィルタＦのＸ方向およびＹ方向の長さは、δ（δ＞Ｐ）である。

焦点検出画素ＰＸ１４，ＰＸ１６に隣接しない緑色カラーフィルタＧ０は、焦点検出用カラーフィルタＦの拡張の影響を受けないため、その面積Ｓ１０はピッチＰの二乗（Ｐ^２）となる。１つの焦点検出画素ＰＸ１４，ＰＸ１６と隣接する緑色カラーフィルタＧ１は、焦点検出用カラーフィルタＦの拡張により１つの辺に沿った部分の面積が減るため、その面積Ｓ１１は上述のＳ１０よりも面積が減少する。２つの焦点検出画素ＰＸ１４，ＰＸ１６と隣接する緑色カラーフィルタＧ２は、焦点検出用カラーフィルタＦの拡張により２つの辺に沿った部分の面積が減るため、その面積Ｓ１２は上述のＳ１１よりも面積が減少する。これにより、その緑色カラーフィルタＧ１，Ｇ２を有するＧ画素の感度を低下させることができる。

従って、緑色カラーフィルタＧの面積Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２を、それと隣接する焦点検出画素ＰＸ１４，ＰＸ１６の数に応じて変更することにより、焦点検出画素ＰＸ１４，ＰＸ１６からのノイズの増大を、面積の減少による感度低下で相殺することができる。これにより、各Ｇ画素が出力する画像信号の大きさを、各Ｇ画素が焦点検出画素ＰＸ１４，ＰＸ1１６に隣接しているか否かに関わらず、概ね等しくすることができる。

また、上述の第１実施形態で述べた緑色カラーフィルタＧの厚さの実質的な増大による光量の低減は、第２実施形態でも実現することができる。
図６を参照して、その現象を説明する。

図６（ａ）は、図５中の画素ＰＸ１１を拡大して示した断面図であり、図６（ｂ）は、図５中の画素ＰＸ１５を拡大して示した断面図である。
図６（ａ），図６（ｂ）では、図４（ａ），図４（ｂ）と同様に、マイクロレンズ３６とカラーフィルタＣＦのみを拡大して表示している。
なお、図６では、カラーフィルタＣＦの形成工程において、第１平坦化層３４の上に緑色カラーフィルタＧを形成する前に、焦点検出用カラーフィルタＦ、青色カラーフィルタＢ、赤色カラーフィルタＲを形成したものとしている。

緑色カラーフィルタＧは、焦点検出用カラーフィルタＦおよび青色カラーフィルタＢによる段差が形成された後に形成されるので、これらの段差の影響により、中心部の厚さＴｃに比べて、周辺部の厚さＴｌ，Ｔｒの方が厚くなっている。
図６（ａ）に示した画素ＰＸ１１の場合、緑色カラーフィルタの幅Ｗ２０（＝Ｐ）が比較的大きい。そのため、緑色カラーフィルタＧ０の厚さが厚くなる周辺部３９０Ｌと周辺部３９０Ｒとの間隔も比較的広い。その結果、マイクロレンズ３６からの光線Ｌ１１～Ｌ１２の大部分は、緑色カラーフィルタＧ０の周辺部３９０Ｌ，３９０Ｒを通らずに、厚さの薄い中心部（概ね厚さがＴｃである領域Ａ１０）を通ることになる。

一方、図６（ｂ）に示した画素ＰＸ１５の場合、緑色カラーフィルタＧ２の幅Ｗ２１（＝２Ｐ－δ）は比較的小さい。そのため、緑色カラーフィルタＧ２の厚さが厚くなる周辺部３９２Ｌと周辺部３９２Ｒの間隔も比較的狭く、その結果、概ね厚さがＴｃである領域Ａ１２も、上述の領域Ａ１０に比べて狭い。その結果、マイクロレンズ３６からの光線Ｌ１１～Ｌ１の周辺部分は、緑色カラーフィルタＧ２の厚さの厚い周辺部３９２Ｌ，３９２Ｒを通ることとなり、より多くの光が緑色カラーフィルタＧ２によって吸収され、光量が低下する。従って、第２実施形態の撮像素子３ａにおいても、緑色カラーフィルタＧの面積の低下に比例する以上に、光量を低下させることができる。

なお、第２実施形態においては、焦点検出用カラーフィルタＦと緑色カラーフィルタＧの分光透過特性が同じ場合には、緑色カラーフィルタＧの面積と焦点検出用カラーフィルタＦの面積を増減させること自体によっては画素の感度の増減は期待できない。しかし、緑色カラーフィルタＧの面積を増減することにより付加的に生じる、上述の緑色カラーフィルタＧの厚さの実質的な増減により、焦点検出用カラーフィルタＦと緑色カラーフィルタＧの分光透過特性が同じ場合であっても、Ｇ画素の感度の増減できる。

第２実施形態においても、焦点検出用カラーフィルタＦと緑色カラーフィルタＧの分光透過特性が異なる場合には、緑色カラーフィルタＧの面積と焦点検出用カラーフィルタＦの面積を増減させること自体によって、焦点検出画素ＰＸ１４，ＰＸ１６に隣接して配置されるＧ画素の感度を変更することができる。

以上の第１実施形態および第２実施形態において、各画素ＰＸの配列は、必ずしもベイヤー配列に限られるものではない。また、画素ＰＸのピッチは、Ｘ方向とＹ方向で異なっていても良く、画素ＰＸおよびカラーフィルタＣＦの１辺の長さもＸ方向とＹ方向で異なっていても良い。
また、焦点検出画素ＰＸ１４，ＰＸ１６に隣接して配置される画素ＰＸは、必ずしも上述のＧ画素には限定されず、相対的に緑以外の光に対する感度が高い画素であっても良い。
また、光電変換部ＰＤはシリコンからなるフォトダイオードに限らず、有機膜によるフォトダイオードまたはフォト抵抗体であっても良い。
また、上述の実施形態の撮像装置は、第１実施形態の撮像素子３に代えて、第２実施形態の撮像素子３ａを備えるものであっても良い。

上述した第１実施形態および第２実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）第１実施形態または第２実施形態の撮像素子３，３ａは、第１の観点からは、第１波長域の光を透過する第１透過膜Ｇを有する第１画素（Ｇ画素）と、第２波長域の光を透過する第２透過膜Ｆを有する第２画素（焦点検出画素）とを備え、第２画素（焦点検出画素）が隣接する第１画素（Ｇ画素）が有する第１透過膜Ｇの面積は、第２画素（焦点検出画素）が隣接しない第１画素（Ｇ画素）が有する第１透過膜Ｇの面積よりも小さい構成を有している。
この構成により、各第１画素（Ｇ画素）が出力する画像信号の大きさを、各第１画素（Ｇ画素）が、第２画素（焦点検出画素）に隣接するか否かに関わらず、概ね等しくすることができる。すなわち、従来、焦点検出画素の近傍の画素で発生していた画像信号の大きさの変化を低減し、より均一で高画質な画像信号を出力することができる。

（２）２つの第２画素（焦点検出画素）が隣接する第１画素（Ｇ画素）が有する第１透過膜Ｇの面積は、１つの第２画素（焦点検出画素）が隣接する第１画素（Ｇ画素）が有する第１透過膜Ｇの面積よりも小さい構成とすることで、第１画素（Ｇ画素）が、１つまたは２つの第２画素（焦点検出画素）に隣接する場合と、第２画素（焦点検出画素）に隣接しない場合とで、各第１画素（Ｇ画素）が出力する画像信号の大きさを概ね等しくすることができる。
（３）第１波長域とは異なる第３波長域の光を透過する第３透過膜Ｂ，Ｒを有する第３画素（Ｂ画素，Ｒ画素）を備え、第２画素（焦点検出画素）が隣接する第１画素（Ｇ画素）が有する第１透過膜Ｇの面積は、第３透過膜Ｂ，Ｒの面積よりも小さい構成とすることで、第２画素（焦点検出画素）が隣接する第１画素（Ｇ画素）と第３画素（Ｂ画素，Ｒ画素）とが出力する画像信号の大きさのばらつきを抑えることができる。
（４）第２画素（焦点検出画素）が隣接しない第１画素（Ｇ画素）が有する第１透過膜Ｇの面積は、第３透過膜Ｂ，Ｒの面積と略等しい構成とすることで、第１画素（Ｇ画素）と第３画素（Ｂ画素，Ｒ画素）とが出力する画像信号の大きさのばらつきを抑えることができる。

（５）第１実施形態または第２実施形態の撮像素子３，３ａは、第２の観点からは、第１波長域の光を透過し、所定の厚さＴｃとなる領域（Ａ０，Ａ２，Ａ１０，Ａ１２）を有する第１透過膜Ｇを有する第１画素（Ｇ画素）と、第２波長域の光を透過する第２透過膜Ｆを有する第２画素（焦点検出画素）と、を備え、第２画素（焦点検出画素）が隣接する第１画素（Ｇ画素）が有する領域（Ａ２，Ａ１２）は、第２画素（焦点検出画素）が隣接しない第１画素（Ｇ画素）が有する領域（Ａ０，Ａ１０）よりも狭い構成を有している。
この構成により、第２画素（焦点検出画素）が隣接する第１画素（Ｇ画素）においては、マイクロレンズ３６からの光線Ｌ１１～Ｌ１の周辺部分は、第１透過膜Ｇの厚さの異なる周辺部３８０Ｌ，３８０Ｒ，３８２Ｌ，３８２Ｒを通ることとなり、第１透過膜Ｇによる光の吸収量が異なるため、出力する画像信号の量を増減することができる。

（６）２つの第２画素（焦点検出画素）が隣接する第１画素（Ｇ画素）が有する領域は、１つの第２画素（焦点検出画素）が隣接する第１画素（Ｇ画素）が有する領域よりも狭い構成とすることで、第１画素（Ｇ画素）が、１つまたは２つの第２画素（焦点検出画素）に隣接する場合と、第２画素（焦点検出画素）に隣接しない場合とで、各第１画素（Ｇ画素）が出力する画像信号の大きさを概ね等しくすることができる。
（７）第１透過膜Ｇの周辺部の厚さは、所定の厚さＴｃよりも厚い構成とすることで、第２画素（焦点検出画素）が隣接する第１画素（Ｇ画素）が出力する画像信号の量を、第２画素（焦点検出画素）が隣接しない第１画素（Ｇ画素）が出力する画像信号の量に比べて、低減することができる。

（８）第１実施形態の撮像素子３は、第３の観点からは、第１波長域の光を透過する第１透過膜Ｇを有する第１画素（Ｇ画素）と、第２波長域の光を透過する第２透過膜Ｆを有する第２画素（焦点検出画素）と、第１波長域とは異なる第３波長域の光を透過する第３透過膜Ｂ，Ｒを有する第３画素と、第１透過膜Ｇおよび第２透過膜Ｆの間に第１遮光部３１と、第１透過膜Ｇおよび第３透過膜Ｂ，Ｒの間に第２遮光部３１と、を備え、第１遮光部３１の幅α，βは、前記第２遮光部３１の幅γよりも広い構成を備えている。
この構成により、各第１画素（Ｇ画素）が出力する画像信号の大きさを、各第１画素（Ｇ画素）が、第２画素（焦点検出画素）に隣接するか否かに関わらず、概ね等しくすることができる。すなわち、従来、焦点検出画素の近傍の画素で発生していた画像信号の大きさの変化を低減し、より均一で高画質な画像信号を出力することができる。（９）第１画素（Ｇ画素）は、光学系を透過した光のうち第１波長域の光を受光して画像生成に用いる信号を出力し、第２画素（焦点検出画素）は、光学系を透過した光のうち第２波長域の光を受光して光学系の焦点検出に用いる信号を出力する構成とすることで、第２画素（焦点検出画素）に隣接する第１画素（Ｇ画素）からも、第２画素（焦点検出画素）に起因するノイズを受けない（ノイズが相殺された）出力信号を得ることができる。これにより、さらに第２画素（焦点検出画素）の配置の自由度が増すという効果も得られる。

（１０）第２透過膜Ｆは、少なくとも第１波長域を包含する波長域の光を透過する構成とすることで、人間の目の視感度に合わせた焦点検出、または多くの波長域の光による多くの光量を用いた、すなわち暗所に強い焦点検出を行うことができる。

（１１）実施形態の撮像装置は、上述の第１実施形態または第２実施形態の撮像素子３，３ａと、撮像素子３，３ａからの信号に基づいて画像データを生成する生成部とを備える。
この構成により、従来、焦点検出画素の近傍の画素で発生していた画像信号の大きさの変化を低減することができ、より均一で高画質な画像データを生成することができる。

上述では、種々の実施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。また、各実施形態および変形例は、それぞれ単独で適用しても良いし、組み合わせて用いても良い。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。

１：撮像装置、２：撮像レンズ、３：撮像素子、４：制御部、５：レンズ移動部、
ＰＸ：画素３０、Ｇ０，Ｇ１，Ｇ２：緑色カラーフィルタ、Ｂ：青色カラーフィルタ、Ｒ：赤色カラーフィルタ、Ｆ：焦点検出用カラーフィルタ、３１：遮光部材、３２：遮蔽部、３３：配線、３４：第１平坦化層、３５：第２平坦化層、３５：マイクロレンズ、ＰＤ：光電変換部、３７：絶縁部材

Claims (10)

1. 第１波長域の光を透過する第１透過膜を有する撮像用の複数の第１画素と、
   第２波長域の光を透過する第２透過膜を有する焦点検出用の第２画素と、
   前記複数の第１画素のうち前記第２画素の隣に並ぶ前記第１画素の周囲に設けられた第１遮光部と、
   前記複数の第１画素のうち前記第２画素の隣に並ばない前記第１画素の周囲に設けられた第２遮光部と、
   を備え、
   前記第２画素が隣に並ぶ前記第１画素が有する前記第１透過膜の面積が前記第１遮光部の幅によって決定され、
   前記第１遮光部の幅は、前記第２遮光部の幅よりも広く、
   前記第２画素が隣に並ぶ前記第１画素が有する前記第１透過膜の面積は、前記第２画素が隣に並ばない前記第１画素が有する前記第１透過膜の面積よりも小さい撮像素子。
2. 請求項１に記載の撮像素子において、
   ２つの前記第２画素が隣に並ぶ前記第１画素が有する前記第１透過膜の面積は、１つの前記第２画素が隣に並ぶ前記第１画素が有する前記第１透過膜の面積よりも小さい撮像素子。
3. 請求項１または請求項２に記載の撮像素子において、
   ２つの前記第２画素が隣に並ぶ前記第１画素と前記第２画素との間の前記第１遮光部の幅は、１つの前記第２画素が隣に並ぶ前記第１画素と前記第２画素との間の前記第１遮光部の幅よりも大きい撮像素子。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の撮像素子において、
   前記第１波長域とは異なる第３波長域の光を透過する第３透過膜を有する撮像用の第３画素を備え、
   前記第２画素が隣に並ぶ前記第１画素が有する前記第１透過膜の面積は、前記第３透過膜の面積よりも小さい撮像素子。
5. 請求項４に記載の撮像素子において、
   前記第２画素が隣に並ばない前記第１画素が有する前記第１透過膜の面積は、前記第３透過膜の面積と略等しい撮像素子。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の撮像素子において、
   前記第１透過膜は、光が入射する面の中心部で所定の厚さとなる領域と、前記所定の厚さよりも厚い周辺部とを有し、
   前記第２画素が隣に並ぶ前記第１画素が有する前記領域は、前記第２画素が隣に並ばない前記第１画素が有する前記領域よりも狭い撮像素子。
7. 請求項６に記載の撮像素子において、
   ２つの前記第２画素が隣に並ぶ前記第１画素が有する前記領域は、１つの前記第２画素が隣に並ぶ前記第１画素が有する前記領域よりも狭い撮像素子。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
   前記第１画素は、光学系を透過した光のうち前記第１波長域の光を受光して画像生成に用いる信号を出力し、
   前記第２画素は、前記光学系を透過した光のうち前記第２波長域の光を受光して前記光学系の焦点検出に用いる信号を出力する撮像素子。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
   前記第２透過膜は、少なくとも前記第１波長域を包含する波長域の光を透過する撮像素子。
10. 請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の撮像素子と、
    前記撮像素子からの信号に基づいて画像データを生成する生成部と、
    を備える撮像装置。

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