JPWO2018062559A1 - 撮像素子、焦点検出装置、及び、撮像装置 - Google Patents

Abstract

撮像素子（22）は，結像光学系（31）を通過した第１の光束（61）及び第２の光束（62）が入射するマイクロレンズ（44）と，前記マイクロレンズを透過した前記第１の光束及び第２の光束が入射する第１の光電変換部（41）と，前記第１の光電変換部を透過した前記第１の光束を前記第１の光電変換部に向けて反射する反射部（43）と，前記第１の光電変換部を透過した前記第２の光束が入射する第２の光電変換部（42）とを有する第１画素（10G1）と，前記結像光学系を通過した第１の光束及び第２の光束が入射するマイクロレンズと，前記マイクロレンズを透過した前記第１の光束及び第２の光束が入射する第１の光電変換部と，前記第１の光電変換部を透過した前記第２の光束を前記第１の光電変換部に向けて反射する反射部と，前記第１の光電変換部を透過した前記第１の光束が入射する第２の光電変換部とを有する第２画素（10g1）が配置される。

Description

本発明は、撮像素子、焦点検出装置、及び、電子カメラに関する。

光電変換部の下に反射層を設け、この反射層によって光電変換部を透過した光を光電変換部に反射させる撮像装置が知られている（特許文献１）。この撮像装置では、被写体像の位相差情報を得ることができない。

日本国特開２０１０−１７７７０４号公報

本発明の第１の態様によると、撮像素子は、結像光学系を通過した第１の光束及び第２の光束が入射するマイクロレンズと、前記マイクロレンズを透過した前記第１の光束及び第２の光束が入射する第１の光電変換部と、前記第１の光電変換部を透過した前記第１の光束を前記第１の光電変換部に向けて反射する反射部と、前記第１の光電変換部を透過した前記第２の光束が入射する第２の光電変換部とを有する第１画素と、前記結像光学系を通過した第１の光束及び第２の光束が入射するマイクロレンズと、前記マイクロレンズを透過した前記第１の光束及び第２の光束が入射する第１の光電変換部と、前記第１の光電変換部を透過した前記第２の光束を前記第１の光電変換部に向けて反射する反射部と、前記第１の光電変換部を透過した前記第１の光束が入射する第２の光電変換部とを有する第２画素と、が配置される。
本発明の第２の態様によると、焦点検出装置は、第１の態様による撮像素子と、前記第１画素の第１の光電変換部の信号と前記第２画素の第１の光電変換部の信号とに基づき前記結像光学系の焦点検出を行う焦点検出部と、を備える。
本発明の第３の態様によると、電子カメラは、第１の態様による撮像素子と、前記第２の光電変換部からの信号に基づき前記第１の光電変換部からの信号を補正する補正部と、を備える。

第１の実施の形態に係る撮像装置の構成例を示す図である。 第１の実施の形態に係る撮像素子の画素の配置例を示す図である。 第１の実施の形態に係る撮像素子の画素群の構成例を示す概念図である。 第１の実施の形態に係る撮像素子の光電変換信号の一覧を示す図である。 第１の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す回路図である。 第１の実施の形態に係る撮像素子の断面構造の一例を示す図である。 第１の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す図である。 変形例１に係る撮像素子の断面構造の一例を示す図である。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る撮像装置の一例である電子カメラ１（以下、カメラ１と称する）の構成例を示す図である。カメラ１は、カメラボディ２と交換レンズ３とにより構成される。交換レンズ３は、不図示のマウント部を介してカメラボディ２に着脱可能に装着される。カメラボディ２に交換レンズ３が装着されると、カメラボディ２側の接続部２０２と交換レンズ３側の接続部３０２とが接続され、カメラボディ２および交換レンズ３間の通信が可能となる。

図１において、被写体からの光は、図１のＺ軸プラス方向に向かって入射する。また、座標軸に示すように、Ｚ軸に直交する紙面手前方向をＸ軸プラス方向、Ｚ軸およびＸ軸に直交する下方向をＹ軸プラス方向とする。以降のいくつかの図においては、図１の座標軸を基準として、それぞれの図の向きが分かるように座標軸を表示する。

交換レンズ３は、撮像光学系（結像光学系）３１と、レンズ制御部３２と、レンズメモリ３３とを備える。撮像光学系３１は、焦点調節レンズ（フォーカスレンズ）を含む複数のレンズと絞りとを含み、カメラボディ２の撮像素子２２の撮像面上に被写体像を結像する。

レンズ制御部３２は、カメラボディ２のボディ制御部２１から出力される信号に基づき、焦点調節レンズを光軸Ｌ１方向に進退移動させて撮像光学系３１の焦点位置を調節する。ボディ制御部２１から出力される信号には、焦点調節レンズの移動方向や移動量、移動速度などを示す情報が含まれる。また、レンズ制御部３２は、カメラボディ２のボディ制御部２１から出力される信号に基づき、絞りの開口径を制御する。

レンズメモリ３３は、例えば、不揮発性の記憶媒体等により構成される。レンズメモリ３３には、交換レンズ３に関連する情報がレンズ情報として記憶される。レンズ情報には、例えば、撮像光学系３１の射出瞳の位置に関する情報が含まれる。レンズメモリ３３へのレンズ情報の書き込みや、レンズメモリ３３からのレンズ情報の読み出しは、レンズ制御部３２によって行われる。

カメラボディ２は、ボディ制御部２１と、撮像素子２２と、メモリ２３と、表示部２４と、操作部２５とを備える。ボディ制御部２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により構成され、制御プログラムに基づきカメラ１の各部を制御する。また、ボディ制御部２１は、各種の信号処理を行う。

撮像素子２２は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサである。撮像素子２２は、撮像光学系３１の射出瞳を通過した光束を受光して、被写体像を撮像する。撮像素子２２には、光電変換部を有する複数の画素が二次元状（例えば、行方向及び列方向）に配置される。光電変換部は、例えばフォトダイオード（ＰＤ）によって構成される。撮像素子２２は、入射した光を光電変換して信号を生成し、生成した信号をボディ制御部２１に出力する。撮像素子２２は、詳細は後述するが、画像データを生成するための信号すなわち撮像信号と、撮像光学系３１の焦点について位相差式焦点検出を行うための一対の焦点検出信号、即ち、第１及び第２の焦点検出信号とを、ボディ制御部２１に出力する。この第１及び第２の焦点検出信号は、後に詳述するように、撮像光学系３１の射出瞳の第１及び第２の領域をそれぞれ通過した第１及び第２の光束による第１及び第２の像をそれぞれ光電変換した信号である。

メモリ２３は、例えば、メモリカード等の記録媒体である。メモリ２３には、画像データ等が記録される。メモリ２３へのデータの書き込みや、メモリ２３からのデータの読み出しは、ボディ制御部２１によって行われる。表示部２４は、画像データに基づく画像、シャッター速度や絞り値等の撮影に関する情報、およびメニュー画面等を表示する。操作部２５は、レリーズボタン、電源スイッチなどの各種設定スイッチ等を含み、それぞれの操作に応じた操作信号をボディ制御部２１へ出力する。

ボディ制御部２１は、画像データ生成部２１１ａと、補正部２１１ｂと、第１の焦点検出部２１２ａと、第２の焦点検出部２１２ｂと、第３の焦点検出部２１２ｃとを有する。なお、以下の説明では、第１の焦点検出部２１２ａ、第２の焦点検出部２１２ｂ、および第３の焦点検出部２１２ｃを特に区別しない場合には、これらを単に焦点検出部２１２と称する場合もある。

画像データ生成部２１１ａは、撮像素子２２から出力される撮像信号に各種の画像処理を行って画像データを生成する。画像処理には、例えば、階調変換処理、色補間処理、輪郭強調処理等の公知の画像処理が含まれる。補正部２１１ｂは、撮像素子２２から出力される焦点検出信号に対して補正処理を行う。詳細は後述するが、補正部２１１ｂは、焦点検出処理にとってはノイズとなる成分を、焦点検出信号から除去する処理を行う。

焦点検出部２１２は、撮像光学系３１の自動焦点調節（ＡＦ）に必要な焦点検出処理を行う。具体的には、焦点検出部２１２は、一対の焦点検出信号を用いて、瞳分割型の位相差検出方式によりデフォーカス量を算出する。より具体的には、焦点検出部２１２は、撮像光学系３１の射出瞳の第１及び第２の領域を通過した第１及び第２の光束による第１及び第２の像を光電変換して生成した第１及び第２の焦点検出信号に基づき、第１及び第２の像の像ズレ量を検出する。焦点検出部２１２は、検出した像ズレ量に基づいてデフォーカス量を算出する。

焦点検出部２１２は、デフォーカス量が許容値以内か否かを判定する。焦点検出部２１２は、デフォーカス量が許容値以内であれば合焦していると判断する。一方、焦点検出部２１２は、デフォーカス量が許容値を超えている場合は合焦していないと判断し、交換レンズ３のレンズ制御部３２へデフォーカス量とレンズ駆動指示とを送信する。焦点検出部２１２からの指示を受けたレンズ制御部３２が、デフォーカス量に応じて焦点調節レンズを駆動することにより、焦点調節が自動で行われる。

図２は、第１の実施の形態に係る撮像素子２２の画素の配置例を示す図である。図２に示す例では、５行８列の計４０個の画素１０を図示している。なお、撮像素子２２に配置される画素の数および配置は、図示した例に限られない。撮像素子２２には、例えば、数百万〜数億、又はそれ以上の画素が設けられる。

各画素１０には、例えばＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の異なる分光感度を有する３つのカラーフィルタのいずれかが設けられる。Ｒのカラーフィルタは主に第１の波長の光（赤色の波長域の光）を透過し、Ｇのカラーフィルタは主に第１の波長より短い波長の光（緑色の波長域の光）を透過し、Ｂのカラーフィルタは主に第２の波長より短い波長の光（青色の波長域の光）を透過する。これにより、画素１０は、配置されたカラーフィルタによって異なる分光感度特性を有する。

撮像素子２２は、Ｒのカラーフィルタを有する画素（以下、Ｒ画素と称する）１０およびＧのカラーフィルタを有する画素（以下、Ｇ画素と称する）１０が第１の方向、即ち、行方向に交互に配置される画素群４０１を有する。また、撮像素子２２は、Ｇ画素１０およびＢのカラーフィルタを有する画素（以下、Ｂ画素と称する）１０が第１の方向、即ち、行方向に交互に配置される画素群４０２を有する。画素群４０１と画素群４０２とは、第１の方向に交差する方向である第２の方向、即ち、列方向に交互に配置される。このように、本実施の形態では、Ｒ画素１０、Ｇ画素１０、およびＢ画素１０は、ベイヤー配列に従って配置される。

画素１０は、撮像光学系３１を介して入射した光を受光し、受光量に応じた信号を生成する。各画素１０により生成される信号は、詳細は後述するが、撮像信号および第１及び第２の焦点検出信号として用いられる。

図３は、第１の実施の形態に係る撮像素子２２の画素群４０２の構成例を示す概念図である。Ｇ画素１０には、２種のＧ画素、即ち第１のＧ画素１０Ｇ（図３ではＧ画素１０Ｇ１、１０Ｇ２）と第２のＧ画素１０ｇ（図３ではＧ画素１０ｇ１、１０ｇ２）とがある。第１のＧ画素１０Ｇと第２のＧ画素１０ｇとは、両者の間にＢ画素を挟んで、互いに交互に配置されている。また、Ｂ画素１０は、２種のＢ画素、即ち第１のＢ画素１０Ｂ（図３ではＢ画素１０Ｂ１、１０Ｂ２）と第２のＢ画素１０ｂ（図３ではＢ画素１０ｂ１、１０ｂ２）とからなり、第１のＢ画素１０Ｂと第２のＢ画素１０ｂとは、両者の間にＧ画素を挟んで、互いに交互に配置されている。

なお、図２に示す画素群４０１内のＲ画素１０及びＧ画素１０も、画素群４０２内の第１及び第２のＢ画素１０Ｂ、１０ｂ及び第１及び第２のＧ画素１０Ｇ、１０ｇと同様の構成の第１のＲ画素と第２のＲ画素、及び第１のＧ画素と第２のＧ画素を有する。即ち、第１のＧ画素１０Ｇの構成、第１のＢ画素１０Ｂの構成、および第１のＲ画素の構成は、カラーフィルタを除いて同一である。また、第２のＧ画素１０ｇの構成、第２のＢ画素１０ｂの構成、および第２のＲ画素の構成は、カラーフィルタを除いて同一である。そこで、以下では、代表して第１のＧ画素１０Ｇおよび第２のＧ画素１０ｇについて説明する。

図３において、第１のＧ画素１０Ｇおよび第２のＧ画素１０ｇの各々は、第１の光電変換部４１と、第２の光電変換部４２と、反射部４３と、マイクロレンズ４４と、カラーフィルタ４５とを有する。第１及び第２の光電変換部４１、４２は、互いに積層され、本実施の形態にあっては同一の大きさに構成され、互いに分離絶縁されている。反射部４３は、例えば金属の反射膜であり、第１の光電変換部４１と第２の光電変換部４２との間に設けられる。なお、反射部４３を、絶縁膜により構成するようにしてもよい。

第１のＧ画素１０Ｇでは、反射部４３は、第１の光電変換部４１および第２の光電変換部４２のそれぞれのほぼ左半分（光電変換部４２のマイナスＸ側）の領域に対応して配置される。また、第１のＧ画素１０Ｇでは、第１の光電変換部４１と反射部４３との間、及び第２の光電変換部４２と反射部４３との間には、不図示の絶縁膜がそれぞれ設けられる。また、第１のＧ画素１０Ｇでは、第１の光電変換部４１のほぼ右半分の領域と第２の光電変換部４２のほぼ右半分の領域との間には、透明な電気的絶縁膜４６が設けられている。こうして、第１及び第２の光電変換部４１、４２は、透明絶縁膜４６と上述した不図示の絶縁膜とによって分離絶縁される。

第２のＧ画素１０ｇでは、反射部４３は、第１の光電変換部４１および第２の光電変換部４２のそれぞれのほぼ右半分（光電変換部４１のプラスＸ側）の領域に対応して配置される。また、第２のＧ画素１０ｇでは、第１の光電変換部４１と反射部４３との間、及び第２の光電変換部４２と反射部４３との間には、不図示の絶縁膜がそれぞれ設けられる。また、第２のＧ画素１０ｇでは、第１の光電変換部４１のほぼ左半分の領域と第２の光電変換部４２のほぼ左半分の領域との間には、透明な電気的絶縁膜４６が設けられている。こうして、第１及び第２の光電変換部４１、４２は、透明絶縁膜４６と上述した不図示の絶縁膜とによって分離絶縁される。

マイクロレンズ４４は、図３において上方から結像光学系３を介して入射された光を集光する。マイクロレンズ４４のパワーは、反射部４３の位置と結像光学系３の射出瞳の位置とがマイクロレンズ４４に関して共役な位置関係となるように、定められている。上述のように、画素群４０２は、Ｇ画素１０とＢ画素１０がＸ方向、即ち行方向に交互に配置されているので、Ｇのカラーフィルタ４５とＢのカラーフィルタ４５とが、Ｘ方向に交互に配置されている。

次に、画素１０に入射する光束、および画素１０により生成される信号について詳しく説明する。なお、以下では、マイクロレンズ４４によって撮像光学系３１の射出瞳位置に投影される第１のＧ画素１０Ｇの反射部４３の投影像および第２のＧ画素１０ｇの透明絶縁膜４６の投影像の領域を、撮像光学系３の射出瞳の第１の瞳領域と称する。同様に、マイクロレンズ４４によって撮像光学系３１の射出瞳位置に投影される第１のＧ画素１０Ｇの透明絶縁膜４６の投影像および第２のＧ画素１０ｇの反射膜４３の投影像の領域を、撮像光学系３の射出瞳の第２の瞳領域と称する。

第１のＧ画素１０Ｇでは、図１の撮像光学系３の射出瞳の第１の瞳領域を通過した破線で示した第１の光束６１は、マイクロレンズ４４、カラーフィルタ４５および第１の光電変換部４１を透過した後に、反射部４３で反射されて第１の光電変換部４１に再入射する。撮像光学系３の射出瞳の第２の瞳領域を通過した実線で示した第２の光束６２は、マイクロレンズ４４、カラーフィルタ４５および第１の光電変換部４１を透過した後に、更に透明絶縁膜４６を透過して第２の光電変換部４２に入射する。第１のＧ画素１０Ｇでは、透明絶縁膜４６は、第１の光電変換部４１を透過した第２の光束６２が第２の光電変換部４２に入射することを許容する開口として作用する。

このように、第１のＧ画素１０Ｇでは、第１の光束６１と第２の光束６２との両方が、第１の光電変換部４１に入射するので、第１の光電変換部４１は、第１の光束６１及び第２の光束６２を光電変換して電荷を生成する。また、第１の光電変換部４１に入射された第１の光束６１は、第１の光電変換部４１を透過して反射部４３で反射されて第１の光電変換部４１に再入射するので、第１の光電変換部４１は、反射された第１の光束６１を光電変換して電荷を生成する。

こうして、第１のＧ画素１０Ｇの第１の光電変換部４１は、第１の光束６１および第２の光束６２を光電変換した電荷と、反射部４３によって反射された第１の光束６１を光電変換した電荷とを生成する。第１のＧ画素１０Ｇは、第１の光電変換部４１により生成されたこれらの電荷による信号を、第１の光電変換信号Ｓ１Ｇとして出力する。

また、第１のＧ画素１０Ｇでは、第２の光束６２は、第１の光電変換部４１の通過後に透明絶縁膜４６を通って第２の光電変換部４２に入射するので、第１のＧ画素１０Ｇの第２の光電変換部４２は、第２の光束６２を光電変換して電荷を生成する。第１のＧ画素１０Ｇは、第２の光電変換部４２により生成された電荷による信号を、第２の光電変換信号Ｓ２Ｇとして出力する。

第２のＧ画素１０ｇでは、図１の撮像光学系３の射出瞳の第１の瞳領域を通過した破線で示した第１の光束６１は、マイクロレンズ４４、カラーフィルタ４５および第１の光電変換部４１を透過し、更に透明絶縁膜４６を透過して第２の光電変換部４２に入射する。第２のＧ画素１０ｇでは、透明絶縁膜４６は、第１の光電変換部４１を透過した第１の光束６１が第２の光電変換部４２に入射することを許容する開口として作用する。撮像光学系３の射出瞳の第２の瞳領域を通過した実線で示した第２の光束６２は、マイクロレンズ４４、カラーフィルタ４５および第１の光電変換部４１を透過した後に、反射部４３で反射されて第１の光電変換部４１に再入射する。

このように、第２のＧ画素１０ｇでは、第１の光束６１と第２の光束６２との両方が、第１の光電変換部４１に入射するので、第１の光電変換部４１は、第１の光束６１及び第２の光束６２を光電変換して電荷を生成する。また、第１の光電変換部４１に入射された第２の光束６２は、第１の光電変換部４１を透過して反射部４３で反射されて第１の光電変換部４１に再入射するので、第１の光電変換部４１は、反射された第２の光束６２を光電変換して電荷を生成する。

こうして、第２のＧ画素１０ｇの第１の光電変換部４１は、第１の光束６１および第２の光束６２を光電変換した電荷と、反射部４３によって反射された第２の光束６２を光電変換した電荷とを生成する。第２のＧ画素１０ｇは、第１の光電変換部４１により生成されたこれらの電荷による信号を、第１の光電変換信号Ｓ１ｇとして出力する。

また、第２のＧ画素１０ｇでは、第１の光束６１は、第１の光電変換部４１の通過後に透明絶縁膜４６を通って第２の光電変換部４２に入射するので、第２の光電変換部４２は、第１の光束６１を光電変換して電荷を生成する。第２のＧ画素１０ｇは、第２の光電変換部４２により生成された電荷による信号を、第２の光電変換信号Ｓ２ｇとして出力する。

次に、第１のＧ画素１０Ｇから出力される第１及び第２の光電変換信号Ｓ１Ｇ、Ｓ２Ｇの大きさを概算する。第１の光電変換部４１に入射する第１の光束６１の光強度（光量）をＡとし、第１の光電変換部４１に入射した光束を光電変換する際の変換係数をｋとし、第１の光電変換部４１に入射した光のうち第１の光電変換部４１において吸収される割合をαとすると、第１の光電変換部４１に直接入射する第１の光束６１を光電変換した光電変換信号はｋαＡとなる。また、マイクロレンズ４４を介して第１の光電変換部４１に入射して吸収される第１の光束６１の光強度はαＡとなる。また、第１の光電変換部４１を透過した第１の光束６１はすべて反射部４３で反射されて第１の光電変換部４１に再入射されるとすると、第１の光電変換部４１に再入射した光を光電変換した電荷に基づく信号はｋ（Ａ−αＡ）となる。

また、第１の光電変換部４１に入射する第２の光束６２の光強度（光量）をＢとすると、第１の光電変換部４１に直接入射する第２の光束６２を光電変換した電荷に基づく信号はｋαＢとなる。このため、第１の光電変換部４１により変換された電荷に基づく第１の光電変換信号Ｓ１Ｇは、次式で表すことができる。
Ｓ１Ｇ＝ｋαＡ＋ｋ（Ａ−αＡ）＋ｋαＢ
＝ｋ（１−α）Ａ＋ｋαＡ＋ｋαＢ ……式（１）

式（１）において、ｋ（１−α）Ａは、上述のように、反射部４３で反射され第１の光電変換部４１に再入射した第１の光束６１を光電変換して生成された光電変換信号である。

マイクロレンズ４４を介して第１の光電変換部４１に入射して吸収される第２の光束６２の光強度はαＢとなる。また、第２の光電変換部４２に入射した光束を光電変換する際の変換係数を、第１の光電変換部４１の変換係数と同一の値ｋとする。第１のＧ画素１０Ｇにおいて、第１の光電変換部４１を透過した第２の光束６２はすべて第２の光電変換部４２に入射するとする。第２の光電変換部４２により第２の光束６２を光電変換した電荷に基づく第２の光電変換信号Ｓ２Ｇは、次式で表すことができる。
Ｓ２Ｇ＝ｋ（Ｂ−αＢ）
＝ｋ（１−α）Ｂ ……式（２）

次に、第２のＧ画素１０ｇから出力される第１及び第２の光電変換信号Ｓ１ｇ、Ｓ２ｇの大きさを概算する。この第２のＧ画素１０ｇの第１及び第２の光電変換信号Ｓ１ｇ、Ｓ２ｇは、上記の式（１）及び式（２）でＡとＢとが入れ替わった以下の式（３）及び式（４）で表される。
Ｓ１ｇ＝ｋ（１−α）Ｂ＋ｋαＡ＋ｋαＢ ……式（３）
Ｓ２ｇ＝ｋ（１−α）Ａ ……式（４）
第１及び第２のＢ画素、Ｒ画素の第１及び第２の光電変換信号Ｓ１、Ｓ２は、第１及び第２のＧ画素１０Ｇ、１０ｇの場合と同様である。

図１に示した第１の焦点検出部２１２ａ〜第３の焦点検出部２１２ｃは、第１の光束６１による第１の像と第２の光束６２による第２の像との像ズレを、第１の像を光電変換した第１の焦点検出信号と第２の像を光電変換した第２の焦点検出信号との位相差として検出するものである。

ところが、第１のＧ画素１０Ｇの第１の光電変換部４１が生成した電荷に基づく第１の光電変換信号Ｓ１Ｇは、上述の反射部４３によって反射された第１の光束６１を光電変換した信号と、第１の光電変換部４１に入射した第１及び第２の光束６１、６２をそれぞれ光電変換した信号とを加算したものである。従って、第１の光電変換信号Ｓ１Ｇから、第１の光電変換部４１に入射した第１及び第２の光束６１、６２をそれぞれ光電変換して生成された光電変換信号、すなわち式（１）に示す（ｋαＡ＋ｋαＢ）を、ノイズ成分として除去する必要がある。

このため、ボディ制御部２１の補正部２１１ｂは、第１の光電変換信号Ｓ１Ｇからノイズ成分を排除する補正処理を行う。第１の光電変換部４１についての変換係数ｋおよび第１の光電変換部４１の吸収割合αの値は、第１の光電変換部４１の量子効率や基板の厚み等によって決まる既知の値である。そこで、ボディ制御部２１は、式（１）及び式（２）を用いて第１及び第２の光束６１、６２の光強度Ａ、Ｂを算出すると共に、算出した光強度Ａ、Ｂに基づきノイズ成分（ｋαＡ＋ｋαＢ）を算出する。

補正部２１１ｂは、算出されたノイズ成分（ｋαＡ＋ｋαＢ）を、第１の光電変換信号Ｓ１Ｇから減算することにより、ｋ（１−α）Ａを算出する。即ち、補正部２１１ｂは、第１の光電変換信号Ｓ１Ｇからノイズ成分（ｋαＡ＋ｋαＢ）を除去して、反射部４３により反射されて第１の光電変換部４１に再入射した第１の光束６１による信号成分であるｋ（１−α）Ａを、補正後の第１の光電変換信号Ｓ１Ｇ’として抽出する。即ち、補正後の第１の光電変換信号Ｓ１Ｇ’は、次式（５）で表すことができる。
Ｓ１Ｇ’＝ｋ（１−α）Ａ ……式（５）

また、第２のＧ画素１０ｇの第１の光電変換部４１が生成した電荷に基づく第１の光電変換信号Ｓ１ｇは、上述の反射部４３によって反射された第２の光束６２を光電変換した信号と、第１の光電変換部４１に入射した第１及び第２の光束６１、６２をそれぞれ光電変換した信号とを加算したものである。従って、第１の光電変換信号Ｓ１ｇから、第１の光電変換部４１に入射した第１及び第２の光束６１、６２をそれぞれ光電変換して生成された光電変換信号、すなわち式（３）に示す（ｋαＡ＋ｋαＢ）を、ノイズ成分として除去する必要がある。

そこで、ボディ制御部２１は、式（３）及び式（４）を用いて第１及び第２の光束６１、６２の光強度Ａ、Ｂを算出すると共に、算出した光強度Ａ、Ｂに基づきノイズ成分（ｋαＡ＋ｋαＢ）を算出する。補正部２１１ｂは、算出されたノイズ成分（ｋαＡ＋ｋαＢ）を、第１の光電変換信号Ｓ１ｇから減算することにより、反射部４３により反射されて第１の光電変換部４１に再入射した第２の光束６２による信号成分であるｋ（１−α）Ｂを、補正後の第１の光電変換信号Ｓ１ｇ’として抽出する。即ち、補正後の第１の光電変換信号Ｓ１ｇ’は、次式（６）で表すことができる。
Ｓ１ｇ’＝ｋ（１−α）Ｂ ……式（６）

なお、第１及び第２の光電変換部４１、４２に関する変換係数ｋや第１の光電変換部４１の吸収割合αの値は、第１及び第２の光電変換部４１、４２の量子効率や基板の厚み等によって決まるため、それぞれの値は予め算出することができる。変換係数ｋおよび吸収割合αの値は、ボディ制御部２１の内部のメモリ等に記録されている。

図３において、第１及び第２のＧ画素１０Ｇ１、１０ｇ１、１０Ｇ２、１０ｇ２にそれぞれ入射する第１の光束６１の光強度を、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４とし、第２の光束６２の光強度を、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４とする。この場合には、第１のＧ画素１０Ｇ１については、補正後の第１の光電変換信号Ｓ１Ｇ’がｋ（１−α）Ａ１となり、第２の光電変換信号Ｓ２Ｇがｋ（１−α）Ｂ１となる。同様に、第２のＧ画素１０ｇ１については、補正後の第１の光電変換信号Ｓ１ｇ’がｋ（１−α）Ｂ２となり、第２の光電変換信号Ｓ２ｇがｋ（１−α）Ａ２となる。第１のＧ画素１０Ｇ２については、補正後の第１の光電変換信号Ｓ１Ｇ’がｋ（１−α）Ａ３となり、第２の光電変換信号Ｓ２Ｇがｋ（１−α）Ｂ３となる。第２のＧ画素１０ｇ２については、補正後の第１の光電変換信号Ｓ１ｇ’がｋ（１−α）Ｂ４となり、第２の光電変換信号Ｓ２ｇがｋ（１−α）Ａ４となる。

これらの第１のＧ画素１０Ｇ１、第２のＧ画素１０ｇ１、第１のＧ画素１０Ｇ２、及び第２のＧ画素１０ｇ２の補正後の第１の光電変換信号と第２の光電変換信号とを、図４に一覧にして示す。

第１の焦点検出部２１２ａは、第１のＧ画素１０Ｇ１、１０Ｇ２・・・の第１の光電変換信号Ｓ１Ｇを第１の焦点検出信号とし、第２のＧ画素１０ｇ１、１０ｇ２・・・の第１の光電変換信号Ｓ１ｇを第２の焦点検出信号として、焦点検出を行う。

即ち、第１の焦点検出部２１２ａは、図４において、第１の焦点検出信号として、ｋ（１−α）Ａ１およびｋ（１−α）Ａ３を使用し、第２の焦点検出信号として、ｋ（１−α）Ｂ２およびｋ（１−α）Ｂ４を使用する。

なお、第１の焦点検出部２１２ａは、図３において、一画素置きに並んだ複数のＧ画素１０からの第１及び第２の焦点検出信号に基づき、位相差式焦点検出を行うと共に、一画素置きに並んだ複数のＢ画素１０からの第１及び第２の焦点検出信号に基づき、位相差式焦点検出を行う。同様に、第１の焦点検出部２１２ａは、図２の画素群４０１の一画素置きに並んだ複数のＲ画素１０からの第１及び第２の焦点検出信号に基づき、位相差式焦点検出を行うと共に、図２の画素群４０１の一画素置きに並んだ複数のＧ画素１０からの第１及び第２の焦点検出信号に基づき、位相差式焦点検出を行う。

図１に示した第２の焦点検出部２１２ｂは、第２のＧ画素１０ｇ１、１０ｇ２・・・の第２の光電変換信号Ｓ２ｇを第１の焦点検出信号として、第１のＧ画素１０Ｇ１、１０Ｇ２・・・の第２の光電変換信号Ｓ２Ｇを第２の焦点検出信号とし、焦点検出を行う。

即ち、第２の焦点検出部２１２ｂは、図４において、第１の焦点検出信号として、ｋ（１−α）Ａ２およびｋ（１−α）Ａ４を使用し、第２の焦点検出信号として、ｋ（１−α）Ｂ１およびｋ（１−α）Ｂ３を使用する。第２の焦点検出部２１２ｂは、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号とに基づき、撮像光学系３１のデフォーカス量を算出する。

なお、第２の焦点検出部２１２ｂは、図３において、一画素置きに並んだ複数のＧ画素１０からの第１及び第２の焦点検出信号に基づき、位相差式焦点検出を行うと共に、一画素置きに並んだ複数のＢ画素１０からの第１及び第２の焦点検出信号に基づき、位相差式焦点検出を行う。同様に、第２の焦点検出部２１２ｂは、図２の画素群４０１の一画素置きに並んだ複数のＲ画素１０からの第１及び第２の焦点検出信号に基づき、位相差式焦点検出を行うと共に、図２の画素群４０１の一画素置きに並んだ複数のＧ画素１０からの第１及び第２の焦点検出信号に基づき、位相差式焦点検出を行う。

図１に示した第３の焦点検出部２１２ｃは、第１のＧ画素１０Ｇ１、１０Ｇ２・・・の第１の光電変換信号Ｓ１Ｇと、第２のＧ画素１０ｇ１、１０ｇ２・・・の第２の光電変換信号Ｓ２ｇとを第１の焦点検出信号として、焦点検出処理に使用する。また、第３の焦点検出部２１２ｃは、第１のＧ画素１０Ｇ１、１０Ｇ２・・・の第２の光電変換信号Ｓ２Ｇと、第２のＧ画素１０ｇ１、１０ｇ２・・・の第１の光電変換信号Ｓ１ｇとを第２の焦点検出信号として、焦点検出処理に使用する。

即ち、第３の焦点検出部２１２ｃは、図４において、第１の焦点検出信号として、ｋ（１−α）Ａ１、ｋ（１−α）Ａ２、ｋ（１−α）Ａ３、およびｋ（１−α）Ａ４を使用し、第２の焦点検出信号として、ｋ（１−α）Ｂ１、ｋ（１−α）Ｂ２、ｋ（１−α）Ｂ３、およびｋ（１−α）Ｂ４を使用する。第３の焦点検出部２１２ｃは、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号とに基づき、撮像光学系３１のデフォーカス量を算出する。

レンズ制御部３２は、第１の焦点検出部２１２ａ〜第３の焦点検出部２１２ｃの各々により算出されたデフォーカス量に基づき、撮像光学系３１の焦点調節レンズを合焦位置に移動して焦点調節する。例えば、レンズ制御部３２は、被写体像の周波数に関する情報に基づいて、第１の焦点検出部２１２ａ〜第３の焦点検出部２１２ｃのうちいずれの焦点検出部で算出されたデフォーカス量を焦点調節に用いるかを選択する。そして、レンズ制御部３２は、選択した焦点検出部により算出されたデフォーカス量を用いて焦点調節を行う。

次に、図１に示したボディ制御部２１の画像データ生成部２１１ａについて説明する。ボディ制御部２１の画像データ生成部２１１ａは、第１のＧ画素１０Ｇの第１の光電変換信号Ｓ１Ｇと第２の光電変換信号Ｓ２Ｇとを加算して、撮像信号Ｓ３Ｇを生成する。即ち、撮像信号Ｓ３は、式（１）の第１の光電変換信号Ｓ１Ｇと式（２）の第２の光電変換信号Ｓ２Ｇとを加算することによって、次式（７）で表される。
Ｓ３Ｇ＝ｋ（Ａ＋Ｂ） ……式（７）

また、画像データ生成部２１１ａは、第２のＧ画素１０ｇの第１の光電変換信号Ｓ１ｇと第２の光電変換信号Ｓ２ｇとを加算して、撮像信号Ｓ３ｇを生成する。即ち、撮像信号Ｓ３ｇは、式（３）の第１の光電変換信号Ｓ１ｇと式（４）の第２の光電変換信号Ｓ２ｇとを加算することによって、次式（８）で表される。
Ｓ３ｇ＝ｋ（Ａ＋Ｂ） ……式（８）

こうして、撮像信号Ｓ３Ｇおよび撮像信号Ｓ３ｇの各々は、撮像光学系３の第１及び第２の瞳領域をそれぞれ通過した第１及び第２の光束６１、６２の光強度Ａ、Ｂを加算した値に関連した値になる。画像データ生成部２１１ａは、撮像信号Ｓ３Ｇおよび撮像信号Ｓ３ｇに基づき、画像データを生成する。

なお、本実施の形態の光電変換信号Ｓ１Ｇ、Ｓ１ｇは、従来の撮像素子、即ち、反射部を有しないものと比べて、信号レベルが大幅に向上している。詳述すると、第１及び第２の光束６１、６２を光電変換部で受光すると、その光電変換部からの光電変換信号は、ｋα（Ａ＋Ｂ）になる。他方、本実施の形態の光電変換信号は、式（１）および式（３）に示したように、ｋ（１−α）Ａ＋ｋαＡ＋ｋαＢ、ｋ（１−α）Ｂ＋ｋαＡ＋ｋαＢである。本実施の形態の光電変換信号Ｓ１Ｇ、Ｓ１ｇは、ｋα（Ａ＋Ｂ）よりも、それぞれｋ（１−α）Ａ、ｋ（１−α）Ｂだけ大きい。

また、以上の説明では、撮像信号Ｓ３Ｇおよび撮像信号Ｓ３ｇは、ボディ制御部２１の画像データ生成部２１１ａにおいて第１の光電変換信号Ｓ１と第２の光電変換信号Ｓ２とを加算して、生成されるものであった。しかしながら、第１の光電変換信号Ｓ１と第２の光電変換信号Ｓ２との加算は、図５及び図６を用いて後に詳述するように、撮像素子２２内で行ってもよい。また、画像データ生成部２１１ａは、第１の光電変換信号Ｓ１のみを撮像信号として用いるようにしてもよい。この場合には、補正部２１１ｂが第１の光電変換信号Ｓ１Ｇから式（１）のｋ（１−α）Ａの信号成分を減算し、第１の光電変換信号Ｓ１ｇから式（３）のｋ（１−α）Ｂの信号成分を減算するようにしてもよい。

図５は、第１の実施の形態に係る撮像素子２２の構成例を示す回路図である。撮像素子２２は、複数の画素１０と、画素垂直駆動部７０とを備える。画素１０は、上述した第１の光電変換部４１および第２の光電変換部４２と、読み出し部２０とを有する。読み出し部２０は、第１の転送部１１と、第２の転送部１２と、第１のフローティングディフュージョン（以下、ＦＤと称する）１５と、第２のＦＤ１６と、リセット部１７と、増幅部１８と、第１及び第２の接続部５１、５２とを有する。画素垂直駆動部７０は、信号ＴＸ１、信号ＴＸ２、信号ＲＳＴなどの制御信号を各画素１０に供給して、各画素１０の動作を制御する。なお、図５に示す例では、説明を簡略化するために１画素のみ図示している。

第１の転送部１１は、信号ＴＸ１により制御され、第１の光電変換部４１で光電変換された電荷を第１のＦＤ１５に転送する。すなわち、第１の転送部１１は、第１の光電変換部４１および第１のＦＤ１５の間に電荷転送路を形成する。第２の転送部１２は、信号ＴＸ２により制御され、第２の光電変換部４２で光電変換された電荷を第２のＦＤ１６に転送する。すなわち、第２の転送部１２は、第２の光電変換部４２および第２のＦＤ１６の間に電荷転送路を形成する。第１のＦＤ１５および第２のＦＤ１６は、図６を用いて後述するが、接続部５１、５２を介して電気的に接続され、電荷を保持（蓄積）する。

増幅部１８は、第１のＦＤ１５および第２のＦＤ１６に保持された電荷による信号を増幅して出力する。増幅部１８は、垂直信号線３０に接続され、不図示の電流源を負荷電流源としてソースフォロワ回路の一部として機能する。リセット部１７は、信号ＲＳＴにより制御され、第１のＦＤ１５および第２のＦＤ１６の電荷をリセットし、第１のＦＤ１５および第２のＦＤ１６の電位をリセット電位（基準電位）にリセットする。第１の転送部１１、第２の転送部１２、排出部１７、および増幅部１８は、例えば、それぞれトランジスタＭ１、トランジスタＭ２、トランジスタＭ３、トランジスタＭ４により構成される。

信号ＴＸ１をハイレベル、信号ＴＸ２をローレベルにすることで、トランジスタＭ１がオン状態になり、トランジスタＭ２がオフ状態になる。これにより、第１のＦＤ１５および第２のＦＤ１６には、第１の光電変換部４１により生成された電荷が転送される。読み出し部２０は、第１の光電変換部４１により生成された電荷に基づく信号、すなわち第１の光電変換信号Ｓ１を垂直信号線３０に読み出す。また、信号ＴＸ１をローレベル、信号ＴＸ２をハイレベルにすることで、トランジスタＭ１がオフ状態になり、トランジスタＭ２がオン状態になる。これにより、第１のＦＤ１５および第２のＦＤ１６には、第２の光電変換部４２により生成された電荷が転送される。読み出し部２０は、第２の光電変換部４２により蓄積された電荷に基づく信号、すなわち第２の光電変換信号Ｓ２を垂直信号線３０に読み出す。

さらに、信号ＴＸ１および信号ＴＸ２を共にハイレベルにすることで、第１のＦＤ１５および第２のＦＤ１６には、第１の光電変換部４１および第２の光電変換部４２により生成された電荷が共に転送される。これにより、読み出し部２０は、第１の光電変換部４１により生成された電荷と、第２の光電変換部４２により生成された電荷とを加算して生成された加算信号、すなわち撮像信号Ｓ３を垂直信号線３０に読み出す。このように、画素垂直駆動部７０は、第１の転送部１１および第２の転送部１２のオンオフ制御を行うことにより、第１の光電変換信号Ｓ１および第２の光電変換信号Ｓ２を順次出力させることができる。また、画素垂直駆動部７０は、第１の光電変換部４１により生成された電荷と、第２の光電変換部４２により生成された電荷とを加算して、撮像信号Ｓ３を出力させることができる。

なお、信号ＴＸ１および信号ＴＸ２を共にハイレベルにすることで、撮像信号Ｓ３を読み出す場合に、信号ＴＸ１と信号ＴＸ２とを必ずしも同時にハイレベルにする必要はない。即ち、信号ＴＸ１をハイレベルにするタイミングと信号ＴＸ２をハイレベルにするタイミングとをずらしても、第１の光電変換部４１により生成された電荷と、第２の光電変換部４２により生成された電荷とを加算することができる。

図６は、第１の実施の形態に係る撮像素子２２の断面構造の一例を示す図である。図７は、第１の実施の形態に係る撮像素子２２の構成例を示す図である。撮像素子２２は、第１基板１１１と、第２基板１１２とを備える。第１基板１１１および第２基板１１２は、それぞれ半導体基板により構成される。第１基板１１１には、配線層１０１が積層されており、第２基板１１２には、配線層１０２が積層されている。配線層１０１および配線層１０２は、導体膜（金属膜）および絶縁膜を含み、複数の配線やビア、コンタクトなどが配置される。導体膜には、例えば、銅やアルミニウム等が用いられる。絶縁膜は、例えば、酸化膜や窒化膜などで構成される。図６および図７に示すように、各画素１０が配置される画素領域２１０の周囲には、複数の貫通電極２０１が設けられる。また、貫通電極２０１に対応して電極ＰＡＤ２０２が設けられる。なお、図６では、貫通電極２０１および電極ＰＡＤ２０２を第１基板１１１に設ける例について示したが、貫通電極２０１および電極ＰＡＤ２０２を第２基板１１２に設けるようにしてもよい。なお、図６では、４つの画素１０のみを図示しているが、撮像領域２１０には、例えば数百万〜数億、又はそれ以上の画素１０が設けられる。

画素１０には、上述したように、第１の光電変換部４１と、第２の光電変換部４２と、反射部４３と、マイクロレンズ４４と、カラーフィルタ４５と、読み出し部２０とが設けられる。読み出し部２０の第１のＦＤ１５および第２のＦＤ１６は、コンタクト５３、５４と、接続部５１、５２とを介して電気的に接続されている。接続部５１および接続部５２は、例えばバンプや電極等である。

読み出し部２０から図５に示す垂直信号線３０へ出力された各画素１０の信号は、例えば、第１基板１１１に設けられた不図示の演算回路によってＡ／Ｄ変換等の信号処理が行われる。演算回路は、信号処理後の各画素１０の信号を、貫通電極２０１および電極ＰＡＤ２０２を介してボディ制御部２１に読み出す。

次に、本実施の形態の動作を説明する。電子カメラ１は、操作部２５によって電源スイッチが操作されると、撮像素子２２から第１の光電変換信号Ｓ１、第２の光電変換信号Ｓ２、及び第１及び第２の光電変換信号の加算信号、即ち撮像信号Ｓ３が、順次読み出される。ボディ制御部２１は、読み出された第１及び第２の光電変換信号Ｓ１、Ｓ２と、ボディ制御部２１の内部のメモリ等に記録されている変換係数ｋや吸収割合αの値とに基づき、ノイズ成分（ｋαＡ＋ｋαＢ）を算出する。

補正部２１１ｂは、読み出された第１の光電変換信号Ｓ１からノイズ成分（ｋαＡ＋ｋαＢ）を減算して、補正後の第１の光電変換信号Ｓ１を生成する。第１の焦点検出部２１２ａは、補正後の第１の光電変換信号Ｓ１（例えばＳ１Ｇ’、Ｓ１ｇ’）に基づき、位相差式焦点検出演算を行ってデフォーカス量を算出する。第２の焦点検出部２１２ｂは、第２の光電変換信号Ｓ２（例えばＳ２Ｇ、Ｓ２ｇ）に基づき、位相差式焦点検出演算を行ってデフォーカス量を算出する。第３の焦点検出部２１２ｃは、補正後の第１の光電変換信号Ｓ１および第２の光電変換信号Ｓ２に基づき、位相差式焦点検出演算を行ってデフォーカス量を算出する。レンズ制御部３２は、第１の焦点検出部２１２ａ〜第３の焦点検出部２１２ｃにより算出されたデフォーカス量に基づき、撮像光学系３１の焦点調節レンズを合焦位置に移動して焦点調節する。なお、焦点調節は、焦点調節レンズを移動する代わりに、撮像素子２２を撮像光学系３１の光軸方向に移動してもよい。

画像データ生成部２１１ａは、撮像素子２２から読み出された撮像信号Ｓ３に基づき、スルー画像用の画像データ、及び本撮影の記録用の画像データをそれぞれ生成する。スルー画像用の画像データは、表示部２４に表示され、本撮影の記録用の画像データは、メモリ２３に記録される。

画素の微細化が進むと、画素の開口が小さくなる。このため、画素の微細化が進むと、画素の開口の大きさが光の波長よりも小さく（短く）なり、位相差検出のために光の入射面において遮光膜を設けた焦点検出用画素では、光電変換部（フォトダイオード）に光が入射しない可能性がある。赤色の波長域の光は、他の色（緑色、青色）の光に比べて波長が長いため、遮光膜を用いた焦点検出用画素では、赤色の光が光電変換部に入射しないことが起こりやすい。このため、遮光膜を用いた焦点検出用画素では、光電変換部で光電変換される電荷が減り、画素の信号を用いて光学系の焦点検出を行うことが困難となる。とくに、長波長の光（赤色の光等）を光電変換して焦点検出を行うことが難しくなる。
一方、本実施の形態では、反射部（反射膜）４３を設けた画素を用いるため、遮光膜を用いた焦点検出用画素と比べて、画素の開口を大きくすることができる。これにより、本実施の形態では、長波長の光が光電変換部に入射するため、長波長の光でも焦点検出を行うことができる。このため、反射膜４３を設けた画素は、撮像素子２２で光電変換する光の波長域のうちの長波長域に適した焦点検出用画素といえる。例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの画素の一部に反射膜４３を設けて使用する場合に、Ｒ画素に反射膜４３を設けるようにしてもよい。

上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）撮像素子２２は、結像光学系３１を通過した第１の光束６１及び第２の光束６２が入射するマイクロレンズ４４と、マイクロレンズ４４を透過した第１の光束６１及び第２の光束６２が入射する第１の光電変換部４１と、第１の光電変換部４１を透過した第１の光束６１を第１の光電変換部４１に向けて反射する反射部４３と、第１の光電変換部４１を透過した第２の光束６２が入射する第２の光電変換部４２とを有する第１画素１０と、結像光学系３１を通過した第１の光束６１及び第２の光束６２が入射するマイクロレンズ４４と、マイクロレンズ４４を透過した第１の光束６１及び第２の光束６２が入射する第１の光電変換部４１と、第１の光電変換部４１を透過した第２の光束６２を第１の光電変換部４１に向けて反射する反射部４３と、第１の光電変換部４１を透過した第１の光束６１が入射する第２の光電変換部４２とを有する第２画素１０と、が配置される。このようにしたので、第１画素１０（例えば画素１０Ｇ）および第２画素１０（例えば画素１０ｇ）からの光電変換信号を用いることで、第１の光束６１及び第２の光束６２による像の位相差情報を得ることができる。

（２）第１の光束６１及び第２の光束６２は、結像光学系３１の瞳の第１の領域及び第２の領域をそれぞれ通過した光束であり、反射部４３の位置と結像光学系３１の瞳の位置とは、マイクロレンズ４４に関して共役な位置関係である。このようにしたので、異なる瞳領域を介して入射された一対の光束による像の位相差情報を得ることができる。
（３）撮像素子２２は、第１の光電変換部４１により変換された電荷を蓄積する第１の蓄積部（第１のＦＤ１５）と、第２の光電変換部４２により変換された電荷を蓄積する第２の蓄積部（第２のＦＤ１６）と、第１の蓄積部と第２の蓄積部とを接続する接続部（接続部５１、５２）と、を備える。このようにしたので、第１の光電変換部４１により変換された電荷と、第２の光電変換部４２により変換された電荷とを加算させることができる。

（４）撮像素子２２は、第１の光電変換部４１により変換された電荷を第１の蓄積部（第１のＦＤ１５）に転送する第１の転送部１１と、第２の光電変換部４２により変換された電荷を第２の蓄積部（第２のＦＤ１６）に転送する第２の転送部１２と、第１の転送部１１および第２の転送部１２を制御して、第１の光電変換部４１により変換された電荷に基づく信号と第２の光電変換部４２により変換された電荷に基づく信号とを順次出力させる第１の制御と、第１の光電変換部４１により変換された電荷と第２の光電変換部４２により変換された電荷とを加算した電荷に基づく信号を出力させる第２の制御とを行う制御部（画素垂直駆動部７０）と、を備える。このようにしたので、第１の光電変換信号Ｓ１および第２の光電変換信号Ｓ２を順次出力させることができる。また、第１の光電変換部４１により生成された電荷と、第２の光電変換部４２により生成された電荷とを加算して、撮像信号Ｓ３を出力させることができる。このため、撮像素子２２に設けられる全ての画素１０を、撮像信号を生成するための撮像用画素と、焦点検出信号を生成するための焦点検出用画素との両方に用いることができる。この結果、各画素１０が撮像用画素としては欠陥画素となることを防ぐことができる。

（５）焦点検出装置は、撮像素子２２と、第１画素１０の第１の光電変換部４１からの信号と第２画素１０の第１の光電変換部４１からの信号とに基づき結像光学系３１の焦点検出を行う焦点検出部（第１の焦点検出部２１２ａ）と、を備える。このようにしたので、第１の光束６１及び第２の光束６２による像の位相差情報を得ることができ、撮像光学系３１の焦点検出を行うことができる。
（６）焦点検出装置は、撮像素子２２と、第１画素１０の第２の光電変換部４２からの信号と第２画素１０の第２の光電変換部４２からの信号とに基づき結像光学系３１の焦点検出を行う焦点検出部（第２の焦点検出部２１２ｂ）と、を備える。このようにしたので、第１の光束６１及び第２の光束６２による像の位相差情報を得ることができ、撮像光学系３１の焦点検出を行うことができる。

（７）焦点検出装置は、撮像素子２２と、第１画素１０の第１の光電変換部４１の信号及び第２画素１０の第２の光電変換部４２の信号と、第１画素１０の第２の光電変換部４２の信号及び第２画素１０の第１の光電変換部４１の信号とに基づき結像光学系３１の焦点検出を行う焦点検出部（第３の焦点検出部２１２ｃ）と、を備える。このようにしたので、第１の光束６１及び第２の光束６２による像の位相差情報を得ることができ、撮像光学系３１の焦点検出を行うことができる。

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。

（変形例１）
図８は、変形例１に係る撮像素子２２の断面構造の一例を示す図である。変形例１の撮像素子は、第１の実施の形態の撮像素子とは、第１基板１１１および第２基板１１２の積層構造が異なる。第１基板１１１には、配線層１０１および配線層１０３が積層されており、第２基板１１２には、配線層１０２および配線層１０４が積層されている。配線層１０３には、接続部５１およびコンタクト５３が設けられ、配線層１０４には、接続部５２およびコンタクト５４が設けられる。

第１基板１１１には、ｎ型の不純物を用いて形成される拡散層５５が設けられ、第２基板１１２には、ｎ型の不純物を用いて形成される拡散層５６が設けられる。拡散層５５および拡散層５６は、それぞれ第１のＦＤ１５、第２のＦＤ１６に接続される。これにより、第１のＦＤ１５および第２のＦＤ１６は、拡散層５５、５６と、コンタクト５３、５４と、接続部５１、５２とを介して電気的に接続される。

第１の実施の形態では、図６および図７で示したように、各画素１０の信号は、第１基板１１１と第２の基板１１２との間の配線層１０１に読み出される。このため、第１の実施の形態では、各画素１０の信号をボディ制御部２１に読み出すために、複数の貫通電極２０１を設ける必要がある。変形例１では、各画素１０の信号は、第１基板１１１の上方の配線層１０１に読み出される。このため、貫通電極２０１を設ける必要がなく、各画素１０の信号を、電極ＰＡＤ２０２を介してボディ制御部２１に読み出すことができる。

（変形例２）
上述の第１の実施の形態では、補正部２１１ｂが第１の光電変換信号Ｓ１からノイズ成分（ｋαＡ＋ｋαＢ）を除去するために、ボディ制御部２１は、第１の光電変換信号Ｓ１と第２の光電変換信号Ｓ２とに基づき、ノイズ成分（ｋαＡ＋ｋαＢ）を算出した。変形例２では、撮像素子２２の構成が異なるものである。変形例２の撮像素子にあっては、図２及び図３に示した画素群４０１、４０２の各々の周囲に、マイクロレンズ４４及びカラーフィルタ４５の下に一つの光電変換部が配置された撮像画素が散在されている。この場合には、ボディ制御部２１は、撮像画素の光電変換信号に基づき式（１）の（ｋαＡ＋ｋαＢ）を算出し、補正部２１１ｂは、式（１）の第１の光電変換信号Ｓ１から（ｋαＡ＋ｋαＢ）を減算して、補正後の光電変換信号Ｓ１、即ちｋ（１−α）Ａを算出する。同様に、ボディ制御部２１は、撮像画素の光電変換信号に基づき式（３）の（ｋαＡ＋ｋαＢ）を算出し、補正部２１１ｂは、式（３）の第１の光電変換信号Ｓ１から（ｋαＡ＋ｋαＢ）を減算して、補正後の光電変換信号Ｓ１、即ちｋ（１−α）Ｂを算出する。

（変形例３）
上述した実施の形態では、図５に示したように、排出部１７および増幅部１８を、第１の光電変換部４１および第２の光電変換部４２で共有する構成例について説明した。しかし、光電変換部毎に、排出部１７および増幅部１８を備える構成にしてもよい。

（変形例４）
上述した実施の形態および変形例では、光電変換部としてフォトダイオードを用いる例について説明した。しかし、光電変換部として光電変換膜を用いるようにしてもよい。

（変形例５）
一般に、撮像素子２２に用いられるシリコン基板等の半導体基板では、入射する光の波長の長さによって透過率が異なる特性を有する。例えば、波長が長い光（赤色の光）は、波長が短い光（緑色の光、青色の光）に比べて光電変換部を透過しやすい。波長が短い光（緑色の光、青色の光）は、波長が長い光（赤色の光）に比べて光電変換部を透過しにくい。即ち、波長が短い光は、波長が長い光に比べて光電変換部において到達する深さが浅い。このため、波長が短い光は、光が入射する方向（図３ではＺ軸方向）において、半導体基板の浅い領域、即ち光電変換部の浅い部分（図３では−Ｚ方向側）で光電変換される。波長が長い光は、光が入射する方向において、半導体基板の深い領域、即ち光電変換部の深い部分（図３では＋Ｚ方向側）で光電変換される。このため、反射膜４３の位置（Ｚ軸方向における位置）をＲ、Ｇ、Ｂの画素毎に変えてもよい。例えば、Ｂ画素には、Ｇ画素及びＲ画素に比べて浅い位置（Ｇ画素及びＲ画素に比べて−Ｚ方向側の位置）に反射膜を配置し、Ｇ画素には、Ｂ画素に比べて深く（Ｂ画素に比べて＋Ｚ方向側の位置）Ｒ画素に比べて浅い位置（Ｒ画素に比べて−Ｚ方向側の位置）に反射膜を配置し、Ｒ画素には、Ｇ画素及びＢ画素に比べて深い位置（Ｇ画素及びＢ画素に比べて＋Ｚ方向側の位置）に反射膜を配置してもよい。

（変形例６）
一般に、撮像素子２２の撮像面の中央部には、撮像光学系３１の射出瞳を通過した光がほぼ垂直に入射するのに対し、中央部より外側に位置する周辺部、即ち撮像面の中央から離れた領域には、光が斜めに入射する。このため、各画素の反射膜４３の面積や位置を、撮像素子２２における画素の位置（例えば像高）によって異なるように構成してもよい。また、撮像素子２２の撮像面の中央部と周辺部とでは、撮像光学系３１の射出瞳の位置や射出瞳距離が異なる。このため、各画素の反射膜４３の面積や位置を射出瞳の位置や射出瞳距離によって異なるように構成してもよい。これにより、撮像光学系３１を介して光電変換部に入射する光量を多くすることや、光が斜めに入射する場合でもその状態において瞳分割を適切に行うことができる。

（変形例７）
上述の実施の形態および変形例で説明した撮像素子２２は、カメラ、スマートフォン、タブレット、ＰＣに内臓のカメラ、車載カメラ、無人航空機（ドローン、ラジコン機等）に搭載されるカメラ等に適用されてもよい。

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１９２２５２号（２０１６年９月２９日出願）

２…カメラボディ、３…交換レンズ、２１…ボディ制御部、２２…撮像素子、３１…撮像光学系、４１…第１の光電変換部、４２…第２の光電変換部、４３…反射部、４４…マイクロレンズ、２１１ａ…画像データ生成部、２１１ｂ…補正部、２１２ａ…第１の焦点検出部、２１２ｂ…第２の焦点検出部、２１２ｃ…第３の焦点検出部

本発明は、撮像素子、焦点検出装置、及び、撮像装置に関する。

本発明の第１の態様によると、撮像素子は、光学系を通過した第１の光束及び第２の光束が入射する第１のマイクロレンズと、前記第１のマイクロレンズを透過した前記第１の光束及び第２の光束を光電変換して電荷を生成する第１の光電変換部と、前記第１の光電変換部を透過した前記第１の光束を前記第１の光電変換部に反射する第１の反射部と、前記第１の光電変換部を透過した前記第２の光束を光電変換して電荷を生成する第２の光電変換部と、を備える。
本発明の第２の態様によると、焦点検出装置は、第１の態様による撮像素子と、前記第１の光電変換部の信号で生成された電荷に基づく信号と前記第３の光電変換部で生成された電荷に基づく信号とに基づいて、前記光学系の焦点検出を行う焦点検出部と、を備える。
本発明の第３の態様によると、撮像装置は、第１の態様による撮像素子と、前記第２の光電変換部で生成された電荷に基づく信号に基づいて、前記第１の光電変換部で生成された電荷に基づく信号を補正する補正部と、を備える。

Claims (11)

1. 結像光学系を通過した第１の光束及び第２の光束が入射するマイクロレンズと、前記マイクロレンズを透過した前記第１の光束及び第２の光束が入射する第１の光電変換部と、前記第１の光電変換部を透過した前記第１の光束を前記第１の光電変換部に向けて反射する反射部と、前記第１の光電変換部を透過した前記第２の光束が入射する第２の光電変換部とを有する第１画素と、
   前記結像光学系を通過した第１の光束及び第２の光束が入射するマイクロレンズと、前記マイクロレンズを透過した前記第１の光束及び第２の光束が入射する第１の光電変換部と、前記第１の光電変換部を透過した前記第２の光束を前記第１の光電変換部に向けて反射する反射部と、前記第１の光電変換部を透過した前記第１の光束が入射する第２の光電変換部とを有する第２画素と、
   が配置された撮像素子。
2. 請求項１に記載の撮像素子において、
   前記第１の光束及び前記第２の光束は、前記結像光学系の瞳の第１の領域及び第２の領域をそれぞれ通過した光束であり、
   前記第１画素及び前記第２画素について、前記反射部の位置と前記結像光学系の瞳の位置とは、前記マイクロレンズに関して共役な位置関係である撮像素子。
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の光電変換部により変換された電荷を蓄積する第１の蓄積部と、
   前記第２の光電変換部により変換された電荷を蓄積する第２の蓄積部と、
   前記第１の蓄積部と前記第２の蓄積部とを接続する接続部と、を備える撮像素子。
4. 請求項３に記載の撮像素子において、
   前記第１の光電変換部により変換された電荷を前記第１の蓄積部に転送する第１の転送部と、
   前記第２の光電変換部により変換された電荷を前記第２の蓄積部に転送する第２の転送部と、
   前記第１の転送部および前記第２の転送部を制御して、前記第１の光電変換部により変換された電荷に基づく信号と前記第２の光電変換部により変換された電荷に基づく信号とを順次出力させる第１の制御と、前記第１の光電変換部により変換された電荷と前記第２の光電変換部により変換された電荷とを加算した電荷に基づく信号を出力させる第２の制御とを行う制御部と、を備える撮像素子。
5. 請求項１から請求項４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の光電変換部が設けられる第１の基板と、
   前記第１の基板に積層され、前記第２の光電変換部が設けられる第２の基板と、を備え、
   前記反射部は、前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部との間に設けられる撮像素子。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の撮像素子と、
   前記第１画素の第１の光電変換部の信号と前記第２画素の第１の光電変換部の信号とに基づき前記結像光学系の焦点検出を行う焦点検出部と、
   を備える焦点検出装置。
7. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の撮像素子と、
   前記第１画素の第２の光電変換部の信号と前記第２画素の第２の光電変換部の信号とに基づき前記結像光学系の焦点検出を行う焦点検出部と、
   を備える焦点検出装置。
8. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の撮像素子と、
   前記第１画素の第１の光電変換部の信号及び前記第２画素の第２の光電変換部の信号と、前記第１画素の第２の光電変換部の信号及び前記第２画素の第１の光電変換部の信号とに基づき前記結像光学系の焦点検出を行う焦点検出部と、
   を備える焦点検出装置。
9. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の撮像素子と、
   前記第２の光電変換部からの信号に基づき前記第１の光電変換部からの信号を補正する補正部と、
   を備える電子カメラ。
10. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の撮像素子と、
    前記撮像素子の前記第１の光電変換部からの信号と前記第２の光電変換部からの信号とに基づき画像データを生成する画像生成部と、
    を備える電子カメラ。
11. 請求項１０に記載の電子カメラにおいて、
    前記画像生成部は、前記撮像素子の前記第１の光電変換部からの信号と前記第２の光電変換部からの信号とを加算した加算信号を生成する電子カメラ。

Images