WO2018062558A1 - 撮像素子、焦点検出装置、及び、電子カメラ - Google Patents

撮像素子、焦点検出装置、及び、電子カメラ Download PDF

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智史 中山
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Definitions

  • the present invention relates to an image sensor, a focus detection device, and an electronic camera.
  • An imaging device in which a reflective layer is provided below a photoelectric conversion unit, and light reflected by the photoelectric conversion unit is reflected by the reflection layer to the photoelectric conversion unit (Patent Document 1). With this imaging apparatus, it is impossible to obtain phase difference information of a subject image.
  • the imaging device includes a microlens into which the first light flux and the second light flux that have passed through the imaging optical system are incident, the first light flux that has passed through the microlens, and the first light flux.
  • a plurality of pixels having a reflecting portion that reflects and a second photoelectric conversion portion on which one of the first light flux and the second light flux that has passed through the first photoelectric conversion portion is incident are disposed, The pixel outputs a signal from the first photoelectric conversion unit and a signal from the second photoelectric conversion unit as a focus detection signal.
  • the focus detection apparatus is configured to perform the connection based on the image sensor according to the first aspect, the signal from the first photoelectric conversion unit, and the signal from the second photoelectric conversion unit.
  • a focus detection unit that performs focus detection of the image optical system.
  • an electronic camera includes an image sensor according to the first aspect and a correction unit that corrects a signal from the first photoelectric conversion unit based on a signal from the second photoelectric conversion unit. And comprising.
  • FIG. 1 It is a figure showing an example of composition of an image sensor concerning a 1st embodiment. It is a conceptual diagram which shows the structural example of the pixel of the image pick-up element which concerns on 2nd Embodiment. It is a figure which shows an example of the cross-section of the image pick-up element which concerns on the modification 1.
  • FIG. 1 It is a figure showing an example of composition of an image sensor concerning a 1st embodiment. It is a conceptual diagram which shows the structural example of the pixel of the image pick-up element which concerns on 2nd Embodiment. It is a figure which shows an example of the cross-section of the image pick-up element which concerns on the modification 1.
  • FIG. 1 It is a figure showing an example of composition of an image sensor concerning a 1st embodiment. It is a conceptual diagram which shows the structural example of the pixel of the image pick-up element which concerns on 2nd Embodiment. It is a figure which shows an example of the cross-section of the image pick-up element which concerns on the
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an electronic camera 1 (hereinafter referred to as a camera 1) that is an example of an imaging apparatus according to the first embodiment.
  • the camera 1 includes a camera body 2 and an interchangeable lens 3.
  • the interchangeable lens 3 is detachably attached to the camera body 2 via a mount portion (not shown).
  • the connection portion 202 on the camera body 2 side and the connection portion 302 on the interchangeable lens 3 side are connected, and communication between the camera body 2 and the interchangeable lens 3 becomes possible.
  • the interchangeable lens 3 includes an imaging optical system (imaging optical system) 31, a lens control unit 32, and a lens memory 33.
  • the imaging optical system 31 includes a plurality of lenses including a focus adjustment lens (focus lens) and an aperture, and forms a subject image on the imaging surface of the imaging element 22 of the camera body 2.
  • the lens control unit 32 adjusts the focal position of the imaging optical system 31 by moving the focus adjustment lens forward and backward in the direction of the optical axis L1 based on the signal output from the body control unit 21 of the camera body 2.
  • the signal output from the body control unit 21 includes information indicating the moving direction, moving amount, moving speed, and the like of the focus adjustment lens.
  • the lens control unit 32 controls the aperture diameter of the diaphragm based on a signal output from the body control unit 21 of the camera body 2.
  • the lens memory 33 is configured by, for example, a nonvolatile storage medium. Information relating to the interchangeable lens 3 is stored in the lens memory 33 as lens information.
  • the lens information includes, for example, information related to the position of the exit pupil of the imaging optical system 31.
  • the lens control unit 32 writes lens information to the lens memory 33 and reads lens information from the lens memory 33.
  • the camera body 2 includes a body control unit 21, an image sensor 22, a memory 23, a display unit 24, and an operation unit 25.
  • the body control unit 21 includes a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and controls each unit of the camera 1 based on a control program.
  • the body control unit 21 performs various signal processing.
  • the image sensor 22 is, for example, a CMOS image sensor or a CCD image sensor.
  • the imaging element 22 receives the light beam that has passed through the exit pupil of the imaging optical system 31 and captures a subject image.
  • a plurality of pixels having photoelectric conversion units are arranged in a two-dimensional manner (for example, in a row direction and a column direction).
  • the photoelectric conversion unit is configured by, for example, a photodiode (PD).
  • PD photodiode
  • the image sensor 22 photoelectrically converts incident light to generate a signal, and outputs the generated signal to the body control unit 21.
  • the imaging element 22 is a signal for generating image data, that is, an imaging signal, and a pair of focus detection signals for performing phase difference focus detection on the focus of the imaging optical system 31, that is, a first.
  • the second focus detection signal are output to the body control unit 21.
  • the first and second focus detection signals are the first and second light fluxes that have passed through the first and second regions of the exit pupil of the imaging optical system 31, respectively.
  • 2 is a signal obtained by photoelectrically converting the two images.
  • the memory 23 is a recording medium such as a memory card, for example. Image data and the like are recorded in the memory 23. Writing of data to the memory 23 and reading of data from the memory 23 are performed by the body control unit 21.
  • the display unit 24 displays an image based on image data, information relating to shooting such as a shutter speed and an aperture value, a menu screen, and the like.
  • the operation unit 25 includes various setting switches such as a release button and a power switch, and outputs an operation signal corresponding to each operation to the body control unit 21.
  • the body control unit 21 includes an image data generation unit 21a, a correction unit 21b, and a focus detection unit 21c.
  • the image data generation unit 21a performs various kinds of image processing on the image pickup signal output from the image pickup element 22 to generate image data.
  • the image processing includes, for example, known image processing such as gradation conversion processing, color interpolation processing, and contour enhancement processing.
  • the correction unit 21 b performs correction processing on the focus detection signal output from the image sensor 22. Although details will be described later, the correction unit 21b performs processing for removing a component that becomes noise for the focus detection processing from the focus detection signal.
  • the focus detection unit 21c performs a focus detection process necessary for automatic focus adjustment (AF) of the imaging optical system 31. Specifically, the focus detection unit 21c calculates the defocus amount by the pupil division type phase difference detection method using the focus detection signal corrected by the correction unit 21b. More specifically, the focus detection unit 21c is based on the first and second light fluxes that have passed through the first and second regions of the exit pupil of the imaging optical system 31 based on the first and second focus detection signals. Image shift amounts of the first and second images are detected, and a defocus amount is calculated based on the detected image shift amount.
  • AF automatic focus adjustment
  • the focus detection unit 21c determines whether or not the defocus amount is within an allowable value.
  • the focus detection unit 21c determines that the in-focus state is achieved if the defocus amount is within an allowable value. On the other hand, when the defocus amount exceeds the allowable value, the focus detection unit 21c determines that the in-focus state is not achieved, and transmits the defocus amount and the lens drive instruction to the lens control unit 32 of the interchangeable lens 3.
  • the lens control unit 32 that has received an instruction from the focus detection unit 21c drives the focus adjustment lens according to the defocus amount, whereby the focus adjustment is automatically performed.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an arrangement example of pixels of the image sensor 22 according to the first embodiment.
  • a total of 40 pixels 10 in 5 rows and 8 columns are illustrated. Note that the number and arrangement of pixels arranged in the image sensor 22 are not limited to the illustrated example.
  • the imaging element 22 is provided with, for example, millions to hundreds of millions of pixels or more.
  • Each pixel 10 is provided with one of three color filters having different spectral sensitivities, for example, R (red), G (green), and B (blue).
  • the R color filter mainly transmits light of the first wavelength (red wavelength range light)
  • the G color filter mainly transmits light of a wavelength shorter than the first wavelength (green wavelength range light).
  • the B color filter mainly transmits light having a wavelength shorter than the second wavelength (light in the blue wavelength range).
  • the pixel 10 has different spectral sensitivity characteristics depending on the arranged color filter.
  • the image sensor 22 includes pixels having R color filters (hereinafter referred to as R pixels) 10 and pixels having G color filters (hereinafter referred to as G pixels) 10 alternately in the first direction, that is, the row direction.
  • the pixel group 401 is arranged in the area.
  • the image sensor 22 includes a pixel group 402 in which pixels having G pixels 10 and B color filters (hereinafter referred to as B pixels) 10 are alternately arranged in the first direction, that is, the row direction.
  • B pixels pixels having G pixels 10 and B color filters
  • the pixel group 401 and the pixel group 402 are alternately arranged in the second direction, ie, the column direction, which intersects the first direction.
  • the R pixel 10, the G pixel 10, and the B pixel 10 are arranged according to a Bayer array.
  • the pixel 10 receives light incident through the imaging optical system 31 and generates a signal corresponding to the amount of light received.
  • the signal generated by each pixel 10 is used as an imaging signal and first and second focus detection signals, details of which will be described later.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a configuration example of the pixel 10 of the image sensor 22 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 only two G pixels 10 and two B pixels 10 in the pixel group 402 are shown, but the configurations of the R pixel 10 and the G pixel 10 in the pixel group 401 are the same. That is, the configuration of the R pixel 10, the configuration of the G pixel 10, and the configuration of the B pixel 10 are the same except for the color filter.
  • the pixel 10 includes a first photoelectric conversion unit 41, a second photoelectric conversion unit 42, a reflection unit 43, a microlens 44, and a color filter 45.
  • the first and second photoelectric conversion units 41 and 42 are stacked on each other, are configured to have the same size in the present embodiment, and are separated and insulated from each other.
  • the reflection unit 43 is, for example, a metal reflection film, and is provided between the first photoelectric conversion unit 41 and the second photoelectric conversion unit 42.
  • the reflection unit 43 is arranged corresponding to the region on the substantially left half of each of the first photoelectric conversion unit 41 and the second photoelectric conversion unit 42 (minus X side of the photoelectric conversion unit 42). Insulating films (not shown) are provided between the first photoelectric conversion unit 41 and the reflection unit 43 and between the second photoelectric conversion unit 42 and the reflection unit 43, respectively. In addition, you may make it comprise the reflection part 43 with an insulating film.
  • first photoelectric conversion unit 41 (plus X side of the photoelectric conversion unit 41) and the almost right half of the second photoelectric conversion unit 42 (plus X side of the photoelectric conversion unit 42) Is provided with a transparent electrical insulating film 46.
  • the first and second photoelectric conversion units 41 and 42 are separated and insulated by the transparent insulating film 46 and the above-described insulating film (not shown).
  • the microlens 44 condenses light incident from above through the imaging optical system 3 in FIG.
  • the power of the microlens 44 is determined so that the position of the reflecting portion 43 and the position of the exit pupil of the imaging optical system 3 are conjugate with respect to the microlens 44.
  • the G pixel 10 and the B pixel 10 are alternately arranged in the X direction, that is, in the row direction, the G color filter 45 and the B color filter 45 are arranged in the X direction. Alternatingly arranged.
  • the first light beam 61 and the second light beam 62 that have passed through the first and second pupil regions of the pupil of the photographing optical system 3 pass through the microlens 44 and the color filter 45, respectively.
  • the light enters the first photoelectric conversion unit 41.
  • the first photoelectric conversion unit 41 photoelectrically converts the first and second light beams 61 and 62 incident on the first photoelectric conversion unit 41. Further, a part of the light transmitted through the first photoelectric conversion unit 41, that is, the first light beam 61 is reflected by the reflection unit 43 and reenters the first photoelectric conversion unit 41.
  • the other part of the light transmitted through the first photoelectric conversion unit 41, that is, the second light beam 62 passes through the transparent insulating film 46 and enters the second photoelectric conversion unit 42.
  • the transparent insulating film 46 functions as an opening that allows the second light flux 62 that has passed through the first photoelectric conversion unit 41 to enter the second photoelectric conversion unit 42.
  • the focus detection unit 21c shown in FIG. 1 is based on the first and second focus detection signals from each of the plurality of G pixels 10 arranged every other pixel in FIG. 3, as will be described in detail later.
  • phase difference focus detection is performed based on the first and second focus detection signals from the plurality of B pixels 10 arranged every other pixel.
  • the focus detection unit 21c performs phase difference type focus detection based on the first and second focus detection signals from each of the plurality of R pixels 10 arranged in every other pixel group 401 of FIG.
  • phase difference type focus detection is performed based on the first and second focus detection signals from each of the plurality of G pixels 10 arranged in every other pixel group 401 in FIG.
  • the first focus detection signal is obtained by photoelectrically converting the first image formed by the first light beam 61
  • the second focus detection signal is a second signal formed by the second light beam 62. These images are photoelectrically converted.
  • a light beam incident on the pixel 10 and a signal generated by the pixel 10 will be described in detail.
  • FIG. 4 is a diagram showing a light beam incident on the pixel 10 of the image sensor 22 according to the first embodiment.
  • the region of the projection image of the reflecting unit 43 projected onto the exit pupil position of the imaging optical system 31 by the microlens 44 is referred to as the first pupil region of the exit pupil of the imaging optical system 3.
  • the region of the projection image of the transparent insulating film 46 projected onto the exit pupil position of the imaging optical system 31 by the microlens 44 is referred to as a second pupil region of the exit pupil of the imaging optical system 3.
  • the first light beam 61 indicated by the broken line that has passed through the first pupil region of the imaging optical system 3 in FIG. 1 passes through the microlens 44, the color filter 45, and the first photoelectric conversion unit 41.
  • the light is reflected by the reflecting portion 43 and reenters the first photoelectric conversion portion 41.
  • the second light beam 62 indicated by the solid line that has passed through the second pupil region of the imaging optical system 3 passes through the microlens 44, the color filter 45, and the first photoelectric conversion unit 41, and is further transparently insulated.
  • the light passes through the film 46 and enters the second photoelectric conversion unit 42.
  • the first photoelectric conversion unit 41 is The first light beam 61 and the second light beam 62 are photoelectrically converted to generate charges.
  • the first light beam 61 incident on the first photoelectric conversion unit 41 is transmitted through the first photoelectric conversion unit 41, reflected by the reflection unit 43, and reenters the first photoelectric conversion unit 41.
  • the first photoelectric conversion unit 41 photoelectrically converts the reflected first light beam 61 to generate charges.
  • the first photoelectric conversion unit 41 generates a charge obtained by photoelectrically converting the first light beam 61 and the second light beam 62 and a charge obtained by photoelectrically converting the first light beam 61 reflected by the reflecting unit 43. .
  • the pixel 10 outputs a signal based on these charges generated by the first photoelectric conversion unit 41 as the first photoelectric conversion signal S1.
  • the second photoelectric conversion unit 42 receives the second light beam 62. To generate electric charges.
  • the pixel 10 outputs a signal based on the charge generated by the second photoelectric conversion unit 42 as the second photoelectric conversion signal S2.
  • the focus detection unit 21c illustrated in FIG. 1 has a first focus obtained by photoelectrically converting the first image with respect to an image shift between the first image by the first light beam 61 and the second image by the second light beam 62. This is detected as a phase difference between the detection signal and the second focus detection signal obtained by photoelectrically converting the second image.
  • the first light beam 61 reflected by the reflector 43 is photoelectrically converted as a first focus detection signal obtained by photoelectrically converting the first image of the first light beam 61.
  • the first photoelectric conversion signal S1 generated in this way is used.
  • Signal S2 is used.
  • the first photoelectric conversion signal S1 based on the electric charge generated by the first photoelectric conversion unit 41 includes a signal obtained by photoelectric conversion of the first light beam 61 reflected by the reflection unit 43 and the first photoelectric conversion.
  • a signal obtained by photoelectrically converting the first and second light beams 61 and 62 incident on the portion 41 is added. Therefore, the photoelectric conversion signal generated by photoelectrically converting the first and second light beams 61 and 62 incident on the first photoelectric conversion unit 41 from the first photoelectric conversion signal S1 is removed as a noise component. There is a need to.
  • the correction unit 21b of the body control unit 21 performs a correction process for removing a noise component from the first photoelectric conversion signal S1, as will be described in detail later.
  • the correction unit 21b performs a noise component removal correction process on the first photoelectric conversion signal S1, and photoelectrically converts the first light beam 61 reflected by the reflection unit 43 and re-entering the first photoelectric conversion unit 41.
  • a signal based on the converted electric charge (corrected first photoelectric conversion signal S1) is generated as a first focus detection signal.
  • the focus detection unit 21c of the body control unit 21 focuses based on the first focus detection signal composed of the corrected first photoelectric conversion signal S1 and the second focus detection signal composed of the second photoelectric conversion signal S2. Detection is performed, that is, correlation calculation processing is performed on the first and second focus detection signals to calculate a defocus amount.
  • the size of the first and second photoelectric conversion signals S1 and S2 with respect to the first and second light beams 61 and 62 is approximated for the description of the correction processing by the correction unit 21b.
  • the light intensity (light quantity) of the first light beam 61 incident on the first photoelectric conversion unit 41 is A
  • the conversion coefficient for photoelectric conversion of the light beam incident on the first photoelectric conversion unit 41 is k
  • the first Photoelectric conversion by photoelectrically converting the first light beam 61 directly incident on the first photoelectric conversion unit 41 where ⁇ is the ratio of light incident on the first photoelectric conversion unit 41 to be absorbed by the first photoelectric conversion unit 41.
  • the signal is k ⁇ A.
  • the light intensity of the first light beam 61 that is incident on and absorbed by the first photoelectric conversion unit 41 via the microlens 44 is ⁇ A. Further, if all of the first light beam 61 transmitted through the first photoelectric conversion unit 41 is reflected by the reflection unit 43 and reenters the first photoelectric conversion unit 41, the first light conversion unit 41 re-enters the first photoelectric conversion unit 41.
  • a signal based on a charge obtained by photoelectrically converting incident light is k (A ⁇ A).
  • k (1- ⁇ ) A is generated by photoelectric conversion of the first light beam 61 reflected by the reflection unit 43 and re-entering the first photoelectric conversion unit 41 as described above. It is a photoelectric conversion signal and corresponds to the first focus detection signal.
  • (k ⁇ A + k ⁇ B) is a noise component.
  • the second photoelectric conversion signal S2 is used. The second photoelectric conversion signal S2 can be estimated as follows.
  • the light intensity of the second light beam 62 incident on the first photoelectric conversion unit 41 via the microlens 44 and absorbed is ⁇ B.
  • the conversion coefficient when photoelectrically converting the light beam incident on the second photoelectric conversion unit 42 is set to the same value k as the conversion coefficient of the first photoelectric conversion unit 41 and transmitted through the first photoelectric conversion unit 41. It is assumed that all the second light beams 62 are incident on the second photoelectric conversion unit 42.
  • the second photoelectric conversion signal S2 based on the charge obtained by photoelectrically converting the second light beam 62 by the second photoelectric conversion unit 42 can be expressed by the following equation.
  • the conversion coefficient k for the first photoelectric conversion unit 41 and the value of the absorption ratio ⁇ of the first photoelectric conversion unit 41 are known values determined by the quantum efficiency of the first photoelectric conversion unit 41, the thickness of the substrate, and the like. . Therefore, the body control unit 21 calculates the light intensities A and B of the first and second light beams 61 and 62 using the equations (1) and (2), and based on the calculated light intensities A and B. A noise component (k ⁇ A + k ⁇ B) is calculated.
  • the correction unit 21b calculates k (1- ⁇ ) A by subtracting the calculated noise component (k ⁇ A + k ⁇ B) from the first photoelectric conversion signal S1. That is, the correction unit 21b removes the noise component (k ⁇ A + k ⁇ B) from the first photoelectric conversion signal S1, and is reflected by the reflection unit 43 and re-incident on the first photoelectric conversion unit 41.
  • the component k (1- ⁇ ) A is extracted as the corrected first photoelectric conversion signal S1.
  • the value of the conversion coefficient k regarding the first and second photoelectric conversion units 41 and 42 and the absorption ratio ⁇ of the first photoelectric conversion unit 41 are the quantum efficiency of the first and second photoelectric conversion units 41 and 42, and Each value can be calculated in advance because it depends on the thickness of the substrate.
  • the values of the conversion coefficient k and the absorption ratio ⁇ are recorded in a memory or the like inside the body control unit 21.
  • the focus detection unit 21c uses the corrected first photoelectric conversion signal S1 as the first focus detection signal, the second photoelectric conversion signal S2 as the second focus detection signal, and the first and second focus detection signals.
  • the correlation calculation is performed to obtain the in-focus position of the imaging optical system 3.
  • the focus detection unit 21 c calculates the amount of deviation between the image of the first light beam that has passed through the first pupil region 61 and the image of the second light beam that has passed through the second pupil region 62 by this correlation calculation. Then, the focus detection unit 21c calculates the defocus amount by multiplying the image shift amount by a predetermined conversion coefficient. Since the defocus amount calculation by such a pupil division type phase difference detection method is known, detailed description thereof is omitted.
  • the reflection portion 43 is disposed in the substantially left half region of each of the first photoelectric conversion portion 41 and the second photoelectric conversion portion 42, and the transparent insulating film 46 is formed of the first photoelectric conversion portion 41.
  • the photoelectric conversion unit 41 and the second photoelectric conversion unit 42 are arranged in almost right half regions.
  • the reflecting portion 43 is disposed in the substantially right half region of each of the first photoelectric conversion portion 41 and the second photoelectric conversion portion 42, and the transparent insulating film 46 is replaced with the first photoelectric conversion portion 41 and You may arrange
  • the G pixels 10 arranged every other pixel group 402 have their reflection portions 43 in the substantially left half regions of the first photoelectric conversion portion 41 and the second photoelectric conversion portion 42 (or B pixels 10 arranged in every other pixel group 402 in the right half region) have their reflection portions 43 of the first photoelectric conversion portion 41 and the second photoelectric conversion portion 42, respectively.
  • the image data generation unit 21a generates image data based on the imaging signal S3.
  • the signal level of the photoelectric conversion signal S1 of the present embodiment is greatly improved as compared with a conventional image sensor, that is, a signal that does not have a reflection portion. More specifically, when the first and second light beams 61 and 62 are received by the photoelectric conversion unit, the photoelectric conversion signal from the photoelectric conversion unit becomes k ⁇ (A + B). On the other hand, the photoelectric conversion signal of the present embodiment is k (1 ⁇ ) A + k ⁇ A + k ⁇ B as shown in the equation (1). The photoelectric conversion signal S1 in this embodiment is larger by k (1 ⁇ ) A than k ⁇ (A + B).
  • the imaging signal S3 is generated by adding the first photoelectric conversion signal S1 and the second photoelectric conversion signal S2 in the image data generation unit 21a of the body control unit 21. It was. However, the addition of the first photoelectric conversion signal S1 and the second photoelectric conversion signal S2 may be performed within the image sensor 22 as will be described in detail later with reference to FIGS. Further, the image data generation unit 21a may use only the first photoelectric conversion signal S1 as an imaging signal. In this case, the correction unit 21b may subtract the signal component of k (1- ⁇ ) A in Expression (1) from the first photoelectric conversion signal S1.
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration example of the image sensor 22 according to the first embodiment.
  • the image sensor 22 includes a plurality of pixels 10 and a pixel vertical drive unit 70.
  • the pixel 10 includes the first photoelectric conversion unit 41 and the second photoelectric conversion unit 42 described above, and the reading unit 20.
  • the reading unit 20 includes a first transfer unit 11, a second transfer unit 12, a first floating diffusion (hereinafter referred to as FD) 15, a second FD 16, and a discharge unit 17 (reset unit). And amplifying section 18 and first and second connecting sections 51 and 52.
  • the pixel vertical driving unit 70 supplies control signals such as the signal TX1, the signal TX2, and the signal RST to each pixel 10 to control the operation of each pixel 10. In the example shown in FIG. 5, only one pixel is shown for the sake of simplicity.
  • the first transfer unit 11 is controlled by the signal TX1 and transfers the electric charge photoelectrically converted by the first photoelectric conversion unit 41 to the first FD 15. That is, the first transfer unit 11 forms a charge transfer path between the first photoelectric conversion unit 41 and the first FD 15.
  • the second transfer unit 12 is controlled by the signal TX ⁇ b> 2 and transfers the charge photoelectrically converted by the second photoelectric conversion unit 42 to the second FD 16. That is, the second transfer unit 12 forms a charge transfer path between the second photoelectric conversion unit 42 and the second FD 16.
  • the first FD 15 and the second FD 16 are electrically connected via the connection portions 51 and 52 and hold (accumulate) electric charges.
  • the amplifying unit 18 amplifies and outputs a signal based on the charges held in the first FD 15 and the second FD 16.
  • the amplifying unit 18 is connected to the vertical signal line 30 and functions as a part of a source follower circuit using a current source (not shown) as a load current source.
  • the discharge unit 17 is controlled by the signal RST, discharges the charges of the first FD 15 and the second FD 16, and resets the potentials of the first FD 15 and the second FD 16 to a reset potential (reference potential).
  • the first transfer unit 11, the second transfer unit 12, the discharge unit 17, and the amplification unit 18 are configured by, for example, a transistor M1, a transistor M2, a transistor M3, and a transistor M4, respectively.
  • the reading unit 20 reads a signal based on the electric charge generated by the first photoelectric conversion unit 41, that is, the first photoelectric conversion signal S1 to the vertical signal line 30. Further, by setting the signal TX1 to the low level and the signal TX2 to the high level, the transistor M1 is turned off and the transistor M2 is turned on. As a result, the charge generated by the second photoelectric conversion unit 42 is transferred to the first FD 15 and the second FD 16.
  • the reading unit 20 reads a signal based on the charge accumulated by the second photoelectric conversion unit 42, that is, the second photoelectric conversion signal S ⁇ b> 2 to the vertical signal line 30.
  • the reading unit 20 uses the addition signal generated by adding the charge generated by the first photoelectric conversion unit 41 and the charge generated by the second photoelectric conversion unit 42, that is, the imaging signal S3.
  • the pixel vertical drive unit 70 sequentially outputs the first photoelectric conversion signal S1 and the second photoelectric conversion signal S2 by performing on / off control of the first transfer unit 11 and the second transfer unit 12. Can be made.
  • the pixel vertical drive unit 70 can add the charge generated by the first photoelectric conversion unit 41 and the charge generated by the second photoelectric conversion unit 42 to output the imaging signal S3. .
  • the signal TX1 and the signal TX2 do not necessarily have to be simultaneously set to the high level when the imaging signal S3 is read. That is, even if the timing at which the signal TX1 is set to the high level and the timing at which the signal TX2 is set to the high level are shifted, the charge generated by the first photoelectric conversion unit 41 and the second photoelectric conversion unit 42 are generated. The charge can be added.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a cross-sectional structure of the image sensor 22 according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of the image sensor 22 according to the first embodiment.
  • the image sensor 22 includes a first substrate 111 and a second substrate 112.
  • the first substrate 111 and the second substrate 112 are each composed of a semiconductor substrate.
  • a wiring layer 101 is stacked on the first substrate 111, and a wiring layer 102 is stacked on the second substrate 112.
  • the wiring layer 101 and the wiring layer 102 include a conductor film (metal film) and an insulating film, and a plurality of wirings, vias, contacts, and the like are arranged.
  • copper or aluminum is used for the conductor film.
  • the insulating film is composed of, for example, an oxide film or a nitride film.
  • a plurality of through electrodes 201 are provided around a pixel region 210 in which each pixel 10 is arranged.
  • An electrode PAD 202 is provided corresponding to the through electrode 201.
  • 6 illustrates the example in which the through electrode 201 and the electrode PAD202 are provided on the first substrate 111, the through electrode 201 and the electrode PAD202 may be provided on the second substrate 112.
  • the pixel 10 includes the first photoelectric conversion unit 41, the second photoelectric conversion unit 42, the reflection unit 43, the microlens 44, the color filter 45, and the reading unit 20. .
  • the first FD 15 and the second FD 16 of the reading unit 20 are electrically connected via contacts 53 and 54 and connection units 51 and 52.
  • the connection part 51 and the connection part 52 are a bump, an electrode, etc., for example.
  • the signal of each pixel 10 output from the reading unit 20 to the vertical signal line 30 illustrated in FIG. 5 is subjected to signal processing such as A / D conversion by an arithmetic circuit (not illustrated) provided on the first substrate 111, for example. .
  • the arithmetic circuit reads out the signal of each pixel 10 after the signal processing to the body control unit 21 via the through electrode 201 and the electrode PAD202.
  • the operation of this embodiment will be described.
  • the first photoelectric conversion signal S1, the second photoelectric conversion signal S2, and the addition signal of the first and second photoelectric conversion signals are output from the image sensor 22. That is, the imaging signal S3 is sequentially read out.
  • the body control unit 21 is based on the read first and second photoelectric conversion signals S1 and S2 and the values of the conversion coefficient k and the absorption ratio ⁇ recorded in the memory or the like inside the body control unit 21.
  • the noise component (k ⁇ A + k ⁇ B) is calculated.
  • the correction unit 21b subtracts the noise component (k ⁇ A + k ⁇ B) from the read first photoelectric conversion signal S1 to generate a corrected first photoelectric conversion signal S1.
  • the focus detection unit 21c uses the corrected first photoelectric conversion signal S1 as the first focus detection signal, the second photoelectric conversion signal S2 as the second focus detection signal, and the first and second focus detection signals. Based on the above, a phase difference type focus detection calculation is performed to calculate a defocus amount. Based on the defocus amount, the lens control unit 32 moves the focus adjustment lens of the imaging optical system 31 to the in-focus position and adjusts the focus. In the focus adjustment, the image sensor 22 may be moved in the optical axis direction of the image pickup optical system 31 instead of moving the focus adjustment lens.
  • the image data generating unit 21a generates image data for through image and image data for recording of actual photographing based on the imaging signal S3 read from the imaging element 22.
  • the image data for the through image is displayed on the display unit 24, and the image data for recording of the actual photographing is recorded in the memory 23.
  • the aperture of the pixel becomes smaller. For this reason, as pixel miniaturization progresses, the size of the aperture of the pixel becomes smaller (shorter) than the wavelength of light, and the focus detection pixel provided with a light-shielding film on the light incident surface for phase difference detection.
  • the light may not enter the photoelectric conversion unit (photodiode). Since light in the red wavelength band has a longer wavelength than light of other colors (green and blue), red light does not enter the photoelectric conversion unit in the focus detection pixel using the light shielding film. Cheap.
  • the focus detection pixel using the light shielding film the charge that is photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit is reduced, and it is difficult to detect the focus of the optical system using the pixel signal. In particular, it becomes difficult to perform focus detection by photoelectrically converting long-wavelength light (red light or the like).
  • the pixel provided with the reflective portion (reflective film) 43 since the pixel provided with the reflective portion (reflective film) 43 is used, the aperture of the pixel can be made larger than the focus detection pixel using the light shielding film.
  • the pixel provided with the reflective film 43 can be said to be a focus detection pixel suitable for a long wavelength region in a wavelength region of light photoelectrically converted by the image sensor 22.
  • the reflective film 43 may be provided on the R pixel.
  • the imaging device 22 includes a microlens 44 into which the first light beam 61 and the second light beam 62 that have passed through the imaging optical system 31 are incident, and the first light beam 61 and the second light beam that have passed through the microlens 44.
  • the first photoelectric conversion unit 41 on which the light beam 62 is incident, and the first light beam 61 and the second light beam 62 transmitted through the first photoelectric conversion unit 41 are directed toward the first photoelectric conversion unit 41.
  • a plurality of pixels 10 each having a reflective portion 43 to be reflected and a second photoelectric conversion portion 42 on which one of the first light flux 61 and the second light flux 62 transmitted through the first photoelectric conversion portion 41 is incident. Be placed.
  • the pixel outputs a signal from the first photoelectric conversion unit 41 and a signal from the second photoelectric conversion unit 42 as focus detection signals.
  • the first photoelectric conversion unit 41 generates charges based on the first light beam 61 reflected by the reflection unit 43
  • the second photoelectric conversion unit 42 is based on the second light beam 62.
  • a second photoelectric conversion signal is generated. Therefore, the first light beam 61 is obtained by using the first photoelectric conversion signal S1 based on the charge of the first photoelectric conversion unit 41 and the second photoelectric conversion signal S2 based on the charge of the second photoelectric conversion unit 42.
  • the phase difference information of the image by the second light beam 62 can be obtained.
  • the first light beam 61 and the second light beam 62 are light beams that have passed through the first region and the second region of the pupil of the imaging optical system 31, respectively.
  • the position of the pupil of the system 31 is a conjugate positional relationship with respect to the microlens 44. Since it did in this way, the phase difference information of the image by a pair of light beam which entered via a different pupil area
  • the image pickup device 22 stores the first storage unit (first FD 15) that stores the charges converted by the first photoelectric conversion unit 41 and the charge converted by the second photoelectric conversion unit 42.
  • the image sensor 22 includes a first transfer unit 11 that transfers the charge converted by the first photoelectric conversion unit 41 to the first accumulation unit (first FD 15), and a second photoelectric conversion unit 42.
  • First control for sequentially outputting a signal based on the charge converted by the conversion unit 41 and a signal based on the charge converted by the second photoelectric conversion unit 42, and the charge converted by the first photoelectric conversion unit 41
  • a control unit pixel vertical drive unit 70 that performs a second control for outputting a signal based on a charge obtained by adding the charge converted by the second photoelectric conversion unit 42.
  • 1st photoelectric conversion signal S1 and 2nd photoelectric conversion signal S2 can be output sequentially. Further, the charge generated by the first photoelectric conversion unit 41 and the charge generated by the second photoelectric conversion unit 42 can be added to output the imaging signal S3. For this reason, all the pixels 10 provided in the image sensor 22 can be used for both an imaging pixel for generating an imaging signal and a focus detection pixel for generating a focus detection signal. As a result, each pixel 10 can be prevented from being a defective pixel as an imaging pixel.
  • the focus detection device performs focus detection of the imaging optical system 31 based on the image sensor 22, the signal from the first photoelectric conversion unit 41, and the signal from the second photoelectric conversion unit 42. 21c. Since it did in this way, the phase difference information of the image by the 1st light beam 61 and the 2nd light beam 62 can be obtained, and the focus detection of the imaging optical system 31 can be performed.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating a configuration example of pixels of the image sensor 22 according to the second embodiment.
  • the main differences between the second embodiment and the first embodiment are as follows.
  • the G pixel 10 and the B pixel 10 that are alternately arranged have all the reflection portions 43 of the first photoelectric element.
  • Each of the conversion unit 41 and the second photoelectric conversion unit 42 is disposed in a substantially left half region.
  • the G pixels 10 arranged every other pixel group 402 have reflection portions 43 that are substantially the same as the first photoelectric conversion portion 41 and the second photoelectric conversion portion 42, respectively.
  • the B pixels 10 arranged in every other pixel group 402 have their reflection portions 43 in the substantially left half region of each of the first photoelectric conversion portion 41 and the second photoelectric conversion portion 42 and Alternatingly arranged in the almost right half area.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment. This will be described in detail below.
  • the G pixel 10 includes two types of G pixels, that is, a first G pixel 10G and a second G pixel 10g.
  • the first G pixel 10G and the second G pixel 10g are both Are alternately arranged with the B pixel interposed therebetween.
  • the reflection portion 43 is positioned in the substantially left half region of each of the first photoelectric conversion portion 41 and the second photoelectric conversion portion 42, and the second G pixel 10g
  • the unit 43 is located in the almost right half region of each of the first photoelectric conversion unit 41 and the second photoelectric conversion unit 42.
  • the first and second G pixels 10 ⁇ / b> G and 10 g have the same configuration except for the reflecting portion 43.
  • the B pixel 10 includes two types of B pixels, that is, a first B pixel 10B and a second B pixel 10b, and the first B pixel 10B and the second B pixel 10b have a G
  • the pixels are alternately arranged across the pixel.
  • the reflection portion 43 is located in the substantially left half region of each of the first photoelectric conversion portion 41 and the second photoelectric conversion portion 42
  • the second B pixel 10b The unit 43 is located in the almost right half region of each of the first photoelectric conversion unit 41 and the second photoelectric conversion unit 42.
  • the first and second G pixels 10G and 10g have the same configuration other than the reflection unit 43.
  • the R pixel 10 and the G pixel 10 in the pixel group 401 also have the same configuration as the first and second B pixels 10B and 10b and the first and second G pixels 10G and 10g in the pixel group 402. It has an R pixel and a second R pixel, and a first G pixel and a second G pixel.
  • the first and second photoelectric conversion signals S1 and S2 of the first and second G pixels 10G and 10g of the pixel group 402 shown in FIG. The relationship between the first and second focus detection signals obtained by photoelectrically converting the first and second images will be described.
  • the first and second photoelectric conversion signals S1 and S2 of the first and second B pixels and R pixel, and the first and second images obtained by the first and second light beams 61 and 62 are photoelectrically converted.
  • the relationship with the second focus detection signal is the same as that of the first and second G pixels 10G and 10g.
  • the first photoelectric conversion unit 41 outputs the first photoelectric conversion signal S1G.
  • the second photoelectric conversion unit 42 outputs the second photoelectric conversion signal S2G.
  • the first photoelectric conversion signal S1G of the first G pixel 10G is expressed by the above formula (1)
  • the second photoelectric conversion signal S2G is expressed by the above formula (2). That is, the first and second photoelectric conversion signals S1G and S2G are expressed by the following equations.
  • S1G k (1- ⁇ ) A + k ⁇ A + k ⁇ B (1G)
  • S2G k (1- ⁇ ) B Equation (2G)
  • the first photoelectric conversion unit 41 outputs the first photoelectric conversion signal S1g
  • the second photoelectric conversion unit 42 outputs the second photoelectric conversion signal S2g.
  • the first and second photoelectric conversion signals S1g and S2g of the second G pixel 10g are expressed by the following formulas (4) and (2) in which A and B are interchanged in the above formulas (1) and (2). 5).
  • S1g k (1 ⁇ ) B + k ⁇ A + k ⁇ B (4)
  • S2g k (1- ⁇ ) A (5)
  • the body control unit 21 receives the first and second light incident on the first G pixel 10G from the equations (1G) and (2G) just as in the case of the G pixel 10 of the first embodiment shown in FIG.
  • the light intensities A and B of the second light beams 61 and 62 are calculated, and the noise component (k ⁇ A + k ⁇ B) of the first G pixel 10G is calculated based on the calculated light intensities A and B.
  • the body control unit 21 calculates the light intensities A and B of the first and second light beams 61 and 62 incident on the second G pixel 10g from the expressions (4) and (5) and calculates them. Based on the light intensities A and B, the noise component (k ⁇ A + k ⁇ B) of the second G pixel 10g is calculated.
  • the corrected first photoelectric conversion signal S1G is k (1- ⁇ ) A
  • the second photoelectric conversion signal S2G is k (1- ⁇ ) B.
  • the corrected first photoelectric conversion signal S1g is k (1- ⁇ ) B
  • the second photoelectric conversion signal S2g is k (1- ⁇ ) A.
  • the conversion signal S1g ( k (1- ⁇ ) B).
  • the focus detection unit 21c shown in FIG. 1 calculates the defocus amount of the imaging optical system 31 based on the first focus detection signal and the second focus detection signal. That is, the focus detection unit 21c corrects the first photoelectric conversion signal S1G after the correction of the first G pixel 10G, the second photoelectric conversion signal S2g of the second G pixel 10g, and the first photoelectric conversion signal S2g of the first G pixel 10G. The defocus amount is calculated based on the second photoelectric conversion signal S2G and the corrected first photoelectric conversion signal S1g of the second G pixel 10g.
  • the imaging signal S3G of the first G pixel 10G is k (A + B) by adding the first photoelectric conversion signal S1G of the formula (1G) and the second photoelectric conversion signal S2G of the formula (2G). .
  • the imaging signal S3g of the second G pixel 10g is obtained by adding the first photoelectric conversion signal S1g of Expression (4) and the second photoelectric conversion signal S2g of Expression (5) to k (A + B )
  • the image data generation unit 21a illustrated in FIG. 1 is based on the imaging signal S3 of the first and second G pixels, the first and second B pixels, and the first and second R pixels. Image data and image data for actual shooting recording are respectively generated. Since the operation of the second embodiment is substantially the same as the operation of the first embodiment described above, description thereof is omitted.
  • the first G pixel 10G and the second G pixel 10g are alternately arranged with the B pixel interposed therebetween, but are not necessarily arranged alternately. There is no need to be done. The same applies to the alternate arrangement of the first and second B pixels and the alternate arrangement of the first and second R pixels.
  • the plurality of pixels 10 include a first pixel (for example, pixel 10G) and a second pixel (for example, pixel 10g) arranged in the first direction.
  • the first pixel 10 ⁇ / b> G includes a microlens 44, a first photoelectric conversion unit 41, and a reflection unit that reflects the first light beam 61 transmitted through the first photoelectric conversion unit 41 toward the first photoelectric conversion unit 41. 43 and a second photoelectric conversion unit 42 on which the second light flux 62 transmitted through the first photoelectric conversion unit 41 is incident.
  • the second pixel 10 g includes a microlens 44, a first photoelectric conversion unit 41, and a reflection unit that reflects the second light beam 62 transmitted through the first photoelectric conversion unit 41 toward the first photoelectric conversion unit 41. 43 and a second photoelectric conversion unit 42 on which the first light beam 61 transmitted through the first photoelectric conversion unit 41 is incident. For this reason, the signal of the first photoelectric conversion unit 41 of the first pixel 10G and the signal of the second photoelectric conversion unit 42 of the second pixel 10g, the signal of the second photoelectric conversion unit 42 of the first pixel 10G, and the first By using the signal of the first photoelectric conversion unit 41 of the two pixels 10g, the phase difference information of the image by the first light beam 61 and the second light beam 62 can be obtained.
  • the focus detection apparatus includes the image sensor 22, the signal of the first photoelectric conversion unit 41 of the first pixel 10G, the signal of the second photoelectric conversion unit 42 of the second pixel 10g, and the first of the first pixel 10G.
  • a focus detection unit 21c that performs focus detection of the imaging optical system 31 based on the signal of the second photoelectric conversion unit 42 and the signal of the first photoelectric conversion unit 41 of the second pixel 10g. Since it did in this way, the phase difference information of the image by the 1st light beam 61 and the 2nd light beam 62 can be obtained, and the focus detection of the imaging optical system 31 can be performed.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a cross-sectional structure of the image sensor 22 according to the first modification.
  • the imaging device of Modification 1 is different from the imaging device of the first embodiment in the stacked structure of the first substrate 111 and the second substrate 112.
  • a wiring layer 101 and a wiring layer 103 are stacked on the first substrate 111, and a wiring layer 102 and a wiring layer 104 are stacked on the second substrate 112.
  • the wiring layer 103 is provided with a connection portion 51 and a contact 53
  • the wiring layer 104 is provided with a connection portion 52 and a contact 54.
  • the first substrate 111 is provided with a diffusion layer 55 formed using n-type impurities
  • the second substrate 112 is provided with a diffusion layer 56 formed using n-type impurities.
  • the diffusion layer 55 and the diffusion layer 56 are connected to the first FD 15 and the second FD 16, respectively. Thereby, the first FD 15 and the second FD 16 are electrically connected through the diffusion layers 55 and 56, the contacts 53 and 54, and the connection portions 51 and 52.
  • the signal of each pixel 10 is read out to the wiring layer 101 between the first substrate 111 and the second substrate 112. For this reason, in the first embodiment, it is necessary to provide a plurality of through electrodes 201 in order to read the signal of each pixel 10 to the body control unit 21. In Modification 1, the signal of each pixel 10 is read to the wiring layer 101 above the first substrate 111. For this reason, it is not necessary to provide the through electrode 201, and the signal of each pixel 10 can be read out to the body control unit 21 through the electrode PAD 202.
  • Modification 2 In the first embodiment described above, in order for the correction unit 21b to remove the noise component (k ⁇ A + k ⁇ B) from the first photoelectric conversion signal S1, the body control unit 21 uses the first photoelectric conversion signal S1 and the second photoelectric conversion signal S1. Based on the photoelectric conversion signal S2, a noise component (k ⁇ A + k ⁇ B) was calculated.
  • the configuration of the image sensor 22 is different.
  • an image pickup device in which one photoelectric conversion unit is arranged around each of the pixel groups 401 and 402 shown in FIGS. 3 and 4 under the microlens 44 and the color filter 45. Pixels are scattered.
  • the body control unit 21 calculates (k ⁇ A + k ⁇ B) of Expression (1) based on the photoelectric conversion signal of the imaging pixel, and the correction unit 21b calculates the first photoelectric conversion signal S1 of Expression (1) from (The corrected photoelectric conversion signal S1, that is, k (1- ⁇ ) A is calculated by subtracting k ⁇ A + k ⁇ B).
  • a semiconductor substrate such as a silicon substrate used for the image sensor 22 has a characteristic in which the transmittance varies depending on the wavelength length of incident light. For example, light having a long wavelength (red light) is more likely to pass through the photoelectric conversion unit than light having a short wavelength (green light or blue light). Light having a short wavelength (green light, blue light) is less likely to pass through the photoelectric conversion unit than light having a long wavelength (red light). That is, light having a short wavelength has a shallower depth reaching the photoelectric conversion unit than light having a long wavelength.
  • light having a short wavelength is photoelectrically converted in a shallow region of the semiconductor substrate, that is, in a shallow portion of the photoelectric conversion unit ( ⁇ Z direction side in FIG. 3) in the light incident direction (Z-axis direction in FIG. 3)
  • the Light having a long wavelength is photoelectrically converted in a deep region of the semiconductor substrate, that is, a deep portion of the photoelectric conversion portion (+ Z direction side in FIG. 3) in the light incident direction.
  • the position of the reflective film 43 may be changed for each of R, G, and B pixels.
  • a reflective film is disposed in the B pixel at a position shallower than the G pixel and the R pixel (a position on the ⁇ Z direction side compared to the G pixel and the R pixel), and the G pixel is compared with the B pixel.
  • a reflective film is disposed deeply (position on the + Z direction side compared to the B pixel) and shallower than the R pixel (position on the ⁇ Z direction side compared to the R pixel).
  • the R pixel includes the G pixel and the B pixel.
  • a reflective film may be disposed at a deeper position (position on the + Z direction side than the G and B pixels).
  • the amount of light incident on the photoelectric conversion unit via the imaging optical system 31 can be increased, and even when light is incident obliquely, pupil division can be appropriately performed in that state.
  • Modification 7 The image sensor 22 described in the above-described embodiments and modifications is applied to a camera, a smartphone, a tablet, a camera built in a PC, an in-vehicle camera, a camera mounted on an unmanned aircraft (such as a drone or a radio control machine), and the like. Also good.

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Abstract

撮像素子は，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の光束及び前記第２の光束のいずれか一方を前記第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１の光束及び前記第２の光束のいずれか他方が入射する第２の光電変換部（42）とを有する複数の画素（10）が配置され，前記画素は，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焦点検出信号として出力する。

Description

撮像素子、焦点検出装置、及び、電子カメラ
　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の光束及び前記第２の光束のいずれか一方を前記第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の光束及び前記第２の光束のいずれか他方が入射する第２の光電変換部とを有する複数の画素が配置され、前記画素は、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焦点検出信号として出力する。
　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画素に入射する光束を示す図である。 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。 第２の実施の形態に係る撮像素子の画素の構成例を示す概念図である。 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２１ａと補正部２１ｂと焦点検出部２１ｃとを有する。画像データ生成部２１ａ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２１ｂ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２１ｂ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２１ｃ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２１ｃは、補正部２１ｂにより補正された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２１ｃは、第１及び第２の焦点検出信号に基づき、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の像の像ズレ量を検出し、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２１ｃ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２１ｃ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２１ｃ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２１ｃ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１０の構成例を示す概念図である。図３では、画素群４０２内の２つのＧ画素１０および２つのＢ画素１０のみを示しているが、画素群４０１内のＲ画素１０およびＧ画素１０の構成も同様である。即ち、Ｒ画素１０の構成とＧ画素１０の構成とＢ画素１０の構成は、カラーフィルタを除いて、同一である。
　画素１０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。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。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の光電変換部４１のほぼ右半分（光電変換部４１のプラスＸ側）の領域と第２の光電変換部４２のほぼ右半分（光電変換部４２のプラスＸ側）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。
　後に詳述するように、撮影光学系３の瞳の第１及び第２の瞳領域をそれぞれ通過した第１の光束６１と第２の光束６２は、マイクロレンズ４４およびカラーフィルタ４５を透過し、第１の光電変換部４１に入射する。第１の光電変換部４１は、第１の光電変換部４１に入射された第１及び第２の光束６１、６２を光電変換する。また、第１の光電変換部４１を透過した光のうちの一部、即ち第１の光束６１は、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。
　第１の光電変換部４１を透過した光のうちの他の一部、即ち第２の光束６２は、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。このように、透明絶縁膜４６は、第１の光電変換部４１を通過した第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。
　なお、図１に示した焦点検出部２１ｃは、後に詳述するように、図３において、一画素置きに並んだ複数のＧ画素１０の各々からの第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の各々からの第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、焦点検出部２１ｃ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の各々からの第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の各々からの第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。なお、第１の焦点検出信号は、第１の光束６１により形成される第１の像を光電変換したものであり、第２の焦点検出信号は、第２の光束６２により形成される第２の像を光電変換したものである。
　以下では、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。
　図４は、第１の実施の形態に係る撮像素子２２の画素１０に入射する光束を示す図である。なお、以下の説明にあっては、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反射部４３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２の瞳領域と称する。
　図４において、図１の撮像光学系３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。同様に、撮像光学系３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。
　このように、第１の光束６１と第２の光束６２との両方が、マイクロレンズ４４およびカラーフィルタ４５を介して第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。画素１０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Ｓ１として出力する。
　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。画素１０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Ｓ２として出力する。
　図１に示した焦点検出部２１ｃ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。本実施の形態にあっては、図４において、第１の光束６１による第１の像を光電変換した第１の焦点検出信号として、反射部４３によって反射された第１の光束６１を光電変換して生成された第１の光電変換信号Ｓ１を使用する。第２の光束６２による第２の像を光電変換した第２の焦点検出信号として、第２の光電変換部４２に入射した第２の光束６２を光電変換して生成された第２の光電変換信号Ｓ２を使用する。
　ところが、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Ｓ１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Ｓ１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２１ｂは、詳細は後述するが、第１の光電変換信号Ｓ１からノイズ成分を排除する補正処理を行う。補正部２１ｂは、第１の光電変換信号Ｓ１に対してノイズ成分除去の補正処理を行って、反射部４３によって反射されて第１の光電変換部４１に再入射した第１の光束６１を光電変換した電荷に基づく信号（補正後の第１の光電変換信号Ｓ１）を第１の焦点検出信号として生成する。ボディ制御部２１の焦点検出部２１ｃは、補正後の第１の光電変換信号Ｓ１からなる第１の焦点検出信号と、第２の光電変換信号Ｓ２からなる第２の焦点検出信号とに基づき焦点検出を行う、即ち、第１及び第２の焦点検出信号に対して相関演算処理を行い、デフォーカス量を算出する。
　次に、補正部２１ｂによる補正処理の説明のために、第１及び第２の光束６１、６２に対する第１及び第２の光電変換信号Ｓ１、Ｓ２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Ｓ１は、次式で表すことができる。
　Ｓ１＝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り、第１の焦点検出信号に相当する。また、式（１）において、（ｋαＡ＋ｋαＢ）がノイズ成分である。このノイズ成分（ｋαＡ＋ｋαＢ）を算出するために、第２の光電変換信号Ｓ２を使用する。第２の光電変換信号Ｓ２は、以下のように概算することができる。
　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とし、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Ｓ２は、次式で表すことができる。
　Ｓ２＝ｋ（Ｂ－αＢ）
　　　＝ｋ（１－α）Ｂ　……式（２）
　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２１ｂは、算出されたノイズ成分（ｋαＡ＋ｋαＢ）を、第１の光電変換信号Ｓ１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２１ｂは、第１の光電変換信号Ｓ１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Ｓ１として抽出する。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。
　焦点検出部２１ｃは、補正後の第１の光電変換信号Ｓ１を第１の焦点検出信号とし、第２の光電変換信号Ｓ２を第２の焦点検出信号とし、第１及び第２の焦点検出信号に対して撮像光学系３の合焦位置を求めるため相関演算を行う。焦点検出部２１ｃは、この相関演算によって、第１の瞳領域６１を通過した第１の光束による像と第２の瞳領域６２を通過した第２の光束による像とのズレ量を算出する。そして、焦点検出部２１ｃは、像のズレ量に所定の変換係数を乗算することによって、デフォーカス量を算出する。このような瞳分割型の位相差検出方式によるデフォーカス量演算は公知であるので、詳細な説明は省略する。
　なお、図３及び図４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の領域に配置され、透明絶縁膜４６は、第１の光電変換部４１及び第２の光電変換部４２のそれぞれのほぼ右半分の領域に配置された。この代わりに、反射部４３を、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の領域に配置し、透明絶縁膜４６を、第１の光電変換部４１及び第２の光電変換部４２のそれぞれのほぼ左半分の領域に配置してもよい。この場合は、式（１）及び式（２）は、ＡとＢとが入れ替わることになる。
　また、画素群４０２のうちの一つ置きに配置されたＧ画素１０は、その反射部４３を第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の領域（又は右半分の領域）に配置し、画素群４０２のうちの一つ置きに配置されたＢ画素１０は、その反射部４３を第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の領域（又は左半分の領域）に配置してもよい。画素群４０１のうちの一つ置きに配置されたＲ画素１０及びＧ画素１０についても同様である。
　次に、図１に示したボディ制御部２１の画像データ生成部２１ａについて説明する。ボディ制御部２１の画像データ生成部２１ａは、第１の光電変換信号Ｓ１と第２の光電変換信号Ｓ２とを加算して撮像信号Ｓ３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Ｓ１と式（２）の第２の光電変換信号Ｓ２とを加算することによって、次式（３）で表される。
　Ｓ３＝ｋ（Ａ＋Ｂ）　……式（３）
　こうして、撮像信号Ｓ３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２１ａは、撮像信号Ｓ３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Ｓ１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）に示したように、ｋ（１－α）Ａ＋ｋαＡ＋ｋαＢである。本実施の形態の光電変換信号Ｓ１は、ｋα（Ａ＋Ｂ）よりも、ｋ（１－α）Ａだけ大きい。
　また、以上の説明では、撮像信号Ｓ３は、ボディ制御部２１の画像データ生成部２１ａ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２１ａ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２１ｂが第１の光電変換信号Ｓ１から式（１）のｋ（１－α）Ａ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、排出部１７（リセット部）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。排出部１７は、信号ＲＳＴにより制御され、第１のＦＤ１５および第２のＦＤ１６の電荷を排出し、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。
　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２１ｂ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。焦点検出部２１ｃは、補正後の第１の光電変換信号Ｓ１を第１の焦点検出信号とし、第２の光電変換信号Ｓ２を第２の焦点検出信号とし、第１及び第２の焦点検出信号に基づき、位相差式焦点検出演算を行い、デフォーカス量を算出する。レンズ制御部３２は、この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良い。
　画像データ生成部２１ａ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及び第２の光束６２のいずれか一方を第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及び第２の光束６２のいずれか他方が入射する第２の光電変換部４２とを有する複数の画素１０が配置される。画素は、第１の光電変換部４１からの信号と第２の光電変換部４２からの信号とを焦点検出信号として出力する。本実施の形態では、第１の光電変換部４１は、反射部４３によって反射された第１の光束６１に基づく電荷を生成し、第２の光電変換部４２は、第２の光束６２に基づく第２の光電変換信号を生成する。このため、第１の光電変換部４１の電荷に基づく第１の光電変換信号Ｓ１および第２の光電変換部４２の電荷に基づく第２の光電変換信号Ｓ２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の光電変換部４１からの信号と第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２１ｃ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。
（第２の実施の形態）
　図８を参照して、第２の実施の形態に係る撮像素子を説明する。図８は、第２の実施の形態に係る撮像素子２２の画素の構成例を示す概念図である。第２の実施の形態と第１の実施の形態との主な相違は、以下の通りである。第１の実施の形態にあっては、図３に示したように、画素群４０２について、一つ置きに配置されたＧ画素１０及びＢ画素１０は、その反射部４３が全て第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の領域に配置されている。第２の実施の形態では、画素群４０２のうちの一つ置きに配置されたＧ画素１０は、その反射部４３が第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の領域及びほぼ右半分の領域に交互に配置されている。画素群４０２のうちの一つ置きに配置されたＢ画素１０も、同様に、その反射部４３が第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の領域及びほぼ右半分の領域に交互に配置されている。その他の構成は、第１の実施の形態と同一である。以下に詳細に説明する。
　図８において、Ｇ画素１０は、２種のＧ画素、即ち第１のＧ画素１０Ｇと第２のＧ画素１０ｇとからなり、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。第１のＧ画素１０Ｇは、その反射部４３が第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の領域に位置し、第２のＧ画素１０ｇは、その反射部４３が第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の領域に位置する。第１及び第２のＧ画素１０Ｇ、１０ｇは、それぞれの反射部４３以外の他の構成は同一である。
　Ｂ画素１０は、２種のＢ画素、即ち第１のＢ画素１０Ｂと第２のＢ画素１０ｂ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。第１のＢ画素１０Ｂは、その反射部４３が第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の領域に位置し、第２のＢ画素１０ｂは、その反射部４３が第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の領域に位置する。第１及び第２のＧ画素１０Ｇ、１０ｇは、反射部４３以外の他の構成は同一である。
　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。
　次に、図８に示した画素群４０２の第１及び第２のＧ画素１０Ｇ、１０ｇの第１及び第２の光電変換信号Ｓ１、Ｓ２と、第１及び第２の光束６１、６２による第１及び第２の像を光電変換した第１及び第２の焦点検出信号との関係を説明する。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と、第１及び第２の光束６１、６２による第１及び第２の像を光電変換した第１及び第２の焦点検出信号との関係も第１及び第２のＧ画素１０Ｇ、１０ｇの場合と同様である。
　第１のＧ画素１０Ｇは、図３に示した第１の実施の形態のＧ画素１０の場合と全く同様に、第１の光電変換部４１が第１の光電変換信号Ｓ１Ｇを出力し、第２の光電変換部４２が第２の光電変換信号Ｓ２Ｇを出力する。この第１のＧ画素１０Ｇの第１の光電変換信号Ｓ１Ｇは、上記の式（１）で表され、第２の光電変換信号Ｓ２Ｇは、上記の式（２）で表される。即ち、第１及び第２の光電変換信号Ｓ１Ｇ、Ｓ２Ｇは、次式で表される。
　Ｓ１Ｇ＝ｋ（１－α）Ａ＋ｋαＡ＋ｋαＢ　……式（１Ｇ）
　Ｓ２Ｇ＝ｋ（１－α）Ｂ　　　　　　　　　……式（２Ｇ）
　他方、第２のＧ画素１０ｇは、第１の光電変換部４１が第１の光電変換信号Ｓ１ｇを出力し、第２の光電変換部４２が第２の光電変換信号Ｓ２ｇを出力する。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（４）及び式（５）で表される。
　Ｓ１ｇ＝ｋ（１－α）Ｂ＋ｋαＡ＋ｋαＢ　……式（４）
　Ｓ２ｇ＝ｋ（１－α）Ａ　　　　　　　　　……式（５）
　ボディ制御部２１は、図３に示した第１の実施の形態のＧ画素１０の場合と全く同様に、式（１Ｇ）及び式（２Ｇ）から第１のＧ画素１０Ｇに入射した第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に基づき第１のＧ画素１０Ｇのノイズ成分（ｋαＡ＋ｋαＢ）を算出する。
　また、ボディ制御部２１は、式（４）及び式（５）から第２のＧ画素１０ｇに入射した第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に基づき第２のＧ画素１０ｇのノイズ成分（ｋαＡ＋ｋαＢ）を算出する。
　補正部２１ｂは、第１のＧ画素１０Ｇの第１の光電変換信号Ｓ１Ｇから第１のＧ画素１０Ｇのノイズ成分（ｋαＡ＋ｋαＢ）を減算して、補正後の第１の光電変換信号Ｓ１Ｇ（＝ｋ（１－α）Ａ）を算出する。同様に、補正部２１ｂは、第２のＧ画素１０ｇの第１の光電変換信号Ｓ１ｇから第２のＧ画素１０ｇのノイズ成分（ｋαＡ＋ｋαＢ）を減算して、補正後の第１の光電変換信号Ｓ１ｇ（＝ｋ（１－α）Ｂ）を算出する。
　このように、第１のＧ画素１０Ｇについて、補正後の第１の光電変換信号Ｓ１Ｇがｋ（１－α）Ａであり、第２の光電変換信号Ｓ２Ｇがｋ（１－α）Ｂ　である。他方、第２のＧ画素１０ｇについて、補正後の第１の光電変換信号Ｓ１ｇがｋ（１－α）Ｂであり、第２の光電変換信号Ｓ２ｇがｋ（１－α）Ａである。
　従って、第１の焦点検出信号は、第１のＧ画素１０Ｇの補正後の第１の光電変換信号Ｓ１Ｇ（＝ｋ（１－α）Ａ）と、第２のＧ画素１０ｇの第２の光電変換信号Ｓ２ｇ（＝ｋ（１－α）Ａ）とから構成される。また、第２の焦点検出信号は、第１のＧ画素１０Ｇの第２の光電変換信号Ｓ２Ｇ（＝ｋ（１－α）Ｂ）と、第２のＧ画素１０ｇの補正後の第１の光電変換信号Ｓ１ｇ（＝ｋ（１－α）Ｂ）とから構成される。
　図１に示した焦点検出部２１ｃ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。即ち、焦点検出部２１ｃは、第１のＧ画素１０Ｇの補正後の第１の光電変換信号Ｓ１Ｇ及び第２のＧ画素１０ｇの第２の光電変換信号Ｓ２ｇと、第１のＧ画素１０Ｇの第２の光電変換信号Ｓ２Ｇ及び第２のＧ画素１０ｇの補正後の第１の光電変換信号Ｓ１ｇとに基づき、デフォーカス量を算出する。
　第１のＧ画素１０Ｇの撮像信号Ｓ３Ｇは、式（１Ｇ）の第１の光電変換信号Ｓ１Ｇと式（２Ｇ）の第２の光電変換信号Ｓ２Ｇとを加算することによって、ｋ（Ａ＋Ｂ）となる。同様に、第２のＧ画素１０ｇの撮像信号Ｓ３ｇは、式（４）の第１の光電変換信号Ｓ１ｇと式（５）の第２の光電変換信号Ｓ２ｇとを加算することによって、ｋ（Ａ＋Ｂ）となる。
　図１に示した画像データ生成部２１ａは、第１及び第２のＧ画素、第１及び第２のＢ画素、及び第１及び第２のＲ画素の撮像信号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。
　第２の実施の形態の動作は、上述した第１の実施の形態の動作と実質的に同一であるので、説明を省略する。
　第２の実施の形態にあっては、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が、必ずしも交互に配置される必要は無い。第１及び第２のＢ画素の交互配置と第１及び第２のＲ画素の交互配置も、同様である。
　上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）複数の画素１０は、第１の方向に配置された第１画素（例えば画素１０Ｇ）及び第２画素（例えば画素１０ｇ）を含む。第１画素１０Ｇは、マイクロレンズ４４と、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２画素１０ｇは、マイクロレンズ４４と、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。このため、第１画素１０Ｇの第１の光電変換部４１の信号及び第２画素１０ｇの第２の光電変換部４２の信号と、第１画素１０Ｇの第２の光電変換部４２の信号及び第２画素１０ｇの第１の光電変換部４１の信号とを用いることで、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）焦点検出装置は、撮像素子２２と、第１画素１０Ｇの第１の光電変換部４１の信号及び第２画素１０ｇの第２の光電変換部４２の信号と、第１画素１０Ｇの第２の光電変換部４２の信号及び第２画素１０ｇ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２１ｃ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９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２１ｂ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３及び図４に示した画素群４０１、４０２の各々の周囲に、マイクロレンズ４４及び色フィルタ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２１ｂ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。
（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１９２２５０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、２１ａ…画像データ生成部、２１ｂ…補正部、２１ｃ…焦点検出部、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

Claims (15)

  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の光束及び前記第２の光束のいずれか一方を前記第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の光束及び前記第２の光束のいずれか他方が入射する第２の光電変換部とを有する複数の画素が配置され、
    　前記画素は、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焦点検出信号として出力する撮像素子。
  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、
    　前記画素は、前記第１の光電変換部を透過した前記第１の光束及び前記第２の光束のいずれか他方を透過する透過部を有し、
    　前記反射部と前記透過部とは、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おいて互いに異なる領域に設けられる撮像素子。
  4. 　請求項１から請求項３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。
  5. 　請求項４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。
  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。
  7. 　請求項２から請求項６までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
    　前記複数の画素は、前記マイクロレンズと、前記第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撮像素子。
  8. 　請求項２から請求項６までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
    　前記複数の画素は、第１の方向に配置された第１画素及び第２画素を含み、
    　前記第１画素は、前記マイクロレンズと、前記第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し、
    　前記第２画素は、前記マイクロレンズと、前記第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、撮像素子。
  9. 　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と、
    　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。
  10. 　請求項９に記載の焦点検出装置において、
    　前記焦点検出部は、前記複数の画素の第１の光電変換部の信号と前記複数の画素の第２の光電変換部の信号との位相差を検出する焦点検出装置。
  11. 　請求項８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。
  12. 　請求項１１に記載の焦点検出装置において、
    　前記焦点検出部は、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の位相差を検出する焦点検出装置。
  13. 　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。
  14. 　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。
  15. 　請求項１４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。
     
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