JP7419975B2 - 撮像素子、及び、撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像素子、及び、撮像装置に関する。

光学系の焦点位置を検出するための方式の一つとして、瞳分割方式の焦点検出を行う像面位相差方式が知られている。特許文献１には、画素から出力された焦点位置を検出するための信号を補正することが記載されている。

特開２０１７－１７３３７４号公報

発明の第１の態様によると、撮像素子は、光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の光電変換部に光を集光させる第１のマイクロレンズとを有し、画像生成に用いる信号を出力する第１画素と、第１遮光部と、光を光電変換して電荷を生成する第２の光電変換部と、前記第２の光電変換部よりも前記第１遮光部に近い第１の位置に光を集光させる第２のマイクロレンズとを有し、焦点検出に用いる信号を出力する第２画素と、第２遮光部と、光を光電変換して電荷を生成する第３の光電変換部と、前記第２遮光部よりも前記第３の光電変換部に近い第２の位置に光を集光させる第３のマイクロレンズとを有し、前記第３の光電変換部で生成された電荷に基づく信号を出力する第３画素と、を備える。
発明の第２の態様によると、撮像装置は、第１または第２の態様による撮像素子と、前記撮像素子から出力される信号に基づいて画像データを生成する生成部と、を備える。

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の構成例を示す図である。 変形例１に係る撮像素子の画素の配置例を示す図である。 変形例２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）
図１は、第１の実施の形態に係る撮像装置の一例であるカメラ１の構成例を示す図である。カメラ１は、カメラボディ２と、カメラボディ２に取り付け可能なアクセサリである交換レンズ３とを有する。交換レンズ３は、不図示のマウント部により、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、ボディ側接続部２０２に設けられた複数の端子とレンズ側接続部３０２に設けられた複数の端子とが、それぞれ電気的に接続される。これにより、カメラボディ２から交換レンズ３への電力供給や、カメラボディ２及び交換レンズ３間の通信が可能となる。

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、図１の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軸及びＸ軸に直交する紙面下方向をＹ軸プラス方向とする。以降の図においては、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場合もある。

交換レンズ３は、撮影光学系（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。撮影光学系３１は、フォーカスレンズ（焦点調節レンズ）を含む複数のレンズと絞り（開口絞り）とを含み、カメラボディ２の撮像素子２２の撮像面２２ａに被写体像を形成する。なお、撮像素子２２の撮像面２２ａは、例えば、後述する光電変換部が配置される面、又はマイクロレンズが配置される面である。

レンズ制御部３２は、ＣＰＵ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等のプロセッサ、及びＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリによって構成され、制御プログラムに基づいて交換レンズ３の各部を制御する。レンズ制御部３２は、ボディ制御部２１からフォーカスレンズの移動方向及び移動量に関する信号が入力されると、その信号に基づいてフォーカスレンズを光軸Ｌの方向に進退移動させて撮影光学系３１の焦点位置を調節する。また、レンズ制御部３２は、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、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に関連する情報が記憶（記録）される。レンズメモリ３３には、フォーカスレンズの無限遠位置と至近位置に関するデータ、交換レンズ３の最短焦点距離と最長焦点距離に関するデータ、Ｆ値（絞りの絞り値）に関するデータ等が記憶される。レンズメモリ３３へのデータの書き込み、及びレンズメモリ３３からのデータの読み出しは、レンズ制御部３２によって制御される。

次に、カメラボディ２の構成例について説明する。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。撮像素子２２は、ＣＭＯＳイメージセンサである。撮像素子２２は、撮影光学系３１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（行方向及び列方向）に配置される。光電変換部は、フォトダイオード（ＰＤ）によって構成される。撮像素子２２は、受光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。なお、撮像素子２２は、ＣＣＤイメージセンサであってもよい。

撮像素子２２は、後述するが、画像生成に用いる信号を出力する画素（撮像画素）と、焦点検出に用いる信号を出力する画素（焦点検出画素）と、補正用に設けられる画素（補正用画素）とを有する。撮像画素、焦点検出画素（ＡＦ画素）、及び補正用画素には、それぞれマイクロレンズが配置される。撮像画素は、ベイヤー配列に従って配置されている。ＡＦ画素及び補正用画素は、撮像画素の一部に置換して配置され、撮像素子２２の撮像面２２ａのほぼ全面に分散して配置される。

メモリ２３は、不揮発性の記憶媒体等により構成される。メモリ２３には、画像データ及び制御プログラム等が記憶される。メモリ２３へのデータの書き込み、及びメモリ２３からのデータの読み出しは、ボディ制御部２１によって制御される。

表示部２４は、画像データに基づく画像、ＡＦ枠などの焦点検出領域（ＡＦエリア）を示す画像、シャッター速度、絞り値（Ｆ値）等の撮影に関する情報、及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、各種モードを切り替えるためのスイッチなどの各種設定スイッチ等を含み、それぞれの操作に基づく信号をボディ制御部２１へ出力する。

ボディ制御部２１は、ＣＰＵ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等のプロセッサ、及びＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリによって構成され、制御プログラムに基づきカメラ１の各部を制御する。ボディ制御部２１は、画像処理部２１ａと焦点検出部２１ｂとを有する。画像処理部（信号処理部）２１ａは、撮像素子２２の撮像画素から出力される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、階調変換処理、色補間処理等の画像処理が含まれる。なお、画像処理部２１ａは、撮像素子２２のＡＦ画素から出力される信号も用いて、画像データを生成するようにしてもよい。また、画像処理部２１ａは、撮像素子２２の補正用画素から出力される信号も用いて、画像データを生成するようにしてもよい。画像処理部２１ａは、画像データを生成する画像データ生成部である。

焦点検出部２１ｂは、撮影光学系３１の自動焦点調節（ＡＦ）に必要な焦点検出処理を行う。焦点検出部２１ｂは、撮影光学系３１による像が撮像素子２２の撮像面２２ａ上に合焦（結像）するためのフォーカスレンズの合焦位置（合焦位置までのフォーカスレンズの移動量）を検出する。焦点検出部２１ｂは、撮像素子２２の一対のＡＦ画素（ＡＦ画素対）から出力される第１及び第２の信号を用いて、位相差検出方式によりデフォーカス量を算出する。

焦点検出部２１ｂは、撮影光学系３１の射出瞳の第１の領域を通過した第１の光束による像を撮像して生成した第１の信号と第２の領域を通過した第２の光束による像を撮像して生成した第２の信号とを相関演算して、像ズレ量を算出する。焦点検出部２１ｂは、この像ズレ量を所定の換算式に基づきデフォーカス量に換算する。焦点検出部２１ｂは、算出したデフォーカス量に基づいて、合焦位置までのフォーカスレンズの移動量を算出する。焦点検出部２１ｂは、交換レンズ３のレンズ制御部３２へフォーカスレンズの移動量とレンズ移動を指示する信号を送信する。レンズ制御部３２が、移動量に応じてフォーカスレンズを移動することにより、焦点調節が自動で行われる。このように、ボディ制御部２１は、撮影光学系３１による被写体の像が撮像素子２２に合焦するようフォーカスレンズの位置を制御する。

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。撮像素子２２では、画素が二次元状（行方向（±Ｘ方向）及び列方向（±Ｙ方向））に配置される。図２においては、左上隅の画素を第１行第１列の撮像画素１０（１，１）とし、右下隅の画素を第８行第８列のＡＦ画素１３ｂ（８，８）として、８行８列の計６４個の画素を図示している。なお、撮像素子２２に配置される画素の数及び配置は、図示した例に限られない。

撮像素子２２は、複数の撮像画素１０、ＡＦ画素１３（１３ａ、１３ｂ）、補正用画素１５を有する。撮像画素１０には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の異なる分光特性を有する３つのカラーフィルタ（色フィルタ）５１のいずれかが設けられる。撮像画素１０には、入射した光のうち第１の波長域の光（赤（Ｒ）の光）を分光する分光特性を有するカラーフィルタ５１を有する画素（以下、Ｒ画素と称する）と、入射した光のうち第２の波長域の光（緑（Ｇ）の光）を分光する分光特性を有するカラーフィルタ５１を有する画素（以下、Ｇ画素と称する）と、入射した光のうち第３の波長域の光（青（Ｂ）の光）を分光する分光特性を有するカラーフィルタ５１を有する画素（以下、Ｂ画素と称する）とが含まれる。Ｒ画素１０と、Ｇ画素１０と、Ｂ画素１０とは、ベイヤー配列に従って配置されている。

ＡＦ画素１３ａ、ＡＦ画素１３ｂ、及び補正用画素１５は、上述のようにベイヤー配列されたＲ、Ｇ、Ｂの撮像画素１０の一部に置換して配置される。図２に示す例では、ＡＦ画素１３ａ、１３ｂ、及び補正用画素１５には、入射した光のうち第２の波長域の光（緑（Ｇ）の光）を分光する分光特性を有するカラーフィルタ５１が配置される。なお、ＡＦ画素１３ａ、１３ｂと補正用画素１５の各々が有するカラーフィルタは、第１の波長域の光（赤（Ｒ）の光）又は第３の波長域の光（青（Ｂ）の光）を分光する分光特性を有するカラーフィルタであってもよい。また、ＡＦ画素１３ａ、１３ｂと補正用画素１５は、入射した光のうち第１及び第２及び第３の波長域の光を分光する分光特性を有するフィルタを有していてもよい。あるいは、ＡＦ画素１３ａ、１３ｂと補正用画素１５には、カラーフィルタを配置しなくてもよい。

ＡＦ画素１３ａ及びＡＦ画素１３ｂは、それぞれ、光電変換部に入射する光の一部を遮光する遮光部４３を有する。ＡＦ画素１３ａとＡＦ画素１３ｂとは、その遮光部４３の位置が異なる。ＡＦ画素１３ａ及びＡＦ画素１３ｂの各々の遮光部４３は、撮影光学系３１の射出瞳の互いに異なる領域を通過した光が光電変換部に入射するように配置される。これにより、ＡＦ画素１３ａの光電変換部は、撮影光学系３１の射出瞳の第１及び第２の領域のうちの第１の領域を通過した光束を受光する。第２のＡＦ画素１３ｂの光電変換部は、撮影光学系３１の射出瞳の第１及び第２の領域のうちの第２の領域を通過した光束を受光する。

撮像素子２２は、図２に示すように、Ｒ画素１０ｒとＧ画素１０ｇとが±Ｘ方向、即ち行方向に交互に配置された画素群（第１の画素行）４０１と、Ｇ画素１０ｇとＢ画素１０ｂとが行方向に交互に配置された画素群（第２の画素行）４０２とを有する。また、撮像素子２２は、ＡＦ画素１３ａ、ＡＦ画素１３ｂ、及び補正用画素１５が行方向に配置された画素群（ＡＦ画素行）４０３を有する。

補正用画素１５は、ＡＦ画素行４０３において、複数の画素に対して１つの割合で設けられる。図２に示す例では、補正用画素１５は、４画素に１個の割合となるように、行方向に３つおきに配置されている。補正用画素１５は、ＡＦ画素１３ａ及びＡＦ画素１３ｂの一部に置換して設けられるともいえる。図２に示す例では、補正用画素１５は、ＡＦ画素行４０３において行方向に交互に配置されるＡＦ画素１３ａ及びＡＦ画素１３ｂのうちの一部のＡＦ画素１３ａに置換して配置される。補正用画素１５には、ＡＦ画素１３ａと同様に遮光部４３が設けられる。なお、補正用画素１５を、ＡＦ画素行４０３のＡＦ画素１３ａ及びＡＦ画素１３ｂのうちの一部のＡＦ画素１３ｂに置換して配置してもよい。

なお、ＡＦ画素行４０３は、ＡＦ画素１３ａ、１３ｂの両方を有していなくてもよい。ＡＦ画素行４０３がＡＦ画素１３ａを有し、他の画素行がＡＦ画素１３ｂを有していてもよい。この場合、ＡＦ画素行４０３の一部のＡＦ画素１３ａに置換して補正用画素１５を配置し、他の画素行の一部のＡＦ画素１３ｂに置換して補正用画素１５を配置してもよい。

図３は、第１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。図３は、撮像素子２２に設けられた画素のうち、１つの撮像画素１０と、１つのＡＦ画素１３ａと、１つのＡＦ画素１３ｂと、１つの補正用画素１５とを示している。図３において白抜き矢印で示すように、撮影光学系３１を通過した光は、主にＺ軸プラス方向へ向かって撮像素子２２に入射する。

撮像画素１０は、マイクロレンズ４４と、カラーフィルタ５１と、光電変換部（ＰＤ）４２とを有する。ＡＦ画素１３ａとＡＦ画素１３ｂは、それぞれ、マイクロレンズ４４と、カラーフィルタ５１と、遮光部４３と、光電変換部４２とを有する。補正用画素１５も、マイクロレンズ４４と、カラーフィルタ５１と、遮光部４３と、光電変換部４２とを有する。なお、補正用画素１５には、遮光部４３を設けなくてもよい。また、補正用画素１５には、光電変換部４２を設けなくてもよい。

ＡＦ画素１３ａの遮光部４３は、光電変換部４２のほぼ左半分（光電変換部４２の－Ｘ方向側）の領域に対応して配置される。ＡＦ画素１３ａの遮光部４３は、光が入射する方向（Ｚ軸方向）と交差する面（ＸＹ平面）において、ＡＦ画素１３ａの光電変換部４２の中心よりも－Ｘ方向側の領域に少なくとも一部が配置される。ＡＦ画素１３ａの領域４６は、光電変換部４２のほぼ右半分（光電変換部４２の＋Ｘ方向側）の領域に対応した領域である。ＡＦ画素１３ａの領域４６は、光が入射する方向と交差する面において、ＡＦ画素１３ａの光電変換部４２の中心よりも＋Ｘ方向側の領域に少なくとも一部が配置される領域である。

他方、ＡＦ画素１３ｂの遮光部４３は、光電変換部４２のほぼ右半分（光電変換部４２の＋Ｘ方向側）の領域に対応して配置される。ＡＦ画素１３ｂの遮光部４３は、光が入射する方向（Ｚ軸方向）と交差する面（ＸＹ平面）において、ＡＦ画素１３ｂの光電変換部４２の中心よりも＋Ｘ方向側の領域に少なくとも一部が配置される。ＡＦ画素１３ｂの領域４６は、光電変換部４２のほぼ左半分（光電変換部４２の－Ｘ方向側）の領域に対応した領域である。ＡＦ画素１３ｂの領域４６は、光が入射する方向と交差する面において、ＡＦ画素１３ｂの光電変換部４２の中心よりも－Ｘ方向側の領域に少なくとも一部が配置される領域である。なお、補正用画素１５の遮光部４３及び領域４６は、ＡＦ画素１３ａの遮光部４３及び領域４６と同様の構成である。

各画素のマイクロレンズ４４は、図３において上方から撮影光学系３１を介して入射された光を集光する。撮像画素１０のマイクロレンズ４４は、主に＋Ｚ方向に進んで入射した光を光電変換部４２に集光するように形成される。ＡＦ画素１３（１３ａ、１３ｂ）のマイクロレンズ４４は、主に＋Ｚ方向に進んで入射した光を、光電変換部４２よりも遮光部４３に近いＺ方向の位置に集光するように形成される。本実施の形態では、撮像画素１０及びＡＦ画素１３には、それぞれ異なる高さ（厚さ）のマイクロレンズ４４が設けられる。

図３のＺ軸方向の撮像画素１０のマイクロレンズ４４の高さ（Ｚ軸方向のマイクロレンズ４４の厚さ）は、撮影光学系３１を介して入射する光が光電変換部４２に集光されるように設定される。図３に示す例では、撮像画素１０のマイクロレンズ４４は、点線矢印で示すように光電変換部４２に光を集光する。このため、撮像画素１０の光電変換部４２は、撮影光学系３１を通過した光を効率良く受光することができる。撮像画素１０の光電変換部４２の受光量を多くすることができる。

ＡＦ画素１３（１３ａ、１３ｂ）のマイクロレンズ４４の高さは、撮影光学系３１を介して入射する光がＺ軸方向において光電変換部４２よりも遮光部４３に近い位置に集光されるように設定される。本実施の形態では、ＡＦ画素１３のマイクロレンズ４４の高さは、撮像画素１０のマイクロレンズ４４の高さよりも大きい。図３に示す例では、ＡＦ画素１３のマイクロレンズ４４は、点線矢印で示すように遮光部４３に光を集光する。このため、ＡＦ画素１３ａ、１３ｂの各々の光電変換部４２は、撮影光学系３１の瞳の互いに異なる領域を通過した光を精度良く受光し、瞳分割を適切に行うことができる。これにより、焦点検出部２１ｂは、ＡＦ画素１３ａ、１３ｂから出力される第１及び第２の信号を用いて、精度良くデフォーカス量を検出することが可能となる。

一般的に、撮像素子では、或る画素からその画素の隣の画素の光電変換部に光が漏れる場合が生じ得る。この場合、光電変換部の電荷に基づいて生成される画素の信号にノイズ成分が混入するおそれがある。或る画素から隣の画素へ漏れる光の量は、これら隣り合う２つの画素に設けられるマイクロレンズによって変わることが考えられる。このため、撮像画素のマイクロレンズとは異なるマイクロレンズを有するＡＦ画素が撮像素子に配置される場合、このことが画素の信号を用いて得られる画像の品質に及ぼす影響が懸念される。

そこで、本実施の形態に係る撮像素子２２では、図２及び図３に示すように、ＡＦ画素行４０３のＡＦ画素１３ａ、１３ｂの一部に置換して、補正用画素１５が配置される。補正用画素１５のマイクロレンズ４４は、ＡＦ画素１３のマイクロレンズ４４の形状よりも撮像画素１０のマイクロレンズ４４の形状に近い形状を有する。本実施の形態では、補正用画素１５のマイクロレンズ４４の高さが、撮影光学系３１を介して入射する光が遮光部４３よりも光電変換部４２に近い位置に集光されるように設定される。図３に示す例では、補正用画素１５のマイクロレンズ４４の高さは、撮像画素１０のマイクロレンズ４４の高さと略同一の高さとなる。補正用画素１５のマイクロレンズ４４は、点線矢印で示すように、光電変換部４２に向けて光を集光する。

図２に示すように、ＡＦ画素行４０３に隣り合う上下の第１の画素行４０１のうち一部の撮像画素１０は、補正用画素１５の隣に位置する。ＡＦ画素行４０３の隣の第１の画素行４０１のうちの一部の撮像画素１０は、上下左右にＡＦ画素１３が配置されない画素となる。補正用画素１５の隣の撮像画素１０（図２ではＲ画素１０ｒ）は、同一又は略同一の形状のマイクロレンズ４４をそれぞれ有する４つの画素（図２では３つのＧ画素１０ｇと補正用画素１５）によって上下左右を囲まれる。このため、第１の画素行４０１のうち一部の撮像画素１０において、撮像画素１０のマイクロレンズ４４とは異なるマイクロレンズ４４を有するＡＦ画素１３が配置されることに起因する影響が生じることを抑制することができる。撮像画素１０の信号の品質が低下して、画像の画質が低下する懸念を低減することができる。

また、本実施の形態では、カメラ１のボディ制御部２１は、補正用画素１５の隣の撮像画素１０の信号を用いて他の画素の信号を補正する処理を行って、画像データを生成する。例えば、ボディ制御部２１は、ＡＦ画素１３に隣り合う撮像画素１０の信号を、周辺に位置する補正用画素１５に隣り合う撮像画素１０の信号を用いて補正する。また、例えば、ボディ制御部２１は、ＡＦ画素１３の位置に対応する画素の信号を、そのＡＦ画素１３の周辺に位置する補正用画素１５に隣り合う撮像画素１０の信号を用いて補間する。このような処理を行うことにより、画素の信号を用いて生成される画像の品質を向上させることができる。

本実施の形態に係る撮像素子２２では、ＡＦ画素行４０３において補正用画素１５が部分的に配置される。図２に示す例では、補正用画素１５が、４画素に１個の割合となるように、行方向（Ｘ軸方向）に３つおきに配置される。このため、撮像素子２２に配置されるＡＦ画素１３（１３ａ、１３ｂ）の数が僅かとなって、ＡＦ画素１３の信号を用いた焦点検出の精度が低下することを抑制することができる。

図４は、第１の実施の形態に係る撮像素子２２の画素の構成例を示す図である。図４（ａ）は、図２の破線Ｘ１－Ｘ２間における断面構造を模式的に示し、図４（ｂ）は、図２の破線Ｙ１－Ｙ２間における断面構造を模式的に示している。なお、図４（ａ）では、撮影光学系３１の射出瞳を略２等分した一方の第１の瞳領域を通過した光束を第１の光束６１として実線矢印で示し、略２等分した他方の第２の瞳領域を通過した光束を第２の光束６２として破線矢印で示す。

撮像素子２２は、基板１１０と、基板１１０に積層して設けられる配線層１１１とを備える。基板１１０は、シリコン等の半導体基板により構成される。配線層１１１は、導体膜（金属膜）及び絶縁膜を含む配線層であり、複数の配線やビアなどが配置される。導体膜には、銅、アルミニウム、タングステン等が用いられる。絶縁膜は、酸化膜、窒化膜などで構成される。

撮像画素１０、ＡＦ画素１３ａ、ＡＦ画素１３ｂ、及び補正用画素１５には、それぞれ、マイクロレンズ４４と、カラーフィルタ５１と、導波路４８と、光電変換部４２とが設けられる。ＡＦ画素１３ａ、ＡＦ画素１３ｂ、及び補正用画素１５には、更に、上述したように遮光部４３が設けられる。導波路４８は、金属酸化物などの絶縁材料により構成され、マイクロレンズ４４と光電変換部４２との間に設けられる。導波路４８は、マイクロレンズ４４及びカラーフィルタ５１を透過して導波路４８に入射した光を光電変換部４２の方へ導く。なお、各画素は導波路４８を有していなくてもよい。

各画素のマイクロレンズ４４は、例えばアクリル系樹脂を用いて形成される。ＡＦ画素１３ａ、１３ｂのマイクロレンズ４４は、上述したように、撮像画素１０のマイクロレンズ４４とは異なる形状を有する。補正用画素１５のマイクロレンズ４４は、撮像画素１０のマイクロレンズ４４と略同一の形状を有する。図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ＡＦ画素１３のマイクロレンズ４４の高さ（厚さ）ｈ２は、撮像画素１０のマイクロレンズ４４の高さｈ１よりも大きい。ＡＦ画素１３のマイクロレンズ４４の曲率が、撮像画素１０のマイクロレンズ４４の曲率よりも大きくなっている。また、補正用画素１５のマイクロレンズ４４の高さｈ３は、撮像画素１０のマイクロレンズ４４の高さｈ１と略同一となる。

なお、補正用画素１５のマイクロレンズ４４は、補正用画素１５のマイクロレンズ４４の高さｈ３と撮像画素１０のマイクロレンズ４４の高さｈ１との差が所定値以内となるように形成されてもよい。補正用画素１５のマイクロレンズ４４の高さｈ３は、撮像画素１０のマイクロレンズ４４の高さｈ１の９０％～１１０％の範囲内であってよい。また、補正用画素１５のマイクロレンズ４４の高さｈ３は、撮像画素１０のマイクロレンズ４４の高さｈ１の９５％～１０５％の範囲内であってもよい。

ＡＦ画素１３ａでは、マイクロレンズ４４及びカラーフィルタ５１を透過した光のうちの第２の光束６２は、遮光部４３で遮光される。また、ＡＦ画素１３ａでは、マイクロレンズ４４及びカラーフィルタ５１を透過した光のうちの第１の光束６１は、領域４６を透過して光電変換部４２に入射する。ＡＦ画素１３ａの領域４６は、マイクロレンズ４４及びカラーフィルタ５１を通過した第１の光束６１が光電変換部４２に入射することを許容する開口として作用する。ＡＦ画素１３ａの光電変換部４２は、第１の光束６１を受光し、第１の光束６１を光電変換して電荷を生成する。

ＡＦ画素１３ｂでは、マイクロレンズ４４及びカラーフィルタ５１を透過した光のうちの第１の光束６１は、遮光部４３で遮光される。また、ＡＦ画素１３ｂでは、マイクロレンズ４４及びカラーフィルタ５１を透過した光のうちの第２の光束６２は、領域４６を透過して光電変換部４２に入射する。ＡＦ画素１３ｂの領域４６は、マイクロレンズ４４及びカラーフィルタ５１を通過した第２の光束６２が光電変換部４２に入射することを許容する開口として作用する。ＡＦ画素１３ｂの光電変換部４２は、第２の光束６２を受光し、第２の光束６２を光電変換して電荷を生成する。

なお、撮像画素１０では、撮影光学系３１の射出瞳の第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が、マイクロレンズ４４及びカラーフィルタ５１を介して光電変換部４２に入射する。撮像画素１０の光電変換部４２は、第１及び第２の光束６１、６２を受光し、第１及び第２の光束６１、６２を光電変換して電荷を生成する。

ＡＦ画素１３ａは、第１の瞳領域を通過した第１の光束６１を光電変換して蓄積された電荷に基づく第１の信号Ｓｉｇ１を出力する。ＡＦ画素１３ｂは、第２の瞳領域を通過した第２の光束６２を光電変換して蓄積された電荷に基づく第２の信号Ｓｉｇ２を出力する。撮像画素１０は、第１の光束６１及び第２の光束６２を光電変換して蓄積された電荷に基づく信号を出力する。

補正用画素１５では、マイクロレンズ４４及びカラーフィルタ５１を透過した光のうちの第２の光束６２は、遮光部４３で遮光される。また、補正用画素１５では、マイクロレンズ４４及びカラーフィルタ５１を透過した光のうちの第１の光束６１は、領域４６を透過して光電変換部４２に入射する。補正用画素１５の領域４６は、マイクロレンズ４４及びカラーフィルタ５１を通過した第１の光束６１が光電変換部４２に入射することを許容する開口として作用する。補正用画素１５の光電変換部４２は、第１の光束６１を受光し、第１の光束６１を光電変換して電荷を生成する。補正用画素１５は、第１の光束６１を光電変換して蓄積された電荷に基づく信号を出力する。

各画素から出力される信号は、基板１１０に配置された不図示の信号処理部に入力される。信号処理部には、画素から出力された信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換部（ＡＤ変換部）が含まれる。信号処理部は、入力された画素の信号に対して信号処理を行った後に、処理後の信号をカメラ１のボディ制御部２１に出力する。

なお、図２～図４においては、ＡＦ画素１３ａ、１３ｂ、及び補正用画素１５は、行方向（±Ｘ方向）に配置されたが、列方向（±Ｙ方向）に配置されてもよい。ＡＦ画素１３ａ、１３ｂ、及び補正用画素１５が列方向に配置された場合には、ＡＦ画素１３ａの遮光部４３が光電変換部４２のほぼ上半分と下半分の一方の領域に対応して配置され、ＡＦ画素１３ｂの遮光部４３が光電変換部４２のほぼ上半分と下半分の他方の領域に対応して配置される。例えば、ＡＦ画素１３ａの遮光部４３は、ＡＦ画素１３ａの光電変換部４２の中心よりも＋Ｙ方向側の領域に少なくとも一部が配置される。ＡＦ画素１３ｂの遮光部４３は、ＡＦ画素１３ｂの光電変換部４２の中心よりも－Ｙ方向側の領域に少なくとも一部が配置される。

仮に、隣り合うマイクロレンズ間に比較的大きな隙間（ギャップ）があると、この隙間に光が入射する場合が生じ得る。この場合、光電変換部の電荷に基づいて生成される画素の信号にノイズ成分が混入するおそれがある。この画素の信号を用いて画像データが生成されると、画像データによる画像の品質が悪くなるおそれがある。

図４（ｂ）に示す例では、補正用画素１５のマイクロレンズ４４は、補正用画素１５及び撮像画素１０の各々のマイクロレンズ４４間の隙間が小さくなるように形成されている。隣り合うマイクロレンズ４４間の隙間から撮像画素１０の光電変換部４２に光が漏れることを抑制し、撮像画素１０の信号にノイズ成分が混入することを防ぐことができる。

次に、本実施の形態に係るカメラ１の動作例について説明する。カメラ１の操作部２５の電源スイッチが操作された後、撮像素子２２から各画素の信号が順次出力される。ボディ制御部２１の焦点検出部２１ｂは、ＡＦ画素１３ａの第１の信号Ｓｉｇ１とＡＦ画素１３ｂの第２の信号Ｓｉｇ２を用いて、位相差検出方式によりデフォーカス量を算出する。レンズ制御部３２は、焦点検出部２１ｂにより算出されたデフォーカス量に基づき、撮影光学系３１のフォーカスレンズを合焦位置に移動して焦点調節する。なお、フォーカスレンズを移動する代わりに、撮像素子２２を撮影光学系３１の光軸Ｌ方向に移動するようにしてもよい。

ボディ制御部２１の画像処理部２１ａは、撮像素子２２の各画素の信号に対して補正処理を施して画像データを生成する。この場合、画像処理部２１ａは、補正用画素１５の隣の撮像画素１０の信号を用いて補間処理を行い、画素毎に３つの色成分の信号を有する画像データを生成する。画像処理部２１ａは、被写体のスルー画像（ライブビュー画像）用の画像データや、記録用の画像データを生成する。表示部２４は、スルー画像用の画像データに基づいて画像を表示する。記録用の画像データは、メモリ２３に記録される。以下では、画像処理部２１ａによる補正処理の一例について、さらに説明する。

図２において、ＡＦ画素行４０３と列方向で隣り合う２つの第２の画素行４０１のうち、Ｒ画素１０（３，１）、Ｒ画素１０（３，５）、Ｒ画素１０（５，１）、及びＲ画素１０（５，５）は、それぞれ、上下左右を撮像画素１０又は補正用画素１５によって囲まれる画素である。画像処理部２１ａは、ＡＦ画素行４０３と列方向で隣り合う他の画素の信号を、これらＲ画素１０（３，１）、Ｒ画素１０（３，５）、Ｒ画素１０（５，１）、及びＲ画素１０（５，５）の各画素の信号を用いて補正することにより、画像データの生成を行う。

この場合、画像処理部２１ａは、補正対象となる画素の信号を、その画素の周囲の画素の信号を用いて補正する。例えば、画像処理部２１ａは、Ｒ画素１０（３，３）の信号を、Ｒ画素１０（３，１）の信号を用いて補間する。なお、画像処理部２１ａは、Ｒ画素１０（３，３）の信号を、Ｒ画素１０（３，３）の左右にそれぞれ位置するＲ画素１０（３，１）又はＲ画素１０（３，５）の信号に置き換えてもよい。画像処理部２１ａは、Ｒ画素１０（３，３）の信号を、Ｒ画素１０（３，１）及びＲ画素１０（３，５）の２つの画素の信号の平均値に置き換えてもよい。また、画像処理部２１ａは、Ｇ画素１０（３，２）及びＧ画素１０（３，４）の各々の信号量（信号レベル）を補正する。例えば、画像処理部２１ａは、Ｇ画素１０（３，２）の信号を、Ｒ画素１０（３，１）の信号と補間により算出されたＲ画素１０（３，３）の信号とを用いて補正する。画像処理部２１ａは、Ｇ画素１０（３，４）の信号を、Ｒ画素１０（３，５）の信号と補間により算出したＲ画素１０（３，３）の信号とを用いて補正する。

画像処理部２１ａは、Ｒ画素１０（５，３）の信号を、Ｒ画素１０（５，１）の信号を用いて補間する。なお、画像処理部２１ａは、Ｒ画素１０（５，３）の信号を、Ｒ画素１０（５，３）の左右にそれぞれ位置するＲ画素１０（５，１）又はＲ画素１０（５，５）の信号に置き換えてもよい。画像処理部２１ａは、Ｒ画素１０（５，３）の信号を、Ｒ画素１０（５，１）及びＲ画素１０（５，５）の２つの画素の信号の平均値に置き換えてもよい。また、画像処理部２１ａは、Ｇ画素１０（５，２）の信号を、Ｒ画素１０（５，１）の信号と補間により算出したＲ画素１０（５，３）の信号とを用いて補正する。画像処理部２１ａは、Ｇ画素１０（５，４）の信号を、Ｒ画素１０（５，５）の信号と補間により算出したＲ画素１０（５，３）の信号とを用いて補正する。

画像処理部２１ａは、ＡＦ画素行４０３のＡＦ画素１３ａ、１３ｂの信号と補正用画素１５の信号を、これらの画素の周辺画素の信号を用いて補間する。例えば、画像処理部２１ａは、ＡＦ画素１３ｂ（４，２）の信号を、ＡＦ画素１３ｂ（４，２）の上下にそれぞれ位置するＧ画素１０（１，２）、Ｇ画素１０（３，２）、Ｇ画素１０（５，２）、Ｇ画素１０（７，２）の各々の信号を用いて補間する。同様に、画像処理部２１ａは、他のＡＦ画素１３の信号と補正用画素１５の信号を、それらの画素の周辺画素の信号を用いて補間する。この場合、画像処理部２１ａは、補間対象となる画素の信号を、複数の画素の信号の平均値に置き換えてもよいし、複数の画素の信号に対して重み付けを行って平均することで算出してもよい。

このように、ボディ制御部２１の画像処理部２１ａは、補正用画素１５の隣の撮像画素１０の信号を用いて、ＡＦ画素行４０３の隣に位置する他の画素の信号と、ＡＦ画素行４０３の各画素の信号とを補間することができる。これにより、画像処理部２１ａは、画素の信号を用いて生成される画像の品質低下を防ぐことが可能となる。

なお、上述した実施の形態では、ＡＦ画素１３のマイクロレンズ４４の高さ（厚さ）が撮像画素１０のマイクロレンズ４４の高さよりも大きい場合について説明した。ＡＦ画素１３のマイクロレンズ４４の高さが撮像画素１０のマイクロレンズ４４の高さよりも小さい場合も、補正用画素１５のマイクロレンズ４４は、ＡＦ画素１３のマイクロレンズ４４の形状よりも撮像画素１０のマイクロレンズ４４の形状に近い形状となるように形成されてもよい。

なお、上記では、マイクロレンズ４４の高さ（厚さ）を変えることで、画素において集光される位置が変わることについて説明した。ＡＦ画素１３と撮像画素１０とでマイクロレンズ４４の光学特性を変えて、ＡＦ画素１３及び撮像画素１０の各々において光が集光される位置を変えるようにしてもよい。補正用画素１５のマイクロレンズ４４は、入射する光に対する光学特性がＡＦ画素１３のマイクロレンズ４４の光学特性よりも撮像画素１０のマイクロレンズ４４の光学特性に近くなるように形成されてもよい。

例えば、ＡＦ画素１３及び撮像画素１０の各々のマイクロレンズ４４の曲率（又は曲率半径）が異なる場合には、補正用画素１５のマイクロレンズ４４の曲率は、撮像画素１０のマイクロレンズ４４と略同一の曲率にされてもよい。ＡＦ画素１３及び撮像画素１０の各々のマイクロレンズ４４の屈折率が異なる場合には、補正用画素１５のマイクロレンズ４４の屈折率は、撮像画素１０のマイクロレンズ４４と略同一の屈折率にされてもよい。

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、第１のマイクロレンズと、第１のマイクロレンズを透過した光を光電変換して電荷を生成する第１の光電変換部とを有し、画像生成に用いる信号を出力する第１画素（撮像画素１０）と、第１のマイクロレンズとは異なる第２のマイクロレンズと、第２のマイクロレンズを透過した光を光電変換して電荷を生成する第２の光電変換部とを有し、焦点検出に用いる信号を出力する第２画素（ＡＦ画素１３）と、第２のマイクロレンズの形状よりも第１のマイクロレンズの形状に近い形状である、又は入射する光に対する光学特性が第２のマイクロレンズの光学特性よりも第１のマイクロレンズの光学特性に近い第３のマイクロレンズと、第３のマイクロレンズを透過した光を光電変換して電荷を生成する第３の光電変換部とを有し、第３の光電変換部で生成された電荷に基づく信号を出力する第３画素（補正用画素１５）と、を備える。本実施の形態では、撮像素子２２には、撮像画素１０のマイクロレンズ４４とは異なるマイクロレンズ４４を有するＡＦ画素１３に加えて、撮像画素１０のマイクロレンズ４４の形状に近い形状のマイクロレンズ４４を有する補正用画素１５が配置される。このため、撮像画素１０のマイクロレンズ４４とは異なるマイクロレンズ４４を有するＡＦ画素１３が配置されることに起因する影響が生じることを抑制することができる。

（２）本実施の形態では、ボディ制御部２１は、補正用画素１５の周囲の撮像画素１０の信号を用いて、他の画素の信号を補正する処理を行う。このため、各画素の信号の品質が低下して、画質が低下する懸念を低減することができる。

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５は、変形例１に係る撮像素子の画素の配置例を示す図である。上述した実施の形態では、補正用画素１５が、４画素に１個の割合となるように、行方向（Ｘ軸方向）に３つおきに配置される例について説明した。しかし、図５に示すように、補正用画素１５を、３画素に１個の割合となるように、行方向に２つおきに配置してもよい。

（変形例２）
図６は、変形例２に係る撮像素子の画素の配置例を示す図である。本変形例では、補正用画素１５は、８画素に１個の割合となるように、行方向（Ｘ軸方向）に７つおきに配置される。図６に示すように、ＡＦ画素１３ａとＡＦ画素１３ｂとは、両者の間に１つの撮像画素１０（図６ではＧ画素１０）又は１つの補正用画素１５を挟んで、交互に配置されている。

（変形例３）
上述した実施の形態では、撮像素子２２を、光が入射する入射面側に配線層１１１を設ける表面照射型の構成とする例について説明した。しかし、撮像素子２２を、裏面照射型の構成としてもよい。

（変形例４）
上述した実施の形態では、光電変換部として光電変換膜を用いる例について説明した。しかし、光電変換部４２を、無機材料からなる光電変換膜により構成するようにしてもよい。光電変換部としてフォトダイオードを用いるようにしてもよい。

（変形例５）
上述した実施の形態では、撮像素子２２に、原色系（ＲＧＢ）のカラーフィルタを用いる場合について説明したが、補色系（ＣＭＹ）のカラーフィルタを用いるようにしてもよい。

（変形例６）
上述の実施の形態及び変形例で説明した撮像素子及び撮像装置は、カメラ、スマートフォン、タブレット、ＰＣに内蔵のカメラ、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。

１…撮像装置、２…カメラボディ、３…交換レンズ、１０…撮像画素、１３…ＡＦ画素、１５…補正用画素、２１…ボディ制御部、２１ａ…画像処理部、２１ｂ…焦点検出部、２２…撮像素子、３１…撮影光学系、４２…光電変換部、４４…マイクロレンズ、４３…遮光部、５１…カラーフィルタ、１１０…基板

Claims (5)

1. 光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の光電変換部に光を集光させる第１のマイクロレンズとを有し、画像生成に用いる信号を出力する第１画素と、
   第１遮光部と、光を光電変換して電荷を生成する第２の光電変換部と、前記第２の光電変換部よりも前記第１遮光部に近い第１の位置に光を集光させる第２のマイクロレンズとを有し、焦点検出に用いる信号を出力する第２画素と、
   第２遮光部と、光を光電変換して電荷を生成する第３の光電変換部と、前記第２遮光部よりも前記第３の光電変換部に近い第２の位置に光を集光させる第３のマイクロレンズとを有し、前記第３の光電変換部で生成された電荷に基づく信号を出力する第３画素と、
   を備える撮像素子。
2. 請求項１に記載の撮像素子において、
   前記第２のマイクロレンズは、前記第１遮光部に光を集光させ、
   前記第３のマイクロレンズは、前記第３の光電変換部に光を集光させる撮像素子。
3. 請求項１または請求項２に記載の撮像素子において、
   複数の前記第１画素が、第１方向に並んで設けられ、
   前記第２画素と前記第３画素とが、前記第１方向に並んで設けられる撮像素子。
4. 請求項３に記載の撮像素子において、
   前記第２画素及び前記第３画素が、前記第１方向とは異なる第２方向において、前記第１画素に並んで設けられる撮像素子。
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と、
   前記撮像素子から出力される信号に基づいて画像データを生成する生成部と、
   を備える撮像装置。

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