JP6929511B2 - 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。

隣接して設けられた２つのカラーフィルタの間に、隔壁部が設けられた撮像装置が知られている（特許文献１）。特許文献１の撮像装置には、白カラーフィルタと白以外（赤、緑、青）のカラーフィルタとの間に隔壁部が設けられている。しかし、この撮像装置では、焦点検出画素については考慮されていない。

特開２０１６−９８１３号公報

発明の第１の態様によると、撮像素子は、第１の分光特性を有する第１のフィルタを有し、前記第１のフィルタを透過した光を光電変換して生成された電荷に基づく信号を出力する第１の画素と、第２の分光特性を有する第２のフィルタを有し、前記第２のフィルタを透過した光を光電変換して生成された電荷に基づく信号を出力する第２の画素と、第３の分光特性を有する第３のフィルタと、隣に配置された前記第１の画素の前記第１のフィルタと前記第３のフィルタとの間に第２のフィルタを透過する光の波長の少なくとも一部の波長の光を透過する第４の分光特性を有する第４のフィルタとを有し、前記第３のフィルタを透過した光を光電変換して生成された電荷に基づく、焦点検出を行うための信号を出力する第３の画素と、を備え、前記第１の画素と前記第２の画素とが隣り合う画素列と、前記第１の画素と前記第３の画素とが隣り合う画素列とを有する。
発明の第２の態様によると、撮像装置は、第１の態様による撮像素子と、フォーカスレンズを有する光学系による像を撮像する前記撮像素子の前記第１の画素から出力される信号と前記第２の画素から出力される信号とに基づいて画像データを生成する画像生成部と、前記撮像素子の前記第３の画素から出力される信号に基づいて、前記光学系による像が前記撮像素子に合焦するよう前記フォーカスレンズの位置を制御する制御部と、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で生成される信号を説明するための図である。 第１の実施の形態に係る撮像素子の平面図である。 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。 第１の実施の形態に係る撮像素子の画素の別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別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構成例を示す図である。 変形例２に係る撮像素子の画素の構成例を説明するための図である。

（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及び交換レンズ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軸及び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、撮像光学系３１により結像する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部で光電変換して電荷を生成し、生成された電荷に基づく信号をボディ制御部２１に出力する。以下、図２及び図３を用いて、撮像素子２２について説明する。

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に示す例は、６行８列の計４８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。

撮像素子２２は、複数の撮像画素１２と焦点検出画素１１、１３とを有する。撮像画素１２には、例えばＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）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。Ｇのカラーフィルタは、Ｒのカラーフィルタよりも波長が短い波長域の光を透過する。Ｂのカラーフィルタは、Ｇのカラーフィルタよりも波長が短い波長域の光を透過する。Ｒのカラーフィルタ５１は主に赤色の波長域の光を透過し、Ｇのカラーフィルタ５１は主に緑色の波長域の光を透過し、Ｂのカラーフィルタ５１は主に青色の波長域の光を透過する。これにより、画素は、配置されたカラーフィルタ５１によって異なる分光特性を有する。Ｒ画素とＧ画素とＢ画素とは、ベイヤー配列に従って配置されている。

焦点検出画素１１、１３は、上述のようにベイヤー配列されたＲ、Ｇ、Ｂの撮像画素１２の一部に置換して配置される。焦点検出画素１１、１３には、カラーフィルタ５１及びカラーフィルタ５２と、遮光膜４３とが設けられる。焦点検出画素１１と焦点検出画素１３とは、その遮光部４３の位置が異なる。焦点検出画素１１及び焦点検出画素１３には、カラーフィルタ５１として、例えば、Ｒ、Ｇ、及びＢの波長域の光を透過するＷ（白）のカラーフィルタが配置される。また、カラーフィルタ５２は、カラーフィルタ５１の一部に置換して設けられる。詳細は後述するが、カラーフィルタ５２は、焦点検出画素１１、１３から隣の撮像画素１２へ漏れる光（クロストーク光と称する）の波長域を制限（制御）するクロストーク光制限用のカラーフィルタ（フィルタ部）である。本実施の形態では、クロストーク光制限用のカラーフィルタ５２は、カラーフィルタ５１の四方を囲むように設けられる。

撮像素子２２は、Ｒのカラーフィルタ５１を有する画素（以下、Ｒ画素と称する）１２及びＧのカラーフィルタ５１を有する画素（以下、Ｇ画素と称する）１２が行方向に交互に配置される第１の画素群４０１を有する。また、撮像素子２２は、Ｇ画素１２及びＢのカラーフィルタ５１を有する画素（以下、Ｂ画素と称する）１２が行方向に交互に配置される第２の画素群４０２を有する。さらに、撮像素子２２は、Ｇ画素１２及び焦点検出画素１１、１３が行方向に配置される第３の画素群４０３を有する。なお、第３の画素群４０３は焦点検出画素１１、１３の両方を有していなくともよい。例えば、画素群４０２がＧ画素１２および焦点検出画素１１を有し、画素群４０３がＧ画素１２および焦点検出画素１３を有していてもよい。また、第３の画素群４０３は、画素群４０２のＢ画素１２と対応する位置に焦点検出画素１１、１３を有しているが、画素群４０２のＢ画素１２と対応する位置の一部に焦点検出画素１１、１３を有していてもよい。例えば、第３の画素群４０３は、焦点検出画素１１および１３の少なくとも一方とＧ画素１２とＢ画素１２とを有していてもよい。

各画素は、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。詳細は後述するが、撮像画素１２は、後述する画像データ生成部２１ａが画像データを生成するための信号、即ち撮像信号を出力する。焦点検出画素１１、１３は、後述する焦点検出部２１ｂがデフォーカス量を算出するための信号、即ち第１及び第２の焦点検出信号を出力する。

図３は、第１の実施の形態に係る撮像素子２２で生成される信号を説明するための図である。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１２と、１つの焦点検出画素１１と、１つの焦点検出画素１３とを示している。

撮像画素１２は、マイクロレンズ４４と、カラーフィルタ５１と、マイクロレンズ４４及びカラーフィルタ５１を透過した光束を受光する光電変換部４２とを有する。焦点検出画素１１、１３は、マイクロレンズ４４と、カラーフィルタ５１と、クロストーク光制限用のカラーフィルタ５２とを有する。また、焦点検出画素１１、１３は、マイクロレンズ４４及びカラーフィルタ５１を透過した光束の一部を遮光する遮光部４３と、マイクロレンズ４４及びカラーフィルタ５１を透過した光束の他の一部が入射する光電変換部４２とを有する。焦点検出画素１１、１３の光電変換部４２は、マイクロレンズ４４及びカラーフィルタ５１を透過した光束のうち、遮光部４３で遮光されなかった光束を光電変換する。

焦点検出画素１１の遮光部４３は、光電変換部４２のほぼ左半分（光電変換部４２のマイナスＸ方向側）の領域に対応して配置される。焦点検出画素１１の遮光部４３は、光が入射する方向（Ｚ軸マイナス方向）と交差する面（ＸＹ平面）において、焦点検出画素１１の光電変換部４２の中心よりもＸ軸マイナス方向側の領域に少なくとも一部が配置される。また、焦点検出画素１１の領域４６は、光電変換部４２のほぼ右半分（光電変換部４２のプラスＸ方向側）の領域に対応した領域である。焦点検出画素１１の領域４６は、光が入射する方向（Ｚ軸マイナス方向）と交差する面（ＸＹ平面）において、焦点検出画素１１の光電変換部４２の中心よりもＸ軸プラス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、焦点検出画素１３の遮光部４３は、光電変換部４２のほぼ右半分の領域に対応して配置される。焦点検出画素１３の遮光部４３は、光が入射する方向（Ｚ軸マイナス方向）と交差する面（ＸＹ平面）において、焦点検出画素１３の光電変換部４２の中心よりもＸ軸プラス方向側の領域に少なくとも一部が配置される。また、焦点検出画素１３の領域４６は、光電変換部４２のほぼ左半分の領域に対応した領域である。焦点検出画素１３の領域４６は、光が入射する方向（Ｚ軸マイナス方向）と交差する面（ＸＹ平面）において、焦点検出画素１３の光電変換部４２の中心よりもＸ軸マイナス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。

各画素のマイクロレンズ４４は、図２において上方から撮像光学系３１を介して入射された光を集光する。撮像光学系３１の瞳の第１の瞳領域及び第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を通過する。マイクロレンズ４４は、焦点検出画素１１、１３の遮光部４３の位置と、撮像光学系３１の瞳の第１の瞳領域及び第２の瞳領域とがそれぞれ共役となるよう光学パワーが定められている。

焦点検出画素１１では、マイクロレンズ４４を透過した光のうち、第２の瞳領域を通過した第２の光束６２は、カラーフィルタ５１を通過した後に遮光部４３で遮光される。また、焦点検出画素１１では、マイクロレンズ４４を透過した光のうち、第１の瞳領域を通過した第１の光束６１は、カラーフィルタ５１及び領域４６を透過して光電変換部４２に入射する。焦点検出画素１１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。焦点検出画素１１の光電変換部４２は、光電変換部４２に入射された第１の光束６１を光電変換して電荷を生成する。

他方、焦点検出画素１３では、マイクロレンズ４４を透過した光のうち、第１の瞳領域を通過した第１の光束６１は、カラーフィルタ５１を通過した後に遮光部４３で遮光される。また、焦点検出画素１３では、マイクロレンズ４４を透過した光のうち、第２の瞳領域を通過した第２の光束６２は、カラーフィルタ５１及び領域４６を透過して光電変換部４２に入射する。焦点検出画素１３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。焦点検出画素１３の光電変換部４２は、光電変換部４２に入射された第２の光束６２を光電変換して電荷を生成する。

このように、焦点検出画素１１、１３は、撮像光学系３１の瞳の互いに異なる領域を通過した光を受光するように構成され、瞳分割を行っている。焦点検出画素１１は、第１の瞳領域を通過した第１の光束６１を光電変換した電荷に基づく第１の焦点検出信号を出力する。焦点検出画素１３は、第２の瞳領域を通過した第２の光束６２を光電変換した電荷に基づく第２の焦点検出信号を出力する。

撮像画素１２では、撮像光学系３１の瞳の第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１２は、第１及び第２の瞳領域の両方を通過した光束に関する撮像信号を出力する。即ち、撮像画素１２は、第１及び第２の瞳領域の両方を通過した光を光電変換し、光電変換して生成された電荷に基づく撮像信号を出力する。

撮像素子２２は、画像データを生成するための撮像信号と、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第１及び第２の焦点検出信号を、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、上述したように、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。

なお、図２及び図３においては、焦点検出画素１１、１３は、行方向（Ｘ軸方向）に配列されたが、列方向（Ｙ軸方向）に配列されてもよい。焦点検出画素１１、１３が列方向に配列された場合には、焦点検出画素１１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、焦点検出画素１３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、焦点検出画素１１の遮光部４３は、焦点検出画素１１の光電変換部４２の中心よりもＹ軸プラス方向側の領域に少なくとも一部が配置される。焦点検出画素１３の遮光部４３は、焦点検出画素１３の光電変換部４２の中心よりもＹ軸マイナス方向側の領域に少なくとも一部が配置される。

図１において、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、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と焦点検出部２１ｂ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。

焦点検出部２１ｂ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２１ｂは、撮像光学系３１による像が撮像素子２２の撮像面上に合焦するための焦点調節レンズ（フォーカスレンズ）の合焦位置を検出する。焦点検出部２１ｂは、撮像素子２２から出力される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２１ｂは、第１及び第２の焦点検出信号に基づき、合焦位置を求めるため相関演算を行う。焦点検出部２１ｂは、この相関演算によって、第１の瞳領域を通過した第１の光束６１による像と第２の瞳領域を通過した第２の光束６２による像とのズレ量を算出し、この像ズレ量に基づきデフォーカス量を算出する。焦点検出部２１ｂは、算出したデフォーカス量に基づいて、合焦位置までの焦点調節レンズの移動量を算出する。

焦点検出部２１ｂ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２１ｂ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２１ｂ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へ焦点調節レンズの移動量とレンズ移動指示とを送信する。焦点検出部２１ｂからの指示を受けたレンズ制御部３２が、移動量に応じて焦点調節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。

図４は、第１の実施の形態に係る撮像素子２２の平面図である。撮像素子２２は、画素が行列状に配置された画素領域（撮像領域）１００を有する。即ち、画素領域１００には、図３に示したように、撮像画素１２及び焦点検出画素１１、１２を含む複数の画素が、二次元状に配置される。画素領域外には、画素からの信号を処理する周辺回路（アナログデジタル変換回路等）が配置される。撮像素子２２の中央領域、即ち画素領域１００の中央領域１０１は、交換レンズ３の光軸Ｌ１上に位置する。

また、図４に示す領域１０２は、画素領域１００のうち左端に位置する領域であり、領域１０３は、画素領域１００のうち右端に位置する領域である。領域１０２及び領域１０３は、画素領域１００の中心からの距離（光軸Ｌ１からの距離）が長い領域、即ち像高が高い領域となる。以下では、中央領域１０１、左端領域１０２、及び右端領域１０３のそれぞれに配置される画素を例に、本実施の形態による撮像素子２２の画素の構造について、より詳しく説明する。特に、図５〜図７を用いて、クロストーク光制限用のカラーフィルタ５２の働きを詳細に説明する。

図５は、第１の実施の形態に係る撮像素子２２の左端領域１０２の画素の構成例を示す図である。図５（ａ）は、左端領域１０２に配置される画素群４０３（図３参照）のうち、１つの焦点検出画素１１（Ｗ画素）と、その焦点検出画素１１に隣接して配置される１つの撮像画素１２（Ｇ画素）とを示している。図５（ｂ）は、左端領域１０２に配置される画素群４０２（図３参照）のうち、１つの撮像画素１２（Ｂ画素）と、その撮像画素１２に隣接して配置される１つの撮像画素１２（Ｇ画素）とを示している。

焦点検出画素１１及び撮像画素１２には、それぞれ光電変換部４２と、マイクロレンズ４４と、画素間遮光部４７と、カラーフィルタ５１とが設けられる。焦点検出画素１１には、更に、遮光部４３と、クロストーク光制限用のカラーフィルタ５２とが設けられる。図５（ａ）、（ｂ）に示すように、左端領域１０２の焦点検出画素１１及び撮像画素１２の各々のマイクロレンズ４４は、焦点検出画素１１の残部及び撮像画素１２の残部に対して画素領域１００の中央側（Ｘ軸プラス方向側）にずらして配置される。これにより、カメラ１の撮像光学系３１を介して光電変換部４２に入射する光量を多くすることができる。

撮像素子２２では、例えば画素領域１００の中央から離れて配置される画素ほど、その画素のマイクロレンズ４４は中央側にずらして配置される。画素間遮光部４７は、カラーフィルタ５１と光電変換部４２との間であって隣接する画素の境界部に設けられ、隣接する画素に光が漏れることを抑制する。

図５（ａ）に示す画素群４０３の焦点検出画素１１及び撮像画素１２には、カラーフィルタ５１として、それぞれＷのカラーフィルタ、Ｇのカラーフィルタが設けられる。また、図５（ｂ）に示す画素群４０２の２つの撮像画素１２には、カラーフィルタ５１として、それぞれＢのカラーフィルタ、Ｇのカラーフィルタが設けられる。

焦点検出画素１１では、Ｗのカラーフィルタ５１の外周部に置換して、クロストーク光制限用のカラーフィルタ５２が設けられる。カラーフィルタ５２は、焦点検出画素１１のＷのカラーフィルタ５１とその焦点検出画素１１の隣の撮像画素１２のＧのカラーフィルタ５１との間に設けられる介在部５２でもある。本実施の形態では、図３に示したように、焦点検出画素１１においては、Ｗのカラーフィルタ５１を囲むようにカラーフィルタ５２が配置されている。また、焦点検出画素１３においても同様に、Ｗのカラーフィルタ５１を囲むようにカラーフィルタ５２が配置される。

カラーフィルタ５２は、焦点検出画素１１、１３に置換される撮像画素１２に配置されるカラーフィルタを透過する光の波長の少なくとも一部の波長の光を透過する分光特性を有するフィルタとなる。つまり、焦点検出画素１１、１３のカラーフィルタ５２が有する分光特性は、撮像画素１２のカラーフィルタ５１が有する分光特性と一部が同じであればよい。本実施の形態による撮像素子２２では、カラーフィルタ５２として、焦点検出画素１１、１３に置換される撮像画素１２と同じ色のカラーフィルタが配置される。図２及び図５に示す画素配置の例では、焦点検出画素１１、１３はベイヤー配列された画素のうちのＢ画素１２に置換して配置されるため、カラーフィルタ５２は、Ｂのカラーフィルタとなる。即ち、本実施の形態では、カラーフィルタ５２は、Ｂの分光特性を有する。

次に、撮像素子２２における互いに近傍の画素の間に生じる混色、即ちクロストークについて説明する。混色は、或る画素に入射した光束がその画素の近傍の画素に入り込むことで発生する。

カメラ１では、撮像光学系３１を通過した光がカメラボディ２の筐体内や撮像素子２２のマイクロレンズ４４で反射されること等に起因して、異常光（ゴースト光）が生じる。このため、各画素のマイクロレンズ４４には、入射角が大きな光（例えば入射角が４０°〜６０°の光）が入射する場合がある。ゴースト光が生じると、撮像画素１２および焦点検出画素１１、１３には、それぞれが有するマイクロレンズ４４の光軸に対して傾いた光が入射する。この場合、撮像素子２２においては、画素のマイクロレンズ４４およびカラーフィルタを透過した光の一部が、クロストーク光として、その画素の周辺画素の光電変換部４２に漏れる場合が生じる。なお、以下の説明では、マイクロレンズ４４に対する入射角の大きな入射光の代表としてゴースト光に起因するクロストーク光の影響を説明するが、ゴースト光に関する説明は、入射角の大きい種々の入射光に起因するクロストーク光の影響に当てはまるものである。

先ず、撮像画素１２の間のクロストーク光、具体的にはＢ画素からＧ画素へのクロストーク光の影響を説明する。図５（ｂ）において、破線７１は、撮像画素（Ｂ画素）１２のカラーフィルタ５１を透過して、その隣の撮像画素（Ｇ画素）１２の光電変換部４２に入射するゴースト光を模式的に表している。ゴースト光は、撮像画素（Ｂ画素）１２マイクロレンズ４４の光軸に対して斜めに撮像画素（Ｂ画素）１２に入射する。ゴースト光は、撮像画素（Ｂ画素）１２のマイクロレンズ４４およびカラーフィルタ５１を透過して、その隣の撮像画素（Ｇ画素）１２の光電変換部４２に入射する。この斜めに入射するゴースト光７１の一部は、Ｂ画素１２のＢのカラーフィルタ５１を透過する。Ｂのカラーフィルタ５１を透過したＢの波長域の光が、画素間遮光部４７によって遮られることなく、隣接するＧ画素１２に入射する。このため、画素群４０２においては、Ｇ画素１２の光電変換部４２は、そのＧ画素１２のＧのカラーフィルタ５１を透過した光を光電変換して生成される電荷に加えて、隣接するＢ画素１２のＢのカラーフィルタ５１を透過した光を光電変換して生成される電荷を生成することになる。この結果、画素群４０２のＧ画素１２では、Ｂの波長域の光による信号成分が混入する。

次に、焦点検出画素１１から撮像画素１２へのクロストーク光の影響を説明する。図５（ａ）のゴースト光は、焦点検出画素１１のマイクロレンズ４４の光軸に対して斜めに焦点検出画素１１に入射する。ゴースト光は、焦点検出画素１１のマイクロレンズ４４およびカラーフィルタ５１を透過して、その隣の撮像画素（Ｇ画素）１２の光電変換部４２に入射する。図５（ａ）のゴースト光７１の一部は、焦点検出画素１１のＢのカラーフィルタ５２を透過する。Ｂのカラーフィルタ５２を透過したＢの波長域の光が、画素間遮光部４７によって遮られることなく、隣接するＧ画素１２に入射する。なお、焦点検出画素１１のＷのカラーフィルタ５１を透過したゴースト光７１は、画素間遮光部４７によって遮られて、隣接するＧ画素１２には入射しない。これにより、図５（ａ）の画素群４０３のＧ画素１２には、隣接する焦点検出画素１１のカラーフィルタ５２を透過したＢの波長域のクロストーク光が入射する。

詳細は後述するが、焦点検出画素１１、１３にカラーフィルタ５２がないと、焦点検出画素１１、１３から隣の撮像画素１２へ漏れる光の波長域と、撮像画素１２から隣の撮像画素１２へ漏れる光の波長域とが異なることになる。このため、隣に焦点検出画素１１がある撮像画素（Ｇ画素）１２と、隣に撮像画素（Ｂ画素）１２がある撮像画素（Ｇ画素）１２との出力に差異が生じてしまう。したがって、カラーフィルタ５２がない場合には、撮像画素１２からの撮像信号を用いて生成される画像の画質が悪くなる。

これに対して、本実施の形態では、焦点検出画素１１に隣接する撮像画素（Ｇ画素）１２と、Ｂ画素に隣接する撮像画素（Ｇ画素）１２とは共に、ゴースト光等に起因するＢの波長域のクロストーク光が入射する。従って、焦点検出画素１１に隣接する撮像画素（Ｇ画素）１２と、この焦点検出画素１１の近傍に位置するＢ画素に隣接する撮像画素（Ｇ画素）１２とは、互いに略同一のＢの波長域のクロストーク光の影響を受けるので、両方の撮像画素（Ｇ画素）１２の出力に殆ど差異が生じない。よって、両方の撮像画素（Ｇ画素）１２からの撮像信号に基づく画像に違和感が生じることがない。

このように、本実施の形態では、焦点検出画素１１、１３が配置されない画素群４０２と、焦点検出画素１１、１３が配置される画素群４０３とで、撮像画素１２に漏れる光の波長域が等しくなるように、クロストーク光制限用のカラーフィルタ５２が配置される。

カラーフィルタ５２の厚さ（図５（ａ）のＺ軸方向のカラーフィルタ５２の高さ）ｈは、画素群４０２の撮像画素１２のＢのカラーフィルタ５１と略同一の厚さにされる。例えば、焦点検出画素１１、１３のカラーフィルタ５１の厚さと撮像画素１２のカラーフィルタ５１の厚さとが異なっていた場合には、カラーフィルタ５２の厚さは、撮像画素１２のカラーフィルタ５１と略同一の厚さにされる。さらに、カラーフィルタ５２は、撮像画素１２のＢのカラーフィルタと同じ材料によって形成される。これにより、焦点検出画素１１、１３が配置されない画素群４０２と、焦点検出画素１１、１３が配置される画素群４０３とで、撮像画素１２に漏れる光の波長域及び光量を略同一にすることができる。なお、カラーフィルタ５２を構成する材料は、Ｂのカラーフィルタと同じ材料に限られるものでなく、撮像画素１２に配置されるカラーフィルタを透過する光の波長の少なくとも一部の波長の光を透過する分光特性を有する材料であればよい。

なお、撮像画素１２に配置されるカラーフィルタ５１及び焦点検出画素１１、１３に配置されるカラーフィルタ５１、５１の全てのカラーフィルタの厚みは、略同一であることが好適である。これにより、焦点検出画素１１、１３の隣の撮像画素１２と撮像画素１２の隣の撮像画素１２とで、撮像画素１２に漏れる光の波長域及び光量の差異を、より低減することができる

なお、焦点検出画素１１、１３のカラーフィルタ５２は、特定の波長域（上述の例ではＢの波長域）以外の光を透過させないようにするため、所定の幅をもって形成される。この場合、焦点検出画素１１、１３のＷのカラーフィルタ５１の幅がその分小さくなり、焦点検出画素１１、１３の光電変換部４２の受光量が低下する。このため、図５（ａ）に示すように画素ピッチ（画素の間隔）をＬとすると、カラーフィルタ５２の幅（Ｘ軸方向の幅）Ｗは、Ｗ／Ｌ＝５％〜２０％となるように設定されることが望ましい。このようにカラーフィルタ５２の幅Ｗが設定されることで、焦点検出用画素１１、１３の受光量を確保しつつ、焦点検出画素１１、１３の隣接画素と撮像画素１２の隣接画素とでそれらの画素に漏れる光の光量の差異を低減することができる。

なお、焦点検出画素１１、１３が配置される位置に応じてゴースト光等の入射角が異なるため、撮像素子２２に配置される複数の焦点検出画素１１、１３には、それぞれ異なる幅のカラーフィルタ５２を配置してもよい。例えば、光が入射する方向と交差する方向（Ｘ軸方向）におけるカラーフィルタ５２の幅は、撮像素子２２の中心（画素領域１００の中央）から離れるほど大きくなるようにしてもよい。

以下では、焦点検出画素１１、１３から隣接する撮像画素１２へ漏れ込む光の波長域と、撮像画素１２から隣接する撮像画素１２へ漏れ込む光の波長域との差異が低減されることを、比較例と対比して説明する。比較例は、図５（ａ）の焦点検出画素１１がクロストーク光制限用のカラーフィルタ５２を有しない場合、即ちＢのカラーフィルタ５２の位置にもＷのカラーフィルタ５１が配置される場合である。この場合、焦点検出画素１１のマイクロレンズ４４に入射するゴースト光の一部は、Ｗのカラーフィルタ５１を透過して、その隣のＧ画素１２の光電変換部４２に入射する。Ｗのカラーフィルタ５１は、Ｒ、Ｇ、及びＢの波長域の光を透過する分光特性を有するため、画素群４０３のＧ画素１２の光電変換部４２に入射する光には、Ｂ以外の波長域の光も含まれる。

一方、焦点検出画素１１、１３が配置されない画素群４０２のＧ画素１２においては、上述したように、隣接するＢ画素１２からＢの波長域の光が入射する。このため、比較例の場合は、焦点検出画素１１、１３から隣接する撮像画素１２へ漏れる光の波長域と、撮像画素１２から隣接する撮像画素１２へ漏れる光の波長域とが異なることになる。また、比較例の場合は、Ｂ以外の波長域の光も撮像画素１２に漏れるため、ゴースト光等による焦点検出画素１１、１３から隣接する撮像画素１２への光の光量は、撮像画素１２から隣接する撮像画素１２への光の光量よりも多くなる。この結果、撮像画素１２からの撮像信号を用いて生成される画像に不自然な色づきが生じることになる。

これに対して、本実施の形態による焦点検出画素１１、１３では、上述したようにクロストーク光制限用のカラーフィルタ５２としてＢのカラーフィルタを設けることで、Ｂ以外の波長域の光が隣接する撮像画素１２に漏れることを抑制することができる。このため、ゴースト光等による焦点検出用画素１１、１３から近傍の撮像画素１２へ漏れる光の波長域及び光量と、撮像画素１２から近郷の撮像画素１２へ漏れる光の波長域及び光量との差異を低減することができる。この結果、撮像信号を用いて生成される画像に色づきが生じることを防ぐことができる。

図６は、第１の実施の形態に係る撮像素子２２の右端領域１０３の画素の構成例を示す図である。図６（ａ）は、画素群４０３のうち焦点検出画素１１と、その焦点検出画素１１に隣接して配置されるＧの撮像画素１２を示している。図６（ｂ）は、画素群４０２のうちＢの撮像画素１２と、そのＢの撮像画素１２に隣接して配置されるＧの撮像画素１２を示している。右端領域１０３の焦点検出画素１１及び撮像画素１２の各々のマイクロレンズ４４は、画素領域１００の中央側（Ｘ軸マイナス方向側）にずらして配置される。これにより、カメラ１の撮像光学系３１を介して光電変換部４２に入射する光量を多くすることができる。また、焦点検出画素１１では、カラーフィルタ５１の四方を囲むようにカラーフィルタ５２が配置される。

図６（ｂ）の画素群４０２においては、破線７１で示すゴースト光は、Ｂ画素１２のマイクロレンズ４４およびＢのカラーフィルタ５１を透過して、Ｇ画素１２の光電変換部４２に入射する。このため、焦点検出画素１１、１３が配置されない画素群４０２に配置されるＧ画素１２では、隣接するＢ画素１２からＢの波長域の光が入射する。一方、図６（ａ）の焦点検出画素１１、１３が配置される画素群４０３においては、破線７１で示すゴースト光は、焦点検出画素１１のマイクロレンズ４４およびカラーフィルタ５２（Ｂのカラーフィルタ）を透過して、Ｇ画素１２の光電変換部４２に入射する。このように、右端領域１０３においても、焦点検出画素１１に隣接する撮像画素１２と、この焦点検出画素１１の近傍に位置するＢ画素に隣接する撮像画素１２とは、互いに略同一のＢの波長域のクロストーク光の影響を受ける。このため、これらの撮像画素１２の撮像信号を用いて生成される画像に違和感が生じることを防ぐことができる。

図７は、第１の実施の形態に係る撮像素子２２の中央領域１０１の画素の構成例を示す図である。図７（ａ）では、画素群４０３のうち焦点検出画素（Ｗ画素）１１と、その焦点検出画素１１に隣接して配置されるＧの撮像画素１２を示している。図７（ｂ）では、画素群４０２のうちＢの撮像画素１２と、その撮像画素１２に隣接して配置されるＧの撮像画素１２を示している。中央領域１０１に配置される焦点検出画素１１においても、カラーフィルタ５１の四方を囲むようにカラーフィルタ５２が配置される。

中央領域１０１においても、マイクロレンズ４４で反射した光等による斜め入射光が生じる。そこで、中央領域１０１の焦点検出画素１１、１３では、カラーフィルタ５１の四方を囲むようにカラーフィルタ５２が配置される。これにより、中央領域１０１においても、焦点検出画素１１に隣接する撮像画素１２と、この焦点検出画素１１の近傍に位置するＢ画素に隣接する撮像画素１２とは、互いに略同一のＢの波長域のクロストーク光の影響を受ける。このため、これらの撮像画素１２の撮像信号を用いて生成される画像に違和感が生じることを防ぐことができる。

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）撮像素子２２は、第１の分光特性を有する第１のフィルタ（例えばＧのカラーフィルタ）を有し、第１のフィルタを透過した光を光電変換して生成された電荷に基づく信号を出力する第１の画素（撮像画素）と、第１の画素と隣に配置された、第２の分光特性を有する第２のフィルタ（例えばＢのカラーフィルタ）を有し、第２のフィルタを透過した光を光電変換して生成された電荷に基づく信号を出力する第２の画素（撮像画素）と、第３の分光特性を有する第３のフィルタ（例えばＷのカラーフィルタ）を有し、隣に配置された第１の画素の第１のフィルタと第３のフィルタとの間に、第２のフィルタを透過する光の波長の少なくとも一部の波長の光を透過する第４の分光特性を有する第４のフィルタ（例えばＢのカラーフィルタ）を有し、第３のフィルタを透過した光を光電変換して生成された電荷に基づく、焦点検出を行うための信号を出力する第３の画素（焦点検出画素）と、を備える。このようにしたので、焦点検出画素の隣に配置された撮像画素と、この焦点検出画素の近傍に位置する撮像画素の隣に配置された撮像画素とは、互いに略同一の波長域のクロストーク光の影響を受ける。このため、両方の撮像画素からの画素信号に、クロストーク光に起因する差異が生じることを抑制することができる。この結果、撮像画素からの撮像信号に基づく画像に色づきが生じて、画質が低下することを防ぐことができる。

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）
上述した実施の形態では、焦点検出画素１１、１３には、Ｗのカラーフィルタ５１を囲むようにクロストーク光制限用のカラーフィルタ５２が配置される例について説明したが、これに限定されず、必要な方向にのみクロストーク光制限用のカラーフィルタ５２を配置するようにしてもよい。焦点検出画素１１、１３には、図８（ａ）に示すように、行方向（水平方向）にのみクロストーク光制限用のカラーフィルタ５２を配置してもよい。例えば、焦点検出画素１１、１３から上下の撮像画素１２へのクロストーク光よりも、焦点検出画素１１、１３から左右の撮像画素１２へのクロストーク光が多い場合には、図８（ａ）に示すようにカラーフィルタ５２を配置する。

また、図８（ｂ）に示すように、焦点検出画素１１、１３の右側（Ｘ軸プラス方向側）のみにクロストーク光制限用のカラーフィルタ５２を配置してもよい。例えば、上述した左端領域１０２の焦点検出画素１１、１３においては、カメラボディ２の筐体からのゴースト光等は、図５（ａ）に示したようにＸ軸マイナス側から斜めに入射するため、焦点検出画素１１、１３の右側（Ｘ軸プラス方向側）のみにカラーフィルタ５２を配置してもよい。これにより、Ｘ軸マイナス側から斜めに光が入射した場合に、焦点検出画素１１、１３から右の撮像画素１２へのクロストーク光の波長域を制限することができる。

さらに、図８（ｃ）に示すように、焦点検出画素１１、１３の左側（Ｘ軸マイナス方向側）のみにクロストーク光制限用のカラーフィルタ５２を配置してもよい。例えば、上述した右端領域１０３の焦点検出画素１１、１３においては、カメラボディ２の筐体からのゴースト光等は、図６（ａ）に示したようにＸ軸プラス側から斜めに入射するため、焦点検出画素１１、１３の左側（Ｘ軸マイナス方向側）のみにクロストーク光制限用のカラーフィルタ５２を配置してもよい。これにより、Ｘ軸プラス側から斜めに光が入射した場合に、焦点検出画素１１、１３から左の撮像画素１２へのクロストーク光を制限することができる。

図８（ｄ）に示すように、列方向（垂直方向）にのみクロストーク光制限用のカラーフィルタ５２を配置してもよい。例えば、焦点検出画素１１、１３から左右の撮像画素１２へのクロストーク光よりも、焦点検出画素１１、１３から上下の撮像画素１２へのクロストーク光が多い場合には、図８（ｄ）に示すようにクロストーク光制限用のカラーフィルタ５２を配置する。なお、焦点検出画素１１、１３の上側（Ｙ軸マイナス方向側）のみにクロストーク光制限用のカラーフィルタ５２を配置してもよいし、焦点検出画素１１、１３の下側（Ｙ軸プラス方向側）のみにクロストーク光制限用のカラーフィルタ５２を配置してもよい。

（変形例２）
図９は、変形例２に係る撮像素子の画素の構成例を説明するための図である。図９（ａ）に示すクロストーク光制限用のカラーフィルタ５２は、その外側の縁部が焦点検出画素１１、１３と撮像画素１２との境界８０に接するように、焦点検出画素１１、１３内に配置される。即ち、図９（ａ）に示すクロストーク光制限用のカラーフィルタ５２は、その全体が焦点検出画素１１、１３の領域内に配置される。このようにクロストーク光制限用のカラーフィルタ５２を焦点検出画素の領域内に設けることによって、クロストーク光制限用のカラーフィルタ５２は、隣接する撮像画素１２への入射光を遮ることはない。

図９（ｂ）では、クロストーク光制限用のカラーフィルタ５２は、その内側の縁部が焦点検出画素１１、１３と撮像画素１２との境界８０に接するように、焦点検出画素１１、１３の周囲の撮像画素１２内に配置されている。即ち、クロストーク光制限用のカラーフィルタ５２は、焦点検出画素１１、１３の領域には存在せず、全て撮像画素１２内に配置されている。従って、クロストーク光制限用のカラーフィルタ５２は、焦点検出画素１１、１３に入射する入射光を遮ることはない。

図９（ｃ）に示すクロストーク光制限用のカラーフィルタ５２は、焦点検出画素１１、１３と撮像画素１２との境界８０上に配置され、即ち、境界８０に跨がって配置される。換言すると、クロストーク光制限用のカラーフィルタ５２は、その一部が焦点検出画素１１、１３の領域に設けられ、その残部が撮像画素１２の領域に設けられている。

（変形例３）
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４）
上述した実施の形態では、焦点検出画素１１、１３には、Ｗのカラーフィルタ５１を配置する例について説明したが、これに限定されない。例えば、焦点検出画素１１、１３には、カラーフィルタ５１として、Ｇのカラーフィルタを透過する光の少なくとも一部の波長の光とＢのカラーフィルタを透過する光の少なくとも一部の波長の光とが透過する分光特性を有するフィルタを配置してもよい。また、焦点検出画素１１、１３には、カラーフィルタ５１として、Ｇの波長域の光とＢの波長域の光とを透過するカラーフィルタを配置してもよい。Ｇのカラーフィルタや、Ｃｙ（シアン）のカラーフィルタを配置してもよい。

（変形例５）
上述した実施の形態では、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６）
上述した実施の形態では、１画素に１つの光電変換部を配置する例について説明したが、画素の構成はこれに限らない。画素の構成を、１画素あたり２つ以上の光電変換部を有する構成にしてもよい。

（変形例７）
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、２１…ボディ制御部、２１ａ…画像データ生成部、２１ｂ…焦点検出部、２２…撮像素子、３１…撮像光学系、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、５２…カラーフィルタ

Claims (13)

1. 第１の分光特性を有する第１のフィルタを有し、前記第１のフィルタを透過した光を光電変換して生成された電荷に基づく信号を出力する第１の画素と、
   第２の分光特性を有する第２のフィルタを有し、前記第２のフィルタを透過した光を光電変換して生成された電荷に基づく信号を出力する第２の画素と、
   第３の分光特性を有する第３のフィルタと、隣に配置された前記第１の画素の前記第１のフィルタと前記第３のフィルタとの間に第２のフィルタを透過する光の波長の少なくとも一部の波長の光を透過する第４の分光特性を有する第４のフィルタとを有し、前記第３のフィルタを透過した光を光電変換して生成された電荷に基づく、焦点検出を行うための信号を出力する第３の画素と、
   を備え、
   前記第１の画素と前記第２の画素とが隣り合う画素列と、前記第１の画素と前記第３の画素とが隣り合う画素列とを有する撮像素子。
2. 請求項１に記載の撮像素子において、
   前記第４のフィルタは、前記第２の分光特性を有する撮像素子。
3. 請求項１または請求項２に記載の撮像素子において、
   前記第１の画素は、前記第１のフィルタおよび前記第４のフィルタの少なくとも一方を透過した光を光電変換して生成された電荷に基づく信号を出力する撮像素子。
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の画素と前記第３の画素とは、それぞれマイクロレンズを有し、
   前記第１の画素は、前記第３の画素のマイクロレンズを透過して、前記第１の画素のマイクロレンズの光軸に対して斜めに入射した光を光電変換して生成された電荷に基づく信号を出力する撮像素子。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
   前記第２のフィルタは、光が入射する第１の方向に第１の幅を有し、
   前記第４のフィルタは、前記第１の方向に前記第１の幅と略同一の幅を有する撮像素子。
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、
   光が入射する方向と交差する第２の方向における前記第４のフィルタの幅をＷ、前記第３の画素と前記第３の画素と隣り合う前記第１の画素との間隔をＬとすると、Ｗ／Ｌ＝５％〜２０％が成り立つ撮像素子。
7. 請求項６に記載の撮像素子において、
   複数の前記第３の画素を有し、
   複数の前記第３の画素がそれぞれ有する、前記第２の方向における前記第４のフィルタの幅は異なる撮像素子。
8. 請求項７に記載の撮像素子において、
   前記第２の方向における前記第４のフィルタの幅は、前記撮像素子の中心から離れるほど大きくなる撮像素子。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
   前記第３の画素は、４つの前記第１の画素に囲まれ、４つの前記第１の画素の前記第１のフィルタと前記第３のフィルタとの間に前記第４のフィルタを有する撮像素子。
10. 請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
    前記第３のフィルタは、前記第１のフィルタを透過する光の少なくとも一部の波長の光と、前記第２のフィルタを透過する光の少なくとも一部の波長の光とが透過する前記第３の分光特性を有する撮像素子。
11. 請求項１から請求項１０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のフィルタは、第１の波長を有する光を透過し、
    前記第２のフィルタは、前記第１の波長よりも短い第２の波長を有する光を透過し、
    前記第３のフィルタは、前記第１の波長の光と前記第２の波長の光とを透過する前記第３の分光特性を有する撮像素子。
12. 請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
    前記第３のフィルタは、前記第１の分光特性を有する撮像素子。
13. 請求項１から請求項１２までのいずれか一項に記載の撮像素子と、
    フォーカスレンズを有する光学系による像を撮像する前記撮像素子の前記第１の画素から出力される信号と前記第２の画素から出力される信号とに基づいて画像データを生成する画像生成部と、
    前記撮像素子の前記第３の画素から出力される信号に基づいて、前記光学系による像が前記撮像素子に合焦するよう前記フォーカスレンズの位置を制御する制御部と、
    を備える撮像装置。
    

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