特許 7643485 撮像素子、及び撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-03

(45)【発行日】2025-03-11

(54)【発明の名称】撮像素子、及び撮像装置

(51)【国際特許分類】

   H10F 39/12 20250101AFI20250304BHJP

   H10F 39/18 20250101ALI20250304BHJP

   H04N 25/702 20230101ALI20250304BHJP

   H04N 25/703 20230101ALI20250304BHJP

   H04N 25/704 20230101ALI20250304BHJP

   H04N 25/70 20230101ALI20250304BHJP

【ＦＩ】

H10F39/12 D

H10F39/18 E

H04N25/702

H04N25/703

H04N25/704

H04N25/70

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2023078342

(22)【出願日】2023-05-11

(62)【分割の表示】P 2018248623の分割

【原出願日】2018-12-28

(65)【公開番号】P2023099614

(43)【公開日】2023-07-13

【審査請求日】2023-05-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000004112

【氏名又は名称】株式会社ニコン

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(74)【代理人】

【識別番号】100175824

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 淳一

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 智

(72)【発明者】

【氏名】中山 史人

【審査官】柴山 将隆

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１０９７７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０６７９４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１３０７２５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－０５１７４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２１６８２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０８２３１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ１０Ｆ ３９／１２

Ｈ１０Ｆ ３９／１８

Ｈ０４Ｎ ２５／７０２

Ｈ０４Ｎ ２５／７０３

Ｈ０４Ｎ ２５／７０４

Ｈ０４Ｎ ２５／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の方向に向かう第１の光と第２の方向に向かう第２の光とを透過する第１マイクロレンズと、
前記第１の方向に向かう第３の光と前記第２の方向に向かう第４の光とを透過する第２マイクロレンズと、
前記第１マイクロレンズを透過した前記第１の光を電荷に変換する第１光電変換部と、
前記第２マイクロレンズを透過した前記第４の光を電荷に変換する第２光電変換部と、
前記第１光電変換部で変換された電荷に基づく信号を出力するための第１電極と、
前記第２光電変換部で変換された電荷に基づく信号を出力するための第２電極と、
前記第１マイクロレンズを透過した前記第２の光を遮る遮光部であって、前記第１マイクロレンズと前記第１電極との間に設けられる有機材料の第１遮光部と、
前記第２マイクロレンズを透過した前記第３の光を遮る遮光部であって、前記第２マイクロレンズと前記第２電極との間に設けられる有機材料の第２遮光部と
を備える撮像素子。

【請求項2】

請求項１に記載の撮像素子において、
前記第１マイクロレンズは、光学系の第１領域を透過した前記第１の光と、前記第１領域とは異なる第２領域を透過した前記第２の光とを透過し、
前記第２マイクロレンズは、前記第１領域を透過した前記第３の光と、前記第２領域を透過した前記第４の光とを透過する撮像素子。

【請求項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光電変換部は、前記第１マイクロレンズを透過した前記第１の光と、前記第１マイクロレンズと前記第１遮光部とを透過した光と、を電荷に変換し、
前記第２光電変換部は、前記第２マイクロレンズを透過した前記第４の光と、前記第２マイクロレンズと前記第２遮光部とを透過した光と、を電荷に変換する撮像素子。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第１マイクロレンズを透過した光が入射する方向と交差する方向において、前記第１遮光部の長さは、前記第１光電変換部側よりも前記第１マイクロレンズ側の方が短く、
前記第２マイクロレンズを透過した光が入射する方向と交差する方向において、前記第２遮光部の長さは、前記第２光電変換部側よりも前記第２マイクロレンズ側の方が短い撮像素子。

【請求項5】

請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第１マイクロレンズを透過した光が入射する方向と交差する方向において、前記第１遮光部の面積は、前記第１光電変換部側よりも前記第１マイクロレンズ側の方が小さく、
前記第２マイクロレンズを透過した光が入射する方向と交差する方向において、前記第２遮光部の面積は、前記第２光電変換部側よりも前記第２マイクロレンズ側の方が小さい撮像素子。

【請求項6】

請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第１マイクロレンズを透過した光が入射する方向と交差する方向において、前記第１遮光部の長さは、前記第１光電変換部側よりも前記第１マイクロレンズ側の方が長く、
前記第２マイクロレンズを透過した光が入射する方向と交差する方向において、前記第２遮光部の長さは、前記第２光電変換部側よりも前記第２マイクロレンズ側の方が長い撮像素子。

【請求項7】

請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第１マイクロレンズを透過した光が入射する方向と交差する方向において、前記第１遮光部の面積は、前記第１光電変換部側よりも前記第１マイクロレンズ側の方が大きく、
前記第２マイクロレンズを透過した光が入射する方向と交差する方向において、前記第２遮光部の面積は、前記第２光電変換部側よりも前記第２マイクロレンズ側の方が大きい撮像素子。

【請求項8】

請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第１遮光部と、前記第１光電変換部との間に設けられる平坦化層または保護層を備え、
前記第１光電変換部は、第１分光特性を有する第１フィルタを透過した前記第１の光を電荷に変換し、
前記第２光電変換部は、前記第１分光特性を有する第２フィルタを透過した前記第４の光を電荷に変換し、
前記第２光電変換部は、行方向において前記第１光電変換部と並んで配置される撮像素子。

【請求項9】

請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第２遮光部と、前記第２光電変換部との間に設けられる平坦化層または保護層を備える撮像素子。

【請求項10】

請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第１遮光部は、前記第２の光を吸収し、
前記第２遮光部は、前記第３の光を吸収する撮像素子。

【請求項11】

請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第１遮光部は、黒フィルタであり、
前記第２遮光部は、黒フィルタである撮像素子。

【請求項12】

請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第１光電変換部は、有機材料の光電変換部であり、
前記第２光電変換部は、有機材料の光電変換部である撮像素子。

【請求項13】

請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第１光電変換部で変換された電荷に基づく信号を出力するための第３電極と、
前記第２光電変換部で変換された電荷に基づく信号を出力するための第４電極と
を備え、
前記第１光電変換部は、前記第１電極と前記第３電極の間に設けられ、
前記第２光電変換部は、前記第２電極と前記第４電極の間に設けられる撮像素子。

【請求項14】

請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第１光電変換部で変換された電荷に基づく信号であって、焦点検出に用いられる第１信号を出力する第１出力部と、
前記第２光電変換部で変換された電荷に基づく信号であって、焦点検出に用いられる第２信号を出力する第２出力部とを備える撮像素子。

【請求項15】

請求項１４に記載の撮像素子と、
前記第１信号と前記第２信号とに基づいて、光学系の焦点検出を行う検出部とを備える撮像装置。

【請求項16】

請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の撮像素子を備える撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、撮像素子、及び撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

金属材料からなる遮光層が形成された撮像装置が知られている（特許文献１）。従来から焦点検出精度の向上が求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－５１７４６号公報

【発明の概要】

【0004】

発明の第１の態様によると、撮像素子は、第１の方向に向かう第１の光と第２の方向に向かう第２の光とを透過する第１マイクロレンズと、前記第１の方向に向かう第３の光と前記第２の方向に向かう第４の光とを透過する第２マイクロレンズと、前記第１マイクロレンズを透過した前記第１の光を電荷に変換する第１光電変換部と、前記第２マイクロレンズを透過した前記第４の光を電荷に変換する第２光電変換部と、前記第１光電変換部で変換された電荷に基づく信号を出力するための第１電極と、前記第２光電変換部で変換された電荷に基づく信号を出力するための第２電極と、前記第１マイクロレンズを透過した前記第２の光を遮る遮光部であって、前記第１マイクロレンズと前記第１電極との間に設けられる有機材料の第１遮光部と、前記第２マイクロレンズを透過した前記第３の光を遮る遮光部であって、前記第２マイクロレンズと前記第２電極との間に設けられる有機材料の第２遮光部とを備える。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】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。

【図2】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。

【図3】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。

【図4】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。

【図5】変形例２に係る撮像素子の画素の構成例を示す図である。

【図6】変形例２に係る撮像素子のＡＦ画素の特性を説明するための図である。

【図7】変形例２に係る撮像素子の画素の構成例を示す図である。

【図8】変形例２に係る撮像素子の画素の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

（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とにより構成される。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に設けられた端子とレンズ側接続部３０２に設けられた端子とが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。

【0007】

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。

【0008】

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、またはマイクロレンズが配置される面である。

【0009】

レンズ制御部３２は、ＣＰＵやＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等のプロセッサ、及びＲＯＭやＲＡＭ等のメモリにより構成され、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や移動量などを示す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Ｌ１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。

【0010】

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や至近位置に関するデータや、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や、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。

【0011】

次に、カメラボディ２の構成について説明する。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イメージセンサやＣＣＤイメージセンサである。撮像素子２２は、撮影光学系３１により形成される被写体像を撮像する。撮像素子２２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。撮像素子２２は、受光した光を光電変換部で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。

【0012】

撮像素子２２は、後述するように、画像生成に用いる信号を出力する撮像画素と、焦点検出に用いる信号を出力するＡＦ画素（焦点検出画素）とを有する。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。

【0013】

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、画像データや制御プログラム等が記録される。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、シャッター速度や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。

【0014】

ボディ制御部２１は、ＣＰＵやＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等のプロセッサ、及びＲＯＭやＲＡＭ等のメモリにより構成され、制御プログラムに基づきカメラ１の各部を制御する。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。なお、画像データ生成部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してもよい。画像処理には、階調変換処理や色補間処理等の画像処理が含まれる。

【0015】

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。

【0016】

焦点検出部２１ｂは、撮影光学系３１の射出瞳の第１の瞳領域を通過した第１の光束による像を撮像して生成した信号と第２の瞳領域を通過した第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。

【0017】

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。
以下では、本実施の形態による撮像素子２２の構成について説明する。特に、図２～図３を用いて、吸収部４３の働きを説明する。

【0018】

撮像素子２２の概要を説明すると以下の通りである。
図２を参照すると、撮像素子２２は、複数の第１画素１１および複数の第２画素１３を有する。第１画素１１と第２画素１３は、ＡＦ用画素である。第１画素１１と第２画素１３が一対となって焦点調節状態を示す信号を生成する。
図３を参照すると、第１画素１１は、光学系を透過した第１の光６１及び第２の光６２が入射する第１のマイクロレンズ４４と、光を光電変換して電荷を生成する第１の光電変換部４２と、第１のマイクロレンズ４４と第１の光電変換部４２との間に配置された第１の吸収部４３とを有する。第１の吸収部４３は、第１のマイクロレンズ４４を透過した第２の光６２の一部を吸収する。第２画素１３は、光学系を透過した第１の光６１及び第２の光６２が入射する第２のマイクロレンズ４４と、光を光電変換して電荷を生成する第２の光電変換部４２と、第２のマイクロレンズ４１と第２の光電変換部４２との間に第２の吸収部４３を有する。第２の吸収部４３は、第２のマイクロレンズ４１を透過した第１の光６１の一部を吸収する。

【0019】

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、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。

【0020】

撮像素子２２は、複数の撮像画素１２とＡＦ画素１１、１３とを有する。撮像画素１２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１２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１２ｒと、Ｇ画素１２ｇと、Ｂ画素１２ｂとは、ベイヤー配列に従って配置されている。

【0021】

ＡＦ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。ＡＦ画素１１及びＡＦ画素１３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１１とＡＦ画素１３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）または第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１１とＡＦ画素１３は、入射した光のうち第１及び第２及び第３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１１及びＡＦ画素１３には、カラーフィルタ５１を配置しなくてもよい。

【0022】

本実施の形態に係るＡＦ画素１１、１３には、入射した光を吸収する吸収部４３が設けられる。ＡＦ画素１１とＡＦ画素１３とは、その吸収部４３の位置が異なる。ＡＦ画素１１及びＡＦ画素１３の各々の吸収部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４２に入射するように配置される。後述するが、ＡＦ画素１１、１３の各々の吸収部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６１、６２の一部を吸収する。ＡＦ画素１１、１３の各々の光電変換部４２は、マイクロレンズ４４及びカラーフィルタ５１を透過した光のうち、吸収部４３で吸収されなかった光を光電変換する。

【0023】

撮像素子２２は、図２に示すように、Ｒ画素１２ｒとＧ画素１２ｇとが±Ｘ方向、即ち行方向に交互に配置された第１の画素群４０１と、Ｇ画素１２ｇとＢ画素１２ｂとが行方向に交互に配置された第２の画素群４０２とを有する。また、撮像素子２２は、Ｇ画素１２ｇとＡＦ画素１１、１３とが行方向に配置された第３の画素群４０３を有する。図２に示す例では、ＡＦ画素１１とＡＦ画素１３とは、両者の間にＧ画素１２ｇを挟んで、交互に配置されている。

【0024】

第３の画素群４０３は、ＡＦ画素１１、１３の両方を有していなくてもよい。第２の画素群４０２がＧ画素１２ｇ及びＡＦ画素１１を有し、第３の画素群４０３がＧ画素１２ｇ及びＡＦ画素１３を有していてもよい。また、第３の画素群４０３は、第２の画素群４０２のＢ画素１２ｂが配置される複数の列にＡＦ画素１１、１３を有しているが、第２の画素群４０２のＢ画素１２ｂが配置される複数の列の一部にＡＦ画素１１、１３を有していてもよい。図３の２つの画素１１のいずれか一方、また、２つの画素１３のいずれか一方を省略してもよい。第３の画素群４０３は、ＡＦ画素１１、１３の少なくとも一方とＧ画素１２ｇとＢ画素１２ｂとを有していてもよい。

【0025】

図３は、第１の実施の形態に係る撮像素子２２の撮像画素及びＡＦ画素の構成例を示す図である。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ＡＦ画素１１と、１つのＡＦ画素１３とを示している。上述したように、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。

【0026】

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、酸化膜や窒化膜などで構成される。

【0027】

ＡＦ画素１１、撮像画素１２、及びＡＦ画素１３には、それぞれ、マイクロレンズ４４と、第１の平坦化層８１と、カラーフィルタ５１と、第２の平坦化層８２と、保護層８３と、第１の電極４５ａと、光電変換部４２と、第２の電極４５ｂと、配線５３を介して第２の電極４５ｂに接続された蓄積部５４とが設けられる。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。図３に示す例では、ＡＦ画素１１、１３と撮像画素１２には、それぞれ、Ｇのカラーフィルタ５１が配置されている。図３は、図２の画素群４０３の±Ｘ方向に延びる切断線で切断した縦断面図である。

【0028】

第１の平坦化層（平坦化膜）８１は、樹脂等の有機材料により構成され、マイクロレンズ４４とカラーフィルタ５１との間に設けられる。第２の平坦化層（平坦化膜）８２は、樹脂等の有機材料により構成され、カラーフィルタ５１と光電変換部４２との間に設けられる。また、第２の平坦化層８２の一部は、カラーフィルタ５１と吸収部４３との間に設けられ、第２の平坦化層８２の他の一部は、吸収部４３と第１の電極４５ａとの間に設けられる。保護層（保護膜）８３は、例えば有機材料により構成され、吸収部４３と光電変換部４２との間に設けられる。保護層８３は、第１の電極４５ａや光電変換部４２を保護する。なお、光が入射する方向において、吸収部４３は、第２の平坦化層８２の上に設けられてもよいし、第２の平坦化層８２の下に設けられてもよい。吸収部４３は、保護層８３の上に設けられてもよいし、保護層８３の下に設けられてもよい。また、吸収部４３は、保護層８３内に設けられてもよい。吸収部４３は、第２の平坦化層８２や保護層８３と同一部材であってもよい。

【0029】

光電変換部４２は、有機材料からなる光電変換膜によって構成される。光電変換部４２は、入射した光を電荷に変換する。第１の電極４５ａは、透明な電極であり、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、酸化チタン、酸化亜鉛などにより形成される。第２の電極４５ｂは、アルミニウムやタングステン等の金属材料により構成される。

【0030】

第１の電極４５ａは、図３に示すように、複数の画素の光電変換部４２に共通の電極であり、光電変換部４２の一方の面側に配置される。第２の電極４５ｂは、画素毎に、光電変換部４２の他方の面側に配置される。このように、第１の電極４５ａ及び第２の電極４５ｂは、光電変換部４２を挟んで配置される。第１の電極４５ａは、光電変換部４２の上部の電極であり、第２の電極４５ｂは、光電変換部４２の下部の電極である。第２の電極４５ｂは、配線層１１１に設けられた配線５３を介して、蓄積部５４に電気的に接続されている。

【0031】

ＡＦ画素１１、１３は、それぞれ、マイクロレンズ４４及びカラーフィルタ５１を透過（通過）した光束の一部を吸収する吸収部４３を有する。吸収部４３は、カラーフィルタ５１と光電変換部４２との間に位置し、光電変換部４２の第１の電極４５ａの上方に設けられる。本実施の形態では、吸収部４３は、第２の平坦化層８２内に設けられる。図３に示す例では、第２の平坦化層８２の一部の領域に、吸収部４３が設けられている。

【0032】

吸収部４３は、顔料等の有機材料により構成され、可視光の波長域の光を吸収する特性を有するフィルタ（黒フィルタ）である。吸収部４３の波長５３０ｎｍの入射光に対する消衰係数をｋとすると、ｋ＝０．１５～０．２０程度となる。なお、吸収部４３は、消衰係数ｋ＝０．１～０．３０程度となるように形成してもよい。

【0033】

ＡＦ画素１１の吸収部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１１の吸収部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１１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＋Ｘ方向側）の領域に対応した領域である。ＡＦ画素１１の領域４６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１１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。

【0034】

他方、ＡＦ画素１３の吸収部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１３の吸収部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１３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１３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１３の領域４６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１３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。

【0035】

ＡＦ画素１１では、マイクロレンズ４４及びカラーフィルタ５１を透過した光束のうちの第２の光束６２の一部は、吸収部４３で吸収される。また、ＡＦ画素１１では、マイクロレンズ４４及びカラーフィルタ５１を透過した光束のうちの第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。

【0036】

ＡＦ画素１１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。なお、吸収部４３を透過した光の一部も、光電変換部４２に入射する。ＡＦ画素１１の光電変換部４２は、吸収部４３を透過した光の一部を光電変換して電荷を生成する。

【0037】

他方、ＡＦ画素１３では、マイクロレンズ４４及びカラーフィルタ５１を透過した光束のうちの第１の光束６１の一部は、吸収部４３で遮光される。また、ＡＦ画素１３では、マイクロレンズ４４及びカラーフィルタ５１を透過した光束のうちの第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。

【0038】

ＡＦ画素１３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、吸収部４３を透過した光の一部も、光電変換部４２に入射する。ＡＦ画素１３の光電変換部４２は、吸収部４３を透過した光の一部を光電変換して電荷を生成する。

【0039】

撮像画素１２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１２の光電変換部４２は、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。

【0040】

各画素の光電変換部４２で光電変換された電荷は、その画素の第１の電極４５ａ及び第２の電極４５ｂによって、配線５３を介して蓄積部５４に転送される。蓄積部５４は、蓄積部５４に転送された電荷を蓄積（保持）する。各画素は、不図示の増幅トランジスタを有し、蓄積部５４に蓄積された電荷に基づく信号を出力する。第１の電極４５ａ及び第２の電極４５ｂは、光電変換部４２で生成された電荷に基づく信号を出力する出力部の一部を構成する。

【0041】

ＡＦ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１２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。

【0042】

各画素から出力された信号は、基板１１０に配置された不図示の信号処理部に入力されて信号処理が施された後に、カメラ１のボディ制御部２１に出力される。この信号処理部には、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。

【0043】

なお、図２及び図３においては、ＡＦ画素１１、１３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１１、１３が列方向に配置された場合には、ＡＦ画素１１の吸収部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１３の吸収部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１１の吸収部４３は、ＡＦ画素１１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１３の吸収部４３は、ＡＦ画素１３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。

【0044】

上述したように、ＡＦ画素１１及びＡＦ画素１３では、光が入射する方向と交差する方向において互いに異なる位置に吸収部４３が設けられる。ＡＦ画素１１の吸収部４３は第２の光束６２の一部を吸収し、ＡＦ画素１３の吸収部４３は第１の光束６１の一部を吸収する。これにより、ＡＦ画素１１の光電変換部４２は、第１の光束６１を主に受光し、ＡＦ画素１３の光電変換部４２は、第２の光束６２を主に受光する。ＡＦ画素１１から出力される第１の信号Ｓｉｇ１は、第１の瞳領域を通過する光による信号成分が多く、ＡＦ画素１３から出力される第２の信号Ｓｉｇ２は、第２の瞳領域を通過する光による信号成分が多い。このため、ＡＦ画素１１から出力される第１の信号Ｓｉｇ１及びＡＦ画素１３から出力される第２の信号Ｓｉｇ２を用いることで、被写体像の位相差の情報を得ることができ、デフォーカス量を算出することができる。

【0045】

また、本実施の形態では、吸収部４３は、可視光をほとんど反射せずに吸収する材料により構成される。このため、反射による迷光を低減することができ、各画素で生成される信号などに影響を与えることを回避することができる。更に、吸収部４３と第１の電極４５ａの間に、第２の平坦化層（平坦化膜）８２の一部が配置される。これにより、吸収部４３の平坦性を向上させることができ、各画素の吸収部４３の特性にバラツキが生じることを抑制できる。なお、第２の平坦化層８２を設けずに、光電変換部４２の第１の電極４５ａの上に吸収部４３を配置するようにしてもよい。

【0046】

位相差検出のための金属材料からなる遮光膜（金属遮光膜）を、有機材料からなる光電変換膜が配置された撮像素子に形成しようとすると、金属遮光膜を所定のパターン状に形成するためのエッチングを行う必要があり、光電変換膜や透明電極などの他の層（膜）にダメージを与えるおそれがある。この場合、光電変換膜や透明電極の特性が悪化し、暗電流が増加することや、画素の信号の品質低下が生じて焦点検出精度が低下することが考えられる。また、光電変換膜の直上部に金属遮光膜を配置すると、金属遮光膜と光電変換膜との間や、金属遮光膜と画素を制御するための信号線との間に負荷容量（寄生容量）が生じてしまい、画素を高速に駆動できなくなり、撮像素子２２の高速な動作ができないおそれがある。

【0047】

また、一般的に、有機膜中に金属膜を形成することは困難であり、有機材料からなる平坦化膜中に金属遮光膜を配置することは困難となる。このため、金属遮光膜を配置した場合に、画素間の段差が生じて、各画素の特性にバラツキが生じるおそれがある。そもそも、有機材料からなる光電変換膜の上部に、金属遮光膜が形成できないことも考えられる。

【0048】

一方、本実施の形態では、撮像素子２２には有機材料からなる遮光膜が設けられる。有機材料からなる遮光膜を形成する場合は、金属遮光膜用のエッチング液を用いる必要はなく、フォトレジスト（例えばネガレジスト）用の現像液を用いて、有機材料からなる遮光膜がパターン状に形成される。このため、他の層にダメージを与えることを抑制し、画素の特性が悪化することを防ぐことができる。また、上述のような負荷容量が生じることを防ぐことができ、処理速度の低下が生じることを回避することができる。

【0049】

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は、操作部２５の電源スイッチが操作されると、撮像素子２２からＡＦ画素１１の第１の信号Ｓｉｇ１、ＡＦ画素１３の第２の信号Ｓｉｇ２、及び撮像画素１２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、撮像素子２２のＡＦ画素１１、１３から出力される第１の信号Ｓｉｇ１及び第２の信号Ｓｉｇ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Ｌ１方向に移動するようにしてもよい。

【0050】

ボディ制御部２１の画像データ生成部２１ａは、撮像素子２２の撮像画素１２から出力される信号に基づき、画像データを生成する。画像データ生成部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。

【0051】

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、光学系を透過した第１の光６１及び第２の光６１が入射する第１のマイクロレンズ４４と、光を光電変換して電荷を生成する第１の光電変換部４２と、第１のマイクロレンズ４４及び第１の光電変換部４２の間に設けられ、第１のマイクロレンズ４４を透過した第２の光６２の一部を吸収する第１の吸収部４３とを有する第１画素１１と、第１の光６１及び第２の光６２が入射する第２のマイクロレンズ４４と、光を光電変換して電荷を生成する第２の光電変換部４２と、第２のマイクロレンズ４４及び第２の光電変換部４２の間に設けられ、第２のマイクロレンズ４４を透過した第１の光６１の一部を吸収する第２の吸収部４３とを有する第２画素１３と、を備える。本実施の形態では、撮像素子２２には、第２の光束６２の一部を吸収する吸収部４３を有するＡＦ画素１１と、第１の光束６１の一部を吸収する吸収部４３を有するＡＦ画素１３とが配置される。このため、ＡＦ画素１１およびＡＦ画素１３から出力された信号を用いることで、被写体像の位相差の情報を得ることができる。ＡＦ画素１１およびＡＦ画素１３から出力された信号を用いて像ズレ量を算出し、デフォーカス量を算出することが可能となる。

【0052】

（２）撮像装置１は、撮像素子２２と、第１信号Ｓｉｇ１と第２信号Ｓｉｇ２とに基づいて、光学系の焦点検出を行う検出部（焦点検出部２１ｂ）と、を備える。本実施の形態では、撮像素子２２は、第１の光束６１を光電変換した電荷に基づく第１の信号Ｓｉｇ１と、第２の光束６２を光電変換した電荷に基づく第２の信号Ｓｉｇ２とを、ボディ制御部２１に出力する。このため、ボディ制御部２１の焦点検出部２１ｂは、第１の信号Ｓｉｇ１及び第２の信号Ｓｉｇ２を用いてデフォーカス量を算出することができる。カメラ１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いて、焦点調節を行うことができる。

【0053】

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。

【0054】

（変形例１）
図４は、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。本変形例に係る撮像素子２２は、隣り合う画素の間に設けられる吸収部４７を有する。図４に示す例では、吸収部４７は、第２の平坦化層８２内であって、隣り合う画素の境界部に設けられる。カメラ１では、撮影光学系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、各画素のマイクロレンズ４４には入射角が大きな光が入射する場合がある。

【0055】

本変形例では、マイクロレンズ４４及びカラーフィルタ５１を透過したゴースト光の一部は、吸収部４７に入射し、吸収部４７によって吸収される。これにより、或る画素からその隣の画素の光電変換部４２へ漏れる光を低減することができる。このため、画素により生成される信号に、隣接する画素から漏れた光による信号成分が混入することを抑制することができる。ＡＦ画素１１、１３から出力される信号を用いて算出されるデフォーカス量の精度が低下することや、撮像画素１２から出力される信号を用いて生成される画像の画質が低下することを防ぐことができる。なお、上記の説明は、入射角の大きい種々の入射光の影響に当てはまるものである。

【0056】

（変形例２）
吸収部を、吸収部の上部と下部とで互いに異なる幅となるように形成してもよい。図５は、変形例２に係る撮像素子の画素の構成例を示す図である。図５に示すように、吸収部４３の幅を、上方向（－Ｚ方向側）へ行くほど、小さくしてもよい。吸収部４３の上部の幅をＷｔ１、吸収部４３の下部の幅をＷｂ１とすると、Ｗｂ１＞Ｗｔ１となるように、吸収部４３を形成する。この場合、吸収部４３のエッジ部には、傾斜面４８が形成される。吸収部４３の上部の面積は、吸収部４３の下部の面積よりも小さくなる。

【0057】

吸収部４３の形状によって吸収部４３の透過率が変わり、光電変換部４２の受光量が変わる。このため、吸収部４３に傾斜面４８が無い場合（図３）と、吸収部４３に傾斜面４８がある場合（図５）とでは、ＡＦ画素に入射する光の入射角とＡＦ画素から出力される信号の信号レベルとの関係が変化する。

【0058】

図６は、入射角とＡＦ画素の出力信号との関係を示す図である。図６において、縦軸はＡＦ画素から出力される信号の信号レベルを示し、横軸はＡＦ画素に入射する光の入射角を示す。波形６１ａは、傾斜面４８が無い場合のＡＦ画素１１の出力信号の信号レベルを示し、波形６１ｂは、傾斜面４８がある場合のＡＦ画素１１の出力信号の信号レベルを示している。また、波形６２ａは、傾斜面４８が無い場合のＡＦ画素１３の出力信号の信号レベルを示し、波形６２ｂは、傾斜面４８がある場合のＡＦ画素１３の出力信号の信号レベルを示している。これらの波形は、ＡＦ画素による瞳分割の性能を表し、ＡＦ性能に影響するパラメータとなる。

【0059】

傾斜面４８がない場合の波形（６１ａ、６２ａ）と、傾斜面４８がある場合の波形（６１ｂ、６２ｂ）とを比較すると、傾斜面４８がある場合の方が、波形の傾きが緩くなる。傾斜面４８がある場合、入射角が小さくなる（０に近づく）につれて、入射光が吸収部４３により徐々に吸収されていくので、波形（６１ｂ、６２ｂ）の傾きが緩くなる。このように、吸収部４３の端部に傾斜面４８を設けることで、ＡＦ画素の瞳分割特性を変更することができる。

【0060】

吸収部４３の端部の断面形状を直線的に変化するものでなく、図７（ａ）、（ｂ）に示すように曲線等にしてもよい。また、図８に示すように、吸収部４３の幅を、上方向（－Ｚ方向側）へ行くほど、大きくしてもよい。吸収部４３の上部の幅をＷｔ２、吸収部４３の下部の幅をＷｂ２とすると、Ｗｂ２＜Ｗｔ２となるように、吸収部４３が形成される。吸収部４３の上部の面積は、吸収部４３の下部の面積よりも大きくなる。このように、吸収部４３の形状を調整することにより、ＡＦ画素の瞳分割特性を調整することができる。また、傾斜面４８の傾きが互いに異なる複数種類のＡＦ画素対（ＡＦ画素１１、ＡＦ画素１３）を配置するようにしてもよい。この場合、カメラ１は、複数種類のＡＦ画素対のうちから、焦点検出に用いるＡＦ画素対を選択するようにしてもよい。

【0061】

（変形例３）
一般に、撮像素子２２の撮像面２２ａの中央部には、撮影光学系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２２ａ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、各画素の吸収部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２２ａの中央部と周辺部とでは、撮影光学系３１の射出瞳の位置や射出瞳距離が異なる。このため、各画素の吸収部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、撮影光学系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。

【0062】

（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。

【0063】

（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。

【0064】

（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。
また、上述した吸収部を、可視光を遮光して赤外光を透過するフィルタ（バンドパスフィルタ）として用いてもよい。この場合、光電変換部が赤外光を効率よく受光して、赤外光を用いた焦点検出が可能となるため、本発明を、赤外光による画像が用いられるカメラ（例えば車載カメラや医療用のカメラ）にも適用することができる。

【0065】

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。

【符号の説明】

【0066】

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…撮影光学系、４２…光電変換部、４４…マイクロレンズ、４３…吸収部、４５ａ…第１の電極、４５ｂ…第２の電極、５１…カラーフィルタ、８１…第１の平坦化層、８２…第２の平坦化層、１１０…基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】