撮像素子、撮像装置、撮像素子の製造方法
【課題】遮光マスクが設けられた透明板と撮像素子基板とを短時間に高い精度で位置合わせして貼設可能な構造を備えた撮像素子等を提供する。
【解決手段】複数の画素が２次元状に配列された撮像素子基板に対して透明板が画素位置を合わせて貼設された撮像素子３であって、透明板上の瞳分割用遮光マスク領域１３に、第１の瞳領域の光を通過させるための第１の遮光マスクと、第２の瞳領域の光を通過させるための第２の遮光マスクと、を設けると共に、例えば瞳分割用遮光マスク領域１３外の所定位置に、遮光面積を徐々に異ならせながら特定の画素を含む複数の画素を遮光するように配置される位置合わせ用の位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖと、を設け、画素および第１の遮光マスクの組が第１の焦点検出画素を、画素および第２の遮光マスクの組が第２の焦点検出画素を、それぞれ構成する。
【解決手段】複数の画素が２次元状に配列された撮像素子基板に対して透明板が画素位置を合わせて貼設された撮像素子３であって、透明板上の瞳分割用遮光マスク領域１３に、第１の瞳領域の光を通過させるための第１の遮光マスクと、第２の瞳領域の光を通過させるための第２の遮光マスクと、を設けると共に、例えば瞳分割用遮光マスク領域１３外の所定位置に、遮光面積を徐々に異ならせながら特定の画素を含む複数の画素を遮光するように配置される位置合わせ用の位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖと、を設け、画素および第１の遮光マスクの組が第１の焦点検出画素を、画素および第２の遮光マスクの組が第２の焦点検出画素を、それぞれ構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点検出機能を備えた画素を有する撮像素子、該撮像素子を用いた撮像装置、および該撮像素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置において合焦位置からのずれ量を検出する技術として、位相差検出方式が知られている。この位相差検出方式は、結像光学系の射出瞳を通過した光束を２分割し、２分割した光束を焦点検出用センサにより受光して、その受光量に応じて出力される信号のずれ量、つまり分割された光束により結像される２つの像の相対的位置ずれ量（位相差）を検出することにより、結像光学系の焦点のずれ量を求めるものである。
【０００３】
このような位相差の検出を、結像光学系を通して撮像素子上に結像された像を利用して行うために、瞳分割を行う遮光部を設けた撮像素子と、この撮像素子を用いた位相差検出方法と、が提案されている。このような提案としては、例えば特開２００９−４４５３５号公報に記載された技術が挙げられ、該公報には、撮像素子を製造するための半導体製造プロセスにおいて、撮像素子を構成するフォトダイオードとカラーフィルタとの間に瞳分割用の遮光部を設けることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−４４５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記公報に記載されたような構成の場合には、新規の専用撮像素子の開発が必要であるために開発コストが大幅に高くなるとともに、通常の撮像素子を製造するのとは異なる半導体製造プロセスが必要となるために、製造コストも高価となる。さらに、製造後においても、通常撮像素子と焦点検出機能付き撮像素子とを区別する必要があるために、管理コストが高くなる。
【０００６】
このような点に対応するための構成として、通常の半導体製造プロセスにより製造された撮像素子に対して、瞳分割用の遮光部である遮光マスクを設けた透明板（例えば、ガラス板など）を貼設することで、焦点検出機能付き撮像素子を製造することが考えられる。このような構成によれば、上述した点に対応し得るだけでなく、実績のある撮像素子を使用することができるために、安定した性能が得られる利点もある。
【０００７】
このような構成の撮像素子の画素値から位相差検出用の情報を正しく得るためには、位相差検出用として予め位置を定められた画素上に、遮光マスクが正しく配置される必要がある。従って、遮光マスクを設けた透明板を通常の撮像素子に対して正確に位置合わせしなければならない。しかも、生産性を考慮すると、なるべく短時間で位置合わせを行い得ることが望ましい。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、遮光マスクが設けられた透明板と、複数の画素が２次元状に配列された撮像素子基板とを、短時間に高い精度で位置合わせして貼設可能な構造を備えた撮像素子、該撮像素子を用いた撮像装置、および該撮像素子の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様による撮像素子は、光学的な被写体像を光電変換するための画素が、複数、２次元状に配列されるように、半導体製造プロセスにより形成された撮像素子基板と、上記撮像素子基板に対して画素位置を合わせて貼設された透明板と、を具備した撮像素子であって、上記撮像素子基板に配列された複数の画素は、第１の所定位置にある第１の画素と、第２の所定位置にある第２の画素と、第３の所定位置にある第３の画素と、を含み、上記透明板上に、該透明板が上記撮像素子基板に画素位置を合わせて貼設された際に、上記第１の画素の中心から一方向へ偏心した部分を遮光するように設けられた第１の遮光マスクと、上記透明板上に、該透明板が上記撮像素子基板に画素位置を合わせて貼設された際に、上記第２の画素の中心から他方向へ偏心した部分を遮光するように設けられた第２の遮光マスクと、上記透明板上に、該透明板が上記撮像素子基板に画素位置を合わせて貼設された際に、上記撮像素子基板に配列された複数の画素の内の、一部の複数の画素を、遮光面積を徐々に異ならせながら遮光するように設けられ、遮光面積の変化に基づいて定められる特定位置が上記第３の画素に一致するように設けられた位置検出用遮光マスクと、をさらに具備し、上記第１の画素および上記第１の遮光マスクの組が第１の焦点検出画素を、上記第２の画素および上記第２の遮光マスクの組が第２の焦点検出画素を、それぞれ構成する。
【００１０】
また、本発明の第２の態様による撮像装置は、上述した撮像素子と、上記撮像素子上に被写体像を形成する結像光学系と、上記第１の焦点検出画素からの出力により形成される第１の画像と、上記第２の焦点検出画素からの出力により形成される第２の画像と、の位相差を検出する位相差検出部と、を具備したものである。
【００１１】
さらに、本発明の第３の態様による撮像素子の製造方法は、上述した撮像素子であって、上記撮像素子基板は、複数の画素が、水平方向および垂直方向に沿って２次元状に配列されたものであり、上記位置検出用遮光マスクは、水平方向に配列された複数の画素の画素毎の遮光面積を、徐々に増加させる部位と、徐々に減少させる部位と、を備えた水平方向位置検出用遮光マスクと、垂直方向に配列された複数の画素の画素毎の遮光面積を、徐々に増加させる部位と、徐々に減少させる部位と、を備えた垂直方向位置検出用遮光マスクと、を含み、上記特定位置は、画素毎の遮光面積が、徐々に増加する線と、徐々に減少する線と、が交差する位置である撮像素子、を製造するための方法であって、上記撮像素子基板に対して上記透明板を配置し、透明板が配置された撮像素子基板に平行光を照射して、該撮像素子基板により第１の撮像を行うステップと、上記第１の撮像により上記撮像素子基板から得られた画像信号に基づき、上記水平方向位置検出用遮光マスクの陰影が形成された第１の特定位置と、上記垂直方向位置検出用遮光マスクの陰影が形成された第２の特定位置と、を取得するステップと、取得された第１の特定位置および第２の特定位置を結ぶ直線と、上記水平方向位置検出用遮光マスクと上記垂直方向位置検出用遮光マスクとが配置されるべき２つの上記第３の所定位置を結ぶ直線と、がなす傾き角を求めるステップと、上記傾き角を０にするように、上記撮像素子基板に対して上記透明板を回転するステップと、上記透明板の回転が終了した後の撮像素子基板に平行光を照射して、該撮像素子基板により第２の撮像を行うステップと、上記第２の撮像により上記撮像素子基板から得られた画像信号に基づき、上記水平方向位置検出用遮光マスクの陰影が形成された第１の特定位置の水平方向成分と、上記垂直方向位置検出用遮光マスクの陰影が形成された第２の特定位置の垂直方向成分と、を取得するステップと、上記取得された第１の特定位置の水平方向成分と、上記水平方向位置検出用遮光マスクが配置されるべき上記第３の所定位置の水平方向成分と、の差分である水平方向差分と、上記取得された第２の特定位置の垂直方向成分と、上記垂直方向位置検出用遮光マスクが配置されるべき上記第３の所定位置の垂直方向成分と、の差分である垂直方向差分と、を算出するステップと、上記水平方向差分および上記垂直方向差分を相殺するように、上記撮像素子基板に対して上記透明板を平行移動するステップと、を含む方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の撮像素子、該撮像素子を用いた撮像装置、および該撮像素子の製造方法によれば、遮光マスクが設けられた透明板と、複数の画素が２次元状に配列された撮像素子基板とを、短時間に高い精度で位置合わせして貼設可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態１における撮像素子の構成を示す正面図。
【図２】上記実施形態１において、複数の画素が２次元状に配列された撮像素子基板の構成を示す正面図。
【図３】上記実施形態１において、撮像素子基板上の画素の構造を示す図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】上記実施形態１において、遮光マスクが形成された特定ライン部分の透明板の構成を示す要部正面図。
【図５】上記実施形態１において、遮光マスクが形成された特定ライン部分の透明板の構造を示す図４のＢ−Ｂ断面図。
【図６】上記実施形態１における撮影画素および２種類の焦点検出画素の構成を示す断面図。
【図７】上記実施形態１において、撮像素子上に設けられた焦点検出画素の配置を示す図。
【図８】上記実施形態１における位置検出用遮光マスクの形状の一例を示す図。
【図９】上記実施形態１における水平方向位置検出用遮光マスクと焦点検出画素との位置関係を示す図。
【図１０】上記実施形態１における撮像素子の製造装置の構成を示すブロック図。
【図１１】上記実施形態１において、撮像素子の製造装置により位置調整を行う前の、撮像素子基板と透明板との位置関係の例を示す図。
【図１２】上記実施形態１において、撮像素子基板に対する透明板の傾きがないときの（Ａ）配置例を示す図、（Ｂ）垂直方向加算信号の信号レベルの分布を示す線図、（Ｃ）水平方向加算信号の信号レベルの分布を示す線図。
【図１３】上記実施形態１において、撮像素子基板に対する透明板の傾きがあるときの（Ａ）配置例を示す図、（Ｂ）垂直方向加算信号の信号レベルの分布を示す線図、（Ｃ）水平方向加算信号の信号レベルの分布を示す線図。
【図１４】上記実施形態１において、垂直方向加算信号の信号レベルグラフを用いて、水平方向位置検出用遮光マスクのＶ字形切欠の頂点のＸ座標を求める手順を説明するための図。
【図１５】上記実施形態１において、撮像素子の製造装置による位置調整の処理を示すフローチャート。
【図１６】上記実施形態１において、位置検出用遮光マスクの特定位置であるＶ字形切欠の頂点の現在位置を取得する処理を示すフローチャート。
【図１７】上記実施形態１における撮像装置の構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
［実施形態１］
【００１５】
図１から図１７は本発明の実施形態１を示したものであり、図１は撮像素子３の構成を示す正面図である。
【００１６】
撮像素子３は、例えば周辺部を除く中央の矩形状部分に、後述する焦点検出画素が配置された領域である瞳分割用遮光マスク領域１３が設けられている。ここに、瞳分割用遮光マスク領域１３は、そのほとんどが、複数の撮影画素１４（図６等参照）が２次元状に配列された部分となっているが、この撮影画素１４の配列中の幾つかの箇所に焦点検出画素１３Ａ，１３Ｂ（図６等参照）が対をなして配置された構成となっている。
【００１７】
さらに、撮像素子３の例えば周辺部には、複数の画素を含む横長の矩形領域である水平方向位置情報領域１５Ｈと、複数の画素を含む縦長の矩形領域である垂直方向位置情報領域１５Ｖと、が設けられている。特に、図１に示す例においては、水平方向位置情報領域１５Ｈは撮像素子３の左上角部に、垂直方向位置情報領域１５Ｖは撮像素子３の左下角部に、それぞれ設けられている。
【００１８】
この撮像素子３は、図２および図３に示すような、半導体製造プロセスにより形成された撮像素子基板３Ｐ（この撮像素子基板３Ｐは、通常の撮像素子と同様の構成である）と、図４および図５に示すような、半導体製造プロセスによることなく形成された透明板３７とを、画素位置を合わせて貼設した構成（図６参照）となっている。
【００１９】
そして、撮像素子基板３Ｐに対して画素位置を合わせて透明板３７が貼設された後においては、水平方向位置情報領域１５Ｈ内の所定位置には水平方向位置検出用遮光マスク３８Ｈが、垂直方向位置情報領域１５Ｖ内の所定位置には垂直方向位置検出用遮光マスク３８Ｖが、それぞれ位置している。
【００２０】
ここに、図２は複数の画素１４Ｐが２次元状に配列された撮像素子基板３Ｐの構成を示す正面図、図３は撮像素子基板３Ｐ上の画素１４Ｐの構造を示す図２のＡ−Ａ断面図、図４は遮光マスク３８Ａ，３８Ｂが形成された特定ライン部分の透明板３７の構成を示す要部正面図、図５は遮光マスク３８Ａ，３８Ｂが形成された特定ライン部分の透明板３７の構造を示す図４のＢ−Ｂ断面図、図６は撮影画素１４および２種類の焦点検出画素１３Ａ，１３Ｂの構成を示す断面図、図７は、撮像素子３上に設けられた焦点検出画素１３Ａ，１３Ｂの配置を示す図である。
【００２１】
図２に示すように、撮像素子基板３Ｐは、光学的な被写体像を光電変換するための画素１４Ｐが、複数、２次元マトリックス状に配列されていて、この図２に示す例では、ライン方向（行方向、あるいは水平方向）およびこのライン方向に垂直な方向（列方向、あるいは垂直方向）に沿って２次元状に配列されている。
【００２２】
各画素１４Ｐは、図３に示すように、半導体基板３１内に不純物をドープして形成されたフォトダイオード３２と、半導体基板３１上に形成された配線パターン３３，３４と、マイクロレンズ３５と、を有しており、深部から表層へ向かって、光電変換部層ＰＤ、配線層ＷＬ、マイクロレンズ層ＭＬが形成された積層構造となっている。
【００２３】
配線パターン３３，３４は、遮光機能を有するとともにフォトダイオード３２に各対応する位置に開口が形成されていて、この図３に示す構成例では、配線パターン３４に設けられた開口（およびマイクロレンズ３５）がこの画素１４Ｐの開口率を規定している。
【００２４】
また、マイクロレンズ３５は、中心がフォトダイオード３２の中心の鉛直線（１点鎖線で示す線）上に位置するように構成されている。
【００２５】
図４および図５に示すように、透明板３７は、ガラス等の素材により形成された透明な平板に、２種類の遮光マスク３８Ａ，３８Ｂと、位置検出用遮光マスクと、を設けたものである。ここに本実施形態においては、位置検出用遮光マスクとして、上述したように、水平方向の位置検出を高精度に行うための水平方向位置検出用遮光マスク３８Ｈと、垂直方向の位置検出を高精度に行うための垂直方向位置検出用遮光マスク３８Ｖと、の２種類がある。ただし、この２種類に限らず、斜め方向の位置検出を高精度に行うための位置検出用遮光マスク等を設けても構わない。
【００２６】
そして、図１に示した例においては、水平方向位置検出用遮光マスク３８Ｈは撮像素子３の左上角部に１つ設けられた水平方向位置情報領域１５Ｈに対応して透明板３７の左上角部に１つ設けられ、垂直方向位置検出用遮光マスク３８Ｖは撮像素子３の左下角部に１つ設けられた垂直方向位置情報領域１５Ｖに対応して透明板３７の左下角部に１つ設けられている。
【００２７】
これら水平方向位置検出用遮光マスク３８Ｈと垂直方向位置検出用遮光マスク３８Ｖと、とは、後で説明するように、撮像素子基板３Ｐと透明板３７とを位置合わせする際の角度のずれ量の検出精度を向上するためには、透明板３７上の周辺領域に互いに離隔して設けることが望ましい。そして、図１に示した配置は、このような条件を満たす一例である。ただし、位置検出用遮光マスクは、図１に示したように配置するに限るものではなく、各方向用に１つずつ設けるに限るものでもない。
【００２８】
これらの遮光マスク３８Ａ，３８Ｂおよび位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖは、例えば、黒色のクロム膜を、透明板３７の撮像素子基板３Ｐに対向する側の面に蒸着して構成したものとなっている。なお、図４および後述する図９においては、点線を用いて各画素の範囲を示しているが、この点線は説明のために記載しただけであり、実際の透明板３７上には存在していない。
【００２９】
ここに、第１の遮光マスク３８Ａは、透明板３７上に、該透明板３７が撮像素子基板３Ｐに画素位置を合わせて貼設された際に、撮像素子基板３Ｐ上の第１の所定位置にある第１の画素１４Ｐの中心から一方向へ偏心した部分を遮光する（図６も参照）ように設けられたものである。そして、第１の画素１４Ｐおよび第１の遮光マスク３８Ａの組が、図６に示す第１の焦点検出画素１３Ａを構成するようになっている。このような構成により、第１の焦点検出画素１３Ａは、後述する結像光学系１（図１７参照）の射出瞳を異なる２つの瞳領域に区分した（すなわち、瞳分割した）内の、第１の瞳領域（ここに、第１の瞳領域を瞳Ａということにする）を通過した光束を受光することになるために、以下では適宜、瞳Ａ焦点検出画素１３Ａなどと呼ぶことにする。
【００３０】
また、第２の遮光マスク３８Ｂは、透明板３７上に、該透明板３７が撮像素子基板３Ｐに画素位置を合わせて貼設された際に、撮像素子基板３Ｐ上の第２の所定位置にある第２の画素１４Ｐの中心から他方向へ偏心した部分を遮光する（図６も参照）ように設けられたものである。そして、第２の画素１４Ｐおよび第２の遮光マスク３８Ｂの組が、図６に示す第２の焦点検出画素１３Ｂを構成するようになっている。このような構成により、第２の焦点検出画素１３Ｂは、後述する結像光学系１（図１７参照）の射出瞳を異なる２つの瞳領域に区分した（すなわち、瞳分割した）内の、第２の瞳領域（ここに、第２の瞳領域を瞳Ｂということにする）を通過した光束を受光することになるために、以下では適宜、瞳Ｂ焦点検出画素１３Ｂなどと呼ぶことにする。
【００３１】
なお、撮影画素１４は、撮像素子基板３Ｐの画素１４Ｐ上に、透明板３７の透明部分のみが配置されることにより構成される。
【００３２】
そして、撮像素子基板３Ｐに透明板３７を貼設することにより、撮像素子３は、図６に示すように、遮光マスク透明板層ＭＧをさらに設けた積層構造となり、瞳分割用遮光マスク領域１３には、図７に示すように、瞳Ａ焦点検出画素１３Ａの群と瞳Ｂ焦点検出画素１３Ｂの群とが一対となって配列される。
【００３３】
続いて図８は、位置検出用遮光マスク３８Ｈ（ほぼ同様に、位置検出用遮光マスク３８Ｖ）の形状の一例を示す図である。
【００３４】
位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖは、透明板３７上に、透明板３７が撮像素子基板３Ｐに画素位置を合わせて貼設された際に、撮像素子基板３Ｐに配列された複数の画素１４Ｐの内の、一部の複数の画素１４Ｐを、遮光面積を徐々に異ならせながら遮光するように設けられている。そして、位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖにおける遮光面積の変化に基づいて定められる特定位置（下記に一例を説明する）が、撮像素子基板３Ｐ上の第３の所定位置にある第３の画素１４Ｐに一致するように設けられている。
【００３５】
具体的には、水平方向位置検出用遮光マスク３８Ｈは、水平方向に配列された複数の画素１４Ｐの遮光面積を、徐々に増加させる部位と、徐々に減少させる部位と、を備え、例えば図８に示すように、垂直方向を画素幅の短手方向とし、水平方向を複数画素に渡る長手方向とする矩形型の遮光マスクを、その中央部がくびれとなるようにＶ字形に切り欠いた形状となっている。従って、水平方向位置検出用遮光マスク３８Ｈは、複数の水平ラインにまたがらないように一水平ライン上のみに配置することが可能な構成である。
【００３６】
ほぼ同様に、垂直方向位置検出用遮光マスク３８Ｖは、垂直方向に配列された複数の画素１４Ｐの遮光面積を、徐々に増加させる部位と、徐々に減少させる部位と、を備え、例えば図８に示す形状を垂直方向に立てた形状となっている。従って、垂直方向位置検出用遮光マスク３８Ｖは、複数の垂直ラインにまたがらないように一垂直ライン上のみに配置することが可能な構成である。
【００３７】
そして、位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖは、例えば、画素毎の遮光面積が、徐々に増加する線と、徐々に減少する線と、が交差する位置、すなわち図８におけるＶ字形切欠の頂点３８Ｈｃ（図９も参照）を、特定位置としている。
【００３８】
図９は、水平方向位置検出用遮光マスク３８Ｈと焦点検出画素１３Ａとの位置関係を示す図である。
【００３９】
第３の画素１４Ｐ、すなわち、画素位置を合わせて透明板３７が撮像素子基板３Ｐに貼設されたときの位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖの特定位置である頂点３８Ｈｃは、焦点検出画素１３Ａ，１３Ｂに対して予め定められた位置関係を有するように配置されている。この図９に示す例においては、第３の画素１４Ｐ（すなわちここでは、位置合わせ後の水平方向位置検出用遮光マスク３８Ｈ）に最も近接している瞳分割用遮光マスク領域１３内の焦点検出画素（ここでは、瞳Ａ焦点検出画素１３Ａ）の中央に対して、Ｖ字形切欠の頂点３８Ｈｃが、水平方向に距離Ｏｈ、垂直方向に距離Ｏｖを隔てるように配置されている。ここに、距離Ｏｈは水平方向の画素ピッチの整数倍、距離Ｏｖは垂直方向の画素ピッチの整数倍である。
【００４０】
次に、図１０は、撮像素子の製造装置の構成を示すブロック図である。
【００４１】
この図１０の構成によって行う撮像素子の製造工程は、半導体製造プロセスが終了した撮像素子基板３Ｐと、遮光マスク３８Ａ，３８Ｂおよび位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖが既に形成された透明板３７と、を位置合わせして貼設する工程であり、図１０に示す撮像素子の製造装置は、貼り合わせ調整装置であるということもできる。
【００４２】
この撮像素子の製造装置は、コリメータ光源２１と、透明板移動装置２２と、撮像素子駆動部２３と、位置情報領域分離タイミングデコーダ２４と、座標演算部２５と、ズレ量算出部２６と、走査制御回路２７と、を含んで構成されていて、製造の対象となる透明板３７および撮像素子基板３Ｐが取り付けられるようになっている。
【００４３】
コリメータ光源２１は、平行光であるコリメータ光を、透明板３７を介して撮像素子基板３Ｐへ照射するものである。
【００４４】
透明板移動装置２２は、ピックアップ部により透明板３７を保持して、保持した状態の透明板３７を平行移動したり、回転移動したりする装置である。ここに、ピックアップ部は、例えば、真空ポンプによる吸引によって透明板３７を引き付け保持し、吸引を停止することによって透明板３７を開放するようになっている。
【００４５】
撮像素子駆動部２３は、通常の撮像素子として機能する撮像素子基板３Ｐへ水平同期信号ＨＤと垂直同期信号ＶＤとを出力して、撮像素子基板３Ｐ上に配列された複数の画素１４Ｐを所定の順序で駆動するようになっている。従って、画像信号は、読み出された画素順に、画素単位の画像信号（画素データ）として撮像素子基板３Ｐから出力されることになる。さらに、撮像素子駆動部２３は、撮像素子基板３Ｐへ出力している水平同期信号ＨＤおよび垂直同期信号ＶＤに基づいて、撮像素子基板３Ｐから読み出されている画素位置の情報である読出位置情報を位置情報領域分離タイミングデコーダ２４へ出力すると共に、演算タイミング信号を座標演算部２５へ出力するようになっている。ここに、読出位置情報は、例えば、マトリックス配列された複数の画素１４Ｐの位置に対応した、所定のタイミングを有するパルス信号である。
【００４６】
位置情報領域分離タイミングデコーダ２４は、撮像素子駆動部２３からの読出位置情報に基づいて、その読出位置の画素１４Ｐが位置情報領域１５Ｈ，１５Ｖに含まれる画素（この位置情報領域１５Ｈ，１５Ｖには、位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖが位置するべき第３の所定位置にある第３の画素１４Ｐが含まれている）であることを示す信号である位置情報領域指示信号を生成し、座標演算部２５へ出力する回路である。すなわち、位置情報領域分離タイミングデコーダ２４は、例えば、読出位置情報のパルス信号をカウントするカウンタと、位置情報領域１５Ｈ，１５Ｖに含まれる全画素１４Ｐの位置に対応する値を保持する記憶部とを備え、カウント値が所定値（すなわち位置情報領域１５Ｈ，１５Ｖに含まれる画素１４Ｐの位置に対応する値）になったときに、位置情報領域指示信号を出力するように構成されている。
【００４７】
座標演算部２５は、位置情報領域分離タイミングデコーダ２４から位置情報領域指示信号が入力されると、撮像素子基板３Ｐから入力された画像信号が位置情報用の画素１４Ｐの信号であると識別し、その画素データを内部の図示しないバッファに蓄積する。その後、撮像素子駆動部２３から演算タイミング信号を受信すると、座標演算部２５は、バッファに水平方向位置情報領域１５Ｈまたは垂直方向位置情報領域１５Ｖ内の全画素１４Ｐのデータが蓄積されたと識別する。後述するように、透明板３７は、最初の段階で、撮像素子基板３Ｐに対して例えば数十ミクロンの精度で位置合わせをされており、このときの位置ずれを考慮しても、位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖの陰影が位置情報領域１５Ｈ，１５Ｖ内にほぼ確実に投影されるように、位置情報領域１５Ｈ，１５の位置や領域の大きさが設定されている。従って、位置情報領域１５Ｈ，１５Ｖ内に、位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖの陰影が投影されていると期待することができる。そして、座標演算部２５は、後述するような演算を行うことにより、位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８ＶのＶ字形切欠の頂点３８Ｈｃの陰影の座標を求めて、求めた座標をズレ量算出部２６へ出力する。
【００４８】
ズレ量算出部２６は、座標演算部２５により求められた、水平方向位置検出用遮光マスク３８ＨのＶ字形切欠の頂点３８Ｈｃの陰影の座標と、垂直方向位置検出用遮光マスク３８ＶのＶ字形切欠の頂点３８Ｈｃの陰影の座標と、これらの頂点３８Ｈｃの陰影が投影されるべき第３の画素１４Ｐの座標と、に基づいて、後述するように、撮像素子基板３Ｐに対して透明板３７を移動するべき走査方向（平行移動方向、回転移動方向など）および走査量（平行移動量、回転移動量など）を決定するものである。
【００４９】
走査制御回路２７は、ズレ量算出部２６により決定された走査方向および走査量に基づいて、透明板移動装置２２を制御し、撮像素子基板３Ｐに対する透明板３７の２次元的な位置を変更する走査を行わせるものである。
【００５０】
次に、図１１は、撮像素子の製造装置により位置調整を行う前の、撮像素子基板３Ｐと透明板３７との位置関係の例を示す図である。
【００５１】
上述したように、撮像素子の製造装置により位置調整を行う前に、透明板３７は、観察カメラ等によって観察を行いながら、撮像素子基板３Ｐに対して例えば数十ミクロンの精度で位置合わせをされているものとする。従って、この初期の位置合わせ誤差を考慮しても、この状態でコリメータ光を照射すれば、位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖの陰影が、位置情報領域１５Ｈ，１５Ｖ内に投影されるものとする。
【００５２】
そして、この初期状態では、一般に、透明板３７は撮像素子基板３Ｐに対して、水平方向および垂直方向に位置ずれが生じているとともに、回転方向にも位置ずれが生じていると考えられる。
【００５３】
このような前提の下に、撮像素子の製造装置により位置調整を行う。ここに図１５は、撮像素子の製造装置による位置調整の処理を示すフローチャートである。
【００５４】
この処理を開始すると、まず、水平方向位置検出用遮光マスク３８ＨのＶ字形切欠の頂点３８Ｈｃの陰影の座標、すなわち第１の特定位置の座標（Ｘｃ１，Ｙｃ１）と、垂直方向位置検出用遮光マスク３８ＶのＶ字形切欠の頂点３８Ｈｃの陰影の座標、すなわち第２の特定位置の（Ｘｃ２，Ｙｃ２）と、を求める（ステップＳ１）。この処理の詳細について、図１６を参照して説明する。
【００５５】
図１６は、位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖの特定位置であるＶ字形切欠の頂点３８Ｈｃの現在位置を取得する処理を示すフローチャートである。
【００５６】
この処理を開始すると、透明板３７が配置された撮像素子基板３Ｐにコリメータ光源２１からコリメータ光を照射する。そして、撮像素子駆動部２３の制御により、撮像素子基板３Ｐに露光（第１の撮像）を行わせ、画像信号の読み出しを行う（ステップＳ１１）。
【００５７】
撮像素子基板３Ｐからの画像信号の読み出しは、上述したように、画素単位で順に行われる。そこで、座標演算部２５は、位置情報領域分離タイミングデコーダ２４からの位置情報領域指示信号に基づいて、まず水平方向位置情報領域１５Ｈに含まれる全ての画素１４Ｐの画素データを蓄積する。これにより、水平方向位置情報領域１５Ｈの画像データが抽出される（ステップＳ１２）。この水平方向位置情報領域１５Ｈの画像データの抽出が完了した後に、撮像素子駆動部２３からの演算タイミング信号が座標演算部２５に入力されて、以下のステップＳ１３〜Ｓ１９の処理が行われる。
【００５８】
するとまず、複数の画素１４Ｐを含む横長の矩形領域である水平方向位置情報領域１５Ｈ内の各画素データを、垂直方向と水平方向とに各加算する（ステップＳ１３）。
【００５９】
ここに、図１２は撮像素子基板３Ｐに対する透明板３７の傾きがないときの（Ａ）配置例を示す図、（Ｂ）垂直方向加算信号の信号レベルの分布を示す線図、（Ｃ）水平方向加算信号の信号レベルの分布を示す線図である。
【００６０】
水平方向位置検出用遮光マスク３８Ｈは、入射する光を遮光するものであるために、その陰影の面積が大きいほど、画素１４Ｐから出力される信号レベルは低くなる。従って、水平方向位置検出用遮光マスク３８ＨがＶ字形の切欠を有する形状に形成されているのに伴って、垂直方向加算信号の信号レベルの分布は、図１２（Ｂ）に示すように略２等辺三角形状をなす山形となる。また、水平方向加算信号の信号レベルの分布は、図１２（Ｃ）に示すように、水平方向位置検出用遮光マスク３８Ｈが最も大きい面積で配置された水平ラインの加算信号が極小値をなすような谷形となる。
【００６１】
次に、図１３は撮像素子基板３Ｐに対する透明板３７の傾きがあるときの（Ａ）配置例を示す図、（Ｂ）垂直方向加算信号の信号レベルの分布を示す線図、（Ｃ）水平方向加算信号の信号レベルの分布を示す線図である。
【００６２】
図１３（Ａ）に示したように透明板３７の傾きが比較的小さい場合には、垂直方向加算信号の信号レベルの分布は、図１２（Ｂ）に示した略２等辺三角形状をなす山形と類似した波形の形状となる。一方、水平方向加算信号の信号レベルの分布は、図１２（Ｃ）に示した谷形の波形において、山と谷との振幅が小さくなった波形となる。
【００６３】
従って、水平方向位置検出用遮光マスク３８Ｈの特定位置であるＶ字形切欠の頂点３８Ｈｃの水平方向位置（Ｘ座標）は、比較的小さい傾きの有無に関わらず、安定して求めることが可能であることが分かる。同様に、垂直方向位置検出用遮光マスク３８Ｖの特定位置であるＶ字形切欠の頂点３８Ｈｃの垂直方向位置（Ｙ座標）も、比較的小さい傾きの有無に関わらず、安定して求めることが可能である。
【００６４】
図１４は、垂直方向加算信号の信号レベルグラフを用いて、水平方向位置検出用遮光マスク３８ＨのＶ字形切欠の頂点３８ＨｃのＸ座標を求める手順を説明するための図である。
【００６５】
上述したステップＳ１３の処理により算出された内の、垂直方向加算信号について、まず、極大値を検出し、この極大値を与える垂直ラインのＸ座標ＸＤｐｎを求める（ステップＳ１４）。ここで求めたＸ座標ＸＤｐｎは、水平方向の画素ピッチを単位とする座標値となる。
【００６６】
次に、垂直方向加算信号について、極大値と、極大値の次に大きな値（以下では、第２の極大値と称することにする）とを除いた、極大値の左側において、最も大きな値とその次に大きな値（以下では、準極大値と称することにする）Ｄｌｍａｘ１、Ｄｌｍａｘ２を抽出するとともに、極大値の右側において、最も大きな値とその次に大きな値（上述したように、準極大値）Ｄｒｍａｘ１、Ｄｒｍａｘ２を抽出する（ステップＳ１５）。
【００６７】
そして、図１４に示すような垂直方向加算信号の信号レベルグラフにおいて、左側の２個の準極大値Ｄｌｍａｘ１と準極大値Ｄｌｍａｘ２とを通る直線Ｌ１と、右側の２個の準極大値Ｄｒｍａｘ１と準極大値Ｄｒｍａｘ２とを通る直線Ｌ２とを、１次関数として各求める（ステップＳ１６）。
【００６８】
続いて、直線Ｌ１と直線Ｌ２との交点を求めて、求めた交点と上述したＸ座標ＸＤｐｎの極大値とのＸ座標距離ＸＤｐｓｕｂを求める（ステップＳ１７）。
【００６９】
その後、ＸＤｐｎとＸＤｐｓｕｂとを加算することにより、第１の特定位置である直線Ｌ１と直線Ｌ２との交点のＸ座標Ｘｃ１を求める（ステップＳ１８）。
【００７０】
次に、上述したステップＳ１３の処理により算出された内の、図１３（Ｃ）に示すような水平方向加算信号において、極小値を与えるＹ座標位置を求め、求めたＹ座標位置を第１の特定位置のＹ座標Ｙｃ１として設定する（ステップＳ１９）。
【００７１】
このような処理により、図１１に示す第１の特定位置の座標（Ｘｃ１，Ｙｃ１）が求められた。続いて、同様の処理を行うことにより、図１１に示す第２の特定位置の座標（Ｘｃ２，Ｙｃ２）を求める。
【００７２】
すなわち、座標演算部２５は、位置情報領域分離タイミングデコーダ２４からの位置情報領域指示信号に基づいて、まず垂直方向位置情報領域１５Ｖに含まれる全ての画素１４Ｐの画素データを蓄積する。これにより、垂直方向位置情報領域１５Ｖの画像データが抽出される（ステップＳ２０）。この垂直方向位置情報領域１５Ｖの画像データの抽出が完了した後に、撮像素子駆動部２３からの演算タイミング信号が座標演算部２５に入力されて、以下のステップＳ２１〜Ｓ２７の処理が行われる。
【００７３】
するとまず、複数の画素１４Ｐを含む縦長の矩形領域である垂直方向位置情報領域１５Ｖ内の各画素データを、水平方向と垂直方向とに各加算する（ステップＳ２１）。
【００７４】
このステップＳ２１の処理により算出された内の、水平方向加算信号について、まず、極大値を検出し、この極大値を与える水平ラインのＹ座標ＹＤｐｎを求める（ステップＳ２２）。ここで求めたＹ座標ＹＤｐｎは、垂直方向の画素ピッチを単位とする座標値となる。
【００７５】
次に、水平方向加算信号について、極大値と、極大値の次に大きな値（第２の極大値）とを除いた、極大値の上側において、最も大きな値とその次に大きな値（準極大値）Ｄｕｍａｘ１、Ｄｕｍａｘ２を抽出するとともに、極大値の下側において、最も大きな値とその次に大きな値（準極大値）Ｄｄｍａｘ１、Ｄｄｍａｘ２を抽出する（ステップＳ２３）。
【００７６】
そして、水平方向加算信号の信号レベルグラフにおいて、上側の２個の準極大値Ｄｕｍａｘ１と準極大値Ｄｕｍａｘ２とを通る直線Ｌ３と、下側の２個の準極大値Ｄｄｍａｘ１と準極大値Ｄｄｍａｘ２とを通る直線Ｌ４とを、１次関数として各求める（ステップＳ２４）。
【００７７】
続いて、直線Ｌ３と直線Ｌ４との交点を求めて、求めた交点と上述したＹ座標ＹＤｐｎの極大値とのＹ座標距離ＹＤｐｓｕｂを求める（ステップＳ２５）。
【００７８】
その後、ＹＤｐｎとＹＤｐｓｕｂとを加算することにより、第２の特定位置である直線Ｌ３と直線Ｌ４との交点のＹ座標Ｙｃ２を求める（ステップＳ２６）。
【００７９】
次に、上述したステップＳ２１の処理により算出された内の、垂直方向加算信号において、極小値を与えるＸ座標位置を求め、求めたＸ座標位置を第２の特定位置のＸ座標Ｘｃ２として設定する（ステップＳ２７）。
【００８０】
このような処理により、図１１に示す第２の特定位置の座標（Ｘｃ２，Ｙｃ２）が求められたところで、図１５に示す処理にリターンする。
【００８１】
なお、上述では左と右または上と下の２個の準極大値により求められる直線同士の交点として特定位置の座標を求めたが、これに限るものではなく、例えば３個以上の準極大値を用いて回帰直線を求め、回帰直線同士の交点として特定位置の座標を求めるようにすればより精度を向上することが可能となる。
【００８２】
また、カラーフィルタアレイが配置された単板式の撮像素子基板３Ｐの場合には、コリメータ光の面輝度が一定であっても、色が異なると画素１４Ｐから出力される信号レベルが異なることになるために、そのままでは上述したような演算を正確に行うことができない。そこで、上述したような演算を、位置情報領域１５Ｈ，１５Ｖ内の同色の画素１４Ｐについてのみ行うようにしても良いし、あるいは、分光感度補正を行うことにより色毎の感度特性がほぼ同一となるように補正して位置情報領域１５Ｈ，１５Ｖ内の全画素１４Ｐのデータを用いることができるようにしても構わない。
【００８３】
図１５の説明に戻って、水平方向位置検出用遮光マスク３８ＨのＶ字形切欠の頂点３８Ｈｃが配置されるべき目標配置位置（第３の画素１４Ｐの位置）の座標は、図１１に示すように（Ｘ１，Ｙ１）であり、垂直方向位置検出用遮光マスク３８ＶのＶ字形切欠の頂点３８Ｈｃが配置されるべき目標配置位置（第３の画素１４Ｐの位置）の座標は（Ｘ１，Ｙ２）であって、これらはＸ座標が同一でＹ座標のみが異なっている。従って、まず、第１の特定位置のＸ座標と第２の特定位置のＸ座標とが一致するように、撮像素子基板３Ｐに対する透明板３７の傾き角θを求めることにする。
【００８４】
このために、ズレ量算出部２６は、上述した処理により座標演算部２５により求められた第１の特定位置の座標（Ｘｃ１，Ｙｃ１）と第２の特定位置の座標（Ｘｃ２，Ｙｃ２）とを用いて、これらの差分（Ｘａ，Ｙａ）を（Ｘｃ２−Ｘｃ１，Ｙｃ２−Ｙｃ１）により算出する（ステップＳ２）。
【００８５】
次に、ズレ量算出部２６は、Ｘａ／Ｙａの逆正接（アークタンジェント）を算出することにより、撮像素子基板３Ｐに対する透明板３７の傾き角θを求める（ステップＳ３）。
【００８６】
なお、ステップＳ２およびステップＳ３においては数式を用いて傾き角θを求めているが、これに限るものではなく、例えばテーブル参照することにより求めるようにしても勿論構わない。
【００８７】
続いて、走査制御回路２７は、透明板移動装置２２を制御することにより、ズレ量算出部２６により求められた傾き角θを相殺する分（すなわち、−θ）だけ、透明板３７を回転する（ステップＳ４）。
【００８８】
透明板３７が回転されたら、図１６を参照して説明したステップＳ１の処理とほぼ同様にして、撮像素子基板３Ｐに露光（第２の撮像）を行わせて読み出された画像信号に基づき、水平方向位置検出用遮光マスク３８ＨのＶ字形切欠の頂点３８Ｈｃの陰影の座標、すなわち第１の特定位置の座標（Ｘｃ１’，Ｙｃ１’）と、垂直方向位置検出用遮光マスク３８ＶのＶ字形切欠の頂点３８Ｈｃの陰影の座標、すなわち第２の特定位置の（Ｘｃ２’，Ｙｃ２’）と、を求める（ステップＳ５）。
【００８９】
なお、ここでは図１６に示したような処理を行うことを前提としているが、以下の処理においては第１の特定位置のＹ座標Ｙｃ１’と第２の特定位置のＸ座標Ｘｃ２’とを必ずしも使用しないために、これらの座標を求める処理（つまり、図１６におけるステップＳ１９およびステップＳ２７の各処理）は省略しても構わない。すなわち、第１の特定位置の水平方向成分であるＸ座標Ｘｃ１’と、第２の特定位置の垂直方向成分であるＹ座標Ｙｃ２’と、を少なくとも求めれば良い。
【００９０】
ただし、上述したステップＳ４の処理により傾き角θが補正されていれば、第１の特定位置のＸ座標Ｘｃ１’と第２の特定位置のＸ座標Ｘｃ２’とは一致するはずであるから、処理結果の検証を行うために第２の特定位置のＸ座標Ｘｃ２’を求めるようにしても良い。そして、もしＸ座標が一致する検証結果が得られない場合には、さらに第１の特定位置のＹ座標Ｙｃ１’も求めて、取得した現在位置（Ｘｃ１’，Ｙｃ１’）および（Ｘｃ２’，Ｙｃ２’）に基づき上述したステップＳ２〜Ｓ４の処理を繰り返して行えば良い。
【００９１】
次に、現在の第１の特定位置の座標（Ｘｃ１’，Ｙｃ１’）と目標配置位置（Ｘ１，Ｙ１）との水平方向差分であるＸ座標差分ΔＸをＸｃ１’−Ｘ１として求めるとともに、現在の第２の特定位置の座標（Ｘｃ２’，Ｙｃ２’）と目標配置位置（Ｘ１，Ｙ２）との垂直方向差分であるＹ座標差分ΔＹをＹｃ２’−Ｙ２として求める（ステップＳ６）。
【００９２】
そして、差分（ΔＸ，ΔＹ）を相殺する分（すなわち、（−ΔＸ，−ΔＹ））だけ、透明板３７を平行移動する（ステップＳ７）。
【００９３】
こうして透明板３７と撮像素子基板３Ｐとの位置合わせが完了したら、その後は、撮像素子基板３Ｐと透明板３７とを例えば接着剤を用いて固定し、ピックアップ部の真空ポンプによる吸引を停止して、透明板移動装置２２から透明板３７を取り外す。
【００９４】
これにより焦点検出画素が所定の画素位置において正しく機能する撮像素子３が製造されたことになるために、この処理を終了する。
【００９５】
続いて、図１７は撮像装置の構成を示すブロック図である。
【００９６】
上述したように製造された撮像素子３が適用される本実施形態の撮像装置は、例えばＡＦ機能を有するデジタルカメラ等として構成されたものであり、図１７に示すように、結像光学系１と、撮像部２と、位相差検出部６と、フォーカス制御部７と、画像処理部１０と、補間部１１と、を備えている。
【００９７】
結像光学系１は、光学的な被写体像を撮像部２内の撮像素子３上に結像するための対物光学系であり、図示しない光学絞りや、焦点位置を調節するためのフォーカスレンズを含んで構成されている。
【００９８】
撮像部２は、上述した撮像素子３と、撮像素子駆動部４と、画素種別信号出力部５と、を備えている。
【００９９】
撮像素子駆動部４は、撮像素子３を駆動制御するものである。すなわち、撮像素子駆動部４は、水平同期信号ＨＤと垂直同期信号ＶＤとを撮像素子３へ出力して、該撮像素子３上に上述したように配列された複数の画素を所定の順序で駆動するようになっている。従って、画像信号は、読み出された画素順に、画素単位の画像信号（画素データ）として撮像素子３から出力されることになる。さらに、撮像素子駆動部４は、撮像素子３へ出力している水平同期信号ＨＤおよび垂直同期信号ＶＤに基づいて、撮像素子３から読み出されている画素位置の情報である読出位置情報を画素種別信号出力部５へ出力すると共に、相関演算を行うタイミングを示す相関タイミング信号を位相差検出部６へ出力するようになっている。
【０１００】
ここに、撮像素子駆動部４から画素種別信号出力部５へ出力される読出位置情報は、例えば、マトリクス状に配列された複数の画素の位置に対応した、所定のタイミングを有するパルス信号である。
【０１０１】
また、撮像素子駆動部４は、上述したような制御信号（垂直同期信号、水平同期信号、読出位置情報、相関タイミング信号）のそれぞれを、図示しないレリーズボタンの操作に同期して出力するようになっている。
【０１０２】
画素種別信号出力部５は、撮像素子駆動部４からの読出位置情報に基づいて、撮像素子３から画素単位で順次出力される画像信号の種類を示す画素種別信号を生成し、位相差検出部６へ出力する回路である。
【０１０３】
ここに、画素種別信号は、焦点検出画素信号（以下に説明する位置情報画素の信号も含む）と瞳種別信号とを含んでいる。前者の焦点検出画素信号は、撮像素子３から出力されている画素データが、焦点検出画素１３Ａ，１３Ｂまたは位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖが位置する画素（以下では、位置情報画素という）の信号であることを示す信号である。また、後者の瞳種別信号は、撮像素子３から出力されている画素データが、焦点検出画素の内の瞳Ａ焦点検出画素１３Ａと瞳Ｂ焦点検出画素１３Ｂとの何れの画素からのものであるかを示す信号である。
【０１０４】
この画素種別信号出力部５は、例えば、読出位置情報のパルス信号をカウントするカウンタと、焦点検出画素１３Ａ，１３Ｂおよび上述した位置情報画素の位置に対応する値を保持する記憶部と、を備えて構成されている。そして、画素種別信号出力部５は、カウント値が、焦点検出画素１３Ａ，１３Ｂまたは位置情報画素の位置に対応する所定値になったときに、焦点検出画素信号（位置情報画素信号も兼ねる）を出力する。さらに、画素種別信号出力部５は、カウント値が、焦点検出画素１３Ａ，１３Ｂの位置に対応する所定値であるときには、さらに瞳種別信号を出力する。
【０１０５】
従って、撮像素子３から出力されている画像信号が、撮影画素１４の信号である場合には焦点検出画素信号および瞳種別信号の何れも出力されず、位置情報画素の信号である場合には焦点検出画素信号は出力されるが瞳種別信号は出力されず、焦点検出画素１３Ａ，１３Ｂの信号である場合には焦点検出画素信号および瞳種別信号の両方が出力されることになる。
【０１０６】
さらに、画素種別信号出力部５は、焦点検出画素信号を、補間部１１へも出力するようになっている。
【０１０７】
位相差検出部６は、撮像素子３からの画像信号と、画素種別信号出力部５からの画素種別信号と、撮像素子駆動部４からの相関タイミング信号とに基づいて、瞳Ａ焦点検出画素１３Ａに結像されている被写体像（第１の画素群からの出力により形成される第１の画像）と、瞳Ｂ焦点検出画素１３Ｂからの画像信号に結像されている被写体像（第２の画素群からの出力により形成される第２の画像）と、の位相差を検出し、検出結果を位相差信号としてフォーカス制御部７へ出力するものである。
【０１０８】
フォーカス制御部７は、デフォーカス量算出部８とフォーカスレンズ駆動部９とを備えており、位相差検出部６により検出される位相差を０に近付けるように結像光学系１を駆動するものである。
【０１０９】
すなわち、デフォーカス量算出部８は、位相差検出部６からの位相差信号に基づきデフォーカス量を算出して、フォーカスレンズ駆動部９へ出力する。
【０１１０】
フォーカスレンズ駆動部９は、デフォーカス量算出部８により算出されたデフォーカス量に応じて、撮像素子３に結像される被写体像が合焦状態となるように、結像光学系１内のフォーカスレンズを駆動する。これにより、撮像装置のＡＦ機能が実現される。撮像装置には図示しない操作部（例えば、デジタルカメラのレリーズボタン）が設けられており、この操作部からの操作信号により撮影処理の実行が指示されると、その実行時に焦点検出が行われてＡＦ機能が実行される。
【０１１１】
補間部１１は、撮影処理の実行により得られた撮像素子３からの撮像信号に対して、画素種別信号出力部５からの焦点検出画素信号（位置情報画素信号も兼ねる）に基づき、焦点検出画素１３Ａ，１３Ｂおよび位置情報画素の補間処理を行うものである。すなわち、焦点検出画素１３Ａ，１３Ｂおよび位置情報画素は、撮影用の画素として使用することができないために、この補間部１１が、焦点検出画素１３Ａ，１３Ｂおよび位置情報画素の位置の画素データを、周囲の撮影画素１４の画素データを用いて補間して生成する処理を行う。
【０１１２】
画像処理部１０は、補間部１１により補間された画像信号に対して画像処理を行うものである。この画像処理部１０により生成された画像データは、図示しない記録媒体等に記録されたり、図示しない表示装置に表示されたりするようになっている。
【０１１３】
なお、上述では位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖを透明板３７の撮像素子基板３Ｐに対向する側の面に設けているが、これに代えて、位置検出用遮光マスクＨ，３８Ｖを透明板３７の撮像素子基板３Ｐに対向する側の面とは反対側の面に設けるとともに、さらに位置決めして取り付けた後に消去可能となるように形成すれば、位置情報画素は再び撮影画素１４として使用可能となり、補間部１１による位置情報画素の補間も不要となる利点がある。
【０１１４】
このような実施形態１によれば、遮光マスク３８Ａ，３８Ｂに対して所定の位置関係にある位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖを設け、これらの位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖが位置するべき第３の画素１４Ｐ上に、位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖが移動されるように位置合わせを行うことにより、遮光マスク３８Ａ，３８Ｂが位置するべき第１，第２の画素１４Ｐ上に該遮光マスク３８Ａ，３８Ｂを、短時間で高精度に位置合わせすることが可能となる。
【０１１５】
また、位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖを、画素毎の遮光面積を、徐々に増加させる部位と、徐々に減少させる部位と、を備えるように構成したために、画素毎の遮光面積が、徐々に増加する線と、徐々に減少する線と、が交差する位置（ひいては、画素からの出力値が、徐々に減少する線と、徐々に増加する線と、が交差する位置）として特定位置を求めることができ、算出が容易になる利点がある。
【０１１６】
特に、水平方向に配列された複数の画素１４Ｐの遮光面積を、徐々に増加させる部位と、徐々に減少させる部位と、を備えた水平方向位置検出用遮光マスク３８Ｈを設けることにより水平方向の特定位置を高い精度で求めることが可能となる。また、垂直方向に配列された複数の画素１４Ｐの遮光面積を、徐々に増加させる部位と、徐々に減少させる部位と、を備えた垂直方向位置検出用遮光マスク３８Ｖを設けることにより垂直方向の特定位置を高い精度で求めることが可能となる。このような構成は、複数の画素１４Ｐが、水平方向および垂直方向に沿って２次元状に配列された撮像素子基板３Ｐに対して、特に有効となる。
【０１１７】
さらに、位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖを、透明板３７上の周辺領域に設けることにより、画像の中央部に位置することが多い主要被写体の画質低下を防止することができる。加えて、水平方向位置検出用遮光マスク３８Ｈと垂直方向位置検出用遮光マスク３８Ｖとを、透明板３７上に互いに離隔して設けることにより、位置合わせの精度を向上することができる。
【０１１８】
そして、位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖを、透明板３７の、撮像素子基板３Ｐと貼設される面とは反対側の面に設けて、位置合わせ後に消去する場合には、位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖによる画質の低下が全く生じることのない利点がある。
【０１１９】
なお、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。このように、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【０１２０】
１…結像光学系
２…撮像部
３…撮像素子
３Ｐ…撮像素子基板
４…撮像素子駆動部
５…画素種別信号出力部
６…位相差検出部
７…フォーカス制御部
８…デフォーカス量算出部
９…フォーカスレンズ駆動部
１０…画像処理部
１１…補間部
１３…瞳分割用遮光マスク領域
１３Ａ…瞳Ａ焦点検出画素（第１の焦点検出画素）
１３Ｂ…瞳Ｂ焦点検出画素（第２の焦点検出画素）
１４…撮影画素
１４Ｐ…画素
１５Ｈ…水平方向位置情報領域
１５Ｖ…垂直方向位置情報領域
２１…コリメータ光源
２２…透明板移動装置
２３…撮像素子駆動部
２４…位置情報領域分離タイミングデコーダ
２５…座標演算部
２６…ズレ量算出部
２７…走査制御回路
３１…半導体基板
３２…フォトダイオード
３３，３４…配線パターン
３５…マイクロレンズ
３７…透明板
３８Ａ…第１の遮光マスク
３８Ｂ…第２の遮光マスク
３８Ｈ…水平方向位置検出用遮光マスク
３８Ｈｃ…頂点（特定位置）
３８Ｖ…垂直方向位置検出用遮光マスク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点検出機能を備えた画素を有する撮像素子、該撮像素子を用いた撮像装置、および該撮像素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置において合焦位置からのずれ量を検出する技術として、位相差検出方式が知られている。この位相差検出方式は、結像光学系の射出瞳を通過した光束を２分割し、２分割した光束を焦点検出用センサにより受光して、その受光量に応じて出力される信号のずれ量、つまり分割された光束により結像される２つの像の相対的位置ずれ量（位相差）を検出することにより、結像光学系の焦点のずれ量を求めるものである。
【０００３】
このような位相差の検出を、結像光学系を通して撮像素子上に結像された像を利用して行うために、瞳分割を行う遮光部を設けた撮像素子と、この撮像素子を用いた位相差検出方法と、が提案されている。このような提案としては、例えば特開２００９−４４５３５号公報に記載された技術が挙げられ、該公報には、撮像素子を製造するための半導体製造プロセスにおいて、撮像素子を構成するフォトダイオードとカラーフィルタとの間に瞳分割用の遮光部を設けることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−４４５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記公報に記載されたような構成の場合には、新規の専用撮像素子の開発が必要であるために開発コストが大幅に高くなるとともに、通常の撮像素子を製造するのとは異なる半導体製造プロセスが必要となるために、製造コストも高価となる。さらに、製造後においても、通常撮像素子と焦点検出機能付き撮像素子とを区別する必要があるために、管理コストが高くなる。
【０００６】
このような点に対応するための構成として、通常の半導体製造プロセスにより製造された撮像素子に対して、瞳分割用の遮光部である遮光マスクを設けた透明板（例えば、ガラス板など）を貼設することで、焦点検出機能付き撮像素子を製造することが考えられる。このような構成によれば、上述した点に対応し得るだけでなく、実績のある撮像素子を使用することができるために、安定した性能が得られる利点もある。
【０００７】
このような構成の撮像素子の画素値から位相差検出用の情報を正しく得るためには、位相差検出用として予め位置を定められた画素上に、遮光マスクが正しく配置される必要がある。従って、遮光マスクを設けた透明板を通常の撮像素子に対して正確に位置合わせしなければならない。しかも、生産性を考慮すると、なるべく短時間で位置合わせを行い得ることが望ましい。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、遮光マスクが設けられた透明板と、複数の画素が２次元状に配列された撮像素子基板とを、短時間に高い精度で位置合わせして貼設可能な構造を備えた撮像素子、該撮像素子を用いた撮像装置、および該撮像素子の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様による撮像素子は、光学的な被写体像を光電変換するための画素が、複数、２次元状に配列されるように、半導体製造プロセスにより形成された撮像素子基板と、上記撮像素子基板に対して画素位置を合わせて貼設された透明板と、を具備した撮像素子であって、上記撮像素子基板に配列された複数の画素は、第１の所定位置にある第１の画素と、第２の所定位置にある第２の画素と、第３の所定位置にある第３の画素と、を含み、上記透明板上に、該透明板が上記撮像素子基板に画素位置を合わせて貼設された際に、上記第１の画素の中心から一方向へ偏心した部分を遮光するように設けられた第１の遮光マスクと、上記透明板上に、該透明板が上記撮像素子基板に画素位置を合わせて貼設された際に、上記第２の画素の中心から他方向へ偏心した部分を遮光するように設けられた第２の遮光マスクと、上記透明板上に、該透明板が上記撮像素子基板に画素位置を合わせて貼設された際に、上記撮像素子基板に配列された複数の画素の内の、一部の複数の画素を、遮光面積を徐々に異ならせながら遮光するように設けられ、遮光面積の変化に基づいて定められる特定位置が上記第３の画素に一致するように設けられた位置検出用遮光マスクと、をさらに具備し、上記第１の画素および上記第１の遮光マスクの組が第１の焦点検出画素を、上記第２の画素および上記第２の遮光マスクの組が第２の焦点検出画素を、それぞれ構成する。
【００１０】
また、本発明の第２の態様による撮像装置は、上述した撮像素子と、上記撮像素子上に被写体像を形成する結像光学系と、上記第１の焦点検出画素からの出力により形成される第１の画像と、上記第２の焦点検出画素からの出力により形成される第２の画像と、の位相差を検出する位相差検出部と、を具備したものである。
【００１１】
さらに、本発明の第３の態様による撮像素子の製造方法は、上述した撮像素子であって、上記撮像素子基板は、複数の画素が、水平方向および垂直方向に沿って２次元状に配列されたものであり、上記位置検出用遮光マスクは、水平方向に配列された複数の画素の画素毎の遮光面積を、徐々に増加させる部位と、徐々に減少させる部位と、を備えた水平方向位置検出用遮光マスクと、垂直方向に配列された複数の画素の画素毎の遮光面積を、徐々に増加させる部位と、徐々に減少させる部位と、を備えた垂直方向位置検出用遮光マスクと、を含み、上記特定位置は、画素毎の遮光面積が、徐々に増加する線と、徐々に減少する線と、が交差する位置である撮像素子、を製造するための方法であって、上記撮像素子基板に対して上記透明板を配置し、透明板が配置された撮像素子基板に平行光を照射して、該撮像素子基板により第１の撮像を行うステップと、上記第１の撮像により上記撮像素子基板から得られた画像信号に基づき、上記水平方向位置検出用遮光マスクの陰影が形成された第１の特定位置と、上記垂直方向位置検出用遮光マスクの陰影が形成された第２の特定位置と、を取得するステップと、取得された第１の特定位置および第２の特定位置を結ぶ直線と、上記水平方向位置検出用遮光マスクと上記垂直方向位置検出用遮光マスクとが配置されるべき２つの上記第３の所定位置を結ぶ直線と、がなす傾き角を求めるステップと、上記傾き角を０にするように、上記撮像素子基板に対して上記透明板を回転するステップと、上記透明板の回転が終了した後の撮像素子基板に平行光を照射して、該撮像素子基板により第２の撮像を行うステップと、上記第２の撮像により上記撮像素子基板から得られた画像信号に基づき、上記水平方向位置検出用遮光マスクの陰影が形成された第１の特定位置の水平方向成分と、上記垂直方向位置検出用遮光マスクの陰影が形成された第２の特定位置の垂直方向成分と、を取得するステップと、上記取得された第１の特定位置の水平方向成分と、上記水平方向位置検出用遮光マスクが配置されるべき上記第３の所定位置の水平方向成分と、の差分である水平方向差分と、上記取得された第２の特定位置の垂直方向成分と、上記垂直方向位置検出用遮光マスクが配置されるべき上記第３の所定位置の垂直方向成分と、の差分である垂直方向差分と、を算出するステップと、上記水平方向差分および上記垂直方向差分を相殺するように、上記撮像素子基板に対して上記透明板を平行移動するステップと、を含む方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の撮像素子、該撮像素子を用いた撮像装置、および該撮像素子の製造方法によれば、遮光マスクが設けられた透明板と、複数の画素が２次元状に配列された撮像素子基板とを、短時間に高い精度で位置合わせして貼設可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態１における撮像素子の構成を示す正面図。
【図２】上記実施形態１において、複数の画素が２次元状に配列された撮像素子基板の構成を示す正面図。
【図３】上記実施形態１において、撮像素子基板上の画素の構造を示す図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】上記実施形態１において、遮光マスクが形成された特定ライン部分の透明板の構成を示す要部正面図。
【図５】上記実施形態１において、遮光マスクが形成された特定ライン部分の透明板の構造を示す図４のＢ−Ｂ断面図。
【図６】上記実施形態１における撮影画素および２種類の焦点検出画素の構成を示す断面図。
【図７】上記実施形態１において、撮像素子上に設けられた焦点検出画素の配置を示す図。
【図８】上記実施形態１における位置検出用遮光マスクの形状の一例を示す図。
【図９】上記実施形態１における水平方向位置検出用遮光マスクと焦点検出画素との位置関係を示す図。
【図１０】上記実施形態１における撮像素子の製造装置の構成を示すブロック図。
【図１１】上記実施形態１において、撮像素子の製造装置により位置調整を行う前の、撮像素子基板と透明板との位置関係の例を示す図。
【図１２】上記実施形態１において、撮像素子基板に対する透明板の傾きがないときの（Ａ）配置例を示す図、（Ｂ）垂直方向加算信号の信号レベルの分布を示す線図、（Ｃ）水平方向加算信号の信号レベルの分布を示す線図。
【図１３】上記実施形態１において、撮像素子基板に対する透明板の傾きがあるときの（Ａ）配置例を示す図、（Ｂ）垂直方向加算信号の信号レベルの分布を示す線図、（Ｃ）水平方向加算信号の信号レベルの分布を示す線図。
【図１４】上記実施形態１において、垂直方向加算信号の信号レベルグラフを用いて、水平方向位置検出用遮光マスクのＶ字形切欠の頂点のＸ座標を求める手順を説明するための図。
【図１５】上記実施形態１において、撮像素子の製造装置による位置調整の処理を示すフローチャート。
【図１６】上記実施形態１において、位置検出用遮光マスクの特定位置であるＶ字形切欠の頂点の現在位置を取得する処理を示すフローチャート。
【図１７】上記実施形態１における撮像装置の構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
［実施形態１］
【００１５】
図１から図１７は本発明の実施形態１を示したものであり、図１は撮像素子３の構成を示す正面図である。
【００１６】
撮像素子３は、例えば周辺部を除く中央の矩形状部分に、後述する焦点検出画素が配置された領域である瞳分割用遮光マスク領域１３が設けられている。ここに、瞳分割用遮光マスク領域１３は、そのほとんどが、複数の撮影画素１４（図６等参照）が２次元状に配列された部分となっているが、この撮影画素１４の配列中の幾つかの箇所に焦点検出画素１３Ａ，１３Ｂ（図６等参照）が対をなして配置された構成となっている。
【００１７】
さらに、撮像素子３の例えば周辺部には、複数の画素を含む横長の矩形領域である水平方向位置情報領域１５Ｈと、複数の画素を含む縦長の矩形領域である垂直方向位置情報領域１５Ｖと、が設けられている。特に、図１に示す例においては、水平方向位置情報領域１５Ｈは撮像素子３の左上角部に、垂直方向位置情報領域１５Ｖは撮像素子３の左下角部に、それぞれ設けられている。
【００１８】
この撮像素子３は、図２および図３に示すような、半導体製造プロセスにより形成された撮像素子基板３Ｐ（この撮像素子基板３Ｐは、通常の撮像素子と同様の構成である）と、図４および図５に示すような、半導体製造プロセスによることなく形成された透明板３７とを、画素位置を合わせて貼設した構成（図６参照）となっている。
【００１９】
そして、撮像素子基板３Ｐに対して画素位置を合わせて透明板３７が貼設された後においては、水平方向位置情報領域１５Ｈ内の所定位置には水平方向位置検出用遮光マスク３８Ｈが、垂直方向位置情報領域１５Ｖ内の所定位置には垂直方向位置検出用遮光マスク３８Ｖが、それぞれ位置している。
【００２０】
ここに、図２は複数の画素１４Ｐが２次元状に配列された撮像素子基板３Ｐの構成を示す正面図、図３は撮像素子基板３Ｐ上の画素１４Ｐの構造を示す図２のＡ−Ａ断面図、図４は遮光マスク３８Ａ，３８Ｂが形成された特定ライン部分の透明板３７の構成を示す要部正面図、図５は遮光マスク３８Ａ，３８Ｂが形成された特定ライン部分の透明板３７の構造を示す図４のＢ−Ｂ断面図、図６は撮影画素１４および２種類の焦点検出画素１３Ａ，１３Ｂの構成を示す断面図、図７は、撮像素子３上に設けられた焦点検出画素１３Ａ，１３Ｂの配置を示す図である。
【００２１】
図２に示すように、撮像素子基板３Ｐは、光学的な被写体像を光電変換するための画素１４Ｐが、複数、２次元マトリックス状に配列されていて、この図２に示す例では、ライン方向（行方向、あるいは水平方向）およびこのライン方向に垂直な方向（列方向、あるいは垂直方向）に沿って２次元状に配列されている。
【００２２】
各画素１４Ｐは、図３に示すように、半導体基板３１内に不純物をドープして形成されたフォトダイオード３２と、半導体基板３１上に形成された配線パターン３３，３４と、マイクロレンズ３５と、を有しており、深部から表層へ向かって、光電変換部層ＰＤ、配線層ＷＬ、マイクロレンズ層ＭＬが形成された積層構造となっている。
【００２３】
配線パターン３３，３４は、遮光機能を有するとともにフォトダイオード３２に各対応する位置に開口が形成されていて、この図３に示す構成例では、配線パターン３４に設けられた開口（およびマイクロレンズ３５）がこの画素１４Ｐの開口率を規定している。
【００２４】
また、マイクロレンズ３５は、中心がフォトダイオード３２の中心の鉛直線（１点鎖線で示す線）上に位置するように構成されている。
【００２５】
図４および図５に示すように、透明板３７は、ガラス等の素材により形成された透明な平板に、２種類の遮光マスク３８Ａ，３８Ｂと、位置検出用遮光マスクと、を設けたものである。ここに本実施形態においては、位置検出用遮光マスクとして、上述したように、水平方向の位置検出を高精度に行うための水平方向位置検出用遮光マスク３８Ｈと、垂直方向の位置検出を高精度に行うための垂直方向位置検出用遮光マスク３８Ｖと、の２種類がある。ただし、この２種類に限らず、斜め方向の位置検出を高精度に行うための位置検出用遮光マスク等を設けても構わない。
【００２６】
そして、図１に示した例においては、水平方向位置検出用遮光マスク３８Ｈは撮像素子３の左上角部に１つ設けられた水平方向位置情報領域１５Ｈに対応して透明板３７の左上角部に１つ設けられ、垂直方向位置検出用遮光マスク３８Ｖは撮像素子３の左下角部に１つ設けられた垂直方向位置情報領域１５Ｖに対応して透明板３７の左下角部に１つ設けられている。
【００２７】
これら水平方向位置検出用遮光マスク３８Ｈと垂直方向位置検出用遮光マスク３８Ｖと、とは、後で説明するように、撮像素子基板３Ｐと透明板３７とを位置合わせする際の角度のずれ量の検出精度を向上するためには、透明板３７上の周辺領域に互いに離隔して設けることが望ましい。そして、図１に示した配置は、このような条件を満たす一例である。ただし、位置検出用遮光マスクは、図１に示したように配置するに限るものではなく、各方向用に１つずつ設けるに限るものでもない。
【００２８】
これらの遮光マスク３８Ａ，３８Ｂおよび位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖは、例えば、黒色のクロム膜を、透明板３７の撮像素子基板３Ｐに対向する側の面に蒸着して構成したものとなっている。なお、図４および後述する図９においては、点線を用いて各画素の範囲を示しているが、この点線は説明のために記載しただけであり、実際の透明板３７上には存在していない。
【００２９】
ここに、第１の遮光マスク３８Ａは、透明板３７上に、該透明板３７が撮像素子基板３Ｐに画素位置を合わせて貼設された際に、撮像素子基板３Ｐ上の第１の所定位置にある第１の画素１４Ｐの中心から一方向へ偏心した部分を遮光する（図６も参照）ように設けられたものである。そして、第１の画素１４Ｐおよび第１の遮光マスク３８Ａの組が、図６に示す第１の焦点検出画素１３Ａを構成するようになっている。このような構成により、第１の焦点検出画素１３Ａは、後述する結像光学系１（図１７参照）の射出瞳を異なる２つの瞳領域に区分した（すなわち、瞳分割した）内の、第１の瞳領域（ここに、第１の瞳領域を瞳Ａということにする）を通過した光束を受光することになるために、以下では適宜、瞳Ａ焦点検出画素１３Ａなどと呼ぶことにする。
【００３０】
また、第２の遮光マスク３８Ｂは、透明板３７上に、該透明板３７が撮像素子基板３Ｐに画素位置を合わせて貼設された際に、撮像素子基板３Ｐ上の第２の所定位置にある第２の画素１４Ｐの中心から他方向へ偏心した部分を遮光する（図６も参照）ように設けられたものである。そして、第２の画素１４Ｐおよび第２の遮光マスク３８Ｂの組が、図６に示す第２の焦点検出画素１３Ｂを構成するようになっている。このような構成により、第２の焦点検出画素１３Ｂは、後述する結像光学系１（図１７参照）の射出瞳を異なる２つの瞳領域に区分した（すなわち、瞳分割した）内の、第２の瞳領域（ここに、第２の瞳領域を瞳Ｂということにする）を通過した光束を受光することになるために、以下では適宜、瞳Ｂ焦点検出画素１３Ｂなどと呼ぶことにする。
【００３１】
なお、撮影画素１４は、撮像素子基板３Ｐの画素１４Ｐ上に、透明板３７の透明部分のみが配置されることにより構成される。
【００３２】
そして、撮像素子基板３Ｐに透明板３７を貼設することにより、撮像素子３は、図６に示すように、遮光マスク透明板層ＭＧをさらに設けた積層構造となり、瞳分割用遮光マスク領域１３には、図７に示すように、瞳Ａ焦点検出画素１３Ａの群と瞳Ｂ焦点検出画素１３Ｂの群とが一対となって配列される。
【００３３】
続いて図８は、位置検出用遮光マスク３８Ｈ（ほぼ同様に、位置検出用遮光マスク３８Ｖ）の形状の一例を示す図である。
【００３４】
位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖは、透明板３７上に、透明板３７が撮像素子基板３Ｐに画素位置を合わせて貼設された際に、撮像素子基板３Ｐに配列された複数の画素１４Ｐの内の、一部の複数の画素１４Ｐを、遮光面積を徐々に異ならせながら遮光するように設けられている。そして、位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖにおける遮光面積の変化に基づいて定められる特定位置（下記に一例を説明する）が、撮像素子基板３Ｐ上の第３の所定位置にある第３の画素１４Ｐに一致するように設けられている。
【００３５】
具体的には、水平方向位置検出用遮光マスク３８Ｈは、水平方向に配列された複数の画素１４Ｐの遮光面積を、徐々に増加させる部位と、徐々に減少させる部位と、を備え、例えば図８に示すように、垂直方向を画素幅の短手方向とし、水平方向を複数画素に渡る長手方向とする矩形型の遮光マスクを、その中央部がくびれとなるようにＶ字形に切り欠いた形状となっている。従って、水平方向位置検出用遮光マスク３８Ｈは、複数の水平ラインにまたがらないように一水平ライン上のみに配置することが可能な構成である。
【００３６】
ほぼ同様に、垂直方向位置検出用遮光マスク３８Ｖは、垂直方向に配列された複数の画素１４Ｐの遮光面積を、徐々に増加させる部位と、徐々に減少させる部位と、を備え、例えば図８に示す形状を垂直方向に立てた形状となっている。従って、垂直方向位置検出用遮光マスク３８Ｖは、複数の垂直ラインにまたがらないように一垂直ライン上のみに配置することが可能な構成である。
【００３７】
そして、位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖは、例えば、画素毎の遮光面積が、徐々に増加する線と、徐々に減少する線と、が交差する位置、すなわち図８におけるＶ字形切欠の頂点３８Ｈｃ（図９も参照）を、特定位置としている。
【００３８】
図９は、水平方向位置検出用遮光マスク３８Ｈと焦点検出画素１３Ａとの位置関係を示す図である。
【００３９】
第３の画素１４Ｐ、すなわち、画素位置を合わせて透明板３７が撮像素子基板３Ｐに貼設されたときの位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖの特定位置である頂点３８Ｈｃは、焦点検出画素１３Ａ，１３Ｂに対して予め定められた位置関係を有するように配置されている。この図９に示す例においては、第３の画素１４Ｐ（すなわちここでは、位置合わせ後の水平方向位置検出用遮光マスク３８Ｈ）に最も近接している瞳分割用遮光マスク領域１３内の焦点検出画素（ここでは、瞳Ａ焦点検出画素１３Ａ）の中央に対して、Ｖ字形切欠の頂点３８Ｈｃが、水平方向に距離Ｏｈ、垂直方向に距離Ｏｖを隔てるように配置されている。ここに、距離Ｏｈは水平方向の画素ピッチの整数倍、距離Ｏｖは垂直方向の画素ピッチの整数倍である。
【００４０】
次に、図１０は、撮像素子の製造装置の構成を示すブロック図である。
【００４１】
この図１０の構成によって行う撮像素子の製造工程は、半導体製造プロセスが終了した撮像素子基板３Ｐと、遮光マスク３８Ａ，３８Ｂおよび位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖが既に形成された透明板３７と、を位置合わせして貼設する工程であり、図１０に示す撮像素子の製造装置は、貼り合わせ調整装置であるということもできる。
【００４２】
この撮像素子の製造装置は、コリメータ光源２１と、透明板移動装置２２と、撮像素子駆動部２３と、位置情報領域分離タイミングデコーダ２４と、座標演算部２５と、ズレ量算出部２６と、走査制御回路２７と、を含んで構成されていて、製造の対象となる透明板３７および撮像素子基板３Ｐが取り付けられるようになっている。
【００４３】
コリメータ光源２１は、平行光であるコリメータ光を、透明板３７を介して撮像素子基板３Ｐへ照射するものである。
【００４４】
透明板移動装置２２は、ピックアップ部により透明板３７を保持して、保持した状態の透明板３７を平行移動したり、回転移動したりする装置である。ここに、ピックアップ部は、例えば、真空ポンプによる吸引によって透明板３７を引き付け保持し、吸引を停止することによって透明板３７を開放するようになっている。
【００４５】
撮像素子駆動部２３は、通常の撮像素子として機能する撮像素子基板３Ｐへ水平同期信号ＨＤと垂直同期信号ＶＤとを出力して、撮像素子基板３Ｐ上に配列された複数の画素１４Ｐを所定の順序で駆動するようになっている。従って、画像信号は、読み出された画素順に、画素単位の画像信号（画素データ）として撮像素子基板３Ｐから出力されることになる。さらに、撮像素子駆動部２３は、撮像素子基板３Ｐへ出力している水平同期信号ＨＤおよび垂直同期信号ＶＤに基づいて、撮像素子基板３Ｐから読み出されている画素位置の情報である読出位置情報を位置情報領域分離タイミングデコーダ２４へ出力すると共に、演算タイミング信号を座標演算部２５へ出力するようになっている。ここに、読出位置情報は、例えば、マトリックス配列された複数の画素１４Ｐの位置に対応した、所定のタイミングを有するパルス信号である。
【００４６】
位置情報領域分離タイミングデコーダ２４は、撮像素子駆動部２３からの読出位置情報に基づいて、その読出位置の画素１４Ｐが位置情報領域１５Ｈ，１５Ｖに含まれる画素（この位置情報領域１５Ｈ，１５Ｖには、位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖが位置するべき第３の所定位置にある第３の画素１４Ｐが含まれている）であることを示す信号である位置情報領域指示信号を生成し、座標演算部２５へ出力する回路である。すなわち、位置情報領域分離タイミングデコーダ２４は、例えば、読出位置情報のパルス信号をカウントするカウンタと、位置情報領域１５Ｈ，１５Ｖに含まれる全画素１４Ｐの位置に対応する値を保持する記憶部とを備え、カウント値が所定値（すなわち位置情報領域１５Ｈ，１５Ｖに含まれる画素１４Ｐの位置に対応する値）になったときに、位置情報領域指示信号を出力するように構成されている。
【００４７】
座標演算部２５は、位置情報領域分離タイミングデコーダ２４から位置情報領域指示信号が入力されると、撮像素子基板３Ｐから入力された画像信号が位置情報用の画素１４Ｐの信号であると識別し、その画素データを内部の図示しないバッファに蓄積する。その後、撮像素子駆動部２３から演算タイミング信号を受信すると、座標演算部２５は、バッファに水平方向位置情報領域１５Ｈまたは垂直方向位置情報領域１５Ｖ内の全画素１４Ｐのデータが蓄積されたと識別する。後述するように、透明板３７は、最初の段階で、撮像素子基板３Ｐに対して例えば数十ミクロンの精度で位置合わせをされており、このときの位置ずれを考慮しても、位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖの陰影が位置情報領域１５Ｈ，１５Ｖ内にほぼ確実に投影されるように、位置情報領域１５Ｈ，１５の位置や領域の大きさが設定されている。従って、位置情報領域１５Ｈ，１５Ｖ内に、位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖの陰影が投影されていると期待することができる。そして、座標演算部２５は、後述するような演算を行うことにより、位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８ＶのＶ字形切欠の頂点３８Ｈｃの陰影の座標を求めて、求めた座標をズレ量算出部２６へ出力する。
【００４８】
ズレ量算出部２６は、座標演算部２５により求められた、水平方向位置検出用遮光マスク３８ＨのＶ字形切欠の頂点３８Ｈｃの陰影の座標と、垂直方向位置検出用遮光マスク３８ＶのＶ字形切欠の頂点３８Ｈｃの陰影の座標と、これらの頂点３８Ｈｃの陰影が投影されるべき第３の画素１４Ｐの座標と、に基づいて、後述するように、撮像素子基板３Ｐに対して透明板３７を移動するべき走査方向（平行移動方向、回転移動方向など）および走査量（平行移動量、回転移動量など）を決定するものである。
【００４９】
走査制御回路２７は、ズレ量算出部２６により決定された走査方向および走査量に基づいて、透明板移動装置２２を制御し、撮像素子基板３Ｐに対する透明板３７の２次元的な位置を変更する走査を行わせるものである。
【００５０】
次に、図１１は、撮像素子の製造装置により位置調整を行う前の、撮像素子基板３Ｐと透明板３７との位置関係の例を示す図である。
【００５１】
上述したように、撮像素子の製造装置により位置調整を行う前に、透明板３７は、観察カメラ等によって観察を行いながら、撮像素子基板３Ｐに対して例えば数十ミクロンの精度で位置合わせをされているものとする。従って、この初期の位置合わせ誤差を考慮しても、この状態でコリメータ光を照射すれば、位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖの陰影が、位置情報領域１５Ｈ，１５Ｖ内に投影されるものとする。
【００５２】
そして、この初期状態では、一般に、透明板３７は撮像素子基板３Ｐに対して、水平方向および垂直方向に位置ずれが生じているとともに、回転方向にも位置ずれが生じていると考えられる。
【００５３】
このような前提の下に、撮像素子の製造装置により位置調整を行う。ここに図１５は、撮像素子の製造装置による位置調整の処理を示すフローチャートである。
【００５４】
この処理を開始すると、まず、水平方向位置検出用遮光マスク３８ＨのＶ字形切欠の頂点３８Ｈｃの陰影の座標、すなわち第１の特定位置の座標（Ｘｃ１，Ｙｃ１）と、垂直方向位置検出用遮光マスク３８ＶのＶ字形切欠の頂点３８Ｈｃの陰影の座標、すなわち第２の特定位置の（Ｘｃ２，Ｙｃ２）と、を求める（ステップＳ１）。この処理の詳細について、図１６を参照して説明する。
【００５５】
図１６は、位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖの特定位置であるＶ字形切欠の頂点３８Ｈｃの現在位置を取得する処理を示すフローチャートである。
【００５６】
この処理を開始すると、透明板３７が配置された撮像素子基板３Ｐにコリメータ光源２１からコリメータ光を照射する。そして、撮像素子駆動部２３の制御により、撮像素子基板３Ｐに露光（第１の撮像）を行わせ、画像信号の読み出しを行う（ステップＳ１１）。
【００５７】
撮像素子基板３Ｐからの画像信号の読み出しは、上述したように、画素単位で順に行われる。そこで、座標演算部２５は、位置情報領域分離タイミングデコーダ２４からの位置情報領域指示信号に基づいて、まず水平方向位置情報領域１５Ｈに含まれる全ての画素１４Ｐの画素データを蓄積する。これにより、水平方向位置情報領域１５Ｈの画像データが抽出される（ステップＳ１２）。この水平方向位置情報領域１５Ｈの画像データの抽出が完了した後に、撮像素子駆動部２３からの演算タイミング信号が座標演算部２５に入力されて、以下のステップＳ１３〜Ｓ１９の処理が行われる。
【００５８】
するとまず、複数の画素１４Ｐを含む横長の矩形領域である水平方向位置情報領域１５Ｈ内の各画素データを、垂直方向と水平方向とに各加算する（ステップＳ１３）。
【００５９】
ここに、図１２は撮像素子基板３Ｐに対する透明板３７の傾きがないときの（Ａ）配置例を示す図、（Ｂ）垂直方向加算信号の信号レベルの分布を示す線図、（Ｃ）水平方向加算信号の信号レベルの分布を示す線図である。
【００６０】
水平方向位置検出用遮光マスク３８Ｈは、入射する光を遮光するものであるために、その陰影の面積が大きいほど、画素１４Ｐから出力される信号レベルは低くなる。従って、水平方向位置検出用遮光マスク３８ＨがＶ字形の切欠を有する形状に形成されているのに伴って、垂直方向加算信号の信号レベルの分布は、図１２（Ｂ）に示すように略２等辺三角形状をなす山形となる。また、水平方向加算信号の信号レベルの分布は、図１２（Ｃ）に示すように、水平方向位置検出用遮光マスク３８Ｈが最も大きい面積で配置された水平ラインの加算信号が極小値をなすような谷形となる。
【００６１】
次に、図１３は撮像素子基板３Ｐに対する透明板３７の傾きがあるときの（Ａ）配置例を示す図、（Ｂ）垂直方向加算信号の信号レベルの分布を示す線図、（Ｃ）水平方向加算信号の信号レベルの分布を示す線図である。
【００６２】
図１３（Ａ）に示したように透明板３７の傾きが比較的小さい場合には、垂直方向加算信号の信号レベルの分布は、図１２（Ｂ）に示した略２等辺三角形状をなす山形と類似した波形の形状となる。一方、水平方向加算信号の信号レベルの分布は、図１２（Ｃ）に示した谷形の波形において、山と谷との振幅が小さくなった波形となる。
【００６３】
従って、水平方向位置検出用遮光マスク３８Ｈの特定位置であるＶ字形切欠の頂点３８Ｈｃの水平方向位置（Ｘ座標）は、比較的小さい傾きの有無に関わらず、安定して求めることが可能であることが分かる。同様に、垂直方向位置検出用遮光マスク３８Ｖの特定位置であるＶ字形切欠の頂点３８Ｈｃの垂直方向位置（Ｙ座標）も、比較的小さい傾きの有無に関わらず、安定して求めることが可能である。
【００６４】
図１４は、垂直方向加算信号の信号レベルグラフを用いて、水平方向位置検出用遮光マスク３８ＨのＶ字形切欠の頂点３８ＨｃのＸ座標を求める手順を説明するための図である。
【００６５】
上述したステップＳ１３の処理により算出された内の、垂直方向加算信号について、まず、極大値を検出し、この極大値を与える垂直ラインのＸ座標ＸＤｐｎを求める（ステップＳ１４）。ここで求めたＸ座標ＸＤｐｎは、水平方向の画素ピッチを単位とする座標値となる。
【００６６】
次に、垂直方向加算信号について、極大値と、極大値の次に大きな値（以下では、第２の極大値と称することにする）とを除いた、極大値の左側において、最も大きな値とその次に大きな値（以下では、準極大値と称することにする）Ｄｌｍａｘ１、Ｄｌｍａｘ２を抽出するとともに、極大値の右側において、最も大きな値とその次に大きな値（上述したように、準極大値）Ｄｒｍａｘ１、Ｄｒｍａｘ２を抽出する（ステップＳ１５）。
【００６７】
そして、図１４に示すような垂直方向加算信号の信号レベルグラフにおいて、左側の２個の準極大値Ｄｌｍａｘ１と準極大値Ｄｌｍａｘ２とを通る直線Ｌ１と、右側の２個の準極大値Ｄｒｍａｘ１と準極大値Ｄｒｍａｘ２とを通る直線Ｌ２とを、１次関数として各求める（ステップＳ１６）。
【００６８】
続いて、直線Ｌ１と直線Ｌ２との交点を求めて、求めた交点と上述したＸ座標ＸＤｐｎの極大値とのＸ座標距離ＸＤｐｓｕｂを求める（ステップＳ１７）。
【００６９】
その後、ＸＤｐｎとＸＤｐｓｕｂとを加算することにより、第１の特定位置である直線Ｌ１と直線Ｌ２との交点のＸ座標Ｘｃ１を求める（ステップＳ１８）。
【００７０】
次に、上述したステップＳ１３の処理により算出された内の、図１３（Ｃ）に示すような水平方向加算信号において、極小値を与えるＹ座標位置を求め、求めたＹ座標位置を第１の特定位置のＹ座標Ｙｃ１として設定する（ステップＳ１９）。
【００７１】
このような処理により、図１１に示す第１の特定位置の座標（Ｘｃ１，Ｙｃ１）が求められた。続いて、同様の処理を行うことにより、図１１に示す第２の特定位置の座標（Ｘｃ２，Ｙｃ２）を求める。
【００７２】
すなわち、座標演算部２５は、位置情報領域分離タイミングデコーダ２４からの位置情報領域指示信号に基づいて、まず垂直方向位置情報領域１５Ｖに含まれる全ての画素１４Ｐの画素データを蓄積する。これにより、垂直方向位置情報領域１５Ｖの画像データが抽出される（ステップＳ２０）。この垂直方向位置情報領域１５Ｖの画像データの抽出が完了した後に、撮像素子駆動部２３からの演算タイミング信号が座標演算部２５に入力されて、以下のステップＳ２１〜Ｓ２７の処理が行われる。
【００７３】
するとまず、複数の画素１４Ｐを含む縦長の矩形領域である垂直方向位置情報領域１５Ｖ内の各画素データを、水平方向と垂直方向とに各加算する（ステップＳ２１）。
【００７４】
このステップＳ２１の処理により算出された内の、水平方向加算信号について、まず、極大値を検出し、この極大値を与える水平ラインのＹ座標ＹＤｐｎを求める（ステップＳ２２）。ここで求めたＹ座標ＹＤｐｎは、垂直方向の画素ピッチを単位とする座標値となる。
【００７５】
次に、水平方向加算信号について、極大値と、極大値の次に大きな値（第２の極大値）とを除いた、極大値の上側において、最も大きな値とその次に大きな値（準極大値）Ｄｕｍａｘ１、Ｄｕｍａｘ２を抽出するとともに、極大値の下側において、最も大きな値とその次に大きな値（準極大値）Ｄｄｍａｘ１、Ｄｄｍａｘ２を抽出する（ステップＳ２３）。
【００７６】
そして、水平方向加算信号の信号レベルグラフにおいて、上側の２個の準極大値Ｄｕｍａｘ１と準極大値Ｄｕｍａｘ２とを通る直線Ｌ３と、下側の２個の準極大値Ｄｄｍａｘ１と準極大値Ｄｄｍａｘ２とを通る直線Ｌ４とを、１次関数として各求める（ステップＳ２４）。
【００７７】
続いて、直線Ｌ３と直線Ｌ４との交点を求めて、求めた交点と上述したＹ座標ＹＤｐｎの極大値とのＹ座標距離ＹＤｐｓｕｂを求める（ステップＳ２５）。
【００７８】
その後、ＹＤｐｎとＹＤｐｓｕｂとを加算することにより、第２の特定位置である直線Ｌ３と直線Ｌ４との交点のＹ座標Ｙｃ２を求める（ステップＳ２６）。
【００７９】
次に、上述したステップＳ２１の処理により算出された内の、垂直方向加算信号において、極小値を与えるＸ座標位置を求め、求めたＸ座標位置を第２の特定位置のＸ座標Ｘｃ２として設定する（ステップＳ２７）。
【００８０】
このような処理により、図１１に示す第２の特定位置の座標（Ｘｃ２，Ｙｃ２）が求められたところで、図１５に示す処理にリターンする。
【００８１】
なお、上述では左と右または上と下の２個の準極大値により求められる直線同士の交点として特定位置の座標を求めたが、これに限るものではなく、例えば３個以上の準極大値を用いて回帰直線を求め、回帰直線同士の交点として特定位置の座標を求めるようにすればより精度を向上することが可能となる。
【００８２】
また、カラーフィルタアレイが配置された単板式の撮像素子基板３Ｐの場合には、コリメータ光の面輝度が一定であっても、色が異なると画素１４Ｐから出力される信号レベルが異なることになるために、そのままでは上述したような演算を正確に行うことができない。そこで、上述したような演算を、位置情報領域１５Ｈ，１５Ｖ内の同色の画素１４Ｐについてのみ行うようにしても良いし、あるいは、分光感度補正を行うことにより色毎の感度特性がほぼ同一となるように補正して位置情報領域１５Ｈ，１５Ｖ内の全画素１４Ｐのデータを用いることができるようにしても構わない。
【００８３】
図１５の説明に戻って、水平方向位置検出用遮光マスク３８ＨのＶ字形切欠の頂点３８Ｈｃが配置されるべき目標配置位置（第３の画素１４Ｐの位置）の座標は、図１１に示すように（Ｘ１，Ｙ１）であり、垂直方向位置検出用遮光マスク３８ＶのＶ字形切欠の頂点３８Ｈｃが配置されるべき目標配置位置（第３の画素１４Ｐの位置）の座標は（Ｘ１，Ｙ２）であって、これらはＸ座標が同一でＹ座標のみが異なっている。従って、まず、第１の特定位置のＸ座標と第２の特定位置のＸ座標とが一致するように、撮像素子基板３Ｐに対する透明板３７の傾き角θを求めることにする。
【００８４】
このために、ズレ量算出部２６は、上述した処理により座標演算部２５により求められた第１の特定位置の座標（Ｘｃ１，Ｙｃ１）と第２の特定位置の座標（Ｘｃ２，Ｙｃ２）とを用いて、これらの差分（Ｘａ，Ｙａ）を（Ｘｃ２−Ｘｃ１，Ｙｃ２−Ｙｃ１）により算出する（ステップＳ２）。
【００８５】
次に、ズレ量算出部２６は、Ｘａ／Ｙａの逆正接（アークタンジェント）を算出することにより、撮像素子基板３Ｐに対する透明板３７の傾き角θを求める（ステップＳ３）。
【００８６】
なお、ステップＳ２およびステップＳ３においては数式を用いて傾き角θを求めているが、これに限るものではなく、例えばテーブル参照することにより求めるようにしても勿論構わない。
【００８７】
続いて、走査制御回路２７は、透明板移動装置２２を制御することにより、ズレ量算出部２６により求められた傾き角θを相殺する分（すなわち、−θ）だけ、透明板３７を回転する（ステップＳ４）。
【００８８】
透明板３７が回転されたら、図１６を参照して説明したステップＳ１の処理とほぼ同様にして、撮像素子基板３Ｐに露光（第２の撮像）を行わせて読み出された画像信号に基づき、水平方向位置検出用遮光マスク３８ＨのＶ字形切欠の頂点３８Ｈｃの陰影の座標、すなわち第１の特定位置の座標（Ｘｃ１’，Ｙｃ１’）と、垂直方向位置検出用遮光マスク３８ＶのＶ字形切欠の頂点３８Ｈｃの陰影の座標、すなわち第２の特定位置の（Ｘｃ２’，Ｙｃ２’）と、を求める（ステップＳ５）。
【００８９】
なお、ここでは図１６に示したような処理を行うことを前提としているが、以下の処理においては第１の特定位置のＹ座標Ｙｃ１’と第２の特定位置のＸ座標Ｘｃ２’とを必ずしも使用しないために、これらの座標を求める処理（つまり、図１６におけるステップＳ１９およびステップＳ２７の各処理）は省略しても構わない。すなわち、第１の特定位置の水平方向成分であるＸ座標Ｘｃ１’と、第２の特定位置の垂直方向成分であるＹ座標Ｙｃ２’と、を少なくとも求めれば良い。
【００９０】
ただし、上述したステップＳ４の処理により傾き角θが補正されていれば、第１の特定位置のＸ座標Ｘｃ１’と第２の特定位置のＸ座標Ｘｃ２’とは一致するはずであるから、処理結果の検証を行うために第２の特定位置のＸ座標Ｘｃ２’を求めるようにしても良い。そして、もしＸ座標が一致する検証結果が得られない場合には、さらに第１の特定位置のＹ座標Ｙｃ１’も求めて、取得した現在位置（Ｘｃ１’，Ｙｃ１’）および（Ｘｃ２’，Ｙｃ２’）に基づき上述したステップＳ２〜Ｓ４の処理を繰り返して行えば良い。
【００９１】
次に、現在の第１の特定位置の座標（Ｘｃ１’，Ｙｃ１’）と目標配置位置（Ｘ１，Ｙ１）との水平方向差分であるＸ座標差分ΔＸをＸｃ１’−Ｘ１として求めるとともに、現在の第２の特定位置の座標（Ｘｃ２’，Ｙｃ２’）と目標配置位置（Ｘ１，Ｙ２）との垂直方向差分であるＹ座標差分ΔＹをＹｃ２’−Ｙ２として求める（ステップＳ６）。
【００９２】
そして、差分（ΔＸ，ΔＹ）を相殺する分（すなわち、（−ΔＸ，−ΔＹ））だけ、透明板３７を平行移動する（ステップＳ７）。
【００９３】
こうして透明板３７と撮像素子基板３Ｐとの位置合わせが完了したら、その後は、撮像素子基板３Ｐと透明板３７とを例えば接着剤を用いて固定し、ピックアップ部の真空ポンプによる吸引を停止して、透明板移動装置２２から透明板３７を取り外す。
【００９４】
これにより焦点検出画素が所定の画素位置において正しく機能する撮像素子３が製造されたことになるために、この処理を終了する。
【００９５】
続いて、図１７は撮像装置の構成を示すブロック図である。
【００９６】
上述したように製造された撮像素子３が適用される本実施形態の撮像装置は、例えばＡＦ機能を有するデジタルカメラ等として構成されたものであり、図１７に示すように、結像光学系１と、撮像部２と、位相差検出部６と、フォーカス制御部７と、画像処理部１０と、補間部１１と、を備えている。
【００９７】
結像光学系１は、光学的な被写体像を撮像部２内の撮像素子３上に結像するための対物光学系であり、図示しない光学絞りや、焦点位置を調節するためのフォーカスレンズを含んで構成されている。
【００９８】
撮像部２は、上述した撮像素子３と、撮像素子駆動部４と、画素種別信号出力部５と、を備えている。
【００９９】
撮像素子駆動部４は、撮像素子３を駆動制御するものである。すなわち、撮像素子駆動部４は、水平同期信号ＨＤと垂直同期信号ＶＤとを撮像素子３へ出力して、該撮像素子３上に上述したように配列された複数の画素を所定の順序で駆動するようになっている。従って、画像信号は、読み出された画素順に、画素単位の画像信号（画素データ）として撮像素子３から出力されることになる。さらに、撮像素子駆動部４は、撮像素子３へ出力している水平同期信号ＨＤおよび垂直同期信号ＶＤに基づいて、撮像素子３から読み出されている画素位置の情報である読出位置情報を画素種別信号出力部５へ出力すると共に、相関演算を行うタイミングを示す相関タイミング信号を位相差検出部６へ出力するようになっている。
【０１００】
ここに、撮像素子駆動部４から画素種別信号出力部５へ出力される読出位置情報は、例えば、マトリクス状に配列された複数の画素の位置に対応した、所定のタイミングを有するパルス信号である。
【０１０１】
また、撮像素子駆動部４は、上述したような制御信号（垂直同期信号、水平同期信号、読出位置情報、相関タイミング信号）のそれぞれを、図示しないレリーズボタンの操作に同期して出力するようになっている。
【０１０２】
画素種別信号出力部５は、撮像素子駆動部４からの読出位置情報に基づいて、撮像素子３から画素単位で順次出力される画像信号の種類を示す画素種別信号を生成し、位相差検出部６へ出力する回路である。
【０１０３】
ここに、画素種別信号は、焦点検出画素信号（以下に説明する位置情報画素の信号も含む）と瞳種別信号とを含んでいる。前者の焦点検出画素信号は、撮像素子３から出力されている画素データが、焦点検出画素１３Ａ，１３Ｂまたは位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖが位置する画素（以下では、位置情報画素という）の信号であることを示す信号である。また、後者の瞳種別信号は、撮像素子３から出力されている画素データが、焦点検出画素の内の瞳Ａ焦点検出画素１３Ａと瞳Ｂ焦点検出画素１３Ｂとの何れの画素からのものであるかを示す信号である。
【０１０４】
この画素種別信号出力部５は、例えば、読出位置情報のパルス信号をカウントするカウンタと、焦点検出画素１３Ａ，１３Ｂおよび上述した位置情報画素の位置に対応する値を保持する記憶部と、を備えて構成されている。そして、画素種別信号出力部５は、カウント値が、焦点検出画素１３Ａ，１３Ｂまたは位置情報画素の位置に対応する所定値になったときに、焦点検出画素信号（位置情報画素信号も兼ねる）を出力する。さらに、画素種別信号出力部５は、カウント値が、焦点検出画素１３Ａ，１３Ｂの位置に対応する所定値であるときには、さらに瞳種別信号を出力する。
【０１０５】
従って、撮像素子３から出力されている画像信号が、撮影画素１４の信号である場合には焦点検出画素信号および瞳種別信号の何れも出力されず、位置情報画素の信号である場合には焦点検出画素信号は出力されるが瞳種別信号は出力されず、焦点検出画素１３Ａ，１３Ｂの信号である場合には焦点検出画素信号および瞳種別信号の両方が出力されることになる。
【０１０６】
さらに、画素種別信号出力部５は、焦点検出画素信号を、補間部１１へも出力するようになっている。
【０１０７】
位相差検出部６は、撮像素子３からの画像信号と、画素種別信号出力部５からの画素種別信号と、撮像素子駆動部４からの相関タイミング信号とに基づいて、瞳Ａ焦点検出画素１３Ａに結像されている被写体像（第１の画素群からの出力により形成される第１の画像）と、瞳Ｂ焦点検出画素１３Ｂからの画像信号に結像されている被写体像（第２の画素群からの出力により形成される第２の画像）と、の位相差を検出し、検出結果を位相差信号としてフォーカス制御部７へ出力するものである。
【０１０８】
フォーカス制御部７は、デフォーカス量算出部８とフォーカスレンズ駆動部９とを備えており、位相差検出部６により検出される位相差を０に近付けるように結像光学系１を駆動するものである。
【０１０９】
すなわち、デフォーカス量算出部８は、位相差検出部６からの位相差信号に基づきデフォーカス量を算出して、フォーカスレンズ駆動部９へ出力する。
【０１１０】
フォーカスレンズ駆動部９は、デフォーカス量算出部８により算出されたデフォーカス量に応じて、撮像素子３に結像される被写体像が合焦状態となるように、結像光学系１内のフォーカスレンズを駆動する。これにより、撮像装置のＡＦ機能が実現される。撮像装置には図示しない操作部（例えば、デジタルカメラのレリーズボタン）が設けられており、この操作部からの操作信号により撮影処理の実行が指示されると、その実行時に焦点検出が行われてＡＦ機能が実行される。
【０１１１】
補間部１１は、撮影処理の実行により得られた撮像素子３からの撮像信号に対して、画素種別信号出力部５からの焦点検出画素信号（位置情報画素信号も兼ねる）に基づき、焦点検出画素１３Ａ，１３Ｂおよび位置情報画素の補間処理を行うものである。すなわち、焦点検出画素１３Ａ，１３Ｂおよび位置情報画素は、撮影用の画素として使用することができないために、この補間部１１が、焦点検出画素１３Ａ，１３Ｂおよび位置情報画素の位置の画素データを、周囲の撮影画素１４の画素データを用いて補間して生成する処理を行う。
【０１１２】
画像処理部１０は、補間部１１により補間された画像信号に対して画像処理を行うものである。この画像処理部１０により生成された画像データは、図示しない記録媒体等に記録されたり、図示しない表示装置に表示されたりするようになっている。
【０１１３】
なお、上述では位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖを透明板３７の撮像素子基板３Ｐに対向する側の面に設けているが、これに代えて、位置検出用遮光マスクＨ，３８Ｖを透明板３７の撮像素子基板３Ｐに対向する側の面とは反対側の面に設けるとともに、さらに位置決めして取り付けた後に消去可能となるように形成すれば、位置情報画素は再び撮影画素１４として使用可能となり、補間部１１による位置情報画素の補間も不要となる利点がある。
【０１１４】
このような実施形態１によれば、遮光マスク３８Ａ，３８Ｂに対して所定の位置関係にある位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖを設け、これらの位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖが位置するべき第３の画素１４Ｐ上に、位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖが移動されるように位置合わせを行うことにより、遮光マスク３８Ａ，３８Ｂが位置するべき第１，第２の画素１４Ｐ上に該遮光マスク３８Ａ，３８Ｂを、短時間で高精度に位置合わせすることが可能となる。
【０１１５】
また、位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖを、画素毎の遮光面積を、徐々に増加させる部位と、徐々に減少させる部位と、を備えるように構成したために、画素毎の遮光面積が、徐々に増加する線と、徐々に減少する線と、が交差する位置（ひいては、画素からの出力値が、徐々に減少する線と、徐々に増加する線と、が交差する位置）として特定位置を求めることができ、算出が容易になる利点がある。
【０１１６】
特に、水平方向に配列された複数の画素１４Ｐの遮光面積を、徐々に増加させる部位と、徐々に減少させる部位と、を備えた水平方向位置検出用遮光マスク３８Ｈを設けることにより水平方向の特定位置を高い精度で求めることが可能となる。また、垂直方向に配列された複数の画素１４Ｐの遮光面積を、徐々に増加させる部位と、徐々に減少させる部位と、を備えた垂直方向位置検出用遮光マスク３８Ｖを設けることにより垂直方向の特定位置を高い精度で求めることが可能となる。このような構成は、複数の画素１４Ｐが、水平方向および垂直方向に沿って２次元状に配列された撮像素子基板３Ｐに対して、特に有効となる。
【０１１７】
さらに、位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖを、透明板３７上の周辺領域に設けることにより、画像の中央部に位置することが多い主要被写体の画質低下を防止することができる。加えて、水平方向位置検出用遮光マスク３８Ｈと垂直方向位置検出用遮光マスク３８Ｖとを、透明板３７上に互いに離隔して設けることにより、位置合わせの精度を向上することができる。
【０１１８】
そして、位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖを、透明板３７の、撮像素子基板３Ｐと貼設される面とは反対側の面に設けて、位置合わせ後に消去する場合には、位置検出用遮光マスク３８Ｈ，３８Ｖによる画質の低下が全く生じることのない利点がある。
【０１１９】
なお、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。このように、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【０１２０】
１…結像光学系
２…撮像部
３…撮像素子
３Ｐ…撮像素子基板
４…撮像素子駆動部
５…画素種別信号出力部
６…位相差検出部
７…フォーカス制御部
８…デフォーカス量算出部
９…フォーカスレンズ駆動部
１０…画像処理部
１１…補間部
１３…瞳分割用遮光マスク領域
１３Ａ…瞳Ａ焦点検出画素（第１の焦点検出画素）
１３Ｂ…瞳Ｂ焦点検出画素（第２の焦点検出画素）
１４…撮影画素
１４Ｐ…画素
１５Ｈ…水平方向位置情報領域
１５Ｖ…垂直方向位置情報領域
２１…コリメータ光源
２２…透明板移動装置
２３…撮像素子駆動部
２４…位置情報領域分離タイミングデコーダ
２５…座標演算部
２６…ズレ量算出部
２７…走査制御回路
３１…半導体基板
３２…フォトダイオード
３３，３４…配線パターン
３５…マイクロレンズ
３７…透明板
３８Ａ…第１の遮光マスク
３８Ｂ…第２の遮光マスク
３８Ｈ…水平方向位置検出用遮光マスク
３８Ｈｃ…頂点（特定位置）
３８Ｖ…垂直方向位置検出用遮光マスク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的な被写体像を光電変換するための画素が、複数、２次元状に配列されるように、半導体製造プロセスにより形成された撮像素子基板と、
上記撮像素子基板に対して画素位置を合わせて貼設された透明板と、
を具備した撮像素子であって、
上記撮像素子基板に配列された複数の画素は、第１の所定位置にある第１の画素と、第２の所定位置にある第２の画素と、第３の所定位置にある第３の画素と、を含み、
上記透明板上に、該透明板が上記撮像素子基板に画素位置を合わせて貼設された際に、上記第１の画素の中心から一方向へ偏心した部分を遮光するように設けられた第１の遮光マスクと、
上記透明板上に、該透明板が上記撮像素子基板に画素位置を合わせて貼設された際に、上記第２の画素の中心から他方向へ偏心した部分を遮光するように設けられた第２の遮光マスクと、
上記透明板上に、該透明板が上記撮像素子基板に画素位置を合わせて貼設された際に、上記撮像素子基板に配列された複数の画素の内の、一部の複数の画素を、遮光面積を徐々に異ならせながら遮光するように設けられ、遮光面積の変化に基づいて定められる特定位置が上記第３の画素に一致するように設けられた位置検出用遮光マスクと、
をさらに具備し、
上記第１の画素および上記第１の遮光マスクの組が第１の焦点検出画素を、上記第２の画素および上記第２の遮光マスクの組が第２の焦点検出画素を、それぞれ構成することを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
上記位置検出用遮光マスクは、画素毎の遮光面積を、徐々に増加させる部位と、徐々に減少させる部位と、を備え、
上記特定位置は、画素毎の遮光面積が、徐々に増加する線と、徐々に減少する線と、が交差する位置であることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
上記撮像素子基板は、複数の画素が、水平方向および垂直方向に沿って２次元状に配列されたものであり、
上記位置検出用遮光マスクは、水平方向に配列された複数の画素の遮光面積を、徐々に増加させる部位と、徐々に減少させる部位と、を備えた水平方向位置検出用遮光マスクと、垂直方向に配列された複数の画素の遮光面積を、徐々に増加させる部位と、徐々に減少させる部位と、を備えた垂直方向位置検出用遮光マスクと、を含むことを特徴とする請求項２に記載の撮像素子。
【請求項４】
上記水平方向位置検出用遮光マスクと上記垂直方向位置検出用遮光マスクとは、上記透明板上の周辺領域に、互いに離隔して設けられていることを特徴とする請求項３に記載の撮像素子。
【請求項５】
上記位置検出用遮光マスクは、上記透明板の、上記撮像素子基板と貼設される面とは反対側の面に、消去可能に設けられたものであることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の撮像素子。
【請求項６】
請求項１に記載の撮像素子と、
上記撮像素子上に被写体像を形成する結像光学系と、
上記第１の焦点検出画素からの出力により形成される第１の画像と、上記第２の焦点検出画素からの出力により形成される第２の画像と、の位相差を検出する位相差検出部と、
を具備したことを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
上記結像光学系は、焦点位置を調節可能であり、
上記位相差検出部により検出される位相差を０に近付けるように上記結像光学系を駆動するフォーカス制御部をさらに具備したことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
請求項３に記載の撮像素子を製造するための方法であって、
上記撮像素子基板に対して上記透明板を配置し、透明板が配置された撮像素子基板に平行光を照射して、該撮像素子基板により第１の撮像を行うステップと、
上記第１の撮像により上記撮像素子基板から得られた画像信号に基づき、上記水平方向位置検出用遮光マスクの陰影が形成された第１の特定位置と、上記垂直方向位置検出用遮光マスクの陰影が形成された第２の特定位置と、を取得するステップと、
取得された第１の特定位置および第２の特定位置を結ぶ直線と、上記水平方向位置検出用遮光マスクと上記垂直方向位置検出用遮光マスクとが配置されるべき２つの上記第３の所定位置を結ぶ直線と、がなす傾き角を求めるステップと、
上記傾き角を０にするように、上記撮像素子基板に対して上記透明板を回転するステップと、
上記透明板の回転が終了した後の撮像素子基板に平行光を照射して、該撮像素子基板により第２の撮像を行うステップと、
上記第２の撮像により上記撮像素子基板から得られた画像信号に基づき、上記水平方向位置検出用遮光マスクの陰影が形成された第１の特定位置の水平方向成分と、上記垂直方向位置検出用遮光マスクの陰影が形成された第２の特定位置の垂直方向成分と、を取得するステップと、
上記取得された第１の特定位置の水平方向成分と、上記水平方向位置検出用遮光マスクが配置されるべき上記第３の所定位置の水平方向成分と、の差分である水平方向差分と、上記取得された第２の特定位置の垂直方向成分と、上記垂直方向位置検出用遮光マスクが配置されるべき上記第３の所定位置の垂直方向成分と、の差分である垂直方向差分と、を算出するステップと、
上記水平方向差分および上記垂直方向差分を相殺するように、上記撮像素子基板に対して上記透明板を平行移動するステップと、
を含むことを特徴とする撮像素子の製造方法。
【請求項１】
光学的な被写体像を光電変換するための画素が、複数、２次元状に配列されるように、半導体製造プロセスにより形成された撮像素子基板と、
上記撮像素子基板に対して画素位置を合わせて貼設された透明板と、
を具備した撮像素子であって、
上記撮像素子基板に配列された複数の画素は、第１の所定位置にある第１の画素と、第２の所定位置にある第２の画素と、第３の所定位置にある第３の画素と、を含み、
上記透明板上に、該透明板が上記撮像素子基板に画素位置を合わせて貼設された際に、上記第１の画素の中心から一方向へ偏心した部分を遮光するように設けられた第１の遮光マスクと、
上記透明板上に、該透明板が上記撮像素子基板に画素位置を合わせて貼設された際に、上記第２の画素の中心から他方向へ偏心した部分を遮光するように設けられた第２の遮光マスクと、
上記透明板上に、該透明板が上記撮像素子基板に画素位置を合わせて貼設された際に、上記撮像素子基板に配列された複数の画素の内の、一部の複数の画素を、遮光面積を徐々に異ならせながら遮光するように設けられ、遮光面積の変化に基づいて定められる特定位置が上記第３の画素に一致するように設けられた位置検出用遮光マスクと、
をさらに具備し、
上記第１の画素および上記第１の遮光マスクの組が第１の焦点検出画素を、上記第２の画素および上記第２の遮光マスクの組が第２の焦点検出画素を、それぞれ構成することを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
上記位置検出用遮光マスクは、画素毎の遮光面積を、徐々に増加させる部位と、徐々に減少させる部位と、を備え、
上記特定位置は、画素毎の遮光面積が、徐々に増加する線と、徐々に減少する線と、が交差する位置であることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
上記撮像素子基板は、複数の画素が、水平方向および垂直方向に沿って２次元状に配列されたものであり、
上記位置検出用遮光マスクは、水平方向に配列された複数の画素の遮光面積を、徐々に増加させる部位と、徐々に減少させる部位と、を備えた水平方向位置検出用遮光マスクと、垂直方向に配列された複数の画素の遮光面積を、徐々に増加させる部位と、徐々に減少させる部位と、を備えた垂直方向位置検出用遮光マスクと、を含むことを特徴とする請求項２に記載の撮像素子。
【請求項４】
上記水平方向位置検出用遮光マスクと上記垂直方向位置検出用遮光マスクとは、上記透明板上の周辺領域に、互いに離隔して設けられていることを特徴とする請求項３に記載の撮像素子。
【請求項５】
上記位置検出用遮光マスクは、上記透明板の、上記撮像素子基板と貼設される面とは反対側の面に、消去可能に設けられたものであることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の撮像素子。
【請求項６】
請求項１に記載の撮像素子と、
上記撮像素子上に被写体像を形成する結像光学系と、
上記第１の焦点検出画素からの出力により形成される第１の画像と、上記第２の焦点検出画素からの出力により形成される第２の画像と、の位相差を検出する位相差検出部と、
を具備したことを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
上記結像光学系は、焦点位置を調節可能であり、
上記位相差検出部により検出される位相差を０に近付けるように上記結像光学系を駆動するフォーカス制御部をさらに具備したことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
請求項３に記載の撮像素子を製造するための方法であって、
上記撮像素子基板に対して上記透明板を配置し、透明板が配置された撮像素子基板に平行光を照射して、該撮像素子基板により第１の撮像を行うステップと、
上記第１の撮像により上記撮像素子基板から得られた画像信号に基づき、上記水平方向位置検出用遮光マスクの陰影が形成された第１の特定位置と、上記垂直方向位置検出用遮光マスクの陰影が形成された第２の特定位置と、を取得するステップと、
取得された第１の特定位置および第２の特定位置を結ぶ直線と、上記水平方向位置検出用遮光マスクと上記垂直方向位置検出用遮光マスクとが配置されるべき２つの上記第３の所定位置を結ぶ直線と、がなす傾き角を求めるステップと、
上記傾き角を０にするように、上記撮像素子基板に対して上記透明板を回転するステップと、
上記透明板の回転が終了した後の撮像素子基板に平行光を照射して、該撮像素子基板により第２の撮像を行うステップと、
上記第２の撮像により上記撮像素子基板から得られた画像信号に基づき、上記水平方向位置検出用遮光マスクの陰影が形成された第１の特定位置の水平方向成分と、上記垂直方向位置検出用遮光マスクの陰影が形成された第２の特定位置の垂直方向成分と、を取得するステップと、
上記取得された第１の特定位置の水平方向成分と、上記水平方向位置検出用遮光マスクが配置されるべき上記第３の所定位置の水平方向成分と、の差分である水平方向差分と、上記取得された第２の特定位置の垂直方向成分と、上記垂直方向位置検出用遮光マスクが配置されるべき上記第３の所定位置の垂直方向成分と、の差分である垂直方向差分と、を算出するステップと、
上記水平方向差分および上記垂直方向差分を相殺するように、上記撮像素子基板に対して上記透明板を平行移動するステップと、
を含むことを特徴とする撮像素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−１７５１４４（Ｐ２０１２−１７５１４４Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３２００７（Ｐ２０１１−３２００７）
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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