CN102215330A - 摄像装置以及照相机 - Google Patents

Abstract

摄像装置以及照相机。该摄像装置具备二维地排列有多个光电转换单元的光电转换单元组，该光电转换单元将由光学系统成像的光学像转换为电信号，在该摄像装置中，光电转换单元中的至少一部分光电转换单元构成为输出图像信号和用于测距的信号，在光电转换单元组中，包括输出图像信号和用于测距的信号且具有相同受光分光灵敏度的光电转换单元在内，输出图像信号的光电转换单元的光电转换区域的面积大致相同，光电转换单元被配置为，在测距所需的至少2个光电转换单元彼此间，输出图像信号和用于测距的信号的光电转换单元的光电转换区域的面积重心间的距离不同于根据像素节距计算出的中心间距离。

Description

摄像装置以及照相机

技术领域

本发明涉及摄像装置以及照相机。

背景技术

在现有的数码照相机中可实现以下这样的两种自动对焦(AF)方式。

第一种方式是在摄像元件之外具有用于AF的传感器的类型。该方式的代表例是在单反照相机中采用的相位差AF。该方式的优点是能够使用通过了摄影镜头的光束来解决视差问题，利用一次测距信号来检测焦点偏离，并使摄影镜头对焦到被摄体上，从而能够缩短完成对焦的时间。

另一方面，在此方式中，需要在摄影镜头与摄像元件之间配置光路的切换或分割单元。此外，在光路的切换或分割单元与AF用传感器之间需要AF用的光学系统。作为由此带来的缺点，首先在于：为了确保光路切换装置的空间以及确保用于AF用光学系统和专用传感器的空间而导致大型化。另外，作为其它的缺点，则在于：在配置光路切换装置的情况下，产生切换机构的切换所引起的时滞，在配置光路分割装置的情况下，产生光路分割所导致的光量损耗。

第二种方式是利用摄像元件本身的输出的类型。该方式的代表例是在所谓的紧凑数码照相机或动态图像用摄像机(视频)中采用的对比度AF。此方式的优点是：因为摄像元件与AF传感器被形成为一体，所以节约空间且构成部件少。

另一方面，此方式的缺点是：需要比较多次的测距信号；以及通过颤动(wobbling)来实现对焦需耗费时间。此外，在动态图像摄影中，由于颤动而拍摄到模糊的像，由此损害画质。越是高像素，此倾向就越明显。

此外，近年来，相对于具备使用了快返镜和达赫棱镜(Dach prism)的光学式取景器的单反照相机，发售了以不需要快返镜和达赫棱镜的电子取景器为首要特点的镜头更换式照相机。在该照相机中，要求静态图像摄影模式和动态图像摄影模式都是高画质的。尤其在这样的照相机中，要求具备上述两种方式各自的优点并且解决了缺点的AF。

针对这样的课题，在日本特开2000-156823号公报中提出了如下所述的固体摄像装置，其中摄像元件的一部分像素被构成为输出用于进行测距的信号，该测距用像素具备：配置在光电转换部上的微透镜；和配置在所述微透镜与光电转换部之间的具有特定开口部的遮光膜层，所述光电转换装置构成：所述遮光膜层的开口相对于微透镜的光学中心偏离的第一像素；和所述遮光膜层的开口相对于微透镜的光学中心在与第一光电转换装置相反的方向上偏离的第二像素，并采用该两种像素的输出信号的相位差信息进行对焦。配置为由输出用于形成图像信号的信号的多个像素包围该测距用像素的周围，对于测距用像素的位置处的图像信息，对周边的图像形成用像素进行插值，形成图像。

在日本特开2000-156823号公报的固体摄像装置中，以如下的情况为首要特点：采用在现有单反用照相机中使用的基于光瞳分割的相位差AF的测距原理，测距用像素的开口效率是图像形成像素的大约一半以下。因此，不将测距用像素用作图像形成用的像素，从而对于测距用像素的位置处的图像信息，对周边图像形成用的像素进行插值。但是，由于进行像素的插值，而引起画质的劣化。因此，当要实现测距精度的提高及测距区域的扩大时，要增加测距用像素的密度，画质的劣化变大。

在日本特开2009-44636号公报及日本特开2009-44637号公报中提出了如下的摄像装置：为了在日本特开2000-156823号公报的固体摄像装置中校正测距用像素与图像形成用像素的开口效率差，进行测距用像素的增益提高，并将测距用像素的输出用于形成图像。但是，在该摄像装置中的课题是：信号处理变得复杂；以及由于测距用像素的较强增益提高而引起噪声等的画质劣化。这表示当要实现测距精度的提高及测距区域的扩大时，要增加测距用像素的密度，画质的劣化变大。另外，在这些摄像装置中具有如下所述的制约条件：要根据被摄体的频率特性等切换是否将来自测距用像素的信息用于形成图像，并且认为不能从测距用像素获得彩色信息。

在日本特开2008-40087号公报中，作为测距用像素的结构，提出了如下所述的摄像元件：配置多个光电转换部，使得可分别独立地接收光瞳分割后的光束。根据该摄像元件，在形成图像时，可通过对来自构成于1个测距用像素内的多个光电转换部的输出进行相加，来实质性地减小与图像形成用像素间的开口效率差。由此，能够减轻在日本特开2000-156823号公报、日本特开2009-44636号公报以及日本特开2009-44637号公报中成为问题的画质劣化的问题。但是，因为实质上与增加摄像元件的像素数相同，所以除了难以构成之外，还要对测距用像素添加加法运算用的装置，由此结构变得复杂，也对画质造成影响。

在日本特开2008-224801号公报中提出为了能够应对摄影镜头的出射光瞳的变动而重合2个像的出射光瞳位置的焦点检测装置。然而，虽然提到了使用亮度信号作为参照，但仍提倡限制光瞳的重合状况，从而无助于形成图像。

本发明是鉴于上述情况而被提出的，其目的是提供一种摄像装置以及照相机，所述摄像装置以及照相机可利用来自摄像元件的输出信号进行与相位差AF同等程度的测距，并且摄像元件的结构也比较简易，画质劣化小。

为了解决上述问题并达成目的，本发明的摄像装置具备二维地排列有多个光电转换单元的光电转换单元组，该光电转换单元将由光学系统成像的光学像转换为电信号，该摄像装置的特征是，光电转换单元中的至少一部分光电转换单元构成为输出图像信号和用于测距的信号，在光电转换单元组中，包括输出图像信号和用于测距的信号且具有相同受光分光灵敏度的光电转换单元在内，输出图像信号的光电转换单元的光电转换区域的面积大致相同，光电转换单元被配置为，在测距所需的至少2个光电转换单元彼此间，输出图像信号和用于测距的信号的光电转换单元的光电转换区域的面积重心间的距离不同于根据像素节距计算出的中心间距离。

在本发明的摄像装置中，面积大致相同优选是指满足以下的条件式(1)，

0.9＜SA/LA≤1…(1)

其中，LA是所述光电转换单元组中的具有A受光分光灵敏度且输出图像信号和用于测距的信号的光电转换单元的最大光电转换区域的面积，

SA是所述光电转换单元组中的具有A受光分光灵敏度且输出图像信号和用于测距的信号的光电转换单元的最小光电转换区域的面积。

本发明的摄像装置具备二维排列有多个光电转换单元的光电转换单元组，该光电转换单元将由光学系统成像的光学像转换为电信号，该摄像装置的特征是，光电转换单元组由检测多个颜色中的任意一个的光电转换单元构成，光电转换单元中的至少一部分光电转换单元构成为输出图像信号和用于测距的信号，在光电转换单元组中，包括输出图像信号和用于测距的信号的光电转换单元在内，在多种颜色中，检测相同颜色的光电转换单元的光电转换区域的面积大致相同，光电转换单元被配置为，在测距所需的至少2个光电转换单元彼此间，输出图像信号和用于测距的信号的光电转换单元的光电转换区域的面积重心间的距离不同于根据像素节距计算出的中心间距离。

在本发明的摄像装置中，面积大致相同优选是指满足以下的条件式(1)，

0.9＜SA/LA≤1…(1)

其中，

LA是光电转换单元组中的检测A颜色的光电转换单元的最大光电转换区域的面积，

SA是光电转换单元组中的检测A颜色的光电转换单元的最小光电转换区域的面积，

A颜色是多个颜色中的任意颜色。

在本发明的摄像装置中，优选光电转换单元具有配置在光电转换部上的微透镜和配置在微透镜与光电转换部之间的遮光部，该遮光部的开口面积决定光电转换区域。

在本发明的摄像装置中，优选：通过从被配置为光电转换区域的面积重心间的距离不同于根据像素节距计算出的中心间距离的光电转换单元来的输出信号的比较，调整用于在摄像元件上形成被摄体像的光学系统的对焦。

在本发明的摄像装置中，优选通过来自多组光电转换单元的输出信号进行所述比较。

在本发明的摄像装置中，优选：输出图像信号和用于测距的信号的第一单元组的光电转换单元以及输出图像信号和用于测距的信号的与第一单元组不同的第二单元组的光电转换单元彼此之间被配置成光电转换区域的面积重心间的距离不同于根据像素节距计算出的中心间距离，且第一单元组的光电转换单元彼此之间以及第二单元组的光电转换单元彼此之间分别被配置成光电转换区域的面积重心间的距离等同于根据像素节距计算出的中心间距离，通过来自第一单元组的光电转换单元的信号和来自第二单元组的光电转换单元的信号的比较，调整用于在摄像元件上形成被摄体像的光学系统的对焦。

在本发明的摄像装置中，优选地输出图像信号的全部像素针对各个像素中心具有公共的光电转换区域。

本发明的照相机的特征是具备：上述任意一项的摄像装置；以及在该摄像装置中形成光学像的摄像光学系统。

附图说明

图1是示出第一实施方式的像素的概略结构的剖视图。

图2是从光轴方向观察图1所示的像素时的平面图。

图3是概念性地示出第一实施方式的成像器中的像素配置的平面图。

图4是概念性地示出第一实施方式的变形例的成像器中的像素配置的平面图。

图5是概念性地示出与图4对应的滤色器的配置的平面图。

图6是示出第二实施方式的像素的概略结构的剖视图。

图7是从光轴的方向观察图6所示的像素时的平面图。

图8是示出光电转换区域中的公共区域的平面图。

图9是示出第三实施方式的像素的概略结构的剖视图。

图10是从光轴的方向观察图9所示的像素时的平面图。

图11是示出第四实施方式的照相机系统的概念图。

具体实施方式

下面，根据附图来详细地说明本发明的摄像装置以及照相机的实施方式。此外，本发明不受以下实施方式的限定。

首先，对实施方式的摄像装置的作用效果进行说明。

第一方式的摄像装置具有二维地排列多个光电转换单元而成的光电转换单元组，该多个光电转换单元将通过光学系统成像的光学像转换为电信号，该摄像装置的特征是，光电转换单元中的至少一部分光电转换单元被构造成输出图像信号和用于测距的信号，在光电转换单元组中，包括输出图像信号以及用于测距的信号且具有相同的受光分光灵敏度的光电转换单元在内，输出图像信号的光电转换单元的光电转换区域的面积大致相同，光电转换单元被配置成，在测距所需的至少2个光电转换单元彼此之间，输出图像信号和用于测距的信号的光电转换单元的光电转换区域的面积重心间的距离不同于根据像素节距计算出的中心间距离。

根据此结构，可以使包括测距用像素在内的具有相同受光分光灵敏度的像素具备相同的开口效率。因此，不是仅仅对测距用像素提高增益或者不用提高增益，包括从全部像素取得的情况在内，从多个像素取得图像信号。因此，该摄像装置可构造成容易获得稳定的画质且处理系统简易。

另外，通过以与根据像素节距计算出的中心间距离不同的方式配置光电转换单元，与相位差AF相同，可利用一次信号来检测相对于对焦点的偏离量和偏离方向。尤其在本实施方式中，即使提高测距用像素的密度，也对画质没有影响，因此，能够按照测距用的处理规模来决定测距精度及测距区域而不必考虑与画质的权衡，可以构成有效的摄像装置。

在本实施方式的摄像装置中，当面积大致相同时，优选满足以下的条件式(1)。

0.9＜SA/LA≤1…(1)

其中，LA是光电转换单元组中的具有A受光分光灵敏度的光电转换单元的最大光电转换区域的面积，

SA是光电转换单元组中的具有A受光分光灵敏度的光电转换单元的最小光电转换区域的面积。

关于条件式(1)，被认为即使提高增益也不对画质造成影响，且对面积大致相同这一点进行了定量化。在低于条件式(1)的下限的情况下，当为了使来自SA的输出信号电平与LA的输出信号电平一致而提高增益时，画质的劣化变大，从而不优选。

本发明的摄像装置具备二维地排列有光电转换单元的光电转换单元组，该光电转换单元将由光学系统成像的光学像转换为电信号，该摄像装置的特征是，光电转换单元组由检测多种颜色中的任一种的光电转换单元构成，光电转换单元中的至少一部分光电转换单元被构造成输出图像信号和用于测距的信号，在光电转换单元组中，包括输出图像信号和用于测距的信号的光电转换单元在内的、在多种颜色中检测相同颜色的光电转换单元的光电转换区域的面积大致相同，光电转换单元被配置成：在测距所需的至少2个光电转换单元彼此之间，输出图像信号和用于测距的信号的光电转换单元的光电转换区域的面积重心间的距离与根据像素节距计算出的中心间距离不同。

根据此结构，可以使包括测距用像素在内的相同颜色的像素具有相同的开口效率。因此，不是仅仅对于测距用像素提高增益或者不用提高增益，包括从全部像素取得的情况在内，从多个像素取得图像信号。因此，该摄像装置可构成为容易获得稳定的画质且处理系统简易。

另外，通过以与根据像素节距计算出的中心间距离不同的方式来配置光电转换单元，与相位差AF相同，可利用一次信号来检测相对于对焦点的偏离量和偏离方向。尤其在本实施方式中，即使提高测距用像素的密度也对画质没有影响，因此能够按照测距用的处理规模来决定测距精度及测距区域而不必考虑与画质的权衡，并可以构成有效的摄像装置。

在第二方式的摄像装置中，也是当面积大致相同时优选满足以下的条件式(1)，

0.9＜SA/LA≤1…(1)

其中，

LA是光电转换单元组中检测A颜色的光电转换单元的最大光电转换区域的面积，

SA是光电转换单元组中检测A颜色的光电转换单元的最小光电转换区域的面积，

A颜色是多种颜色中的任意颜色。

关于条件式(1)，被认为即使提高增益也不会对画质造成影响并且对面积大致相同这一点进行了定量化。在低于条件式(1)的下限的情况下，当为了使来自SA的输出信号电平与LA的输出信号电平一致而提高增益时，画质的劣化变大，从而不优选。

在本实施方式的摄像装置中，优选：光电转换单元具有配置在光电转换部上的微透镜和配置在微透镜与光电转换部之间的遮光部，该遮光部的开口面积决定了光电转换区域。

通过构成遮光部，容易规定根据像素节距规定的像素中心与光电转换区域的面积重心之间的关系。由此，容易使测距精度稳定或提高。

在本实施方式的摄像装置中，优选：通过比较被配置为与根据像素节距计算出的中心间距离不同的光电转换单元的输出信号，调整用于在摄像元件上形成被摄体像的光学系统的对焦。

由此，在第一或第二方式的结构中，可对来自多个光电转换单元的输出信号进行对焦用信号比较，所以能够同时实现良好的画质和良好的对焦。

在本实施方式的摄像装置中，优选利用来自多组光电转换单元的输出信号进行光电转换单元的输出信号的比较。

由此，能够实现这样的结构：可从多个光电转换单元的输出信号中取出相位差信息，并且对焦精度和速度良好。

关于本实施方式的摄像装置，优选：输出图像信号和用于测距的信号的第一单元组的光电转换单元与输出图像信号和用于测距的信号的、不同于第一单元组的第二单元组的光电转换单元分别被配置成光电转换区域的面积重心间的距离与根据像素节距计算出的中心间距离不同，且第一单元组的光电转换单元以及第二单元组的光电转换单元分别被配置成光电转换区域的面积重心间的距离等同于根据像素节距计算出的中心间距离，通过比较来自第一单元组的光电转换单元的信号和来自第二单元组的光电转换单元的信号，调整用于在摄像元件上形成被摄体像的光学系统的对焦。

根据此结构，可通过比较像素节距一致的单元组的信号，来取得稳定的对焦信号。例如，如果是相位差方式，则能够提高相关运算(相位差的量的计算)的精度。

在本实施方式的摄像装置中，优选输出图像信号的全部像素针对各个像素中心具有公共的光电转换区域。

通过这样的结构，可以使与各个测距用像素的光电转换区域相对的摄影镜头的光瞳区域重复，成为没有分割的结构。另外，通过成为该结构，可获得充分的开口率，即使针对较暗的被摄体也能够获得优质的图像。这样的结构在安装于现有单反照相机内的相位差AF系统中难以实现，与其相比，还能够提高对较暗被摄体的对焦精度。

(第一实施方式)

图1是示出第一实施方式的像素的概略结构的剖视图。图2是从光轴100L、100R、110L、110R的方向观察图1所示的像素时的平面图。此外，在图2中省略了微透镜101L、101R、111L、111R的图示。

在图1、图2中示出排列的像素，光电转换区域105L、105R、115L、115R的面积相同，各自的面积重心位置的间隔(面积重心间距离)ds-n、ds-w与像素节距的间隔dp不同。

这里，光电转换区域105L、105R、115L、115R的面积只要大致相同即可。在面积大致相同时，优选满足以下的条件式(1)。

0.9＜SA/LA≤1…(1)

其中，

LA是构成像素组的光电转换单元组中具有A受光分光灵敏度且输出图像信号和用于测距的信号的光电转换单元的最大光电转换区域的面积，

SA是构成像素组的光电转换单元组中具有A受光分光灵敏度且输出图像信号和用于测距的信号的光电转换单元的最小光电转换区域的面积。

在图1、图2中，将微透镜(也称为片载透镜)101L、101R、111L、111R分别配置为与传感器的各个像素104L、104R、114L、114R对应。微透镜101L、101R、111L、111R的间隔遵照于像素节距，但考虑到摄影镜头的出射光瞳位置，可从中心向周边以比像素节距窄的间隔进行配置。

像素104L、104R、114L、114R分别具有光电转换单元组的光电转换面103L、103R、113L、113R。在各个像素中，在微透镜101L与光电转换面103L之间配置有遮光部件102L，在微透镜101R与光电转换面103R之间配置有遮光部件102R，在微透镜111L与光电转换面113L之间配置有遮光部件112L，在微透镜111R与光电转换面113R之间配置有遮光部件112R。遮光部件102L、102R、112L、112R分别配置为沿着平面视为矩形的光电转换面103L、103R、113L、113R的4边。如图2所示，遮光部件102L、102R、112L、112R的平面形状为相对于像素中心左右不对称的矩形形状。

此外，在示出概略结构的图1中，遮光部件102L、102R、112L、112R被构成在同一平面上，但在同一像素内，也可以不构成在同一平面上。

按照假定的摄影镜头、微透镜101L、101R、111L、111R、遮光部件102L、102R、112L、112R以及光电转换面103L、103R、113L、113R的关系来决定各像素的光电转换区域105L、105R、115L、115R。图2所示的光电转换区域105L、105R、115L、115R在光电转换面103L、103R、113L、113R上与由遮光部件102L、102R、112L、112R形成的开口对应。

微透镜101L、101R、111L、111R被配置为其光轴100L、100R、110L、110R分别通过对应的像素的像素中心107L、107R、117L、117R。

从光轴100L、100R、110L、110R观察，像素104L、104R、114L、114R具有相同的矩形形状，像素节距等于像素大小。像素104L、104R、114L、114R的像素中心107L、107R、117L、117R是该矩形状的平面形状的对角线的交点(图2)。

另外，平面视为矩形的光电转换区域105L、105R、115L、115R的面积重心106L、106R、116L、116R也是各自的对角线的交点(图2)。

在第一实施方式中，通过将遮光部件102L、102R、112L、112R的平面形状设为左右不对称的矩形形状，来使各像素的像素中心107L、107R、117L、117R和各光电转换区域的面积重心106L、106R、116L、116R在左右方向(图1、图2的左右方向)上偏离。因此，与相邻像素的像素中心107L、107R、117L、117R间的距离相等的像素节距dp不同于相邻的光电转换区域的面积重心106L、106R、116L、116R间的距离、即面积重心间距离ds-n、ds-w。

这里，面积重心间距离ds-n是相邻的光电转换区域的面积重心相互接近且在左右方向上偏离时的面积重心间的距离，在图1、图2的例子中是像素104L的面积重心106L与像素104R的面积重心106R之间的距离以及像素114L的面积重心116L与像素114R的面积重心116R之间的距离。与此相对，面积重心间距离ds-w是相邻的光电转换区域的面积重心相互离开且在左右方向上偏离时的面积重心间的距离，在图1、图2的例子中是像素104R的面积重心106R与像素114L的面积重心116L之间的距离。

图3是概念性地示出第一实施方式的成像器中的像素配置的平面图。

图3所示的成像器(摄像装置)由图1、图2所示的像素以及使各像素中心与各光电转换区域的面积重心在上下方向(图1、图2的上下方向)偏离的像素的组合来构成。图3示出从各个像素的光轴方向观察时的光电转换区域。在图3中，虽然示出纵16像素(L01～16)、横16像素(F01～16)合计256像素的例子，但像素数不仅限于此，例如合计像素超过1000万像素也可以。

在图3所示的例子中，光电转换区域的面积中心相对于像素中心偏离的方向具有右侧、左侧、上侧和下侧4种。在以下的说明中分别称为右像素120R、左像素120L、上像素120U、下像素120D。此外，图2的像素104L和像素114L与右像素120R对应，图2的像素104R和像素114R与左像素120L对应。

在图3中，在L01行，从左(F01)开始依次重复地配置右像素120R、左像素120L、下像素120D、下像素120D。在L02行，从左开始依次重复地配置右像素120R、左像素120L、上像素120U、上像素120U。在L03行，从左开始依次重复地配置下像素120D、下像素120D、右像素120R、左像素120L。在L04行，从左开始依次重复地配置上像素120U、上像素120U、右像素120R、左像素120L。在L05以后的行，则重复地配置L01、L02、L03、L04的模式。

当从F01～16的列观察图3的配置时，成为如下样子。

在F01列，从上开始(从L01开始)依次重复地配置右像素120R、右像素120R、下像素120D、上像素120U。在F02列，从上开始依次重复地配置左像素120L、左像素120L、下像素120D、上像素120U。在F03列，从上开始依次重复地配置下像素120D、上像素120U、右像素120R、右像素120R，在F04列，从上开始依次重复地配置下像素120D、上像素120U、左像素120L、左像素120L。在F05以后的列，则重复地配置F01、F02、F03、F04的模式。

在以下的说明中，当表示特定的像素时，并排地示出行编号L01～16和列编号F01～16。例如，用「L01F01」来表示L01行中与F01列对应的像素。

在图3所示的例子中，例如，L05F01(右像素120R)与L05F02、L05F06、L05F10、L05F14、L06F02、L06F10以及L06F14(左像素120L)中的任一个都构成为重心间距离比根据像素节距算出的像素间距离窄。另外，L05F06(左像素120L)与L05F09以及L06F09(右像素120R)中的任一个都构成为重心间距离比根据像素节距算出的像素间距离宽。即，各个左图像和各个右图像构成为重心间距离与根据像素节距算出的像素间距离不同。

在第一实施方式的摄像装置中，可根据由左像素120L构成的单元组和由右像素120R构成的另一单元组各自的输出信号(用于测距的信号)来算出相位差信息，以调整光学系统的对焦。

例如作为第一例，可通过比较由L05行的右像素120R即L05F01、L05F05、L05F09、L05F13获得的输出波形与由L05行的左像素120L即L05F02、L05F06、L05F10、L05F14获得的输出波形，来利用所谓的相位差检测式取得散焦信息及对焦点位置信息。

另外，作为第二例，首先对于L05与L06的各个行，按照列将从F01、F02、F05、F06、F09、F10、F13、F14列的单元获得的输出波形相加。接着，可通过比较由右像素120R即F01、F05、F09、F13的各个列获得的输出波形和由左像素120L即F02、F06、F10、F14的各个列获得的输出波形，根据所谓的相位差检测式来取得散焦信息及对焦点位置信息。在第二例中，按各列来相加，由此，即使在来自摄影镜头的光量更少的状态下也能够进行稳定的信号处理。

作为第三例，首先合并由L05行的右像素120R即L05F01、L05F05、L05F09、L05F13获得的输出波形和由L07行的右像素120R即L07F03、L07F07，L07F11、L07F15获得的输出波形，作为按照F01、F03、F05、F07、F09、F11、F13的顺序形成的右图像列的输出波形。

另一方面，合并由L05行的左像素120L即L05F02、L05F06、L05F10、L05F14获得的输出波形和由L06行的左像素120L即L06F04、L06F08、L06F12、L06F16获得的输出波形，作为按照F02、F04、F06、F08、F10、F12、F14、F16的顺序形成的左图像列的输出波形。

接着，通过比较所获得的右图像列的输出波形和左图像列的输出波形，利用所谓的相位差检测式来取得散焦信息及对焦点位置信息。在第三例中，将不同的2行的输出信号相加，由此，即使针对频率更高的被摄体，也能够稳定地进行信号处理。

除了上述例之外，例如还可以组合第二例和第三例。

另外，以上的例子与右像素120R和左像素120L的比较相关，但同样也可以根据上像素120U与下像素120D的比较来获得散焦信息及对焦点位置信息。此外，也可以采用这些方式的组合或者与所谓对比度法进行组合。

另外，与一般的摄像元件相同，可从L01～L16行的各自的F01～F16列的像素中取出图像信号作为光电转换信息。此时，因为光电转换区域的大小在各个像素中相同，所以不需要用于调整光电转换区域的大小差的增益提高等处理。由此，使噪声降低，结果，能提高S/N比。

在图3中，为了简单而示出16像素×16像素的例子，但如果应用于一般流通的例如2800像素×4200像素左右的摄像元件，则可以充分地选取为了测距而比较的右图像列以及左图像列的长度。另外，可将离散的右图像列、左图像列视为具有近似连续性。

在图1、图2、图3所示的像素构造中，各像素的微透镜的光轴与光电转换区域相交。通过这样构成可增大传感器的受光量，所以能够提高取出图像信号时的S/N比，由此可容易地形成良好的图像。

图4是概念性地示出第一实施方式的变形例的成像器(摄像装置)中的像素配置的平面图。图5是概念性地示出与图4对应的滤色器的配置的平面图。

与图3同样，在图4所示的像素配置中，组合了右像素120R、左像素120L、上像素120U以及下像素120D这4种，但各像素的配置与图3的情况不同。在图4所示的配置中，按照相邻2行2列的像素配置同一种类的像素。例如，L01F01、L01F02、L02F01以及L02F02的相邻2行2列的像素都是左像素120L，L01F03、L01F04、L02F03以及L02F04的相邻2行2列的像素都是上像素120U。

可以对于图4所示的像素配置叠加图5所示的滤色器配置。在图5的滤色器的配置中，将L01F01像素设为绿色滤色器G、将L01F02像素设为红色滤色器R、将L02F01设为蓝色滤色器B、将L02F02设为绿色滤色器G，之后，在横向以及纵向上重复这些组合模式。该组合模式在图4中被配置为与配置了同一种类像素的、相邻的2行2列的像素对应。通过使图4的像素配置和图5的滤色器配置相对应，能够进行高精度的焦点检测而与被摄体的颜色无关。此外，滤色器相对于光电转换区域的像素中心的偏离方向的组合不限于此。

另外，在图4、图5中，当为了测距而选择左像素120L和右像素120R或上像素120U和下像素120D时，重心间距离与根据像素节距计算出的间隔不同。在图5中，因为重复地配置相邻的2行2列的滤色器G、R、B、G，所以在为了测距而选择两个像素时可选择相同颜色的滤色器。例如，L06F01的像素(左像素120L)和L04F03的像素(右像素120R)是相同的蓝色滤色器B，光电转换区域的重心间距离比根据像素节距计算出的间隔长。另外，L03F03和L05F05是相同的绿色滤色器，光电转换区域的重心间距离比根据像素节距计算出的间隔短。

(第二实施方式)

图6是示出第二实施方式的像素的概略结构的剖视图。图7是从光轴500L、500R、510L、510R的方向观察图6所示的像素时的平面图。此外，在图7中省略了微透镜501L、501R、511L、511R的图示。

在图6、图7中示出排列的像素，光电转换区域505L、505R、515L、515R的面积是相同的，各自的重心位置的间隔(面积重心间隔)ds-n、ds-w与像素节距的间隔dp不相同。

这里，光电转换区域505L、505R、515L、515R的面积只要大致相同即可。在面积大致相同时，优选满足以下条件式(1)。

0.9＜SA/LA≤1…(1)

其中，

LA是构成像素组的光电转换单元组中具有A受光分光灵敏度且输出图像信号和用于测距的信号的光电转换单元的最大光电转换区域的面积，

SA是构成像素组的光电转换单元组中具有A受光分光灵敏度且输出图像信号和用于测距的信号的光电转换单元的最小光电转换区域的面积。

在图6、图7中，微透镜501L、501R、511L、511R分别配置为与传感器的各像素504L、504R、514L、514R对应。微透镜501L、501R、511L、511R的间隔遵照于像素节距，但考虑到摄影镜头的出射光瞳位置，可从中心向周边按比像素节距窄的间隔进行配置。

像素504L、504R、514L、514R分别具备光电转换单元组的光电转换面503L、503R、513L、513R。在各个像素中，在微透镜501L与光电转换面503L之间配置有遮光部件502L、502ML，在微透镜501R与光电转换面503R之间配置有遮光部件502R、502MR，在微透镜511L与光电转换面513L之间配置有遮光部件512L、512ML，在微透镜511R与光电转换面513R之间配置有遮光部件512R、512MR。

遮光部件502L、502R、512L、512R分别被配置为沿着平面视时呈矩形的光电转换面503L、503R、513L、513R的4条边。如图7所示，遮光部件502L、502R、512L、512R的平面形状是具有均匀宽度的左右对称、上下对称的矩形框状。

遮光部件502ML、502MR、512ML、512MR被配置为左右非对称地分割遮光部件502L、502R、512L、512R的内部。

此外，在示出概略结构的图6中，遮光部件502L、502ML、502R、502MR、512L、512ML、512R、512MR被构成在同一平面上，但在同一像素内也可以不构成在同一平面上。

按照假定的摄影镜头、微透镜501L、501R、511L、511R、遮光部件502L、502ML、502R、502MR、512L、512ML、512R、512MR以及光电转换面503L、503R、513L、513R的关系来决定各像素的光电转换区域505L、505R、515L、515R。图7所示的光电转换区域505L、505R、515L、515R在光电转换面503L、503R、513L、513R上，与由遮光部件502L、502ML、502R、502MR、512L、512ML、512R、512MR形成的开口对应。

微透镜501L、501R、511L、511R被配置为其光轴500L、500R、510L、510R分别通过所对应的像素的像素中心507L、507R、517L、517R。

从光轴500L、500R、510L、510R进行观察，像素504L、504R、514L、514R具有相同的矩形形状，像素节距与像素的大小相等。像素504L、504R、514L、514R的像素中心507L、507R、517L、517R是该矩形状的平面形状的对角线的交点(图7)。

在第二实施方式中，利用遮光部件502ML、502MR、512ML、512MR，左右非对称地分别分割由遮光部件502L、502R、512L、512R包围的区域。因此，由这些遮光部件决定的光电转换区域505L、505R、515L、515R的面积重心为从各像素的像素中心507L、507R、517L、517R偏离的位置。因此，被构造成：与相邻像素的像素中心507L、507R、517L、517R间的距离相等的像素节距dp不同于相邻光电转换区域的面积重心506L、506R、516L、516R间的距离即面积重心间距离ds-n、ds-w。

此外，遮光部件502ML、502MR、512ML、512MR可具有电气布线等功能。另外，遮光部件502ML、502MR、512ML、512MR也可不完全分割光电转换区域505L、505R、515L、515R。另外，也可以在遮光部件502ML、502MR、512ML、512MR的至少任意一个中，构成为大体不包含对应的微透镜的光轴，由此能够使重心位置有效地偏离。对于遮光部件502ML、502MR、512ML、512MR被设置为不处于所对应的微透镜的光轴上的像素，可构成为像素的中心成为受光区域。在图6、图7中构成为：在由各微透镜的光轴确定的区域中决定遮光部件502ML、502MR、512ML、512MR各自的一端面。

图8是示出光电转换区域505L、505R、515L、515R中的公共区域700的平面图。如图8所示，与各像素的遮光部件的图案无关，具有不被遮光的公共区域700。

此外，关于其它结构、作用、效果，与第一实施方式相同。

(第三实施方式)

图9是示出第三实施方式的像素的概略结构的剖视图。图10是从光轴600L、600R、610L、610R的方向观察图9所示的像素的平面图。此外，在图10中，省略了微透镜601L、601R、611L、611R的图示。另外，在图10中示出4列2行的像素，与此相对，图9对应于图10的8像素中的1行。

在图9、图10中，示出排列的像素，光电转换区域605L、605R、615L、615R、625L、625R、635L、635R的面积相同，各自的重心位置的间隔(面积重心间隔)ds-n、ds-w与像素节距的间隔dp不相同。

这里，只要光电转换区域605L、605R、615L、615R、625L、625R、635L、635R的面积大致相同即可。在面积大致相同时，优选满足以下的条件式(1)。

0.9＜SA/LA≤1…(1)

其中，

LA是构成像素组的光电转换单元组中具有A受光分光灵敏度且输出图像信号和用于测距的信号的光电转换单元的最大光电转换区域的面积，

SA是构成像素组的光电转换单元组中具有A受光分光灵敏度且输出图像信号和用于测距的信号的光电转换单元的最小光电转换区域的面积。

在图9、图10中，微透镜601L、601R、611L、611R分别被配置为与传感器的各像素604L、604R、614L、614R对应。微透镜601L、601R、611L、611R的间隔遵照于像素节距，但考虑到摄影镜头的出射光瞳位置，可从中心向周边按照比像素节距窄的间隔进行配置。此外，在图9中未图示的像素624L、624R、634L、634R和与它们对应的微透镜的关系也同样。

像素604L、604R、614L、614R，624L、624R、634L、634R分别具备光电转换单元组的光电转换面603L、603R、613L、613R、623L、623R、633L、633R。在图10的上行的像素中，在微透镜601L与光电转换面603L之间配置有遮光部件602L，602ML，在微透镜601R与光电转换面603R之间配置有遮光部件602R、602MR，在微透镜611L与光电转换面613L之间配置有遮光部件612L，612ML，在微透镜611R与光电转换面613R之间配置有遮光部件612L，612ML。在图10的下行的像素中，在像素624L的微透镜与光电转换面623L之间配置有遮光部件622L、622ML，在像素624R的微透镜与光电转换面623R之间配置有遮光部件622R、622MR，在像素634L的微透镜与光电转换面633L之间配置有遮光部件632L、632ML，在像素634R的微透镜与光电转换面633R之间配置有遮光部件632R、632MR。

遮光部件602L、602R、612L、612R、622L、622R、632L、632R分别被配置为沿着平面视时呈矩形的光电转换面603L、603R、613L、613R、623L、623R、633L、633R的4条边。如图10所示，遮光部件602L、602R、612L、612R、622L、622R、632L、632R的平面形状为具有均匀宽度的左右对称且上下对称的矩形框状。

遮光部件602ML、602MR、612ML、612MR、622ML、622MR、632ML、632MR相对于遮光部件602L、602R、612L、612R、622L、622R、632L、632R的开口部配置为上下、左右非对称，并设置为从上边或下边向内部延伸。由此，遮光部件602L、602R、612L、612R、622L，622R、632L、632R形成的开口形状为左右非对称且上下非对称。此外在图9中，各遮光部件被构成于同一平面上，但在同一像素内也可以不构成于同一平面上。

按照假定的摄影镜头、对应的微透镜，遮光部件602L、602R、612L、612R、622L、622R、632L、632R以及光电转换面603L、603R、613L、613R、623L、623R、633L、633R的关系来决定各像素的光电转换区域605L、605R、615L、615R、625L、625R、635L、635R。图10所示的光电转换区域605L、605R、615L、615R、625L、625R、635L、635R在光电转换面603L、603R、613L、613R、623L、623R、633L、633R上，与由遮光部件602L、602R、612L、612R、622L、622R、632L、632R形成的开口对应。

各微透镜被配置为其光轴分别通过所对应的像素的像素中心607L、607R、617L、617R、627L、627R、637L、637R。

从对应的微透镜的光轴观察，像素604L、604R、614L、614R、624L、624R、634L、634R具有相同的矩形形状，像素节距与像素的大小相等。像素604L、604R、614L、614R、624L、624R、634L、634R的像素中心607L、607R、617L、617R、627L、627R、637L、637R是该矩形状的平面形状的对角线的交点(图10)。

在像素604L、634L中，利用遮光部件602ML、632ML分别对光电转换区域605L、635L左下部分的一部分(图10)进行遮光，由此，光电转换区域的面积重心606L、636L的位置被配置在像素中心的右上方。在像素604R、634R中，利用遮光部件602MR、632MR分别对光电转换区域605R、635R右下部分的一部分(图10)进行遮光，由此，光电转换区域的面积重心606R、636R的位置被配置在像素中心的左上方。

在像素614L、624L中，利用遮光部件612ML、622ML分别对光电转换区域615L、625L左上部分的一部分(图10)进行遮光，由此，光电转换区域的面积重心616L、626L的位置被配置在像素中心的右下方。在像素614R、624R中，利用遮光部件612MR、622MR分别对光电转换区域615R、625R右上部分的一部分(图10)进行遮光，由此光电转换区域的面积重心616R、626R的位置被配置在像素中心的左下方。

由此，可构成为图10所示的相邻光电转换区域的面积重心间距离ds-n、ds-w在列方向、行方向上都与像素节距dp不同。当使这种结构的像素与图3所示的右像素、左像素、上像素、下像素对应时，光电转换区域605L、635L可兼用于右像素和上像素，光电转换区域605R、635R可兼用于左像素和上像素，光电转换区域615L、625L可兼用于右像素和下像素，光电转换区域615R、625R可兼用于左像素和下像素。此外，像素的配置可不限于此。

在第三实施方式的像素中，也具有不被遮光的公共区域，而与遮光部件的图案无关。

此外，关于其它的结构、作用、效果，与第一实施方式相同。

(第四实施方式)

图11是示出第四实施方式的照相机系统的概念图。该照相机系统具备照相机机身904和摄影镜头单元902。摄影镜头单元902相对于照相机机身904既可以是一体的也可以是能更换的。设定摄影镜头系统901的光轴903，在该光轴903上配置摄像元件905。该摄像元件905由上述实施方式的像素构成。

处理装置906控制照相机系统，与摄像元件905、操作装置907、通过背面显示装置或目镜系统进行观察的电子取景器等显示装置908、存储所摄影的图像等的存储装置909以及摄影镜头单元的驱动装置910进行信息交换。此外，存储装置909可以是所谓的硬盘设备，也可以是能够拆装的介质。

在该照相机系统中，通过操作装置907来指示电源接通，并利用处理装置906处理来自摄像元件905的图像信号，并在显示装置908上显示图像。根据需要，利用操作装置907进行变焦操作指示，利用驱动装置910使摄影镜头系统适当移动。当利用操作装置907进行了快门释放指示时，根据来自摄像元件905的信息，在处理装置906中利用规定的计算式设定曝光条件(例如曝光时间、F值)，另外，根据来自处理装置906的信号，处理装置906从摄像元件905取得上述实施方式中说明的对焦运算所需的信号，并算出相位差信息，算出镜头的驱动量。此外，利用驱动装置910使摄影镜头系统901适当移动，成为对焦到被摄体上的状态，处理装置906从摄像元件905取得图像信息，进行必要的处理，并在记录装置909中记录处理后的图像信息。这些处理仅为一个例子，并不限定于此。例如，可改变对焦驱动和曝光设定的顺序、可根据摄影条件等切换为一般的对比度AF或与一般的对比度AF组合来进行对焦，或者可与动态图像记录组合。

如上面所述，本发明对需要结构简单、测距性能高且画质劣化少的摄像装置以及照相机是有用的。

本发明的摄像装置起到如下所述的效果：可利用来自摄像元件的输出信号进行与相位差AF同等程度的测距，并且摄像元件的结构也比较简易，画质劣化少。

Claims (10)

1.一种摄像装置，其具备二维地排列有多个光电转换单元的光电转换单元组，该光电转换单元将由光学系统成像的光学像转换为电信号，其中，

所述光电转换单元中的至少一部分光电转换单元被构造成输出图像信号和用于测距的信号，

在所述光电转换单元组中，包括输出图像信号和用于测距的信号且具有相同受光分光灵敏度的光电转换单元在内，输出图像信号的光电转换单元的光电转换区域的面积大致相同，

光电转换单元被配置为，在测距所需的至少2个光电转换单元彼此间，输出所述图像信号和用于测距的信号的光电转换单元的光电转换区域的面积重心间的距离不同于根据像素节距计算出的中心间距离。

2.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，

所述面积大致相同是指满足以下的条件式(1)，

0.9＜SA/LA≤1…(1)

其中，

LA是所述光电转换单元组中的具有A受光分光灵敏度且输出图像信号和用于测距的信号的光电转换单元的最大光电转换区域的面积，

SA是所述光电转换单元组中的具有A受光分光灵敏度且输出图像信号和用于测距的信号的光电转换单元的最小光电转换区域的面积。

3.一种摄像装置，其具备二维地排列有多个光电转换单元的光电转换单元组，该光电转换单元将由光学系统成像的光学像转换为电信号，其中，

所述光电转换单元组由检测多种颜色中的任意一种的光电转换单元构成，

所述光电转换单元中的至少一部分光电转换单元被构造成输出图像信号和用于测距的信号，

在所述光电转换单元组中，包括输出所述图像信号和用于测距的信号的光电转换单元在内，在所述多种颜色中，检测相同颜色的光电转换单元的光电转换区域的面积大致相同，

所述光电转换单元被配置为，在测距所需的至少2个光电转换单元彼此间，输出图像信号和用于测距的信号的光电转换单元的光电转换区域的面积重心间的距离不同于根据像素节距计算出的中心间距离。

4.根据权利要求3所述的摄像装置，其中，

所述面积大致相同是指满足以下的条件式(1)，

0.9＜SA/LA≤1…(1)

其中，

LA是所述光电转换单元组中的检测A颜色的光电转换单元的最大光电转换区域的面积，

SA是所述光电转换单元组中的检测A颜色的光电转换单元的最小光电转换区域的面积，

A颜色是所述多个颜色中的任意颜色。

5.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，

所述光电转换单元具有配置在光电转换部上的微透镜和配置在所述微透镜与所述光电转换部之间的遮光部，该遮光部的开口面积决定光电转换区域。

6.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，

通过被配置为光电转换区域的面积重心间的距离不同于根据所述像素节距计算出的中心间距离的所述光电转换单元的输出信号的比较，调整用于在摄像元件上形成被摄体像的所述光学系统的对焦。

7.根据权利要求6所述的摄像装置，其中，

通过来自多组所述光电转换单元的输出信号来进行所述比较。

8.根据权利要求6所述的摄像装置，其中，

输出图像信号和用于测距的信号的第一单元组的光电转换单元以及输出图像信号和用于测距的信号的与所述第一单元组不同的第二单元组的光电转换单元彼此之间被配置成光电转换区域的面积重心间的距离不同于根据所述像素节距计算出的中心间距离，且所述第一单元组的光电转换单元彼此之间以及第二单元组的光电转换单元彼此之间分别被配置成光电转换区域的面积重心间的距离等同于根据所述像素节距计算出的中心间距离，通过来自所述第一单元组的光电转换单元的信号与来自所述第二单元组的光电转换单元的信号的比较，调整用于在所述摄像元件上形成被摄体像的光学系统的对焦。

9.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，

输出所述图像信号的全部像素针对各个像素中心具有公共的光电转换区域。

10.一种照相机，其具备：

权利要求1所述的摄像装置；以及

在所述摄像装置中形成光学像的摄像光学系统。

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