CN102647548A - 成像器件和成像装置 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及成像器件和成像装置。所述成像器件包括：会集来自被摄体的光的微型透镜；感光元件，通过传感由所述微型透镜会集的被摄体光，来生成用于经由相位差检测进行对焦判定的信号；通过遮挡所述被摄体光的一部分来进行光瞳分割的第一遮光单元；和第二遮光单元，设置在所述第一遮光单元与所述微型透镜之间，并遮挡向所述第一遮光单元入射的被摄体光的一部分，其中，所述第二遮光单元的开口面积小于图像生成像素的开口面积。

Description

成像器件和成像装置
技术领域
本公开涉及一种成像器件，更具体地说，涉及检测相位差的成像器件和成像装置。
背景技术
近年来，例如通过使例如人物等被摄体成像来生成被捕捉图像并记录所生成的被捕捉图像的数码相机等成像装置得到广泛应用。另外，作为成像装置，为了使用户的拍摄操作简单，已广泛使用了具有在成像时自动地进行焦点调节的自动聚焦(AF)功能的成像装置。
作为成像装置，已提出了这样的成像装置，其中，例如，穿过成像透镜的光经由光瞳分割被分割以形成一对图像，并且通过测量所形成图像之间的间隙(检测相位差)来确定成像透镜的位置。例如，已提出了这样一种成像装置，其中在单个成像器件中设置有通过遮挡被感光元件传感的被摄体光的一半来进行光瞳分割的用于相位差检测(焦点检测)的像素(相位差检测像素)和用于生成被捕捉图像的像素(图像生成像素)两者。在成像装置进行相位差检测的情况下，基于来自相位差检测像素的信号形成一对图像，并且通过测量所形成图像的间隙来计算焦点错位量。然后，成像装置基于计算出的焦点错位量来计算成像透镜的移动量，并基于计算出的移动量通过调节成像透镜的位置来进行对焦(焦点调节)。
这里，为了以更高精度进行相位差检测和图像生成，已提出了这样一种成像装置，其中，相位差检测像素中的光会集位置和图像生成像素中的光会集位置被做成彼此不同(例如，参考日本未审查专利申请2009-109965号公报)。在该成像装置中，设置于相位差检测像素中的微型透镜的特性与设置于图像生成像素中的微型透镜的特性通过改变透镜厚度、透镜直径或者透镜材料而做成彼此不同。替代地，在该成像装置中，相位差检测像素中微型透镜与感光元件之间的距离和图像生成像素中微型透镜与感光元件之间的距离被做成彼此不同。
在上述现有技术中，图像生成像素中的光会集位置设定在感光元件侧，而相位差检测像素中的光会集位置比起图像生成像素中的光会集位置设定得更靠近微型透镜侧。
然而，在上述现有技术中，制造工艺很复杂，以使相位差检测像素和图像生成像素具有不同的透镜，或者相位差检测像素和图像生成像素具有不同的结构。如果制造工艺复杂，则制造成本增加，或者在制造工艺中出现新问题。因此，重要的是在不使制造工艺复杂化的情况下，改善相位差检测像素的特性。
发明内容
希望的是改善成像器件中的相位差检测像素的特性。
根据本公开的一个实施例，提供了一种成像器件，其包括：会集来自被摄体的光的微型透镜；感光元件，通过传感由所述微型透镜会集的被摄体光，来生成用于经由相位差检测进行对焦判定的信号；通过遮挡所述被摄体光的一部分来进行光瞳分割的第一遮光单元；和第二遮光单元，设置在所述第一遮光单元与所述微型透镜之间，并遮挡向所述第一遮光单元入射的被摄体光的一部分，其中，所述第二遮光单元的开口面积小于图像生成像素的开口面积。这得到一种操作，即相位差检测像素中的开口面积被做成小于图像生成像素中的开口面积。
所述第二遮光单元可以由与形成与所述图像生成像素的开口面积有关的开口部分的遮光层相同的层形成。这得到一种操作，即相位差检测像素的第二遮光单元与形成与图像生成像素的开口面积有关的开口部分的遮光层由相同的层形成。
另外，所述第二遮光单元可以由在所述微型透镜与所述感光元件之间遮挡光的层中邻近或邻接所述微型透镜的层形成。这得到一种操作，即靠近微型透镜的遮光层被用作第二遮光单元。
此外，所述微型透镜可以是与会集向所述图像生成像素入射的光的微型透镜具有相同形状的微型透镜。这得到一种操作，即同一透镜被用作相位差检测像素的微型透镜和图像生成像素的微型透镜。
另外，与所述第二遮光单元的开口面积有关的开口部分的形状可以类似于与所述图像生成像素的开口面积有关的开口部分的形状。这得到一种操作，即与所述第二遮光单元的开口面积有关的开口部分的形状被做成类似于与所述图像生成像素的开口面积有关的开口部分的形状。
另外，与所述第二遮光单元的开口面积有关的开口部分的形状可以是与所述图像生成像素的开口面积有关的开口部分的一部分被去除的形状。这得到一种操作，即与所述第二遮光单元的开口面积有关的开口部分的形状被做成与所述图像生成像素的开口面积有关的开口部分的一部分被去除的形状。
根据本公开的另一实施例，提供了一种成像装置，其包括：成像器件，该成像器件包括会集来自被摄体的光的微型透镜、通过传感由所述微型透镜会集的被摄体光来生成用于经由相位差检测进行对焦判定的信号的感光元件、通过遮挡所述被摄体光的一部分来进行光瞳分割的第一遮光单元、和设置在所述第一遮光单元与所述微型透镜之间并遮挡向所述第一遮光单元入射的被摄体光的一部分的第二遮光单元，其中，所述第二遮光单元的开口面积小于图像生成像素的开口面积；基于由相位差检测像素生成的信号经由相位差检测进行对焦判定的对焦判定单元；和基于由所述图像生成像素生成的信号生成图像的图像生成单元。这得到一种操作，即使用相位差检测像素的开口面积被做成小于图像生成像素的开口面积的成像器件来进行相位差检测。
根据本公开的又一实施例，提供了一种成像器件，其包括：会集被摄体光的微型透镜；感光元件，通过传感由所述微型透镜会集的被摄体光，来生成用于经由相位差检测进行对焦判定的信号；和第二遮光单元，沿所述微型透镜的光轴方向设置在所述微型透镜与由所述微型透镜会集的被摄体光的图像形成点之间，并且能使由所述微型透镜进行的光会集的程度大于图像生成像素中的光会集的程度，其中，所述第二遮光单元的开口面积小于图像生成像素的开口面积。这得到一种操作，即用于使相位差检测像素的开口面积小于图像生成像素的开口面积的第二遮光单元被做成设置在微型透镜与由微型透镜会集的被摄体光的图像形成点之间。
根据本公开的实施例，能够获得改善成像器件中的相位差检测像素的特性的优异效果。
附图说明
图1是示出本公开第一实施例的成像装置的功能构造的示例的框图。
图2是示意性地示出本公开第一实施例的成像装置中的薄膜反射镜的位置的一个示例的截面图。
图3是示出本公开第一实施例的第二图像传感器中设置的像素的配置的示例的示意图。
图4A和4B是示出根据本公开第一实施例的图像生成像素和相位差检测像素的截面构造的示例的示意图。
图5A和5B是示出根据本公开第一实施例的图像生成像素中的遮光层与相位差检测像素中的遮光层之间的差异的示例的示意图。
图6是示出本公开第一实施例的相位差检测像素的遮光层中的开口宽度与相位差检测特性之间的关系的示例的图。
图7A和7B是示出根据本公开第一实施例的相位差检测像素所生成的光斑直径的示例以及现有技术中的相位差检测像素所生成的光斑直径的示例的示意图。
图8A-8C是示出根据本公开第二实施例的相位差检测像素和图像生成像素中的遮光层的开口形状的示例的图。
具体实施方式
以下，将描述本公开的实施例。描述将按下列顺序进行。
1.第一实施例(成像控制：相位差检测像素的开口面积小于图像生成像素的开口面积的示例)
2.第二实施例(成像控制：相位差检测像素的开口形状和图像生成像素的开口形状的示例)
1.第一实施例
成像装置的功能构造示例
图1是示出本公开第一实施例的成像装置100的功能构造的示例的框图。成像装置100是这样一种成像装置，其通过使被摄体成像来生成图像数据(被捕捉图像)，并将生成的图像数据记录为图像内容(静态图像内容或者动态图像内容)。另外，以下，将主要描述将静态图像内容(静态图像文件)记录为图像内容(图像文件)的示例。
成像装置100包括透镜单元110、操作接收单元120、控制单元130、第一图像传感器140和第一信号处理单元150。此外，成像装置100还包括薄膜反射镜(pellicle mirror)160、第二图像传感器200、第二信号处理单元170、存储单元181、显示单元182、对焦判定单元183和驱动单元184。
透镜单元110会集来自被摄体的光(被摄体光)。透镜单元110包括变焦透镜111、光阑112和聚焦透镜113。
变焦透镜111通过驱动单元184的驱动而沿光轴方向移动，以改变焦距，从而调节被包括在被捕捉图像中的被摄体的倍率。
光阑112是一遮蔽物，其经由驱动单元184的驱动改变开口程度，以调节向第一图像传感器140和第二图像传感器200入射的被摄体光的量。
聚焦透镜113通过驱动单元184的驱动而沿光轴方向移动，从而调节焦点。
操作接收单元120接收来自用户的操作。例如，在快门按钮(图2所示的快门按钮121)被按压的情况下，操作接收单元120将关于按压的信号作为操作信号供给至控制单元130。
控制单元130控制成像装置100的各单元的操作。例如，如果快门按钮被按压并且用于开始记录静态图像的操作信号被接收，则控制单元130向第一信号处理单元150供给关于记录和执行静态图像的信号(静态图像捕捉操作信号)。另外，在显示单元182上显示实时景色的情况下，控制单元130向第二信号处理单元170供给基于由第二图像传感器200输出的信号生成实时景色图像的信号。这里，实时景色是指对入射至成像装置100的被摄体图像的实时显示。此外，在使用相位差检测方法进行对焦判定的情况下，控制单元130向第二信号处理单元170供给表示进行对焦判定的操作(相位差检测操作)的信号(相位差检测操作信号)。这里，相位差检测方法是一种焦点检测方法，其中穿过成像透镜的光经受光瞳分割(pupil division)，以形成一对图像，并通过对所形成图像之间的间隙(图像之间的错位量)进行测量(检测相位差)来检测对焦程度。
薄膜反射镜160将经由透镜单元110会集的被摄体光分割成两个部分。薄膜反射镜160是例如半透射型反射镜，通过反射30％的被摄体光来将被摄体光分割成两个部分。薄膜反射镜160将被分割成两个部分的光的一部分供给至第一图像传感器140，并将另一部分供给至第二图像传感器200。
第一图像传感器140是一种成像器件，其传感被薄膜反射镜160分割的被摄体光的一部分，并对传感到的被摄体光进行光电转换以生成电信号。第一图像传感器140实施为例如CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器、CCD(电荷耦合器件)传感器或者类似物。在第一图像传感器140中，只有基于传感到的被摄体光生成用于生成被捕捉图像的信号的像素(图像生成像素)被设置成拜耳阵列。第一图像传感器140向第一信号处理单元150供给经由光电转换生成的电信号。
第一信号处理单元150对从第一图像传感器140供给的电信号进行各种信号处理。例如，在从控制单元130供给静态图像捕捉操作信号的情况下，第一信号处理单元150进行各种信号处理，从而生成用于静态图像的数据(静态图像数据)。另外，第一信号处理单元150向存储单元181供给所生成的图像数据，以存储在存储单元181中。
存储单元181将从第一信号处理单元150供给的图像数据记录为图像内容(图像文件)。例如，作为存储单元181，可以使用可拆卸记录介质(一个或多个记录介质)，比如说，例如DVD(数字多功能盘)等光盘或者例如记忆卡等半导体存储器。另外，记录介质可以内置于成像装置100中，也可以相对于成像装置100是可安装和可拆卸的。
第二图像传感器200是一种成像器件，其传感被薄膜反射镜160分割的被摄体光的一部分，并对传感到的被摄体光进行光电转换以生成电信号。第二图像传感器200，与第一图像传感器140一样，实施为例如CMOS传感器或者CCD传感器。在第二图像传感器200中，设置有图像生成像素和生成用于检测相位差的信号的像素(相位差检测像素)。另外，第二图像传感器200将参考图3-8C进行描述。第二图像传感器200向第二信号处理单元170供给经由光电转换生成的电信号。另外，第二图像传感器200是在权利要求中记载的成像器件的一个示例。
第二信号处理单元170对从第二图像传感器200供给的电信号进行各种信号处理。例如，在从控制单元130供给相位差检测操作信号的情况下，第二信号处理单元170基于来自第二图像传感器200中的相位差检测像素的输出信号，生成用于检测相位差的数据(相位差检测数据)。另外，第二信号处理单元170向对焦判定单元183供给所生成的相位差检测数据。此外，在从控制单元130供给实时景色显示信号的情况下，第二信号处理单元170基于来自第二图像传感器200中的图像生成像素的输出信号，生成用于实时景色图像的数据(实时景色图像数据)。第二信号处理单元170向显示单元182供给所生成的实时景色图像数据，并在显示单元182的显示屏幕上显示实时景色。另外，第二信号处理单元170是权利要求中记载的图像生成单元的一个示例。
显示单元182基于从第二信号处理单元170供给的图像数据显示图像。显示单元182实施为例如彩色液晶面板。例如，在从第二信号处理单元170供给实时景色图像数据的情况下，显示单元182在显示屏幕上显示实时景色图像。
对焦判定单元183基于从第二信号处理单元170供给的相位差检测数据，判定待对焦的对象(对焦对象)是否已对焦。如果在进行对焦的区域(对焦区域)中的物体(对焦对象)已对焦，则对焦判定单元183将表示对焦的信息作为对焦判定结果信息供给至驱动单元184。另外，如果对焦对象未对焦，则对焦判定单元183计算焦点错位量(散焦量)，并将表示计算出的散焦量的信息作为对焦判定结果信息供给至驱动单元184。
驱动单元184驱动变焦透镜111、光阑112和聚焦透镜113。例如，驱动单元184基于从对焦判定单元183输出的对焦判定结果信息计算聚焦透镜113的驱动量，并根据计算出的驱动量移动聚焦透镜113。如果焦点已对齐，则驱动单元184保持聚焦透镜113的当前位置。另外，如果焦点是错位的，则驱动单元184基于表示散焦量的对焦判定结果信息和聚焦透镜113的位置信息计算驱动量(移动距离)，并根据驱动量移动聚焦透镜113。
薄膜反射镜的位置示例
图2是示意性地示出本公开第一实施例的成像装置100中的薄膜反射镜160的位置的一个示例的截面图。另外，在同图中将假定成像装置100是单镜头相机来进行描述。
图2是成像装置100的截面图，并且示出了本体101和更换镜头105。更换镜头105是成像装置100中的可装卸透镜单元，对应于图1所示的透镜单元110。本体101是成像装置100中进行成像处理的本体，对应于图1所示的透镜单元110以外的构造。在本体101中，示出了快门按钮121、显示单元182、薄膜反射镜160、第一图像传感器140、第二图像传感器200和更换镜头105。
另外，在同图中，示出了设置于透镜单元110中的透镜中的光轴(光轴L12)，以及表示被摄体光通过的范围的两条线(线L11和L13)。此外，线L11与L13之间的范围表示向第一图像传感器140和第二图像传感器200入射的光所通过的范围。
薄膜反射镜160设置成将入射至成像装置100的被摄体光分割成两个部分。例如，薄膜反射镜160设置成相对于光轴L12形成45°。由此，薄膜反射镜160向上方反射被摄体光的一部分(例如，30％)。
第一图像传感器140设置成在薄膜反射镜160的前方(被摄体光的行进目的地)垂直于光轴L12，以传感透射穿过薄膜反射镜160的被摄体光。
第二图像传感器200设置成在薄膜反射镜160的上侧平行于光轴L12(因为薄膜反射镜160相对于光轴L12形成45°)，以传感被薄膜反射镜160反射的被摄体光。
这样，在成像装置100中，薄膜反射镜160设置成将入射的被摄体光分割成两个部分。第一图像传感器140和第二图像传感器200分别设置成传感被分割成两个部分的被摄体光。
第二图像传感器中的像素的配置示例
图3是示出本公开第一实施例的第二图像传感器200中设置的像素的配置的示例的示意图。
在同图中，将假定使垂直方向作为Y轴而水平方向作为X轴的XY轴来进行描述。另外，在同图中，左下角被假定为XY轴处的原点，上向方向为Y轴的正侧，而右向方向为X轴的正侧。此外，在同图中，第二图像传感器200中的特定方向(与被捕捉图像的水平方向(左右方向)相对应的方向)为X轴方向，而垂直于特定方向的方向(与被捕捉图像的垂直方向(上下方向)相对应的方向)为Y轴方向。假定第二图像传感器200中的信号读取方向为X轴方向(以行单位读取)。
在图3中，为了方便描述，使用被包括在第二图像传感器200中的像素的一部分(16行×16列的像素)的区域(区域210)来进行描述。另外，第二图像传感器200中的像素配置成使得区域210中示出的像素配置对应于一个单元，并且对应于该单元的像素配置(对应于区域210的像素配置)沿X轴方向和Y轴方向重复。
在同图中，由一个正方形表示一个像素。另外，在同图中，由包含表示设置于其中的彩色滤光器的符号(R、G和B)的正方形表示图像生成像素。也就是说，R像素211表示通过透射红色(R)光的彩色滤光器来传感红光的像素(R像素)，而B像素214表示通过透射蓝色(B)光的彩色滤光器来传感蓝光的像素(B像素)。另外，Gr像素212是通过透射绿色(G)光的彩色滤光器来传感绿光的像素(G像素)，并且表示包括R像素(R像素211)的行(线)中的G像素。相似地，Gb像素213是通过透射绿色(G)光的彩色滤光器来传感绿光的像素(G像素)，并且表示包括B像素(B像素214)的行(线)中的G像素。
另外，相位差检测像素由附加有白色椭圆形的灰色正方形表示。相位差检测像素中的白色椭圆表示入射光被感光元件传感到的那一侧(在用于进行光瞳分割的遮光层(光瞳分割用遮光层)中存在有开口部的那一侧)。这里，将描述在同图中示出的相位差检测像素(右开口相位差检测像素215、左开口相位差检测像素216、上开口相位差检测像素217和下开口相位差检测像素218)。
右开口相位差检测像素215是这样一种相位差检测像素，其中光瞳分割用遮光层形成为遮挡入射至右开口相位差检测像素215的微型透镜的被摄体光中穿过出射光瞳的右半部分的被摄体光。换言之，右开口相位差检测像素215遮挡被光瞳分割成出射光瞳的左右部分(X轴方向的+侧和-侧)的光中的右半部分的光，并且传感左半部分的光瞳分割光。
左开口相位差检测像素216是这样一种相位差检测像素，其中光瞳分割用遮光层形成为遮挡入射至左开口相位差检测像素216的微型透镜的被摄体光中穿过出射光瞳的左半部分的被摄体光。换言之，左开口相位差检测像素216遮挡被光瞳分割成出射光瞳的左右部分(X轴方向的+侧和-侧)的光中的左半部分的光，并且传感右半部分的光瞳分割光。另外，左开口相位差检测像素216与右开口相位差检测像素215用作一对，以形成一对图像。
上开口相位差检测像素217是这样一种相位差检测像素，其中光瞳分割用遮光层形成为遮挡入射至上开口相位差检测像素217的微型透镜的被摄体光中穿过出射光瞳的上半部分的被摄体光。换言之，上开口相位差检测像素217遮挡被光瞳分割成出射光瞳的上下部分(Y轴方向的+侧和-侧)的光中的上半部分的光，并且传感下半部分的光瞳分割光。
下开口相位差检测像素218是这样一种相位差检测像素，其中光瞳分割用遮光层形成为遮挡入射至下开口相位差检测像素218的微型透镜的被摄体光中穿过出射光瞳的下半部分的被摄体光。换言之，下开口相位差检测像素218遮挡被光瞳分割成出射光瞳的上下部分(Y轴方向的+侧和-侧)的光中的下半部分的光，并且传感上半部分的光瞳分割光。另外，下开口相位差检测像素218与上开口相位差检测像素217用作一对，以形成一对图像。
这里，将描述第二图像传感器200中的像素配置。
在第二图像传感器200中，配置有图像生成像素的行(线)与配置有相位差检测像素的行(线)被交替地配置。也就是说，如图3所示，图像生成像素、相位差检测像素、图像生成像素、相位差检测像素、...沿Y轴方向交替地配置。另外，在第二图像传感器200中，只就除配置有相位差检测像素的行外的图像生成像素的配置而言，配置有B像素和G像素的行与配置有R像素和G像素的行是交替地配置的，形成拜耳阵列。
另外，在第二图像传感器200中，配置有右开口相位差检测像素215和左开口相位差检测像素216的线与配置有上开口相位差检测像素217和下开口相位差检测像素218的线，在其间插入有图像生成像素的行的状态下，交替地配置。也就是说，对于相位差检测像素，进行光瞳分割的相位差检测像素以行单位沿相同方向(读取方向(左右)或者垂直于读取方向的方向(上下))配置。
下面，将使用图3所示的区域230和240来描述根据本公开第一实施例的图像生成像素的截面构造和相位差检测像素的截面构造。
图像生成像素的和相位差检测像素的截面构造示例
图4A和4B是示出根据本公开第一实施例的图像生成像素和相位差检测像素的截面构造的示例的示意图。
图4A示意性地示出了图3所示区域230中的图像生成像素(R像素和Gr像素(同图中简称为G像素))的截面构造。另外，本公开第一实施例中的三色图像生成像素(R像素、G像素和B像素)间的差异只在于彩色滤光器，从而在图4A中将只描述R像素(R像素310)和G像素(G像素320)。另外，同图示出了以水平方向为X轴方向而垂直方向为Z轴方向的截面构造。
图4A示出了R像素310和G像素320的微型透镜(微型透镜311、321)，以及这两个像素的感光元件(感光元件313、323)。此外，图4A示出了R像素310和G像素320的彩色滤光器(R滤光器312和G滤光器322)、这两个像素的遮光层(遮光层341-343)和设置在这两个像素的边缘处的导线(导线331-333)。
微型透镜311、321是用于将被摄体光会集在感光元件处的透镜。微型透镜311将被摄体光会集在感光元件313处，而微型透镜321将被摄体光会集在感光元件323处。
感光元件313和感光元件323将传感到的光转换成电信号(蓄积对应于光量的电荷)，以生成强度对应于传感到的光量的电信号。感光元件313和感光元件323由例如光电二极管(PD)形成。另外，感光元件313是R像素310的感光元件，而感光元件323是G像素320的感光元件。此外，设置面积尽可能大的感光元件313和感光元件323，以有效地传感由各图像生成像素的微型透镜会集的光。
R滤光器312和G滤光器322是使特定波长范围的光透过的滤光器。R滤光器312是使显示红色(R)的波长范围的光透过的彩色滤光器，并允许显示红色的波长范围的光被R像素310的感光元件313传感到。另外，G滤光器322是使显示绿色(G)的波长范围的光透过的彩色滤光器，并允许显示绿色的波长范围的光被G像素320的感光元件323传感到。
导线331-333是用于在R像素310和G像素320中使各电路彼此连接的导线。在用于使各电路彼此连接的导线中，例如，将两个导线设置成层状，如图4A所示的导线331-333那样。另外，导线331-333是金属，从而用作遮挡被摄体光到达相邻像素的遮光层。此外，导线331-333设置成不妨碍光进入感光元件313、323。
遮光层341-343遮挡被摄体光，以限制被摄体光向感光元件的入射。遮光层341-343是使用例如金属形成的。遮光层341-343中遮光层之间的间隙在图像生成像素中是最小的。例如，在R像素310中，遮光层341与遮光层342之间的间隙(开口部分)在R像素310中遮挡光的层(例如，导线331的导线和导线332的导线)中是最小的。换言之，遮光层341-343中遮光层之间的间隙形成图像生成像素的开口部分。
图4B示意性地示出了图3所示区域240中的相位差检测像素(右开口相位差检测像素和左开口相位差检测像素)的截面构造。另外，在本公开的第一实施例中，假定在相位差检测像素的彩色滤光器层中设置有使可见光范围的光透过的滤光器(例如，透明层、W滤光器或者类似物)。此外，在图4B中，将假设使可见光范围的光透过但吸收此外的波长的光的滤光器(W滤光器)被用作相位差检测像素的彩色滤光器，来进行描述。
另外，本公开第一实施例中的相位差检测像素之间的差异只在于光瞳分割用遮光层的配置方向。因此，在同图中，描述右开口相位差检测像素(右开口相位差检测像素350)和左开口相位差检测像素(左开口相位差检测像素360)的截面构造，而省略对上开口相位差检测像素和下开口相位差检测像素的描述。
图4B示出了右开口相位差检测像素350和左开口相位差检测像素360的微型透镜(微型透镜351、361)，以及这两个像素的感光元件(感光元件353和感光元件363)。另外，图4B示出了右开口相位差检测像素350和左开口相位差检测像素360的彩色滤光器(W滤光器352、362)、遮光层(遮光层381-383)和导线(导线371-373)。
相位差检测像素的微型透镜和感光元件(微型透镜351、361和感光元件353、363)与图4A所示图像生成像素的微型透镜和感光元件相同。另外，除光谱特性外，W滤光器352、362与图4A所示R滤光器和G滤光器是相同的。因此，这里，关注的是将描述的遮光层381-383和导线371-373。
导线371-373是右开口相位差检测像素350和左开口相位差检测像素360中使各电路彼此连接的导线。另外，导线371-373与图4A所示导线331-333同样地，用作遮光层。
另外，导线371包括突出成从感光元件353的左侧向中心附近遮挡光的导线层(光瞳分割用遮光层391)。光瞳分割用遮光层391设置成使得穿过微型透镜351的主光束的图像形成点定位在该突出的右端。也就是说，光瞳分割用遮光层391遮挡穿过出射光瞳的右半部分的被摄体光(被摄体光的一部分)，并且右开口相位差检测像素350传感穿过出射光瞳的左半部分的被摄体光。另一方面，导线371中除光瞳分割用遮光层391以外的导线以及导线372的导线设置成不妨碍光进入感光元件353。
导线373包括突出成覆盖感光元件363的左半部分的导线(光瞳分割用遮光层392)。光瞳分割用遮光层392用作光瞳分割用遮光层，并遮挡穿过出射光瞳的左半部分的被摄体光，而左开口相位差检测像素360传感穿过出射光瞳的右半部分的被摄体光。此外，导线373中除光瞳分割用遮光层392以外的导线以及导线372的导线设置成不妨碍光进入感光元件363。光瞳分割用遮光层391、392是权利要求中记载的第一遮光单元的示例。
遮光层381-383与图4A所示遮光层341-343一样，遮挡被摄体光以限制被摄体光向感光元件的入射。遮光层381-383是与遮光层341-343相同的层。也就是说，遮光层381-383设置在微型透镜351、361与光瞳分割用遮光层391、392之间。此外，遮光层381-383是使用形成于成像器件中的金属层中靠近或者邻近微型透镜351、361的层形成的。遮光层381-383与图4A所示图像生成像素的遮光层(遮光层341、343)相比，如图4B中宽度W1-W4所示地朝感光元件353和感光元件363的中心侧突出。另外，在本公开的第一实施例中，由遮光层381-383形成的开口部分的形状类似于由遮光层341-343形成的开口部分的形状。
换言之，由于开口部分的形状类似于彼此，所以由遮光层381-383形成的开口部分的面积小于图像生成像素的开口部分(由遮光层341-343形成的开口部分)的面积。将参考图5A-7B来描述相位差检测像素中的遮光层的突出的作用(使开口部分减小的作用)。另外，遮光层381-383是权利要求中记载的第二遮光单元的示例。
如上所述，在相位差检测像素中，邻近或邻接微型透镜的遮光层(图4B中的遮光层381-383)比起图像生成像素的遮光层(图4A中的遮光层341-343)更朝各像素的感光元件突出。也就是说，由相位差检测像素的邻近或邻接微型透镜的遮光层形成的开口部分的开口面积小于由图像生成像素的邻近或邻接微型透镜的遮光层形成的开口部分的开口面积。
穿过微型透镜的被摄体光被遮光层遮挡的示例
图5A和5B是示出根据本公开第一实施例的图像生成像素的遮光层与相位差检测像素的遮光层之间的差异的示例的示意图。
在同图中，作为一个示例，将描述遮光层相对于微型透镜的球面像差的作用。在图5A中，描述图像生成像素的遮光层，而在图5B中，描述相位差检测像素的遮光层。
图5A示意性地示出了图像生成像素的遮光层与穿过微型透镜并被感光元件传感到的被摄体光之间的关系。图5A示出了作为图像生成像素的微型透镜和遮光层的微型透镜490和遮光层491、492。另外，微型透镜490和遮光层491、492与图4A所示微型透镜311、321和遮光层341-343相同，这里将省略其描述。
另外，图5A还示出了表示平行于微型透镜490的光轴的光路的多条实线，平行于光轴的光的理想图像形成点(图像形成点P1)，以及表示未穿过图像形成点P1的光束的路径的区域431、432。
这里，将描述未穿过图像形成点P1的光束(图5A中穿过区域431、432的实线)。
理想地，覆盖图像生成像素和相位差检测像素的微型透镜能使从一个点射出的光束形成作为一个点的图像。然而，实际上，由于各种因数，而难以在图像生成像素和相位差检测像素中设置能使图像形成为理想点的微型透镜。例如，由于穿过远离微型透镜的光轴的地方的光束具有大折射率，如图5A所示，穿过靠近微型透镜490的端部的区域的光束大幅地偏离图像形成点P1(图5A中穿过区域431、432的实线)。换言之，由于光束未会集在理想图像形成点处，由微型透镜490会集的光束在图像形成平面上的光斑直径(Z轴方向上的位置定位在与图像形成点P1相同的平面上的光斑直径)变大。
如此一来，如果使用微型透镜来会集被摄体光束，则会生成大幅地偏离理想图像形成点的光束。在图像生成像素中，不穿过图像形成点的光束入射至感光元件，因此不存在因不穿过图像形成点(大型光斑直径)引起的问题。然而，由于在相位差检测像素中，通过用光瞳分割用遮光层遮挡图像形成平面上的光束的一部分来进行光瞳分割，所以光会集程度(光斑直径)会影响光瞳分割精度(左右分割程度)。
因此，在根据本公开第一实施例的相位差检测像素中，微型透镜与光瞳分割用遮光层之间的遮光层被做成突出以减小由遮光层形成的开口面积，从而改善光瞳分割精度。
图5B示意性地示出了相位差检测像素的遮光层与穿过微型透镜并被感光元件传感到的被摄体光之间的关系。图5B示出了作为图像生成像素的微型透镜和遮光层的微型透镜410和遮光层421、422。另外，微型透镜410和遮光层421、422与图4B所示微型透镜351、361和遮光层381-383相同，这里将省略其描述。
另外，与图5A一样，图5B示出了表示平行于微型透镜410的光轴的光路的多条实线、图像形成点P1和区域431、432。此外，在图5B中，平行于微型透镜410的光轴的光束中被遮光层421、422遮挡的光束的路径由虚线表示。
这里，将描述未穿过图像形成点P1的光束(图5B中穿过区域431、432的实线)。
相位差检测像素的微型透镜与图像生成像素的微型透镜具有相同特性。也就是说，与图5A所示图像生成像素的情况一样，由微型透镜410会集的光束的光斑直径(图像形成点P1的平面上的光斑直径)在相位差检测像素中同样变大。因此，在相位差检测像素中，由光瞳分割用遮光层与微型透镜之间的遮光层(遮光层421、422)形成的开口部分的开口面积被做成小于由图像生成像素的遮光层形成的开口部分的开口面积。换言之，在开口部分的形状彼此类似的情况下，如图5A和5B所示，遮光层设置成使得相位差检测像素的遮光层(遮光层421、422)中的开口部分的宽度小于图像生成像素的遮光层(遮光层491、492)的开口部分的宽度。由此，穿过靠近微型透镜410的端部的区域的光束(路径在图5B中由虚线表示的光束)被遮光层421、422遮挡。也就是说，大幅地偏离图像形成点P1的光束被遮光层421、422遮挡。由此，相位差检测像素中图像形成平面上的光斑直径变得小于图像生成像素中的光斑直径。
如此一来，在相位差检测像素中，能够通过使遮光层突出(使开口面积变小)，来使图像形成平面上的光斑直径小于图像生成像素中的光斑直径。由此，能够改善相位差检测像素中的光瞳分割精度。
遮光层的开口宽度与相位差检测特性之间的关系的示例
图6是示出根据本公开第一实施例的遮光层的开口宽度与相位差检测特性之间的关系的示例的图。
在同图中，横轴表示相位差检测特性，纵轴表示感光量，而根据开口宽度发生变化的相位差检测像素的相位差检测特性由实线(实线510)表示。另外，在同图中，将与图像生成像素的遮光层的开口宽度相同的开口宽度假定为开口宽度100％。另外，在横轴中，开口宽度100％处的相位差检测特性由“1”示出，而各开口宽度处的相位差检测特性由相对值示出。此外，在纵轴中，开口宽度100％处的感光量由“1”示出，而各开口宽度处的感光量由相对值示出。在同图中，将假定这样一种相位差检测像素来进行描述，其中如果开口宽度小于70％则出现衍射，并且光斑直径根据开口宽度的减小而变大。
这里，将描述相位差检测特性。相位差检测特性是对焦判定单元183基于相位差检测像素的信号检测相位差时的精度(特性)。在相位差检测像素中，如果被摄体光分割程度(精度)增大，则一对图像的中心之间的距离变宽。由此，图像的错位量得到精细地测量，并且相位差检测精度(特性)得到改善。在同图中，将描述相位差检测像素的遮光层中的开口宽度与相位差检测精度(相位差检测特性)之间的关系。
实线510表示相位差检测特性。实线510中的点511表示开口宽度100％时的感光量和相位差检测特性。另外，点512表示开口宽度70％时的感光量和相位差检测特性，而点513表示开口宽度50％时的感光量和相位差检测特性。
如从实线510的点511到点512的区间所示，如果相位差检测像素的遮光层的开口宽度从图像生成像素的宽度(100％)变小，则感光量降低，而相位差检测特性升高。例如，如果开口宽度是70％，则感光量减小约5％，但是相位差检测特性升高约5％。
另外，如从实线510的点512到点513的区间所示，在出现衍射影响的开口宽度(小于开口宽度70％的宽度)时，相反，图像形成平面(光瞳分割用遮光层的位置)上的光斑直径增大，从而使相位差检测特性恶化。换言之，将相位差检测像素的开口宽度设定为出现衍射影响(光斑直径增大从而使相位差检测特性恶化)或者不出现衍射影响(图6中70％附近)的临界值，从而能够设定最佳的开口宽度，这能够最佳地改善相位差检测特性。
相位差检测像素中的光斑直径的示例
图7A和7B是示出根据本公开第一实施例的相位差检测像素所生成的光斑直径的示例以及现有技术中的相位差检测像素所生成的光斑直径的示例的示意图。
图7A示意性地示出了与图像生成像素具有相同遮光层的现有技术中的相位差检测像素(左开口相位差检测像素910)所生成的光斑。图7A作为左开口相位差检测像素910的截面构造，示出了微型透镜911、W滤光器912、感光元件913、导线922和923、遮光层932和933以及光瞳分割用遮光层941。
另外，图7A示出了表示左开口相位差检测像素910的图像形成平面上的光斑的虚线椭圆(光斑S1)以及表示光斑S1的光斑直径的箭头(光斑直径D1)。在图7A中，穿过微型透镜911的左端和右端的光束由从微型透镜911向光斑(光斑S1)延伸的虚线示出。从光斑S1向感光元件913入射的光束的左端和右端由从光斑S1向感光元件913延伸的虚线示出。
另外，除遮光层932、933外的各构造与图4A所示左开口相位差检测像素360的各截面构造相同，因此这里将省略其描述。此外，遮光层932、933与图4A所示图像生成像素(R像素310和G像素320)的遮光层(遮光层341-343)相同，因此这里将省略其描述。
如图7A所示，与图像生成像素中的遮光层相同的遮光层设置在现有技术中的相位差检测像素中。换言之，为了能使由微型透镜会集的光有效地到达感光元件，将遮光层设置成使得由遮光层形成的开口部分的开口面积尽可能大。因此，在现有技术的相位差检测像素中，穿过微型透镜的端部附近(周缘)的区域的光也穿过遮光层的开口部分。换言之，在现有技术的相位差检测像素中，光会集程度由于微型透镜的像差等而减小，从而使得图像形成平面上的光斑直径增大，导致光瞳分割精度(左右分割精度)恶化。
图7B示意性地示出了根据本公开第一实施例的相位差检测像素(左开口相位差检测像素360)所生成的光斑。另外，左开口相位差检测像素360与图4B所示的左开口相位差检测像素360相同，其被给予相同的附图标记，这里将省略其描述。
另外，图7B示出了表示左开口相位差检测像素360的图像形成平面上的光斑的虚线椭圆(光斑S2)以及表示光斑S2的光斑直径的箭头(光斑直径D2)。在图7B中，穿过微型透镜361的左端和右端的光束由从微型透镜361向光斑(光斑S2)延伸的点划线示出。从光斑S2向感光元件363入射的光束的左端和右端由从光斑S2向感光元件363延伸的点划线示出。此外，在图7B中，图7A所示光路由细虚线示出。
如图7B所示，在根据本公开第一实施例的相位差检测像素中，遮光层设置成使得由相位差检测像素的遮光层形成的开口部分的开口面积小于由图像生成像素的遮光层形成的开口部分的开口面积。因此，在根据本公开第一实施例的相位差检测像素中，穿过微型透镜的端部附近(周缘)的区域的光束被遮光层遮挡。因此，由于微型透镜的像差等引起的光会集程度的减小得到缓解，从而使得图像形成平面中的光斑直径减小，使得光瞳分割精度(左右分割精度)改善。
如此一来，在本公开的第一实施例中，由相位差检测像素的遮光层(靠近微型透镜并遮挡光的层)形成的开口部分的开口面积小于图像生成像素的遮光层的开口面积，从而改善相位差检测像素的特性。
2.第二实施例
在本公开的第一实施例中，使用相位差检测像素和图像生成像素的截面构造来描述了相位差检测像素的遮光层的开口宽度小于图像生成像素的遮光层的开口宽度的示例。由于在本公开的第一实施例中开口部分的形状彼此类似，所以如果开口宽度小，则由遮光层形成的开口部分的开口面积也小，从而使光瞳分割精度得到改善。另外，优选的是由相位差检测像素的遮光层形成的开口部分的开口面积小于由图像生成像素的遮光层形成的开口部分的开口面积以改善光瞳分割精度，并且本公开并不局限于开口形状。
因此，在本公开的第二实施例中，将参考图8A-8C来描述相位差检测像素的遮光层的开口形状的示例和图像生成像素的遮光层的开口形状的示例。
相位差检测像素和图像生成像素中的遮光层的开口形状的示例
图8A-8C是示出根据本公开第二实施例的相位差检测像素和图像生成像素中的遮光层的开口形状的示例的示意图。
在这些图中，将假定使垂直方向作为Y轴而水平方向作为X轴的XY轴来进行描述。
图8A示出了作为图像生成像素(图像生成像素615)和相位差检测像素(相位差检测像素611)中的遮光层的开口形状的一个示例的、在两像素中开口形状均为八边形的情况。在图像生成像素615中，示出了遮光层616、微型透镜617、表示开口部分的宽度的箭头(箭头W31)和表示开口部分的高度的箭头(箭头H31)。另外，在相位差检测像素611中，示出了遮光层612、微型透镜613、表示开口部分的宽度的箭头(箭头W32)、表示开口部分的高度的箭头(箭头H32)、表示图像生成像素615的宽度的箭头(箭头W31)。
如图8A所示，在相位差检测像素和图像生成像素的开口部分的形状彼此类似的情况下，相位差检测像素的开口部分的高度(箭头H32)和宽度(箭头W32)做成小于图像生成像素的高度(箭头H31)和宽度(宽度W31)。
图8B示出了作为图像生成像素(图像生成像素625)和相位差检测像素(相位差检测像素621)中的遮光层的开口形状的一个示例的，图像生成像素的开口形状为正方形而相位差检测像素的开口形状为八边形的情况。在图像生成像素625中，示出了遮光层626、微型透镜627、表示开口部分的宽度的箭头(箭头W33)和表示开口部分的高度的箭头(箭头H33)。另外，在相位差检测像素621中，示出了遮光层622、微型透镜623、表示开口部分的宽度的箭头(箭头W33)和表示开口部分的高度的箭头(箭头H33)。箭头W33和箭头H33表明图像生成像素和相位差检测像素的开口部分具有相同的宽度和高度。
如图8B所示，在图像生成像素的开口形状为正方形而相位差检测像素的开口形状为八边形的情况下，即使宽度(沿X轴方向的宽度)和高度(沿Y轴方向的宽度)相同，由相位差检测像素的遮光层形成的开口部分的开口面积也能够小于由图像生成像素的遮光层形成的开口部分的开口面积。换言之，相位差检测像素的开口形状是图像生成像素的开口形状的一部分(四个角部)被去除的形状，使得能够遮挡穿过微型透镜的端部周缘的光束的一部分。
图8C示出了作为图像生成像素(图像生成像素635)和相位差检测像素(相位差检测像素631)中的遮光层的开口形状的一个示例的、在两像素中开口形状均为正方形的情况。在图像生成像素635中，示出了遮光层636、微型透镜637、表示开口部分的宽度的箭头(箭头W34)和表示开口部分的高度的箭头(箭头H34)。另外，在相位差检测像素631中，示出了遮光层632、微型透镜633、表示开口部分的宽度的箭头(箭头W35)、表示开口部分的高度的箭头(箭头H35)、表示图像生成像素635的宽度的箭头(箭头W34)。
如图8C和8A所示，相位差检测像素的开口部分的高度和宽度被做成小于图像生成像素的高度和宽度，从而能够使开口部分的面积小，而不管相位差检测像素和图像生成像素的开口部分的形状如何。
如此一来，由相位差检测像素的遮光层形成的开口部分的开口面积小于由图像生成像素的遮光层形成的开口部分的开口面积(图像生成像素的开口面积)，从而能够改善相位差检测像素的特性。由此，在图像生成像素中，图像生成像素的开口面积做得大，因此入射至感光元件的光量变得尽可能多，在相位差检测中，由遮光层形成的开口部分的开口面积做得小，从而改善光瞳分割精度。
另外，可以简单地通过将制造作为遮光层的金属层(最接近微型透镜的金属层)时的掩模图案修改成制造现有技术中的成像器件时的掩模图案，来制造根据本公开的实施例的成像器件。也就是说，能够只通过简单地改变现有技术中成像器件的制造步骤中的工艺(改变掩模图案)，来制造根据本公开的实施例的成像器件。另外，除最接近微型透镜的金属层和光瞳分割用遮光层外的结构在相位差检测像素与图像生成像素之间是相同的，因此能够抑制相位差检测像素和图像生成像素中各像素的特性的不均匀性。
另外，虽然在假定设置于图像生成像素中的彩色滤光器是三原色(RGB)彩色滤光器的情况下描述了本公开的实施例，但是本公开并不局限于此。例如，本公开的实施例还可以相似地适用于在图像生成像素中设置补色滤光器(complementary color filter)的情况。另外，本公开的实施例也可以相似地适用于检测一个像素区域中所有处于可见光范围内的波长的光束的像素(例如，蓝色像素、绿色像素和红色像素沿光轴方向重复地配置的成像器件)是图像生成像素的情况。
另外，虽然在假定相位差检测像素传感被光瞳分割成两个部分的光中的一部分的情况下描述了本公开的实施例，但是本公开并不局限于此。例如，本公开的实施例还适用于代替光瞳分割用遮光层设置两个感光元件，并且能够通过每个感光元件传感光瞳分割光的相位差检测像素的情况，从而改善相位差检测像素的特性。另外，在代替光瞳分割用遮光层设置具有一半尺寸的感光元件，并能够通过具有一半尺寸的感光元件来传感光瞳分割光之一的情况下，也能够相似地改善相位差检测像素的特性。
此外，虽然在假定相位差检测像素的彩色滤光器是W滤光器的情况下进行了描述，但是本公开并不局限于此，如果存在的是透明层而不是滤光器，则在代替W滤光器设置G滤光器等情况下，也能够改善相位差检测像素的特性。
虽然在本公开的实施例中，描述了由第二信号处理单元170生成的图像被显示为实时景色图像的示例，但是本公开并不局限于此，所生成的图像可以保存为动态图像。
本公开的实施例表示的是用于实施本公开的示例，正如在本公开的实施例中清楚地描述的那样，本公开的实施例中的事项分别与权利要求中指定本公开的事项具有对应关系。相似地，权利要求中指定本公开的事项分别与本公开的实施例中具有相同名称的事项具有对应关系。然而，本公开并不局限于实施例，可以在不背离本公开的精神的范围内经由实施例的各种变型来实施。
在本公开的实施例中描述的工艺过程可以理解为包括一系列过程的方法，并且可以理解为用于使计算机执行一系列过程的程序或者在其上存储程序的记录介质。作为记录介质，例如，可以使用CD(光盘)、MD(微型光盘)、DVD(数字多功能盘)、记忆卡、Blu-ray Disc(蓝光光盘，注册商标)或者类似物。
本公开包含与2011年2月21日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2011-034955所公开的主题有关的主题，其全部内容通过引用并入本文。
本领域的技术人员应该明白的是，在所附权利要求书或其等同方案的范围内，可根据设计要求和其它因素做出各种变型、组合、子组合和变更。

Claims (8)

1.一种成像器件，包括：
会集来自被摄体的光的微型透镜；
感光元件，通过传感由所述微型透镜会集的被摄体光，来生成用于经由相位差检测进行对焦判定的信号；
通过遮挡所述被摄体光的一部分来进行光瞳分割的第一遮光单元；和
第二遮光单元，设置在所述第一遮光单元与所述微型透镜之间，并遮挡向所述第一遮光单元入射的被摄体光的一部分，
其中，所述第二遮光单元的开口面积小于图像生成像素的开口面积。
2.如权利要求1所述的成像器件，其中，所述第二遮光单元由与形成与所述图像生成像素的开口面积有关的开口部分的遮光层相同的层形成。
3.如权利要求1所述的成像器件，其中，所述第二遮光单元由在所述微型透镜与所述感光元件之间遮挡光的层中邻近或邻接所述微型透镜的层形成。
4.如权利要求1所述的成像器件，其中，所述微型透镜是与会集向所述图像生成像素入射的光的微型透镜具有相同形状的微型透镜。
5.如权利要求1所述的成像器件，其中，与所述第二遮光单元的开口面积有关的开口部分的形状类似于与所述图像生成像素的开口面积有关的开口部分的形状。
6.如权利要求1所述的成像器件，其中，与所述第二遮光单元的开口面积有关的开口部分的形状是与所述图像生成像素的开口面积有关的开口部分的一部分被去除的形状。
7.一种成像装置，包括：
成像器件，包括：会集来自被摄体的光的微型透镜；感光元件，通过传感由所述微型透镜会集的被摄体光，来生成用于经由相位差检测进行对焦判定的信号；通过遮挡所述被摄体光的一部分来进行光瞳分割的第一遮光单元；和第二遮光单元，设置在所述第一遮光单元与所述微型透镜之间，并遮挡向所述第一遮光单元入射的被摄体光的一部分，其中，所述第二遮光单元的开口面积小于图像生成像素的开口面积；
基于由相位差检测像素生成的信号经由相位差检测进行对焦判定的对焦判定单元；和
基于由所述图像生成像素生成的信号生成图像的图像生成单元。
8.一种成像器件，包括：
会集被摄体光的微型透镜；
感光元件，通过传感由所述微型透镜会集的被摄体光，来生成用于经由相位差检测进行对焦判定的信号；和
第二遮光单元，沿所述微型透镜的光轴方向设置在所述微型透镜与由所述微型透镜会集的被摄体光的图像形成点之间，并且能使由所述微型透镜进行的光会集的程度大于图像生成像素中的光会集的程度，
其中，所述第二遮光单元的开口面积小于图像生成像素的开口面积。
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