CN102834756B - 摄像装置、固体摄像元件以及摄像方法 - Google Patents

摄像装置、固体摄像元件以及摄像方法 Download PDF

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Abstract

一种固体摄像器件，其包括：第一单元，其将光转换为电信号；和第二单元，其将光转换为电信号。第一单元包括：第一透镜；和第一对光接收元件，它们接收来自第一透镜的光。第二单元包括：第二透镜；和第二对光接收元件，它们接收来自第二透镜的光。在平面图上第二对光接收元件的剖面不同于第一对光接收元件的剖面。

Description

摄像装置、固体摄像元件以及摄像方法
相关申请的交叉引用
本申请包含与2010年4月8日向日本专利局提交的日本专利申请JP2010-089797中公开的相关主题并要求其优先权，将其全部内容通过引用并入此处。
技术领域
本发明涉及一种摄像装置，具体地涉及一种进行相位差检测的摄像装置、固体摄像元件、摄像方法以及使计算机执行所述方法的程序。
背景技术
近年来，诸如数码相机等摄像装置得到了普及，所述数码相机通过对例如人等对象进行摄像以生成摄取图像并记录所生成的摄取图像。而且，为便于使用者进行摄像操作，广泛使用设有自聚焦(AF：AutoFocus)功能的摄像装置以作为这种摄像装置，所述自聚焦功能用于在摄像时自动进行焦点(focuspoint，focalpoint)调整。
例如，提供了以下摄像装置以作为这种摄像装置，所述摄像装置通过对穿过摄像透镜的光进行瞳孔分割以形成一对图像，并测量所形成的各图像之间的间隔(检测相位差)以确定摄像透镜的位置(例如参照PTL1)。该摄像装置通过对图像传感器设置焦点检测用像素以形成一对图像，并通过测量所形成的各图像间的间隔以计算焦点的偏移量，在该焦点检测用像素中为一个像素设有一对光接收元件。然后，该摄像装置基于算出的焦点的偏移量以计算摄像透镜的移动量，并且基于算出的移动量以调整摄像透镜的位置，从而有效对焦(焦点调整)。
引用列表
专利文件
PTL1：日本未审查专利申请2000-305010号公报(图1)
根据上述常规技术，由于为一个图像传感器设有用于相位差检测(焦点检测)的像素和用于摄取图像生成的像素，故不必单独设置两个传感器、即焦点检测用传感器和摄取图像用传感器。
发明内容
然而，就上述常规技术而言，发明人认识到，由于在摄像透镜的光圈开放的状态下检测焦点，故当使用具有小F值的摄像透镜(明亮的摄像透镜)时，焦深变浅，且可发生在某些情况下难以有效对焦的状况。
此处公开的是可提高焦点调整的精度的一个以上发明。
例如，在一个实施方式中，固体摄像器件包括：第一单元，其将光转换为电信号；和第二单元，其将光转换为电信号。第一单元包括：第一透镜；和第一对光接收元件，它们接收来自第一透镜的光。第二单元包括：第二透镜；和第二对光接收元件，它们接收来自第二透镜的光。在平面图上第二对光接收元件的剖面不同于第一对光接收元件的剖面。
在一个实施方式中，摄像装置包括：第一单元，其将光转换为电信号；第二单元，其将光转换为电信号；以及信号处理单元，其处理来自第一对光接收元件和第二对光接收元件的电信号。第一单元包括：(a)第一透镜；和(b)第一对光接收元件，它们接收来自第一透镜的光。第二单元包括：(a)第二透镜；和(b)第二对光接收元件，它们接收来自第二透镜的光。在平面图上第二对光接收元件的剖面不同于第一对光接收元件的剖面。
在一个实施方式中，摄像装置的控制方法包括：(a)从图像传感器的第一对光接收元件接收电信号；(b)从图像传感器的第二对光接收元件接收电信号；并且(c)处理来自第一对光接收元件和第二对光接收元件的电信号。在平面图上第二对光接收元件的剖面不同于第一对光接收元件的剖面。
附图说明
图1为表示第一实施方式的摄像装置的配置例的框图。
图2A和图2B分别为示意性地表示作为与现有摄像元件相同的像素的摄像元件的例子的横截面图和俯视图。
图3A和图3B为表示第一实施方式的焦点检测像素的例子的示意图。
图4A和图4B为示意性地表示第一实施方式的焦点检测像素的俯视图。
图5为示意性地表示第一实施方式的焦点检测像素的俯视图。
图6A和图6B分别为示意性地表示焦点检测像素的例子的横截面图和俯视图。
图7A和图7B为示意性地表示第一实施方式的焦点检测像素的俯视图。
图8为示意性地表示第一实施方式的焦点检测像素的俯视图。
图9为表示第一实施方式的其中布置有焦点检测像素和焦点检测像素的区域的例子的示意图。
图10为表示第一实施方式的焦点检测区中的像素布置的例子的示意图。
图11为表示第一实施方式的焦点检测区中的像素布置的例子的示意图。
图12为表示第一实施方式的焦点检测像素和焦点检测像素的焦点检测特性的示意图。
图13表示在焦点偏移大的情况下的相位差检测例。
图14表示在使用焦点检测像素调整焦点后通过使用焦点检测像素微调整焦点的情况下的相位差检测例。
图15表示在焦点偏移小的情况下的相位差检测例。
图16为表示第一实施方式的通过摄像装置的焦点控制步骤例的流程图。
图17A和图17B分别为示意性地表示可用于第二实施方式中的另一焦点检测像素的例子的横截面图和俯视图。
图18A和图18B为示意性地表示可用于第二实施方式中的焦点检测像素的俯视图。
图19为示意性地表示可用于第二实施方式中的焦点检测像素的俯视图。
图20为表示可用于第二实施方式中的焦点检测区中的像素布置的例子的示意图。
图21为表示第二实施方式的焦点检测区中的像素布置的例子的示意图。
图22表示在焦点偏移大的情况下的相位差检测例。
图23表示在焦点偏移小的情况下的相位差检测例。
图24A和图24B为表示可用于第三实施方式中的图像传感器的信号线的例子的示意图。
具体实施方式
下面，说明实现本发明的原理的器件和构造(以下称作实施方式)。以下列顺序进行说明。
1.第一实施方式(摄像控制：设有窄矩形光接收元件的焦点检测像素和设有宽矩形光接收元件的焦点检测像素的实施例)
2.第二实施方式(摄像控制：在不同位置处设有窄矩形光接收元件的两个焦点检测像素的实施例)
3.第三实施方式(摄像控制：布置两个信号线的例子)
<1.第一实施方式>
[摄像装置的功能性配置例]
图1为表示第一实施方式的摄像装置100的配置例的框图。该摄像装置100设有透镜单元110、图像传感器200、信号处理单元130、控制单元140、驱动单元150、存储单元160以及显示单元170。
应当注意，该摄像装置100配置为基于相位差检测系统以进行AF(自聚焦)控制。该相位差检测系统为测量被两个透镜分离的对象的图像间隔的系统，并且基于该图像间隔变为预定值的位置以确定摄像透镜的位置。而且，在通过AF检测焦点的情况下，假设该摄像装置100在透镜单元110中的光圈保持开放状态(例如，在透镜的开放F值为“1.4”的情况下，F值设定为“1.4”)时进行焦点检测。
透镜单元110由诸如聚焦透镜和变焦透镜的多个摄像透镜构成，并且配置为将经由这些透镜输入的来自对象的入射光提供给图像传感器200。调整该透镜单元110以使得在通过驱动单元150调整多个摄像透镜的位置时，相对于对象的焦点(还称作焦点(focuspoint)或焦点(focalpoint))合适。而且，该透镜单元110设有用于调整光量的光圈，并且通过闭合该光圈以调整为对象进行摄像时的光量。
图像传感器200为这样的摄像元件，该摄像元件基于控制单元140的控制而将来自对象的透过透镜单元110的入射光光电转换为电信号。该图像传感器200由以下像素构成，即，产生用于生成摄取图像的电信号(摄像信号)的像素以及产生用于调整焦点的电信号(焦点调整信号)的像素。该图像传感器200将由光电转换生成的电信号提供给信号处理单元130。应当注意，假设图像传感器200大致为矩形形状。而且，参照图2A和图2B以详述生成摄像信号的像素(摄像像素)。而且，参照图3~图8以详述生成焦点调整信号的像素(焦点检测像素)。而且，参照图9~图11以详述该图像传感器200。应当注意，图像传感器200为在权利要求的范围内记载的摄像元件的例子。而且，焦点调整信号为在权利要求的范围内记载的焦点检测信号的例子。
信号处理单元130配置为对从图像传感器200提供的电信号实施各种信号处理。例如，该信号处理单元130基于从图像传感器200提供的摄像信号以生成摄取图像数据，并且将这种生成的摄取图像数据提供给存储单元160以作为图像文件记录于存储单元160中。而且，信号处理单元130将所生成的摄取图像数据提供给显示单元170以显示为摄取图像。而且，该信号处理单元130基于从图像传感器200提供的焦点调整信号以生成焦点调整用图像数据，并且将这种生成的焦点调整用图像数据提供给控制单元140。
控制单元140配置为基于从信号处理单元130提供的焦点调整用图像数据以计算焦点的偏移量(离焦量)，并且基于算出的离焦量以计算透镜单元110的摄像透镜的移动量。随后，该控制单元140将关于算出的摄像透镜的移动量的信息提供给驱动单元150。即，该控制单元140通过计算焦点的偏移量以进行对焦判定、基于该对焦判定结果以生成关于摄像透镜的移动量的信息并且将这种生成的信息提供给驱动单元150。应当注意，控制单元140为在权利要求的范围内记载的判定单元的例子。
驱动单元150配置为基于由控制单元140提供的关于摄像透镜的移动量的信息而移动透镜单元110的摄像透镜。
存储单元160配置为将由信号处理单元130提供的摄取图像数据存储为图像文件。
显示单元170配置为将由信号处理单元130提供的摄取图像数据显示为摄取图像(例如，透过透镜的图像(through-the-lensimage))。
[摄像像素的配置例]
图2A和图2B分别为示意性地表示作为与现有摄像像素相同的像素的摄像像素310的例子的横截面图和俯视图。图2A和图2B所示的摄像像素310表示在构成图像传感器200的各个像素中的用于生成摄像信号的像素(摄像像素)的例子。
图2A示意性地表示图像传感器200中的摄像像素310的横截面配置。
该摄像像素310设有平坦化膜312、绝缘膜313以及光接收元件314。而且，在摄像像素310上设有微透镜311，微透镜311用于将入射至摄像像素310上的光聚焦至光接收元件314。
应当注意，这里，将透过微透镜311的光对焦至光接收元件314的光接收面。
布置微透镜311以使得微透镜311的中心与光接收元件314的中心位于同一轴上。而且，布置该微透镜311以使得光接收元件314的光接收位置与微透镜311的焦点F1的位置在同一面上。
平坦化膜312和绝缘膜313为覆盖光接收元件314的光接收面的由透明绝缘材料制成的层。应当注意，在实际装置中，在平坦化膜312和绝缘膜313之间布置有红光、绿光或蓝光滤色器，但根据第一实施方式，为便于说明，假设了用于检测单色(光的亮度)的图像传感器200。
光接收元件314配置为通过将接收光转换(光电转换)为电信号以生成根据接收光量的强度的电信号。该光接收元件314例如由光电二极管(PD：PhotoDiode)构成。
此处，参照图2(a)，说明入射至光接收元件314上的光(入射光)。图2A示意性地表示在入射至光接收元件314上的光中的以与轴L1平行的角度入射至微透镜311上的光(在图2A所示的范围R1内照射的光)，该轴L1平行于穿过微透镜311的中心位置的光轴。而且，图2A示意性地表示以相对于轴L1倾斜预定角度的角度(图2A所示的角度-α、α)而入射至微透镜311上的光(在图2A所示的范围R2、R3内入射的光)。应当注意，轴L1为在权利要求的范围内记载的微透镜的光轴的例子。
在范围R1内入射的光(范围R1入射光)为以与轴L1平行的角度入射至微透镜311上的光。微透镜311将该范围R1入射光聚焦于焦点F1处。
在范围R2、R3内入射的光(范围R2入射光和范围R3入射光)为以相对于轴L1倾斜预定角度(-α和α)的角度而入射至微透镜311上的光。这些范围R2入射光和范围R3入射光为这样的入射光，所述入射光表示以相对于轴L1倾斜预定角度的角度而入射至微透镜311上的光的例子。将这些范围R2入射光和范围R3入射光聚焦于光接收元件314的光接收面中的预定区域中。
图2B表示入射至图2A所示的摄像像素310上的光的照射位置的例子。
应当注意，在图2B中，说明所假设的xy坐标系，其中，与穿过微透镜311的中心位置的光轴方向平行的轴L1与光接收元件314的光接收面的交点被设定为原点、将图像传感器200的长边设定为x轴并且将图像传感器200的短边设定为y轴。而且，还与后述的xy坐标系类似地，说明所假设的xy坐标系，其中，与穿过微透镜的中心位置的光轴平行的轴与光接收元件的光接收面的交点被设定为原点、将图像传感器200的长边设定为x轴并且将图像传感器200的短边设定为y轴。
在该图2B中，除光分布区A3以外的部件与图2A所示的部件相同，为所述部件指定了与图2A相同的附图标记且此处省略了说明。
光分布区A3为这样的区域，其中，以微透镜311上的入射光照射光接收元件314的光接收面。如图2A所示，照射于该光分布区A3的光(照射光)变为微透镜311上的离轴L1具有较大入射角的光。
此处，说明光分布区A3中的照射光。在光接收元件314的中心附近的(在轴L1附近)照射光为穿过摄像透镜的中心所照射的光。即，即使当透镜单元110中的光圈(例如假设F值约为“5.6”)闭合时，因为穿过摄像透镜的中心而照射的光也不被遮挡，故上述照射光为与即使当光圈闭合时而类似于开放状态照射的光。
另一方面，在远离光接收元件314的中心的位置处的照射光为穿过远离摄像透镜中心的位置所照射的光。即，该照射光为这样的光，其中，当闭合透镜单元110中的光圈时，由于穿过远离摄像透镜的中心的位置的光被光圈遮挡，故照射被遮挡。
[焦点检测像素的配置例]
图3A和图3B为表示第一实施方式的焦点检测像素410的例子的示意图。
应当注意，根据第一实施方式，假设焦点检测像素410中的微透镜311与图2A和图2B所示的摄像像素310中的微透镜311相同。
而且，根据第一实施方式，焦点检测像素410的整个像素的尺寸设定为与图2A和图2B所示的摄像像素310的尺寸相同。而且，根据第一实施方式，焦点检测像素410的中心设定为与轴L1位于同一轴上。
图3A示意性地表示焦点检测像素410的横截面配置。图3A表示在将图3A的左右方向设定为焦点检测像素410中的光接收元件的短边方向的情况下的横截面配置。
应当注意，在该图3A中，由于除了第一光接收元件401、第二光接收元件402和元件隔离区403以外的配置与图2A所示的摄像像素310的各个配置相同，且指定了与图2A相同的附图标记，故此处省略了说明。而且，焦点检测像素410上的入射光类似于图2A，因此，此处省略了说明。
第一光接收元件401为与第二光接收元件402形成一对的光接收元件，并且布置为接收在经瞳孔分割后的入射光中的一个光中的相对于轴L1的角度小的光。即，该第一光接收元件401接收穿过摄像透镜的中心附近的光(即使闭合光圈时类似于开放状态的情况而照射的光)。该第一光接收元件401例如为窄矩形形状，并且位于靠近轴L1的位置处以及范围R3照射光未照射的位置处。与图2A所示的光接收元件314类似地，该第一光接收元件401通过将接收光转换(光电转换)为电流以生成根据接收光量的强度的电流。
第二光接收元件402为与第一光接收元件401形成一对的光接收元件，并且布置为接收与第一光接收元件401所接收的光不同的经瞳孔分割后的其它入射光。该第二光接收元件402为在尺寸和性能方面与第一光接收元件401相同的光接收元件。该第二光接收元件402的功能类似于第一光接收元件401的功能，因此，此处省略了说明。
元件隔离区403为位于第一光接收元件401和第二光接收元件402之间的绝缘区，并且为使得第一光接收元件401与第二光接收元件402隔离而彼此不接触的区域。在第一光接收元件401和第二光接收元件402之间构造该元件隔离区403，以使得第一光接收元件401和第二光接收元件402处于相互平行的位置。而且，构造该元件隔离区403以使得第一光接收元件401和第二光接收元件402处于距轴L1等距离的位置处。例如，当将包含轴L1的面设定为对称面时，构造元件隔离区403以使得第一光接收元件401和第二光接收元件402相互对称。
即，在焦点检测像素410中，轴L1位于元件隔离区403的中央。而且，由于焦点检测像素410的中心与轴L1一致，故第一光接收元件401和第二光接收元件402构造为处于距焦点检测像素410的中心等距离的位置处。
应当注意，根据第一实施方式，隔着该元件隔离区403的第一光接收元件401与第二光接收元件402之间的间隔被设定为最窄间隔，从而当制造焦点检测像素时，可彼此不接触地制造第一光接收元件401和第二光接收元件402。
图3B表示入射至图3A所示的焦点检测像素410上的光的照射位置例。
应当注意，由于除光分布区A1和光分布区A2以外的部件类似于图2B和图3A所示的部件，且指定了相同的附图标记，故此处省略了说明。
光分布区A1为相对于轴L1具有小角度的光(靠近平行光线(远心光)的非远心光)照射的区域。例如，该光分布区A1为来自透镜单元110的F值设定为“5.6”的入射光照射的区域。而且，该光分布区A1表示在透镜单元110的F值设定为“1.4”的情况下而在焦点检测像素410的焦平面上照射的光中的相当于F值“5.6”的光的照射区域。
光分布区A2为光分布区A1外侧的区域，并且表示比光分布区A1中的照射光以更大的入射角而入射至微透镜311上的光(以与平行光线在很大程度上不同的角度的非远心光)的照射区域。例如，该光分布区A2为未照射来自透镜单元110的F值设定为“5.6”的入射光的区域。而且，该光分布区A1表示在透镜单元110的F值设定为“1.4”的情况下而在焦点检测像素410的焦平面上照射的光中的除F值为“5.6”时的照射光以外的光的照射区域。
如这些图3A和图3B所示，焦点检测像素410的第一光接收元件401和第二光接收元件402接收在靠近轴L1的区域(光分布区A1)照射的光(相对于轴L1的角度小的光)。这些第一光接收元件401和第二光接收元件402不能接收在元件隔离区403照射的光，但是可接收F值为“5.6”时的照射光的大部分，并且输出根据接收光的强度的焦点调整电信号。
这样，焦点检测像素410在通过AF检测焦点的情况下，接收在入射至焦点检测像素410上的光(F值设定为“1.4”)中的相当于F值“5.6”的光。
应当注意，在这些图3A和图3B中，说明了第一光接收元件401和第二光接收元件402的形状为窄矩形，但本发明不限于此。这些第一光接收元件401和第二光接收元件402可以为能够接收在靠近轴L1的区域(例如光分布区A1)照射的光的形状。因此，可想到例如小矩形、半圆形等，所述形状比图3A和图3B所示的第一光接收元件401和第二光接收元件402更接近光分布区A1的形状。
[焦点检测像素420~440的光接收例]
图4A、图4B和图5为表示第一实施方式的入射至焦点检测像素420~440上的光的光接收例的示意图。
在图4A、图4B和图5中，说明焦点检测像素420~440与图3B所示的焦点检测像素410的差异。应当注意，焦点检测像素420~440的横截面配置与图3A所示的焦点检测像素410的横截面配置相同，此处省略了说明。
图4A和图4B为示意性地表示第一实施方式的焦点检测像素420、430的俯视图。
如图4A所示，当将xy坐标系的原点设定为旋转中心时，通过使图4A所示的焦点检测像素410顺时针旋转90°而获得焦点检测像素420。该焦点检测像素420可接收在以微透镜311的上下(y轴的正负)方向经瞳孔分割后的光中的与F值为“5.6”时的照射光相当的照射光。
如图4B所示，当将xy坐标系的原点设定为旋转中心时，通过使图4A所示的焦点检测像素410顺时针旋转315°而获得焦点检测像素430。该焦点检测像素430可接收在以微透镜311的左上右下(由线y=x分割)方向经瞳孔分割后的光中的与F值为“5.6”时的照射光相当的光。
图5为示意性地表示第一实施方式的焦点检测像素440的俯视图。
当将xy坐标系的原点设定为旋转中心时，通过使图4A所示的焦点检测像素410顺时针旋转225°而获得焦点检测像素440。该焦点检测像素440可接收在以微透镜311的左下右上(由线y=-x分割)方向经瞳孔分割后的光中的与F值为“5.6”时的照射光相当的光。
这样，在图3~图5所示的焦点检测像素410~440中，一对光接收元件可接收在入射至焦点检测像素上的F值为“1.4”的照射光中的与F值为“5.6”时(在透镜单元110的光圈为闭合的状态下)的照射光相当的光。因此，控制单元140可基于F值为“5.6”的照射光以调整焦点。
应当注意，此处，光接收元件的光接收面与焦平面对准，但本发明不限于此。为准确地分离微透镜311上的入射光，光接收元件的光接收面还可在焦平面后方。
[焦点检测像素的配置例]
图6A和图6B分别为示意性地表示作为与现有焦点检测像素相同的像素的焦点检测像素510的例子的横截面图和俯视图。
应当注意，根据第一实施方式，将焦点检测像素510中的微透镜311设定为与图2A和图2B所示的摄像像素310的微透镜311相同。而且，根据第一实施方式，将焦点检测像素510的整个像素尺寸设定为与图2A和图2B所示的摄像像素310的尺寸相同。而且，根据第一实施方式，将焦点检测像素510的中心设定为与轴L1位于同一轴上。
图6A示意性地表示焦点检测像素510的横截面配置。图6A表示在将图6A的左右方向设定为焦点检测像素510中的光接收元件的短边方向的情况下的横截面配置。
应当注意，在该图6A中，由于除第一光接收元件501、第二光接收元件502和元件隔离区503以外的配置与图2A所示的摄像像素310的各个配置相同，故指定了与图2A的附图标记相同的附图标记，且此处省略了说明。而且，焦点检测像素510上的入射光类似于图2A中的入射光，因此，此处省略了说明。
第一光接收元件501为与第二光接收元件502形成一对的光接收元件，并且布置为接收经瞳孔分割后的入射光中的一个光的大部分。即，该第一光接收元件501接收以下两类光，所述两类光包括穿过摄像透镜的中心附近的光和穿过远离摄像透镜中心的位置的光(当闭合光圈时被遮挡的光)。该第一光接收元件501例如由大型矩形光接收元件构成，该大型矩形光接收元件接收从这些图3A和图3B所示的轴L1的右侧入射至微透镜311上的光的大部分。即，该第一光接收元件501的形状为比图3A和图3B所示的焦点检测像素410的第一光接收元件401宽的矩形。类似于图2A所示的光接收元件314，该第一光接收元件401通过将接收光转换(光电转换)为电流以生成根据接收光量的强度的电流。
第二光接收元件502为与第一光接收元件501形成一对的光接收元件，并且布置为接收与第一光接收元件501所接收的光不同的经瞳孔分割后的其它入射光。该第二光接收元件402为在尺寸和性能方面与第一光接收元件501相同的光接收元件。该第二光接收元件502的功能类似于第一光接收元件501的功能，因此，此处省略了说明。
类似于图3A和图3B所示的元件隔离区403，元件隔离区503为位于第一光接收元件401和第二光接收元件402之间的绝缘区。该元件隔离区503类似于元件隔离区403，因此，此处省略了说明。
图6B表示入射至图6A所示的焦点检测像素510上的光的照射位置例。
此处，说明焦点检测像素510中的照射位置与图3B所示的焦点检测像素410中的照射位置之间的差异。
如该图6B所示，焦点检测像素510的第一光接收元件501可接收在光分布区A1、A2左侧(在焦平面上，相对于轴L1沿x轴方向的负侧)照射的光的大部分。类似地，第二光接收元件502可接收在光分布区A1、A2右侧(在焦平面，相对于轴L1沿x轴方向的正侧)照射的光的大部分。
如这些图6A和图6B所示，焦点检测像素510的第一光接收元件501和第二光接收元件502接收以下两类光，所述两类光包括在靠近轴L1的区域(光分布区A1)照射的光和在远离轴L1的区域(光分布区A2)照射的光。即，在通过AF检测焦点的情况下，焦点检测像素510接收在入射至焦点检测像素410上的光(F值的设定为“1.4”)中的大部分光。
这样，焦点检测像素510与焦点检测像素410的不同之处仅在于光接收元件的尺寸。即，在焦点检测像素510中，一对光接收元件的轴L1侧的各端部之间的距离(元件隔离区503的宽度)与焦点检测像素410的一对光接收元件的轴L1侧的各端部之间的距离(元件隔离区403的宽度)相同。而且，在焦点检测像素510中，一对光接收元件的轴L1的外侧的各端部之间的距离(一对光接收元件和元件隔离区503的总宽度)大于焦点检测像素410的一对光接收元件的轴L1的外侧的各端部之间的距离。
应当注意，对于焦点检测像素510所接收的光，将与F值“1.4”相当的光设为示例，但本发明不限于此。包括比焦点检测像素410所接收的光的照射角度更大的光的F值可适用。即，相比于焦点检测像素410所接收的光，较小的F值即可适用。而且，类似地，焦点检测像素410不限于与F值“5.6”相当的光，且相比于焦点检测像素510所接收的光，较大的F值即可适用。
[焦点检测像素520~540的光接收例]
图7A、图7B和图8为表示第一实施方式的入射至焦点检测像素520~540上的光的光接收例的示意图。
图7A、图7B和图8表示焦点检测像素520~540与图6B所示的焦点检测像素510间的差异。应当注意，焦点检测像素520~540的横截面配置与图6A所示的焦点检测像素510的横截面配置相同，因此，此处省略了说明。
图7A和图7B为示意性地表示第一实施方式的焦点检测像素520和焦点检测像素530的俯视图。
如图7A所示，当将xy坐标系的原点设定为旋转中心时，通过使图6A所示的焦点检测像素510顺时针旋转90°而获得焦点检测像素520。该焦点检测像素520可接收在以微透镜311的上下(y轴的正负)方向经瞳孔分割后的光中的大部分照射光。
如图7B所示，当将xy坐标系的原点设定为旋转中心时，通过使图6A所示的焦点检测像素510顺时针旋转315°而获得焦点检测像素530。该焦点检测像素530可接收在以微透镜311的左上右下(由线y=x分割)方向经瞳孔分割后的光中的大部分照射光。
图8为示意性地表示第一实施方式的焦点检测像素540的俯视图。
当将xy坐标系的原点设定为旋转中心时，通过使图6A所示的焦点检测像素510顺时针旋转225°而获得焦点检测像素540。该焦点检测像素540可接收在以微透镜311的左下右上(由线y=-x分割)方向经瞳孔分割后的光中的大部分照射光。
这样，在图6~图8所示的焦点检测像素510~540中，可由一对光接收元件接收在入射至焦点检测像素上的F值为“1.4”的照射光中的大部分照射光。由此，控制单元140可基于F值为“1.4”(开放F值)的照射光以调整焦点。
[图像传感器中的焦点检测像素的布置例]
图9为表示第一实施方式的在图像传感器200中布置有焦点检测像素410~440和焦点检测像素510~540的区域的例子的示意图。
该图9表示图像传感器200、焦点检测区210以及焦点检测区220。应当注意，在该图9中，在给出说明的同时，xy轴假定为将左右方向设定为x轴且将上下方向设定为y轴，同时将图像传感器200的中心设定为原点。
焦点检测区210和焦点检测区220为这样的区域，所述区域表示其中布置有焦点检测像素410~440和焦点检测像素510~540的区域的例子。在该焦点检测区中，以预定图形布置有摄像像素310以及焦点检测像素410~440和焦点检测像素510~540之任一个。而且，在除图像传感器200的焦点检测区以外的区域中，仅布置有摄像像素310。
参照图10和图11，详述所述焦点检测区210和焦点检测区220。
图10为表示第一实施方式的焦点检测区210中的像素布置的例子的示意图。
焦点检测区210为这样区域，其中，在图像传感器200的中心、左端的中央、右端的中央、上端的中央以及下端的中央布置有各焦点检测像素。在该焦点检测区230中，例如，如图10所示，以预定图形布置有摄像像素310和焦点检测像素410、420、510、520。该图形为这样的图形，其中，摄像像素310布置为使得可存储其中布置有焦点检测像素410、420、510、520的像素的摄像数据。该预定图形例如为这样的图形，其中，如图10所示，在焦点检测像素410、420、510、520的上下左右布置有各摄像像素310。
图11为表示第一实施方式的焦点检测区220中的像素布置的例子的示意图。
焦点检测区220为这样的区域，其中，在图像传感器200的上端中的左端、下端中的右端、上端中的右端以及下端中的左端布置有各焦点检测像素。在该焦点检测区220中，例如，如图11所示，以与图10类似的图形布置有摄像像素310、焦点检测像素410~440以及焦点检测像素510~540。
这样，通过与瞳孔分割的方向对准，由于焦点检测像素410~440和焦点检测像素510~540布置于图像传感器200中，故可用光有效地照射第一光接收元件和第二光接收元件。
应当注意，根据第一实施方式，作为其中布置有焦点检测像素的区域的例子，图示了焦点检测区210和焦点检测区220，但本发明不限于此。只要能检测到焦点偏移的焦点检测像素的任何布置均可适用，例如，还可想到以x轴方向成行布置等情况。
[焦点检测像素410和焦点检测像素510的焦点检测特性]
图12示意性地表示第一实施方式的焦点检测像素410~440和焦点检测像素510~540的焦点检测特性。
此处，当将对焦状态设定为基准时，焦点检测特性是指这样的特性，该特性表示可由焦点检测像素检测出的离焦量与由焦点检测像素生成的图像的中心位置的偏移量之间的相关性。应当注意，在图12~图14中，为便于说明，假设了其中以单个水平行(例如图9所示的x轴方向)交替布置有焦点检测像素410、510的图像传感器200以作为焦点检测像素。而且，在图12~图14所示的例子中，假设在图像传感器200的中央存在光源(对象)。
在该图12所示的图中，当将对焦状态设定为原点时，将横轴设定为焦点的偏移量(离焦量)，且将纵轴设定为焦点调整用图像数据中的图像的中心位置的偏移量。而且，在图12中，假设横轴的正侧为后焦点中的离焦量，且横轴的负侧为前焦点中的离焦量。该图12中的图表示检测特性411和检测特性511。
检测特性411为示意性地表示焦点检测像素410的焦点检测特性的线。该检测特性411表示由焦点检测像素410生成的焦点调整用图像数据的图像的中心位置与焦点从对焦状态的偏移一起发生偏移。而且，该检测特性411代表其中焦点检测像素410可检测出焦点偏移的范围。例如，在后焦点的情况下，焦点检测像素410可检测出在由离焦量区间T2所表示的范围内的焦点偏移。此处，离焦量区间T2表示这样的离焦量，其中，信号处理单元130可基于来自焦点检测像素410的焦点调整信号以生成可用于判定图像的中心位置的焦点检测用图像数据。
检测特性511为示意性地表示焦点检测像素510的焦点检测特性的线。该检测特性511表示，由焦点检测像素510生成的焦点调整用图像数据的图像的中心位置与焦点从对焦状态的偏移一起发生偏移。而且，该检测特性511代表其中焦点检测像素510可检测出焦点偏移的范围。该检测特性511的斜度大于检测特性411的斜度。即，该检测特性511表示焦点检测像素510可以比焦点检测像素410以更令人满意的精度检测离焦量。
而且，该检测特性511的可检测出焦点偏移的范围小于检测特性411。例如，在后焦点的情况下，焦点检测像素510可检测出在离焦量区间T1所表示的范围内的焦点偏移。此处，离焦量区间T1表示这样的离焦量，其中，信号处理单元130可基于来自焦点检测像素510的焦点调整信号以生成焦点检测用图像数据，所述焦点检测用图像数据可用于判定图像的中心位置。应当注意，离焦量区间T1为比离焦量区间T2窄的区间，并且为表示焦点从对焦的偏移为小离焦量的区间。应当注意，因为随着入射至焦点检测像素上的光的入射角变大，在焦点偏移时发生较大的扩散，故产生了这些检测特性411和检测特性511中的斜度和离焦量区间的差异。
离焦量S1表示下述离焦量的例子，其中，可通过采用焦点检测像素410和焦点检测像素510的各焦点调整信号之任一个以计算出所述离焦量。参照图15以详述该离焦量S1。
而且，离焦量S2表示下述离焦量的例子，其中，不能以焦点检测像素510的焦点调整信号计算出所述离焦量，但是可通过采用焦点检测像素410的焦点调整信号以计算出所述离焦量。参照图13以详述该离焦量S2。
这样，焦点检测像素410和焦点检测像素510具有互异的焦点检测特性。焦点检测像素410具有这样的焦点检测特性，其中，由于接收到与F值为“5.6”时的照射光相当的光，故可检测到的离焦量的宽度变宽。另一方面，焦点检测像素510具有这样的焦点检测特性，其中，由于接收到与F值为“1.4”时的照射光相当的光，因此，尽管可检测到的离焦量的宽度窄，仍可准确地检测出该离焦量。
[相位差检测例]
图13~图15为表示第一实施方式的相位差检测例的示意图。在图13和图14中，例如，对以下假设的情况进行说明，其中，在焦点偏移大的情况下使用焦点检测像素410调整焦点后，通过使用焦点检测像素510微调整该焦点。而且，在图15中，例如，假设了这样的情况，即，在焦点偏移小的情况下，未使用焦点检测像素410调整焦点而使用焦点检测像素510调整该焦点。
图13表示在焦点偏移大的情况下的相位差检测例。在该图13中，例如，类似于图12所示的离焦量S2，假设了这样的状态，其中，不能以焦点检测像素510的焦点调整信号计算出离焦量，但是如果使用焦点检测像素410的焦点调整信号，则可计算出离焦量。在该图13中，示意性地说明了这样的流程，其中，从焦点检测像素410、510的焦点调整信号所生成的焦点调整用图像数据中选择焦点检测像素410的焦点调整用图像数据，而直到控制单元140检测出焦点偏移为止。
首先，说明由信号处理单元130生成的焦点调整用图像数据。
图像数据811为这样的图，该图示意性地表示由焦点检测像素410的焦点调整信号生成的图像数据(焦点调整用图像数据)。该图像数据811表示这样的焦点调整用图像数据，其中，将横轴设定为图像传感器中的焦点检测像素410的像素位置，并将纵轴设定为色阶，该色阶表示焦点检测像素410的焦点调整信号的强度。在该图像数据811中，表示第一光接收元件图像数据C1和第二光接收元件图像数据C2。
第一光接收元件图像数据C1为基于由焦点检测像素410的第一光接收元件401提供的焦点调整信号所生成的图像数据。即，该第一光接收元件图像数据C1表示用于从微透镜311右侧(在图5A所示的微透镜311的x轴的右侧)入射的光的图像传感器中的强度分布。在该图13中，由于为后焦点，故该第一光接收元件图像数据C1在位置F1(图像传感器的中央)的左侧成像，该位置F1表示对焦时的图像数据的中心位置。
第二光接收元件图像数据C2为基于由焦点检测像素410的第二光接收元件402提供的焦点调整信号所生成的图像数据。即，该第二光接收元件图像数据C2表示用于从微透镜311左侧(在图5A所示的微透镜311的x轴的左侧)入射的光的图像传感器中的强度分布。在该图13中，由于为后焦点，故该第二光接收元件图像数据C2在位置F1的右侧成像，该位置F1表示对焦时的图像数据的中心位置。
图像数据812为这样的图，该图示意性地表示来自焦点检测像素510的焦点调整信号所生成的图像数据。该图像数据812表示这样的焦点调整用图像数据，其中，将横轴设定为图像传感器中的焦点检测像素510的像素位置，并将纵轴设定为色阶，该色阶表示焦点检测像素510的焦点调整信号的强度。在该图像数据812中，表示第一光接收元件图像数据D1和第二光接收元件图像数据D2。
第一光接收元件图像数据D1为基于由焦点检测像素510的第一光接收元件501提供的焦点调整信号所生成的图像数据。即，该第一光接收元件图像数据D1表示用于从微透镜311右侧(在图5A所示的微透镜311的x轴的右侧)入射的光的图像传感器中的强度分布。在该图13中，由于为后焦点，故该第一光接收元件图像数据D1在位置F1的左侧成像。而且，相比于第一光接收元件图像数据C1，该第一光接收元件图像数据D1为光的强度分布平缓的图像数据，并且为图像的中心不清楚的图像数据。形成图像的中心不清楚的所述图像数据的原因在于，由于光的扩散导致图像模糊。
第二光接收元件图像数据D2为基于由焦点检测像素510的第二光接收元件502提供的焦点调整信号所生成的图像数据。即，该第二光接收元件图像数据D2表示用于从微透镜311左侧(在图5A所示的微透镜311的x轴的左侧)入射的光的图像传感器的强度分布。在该图13中，由于为后焦点，该第二光接收元件图像数据D2在位置F1的右侧成像。该第二光接收元件图像数据D2的特性类似于第一光接收元件图像数据D1的特性，因此，此处省略了说明。
这样，信号处理单元130基于由焦点检测像素410和焦点检测像素510提供的焦点调整信号以生成四条焦点调整用图像数据。然后，该信号处理单元130将所生成的焦点调整用图像数据提供给控制单元140。
接下来，说明控制单元140中的焦点检测的例子。
焦点检测比较图像数据813为示意性地表示当进行焦点检测时用于相互比较的两条图像数据的图。该焦点检测比较图像数据813表示在焦点检测中相互比较的两条图像数据(第一光接收元件图像数据C1和第二光接收元件图像数据C2)。应当注意，该焦点检测比较图像数据813为除图像间隔E1以外而类似于图像数据811的图。
此处，参照焦点检测比较图像数据813以说明控制单元140的操作。首先，控制单元140通过使用由信号处理单元130提供的四条焦点调整用图像数据以判断是否在使用焦点检测像素410或焦点检测像素510的焦点调整用图像数据。该控制单元140可通过使用其中图像的中心位置清楚且图像的间隔还较宽的焦点调整用图像数据，从而准确地检测焦点差。为此，控制单元140判定焦点检测像素510的焦点调整用图像数据因图像的中心位置不清楚而使用焦点检测像素410的焦点调整用图像数据检测焦点。
然后，控制单元140检测第一光接收元件图像数据C1和第二光接收元件图像数据C2的各图像之间的偏移(图像间隔E1)。随后，控制单元140基于图像间隔E1确定摄像透镜的移动量，并且向驱动单元150提供用于使摄像透镜移动的信号。
这样，在焦点的偏移量大的情况下，不能用焦点检测像素510的焦点调整用图像数据检测出离焦量。然而，可通过使用焦点检测像素410的焦点调整用图像数据以检测出离焦量。
图14表示在使用焦点检测像素410调整焦点后通过使用焦点检测像素510微调整该焦点的情况下的相位差检测例。在该图14中，基于图13所示的图像间隔E1，说明所假设的调整焦点后的情况。
首先，基于图像间隔E1(图13)以调整摄像透镜的位置，基于摄像透镜的调整后的位置以对对象进行摄像，并且由信号处理单元130生成焦点检测像素410和焦点检测像素510的焦点调整用图像数据。
图像数据821为基于摄像透镜的调整后的位置的焦点检测像素410的焦点调整用图像数据的例子。类似于图13中的图像数据811，该图像数据821为表示焦点检测像素410的焦点调整用图像数据的图，因此，此处说明与图13所示的图像数据811的差异。
图14中的第一光接收元件图像数据C1为其中图像的中心与位置F1基本上相同的图像数据。这一点同样适用于第二光接收元件图像数据C2。在该图14中，由于这种情况是在基于图像间隔E1而调整焦点后，故第一光接收元件图像数据C1和第二光接收元件图像数据C2如此接近位置F1，使得难以用焦点检测像素410的焦点调整用图像数据调整焦点。
图像数据822为基于摄像透镜的调整后的位置的焦点检测像素510的焦点调整用图像数据的例子。类似于图13中的图像数据812，该图像数据822为表示焦点检测像素510的焦点调整用图像数据的图，因此，此处说明与图13所示的图像数据812的差异。
图14中的第一光接收元件图像数据D1为这样的图像数据，其中，相比于图13中的第一光接收元件图像数据D1，图像的位置更靠近位置F1且图像的中心位置也清楚。这一点同样适用于第二光接收元件图像数据D2。在该图14中，由于这种情况是基于图像间隔E1而调整焦点后，故第一光接收元件图像数据D1和第一光接收元件图像数据D1的图像的模糊被消除至一定程度，以使得可通过使用焦点检测像素510的焦点调整用图像数据以调整焦点。
接下来，说明控制单元140的焦点检测。
类似于图13所示的焦点检测比较图像数据813，焦点检测比较图像数据823为示意性地表示在焦点检测时用于相互比较的两条图像数据的图。在该焦点检测比较图像数据823中，表示第一光接收元件图像数据D1和第二光接收元件图像数据D2。应当注意，除图像间隔E2以外，该焦点检测比较图像数据823类似于图像数据822。
此处，参照焦点检测比较图像数据823以说明控制单元140的操作。
首先，控制单元140判断是否在使用焦点检测像素410或焦点检测像素510的焦点调整用图像数据。由于焦点检测像素510的焦点调整用图像数据的图像的中心位置清楚，故该控制单元140判定通过使用焦点检测像素510的焦点调整用图像数据以检测焦点。
然后，控制单元140检测第一光接收元件图像数据D1和第二光接收元件图像数据D2之间的图像偏移(图像间隔E2)。随后，控制单元140基于图像间隔E2以确定摄像透镜的移动量，并且向驱动单元150提供用于使摄像透镜移动的信号。
这样，在可使用焦点检测像素510的焦点调整用图像数据以检测焦点的情况下，通过优选使用焦点检测像素510而不是使用焦点检测像素410的焦点调整用图像数据，可准确地检测出焦点。
图15表示第一实施方式的在焦点偏移小的情况下的相位差检测例。应当注意，在该图15中，类似于图12所示的离焦量S1的状态，假设了这样的状态，其中，可通过使用焦点检测像素510或焦点检测像素410的焦点调整信号以计算出离焦量。
在该图15中，说明了与图13的差异。应当注意，图像数据831为相当于图13中的图像数据811的图，图像数据832为相当于图13中的图像数据812的图，且图像数据833为相当于图13中的图像数据813的图。而且，在该图15中，由于为焦点偏移小的情况，故第一光接收元件图像数据C1和第二光接收元件图像数据C2指的是其中图像的位置靠近位置F1的图像。而且，第一光接收元件图像数据D1和第二光接收元件图像数据D2指的是这样的图像，其中，相比于图13中的第一光接收元件图像数据D1和第二光接收元件图像数据D2，所述图像的位置更靠近位置F1且图像的中心位置也清楚。然而，该图15中的图像数据为还未进行过一次焦点调整的状态，因此，相比于图14中的图像，所述图像数据为其中图像的位置更远离位置F1的图像数据。
这样，即使当使用焦点检测像素410和焦点检测像素510中的任一个的焦点调整用图像数据时仍可调整焦点的情况下，类似于图14，控制单元140优选使用焦点检测像素510的焦点调整用图像数据。通过这种配置，可迅速、准确地调整焦点。
[控制单元的操作例]
接下来，参照附图，说明第一实施方式的摄像装置100的操作。
图16为表示第一实施方式的通过摄像装置100的焦点控制步骤例的流程图。
在图16中，说明在为对象进行摄像的情况下从开始焦点控制至由于对焦而结束焦点控制的步骤。
首先，通过图像传感器200中的焦点检测像素对对象进行摄像，并且生成焦点调整信号(步骤S901)。随后，信号处理单元130基于焦点调整信号以生成焦点调整用图像数据(步骤S902)。应当注意，步骤S901为在权利要求的范围内记载的摄像装置的例子。
接下来，控制单元140判断在所生成的焦点调整用图像数据中，由焦点检测像素510~540(在该图16中被称作大F值像素)生成的焦点调整用图像数据是否可用于图像间隔的计算(步骤S903)。然后，在不能使用小F值像素的焦点调整用图像数据的情况下，控制单元140选择由焦点检测像素410~440(在图16中被称作小F值像素)的焦点调整信号生成的焦点调整用图像数据(步骤S905)。此处，在判断不能使用小F值像素的焦点调整用图像数据的情况下，例如，如图13所示，意味着焦点大幅偏移的情况。然后，基于所选择的小F值像素的焦点调整用图像数据以计算图像间隔(步骤S906)。随后，基于算出的图像间隔，控制单元140计算透镜单元110中的摄像透镜的驱动量(移动量)(步骤S907)。随后，驱动单元150驱动透镜单元110中的摄像透镜(步骤S908)，并且流程前进至步骤S901。
另一方面，在判断可使用由小F值像素的焦点调整信号生成的焦点调整用图像数据的情况下(步骤S903)，控制单元140选择小F值像素的焦点调整用图像数据(步骤S909)。然后，基于所选定的小F值像素的焦点调整用图像数据以计算出图像间隔(步骤S911)。接下来，基于算出的图像间隔，控制单元140判断对焦是否有效(步骤S912)。然后，在判断对焦无效的情况下(步骤S912)，流程前进至步骤S907，并且由大F值像素的焦点调整用图像数据、基于算出的图像间隔计算出摄像透镜的驱动量(移动量)。应当注意，步骤S912为在权利要求的范围内记载的判断装置的例子。
另一方面，在判定对焦有效的情况下(步骤S912)，焦点控制步骤终止。
这样，根据第一实施方式，通过为图像传感器200设置焦点检测像素410~440和焦点检测像素510~540，可以高精度对焦点进行调整。
<2.第二实施方式>
根据第一实施方式，说明了这样的例子，其中，使用了其中一对光接收元件的尺寸窄的焦点检测像素和其中一对光接收元件的尺寸大的焦点检测像素。作为这些其中一对光接收元件的尺寸大的焦点检测像素的焦点检测像素510~540接收以下两类光，所述两类光包括在靠近轴L1的区域(光分布区A1)照射的光和在远离轴L1的区域(光分布区A2)照射的光。这些焦点检测像素510~540是为了接收照射至远离轴L1的区域(光分布区A2)的光，因此，可使用仅接收照射至光分布区A2的光的焦点检测像素以替代焦点检测像素510~540。
鉴于上述情况，根据第二实施方式，说明这样的例子，其中，使用仅用于接收照射至远离轴L1的区域(光分布区A2)的光的焦点检测像素以替代焦点检测像素510~540。
[焦点检测像素的配置例]
图17和图18分别为示意性地表示第二实施方式的焦点检测像素610的例子的横截面图和俯视图。
应当注意，根据第二实施方式，焦点检测像素610中的微透镜311设定为与图2A和图2B所示的摄像像素310的微透镜311相同。
而且，根据第二实施方式，焦点检测像素610的整个像素的尺寸设定为与图2A和图2B所示的摄像像素310的尺寸相同。而且，根据第二实施方式，焦点检测像素610的中心设定为与轴L1位于同一轴上。
图17A示意性地表示焦点检测像素610的横截面配置。该图17A表示在将图17A的左右方向设定为焦点检测像素610中的光接收元件的短边方向的情况下的横截面配置。
应当注意，在该图17A中，除了第一光接收元件601、第二光接收元件602和元件隔离区603以外的配置与图2A所示的摄像像素310的各配置相同，且指定了与图2A相同的附图标记，因此，此处省略了说明。而且，焦点检测像素610上的入射光类似于图2A，因此，此处省略了说明。
第一光接收元件601为与第二光接收元件602形成一对的光接收元件，并且布置为仅接收在经瞳孔分割后的入射光中的一个光中的相对于轴L1的角度大的光。即，该第一光接收元件601仅接收穿过远离摄像透镜中心的位置的光。该第一光接收元件601例如为窄矩形形状，第一光接收元件601布置于其中在远离轴L1的位置处范围R3照射光照射的位置处。类似于图2A所示的光接收元件314，该第一光接收元件601通过将接收光转换(光电转换)为电流以生成根据接收光量的强度的电流。
第二光接收元件602为与第一光接收元件601形成一对的光接收元件，并且布置为接收与第一光接收元件601所接收的光不同的经瞳孔分割后的其它入射光。该第二光接收元件402为在尺寸和性能方面与第一光接收元件601相同的光接收元件。该第二光接收元件602的功能类似于第一光接收元件601的功能，因此，此处省略了说明。
类似于图3A和图3B所示的元件隔离区403，元件隔离区603为位于第一光接收元件601和第二光接收元件602之间的绝缘区。由于第一光接收元件601和第二光接收元件602为位于远离轴L1的位置处的窄矩形，故该元件隔离区603为比图3A和图2B所示的元件隔离区403更大更宽的区域。除宽度以外，该元件隔离区603类似于元件隔离区403，因此，此处省略了说明。
图17B表示入射至图17A所示的焦点检测像素610上的光的照射位置例。
此处，与图3B中的焦点检测像素410和图6B中的焦点检测像素510相比较，说明由焦点检测像素610的第一光接收元件601和第二光接收元件602接收的光。
如该图17B所示，焦点检测像素610的第一光接收元件601可接收入射至光分布区A2左侧(在焦平面上，相对于轴L1沿x轴方向的负侧)的光。类似地，第二光接收元件602可接收入射至光分布区A2右侧(在焦平面上，相对于轴L1沿x轴方向的正侧)的光。即，相比于焦点检测像素410，该焦点检测像素610接收不被焦点检测像素410接收的远离轴L1的区域(光分布区A2)中的照射光。而且，相比于焦点检测像素510，该焦点检测像素610不接收照射至光分布区A1的光，而仅接收光分布区A2中的照射光。
如果第一光接收元件601和第二光接收元件602的尺寸与图3A和图3B所示的焦点检测像素410的光接收元件的尺寸相同，则焦点检测像素610与焦点检测像素410的不同之处仅在于光接收元件的布置位置。即，在焦点检测像素610中，一对光接收元件的轴L1侧的各端部之间的距离(元件隔离区603的宽度)大于焦点检测像素410中的一对光接收元件的轴L1侧的各端部之间的距离(元件隔离区403的宽度)。而且，在焦点检测像素610中，一对光接收元件的轴L1外侧的各端部之间的距离(一对光接收元件和元件隔离区503的总宽度)大于焦点检测像素410中的一对光接收元件的轴L1外侧的各端部之间的距离。
应当注意，在这些图17A和图17B中，说明了其中第一光接收元件601和第二光接收元件602的形状为窄矩形的情况，但本发明不限于此。这些第一光接收元件601和第二光接收元件602的形状使得可接收照射至远离轴L1的区域(例如光分布区A2)的光。因此，例如，在图6A和图6B所示的焦点检测像素510的第一光接收元件501和第二光接收元件502中，可想到通过除去相当于光分布区A1的区域的一部分等而获得的元件。
[焦点检测像素620~640的光接收例]
图18A、图18B和图19为表示第二实施方式的入射至焦点检测像素620~640上的光的光接收例的示意图。
在图18A、图18B和图19中，说明焦点检测像素620~640与图17B所示的焦点检测像素610的差异。应当注意，焦点检测像素620~640的横截面配置与图17A所示的焦点检测像素610的横截面配置相同，因此，此处省略了说明。
图18A和图18B为示意性地表示第二实施方式的焦点检测像素620和焦点检测像素630的俯视图。
如图18A所示，在将xy坐标系的原点设定为旋转中心时，通过使图17A所示的焦点检测像素610顺时针旋转90°而获得焦点检测像素620。该焦点检测像素620可接收在以微透镜311的上下(y轴的正负)方向经瞳孔分割后的光中的远离轴L1的区域(光分布区A2)中的照射光。
如图18B所示，当将xy坐标系的原点设定为旋转中心时，通过使图17A所示的焦点检测像素610顺时针旋转315°而获得焦点检测像素630。该焦点检测像素630可接收在以微透镜311的左上右下(由线y=x分割)方向经瞳孔分割后的光中的远离轴L1的区域(光分布区A2)中的照射光。
图19为示意性地表示第二实施方式的焦点检测像素640的俯视图。
当将xy坐标系的原点设定为旋转中心时，通过使图17A所示的焦点检测像素610顺时针旋转225°而获得焦点检测像素640。该焦点检测像素640可接收在以微透镜311的左下右上(由线y=-x分割)方向经瞳孔分割后的光中的远离轴L1的区域(光分布区A2)中的照射光。
这样，在图17和图18所示的焦点检测像素610~640中，在入射至焦点检测像素上的F值为“1.4”的照射光中，仅小F值(例如小于或等于F值“5.6”)时的照射光可由一对光接收元件接收。鉴于此，控制单元140可仅基于小F值时的照射光以调整焦点。
[图像传感器中的焦点检测像素的布置例]
图20和图21表示作为其中布置有相当于第一实施方式所示的焦点检测区210和焦点检测区220的焦点检测像素的区域的例子的焦点检测区250和焦点检测区260。
图20为表示第二实施方式的焦点检测区250中的像素布置的例子的示意图。
焦点检测区250配置为设有焦点检测像素610、620以替代图10所示的焦点检测区250中的焦点检测像素510、520。在图像传感器200中设有与该焦点检测区250类似的区域。
图21为表示第二实施方式的焦点检测区260中的像素布置的例子的示意图。
焦点检测区260配置为设有焦点检测像素610~640以替代图11所示的焦点检测区220中的焦点检测像素510~540。在图像传感器200中设有与该焦点检测区260类似的区域。
这样，根据第二实施方式，通过为图像传感器200设置焦点检测像素410~440和焦点检测像素610~640，类似于第一实施方式，可以高精度对焦点进行调整。
[相位差检测例]
图22和图23为表示第二实施方式的相位差检测例的示意图。图22表示相当于图13所示的焦点偏移大情况下的相位差检测例的例子。而且，图23表示相当于图15所示的焦点偏移小情况下的相位差检测例的例子。
图22表示第二实施方式的焦点偏移大的情况下的相位差检测例。
图像数据841示意性地表示由来自焦点检测像素410的焦点调整信号所生成的图像数据。该图像数据841类似于图13所示的图像数据811，因此，此处省略了说明。
图像数据842为示意性地表示由来自焦点检测像素610的焦点调整信号生成的图像数据(焦点调整用图像数据)的图。而且，在该图像数据842中，表示第一光接收元件图像数据G1和第二光接收元件图像数据G2。
第一光接收元件图像数据G1为基于焦点检测像素610的第一光接收元件601所提供的焦点调整信号而生成的图像数据。第二光接收元件图像数据G2为基于焦点检测像素610的第二光接收元件602所提供的焦点调整信号而生成的图像数据。该第一光接收元件图像数据G1和第二光接收元件图像数据G2基本上类似于图13所示的第一光接收元件图像数据D1和第二光接收元件图像数据D2，因此，此处省略了说明。
焦点检测比较图像数据843示意性地表示当进行焦点检测时用于相互比较的两条图像数据。该焦点检测比较图像数据843类似于图13所示的焦点检测比较图像数据813，因此，此处省略了说明。
这样，在焦点偏移大的情况下，即使当使用焦点检测像素610以替代焦点检测像素510时，仍可与第一实施方式类似地调整焦点。
图23表示第二实施方式的焦点偏移小的情况下的相位差检测例。
图像数据851示意性地表示由来自焦点检测像素410的焦点调整信号生成的图像数据。该图像数据851类似于图13所示的图像数据811，因此，此处省略了说明。
图像数据852为示意性地表示由来自焦点检测像素610的焦点调整信号生成的图像数据的图。该图像数据852表示第一光接收元件图像数据G1和第二光接收元件图像数据G2。应当注意，对该图像数据852的说明基本上类似于对图15所示的图像数据832和图23所示的图像数据842的说明，因此，此处省略了说明。
这样，在焦点偏移小的情况下，即使当使用焦点检测像素610以替代焦点检测像素510时，仍可与第一实施方式类似地调整焦点。
应当注意，焦点检测像素610仅接收在远离轴L1的区域(例如光分布区A2)的照射光(当因入射角大而使焦点偏移时由于迅速扩散而使图像模糊的光)。为此，相比于焦点检测像素510的焦点调整用图像数据，焦点检测像素610的焦点调整用图像数据相对于焦点偏移的图像变化较大。
<3.第三实施方式>
根据第一实施方式和第二实施方式的焦点检测像素，一个焦点检测像素设有一对光接收元件，因此，生成两个焦点调整信号。因此，通过为这两个焦点调整信号设计读出方法，可提高焦点控制的速度。鉴于上述情况，根据第三实施方式，说明这样的例子，其中，设有第二信号线以仅用于读出两个焦点调整信号中的一个焦点调整信号。
[图像传感器的配置例]
图24A和图24B为表示第三实施方式的图像传感器200的信号线的例子的示意图。
图24A和图24B表示连接至与常规摄像装置中的图像传感器200的信号线类似的信号线的摄像像素310、焦点检测像素410和焦点检测像素510以及第三实施方式的摄像像素310、焦点检测像素730和焦点检测像素740。
图24A示意性地表示连接至与常规摄像装置中的图像传感器200的信号线类似的信号线的摄像像素310、焦点检测像素410和焦点检测像素510。在该图22A中，上部表示焦点检测像素410，中央表示摄像像素310，且下部表示焦点检测像素510。
而且，为摄像像素310图示了光接收元件314、FD(浮动扩散部)316以及放大器317。而且，为焦点检测像素410图示了第一光接收元件401、第二光接收元件402、FD416以及放大器417。进而，为焦点检测像素510图示了第一光接收元件501、第二光接收元件502、FD516以及放大器517。
应当注意，摄像像素310中的光接收元件314以及焦点检测像素410中的第一光接收元件401和第二光接收元件402类似于第一实施方式的光接收元件，因此，此处省略了说明。而且，焦点检测像素510中的第一光接收元件501和第二光接收元件502类似于第一实施方式的光接收元件，因此，此处省略了说明。
FD316、FD416和FD516分别为摄像像素310、焦点检测像素410和焦点检测像素510的浮动扩散部。这些FD316、FD416和FD516检测光接收元件的电荷。这些FD316、FD416和FD516将检测到的电荷转换为电压以提供给放大器317、放大器417和放大器517。
放大器317、放大器417和放大器517配置为对从FD316、FD416和FD516提供的电压进行放大。这些放大器317、放大器417和放大器517将放大后的电压提供给第一列信号线710。
第一列信号线710为这样的信号线，该信号线用于读出由摄像像素310生成的摄像信号以及由焦点检测像素410和焦点检测像素510生成的焦点调整信号。将摄像信号和焦点调整信号经由该第一列信号线710以读出至信号处理单元130。例如，首先，读出图24A上部的焦点检测像素410中的第一光接收元件401的焦点调整信号。接下来，读出上部的焦点检测像素410中的第二光接收元件402的焦点调整信号，然后，读出中央的摄像像素310的摄像信号。随后，读出下部的焦点检测像素510中的第一光接收元件501的焦点调整信号，最后，读出下部的焦点检测像素510中的第二光接收元件502的焦点调整信号。
这样，在经由单根信号线读出焦点检测像素410和焦点检测像素510的焦点调整信号的情况下，必需从各个焦点检测像素410和焦点检测像素510两次读出焦点调整信号。
图24B示意性地表示第三实施方式的图像传感器200的信号线所连接的摄像像素310、焦点检测像素410和焦点检测像素510。在该图24B中，上部表示焦点检测像素730，中央表示摄像像素310，且下部表示焦点检测像素740。
摄像像素310(中央)、焦点检测像素730中的第二光接收元件402和焦点检测像素740中的第二光接收元件502连接至第一列信号线710。焦点检测像素730中的第一光接收元件401和焦点检测像素740中的第一光接收元件501连接至第二列信号线720。
此处，说明与图24A所示的常规摄像装置中的图像传感器200的差异。应当注意，除焦点检测像素730、焦点检测像素740和第二列信号线720以外的部件类似于图24A所示的部件，因此，此处省略了说明。
通过将图24A所示的焦点检测像素410的第一光接收元件401和第二光接收元件402分别连接至第一列信号线710和第二列信号线720，从而获得焦点检测像素730。该焦点检测像素730设有FD733和放大器734，FD733检测第一光接收元件401的电荷以转换为电压，放大器734放大转换后的电压。而且，该焦点检测像素730设有FD731和放大器732，FD731检测第二光接收元件402的电荷以转换为电压，放大器732放大转换后的电压。
通过将图24A所示的焦点检测像素510的第一光接收元件501和第二光接收元件502分别连接至第一列信号线710和第二列信号线720，从而获得焦点检测像素740。该焦点检测像素740设有FD743和放大器744，FD743检测第一光接收元件501的电荷以转换为电压，放大器744放大转换后的电压。而且，该焦点检测像素740设有FD741和放大器742，FD741检测第二光接收元件502的电荷以转换为电压，放大器742放大转换后的电压。
第二列信号线720为这样的信号线，该信号线读出由焦点检测像素730中的第一光接收元件401和焦点检测像素740中的第一光接收元件501生成的焦点调整信号。第一列信号线710提取焦点检测像素730中的第二光接收元件402的焦点调整信号的同时，该第二列信号线720在提取焦点检测像素730中的第一光接收元件401的焦点调整信号。而且，在第一列信号线710提取焦点检测像素740中的第二光接收元件502的焦点调整信号的同时，该第二列信号线720提取焦点检测像素740中的第一光接收元件501的焦点调整信号。
这样，根据第三实施方式，通过设置第二列信号线720，可缩短用于将焦点调整信号提供给信号处理单元130的时间。鉴于此，可缩短用于生成焦点调整用图像数据的时间，并且可缩短用于焦点控制的时间。
这样，根据各实施方式，通过在图像传感器中设置用于接收在靠近轴L1的区域照射的光的光接收元件和用于接收在远离轴L1的区域照射的光的光接收元件，可提高焦点调整的精度。
虽然本领域技术人员可提出各种变型与变化，但发明人旨在将在他们对本领域的贡献的范围内合理而适当提出的所有变化和变型包含在此处授权的专利内。
而且，各实施方式中所述的处理步骤可理解为包含这一系列步骤的方法，还可理解为使计算机执行这一系列步骤的程序或者存储所述程序的记录介质。作为该记录介质，例如，可使用CD(光盘)、MD(微型碟片)、DVD(数字式多用盘)、存储卡、蓝光光盘(Blu-rayDisc(注册商标))等。

Claims (11)

1.一种固体摄像器件，其包括：
第一单元，其将光转换为电信号，所述第一单元包括：
第一透镜，和
第一对光接收元件，它们接收来自所述第一透镜的光；
第二单元，其将光转换为电信号，所述第二单元包括：
第二透镜，和
第二对光接收元件，它们接收来自所述第二透镜的光，
其中，在平面图上所述第二对光接收元件的剖面不同于所述第一对光接收元件的剖面，
其中，所述第二对光接收元件在所述第二透镜的光轴侧的端部之间的距离大于所述第一对光接收元件在所述第一透镜的光轴侧的端部之间的距离，所述第二对光接收元件在所述第二透镜的所述光轴外侧的端部之间的距离大于所述第一对光接收元件在所述第一透镜的所述光轴外侧的端部之间的距离，
其中，所述第一对光接收元件中的一个光接收元件与所述第二对光接收元件的一个光接收元件连接至第一列信号线，并且所述第一对光接收元件中的另一个光接收元件与所述第二对光接收元件的另一个光接收元件连接至第二列信号线。
2.一种摄像装置，其包括：
第一单元，其将光转换为电信号，所述第一单元包括：(a)第一透镜，和(b)第一对光接收元件，它们接收来自所述第一透镜的光；
第二单元，其将光转换为电信号，所述第二单元包括：(a)第二透镜，和(b)第二对光接收元件，它们接收来自所述第二透镜的光；以及
信号处理单元，其处理来自所述第一对光接收元件和所述第二对光接收元件的电信号，
其中，在平面图上所述第二对光接收元件的剖面不同于所述第一对光接收元件的剖面，
其中，所述第二对光接收元件在所述第二透镜的光轴侧的端部之间的距离大于所述第一对光接收元件在所述第一透镜的光轴侧的端部之间的距离，所述第二对光接收元件在所述第二透镜的所述光轴外侧的端部之间的距离大于所述第一对光接收元件在所述第一透镜的所述光轴外侧的端部之间的距离，
其中，所述第一对光接收元件中的一个光接收元件与所述第二对光接收元件的一个光接收元件连接至第一列信号线，并且所述第一对光接收元件中的另一个光接收元件与所述第二对光接收元件的另一个光接收元件连接至第二列信号线。
3.如权利要求2所述的摄像装置，还包括具有焦点检测区的图像传感器，所述焦点检测区包括所述第一单元和所述第二单元。
4.如权利要求2所述的摄像装置，其中，所述信号处理单元配置为：(a)基于所述第一对光接收元件的电信号以生成用于所述第一单元的图像数据；并且(b)基于所述第二对光接收元件的电信号以生成用于所述第二单元的图像数据。
5.如权利要求4所述的摄像装置，还包括控制单元，该控制单元配置为：(a)从所述信号处理单元接收图像数据；(b)选择对应于所述第一单元的图像数据或对应于所述第二单元的图像数据；并且(c)基于所选定的图像数据以计算图像间隔。
6.如权利要求5所述的摄像装置，还包括摄像透镜，其中，所述控制单元配置为：(a)基于所述图像间隔以生成焦点检测信号，所述焦点检测信号表示所述摄像透镜的当前状态是否对焦；并且(b)如果所述摄像透镜不对焦，则基于所述焦点检测信号以提供关于所述摄像透镜的位置的信号。
7.如权利要求6所述的摄像装置，其中，所述控制单元配置为：(a)计算另一图像间隔；(b)基于所述另一图像间隔以生成另一焦点检测信号，所述另一焦点检测信号表示所述摄像透镜的当前状态是否对焦；并且(c)如果所述摄像透镜不对焦，则基于所述另一焦点检测信号以提供关于所述摄像透镜的位置的另一信号。
8.一种摄像装置的控制方法，所述方法包括：
从图像传感器的第一对光接收元件接收电信号；
从所述图像传感器的第二对光接收元件接收电信号；并且
处理来自所述第一对光接收元件和所述第二对光接收元件的电信号，
其中，在平面图上所述第二对光接收元件的剖面不同于所述第一对光接收元件的剖面，
其中，所述摄像装置包括第一单元和第二单元，所述第一单元包括第一透镜和所述第一对光接收元件，所述第二单元包括第二透镜和所述第二对光接收元件，
其中，所述第二对光接收元件在所述第二透镜的光轴侧的端部之间的距离大于所述第一对光接收元件在所述第一透镜的光轴侧的端部之间的距离，所述第二对光接收元件在所述第二透镜的所述光轴外侧的端部之间的距离大于所述第一对光接收元件在所述第一透镜的所述光轴外侧的端部之间的距离，
其中，所述第一对光接收元件中的一个光接收元件与所述第二对光接收元件的一个光接收元件连接至第一列信号线，并且所述第一对光接收元件中的另一个光接收元件与所述第二对光接收元件的另一个光接收元件连接至第二列信号线。
9.如权利要求8所述的方法，还包括：
基于所述第一对光接收元件的电信号，以通过信号处理单元生成用于所述第一单元的图像数据；并且
基于所述第二对光接收元件的电信号，以通过所述信号处理单元生成用于所述第二单元的图像数据。
10.如权利要求9所述的方法，还包括：
将所述图像数据提供给控制单元，所述控制单元配置为：(a)从所述信号处理单元接收图像数据；(b)选择对应于所述第一单元的图像数据或对应于所述第二单元的图像数据；并且(c)基于所选定的图像数据以计算图像间隔。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述的摄像装置还包括摄像透镜，所述控制单元配置为：(a)基于所述图像间隔以生成焦点检测信号，所述焦点检测信号表示所述摄像透镜的当前状态是否对焦；并且(b)如果所述摄像透镜不对焦，则基于所述焦点检测信号以提供关于所述摄像透镜的位置的信号。
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