CN104350739A - 摄像元件及摄像装置 - Google Patents

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Abstract

摄像元件(5)具有在行方向(X)和与该行方向正交的列方向(Y)上以格子状配置的多个像素单元(50)(R、G、B像素单元)。在各像素单元行中，以检测同色光的两个像素单元(50)为对，该对连续配置。对应在行方向(X)上相邻的每两个像素单元(50)，设有一个微透镜ML(51)。ML(51)的排列为以下排列：位于奇数行的像素单元行的ML(51)相对于位于偶数行的像素单元行的ML(51)在行方向(X)上错开各像素单元行中的ML(51)的排列间距的1/2，在各ML(51)的下方配置检测不同颜色的光的两个光电转换部。

Description

摄像元件及摄像装置
技术领域
本发明涉及摄像元件及摄像装置。
背景技术
近年来，随着CCD(Charge Coupled Device)图像传感器、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)图像传感器等固体摄像元件的高分辨率化，数码相机、数码摄像机、智能电话等便携电话机、PDA(Personal Digital Assistant)等具有摄影功能的信息设备的需要变得急增。另外，将如以上那样的具有摄像功能的信息设备称为摄像装置。
在这些摄像装置中，作为使焦点对准主要的被摄体的对焦控制方法，采用对比度AF(Auto Focus，自动对焦)方式、相位差AF方式。由于与对比度AF方式相比，相位差AF方式能够高速、高精度地进行对焦位置的检测，所以在各种摄像装置中广泛采用。
例如，在专利文献1中，公开了如下的摄像装置：通过规则性地配置有多个像素单元的固体摄像元件来进行相位差AF，该像素单元具有在一个微透镜下不同的分光灵敏度特性的多个光电转换部。
此外，还提出了如下的摄像装置：能够利用相位差检测的技术，获取从不同的两个视点观察被摄体时的图像而进行立体摄像。
例如，在专利文献2中，公开了如下的摄像装置：以检测同色光的4个光电转换部为一个单位，使用将该单位以二维状排列的固体摄像元件，能够进行相位差AF、立体摄像。该固体摄像元件成为如下结构：在4个光电转换部(上下2×左右2)单位中共用一个微透镜，各微透镜以横跨检测不同颜色的光电转换部的方式配置。
专利文献
专利文献1：日本特开2007-317951号公报
专利文献2：日本特开2010-239337号公报
发明内容
发明要解决的课题
如在专利文献1、2中记载的固体摄像元件那样，在多个光电转换部中共用一个微透镜的结构中，由于光的空间采样位置由微透镜的中心位置决定，所以与相对于一个光电转换部设置一个微透镜的普通的摄像元件相比，分辨率降低。
专利文献1、2将防止像素插值处理时的画质变差、削减在图像处理中使用的存储器容量等作为主要目的，而不将提高分辨率作为主要目的。因此，关于分辨率，还有改善的余地。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，在相对于两个光电转换部设置一个微透镜的结构的摄像元件中提高分辨率。
用于解决课题的手段
本发明的摄像元件具有在行方向和与该行方向正交的列方向上以格子状配置的多个像素单元，上述多个像素单元包括：包含检测红色光的光电转换部的第一像素单元、包含检测绿色光的光电转换部的第二像素单元及包含检测蓝色光的光电转换部的第三像素单元，在由排列于上述行方向上的像素单元构成的各像素单元行中，以包含检测同色光的光电转换部的相邻的两个像素单元为对，该对周期性地配置，在上述行方向上相邻的每两个像素单元，设有横跨于该两个像素单元分别包含的两个上述光电转换部的一个微透镜，上述微透镜的排列为以下排列：位于奇数行的像素单元行的微透镜相对于位于偶数行的像素单元行的微透镜在上述行方向上错开各像素单元行中的上述微透镜的排列间距的1/2，位于奇数行和偶数行的至少一方的各微透镜横跨检测不同颜色的光的两个光电转换部而配置。
本发明的摄像装置包括上述摄像元件。
发明效果
根据本发明，在相对于两个光电转换部设置一个微透镜的结构的摄像元件中，能够提高分辨率。
附图说明
图1是表示作为用于说明本发明的一实施方式的摄像装置的一例的数码相机的概略结构的图。
图2是表示在图1所示的数码相机中搭载的摄像元件5的结构的平面示意图。
图3是表示在图1所示的摄像元件5中搭载的微透镜的图。
图4是用于说明摄像元件5的光的空间采样位置的图。
图5是表示与构成对的两个像素单元51对应地设有摄像元件5的微透镜51的参考结构的摄像元件5a的图。
图6是用于说明摄像元件5a的光的空间采样位置的图。
图7是表示作为图1所示的摄像元件5的变形例的摄像元件5b的结构的平面示意图。
图8是表示在图7所示的摄像元件5b中搭载的微透镜的图。
图9是用于说明摄像元件5b的光的空间采样位置的图。
图10是表示作为图1所示的摄像元件5的变形例的摄像元件5c的结构的平面示意图。
图11是表示在图10所示的摄像元件5c中搭载的微透镜的图。
图12是用于说明摄像元件5c的光的空间采样位置的图。
图13是表示作为图1所示的摄像元件5的变形例的摄像元件5d的结构的平面示意图。
图14是表示在图13所示的摄像元件5d中搭载的微透镜的图。
图15是用于说明摄像元件5d的光的空间采样位置的图。
图16是朝向列方向Y观察位于图3所示的范围A的6个像素单元50的剖面示意图。
图17是表示朝向列方向Y观察位于图3所示的范围A的6个像素单元50的剖面的变形例的图。
图18是表示朝向列方向Y观察位于图3所示的范围A的6个像素单元50的剖面的变形例的图。
图19是表示作为摄像装置的智能电话的结构的图。
图20是表示图19所示的智能电话的内部结构的框图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
图1是表示作为用于说明本发明的一实施方式的摄像装置的一例的数码相机的概略结构的图。
图1所示的数码相机的摄像系统包括作为摄影光学系统的摄影透镜1、CCD图像传感器或CMOS图像传感器等摄像元件5及设置在它们两者之间的光圈2。
统一控制数码相机的电控制系统整体的系统控制部11控制闪光发光部12及受光部13。此外，系统控制部11通过相位差AF方式，控制透镜驱动部8而调整在摄影透镜1中包含的聚焦透镜的位置，或者调整在摄影透镜1中包含的变焦透镜的位置。而且，系统控制部11通过经由光圈驱动部9而控制光圈2的开口量，进行曝光量的调整。
此外，系统控制部11经由摄像元件驱动部10而驱动摄像元件5，并使通过摄影透镜1拍摄到的被摄体像作为摄像图像信号而输出。在系统控制部11中，通过操作部14而输入来自用户的指示信号。
数码相机的电控制系统进一步包括：连接到摄像元件5的输出的进行相关双重采样处理等模拟信号处理的模拟信号处理部6；及将从该模拟信号处理部6输出的模拟信号转换为数字信号的A/D转换电路7。模拟信号处理部6及A/D转换电路7由系统控制部11控制。模拟信号处理部6及A/D转换电路7有时也内置在摄像元件5中。
而且，该数码相机的电控制系统包括：主存储器16；连接到主存储器16的存储器控制部15；对从A/D转换电路7输出的摄像图像信号进行插值运算、伽马校正运算及RGB/YC转换处理等而生成摄影图像数据的数字信号处理部17；将在数字信号处理部17中生成的摄影图像数据压缩为JPEG格式或者对压缩图像数据进行扩展所得的压缩扩展处理部18；使用由信号处理部17生成的从两个视点拍摄而获得的两个摄像图像数据，生成立体图像数据的立体图像生成部19；与装卸自如的记录介质21连接的外部存储器控制部20；及与在相机背面等搭载的显示部23连接的显示控制部22。存储器控制部15、数字信号处理部17、压缩扩展处理部18、立体图像生成部19、外部存储器控制部20及显示控制部22通过控制总线24及数据总线25而相互连接，根据来自系统控制部11的指令而被控制。
图2是表示在图1所示的数码相机中搭载的摄像元件5的结构的平面示意图。
摄像元件5包括在行方向X和与该行方向X正交的列方向Y上以格子状排列的多个像素单元50(图中的一边为长度d的正方形的块)。在图2的例子中，像素单元50在行方向X和列方向Y上分别以间距d排列。行方向X和列方向Y上的像素单元50的排列间距也可以不同。
各像素单元50包括光电二极管等光电转换部和在该光电转换部上方形成的滤色器。另外，在图2中，仅在一部分像素单元50中，表示在光电转换部中未被遮光的部分(受光面50a)。光电转换部上方是指对光电转换部入射光的方向。
在图2中，对包括透过红色光的滤色器的像素单元50(以下，也称为R像素单元50)标注“R”的字符，对包括透过绿色光的滤色器的像素单元50(以下，也称为G像素单元50)标注“G”的字符，对包括透过蓝色光的滤色器的像素单元50(以下，也称为B像素单元50)标注“B”的字符。并且，为了容易观察滤色器排列，对R像素单元50和B像素单元50标注阴影线。
多个像素单元50成为将由沿着行方向X排列的多个像素单元50构成的像素单元行在列方向Y上排列多个而成的排列。并且，奇数行的像素单元行和偶数行的像素单元行在行方向X上错开各像素单元行的像素单元50的排列间距量。
在各像素单元行中，以包括检测同色光的光电转换部的相邻的两个像素单元50为对，该对连续地配置。位于奇数行的对相对于位于偶数行的对在行方向X上错开各像素单元行中的对的排列间距(＝2d)的1/2而配置。以下，将检测红色光的像素单元50的对称为R对，将检测绿色光的像素单元50的对称为G对，将检测蓝色光的像素单元50的对称为B对。
在奇数行中，将R对和G对交替排列而成的RG对行和将G对和B对交替排列而成的GB对行在列方向Y上交替地排列。即，在奇数行中，R对、G对和B对以拜耳状配置。
在偶数行中，将B对和G对交替排列而成的BG对行和将G对和R对交替排列而成的GR对行在列方向Y上交替地排列。即，在偶数行中，R对、G对和B对也以拜耳状配置。
在摄像元件5中，为了通过1次摄像而获得从不同的两个视点拍摄被摄体的图像，使得在各对中的一像素单元的输出信号和另一像素单元的输出信号中产生相位差。具体而言，对应在行方向X上相邻的每两个像素单元50，设有横跨在该两个像素单元50的各像素单元50中包含的两个光电转换部的一个微透镜51。该微透镜51设置在光电转换部的上方。
而且，在本实施方式中，为了提高分辨率，在行方向X上相邻的两个对中包含的4个像素单元50中，与隔着这两个对的边界而相邻的两个像素单元50对应地设有一个微透镜51。即，位于奇数行的像素单元行的微透镜51相对于位于偶数行的像素单元行的微透镜51在行方向X上错开各像素单元行中的微透镜51的排列间距(＝2d)的1/2。
图3是表示在图1所示的摄像元件5中搭载的微透镜的图。另外，在图3中，为了容易观察图，省略了R像素单元50和B像素单元50中的阴影线。
如图3所示，在隔着相邻的两个对的边界而相邻的两个像素单元50中，与该两个像素单元50对应地设有微透镜51。微透镜51的排列成为位于奇数行的像素单元行的微透镜51相对于位于偶数行的像素单元行的微透镜51在行方向X上错开各像素单元行中的微透镜51的排列间距的1/2的、所谓的蜂窝排列。
微透镜51的光轴与所对应的两个像素单元50的对的重心位置一致。此外，位于微透镜51下方的两个光电转换部的受光面50a相对于在通过微透镜51的光轴的列方向Y上延伸的直线形成对称。
通过该结构，在与微透镜51对应的左侧的像素单元50的光电转换部中，主要入射从摄像元件5侧观察通过了摄影透镜1的右半部分的光，在与微透镜51对应的右侧的像素单元50的光电转换部中，主要入射从摄像元件5侧观察通过了摄影透镜1的左半部分的光。即，在各对中位于左侧的像素单元50和位于右侧的像素单元50成为对通过了摄影透镜1的光瞳区域的不同部分的光进行受光并输出与受光量对应的信号的像素单元。
这样一来，由于在各对的左侧的像素单元50的输出信号组和各对的右侧的像素单元50的输出信号组中产生相位差，所以能够基于这两个输出信号组的相位差而进行相位差AF，或者使用这两个输出信号组而生成能够进行体视的立体图像数据。
图4是用于说明摄像元件5的光的空间采样位置的图。各像素单元50的光的空间采样位置和与该各像素单元50对应的微透镜51的光轴位置一致。在图4中，将G像素单元50的光的空间采样位置用空心圆圈来表示，将R像素单元50的光的空间采样位置用疏的点影线的圆圈来表示，将B像素单元50的光的空间采样位置用密的点影线的圆圈来表示。在图4中，将与微透镜51对应的两个像素单元50各自的空间采样位置从该微透镜51的光轴位置略微错开而图示。
如图4所示，根据摄像元件5，在行方向X上，能够以间距d对红色光、绿色光、蓝色光进行采样。此外，在列方向Y上，能够以间距d对绿色光进行采样，能够以间距4d对红色光、蓝色光进行采样。而且，在相对于行方向X右斜45°的方向和左斜45°的方向上，能够以间距√2d对红色光、绿色光、蓝色光进行采样。
图5是表示与构成对的两个像素单元51对应地设有摄像元件5的微透镜51的参考结构的摄像元件5a的图。图6是用于说明摄像元件5a的光的空间采样位置的图。
在该摄像元件5a中，在行方向X上，能够以间距d对绿色光进行采样，能够以间距4d对红色光、蓝色光进行采样。此外，在列方向Y上，能够以间距d对绿色光进行采样，能够以间距4d对红色光、蓝色光进行采样。而且，在相对于行方向X右斜45°的方向上，能够以间距2√2d对红色光、绿色光、蓝色光进行采样。而且，在相对于行方向X左斜45°的方向上，能够以间距√2d对红色光、绿色光、蓝色光进行采样。
在摄像元件中对分辨率有利的是，将R像素单元、G像素单元和B像素单元以拜耳状排列，在各像素单元设有一个微透镜的一般的拜耳型的摄像元件。在该拜耳型的摄像元件中，在行方向X和列方向Y上，能够以间距d对绿色光进行采样，能够以间距2d对红色光、蓝色光进行采样。此外，在相对于行方向X右斜45°的方向和左斜45°的方向上，能够以间距√2d对红色光、绿色光、蓝色光进行采样。
表1表示汇集了上述的各方向上的各色光的采样间隔和对该采样间隔的倒数乘以100而获得的分辨率[％]的结果。此外，表2表示在由沿着上述的各方向排列的采样点构成的采样列中，关于各方向求出对红色光、绿色光及蓝色光的全部进行采样的列的比例的结果。另外，在表1、2中，还表示关于作为后述的摄像元件5的变形例的摄像元件5b、5c、5d的值。
[表1]
[表2]
从表1、2可知，根据本实施方式的摄像元件5，能够获得不逊色于拜耳型的摄像元件的分辨率。此外，与成对的两个像素单元共用微透镜的摄像元件5a相比，也能够提高分辨率。此外，在行方向X以外的方向上，无论观察哪个采样列都对RGB的光进行采样。与摄像元件5a、拜耳型的摄像元件相比，对RGB的全部的光进行采样的列成为100％的方向变多，所以由此也可知，根据摄像元件5，能够大幅提高分辨率。
图7是表示作为图1所示的摄像元件5的变形例的摄像元件5b的结构的平面示意图。
摄像元件5b是将位于摄像元件5的奇数行的R对和B对变更为G对、将位于偶数行的G对变更为B对、将位于偶数行的B对变更为R对的元件。
这样一来，在摄像元件5b的奇数行中，仅配置G对，在摄像元件5b的偶数行中，将R对和B对沿着行方向X交替配置而成的RB对行和将B对和R对沿着行方向X交替配置而成的BR对行在列方向Y上交替地配置。换言之，摄像元件5b是如下结构：在奇数行中，G对以格子状排列，在偶数行中，在两种方格相间排列而成的围棋盘式格纹的一方格位置配置有R对，在该围棋盘式格纹的另一方格位置配置有B对。
图8是表示在图7所示的摄像元件5b中搭载的微透镜的图。另外，在图8中，为了容易观察图，省略了R像素单元50和B像素单元50中的引影线。
与摄像元件5相同地，在摄像元件5b中，也在隔着相邻的两个对的边界而相邻的两个像素单元50中，与该两个像素单元50对应地设有微透镜51，微透镜51成为蜂窝排列。
图9是用于说明摄像元件5b的光的空间采样位置的图。在图9中，将G像素单元50的光的空间采样位置用空心圆圈表示，将R像素单元50的光的空间采样位置用疏的点影线的圆圈表示，将B像素单元50的光的空间采样位置用密的点影线的圆圈表示。
如图9所示，根据摄像元件5b，在行方向X和列方向Y上，能够以间距2d对红色光、绿色光、蓝色光进行采样。此外，在相对于行方向X右斜45°的方向和左斜45°的方向上，能够以间距√2d对红色光、绿色光、蓝色光进行采样。
摄像元件5b的分辨率的结果如表1所示。如表1所示，根据摄像元件5b，能够获得不逊色于拜耳型的摄像元件的分辨率，且与在对的两个像素单元中共用微透镜的摄像元件5a相比，也能够提高分辨率。
另外，在图7中，即使是将位于奇数行的左端的4个G像素单元50移动到奇数行的右端的结构、即将对以格子状排列而成的结构，通过如图8所示那样配置微透镜51，也能够实现图9所示的空间采样，能够实现分辨率提高。
图10是表示作为图1所示的摄像元件5的变形例的摄像元件5c的结构的平面示意图。
除了将位于奇数行的GB对行的B对变更为R对、将位于偶数行的GR对行的R对变更为B对的点之外，摄像元件5c是与摄像元件5相同的结构。换言之，摄像元件5c是如下结构：在奇数行中，在两种方格相间排列而成的围棋盘式格纹的一方格位置配置有R对且在该围棋盘式格纹的另一方格位置配置有G对，在偶数行中，在两种方格相间排列而成的围棋盘式格纹的一方格位置配置有B对且在该围棋盘式格纹的另一方格位置配置有G对。
图11是表示在图10所示的摄像元件5c中搭载的微透镜的图。另外，在图11中，为了容易观察图，省略了R像素单元50和B像素单元50中的引影线。
与摄像元件5相同地，在摄像元件5c中，也在隔着相邻的两个对的边界而相邻的两个像素单元50中，与该两个像素单元50对应地设有微透镜51，微透镜51成为蜂窝排列。
图12是用于说明摄像元件5c的光的空间采样位置的图。在图12中，将G像素单元50的光的空间采样位置用空白圆圈表示，将R像素单元50的光的空间采样位置用疏的点影线的圆圈表示，将B像素单元50的光的空间采样位置用密的点影线的圆圈表示。
如图12所示，根据摄像元件5c，在行方向X和列方向Y上，能够以间距d对绿色光进行采样，能够以间距2d对红色光和蓝色光分别进行采样。此外，在相对于行方向X右斜45°的方向和左斜45°的方向上，能够以间距√2d对红色光、绿色光、蓝色光分别进行采样。
摄像元件5c的分辨率的结果如表1所示。如表1所示，根据摄像元件5c，能够获得与拜耳型的摄像元件相同的分辨率，且与在对的两个像素单元中共用微透镜的摄像元件5a相比，也能够提高分辨率。
图13是表示作为图1所示的摄像元件5的变形例的摄像元件5d的结构的平面示意图。
在由在行方向X上相邻的检测同色光的两个像素单元构成对且该对为蜂窝排列的点上，摄像元件5d与摄像元件5相同。
在摄像元件5d的奇数行中，将R对、G对、B对、G对按该顺序排列的单位沿着行方向X重复配置而成的RGBG对行和将G对、R对、G对、B对按该顺序排列的单位沿着行方向X重复配置而成的GRGB对行在列方向Y上交替地配置的点上，与摄像元件5不同。
此外，在摄像元件5d的偶数行中，将B对、G对、R对、G对按该顺序排列的单位沿着行方向X重复配置而成的BGRG对行和将G对、B对、G对、R对按该顺序排列的单位沿着行方向X重复配置而成的GBGR对行在列方向Y上交替地配置的点上，与摄像元件5不同。
图14是表示在图13所示的摄像元件5d中搭载的微透镜的图。另外，在图14中，为了容易观察图，省略了R像素单元50和B像素单元50中的阴影线。
与摄像元件5相同地，在摄像元件5d中，也在隔着相邻的两个对的边界而相邻的两个像素单元50中，与该两个像素单元50对应地设有微透镜51，微透镜51成为蜂窝排列。
图15是用于说明摄像元件5d的光的空间采样位置的图。在图15中，将G像素单元50的光的空间采样位置用空心圆圈表示，将R像素单元50的光的空间采样位置用疏的点影线的圆圈表示，将B像素单元50的光的空间采样位置用密的点影线的圆圈表示。
如图15所示，根据摄像元件5d，在行方向X和列方向Y上，能够以间距d对红色光、绿色光、蓝色光分别进行采样。此外，在相对于行方向X右斜45°的方向和左斜45°的方向上，能够以间距√2d对红色光、绿色光、蓝色光分别进行采样。
摄像元件5d的分辨率的结果如表1所示。如表1所示，根据摄像元件5d，能够获得比拜耳型的摄像元件高的分辨率，且与在对的两个像素单元中共用微透镜的摄像元件5a相比，还能够提高分辨率。
如以上所述，以将像素单元50的对以二维状排列，在位于奇数行和偶数行的至少一方的各微透镜51的下方配置检测不同颜色的光的两个光电转换部的方式将微透镜51设为进行了蜂窝排列的结构，由此即使是在两个像素单元50中共用微透镜的情况下，也能够获得高的分辨率。
尤其，如摄像元件5c那样，通过在奇数行中将R对和G对分别以围棋盘式格纹状配置，在偶数行中将B对和G对分别以围棋盘式格纹状配置，能够获得与拜耳型的摄像元件相同的分辨率，能够实现基于单一摄像元件且单一透镜的高分辨率的立体摄像装置。
此外，如摄像元件5d那样，通过设为在各行各列中包括R像素单元50、G像素单元50及B像素单元50的配置，能够获得比拜耳型的摄像元件高的分辨率，能够实现基于单一摄像元件且单一透镜的高分辨率的立体摄像装置。
摄像元件5、5b、5c、5d是在奇数行和偶数行的至少一方中在检测不同颜色的光的两个像素单元50中共用一个微透镜51的结构。因此，要求抑制共用微透镜51的像素单元50间的混色的结构。以下，说明抑制混色的像素单元的结构例。
图16是朝向列方向Y观察位于图3所示的范围A的6个像素单元50的剖面示意图。
在硅基板52的表面部，形成有光电二极管等光电转换部(PD)53。在硅基板52上形成有绝缘膜58，在绝缘膜58上形成有遮光膜54。
在遮光膜54中，在光电转换部53上方设有开口50a，在图3中用附图标记50a表示从该开口50a观察到的光电转换部。
在绝缘膜58及遮光膜54上形成有绝缘膜55，在绝缘膜55上在各光电转换部上方形成有滤色器56。在R像素单元50中包含的光电转换部53上方的滤色器56是将红色光透过的滤色器，在图16中标注“R”的字符。在G像素单元50中包含的光电转换部53上方的滤色器56是将绿色光透过的滤色器，在图16中标注“G”的字符。虽然未图示，但在B像素单元50中包含的光电转换部53上方的滤色器56成为将蓝色光透过的滤色器。
在滤色器56上形成有绝缘膜57，在绝缘膜57上形成有微透镜51。
以微透镜51的光轴为基准，将入射到微透镜51的光的入射角设为α(将相对于光轴向右侧倾斜时为正，将相对于光轴向左侧倾斜时为负)，将α的值在正侧成为最大时的入射光的光路用实线箭头表示，将α的值在负侧成为最大时的入射光的光路用虚线箭头表示。
在图16的例子中，将滤色器56的微透镜51侧的面(以下，称为上表面)比图16中的虚线箭头和实线箭头交叉的点P(以最大入射角α入射到微透镜51的一端的光线和以最大入射角-α入射到微透镜51的另一端的光线在微透镜51的下方交叉的点)配置得靠硅基板52侧，使得在位于微透镜51的下方的两个光电转换部53中不会产生混色。
由此，图16的用实线箭头表示的光仅透过R像素单元50的滤色器56而入射到光电转换部53。此外，图16的用虚线箭头表示的光仅透过G像素单元50的滤色器56而入射到光电转换部53。因此，能够防止在与同一个微透镜51对应的两个光电转换部中产生混色，能够提高摄像图像质量。
另外，通过将滤色器56的上表面从图16的位置如图17所示那样下降，使得对于最大入射角的光的微透镜51的焦点来到形成有滤色器56的层内，能够进一步防止混色。
若将图16所示的角度α接近0，则图16中的P点向硅基板52侧移动。如图18所示，通过与α＝0时的P点相比，将滤色器56的上表面更加靠近硅基板52侧，能够进一步防止混色。
另外，随着向微透镜51的光的入射角减小，共用微透镜51的两个光电转换部53的灵敏度降低。因此，通过在至少比α最大时的P点低的位置配置滤色器56的上表面，能够防止对摄像画质影响大的混色。
这样一来，通过减小滤色器56与硅基板52内的光电转换部53的距离，能够防止混色。若是在硅等的半导体基板内形成光电转换部且在该半导体基板的光入射侧的相反侧的面形成有读出与在光电转换部中蓄积的电荷对应的信号的读出电路的、所谓的背面照射型的摄像元件，则容易减小硅基板与滤色器的距离。因此，摄像元件5、5b、5c、5d适合于背面照射型的摄像元件。
接着，作为摄像装置说明智能电话的结构。
图19是表示作为本发明的摄影装置的一实施方式的智能电话200的外观的图。图19所示的智能电话200具有平板状的壳体201，在壳体201的一个面包括作为显示部的显示面板202和作为输入部的操作面板203成为一体的显示输入部204。此外，这样的壳体201包括扬声器205、话筒206、操作部207、相机部208。另外，壳体201的结构并不限定于此，例如也可以采用显示部和输入部独立的结构，或者采用具有折叠结构或滑动机构的结构。
图20是表示图19所示的智能电话200的结构的框图。如图20所示，作为智能电话的主要的结构要素，包括无线通信部210、显示输入部204、通信部211、操作部207、相机部208、存储部212、外部输入输出部213、GPS(Global Positioning System)接收部214、运动传感器部215、电源部216、主控制部220。此外，作为智能电话200的主要的功能，包括进行经由省略图示的基地站装置BS和省略图示的移动通信网NW的移动无线通信的无线通信功能。
无线通信部210按照主控制部220的指示，对在移动通信网NW中收纳的基地站装置BS进行无线通信。使用该无线通信，进行声音数据、图像数据等各种文件数据、电子邮件数据等的收发、Web数据、流数据等的接收。
显示输入部204是通过主控制部220的控制，显示图像(静止图像及动态图像)、文字信息等而在视觉上对用户传递信息，并且检测对于所显示的信息的用户操作的、所谓的触摸面板，包括显示面板202和操作面板203。
显示面板202将LCD(Liquid Crystal Display)、OELD(OrganicElectro-Luminescence Display)等用作显示设备。
操作面板203是载置成能够对在显示面板202的显示面上显示的图像进行视觉辨认，检测由用户的手指或尖笔操作的一个或者多个坐标的设备。若由用户的手指或尖笔操作该设备，则将由于操作而产生的检测信号输出到主控制部220。接着，主控制部220基于接收到的检测信号，检测显示面板202上的操作位置(坐标)。
如图19所示，作为本发明的摄影装置的一实施方式而例示的智能电话200的显示面板202和操作面板203成为一体而构成显示输入部204，但也可以成为操作面板203完全覆盖显示面板202的配置。
在采用了该配置的情况下，操作面板203也可以对显示面板202外的区域也具有检测用户操作的功能。换言之，操作面板203也可以具有关于与显示面板202重叠的重叠部分的检测区域(以下，称为显示区域)和关于除此以外的不与显示面板202重叠的外缘部分的检测区域(以下，称为非显示区域)。
另外，也可以使显示区域的大小和显示面板202的大小完全一致，但不需要使两者必须一致。此外，操作面板203也可以具有外缘部分和除此以外的内侧部分两个感应区域。而且，外缘部分的宽度根据壳体201的大小等而适当设计。而且，作为在操作面板203中采用的位置检测方式，列举出矩阵开关方式、电阻膜方式、表面弹性波方式、红外线方式、电磁感应方式、静电电容方式等，能够采用任一种方式。
通话部211包括扬声器205和话筒206，将通过话筒206输入的用户的声音转换为能够在主控制部220中处理的声音数据而输出到主控制部220，或者对从无线通信部210或者外部输入输出部213接收到的声音数据进行解码而从扬声器205输出。此外，如图19所示，例如，能够将扬声器205搭载在与设有显示输入部204的面相同的面，将话筒206搭载在壳体201的侧面。
操作部207是使用了键开关等的硬件键，接受来自用户的指示。例如，如图8所示，操作部207搭载在智能电话200的壳体201的侧面，是若由手指等按下则接通、若手指离开则通过弹簧等的恢复力而成为断开状态的按钮式的开关。
存储部212存储主控制部220的控制程序、控制数据、应用软件、对通信对方的名称、电话号等建立对应关系的地址数据、收发的电子邮件的数据、通过Web浏览而下载的Web数据、下载的内容数据，此外，暂时存储流数据等。此外，存储部212由智能电话内置的内部存储部217和具有装卸自如的外部存储器槽的外部存储部218构成。另外，构成存储部212的各个内部存储部217和外部存储部218使用闪存类(flash memory type)、硬盘类(hard disk type)、缩微多媒体卡类(multimedia card micro type)、卡类的存储器(例如、MicroSD(注册商标)存储器等)、RAM(RandomAccess Memory)、ROM(Read Only Memory)等存储介质而实现。
外部输入输出部213起到与连接到智能电话200的全部外部设备的接口的作用，用于通过通信等(例如，通用串行总线(USB)、IEEE1394等)或者网络(例如，互联网、无线LAN、蓝牙(Bluetooth)(注册商标)、RFID(Radio Frequency Identification)、红外线通信(Infrared DataAssociation：IrDA)(注册商标)、UWB(Ultra Wideband)(注册商标)、紫蜂(ZigBee)(注册商标)等)直接或者间接地连接到其他外部设备。
作为连接到智能电话200的外部设备，例如存在有线/无线头戴式耳机、有线/无线外部充电器、有线/无线数据端口、经由卡插座而连接的存储卡(Memory card)、SIM(Subscriber Identity Module Card)/UIM(UserIdentity Module Card)卡、经由音频/视频I/O(Input/Output)端子而连接的外部音频/视频设备、无线连接的外部音频/视频设备、有线/无线连接的智能电话、有线/无线连接的个人计算机、有线/无线连接的PDA、有线/无线连接的个人计算机、耳机等。外部输入输出部213能够进行将从这样的外部设备接受传输的数据传递到智能电话200的内部的各结构元素、将智能电话200的内部的数据传输到外部设备。
GPS接收部214按照主控制部220的指示，接收从GPS卫星ST1～STn发送的GPS信号，并执行基于接收到的多个GPS信号的测位运算处理，检测该智能电话500的由纬度、经度、高度构成的位置。GPS接收部214在能够从无线通信部210、外部输入输出部213(例如，无线LAN)获取位置信息时，还能够使用该位置信息而检测位置。
运动传感器部215具有例如三轴加速度传感器等，按照主控制部220的指示，检测智能电话200的物理动作。通过检测智能电话200的物理动作，检测出智能电话200移动的方向和加速度。该检测结果被输出到主控制部220。
电源部216按照主控制部220的指示，对智能电话200的各部分提供在蓄电池(未图示)中蓄积的电力。
主控制部220具有微处理器，按照存储部212存储的控制程序、控制数据而动作，统一控制智能电话200的各部分。此外，主控制部220为了通过无线通信部210而进行声音通信、数据通信，具有控制通信系统的各部分的移动通信控制功能和应用处理功能。
应用处理功能通过按照存储部212存储的应用软件使主控制部220动作而实现。作为应用处理功能，例如有控制外部输入输出部213而与相向设备进行数据通信的红外线通信功能、进行电子邮件的收发的电子邮件功能、阅览Web网页的Web浏览功能等。
此外，主控制部220具有基于接收数据、下载的流数据等图像数据(静止图像、动态图像的数据)，将影像在显示输入部204中显示等的图像处理功能。图像处理功能是指，主控制部220对上述图像数据进行解码，对该解码结果实施图像处理，并将图像在显示输入部204中显示的功能。
而且，主控制部220执行对显示面板202的显示控制和检测通过了操作部207、操作面板203的用户操作的操作检测控制。通过显示控制的执行，主控制部220显示用于启动应用软件的图标、滚动条等软件键，或者用于生成电子邮件的窗口。另外，滚动条是指，关于无法完全在显示面板202的显示区域中收纳的大的图像等，用于接受使图像的显示部分移动的指示的软件键。
此外，通过操作检测控制的执行，主控制部220检测通过了操作部207的用户操作，或者通过操作面板203接受对上述图标的操作、对上述窗口的输入栏的文字串的输入，或者接受通过了滚动条的显示图像的滚动请求。
而且，通过操作检测控制的执行，主控制部220具有如下的触摸面板控制功能：判定对操作面板203的操作位置是与显示面板202重叠的重叠部分(显示区域)还是除此以外的不与显示面板202重叠的外缘部分(非显示区域)，并对操作面板203的感应区域、软件键的显示位置进行控制。
此外，主控制部220还能够检测对操作面板203的手势操作，并与检测到的手势操作对应地执行预先设定的功能。手势操作是指，不是现有的单纯的触摸操作，而是通过手指等而描画轨迹，或者同时指定多个位置，或者将它们进行组合而从多个位置至少对一个位置描画轨迹的操作。
相机部208包括图1所示的数码相机中的外部存储器控制部20、记录介质21、显示控制部22、显示部23及操作部14以外的结构。由相机部208生成的摄像图像数据能够记录在存储部212中，或者通过输入输出部213、无线通信部210而输出。虽然如图19所示在智能电话200中，相机部208搭载在与显示输入部204相同的面，但相机部208的搭载位置并不限定于此，也可以搭载在显示输入部204的背面。
此外，相机部208能够利用于智能电话200的各种功能。例如，在显示面板202中显示在相机部208中获取的图像、能够利用相机部208的图像作为操作面板203的操作输入之一。此外，在GPS接收部214检测位置时，还能够参照来自相机部208的图像而检测位置。而且，还能够参照来自相机部208的图像，不使用三轴加速度传感器或者与三轴加速度传感器并用，判断智能电话200的相机部208的光轴方向、判断当前的使用环境。当然，还能够在应用软件内利用来自相机部208的图像。
除此之外，也可以在静止画面或者动画的图像数据中附加由GPS接收部214获取的位置信息、由话筒206获取的声音信息(也可以由主控制部等进行声音文本转换而成为文本信息)、由运动传感器部215获取的姿势信息等而记录在存储部212中，或者通过输入输出部213、无线通信部210而输出。
在以上的结构的智能电话200中，也能够同样地进行分辨率高的立体摄像、高精度的相位差AF。
以上说明的实施方式在与权利要求书的范围等同的含义及范围内能够进行各种变更。
例如，在摄像元件5、5b、5c、5d中，也可以是将R像素单元50置换为B像素单元50、将B像素单元50置换为R像素单元50的结构。
此外，也可以由以在基板上层叠的光电转换材料构成的膜构成在像素单元50中包含的光电转换部。例如，在图16的剖视图中，也可以设为如下结构：代替光电转换部53，在绝缘膜58和滤色器56之间，在总像素单元50中公共地设置吸收可见光并产生与吸收的光对应的电荷的由光电转换材料构成的光电转换膜，通过在各像素单元50中设置的MOS电路等读出与在各像素单元50的光电转换膜中产生的电荷对应的信号。
如以上说明那样，在本说明书中公开了以下的事项。
公开的摄像元件具有在行方向和与该行方向正交的列方向上以格子状配置的多个像素单元，上述多个像素单元包括包含检测红色光的光电转换部的第一像素单元、包含检测绿色光的光电转换部的第二像素单元及包含检测蓝色光的光电转换部的第三像素单元，在由排列于上述行方向上的像素单元构成的各像素单元行中，以包含检测同色光的光电转换部的相邻的两个像素单元为对，该对周期性地配置，在上述行方向上相邻的每两个像素单元，设有横跨于该两个像素单元分别包含的两个上述光电转换部的一个微透镜，上述微透镜的排列为以下排列：位于奇数行的像素单元行的微透镜相对于位于偶数行的像素单元行的微透镜在上述行方向上错开各像素单元行中的上述微透镜的排列间距的1/2，位于奇数行和偶数行的至少一方的各微透镜横跨检测不同颜色的光的两个光电转换部而配置。
公开的摄像元件是如下摄像元件：位于奇数行的所述对相对于位于偶数行的所述对在所述行方向上错开各像素单元行中的所述对的排列间距的1/2而配置，分别位于奇数行和偶数行的各微透镜横跨检测不同颜色的光的两个光电转换部而配置。
公开的摄像元件是如下摄像元件：在仅观察偶数行和奇数行的一方时，作为检测红色光的对的R对、作为检测绿色光的对的G对和作为检测蓝色光的对的B对以拜耳状排列，在仅观察偶数行和奇数行的另一方时，所述R对、所述G对和所述B对以拜耳状排列。
公开的摄像元件是如下摄像元件：在仅观察偶数行和奇数行的一方时，在两种方格相间排列而成的围棋盘式格纹的一方格位置配置有作为检测红色光的对的R对，在该围棋盘式格纹的另一方格位置配置有作为检测绿色光的对的G对，在仅观察偶数行和奇数行的另一方时，在两种方格相间排列而成的围棋盘式格纹的一方格位置配置有作为检测蓝色光的对的B对，在该围棋盘式格纹的另一方格位置配置有所述G对。
公开的摄像元件是如下摄像元件：在仅观察偶数行和奇数行的一方时，将作为检测红色光的对的R对、作为检测绿色光的对的G对、作为检测蓝色光的对的B对及所述G对按该顺序排列的单位沿着行方向重复配置而成的行和将所述G对、所述R对、所述G对及所述B对按该顺序排列的单位沿着行方向重复配置而成的行在所述列方向上交替地排列，在仅观察偶数行和奇数行的另一方时，将所述B对、所述G对、所述R对及所述G对按该顺序排列的单位沿着行方向重复配置而成的行和将所述G对、所述B对、所述G对及所述R对按该顺序排列的单位沿着行方向重复配置而成的行在所述列方向上交替地排列。
公开的摄像元件是如下摄像元件：在仅观察偶数行和奇数行的一方时，作为检测绿色光的对的G对以格子状排列，在仅观察偶数行和奇数行的另一方时，在两种方格相间排列而成的围棋盘式格纹的一方格位置配置有作为检测红色光的对的R对，在该围棋盘式格纹的另一方格位置配置有作为检测蓝色光的对的B对。
公开的摄像元件是如下摄像元件：上述像素单元在上述光电转换部与设于该光电转换部上方的上述微透镜之间具有供该光电转换部检测的颜色的光透过的滤色器，上述滤色器的上述微透镜一侧的面配置于与以最大入射角入射到上述微透镜的两端的光线在该微透镜下方交叉的点相比靠上述光电转换部侧。
公开的摄像元件是如下摄像元件：上述滤色器的上述微透镜一侧的面配置于与对以入射角0°入射的光的上述微透镜的焦点相比靠上述光电转换部侧。
公开的摄像元件包括在上述滤色器所配置的层内有上述微透镜的焦点的摄像元件。
公开的摄像元件包括背面照射型的摄像元件。
公开的摄像装置包括上述摄像元件。
工业实用性
根据本发明的摄像元件，由于在对两个光电转换部设置一个微透镜的结构的摄像元件中能够提高分辨率，所以适合用于数码相机等摄像装置。
以上，通过特定的实施方式说明了本发明，但本发明并不限定于该实施方式，在不脱离公开的发明的技术思想的范围内能够进行各种变更。
本申请基于2012年6月7日提出的日本专利申请(日本特愿2012-129816)，将其内容并入到本文中。
附图标记说明
5 摄像元件
50 像素单元
51 微透镜

Claims (7)

1.一种摄像元件，具有在行方向和与所述行方向正交的列方向上以格子状配置的多个像素单元，
所述多个像素单元包括：包含检测红色光的光电转换部的第一像素单元、包含检测绿色光的光电转换部的第二像素单元及包含检测蓝色光的光电转换部的第三像素单元，
在由排列于所述行方向上的像素单元构成的各像素单元行中，以包含检测同色光的光电转换部的相邻的两个像素单元为对，该对周期性地配置，
在所述行方向上相邻的每两个像素单元，设有横跨于该两个像素单元分别包含的两个所述光电转换部的一个微透镜，
所述微透镜的排列为以下排列：位于奇数行的像素单元行的微透镜相对于位于偶数行的像素单元行的微透镜在所述行方向上错开各像素单元行中的所述微透镜的排列间距的1/2，
位于奇数行和偶数行的至少一方的各微透镜横跨检测不同颜色的光的两个光电转换部而配置。
2.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
位于奇数行的所述对相对于位于偶数行的所述对在所述行方向上错开各像素单元行中的所述对的排列间距的1/2而配置，
分别位于奇数行和偶数行的各微透镜横跨检测不同颜色的光的两个光电转换部而配置。
3.根据权利要求2所述的摄像元件，其中，
在仅观察偶数行和奇数行的一方时，作为检测红色光的对的R对、作为检测绿色光的对的G对和作为检测蓝色光的对的B对以拜耳状排列，
在仅观察偶数行和奇数行的另一方时，所述R对、所述G对和所述B对以拜耳状排列。
4.根据权利要求2所述的摄像元件，其中，
在仅观察偶数行和奇数行的一方时，在两种方格相间排列而成的围棋盘式格纹的一方格位置配置有作为检测红色光的对的R对，在该围棋盘式格纹的另一方格位置配置有作为检测绿色光的对的G对，
在仅观察偶数行和奇数行的另一方时，在两种方格相间排列而成的围棋盘式格纹的一方格位置配置有作为检测蓝色光的对的B对，在该围棋盘式格纹的另一方格位置配置有所述G对。
5.根据权利要求2所述的摄像元件，其中，
在仅观察偶数行和奇数行的一方时，将作为检测红色光的对的R对、作为检测绿色光的对的G对、作为检测蓝色光的对的B对及所述G对按该顺序排列的单位沿着行方向重复配置而成的行和将所述G对、所述R对、所述G对及所述B对按该顺序排列的单位沿着行方向重复配置而成的行在所述列方向上交替地排列，
在仅观察偶数行和奇数行的另一方时，将所述B对、所述G对、所述R对及所述G对按该顺序排列的单位沿着行方向重复配置而成的行和将所述G对、所述B对、所述G对及所述R对按该顺序排列的单位沿着行方向重复配置而成的行在所述列方向上交替地排列。
6.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
在仅观察偶数行和奇数行的一方时，作为检测绿色光的对的G对以格子状排列，
在仅观察偶数行和奇数行的另一方时，在两种方格相间排列而成的围棋盘式格纹的一方格位置配置有作为检测红色光的对的R对，在该围棋盘式格纹的另一方格位置配置有作为检测蓝色光的对的B对。
7.一种摄像装置，包括权利要求1～6中任一项所述的摄像元件。
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