CN106461913B - 摄像元件和摄像装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够确保画质性能，并且在大散焦状态下能够迅速地进行焦点检测的摄像元件和摄像装置。摄像元件(21)具有：多个摄像用像素；多个焦点检测用像素(RL像素、TB像素、T2/B2像素)，它们的受光部的开口位置相对于该摄像用像素偏离；以及多个滤色器，它们对应于摄像用像素和焦点检测用像素配置。此外，该摄像元件(21)中，开口位置在第1方向(的纵向)上偏离的第1焦点检测用像素(TB像素)配置于摄像用像素的与第1滤色器(蓝色或红色滤色器)对应的位置上，开口位置在第1方向上偏离并且开口率与第1焦点检测用像素不同的第2焦点检测用像素(T2/B2像素)配置于与第1滤色器对应的位置上。

Description

摄像元件和摄像装置
技术领域
本发明涉及在摄像面上配置有用于通过相位差方式进行焦点检测的焦点检测用像素的摄像元件和具有该摄像元件的摄像装置。
背景技术
以往已知在摄像元件的一部分上配置有用于通过相位差方式进行焦点检测的焦点检测用像素的摄像元件。例如，专利文献1公开了如下的摄像元件：在该摄像元件上，作为焦点检测用像素而沿水平方向配置有使得来自右侧的被摄体光束入射到像素的右开口像素(简称为R像素)、以及使得来自左侧的被摄体光束入射到像素的左开口像素(简称为L像素)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本国公开专利2013-257494号公报
发明内容
发明欲解决的课题
专利文献1中，焦点检测用像素的遮光图案的特性仅有1种，因此遮光图案被设计为焦点精度在对焦附近变高。然而，在摄影镜头的位置从对焦位置大幅偏离，成为大散焦状态(也称作大模糊状态)的情况下，被摄体像的亮度图案不清晰，无法检测散焦量。特别在摄影镜头的开口F值小的明亮镜头中容易发生这种情况。
在AF动作中，如果缩小摄影镜头的光圈，则虽然能够使被摄体像的亮度图案变得清晰，然而由于进行光圈驱动，所以耗费时间，使得AF时间变长。此外，可以考虑通过配置大散焦状态检测用的焦点检测用像素的遮光图案和对焦附近检测用的焦点检测用像素的遮光图案来解决上述的课题。然而，在配置多个遮光图案的焦点检测用像素时，难以确保画质性能。尤其当在配置于G像素(配置有绿色滤色器的像素)的位置上的焦点检测用像素中配置多个遮光图案时，无法进行焦点检测用像素的校正处理。
本发明就是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够确保画质性能，并且在大散焦状态下能够迅速地进行焦点检测的摄像元件和摄像装置。
用于解决课题的手段
本发明第1方面的摄像装置具有：多个摄像用像素；多个焦点检测用像素，该多个焦点检测用像素的受光部的开口位置相对于该摄像用像素偏离；以及多个滤色器，该多个滤色器对应于上述摄像用像素和焦点检测用像素配置，开口位置在第1方向上偏离的第1焦点检测用像素配置于上述摄像用像素的与第1滤色器对应的位置上，开口位置在上述第1方向上偏离，并且开口率与上述第1焦点检测用像素不同的第2焦点检测用像素配置于与上述第1滤色器对应的位置上，开口位置在与上述第1方向垂直的第2方向上偏离的第3焦点检测用像素配置于上述摄像用像素的与不同于上述第1滤色器的第2滤色器对应的位置上，上述摄像元件还具有将像素信号混合读出并输出的像素混合读出部，上述像素混合读出部在将与上述第1滤色器对应的摄像用像素的输出混合读出的情况下，不混合上述第1焦点检测用像素的输出和上述第2焦点检测用像素的输出而进行读出，在将与上述第2滤色器对应的摄像用像素的输出混合读出的情况下，混合上述第3焦点检测用像素的输出而进行读出。
本发明第2方面的摄像装置具有摄像元件，该摄像元件包含多个摄像用像素和受光部的开口位置相对于该摄像用像素偏离的多个焦点检测用像素，该摄像装置具有在摄影画面内设定焦点检测区域的焦点检测区域设定部，上述摄像元件中，开口位置在第1方向上偏离的第1焦点检测用像素配置于上述摄像用像素的与第1滤色器对应的位置上，开口位置在上述第1方向上偏离并且开口率与上述第1焦点检测用像素不同的第2焦点检测用像素配置于与上述第1滤色器对应的位置上，开口位置在与上述第1方向垂直的第2方向上偏离的第3焦点检测用像素配置于上述摄像用像素的与不同于上述第1滤色器的第2滤色器对应的位置上，上述焦点检测区域设定部将配置上述第2焦点检测用像素的位置设定成焦点检测区域的边界附近，在与上述焦点检测区域相当的上述摄像元件的区域中不配置上述第2焦点检测用像素，上述摄像元件还具有将像素信号混合读出并输出的像素混合读出部，上述像素混合读出部在将与上述第1滤色器对应的摄像用像素的输出混合读出的情况下，不混合上述第1焦点检测用像素的输出和上述第2焦点检测用像素的输出而进行读出，在将与上述第2滤色器对应的摄像用像素的输出混合读出的情况下，混合上述第3焦点检测用像素的输出而进行读出。
发明的效果
根据本发明，可提供一种确保画质性能，并且在大散焦状态下能够迅速地进行焦点检测的摄像元件和摄像装置。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的摄像元件的像素排列的俯视图。
图2是表示在本发明的一个实施方式的摄像元件中RL像素与BT像素的配置关系的俯视图。
图3是表示在本发明的一个实施方式的摄像元件中，通常的焦点检测用像素和大散焦状态时的焦点检测用像素的配置和开口部的形状的图。
图4是表示本发明的一个实施方式的摄像元件的焦点检测用像素的特性的曲线图。
图5是表示本发明的一个实施方式的摄像元件中像素的配置的图。
图6是说明本发明的一个实施方式的摄像元件中混合读出的图。
图7是表示本发明的一个实施方式的摄像元件中大散焦状态时的焦点检测用像素的配置的图。
图8是表示应用了本发明的一个实施方式的摄像元件的数字相机的主要电气结构的框图。
图9是表示应用了本发明的一个实施方式的摄像元件的数字相机的动作的流程图。
具体实施方式
以下，作为本发明的一个实施方式说明用于摄像元件的示例。本实施方式的摄像元件基本具备像素遮光型的像面相位差AF功能，将水平像素列(RL像素列)按照4像素间距以上的间隔配置(具体参见图1等)，并且将垂直像素列(TB像素列)也按照4像素间距以上的间隔配置。该TB像素列以将RL像素列正好旋转90度后的间隔配置(具体参见图2(b))。
此外，在配置于G像素以外的像素(例如参见图1-3所示的Bb像素或Rr像素)上的焦点检测用像素中，使遮光率存在2种以上的不同遮光率(具体参见图3、图4等)。该2种遮光率中的一种遮光率是用于确保对焦附近的性能的像素，而另一种遮光率是用于在大散焦状态下检测散焦量的像素。此外，焦点检测用像素配置于摄像面的有效区域的整体的面上，以同一间距配置焦点检测用像素，将其中一部分的像素(T2像素、B2像素)作为大散焦用的像素，并配置为线状(具体参见图3(e)、图7等)。
此外，进行控制以在混合读出时将配置有大散焦用的焦点检测用像素(例如参见图3(c)的T2像素、B2像素)的AF像素列跳过而进行读出(关于混合读出参见图6)。大散焦用的焦点检测用像素(参照T2像素、B2像素)配置于AF测距区域的间隙或边界附近(具体参见图7)。大散焦用的焦点检测用像素细密配置于画面的中央附近，还配置于画面内的外侧(具体参见图7)。在配置于G像素以外的焦点检测用像素中配置大散焦用的焦点检测用像素。
图1表示摄像元件21的摄像用像素和焦点检测用像素的配置。图1是将右侧开口的焦点检测用像素(R像素)和左侧开口的焦点检测用像素(L像素)在横向(水平方向)上以4像素间距的间隔配置的示例。另外，图1中采用了4像素间距的间隔，而只要具有4像素间距以上的间隔即可。其原因在于，如果将焦点检测用像素配置为小于4像素间距，则难以保证画质性能。
图1中，在不包含焦点检测用像素的通常的拜耳排列的摄像元件的情况下R像素或L像素配置于配置有G像素(具有G滤色器的摄像用像素)的位置的一部分位置上。在不配置R像素或L像素的情况下，在2×2像素的范围内，沿斜向配置2个G像素(配置有绿色滤色器的摄像用像素)，而在其他的斜向的位置上配置有1个Bb像素(配置有蓝色滤色器的摄像用像素)和1个Rr像素(配置有红色滤色器的摄像用像素)。
并且，图1中，在不包含焦点检测用像素的通常的拜耳排列的摄像元件的情况下，在配置有G像素的位置(x1，y1)、(x5，y1)、(x9，y1)、(x13，y1)、···、(x3，y9)、(x7，y9)、(x11，y9)、(x15，y9)、···上配置有R像素，并且在位置(x1，y5)、(x5，y5)、(x9，y5)、(x13，y5)、···、(x3，y13)、(x7，y13)、(x11，y13)、(x15，y13)、···上配置有L像素。这样，R像素和L像素沿横向(水平方向)每隔4像素配置于不包含焦点检测用像素的通常的摄像元件的配置G像素的一部分位置上。
此外，在进行焦点检测时，可以分别使用R像素和L像素的各1个来计算相位差，而在本实施方式中，将摄像元件21的纵向(垂直方向)的规定范围内(Rsumarea内)的R像素的输出相加，作为1个像素的图像数据来处理。同样地，将摄像元件21的纵向(垂直方向)的规定范围内(Lsumarea内)的L像素的输出相加，作为1个像素的图像数据来处理。根据该规定范围内的R像素的相加值和L像素的相加值的横向(水平方向)的变化计算相位差。
此外，在规定的范围内(Rsumarea和Lsumarea)，将y方向上不同位置的R像素在x方向上错开2个像素来配置。即，相对于位置(x，y1)、(x5，y1)、···的R像素，在横向上错开2个像素的(x3，y9)、(x7，y9)、···也配置R像素。其原因在于，相对于取样间距(图1的示例为4像素)更细密地配置焦点检测用像素，能够确保AF精度。对于L像素也采用同样的配置。
接着，使用图2，说明T像素和B像素的配置。图2(a)与图1所示的像素排列相同。当以该图2(a)的右下角O为中心顺时针旋转90度，并在Bb像素的位置配置B像素和T像素时，可得到图2(b)的像素配置。并且，当将图2(a)所示的R像素和L像素与图2(b)所示的T像素和B像素重合时，如图2(c)所示，可得到RL像素(表示R像素和L像素的双方时的简称)和TB像素(表示T像素和B像素的双方时的简称)的像素配置。
例如，当将位置(x1，y1)的R像素以位置O为中心旋转90度(位置(x16，y1))，为使其对应于图2(a)的配置的Bb像素而向左斜下方移动1个像素的距离时，成为(x15，y2)的位置，将B像素配置于该位置处。另外，当将位置(x1，y5)的L像素以位置O为中心旋转90度(位置(x12，y1))，为使其对应于图2(a)的配置的Bb像素而向左斜下方移动1个像素的距离时，成为(x11，y2)的位置，将T像素配置于该位置处。
这样，本实施方式的像素配置(图2(c)所示)以4像素间距以上的间隔配置RL像素的水平像素列，并且，TB像素的垂直像素列是与RL像素列相同的像素间距，以将RL像素列正好旋转90度后的间隔配置。此外，TB像素的位置原本位于Bb像素的位置，代替蓝色滤色器而置换为绿色或透明的滤色器。
下面，使用图3，说明在通常时使用的焦点检测用像素和在大散焦状态时使用的焦点检测用像素。图3(a)表示通常时使用的焦点检测用像素(RL像素、TB像素)的配置。图3(a)中的通常的焦点检测用像素的配置与图2(c)的像素配置实质上相同，而为了便于说明，变更了坐标系。图3(a)与图2(c)的坐标的对应如下所示。将从图3(a)到图2(c)的对应利用→表示时，(x1，y1)→(x9，y1)、(x1，y16)→(x9，y16)、(x8，y1)→(x16，y1)、(x8，y16)→(x16，y16)。
图3(b)表示通常的焦点检测用像素内的T像素和B像素的遮光部件的形状。遮光部件21a表示B像素的开口形状(遮光形状)。即，遮光部件21a遮挡来自上侧的被摄体光束，以使得来自下侧的被摄体光束入射到焦点检测用像素(B像素)。另一方面，图3(b)所示的遮光部件21b表示T像素的开口(遮光形状)。即，遮光部件21b遮挡来自下侧的被摄体光束，以使得来自上侧的被摄体光束入射到焦点检测用像素(T像素)。
图3(c)表示大散焦状态时使用的焦点检测用像素(RL像素、T2像素、B2像素)的配置。图3(c)中的大散焦时使用的焦点检测用像素的配置对于RL像素而言与图3(a)相同。然而，如图3(c)所示，在图3(a)的B像素和T像素的位置上配置B2像素和T2像素。
图3(d)示出作为大散焦状态时使用的焦点检测用像素的T2像素和B2像素的开口形状。遮光部件21c表示B2像素的开口形状(遮光形状)。即，遮光部件21c遮挡来自上侧的被摄体光束和来自偏离了光轴的下侧的被摄体光束，以使得从下侧通过了光轴中心附近的被摄体光束入射到焦点检测用像素(B2像素)。如图所示，在上侧的一半和下侧的一部分设有遮光部。后面使用图4说明基于该遮光部件21c的B2像素的感光度特性。
另一方面，图3(d)所示的遮光部件21d表示T2像素的开口(遮光形状)。即，遮光部件21d遮挡来自下侧的被摄体光束和来自偏离了光轴的上侧的被摄体光束，以使得从上侧通过了光轴中心附近的被摄体光束入射到焦点检测用像素(T2像素)。如图所示，在下侧的一半和上侧的一部分设有遮光部。后面使用图4说明基于该遮光部件21d的T2像素的感光度特性。
图3(e)表示配置有通常时的焦点检测用像素(RL像素、TB像素)的区域和配置有大散焦状态时检测用的焦点检测用像素(RL像素、T2像素、B2像素)的区域。即，图3(e)表示摄像元件21的摄像面的整个区域。并且，区域21m上配置有将TB像素配置于垂直像素列的通常时用的焦点检测用像素。此外，区域21n上配置有将T2像素、B2像素配置于垂直像素列(图3(e)的示例为6列)的大散焦用的焦点检测用像素。另外，后面使用图7说明配置有焦点检测用像素的区域21n与AF测距区域的关系。
本实施方式中，通常时的焦点检测用像素(T像素、B像素)和大散焦时的焦点检测用像素(T2像素、B2像素)以相同间距、相同周期配置。因此，如后所述，在从摄像元件21进行混合读出时，易于跳过。此外，大散焦时的焦点检测用像素(T2像素、B2像素)在摄像元件21的摄像面的大致中央附近细密地配置，而在周边部稀疏配置。其原因在于，如后所述，在将摄像元件21组装入摄像装置时，通常AF区域集中于摄影画面中央附近，而通过将大散焦时的焦点检测用像素(T2像素、B2像素)在中央部比在周边部配置得更细密，能够提高其与AF区域的一致度。
下面，使用图4，说明通常时的焦点检测用像素(R像素、L像素)和大散焦时的焦点检测用像素(T2像素、B2像素)的特性。首先，图4(a)表示通常的摄像用像素的感光度变化和焦点检测用像素(R像素、L像素)的感光度变化。在该曲线图中，横轴表示被摄体光束的入射角度，入射角度0度是垂直于摄像面的入射角度。另外，纵轴表示归一化感光度(a.u.：arbitrary unit)。
根据图4(a)可知，通常的摄像用像素的感光度N在入射角度的全域具有感光度，并且以入射角度0度为中心而大致左右对称。另外，作为焦点检测用像素的R像素的感光度R1在入射角度为负侧时具有感光度，而在入射角度θr1附近成为感光度的最大值。此外，摄像用像素的感光度N在与R像素的感光度成为最大值的角度相比更靠负侧的角度时差较小。进而，R像素的感光度在入射角度为正侧时较小，而在入射角度为大于θr0的角度时感光度可视作最小值。
此外，作为焦点检测用像素的L像素的感光度L1在入射角度为正侧时具有感光度，并且在入射角度θl1附近成为感光度的最大值。此外，摄像用像素的感光度N在与L像素的感光度为最大值的角度相比更靠正侧的角度时差较小。进而，L像素的感光度在入射角度为负侧时较小，而在入射角度为小于θl0的角度时感光度可视作最小值。
这样，R像素和L像素的感光度特性以入射角度0度附近作为中心，在R像素和L像素的感光度的峰值间的范围PL1内呈左右对称。此外，两个像素的感光度值在入射角度0度附近相交叉，在图4(a)的示例中，交叉点角度时的感光度值为0.5左右，并且交叉点附近的两个感光度的斜率的绝对值大致相等。
图4(b)表示通常的摄像用像素的感光度变化和大散焦时的焦点检测用像素(T2像素、B2像素)的感光度变化。在该曲线图中，与图4(a)同样地，横轴表示被摄体光束的入射角度，入射角度0度是像素的大致中心。另外，纵轴表示归一化感光度(a.u.：arbitraryunit)。
图4(b)中，通常的摄像用像素的感光度N示出与图4(a)同样的形状。作为大散焦时的焦点检测用像素的B2像素的感光度B2在入射角度为负侧时具有感光度，而在入射角度θb2附近感光度值成为峰值。此外，作为大散焦时的焦点检测用像素的T2像素的感光度T2在入射角度为正侧时具有感光度，而在入射角度θt2附近感光度值成为峰值，与B2像素的峰值大致相同。
这样，B2像素和T2像素的感光度特性以入射角度0度附近为中心，在B2像素和T2像素的感光度的峰值间的范围PL2内呈左右对称。此外，两个像素的感光度值在入射角度0度附近相交叉，在图4(b)的示例中，交叉点处的感光度值小于0.5，与通常时相比，交叉点角度的感光度值变低。此外，交叉点附近的两个感光度的斜率的绝对值大致相等，该角度与通常时相比变小。
因此，大散焦时，与通常时相比，峰值间的角度范围变小，峰值感光度值变低，交叉点角度的感光度值也变低，进而交叉点角度的斜率也变小。因此，在大散焦状态下，通过使用来自T2像素和B2像素的信号，而容易产生来自上侧的被摄体光束与来自下侧的被摄体光束之差，能够计算散焦量。
下面，使用图5，说明本实施方式的摄像用像素、焦点检测用像素(R像素、L像素、T像素、B像素、T2像素、B2像素)的配置的一例。图5的示例中，示出了纵向(垂直方向)16个像素、横向(水平方向)64个像素的配置例(图5的示例中，上段的右端与下段的左端连接，在附图中为了方便而划分为上下来记载)。焦点检测用像素如使用图3(e)所说明的那样，以相同间距配置于画面整体的面上(图5的示例为4像素间距)，并将其中一部分的像素(T像素和B像素)置换为大散焦用的像素(T2像素、B2像素)且配置于行上。
即，在图5所示的例子中，T像素和B像素例如配置于彼此相离4个像素的x3列和x7列、x11列和x15列、x51列和x55列、x59列和x63列。另外，T2像素和B2像素配置于彼此相离4个像素的x19列和x23列、x27列和x31列、x35列和x39列、x43列和x47列。在图5所示的垂直方向上配置的T2像素和B2像素设有多列，在图3(e)所示的区域21n的1个区域内配置有这些多个像素列。
下面，说明焦点检测用像素的读出。焦点检测用像素在以下2点与通常的摄像用像素相比特性不同，因此进行校正处理以确保静态图像的画质。
(i)焦点检测用像素与通常的摄像用像素相比，被遮挡住30％～80％左右的光，因此与摄像用像素相比光量不同(光量减少30％～80％左右)；
(ii)如果焦点偏离的被摄体像入射到摄像元件面，则相位会偏离(使用该特性来检测散焦量，而基于画质的观点而言，则相位偏离会成为问题)。
基本而言，关于RL像素和TB像素，针对上述的2个不同特性需要进行校正处理。该校正方法已在日本国公开专利2013-257494号公报和日本国公开专利2013-106124号公报中详细描述，因而在此省略说明。
如上所述，针对静态图像摄影时的像素数据进行校正处理，而在实时取景显示中或动态图像记录中的像素数据的读出时，进行混合读出，执行与静态图像摄影的情况不同的处理。使用图6说明该混合读出。
如上所述，在本实施方式中，TB像素配置于不包含焦点检测用像素的摄像元件的情况下的Bb像素的位置。在进行混合读出时，跳过焦点检测用像素的TB像素进行读出。其原因在于，Bb像素作为颜色信息的贡献度高，而作为亮度信息的贡献度低，因此即使缺失了一部分的Bb像素信息，在动态图像的情况下画质也足够成立。这样，RL像素作为混合读出的对象，而TB像素在像素读出时跳过，从而不必进行复杂的校正处理，就能够确保动态图像的画质。
图6所示的例子表示用于说明像素混合读出时的像素混合的像素配置和混合的像素块。另外，图6(a)所示的像素配置与图3(a)所示的像素配置实质上相同，而为了便于说明，变更了坐标系。图6(a)与图3(a)的坐标的对应如下所述。如果将从图6(a)到图3(a)的对应利用→表示，则(x1，y1)→(x1，y16)、(x1，y16)→(x1，y1)、(x8，y1)→(x8，y16)、(x8，y16)→(x8，y1)。4像素混合读出是将相邻的垂直方向的同色的2行的水平方向的同色2像素共计4像素混合而读出1行的量的像素列的方式。另外，图6所示的例子中，示出读出图的下侧的行(像素)的情况。
图6(a)示出用于说明4像素混合读出动作的摄像元件21的一部分的区域的像素配置。在将摄像元件21的像素如图6(a)所示划分为区域A、B、C、D时，在各区域内，与通常的不包含焦点检测用像素的摄像元件的配置相比，RL像素的配置和TB像素的配置不同。
图6(b)是图6(a)中的区域A(被位置(x1，y13)、(x4，y13)、(x1，y16)、(x4，y16)围起来的矩形范围)的放大图。在进行4像素混合读出的情况下，关于该范围的像素(像素块)，通过下式(1)～(4)求出各RGB像素(拜耳排列的情况下的红色、绿色、蓝色像素)的数据。
另外，如图6(b)所示，作为各区域内的坐标的显示，将左下角的像素位置设定为Gr(0、0)，朝向水平方向右侧按顺序设定为Rr(1、0)、Gr(2、0)、Rr(3、0)，将垂直方向的上方表示为Bb(0、3)。另外，该坐标的获取方式在图6(c)、(d)、(e)中也相同。
Gr_mix1＝{Gr(0，0)：R+Gr(2，0)+Gr(0，2)+Gr(2，2)}/4···(1)
Rr_mix1＝{Rr(1，0)+Rr(3，0)+Rr(1，2)+Rr(3，2)}/4···(2)
Gb_mix1＝{Gb(1，1)+Gb(3，1)+Gb(1，3)+Gb(3，3)}/4···(3)
Bb_mix1＝{Bb(0，1)+Bb(0，3)+Bb(2，3)}/3···(4)
根据图6(b)可知，对于Gr混合像素(绿色混合像素)、Gb混合像素(绿色混合像素)和Rr混合像素(红色混合像素)，将区域A内的同色的4个像素的像素数据相加并除以4，从而计算混合值(参见式(1)～(3))。这种情况下，如式(1)所示，在求出Gr混合像素数据时，R像素(位置Gr(0、0))也成为相加对象。另一方面，如式(4)所示，对于Bb混合像素(蓝色混合像素)，将区域A内的同色3个像素的像素数据相加，而不将位于Bb(2、1)的T像素作为相加对象，仅利用其他的3个同色像素计算混合值。
图6(c)是图6(a)中的区域B(被位置(x5，y13)、(x8，y13)、(x5，y16)、(x8，y16)围起来的矩形范围)的放大图。在对该范围的像素进行混合读出的情况下，各RGB像素(拜耳排列的情况下的红色、绿色、蓝色像素)的数据可通过下式(5)～(8)求出。
Gr_mix2＝{Gr(0，0)：R+Gr(2，0)+Gr(0，2)+Gr(2，2)}/4···(5)
Rr_mix2＝{Rr(1，0)+Rr(3，0)+Rr(1，2)+Rr(3，2)}/4···(6)
Gb_mix2＝{Gb(1，1)+Gb(3，1)+Gb(1，3)+Gb(3，3)}/4···(7)
Bb_mix2＝{Bb(0，1)+Bb(0，3)+Bb(2，3)}/3···(8)
图6(d)是图6(a)中的区域C(被位置(x9，y13)、(x12，y13)、(x9，y16)、(x12，y16)围起来的矩形范围)的放大图。在对该范围的像素进行混合读出的情况下，各RGB像素(拜耳排列的情况下的红色、绿色、蓝色像素)的数据可通过下式(9)～(12)求出。
Gr_mix3＝{Gr(0，0)：R+Gr(2，0)+Gr(0，2)+Gr(2，2)}/4···(9)
Rr_mix3＝{Rr(1，0)+Rr(3，0)+Rr(1，2)+Rr(3，2)}/4···(10)
Gb_mix3＝{Gb(1，1)+Gb(3，1)+Gb(1，3)+Gb(3，3)}/4···(11)
Bb_mix3＝{Bb(0，1)+Bb(0，3)+Bb(2，1)}/3···(12)
图6(e)是图6(a)中的区域D(被位置(x13，y13)、(x16，y13)、(x13，y16)、(x16，y16)围起来的矩形范围)的放大图。在对该范围的像素进行混合读出的情况下，各RGB像素(拜耳排列的情况下的红色、绿色、蓝色像素)的数据可通过下式(13)～(16)求出。
Gr_mix4＝{Gr(0，0)：R+Gr(2，0)+Gr(0，2)+Gr(2，2)}/4···(13)
Rr_mix4＝{Rr(1，0)+Rr(3，0)+Rr(1，2)+Rr(3，2)}/4···(14)
Gb_mix4＝{Gb(1，1)+Gb(3，1)+Gb(1，3)+Gb(3，3)}/4···(15)
Bb_mix4＝{Bb(0，1)+Bb(0，3)+Bb(2，1)}/3···(16)
图6(c)～(e)的情况也与图6(b)同样，对于Gr混合像素(绿色混合像素)、Gb混合像素(绿色混合像素)和Rr混合像素(红色混合像素)，将区域B～D内的同色的4个像素的像素数据相加并除以4，从而计算混合值。这种情况下，求出Gr混合像素数据时，R像素(位置Gr(0、0))也成为相加对象(参见式(5)、(9)、(13))。另一方面，对于Bb混合像素(蓝色混合像素)，将区域B内的同色3个像素的像素数据相加，而不将位于Bb(2、1)的B像素作为相加对象，仅利用其他的3个同色像素计算混合值(参见式(8))。此外，在区域C、D内，对于Bb混合像素(蓝色混合像素)，将同色3个像素的像素数据相加，而不将位于Bb(2、3)的T像素或B像素作为相加对象，仅利用其他的3个同色像素计算混合值(参见式(12)、(16))。
下面，使用图7，说明AF测距区域和大散焦时的焦点检测用像素的配置。在图7(a)、(b)中，各矩形部分是AF测距区域，图7(a)示出以21m(图3(e))的左上为基准，从区域(1、1)到(11、11)将AF测距区域分割为11×11的情况，图7(b)示出从区域(1、1)到(13、13)将AF测距区域分割为13×13的情况。
在图7(a)所示的AF测距区域被分割为11×11的示例中，此外在图7(b)所示的AF测距区域被分割为13×13的示例中，大散焦时的焦点检测用像素(T2像素和B2像素)配置于在垂直方向上延伸的区域21n1～21n6。根据图7(a)、(b)可知，这些区域21n1～21n6都位于AF测距区域的边界附近。
通常用的焦点检测用像素(T像素、B像素)被设计为在对焦点附近成为高精度，而大散焦时用的焦点检测用像素(T2像素、B2像素)在对焦点附近检测精度并不十分高。因此，优选在AF测距区域内尽量配置通常用的焦点检测用像素。与此相对，大散焦时用的焦点检测用像素只要能够检测大致的散焦量和散焦方向即可，因而在AF测距区域与AF测距区域之间的间隙或边界附近也足够了。另一方面，作为AF测距区域的划分方式，可根据数字相机的设计思想来适当进行。即，将AF测距区域细微地进行划分或大致划分等，可根据各种设计思想进行划分。
于是，在本实施方式中，AF测距区域为11×11、13×13等，在根据相机的机型而AF测距区域的划分不同的情况下，大散焦时用的焦点检测用像素(T2像素、B2像素)大致配置于成为AF测距区域的间隙或边界附近的位置处。这种情况下，在摄像面的中央附近，通常AF测距区域细密地配置，因而配置大散焦时用的焦点检测用像素的区域21n2～21n5的配置也变得细密，而在周边变得稀疏。其原因在于，例如在将AF区域配置形成为11×11(图7(a))或13×13(图7(b))的情况下的任意的AF区域配置时，都将AF区域与大散焦检测用的焦点检测用像素(T2像素、B2像素)形成为适当的位置关系。
一般地，AF区域以画面中心为基准而确定配置，因此在画面中央附近处，不同配置的AF区域的大小之差如果变小至某种程度，则AF区域的边界与T2像素、B2像素的位置偏差就小。例如，图7的2种AF区域配置的情况下，如果T2像素、B2像素都为共通的配置，则在从21n2到21n5，AF区域的横侧的边界与T2像素、B2像素的位置偏差小，适当的位置关系成立。然而，在从21n1至21n2之间、从21n5至21n6之间，在不同的AF区域配置之间由于AF区域的大小之差而使得AF区域的横侧的边界偏离变大。
因此，如果按照其中的一个AF区域配置来配置T2像素、B2像素，则在另一个AF区域配置中，T2像素、B2像素位于从21n1至21n2之间或从21n5至21n6之间的AF区域的内部的中央附近。于是，会发生位于从21n1至21n2之间或从21n5至21n6之间的AF区域的AF精度降低的问题。为了消除这种问题，在图7的从21n1至21n2之间、从21n5至21n6之间不配置T2像素、B2像素。此外，由于T2像素、B2像素是大散焦检测用的像素，因此细密配置于画面整个表面上并不具备效果。
这样，在本实施方式中，在不包含焦点检测用像素的通常的摄像元件的Bb像素的位置上作为焦点检测用像素的T像素和B像素，在该T像素和B像素的位置上配置大散焦检测用的T2像素和B2像素。配置于G像素以外的Bb像素或Rr像素的位置上的焦点检测用像素如使用图6所说明的那样，由于在混合读出时跳过而进行读出，因此即使遮光率发生变化也不存在问题。于是，对于在Bb像素或Rr像素上配置的焦点检测用像素而言，通过使遮光率不同，从而在大散焦的情况下也能够检测散焦量或散焦方向。
下面，使用图8，说明组装入了本实施方式的摄像元件21的数字相机。图8是表示本发明的一个实施方式的相机的主要电气结构的框图。本实施方式的相机通过更换镜头镜筒10和相机主体20构成。本实施方式中，将更换镜头镜筒10和相机主体20分体构成，然而也可以如一般的紧凑型相机那样构成为一体。
更换镜头镜筒10内配置有摄影镜头11。摄影镜头11由用于形成被摄体S的光学像的多个光学镜头构成。此外，更换镜头镜筒10内设置有致动器12和镜头控制部13。镜头控制部13从相机主体20内的AF运算部23接收焦点偏离方向和焦点偏离量，并根据这些信息，进行致动器12的控制。致动器12使摄影镜头11在光轴方向上移动，进行焦点对准。
在相机主体20内设置有摄像元件21、图像处理部22、AF运算部23、记录部24和显示部25。另外，图像处理部22或AF运算部23内除了硬件电路之外，还设置有CPU(CentralProcessor Unit：中央处理单元)，图像处理部22和AF运算部23的处理的一部分通过软件执行。
摄像元件21配置在摄影镜头11的光轴上的、被摄体像的成像位置附近。摄像元件21具有多个像素，该多个像素具有将被摄体像(光学像)变换为电气信号的光电变换部。即，摄像元件21的构成各像素的光电二极管二维地配置为矩阵状，各光电二极管产生对应于受光量的光电变换电流，该光电变换电流的电荷被连接于各光电二极管的电容器蓄积。各像素的前表面上配置有拜耳排列的RGB滤色器。这些多个光电二极管对应于前述的多个像素。
此外，如使用图1至图7所说明的那样，摄像元件21的多个像素包含：构成为限制入射到像素的光束的入射方向的焦点检测用像素(RL像素、TB像素、T2像素和B2像素)；以及构成为与焦点检测用像素相比，对入射到像素的光束不受限制的摄像用像素。摄像元件21将从焦点检测用像素和摄像用像素输出的像素值输出给图像处理部22和AF运算部23。
图像处理部22输入来自摄像用像素和焦点检测用像素(其中，不包含TB像素、T2像素和B2像素，仅为RL像素)的混合像素值，进行用于实时取景显示用图像和动态图像记录用图像的图像处理。此外，输入来自摄像用像素和焦点检测用像素的像素值，进行静态图像记录用的图像处理。此外，图像处理部22将为了记录用而进行了处理的图像数据输出给记录部24，并将为了实时取景显示用而进行了图像处理的图像数据输出给显示部25。
记录部24具有可电改写的非易失性存储器，输入记录用的图像数据并记录。显示部25输入实时取景显示用的图像数据或再现用的图像数据，在LCD或有机EL等的显示面板上进行基于图像数据的实时取景图像或再现图像的显示。
AF运算部23输入像素值中的来自焦点检测用像素(RL像素、TB像素、T2像素和B2像素)的像素值，通过相位差AF法运算焦点偏离方向和焦点偏离量。
另外，关于像素值的混合，既可以在从摄像元件21读出时进行像素混合，也可以使用从摄像元件21读出的像素值，在图像处理部22或AF运算部23通过数字运算进行像素混合。
本实施方式设置了像素混合读出部的功能，由摄像元件21、图像处理部22或AF运算部23等中的任意一个或任意的各部协作，将像素信号混合读出。该像素混合读出部在将对应于第1滤色器的摄像用像素的输出混合读出的情况下(例如，将Bb像素或Rr像素混合读出的情况)，不混合第1焦点检测用像素(例如，T像素或B像素)与第2焦点检测用像素(例如，T2像素或B2像素)的输出而进行读出(例如参见图3、图4A、图4B)。
此外，本实施方式中对AF运算部23等设置了焦点检测区域设定部的功能，以在摄影画面内设定焦点检测区域。作为焦点检测区域设定部，既可以由摄影者通过操作部而手动设定焦点检测区域(参见图7的AF测距区域)，也可以将最近处的存在被摄体的区域或人物的脸部等自动设定为焦点检测区域。
下面，使用图9所示的流程图，说明相机的动作。该流程图通过按照在设置于相机主体20内的非易失性的存储器(未图示)中存储的程序，通过设置于图像处理部22或AF运算部23内的CPU(Central Processor Unit：中央处理单元)等的控制部控制相机内的各部而执行。
在相机的电源接通时，图9所示的流程图开始。开始流程后，首先进行实时取景图像(实时取景显示用图像数据)的取入(S1)。这里，如使用图6所说明的那样，由摄像元件1从通常的摄像用像素和焦点检测用像素(除TB像素、T2像素、B2像素)进行混合读出。
进行了实时取景图像取入后，接着进行AF像素校正处理(S3)。这里，对焦点检测区域的焦点检测用像素的RL像素进行校正处理。即，由于焦点检测用像素的开口被限制，因而像素值变小。进行校正以成为与通常的摄像用像素同等程度的等级。作为焦点检测用像素的RL像素的输出值包含于G像素的像素混合输出值中，因此使用未混合未图示的RL像素的G像素的混合像素输出值或基于与摄影镜头11的光学特性对应的像高位置的校正数据等进行校正处理。
进行了AF像素校正处理后，接着进行实时取景图像显示(实时取景显示)(S5)。这里，使用在步骤S1中读出，并在步骤S3进行了校正处理的图像数据，由图像处理部22在显示部25上进行实时取景图像显示。
进行了实时取景图像显示后，接着进行是否进行了第1释放按下的判定(S7)。这里，根据基于释放按钮的半按操作而接通断开的开关的状态来判定是否进行了释放按钮的半按操作、即第1释放按下。在该判定的结果为第1释放未被按下的情况下，返回步骤S1。
另一方面，在步骤S7的判定结果为第1释放已被按下的情况下，进行AF用曝光(S9)。这里，对焦点检测区域的焦点检测用像素(RL像素、TB像素、T2像素、B2像素)进行曝光控制以使其成为适当曝光，并从摄像元件21读出RL像素、TB像素、T2/B2像素的像素值的相加值(参见图1)。
当进行了AF用曝光时，接着进行焦点偏离量的检测(S11)。这里，使用焦点检测区域的焦点检测用像素(RL像素和TB像素)的像素值的相加值(Rsumarea内的R像素的输出的相加值、Lsumarea内的L像素的输出的相加值)，计算摄影镜头11的焦点偏离方向(散焦方向)和焦点偏离量(散焦量)。另外，在大散焦的情况下，首先使用大散焦用的焦点检测用像素(T2像素、B2像素)，计算大致的焦点偏离方向(散焦方向)和焦点偏离量(散焦量)。
检测到了焦点偏离量时，接着判定是否为对焦状态(S13)。这里，根据在步骤S11计算的焦点偏离量是否进入规定范围内(视作对焦的范围)来判定。
在步骤S13的判定结果并非对焦状态的情况下，进行对焦镜头驱动(S15)。这里，根据在步骤S11计算的焦点偏离量、焦点偏离方向，由镜头控制部13通过致动器12使摄影镜头11移动至对焦位置。进行了对焦镜头驱动后，返回步骤S1。
在步骤S13的判定结果为对焦状态的情况下，判定是否进行了第2释放按下(S17)。摄影者观察实时取景图像，在判断为快门时机的情况下进行释放按钮的全按、即第2释放按下。于是，在该步骤中，根据基于释放按钮的全按操作而接通断开的开关状态来判定。在该判定的结果为第2释放开关未被按下的情况下，返回步骤S1。
在步骤S17的判定结果为进行了第2释放按下的情况下，进行正式曝光(S19)。这里，根据预先确定的曝光控制值来进行摄像元件21的曝光动作。在该曝光结束时，从摄像元件21中读出所有像素(通常的摄像用像素和焦点检测用像素)的像素值，并由图像处理部22生成静态图像的图像数据。在该图像数据的生成时，对来自焦点检测用像素的像素值进行校正处理。图像数据在生成后被记录于记录部24。
正式曝光结束后，接着判定相机电源是否断开(S21)。这里，根据相机的电源开关的状态进行判定。在该判定的结果为电源未断开的情况下，返回步骤S1。另一方面，在电源断开的情况下，进行了结束处理后成为电源断开状态。
如上所述，本发明的一个实施方式的摄像元件21具有：多个摄像用像素；多个焦点检测用像素(RL像素、TB像素、T2/B2像素)，它们的受光部的开口位置相对于该摄像用像素偏离；以及多个滤色器，它们对应于摄像用像素和焦点检测用像素配置。此外，该摄像元件21将开口位置在第1方向(例如，图3(a)、(c)的纵向)上偏离的第1焦点检测用像素(例如，TB像素)配置于摄像用像素的与第1滤色器(例如，蓝色滤色器或红色滤色器)对应的位置上，将开口位置在第1方向上偏离并且开口率与第1焦点检测用像素不同的第2焦点检测用像素(例如，T2/B2像素)配置于与第1滤色器对应的位置上。因此，能够确保画质性能，并且在大散焦状态下也能够迅速地进行焦点检测。即，由于在与第1滤色器对应的位置处配置焦点检测用像素，因而能够确保画质性能，并且由于配置了与第1焦点检测用像素开口率不同的第2焦点检测用像素，因而在大散焦状态下也能够迅速地进行焦点检测。
此外，本发明的一个实施方式中，第2焦点检测用像素(T2/B2像素)的开口率小于第1焦点检测用像素(TB像素)的开口率(例如，参见图3(b)、(d))。因此，通过使用第2焦点检测用像素，在大散焦状态下也能够易于进行散焦量的检测。
此外，本发明的一个实施方式中，第2焦点检测用像素(T2/B2像素)以规定的像素间距列状配置(例如，参见图3(c)、图5等)。因此，在读出像素时，不必进行特别的处理，就能够与其他的焦点检测用像素同样地进行读出。
此外，本发明的一个实施方式中，将开口位置在与第1方向(例如，图3(a)、(c)的纵向)垂直的第2方向(例如，图3(a)、(c)的横向)上偏离的第3焦点检测用像素(例如，RL像素)配置于摄像用像素的与不同于第1滤色器的第2滤色器(例如，绿色滤色器)对应的位置上。因此，能够对在第2方向上易于检测散焦量的被摄体也进行焦点对准。
此外，本发明的一个实施方式中，第1滤色器是蓝色或红色。本实施方式中，将第1和第2焦点检测用像素配置于蓝色或红色滤色器的位置上，这些滤色器的人类视觉感光度较低，不易对画质带来影响，因而在这种位置上配置焦点检测用像素也能够确保画质。
此外，本发明的一个实施方式中，摄像元件21将开口位置在第1方向上偏离的第1焦点检测用像素(例如，TB像素)配置于摄像用像素的与第1滤色器(例如，蓝色滤色器或红色滤色器)对应的位置上，将开口位置在第1方向上偏离并且开口率与第1焦点检测用像素不同的第2焦点检测用像素(例如，T2/B2像素)配置于与第1滤色器对应的位置上，而在相当于焦点检测区域的摄像元件的区域(例如，参见图7)不配置第2焦点检测用像素。因此，能够在焦点检测区域的对焦点附近配置高精度的第1焦点检测用像素。
此外，本发明的一个实施方式中，摄像元件21以摄影画面的中央部相比周边部更高的密度配置第2焦点检测用像素(例如，参见图7)。中央部设定了较多的焦点检测区域，通过采用这种结构，能够进行对应于所设定的焦点检测区域的测距。
另外，本发明的一个实施方式中，本发明的一个实施方式的摄像元件的像素间距为4像素间距，然而不限于此。此外，像素沿垂直的2个方向配置，然而不限于此。此外，RL像素、TB像素、T2/B2像素配置于RGB像素中的哪一方也不限于图示的例子。
此外，本发明的一个实施方式中，作为用于摄影的设备，使用数字相机进行了说明，而作为相机，既可以是数字单反相机或紧凑型数字相机，也可以是摄像机、摄影机等的动态图像用的相机，还可以是在移动电话、智能手机、便携信息终端(PDA：PersonalDigital Assist：个人数字助理)、个人计算机(PC)、平板型计算机、游戏设备等中内置的相机。无论何种情况，只要是组入了摄像元件的设备即可。
此外，本实施方式中，作为用于摄影的设备，使用数字相机进行了说明，而作为相机，既可以是数字单反相机或紧凑型数字相机，也可以是摄像机、摄影机等的动态图像用的相机，还可以是在移动电话、智能手机、便携信息终端(PDA：Personal Digital Assist：个人数字助理)、个人计算机(PC)、平板型计算机、游戏设备等中内置的相机。无论何种情况，只要是在摄像元件的一部分具有用于根据相位差方式进行焦点检测的焦点检测用像素的摄像元件或具有该摄像元件的设备，就能够应用本发明。
此外，关于在本说明书中说明的技术中的主要根据流程图说明的控制，大多可通过程序进行设定，有些可收纳于记录介质或记录部。作为在这种记录介质、记录部中的记录方式，既可以在产品出厂时进行记录，也可以使用所发布的记录介质，还可以经由因特网下载。
此外，关于专利权利要求书、说明书和附图中的动作流程，为了方便起见而使用“首先”、“下面”等的表现顺序的用语进行了说明的情况下，只要没有特别说明，则不表示必须按照这种顺序实施。
本发明不仅限于上述实施方式，可以在实施阶段在不脱离其主旨的范围内使结构要素变形并具体实现。此外，通过在上述实施方式中公开的多个结构要素的适当组合，能够形成各种的发明。例如，可以删除实施方式所示的全部结构要素中的若干结构要素。进而，还可以适当组合不同实施方式中的结构要素。
标号说明
10：更换镜头镜筒，11：摄影镜头，12：致动器，13：镜头控制部，20：相机主体，21：摄像元件，21a～21d：遮光部件，21m/21n：区域，21n1～21n6：区域，22：图像处理部，23：AF运算部，24：记录部，25：显示部。

Claims (6)

1.一种摄像元件，其具有：多个摄像用像素；多个焦点检测用像素，该多个焦点检测用像素的受光部的开口位置相对于该摄像用像素偏离；以及多个滤色器，该多个滤色器对应于上述摄像用像素和焦点检测用像素配置，该摄像元件的特征在于，
开口位置在第1方向上偏离的第1焦点检测用像素配置于上述摄像用像素的与第1滤色器对应的位置上，
开口位置在上述第1方向上偏离，并且开口率与上述第1焦点检测用像素不同的第2焦点检测用像素配置于与上述第1滤色器对应的位置上，
开口位置在与上述第1方向垂直的第2方向上偏离的第3焦点检测用像素配置于上述摄像用像素的与不同于上述第1滤色器的第2滤色器对应的位置上，
上述摄像元件还具有将像素信号混合读出并输出的像素混合读出部，
上述像素混合读出部在将与上述第1滤色器对应的摄像用像素的输出混合读出的情况下，不混合上述第1焦点检测用像素的输出和上述第2焦点检测用像素的输出而进行读出，在将与上述第2滤色器对应的摄像用像素的输出混合读出的情况下，混合上述第3焦点检测用像素的输出而进行读出。
2.根据权利要求1所述的摄像元件，其特征在于，
上述第2焦点检测用像素的开口率小于上述第1焦点检测用像素的开口率。
3.根据权利要求1或2所述的摄像元件，其特征在于，
上述第2焦点检测用像素按照规定的像素间距列状配置。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的摄像元件，其特征在于，
上述第1滤色器是蓝色或红色。
5.一种摄像装置，其具有摄像元件，该摄像元件包含多个摄像用像素和受光部的开口位置相对于该摄像用像素偏离的多个焦点检测用像素，该摄像装置的特征在于，
该摄像装置具有在摄影画面内设定焦点检测区域的焦点检测区域设定部，
上述摄像元件中，开口位置在第1方向上偏离的第1焦点检测用像素配置于上述摄像用像素的与第1滤色器对应的位置上，开口位置在上述第1方向上偏离并且开口率与上述第1焦点检测用像素不同的第2焦点检测用像素配置于与上述第1滤色器对应的位置上，
开口位置在与上述第1方向垂直的第2方向上偏离的第3焦点检测用像素配置于上述摄像用像素的与不同于上述第1滤色器的第2滤色器对应的位置上，
上述焦点检测区域设定部将配置上述第2焦点检测用像素的位置设定成焦点检测区域的边界附近，
在与上述焦点检测区域相当的上述摄像元件的区域中不配置上述第2焦点检测用像素，
上述摄像元件还具有将像素信号混合读出并输出的像素混合读出部，
上述像素混合读出部在将与上述第1滤色器对应的摄像用像素的输出混合读出的情况下，不混合上述第1焦点检测用像素的输出和上述第2焦点检测用像素的输出而进行读出，在将与上述第2滤色器对应的摄像用像素的输出混合读出的情况下，混合上述第3焦点检测用像素的输出而进行读出。
6.根据权利要求5所述的摄像装置，其特征在于，
上述摄像元件以上述摄影画面的中央部比周边部更高的密度配置上述第2焦点检测用像素。
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