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CN111479067A - 摄像元件以及摄像装置 - Google Patents

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CN111479067A
CN111479067A CN202010315657.2A CN202010315657A CN111479067A CN 111479067 A CN111479067 A CN 111479067A CN 202010315657 A CN202010315657 A CN 202010315657A CN 111479067 A CN111479067 A CN 111479067A
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pixel
light
image pickup
signal
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CN202010315657.2A
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村田宽信
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Abstract

提供一种摄像元件，其具有：两个第一像素，其在第一方向上连续地配置，检测第一颜色的光；两个第二像素，其在与第一方向交叉的第二方向上连续地配置且与两个第一像素邻接，检测第二颜色的光；多个第一受光区域，其配置于第一像素，接受第一颜色的光且沿第一方向分割而成；和多个第二受光区域，其配置于第二像素，接受第二颜色的光且沿第二方向分割而成。

Description

摄像元件以及摄像装置
本发明申请是国际申请日为2014年9月24日、国际申请号为PCT/JP2014/004885、进入中国国家阶段的国家申请号为201480060477.7、发明名称为“摄像元件以及摄像装置”的发明申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及摄像元件以及摄像装置。
背景技术
已知一种摄像装置，其基于来自配置于摄像元件的一部分的多个专用于焦点检测的像素的输出信号，以光瞳分割型相位差方式进行焦点检测(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：JP特开2011-77770号公报
发明内容
以往，由于焦点检测用像素被离散地配置，所以与连续配置焦点检测用像素的情况相比，焦点检测精度低。另一方面，若将与特定颜色的彩色滤光片对应的焦点检测用像素连续配置，则像素排列与拜耳阵列(Bayer arrangement)等规定的排列不同。在现有技术中，若要通过插补处理等转换为拜耳阵列等规定的排列，则运算会变得复杂。
在本发明的第一技术方案中，提供一种摄像元件，其具有：两个第一像素，其在第一方向上连续地配置，检测第一颜色的光；两个第二像素，其在与第一方向交叉的第二方向上连续地配置且与两个第一像素邻接，检测第二颜色的光；多个第一受光区域，其配置于第一像素，接受第一颜色的光且沿第一方向分割而成；和多个第二受光区域，其配置于第二像素，接受第二颜色的光且沿第二方向分割而成。
在本发明的第二技术方案中，提供一种摄像元件，其具有：多个第一像素，其沿着第一方向以及第二方向排列，与第一颜色对应；和多个其他像素，其设置于各个由接近的四个第一像素包围的区域中，与不同于第一颜色的颜色对应，多个第一像素以及多个其他像素中的至少一部分像素具有分离的两个受光区域。
在本发明的第三技术方案中，提供一种具有第一或第二技术方案的摄像元件的摄像装置。
此外，上述的发明内容没有列举本发明的全部必要技术特征。另外，上述特征组的子组合也能够构成发明。
附图说明
图1是表示一个实施方式的摄像元件100的概要的图。
图2A是表示第一像素202-1的一个例子的图。
图2B是表示第二像素202-2以及第三像素202-3的一个例子的图。
图3是表示受光部200的一个例子的图。
图4是表示信号处理部210中的排列转换处理的一个例子的图。
图5是表示第一转换像素203-1的排列例的图。
图6是表示信号处理部210中的排列转换处理的一个例子的图。
图7是表示第二转换像素203-2以及第三转换像素203-3的排列例的图。
图8是表示第一转换像素203-1、第二转换像素203-2以及第三转换像素203-3的排列例的图。
图9是表示受光部200的另一例子的图。
图10A是表示生成第一转换像素信号G1的例子的图。
图10B是表示生成第二转换像素信号G2的例子的图。
图10C是表示生成第三转换像素信号G3的例子的图。
图10D是表示生成第四转换像素信号G4的例子的图。
图11A是微透镜101的立体图。
图11B是表示微透镜101的平面形状的图。
图12是表示信号处理部210的另一处理例的图。
图13是表示受光部200的结构例的图。
图14是表示受光部200的另一结构例的图。
图15是表示图14所示的例子中的传送晶体管TX以及电荷检测部的配置例的图。
图16是表示摄像元件100的截面的一个例子的图。
图17是表示信号处理部210的一部分功能的框图。
图18是说明透镜特性与输出信号之间的关系的图。
图19是表示一个实施方式的摄像装置500的结构例的框图。
具体实施方式
下面，通过发明的实施方式来说明本发明，但是下面的实施方式并不是对权利要求书内的发明进行限定。另外，实施方式中说明的特征的组合不一定都是发明的要解决技术问题的必要手段。
图1是表示一个实施方式的摄像元件100的概要的图。摄像元件100具有配列有多个像素202的受光部200和对来自受光部200的信号进行处理的信号处理部210。多个像素202分别具有光电二极管等受光元件，根据受光量来蓄积电荷。本例的信号处理部210读取与各像素202所蓄积的电荷量相应的信号，进行预先规定的处理。
本例中的多个像素202排列成矩阵状。也就是说，多个像素202沿着多行以及多列配置。本说明书中，将行方向作为x轴方向、将列方向作为y轴方向进行图示。行方向是第一方向的一个例子，列方向是第二方向的一个例子。
多个像素202包括多个第一像素202-1、多个第二像素202-2以及多个第三像素202-3。第一像素202-1是与第一颜色的彩色滤光片对应的像素，第二像素202-2是与第二颜色的彩色滤光片对应的像素，第三像素202-3是与第三颜色的彩色滤光片对应的像素。在本例中，第一颜色是绿色，第二颜色是蓝色，第三颜色是红色。在本例中，各个像素202的平面形状为四边形，像素202的各边相对于第一方向以及第二方向倾斜45度。在更具体的例子中，各个像素202的平面形状为正方形。
多个第一像素202-1沿着行方向以及列方向两个方向排列。在本例中，第一像素202-1的各顶点彼此邻接。通过这样的配置，产生由接近配置的4个第一像素202-1包围的区域。第二像素202-2以及第三像素202-3设置在由4个第一像素202-1包围的区域中。在本例中，各像素202的形状彼此相同。
第二像素202-2沿着列方向排列。另外，第三像素202-3也沿着列方向排列。第二像素202-2的列以及第三像素202-3的列在行方向上交替配置。另外，第二像素202-2的列以及第三像素202-3的列以相对于第一像素202-1的列在列方向上错开半个像素的方式排列。
图2A是表示第一像素202-1的一个例子的图。第一像素202-1中的至少一部分具有分离的两个受光区域214。第一像素202-1的第一受光区域214a以及第二受光区域214b在行方向上并排排列。在本例中，用沿着列方向延伸的直线将第一像素202-1的区域二等分，来规定两个受光区域214。在本例中，该直线是第一像素202-1的对角线。在受光区域214之间设置有元件分离部，以使根据入射光而生成的电荷不在受光区域214之间移动。此外，在图2A中，用虚线表示对应于第一像素202-1设置的微透镜101。本例的两个受光区域214相对于共用的微透镜101，在行方向上设置在不同的位置。
在受光部200中，具有两个受光区域214的多个第一像素202-1在行方向上相邻排列。信号处理部210作为焦点检测部发挥功能，其通过对来自在行方向上相邻排列的第一像素202-1的第一受光区域214a的信号和来自第二受光区域214b的信号之间的在行方向上的像面相位差进行检测，来检测焦点状态。由于像面相位差检测用的第一像素202-1在行方向上相邻排列，所以能够高精度地检测行方向上的像面相位差。另外，与利用遮光来检测像面相位差的方式相比，能够提高光的利用效率。
图2B是表示第二像素202-2以及第三像素202-3的一个例子的图。第二像素202-2以及第三像素202-3中的至少一部分具有分离的两个受光区域214。第二像素202-2以及第三像素202-3的第一受光区域214a以及第二受光区域214b在列方向上并排排列。在本例中，用沿着行方向延伸的直线将第二像素202-2或第三像素202-3的区域二等分，来规定两个受光区域214。第二像素202-2以及第三像素202-3的两个受光区域214相对于共用的微透镜101，在列方向上设置在不同的位置。
在受光部200中，具有两个受光区域214的多个第二像素202-2或第三像素202-3在列方向上相邻排列。信号处理部210作为焦点检测部发挥功能，其通过对来自在列方向上相邻排列的第二像素202-2或第三像素202-3的第一受光区域214a的信号和来自第二受光区域214b的信号之间的在列方向上的像面相位差进行检测，来检测焦点状态。由于像面相位差检测用的第二像素202-2或第三像素202-3在列方向上相邻排列，所以能够高精度地检测列方向上的像面相位差。另外，与利用遮光检测像面相位差的方式相比，能够提高光的利用效率。
图3是表示受光部200的一个例子的图。在本例的受光部200中，全部像素202都具有两个受光区域214。在图3中，用虚线表示各像素202的受光区域214的边界。在本例中，使用全部像素202的输出生成图像数据，并且将至少一部分的像素202的输出用于像面相位差检测。信号处理部210能够使用任意位置的像素202作为像面相位差检测用的像素202。
信号处理部210可以随时变更用于像面相位差检测的像素202。例如信号处理部210可以将正在对特定被拍摄体的图像进行摄像的像素202作为像面相位差检测用的像素202。在正在对该被拍摄体的图像进行摄像的像素202的位置随着时间而变化的情况下，信号处理部210可以跟随该变化来选择像面相位差检测用的像素202。另外，可以将全部像素202用于图像信号生成并且同时用于像面相位差检测。在本例中，不利用遮光来检测像面相位差，因此即使构成为能够将全部像素202用于像面相位差检测那样的构造，入射光的利用效率也不会降低。
另外，信号处理部210还作为排列转换部发挥功能，其将基于来自受光部200的各像素信号的图像数据转换为拜耳阵列等规定的像素排列的图像数据。在进行排列转换时，信号处理部210将来自各像素202的两个受光区域214的信号相加，作为来自各像素202的像素信号。
图4是表示信号处理部210中的排列转换处理的一个例子的图。在图4中，将多个像素202的各列的序号设为m、m+1、m+2......m+k......，将各行的序号设为n、n+1、n+2......n+l......。其中，k、1为整数。在图4中，对根据第一像素202-1的像素信号来生成排列转换后的第一转换像素203-1的转换像素信号的处理进行说明。本例的第一像素202-1排列在k为0或偶数的列和1为0或偶数的行。
此外，多个第一像素202-1包括在第一方向上连续配置的3个以上的第一像素202-1。例如，在(m，n+2)、(m+2，n+2)、(m+4，n+2)位置配置有3个第一像素202-1。另外，多个第二像素202-2(在图4中与“B”像素对应)包括在与第一方向交叉的第二方向连续配置且分别与上述的3个第一像素202-1中的两个第一像素202-1邻接的两个第二像素202-2。例如，配置于(m+3，n+1)、(m+3，n+3)位置的第二像素202-2分别以与配置于(m+2，n+2)、(m+4，n+2)位置的两个第一像素202-1交叉且邻接的方式配置。
另外，多个第三像素202-3包括在与第一方向交叉的第三方向连续配置且分别与上述的3个第一像素202-1中的两个第一像素202-1邻接的两个第三像素202-3。此外，第二方向和第三方向为彼此平行的方向且是指不同位置处的方向。例如第二方向是从(m+3，n+1)位置朝向(m+3，n+3)位置的方向，第三方向是从(m+1，n+1)位置朝向(m+1，n+3)位置的方向。另外，该两个第三像素202-3所邻接的两个第一像素202-1与上述的两个第二像素202-2所邻接的两个第一像素202-1相比，至少一个第一像素202-1不同。例如，配置于(m+1，n+1)和(m+1，n+3)位置的两个第三像素202-3分别以与配置于(m，n+2)和(m+2，n+2)位置的两个第一像素202-1交叉且邻接的方式配置。
信号处理部210将在行方向上邻接的两个第一像素202-1的像素信号相加，生成假想配置在该两个第一像素202-1之间的第一转换像素203-1的转换像素信号。在图4中，用双向箭头将使像素信号相加的两个第一像素202-1结合。
更具体地说，信号处理部210以使各行的第一像素202-1中彼此邻接的两个第一像素202-1成为一对的方式进行分组。信号处理部210将成对的两个第一像素202-1的像素信号相加，生成第一转换像素203-1的转换像素信号。此时，以使第一转换像素203-1的行方向上的位置在各第一像素202-1的行上交替不同的方式对各行的第一像素202-1进行分组。例如，在第n+s(其中，s为0、4、8......)行，将列位置为(m，m+2)、(m+4，m+6)、(m+8，m+10)的第一像素202-1分别构成一组。相对于此，在第n+s+2行，将列位置为(m+2，m+4)、(m+6，m+8)、(m+10，m+12)的第一像素202-1分别构成一组。
图5是表示第一转换像素203-1的排列例的图。通过图4中说明的转换处理，第一转换像素203-1如图5那样排列。也就是说，第一转换像素203-1的行方向上的位置在各第一转换像素203-1行交替不同。具体地说，在第n+s行，第一转换像素203-1配置在列位置为m+1、m+5和m+9的位置。另外，在第n+s+2行，第一转换像素203-1配置在列位置为m+3、m+7和m+11的位置。
图6是表示信号处理部210的排列转换处理的一个例子的图。在图6中，说明根据第二像素202-2以及第三像素202-3的像素信号生成排列转换后的第二转换像素203-2以及第三转换像素203-3的转换像素信号的处理。本例的第二像素202-2以及第三像素202-3排列于k为奇数的列。在本例中，第二像素202-2排列于m+3、m+7、m+11......列。另外，第三像素202-3排列于m+1、m+5、m+9......列。
信号处理部210将列方向上邻接的两个第二像素202-2的像素信号相加，来生成假想配置在该两个第二像素202-2之间的第二转换像素203-2的转换像素信号。另外，信号处理部210将列方向上邻接的两个第三像素202-3的像素信号相加，来生成假想配置在该两个第三像素202-3之间的第三转换像素203-3的转换像素信号。在图6中，用双向箭头将对像素信号进行相加的两个像素202结合。
此外，以使在图4中说明的连接两个第一像素202-1的双向箭头与在图6中说明的连接两个第二像素202-2的双向箭头以及连接两个第三像素202-3的双向箭头不重合的方式，选择了将像素信号相加的第二像素202-2的对以及第三像素202-3的对。也就是说，以使第一转换像素203-1、第二转换像素203-2以及第三转换像素203-3的位置不重合的方式选择了将像素信号相加的第二像素202-2的对以及第三像素202-3的对。
更具体地说，就第二像素202-2而言，行位置为(n+3，n+5)、(n+7，n+9)、(n+11，n+13)的第二像素202-2分别构成一组。相对于此，就第三像素202-3而言，列位置为(n+1，n+3)、(n+5，n+7)、(n+9，n+11)的第三像素202-3分别构成一组。
图7是表示第二转换像素203-2以及第三转换像素203-3的排列例的图。通过图6说明的转换处理，第二转换像素203-2以及第三转换像素203-3如图7那样排列。具体地说，在m+3、m+7、m+11列，第二转换像素203-2配置于行位置为n+4、n+8、n+12的位置。另外，在m+1、m+5、m+9行，第三转换像素203-3配置于行位置为n+2、n+6、n+10的位置。
图8是表示第一转换像素203-1、第二转换像素203-2以及第三转换像素203-3的排列例的图。图8所示的排列是将图5以及图7所示的各转换像素203的排列重叠在一起的排列。通过图4～图7中说明的处理，信号处理部210能够获得图8所示的拜耳阵列的图像数据。
根据以上说明的摄像元件100，能够在行方向以及列方向上连续配置像面相位差检测用的像素，因此，能够提高像面相位差的检测精度。并且，能够通过将邻接的像素202的像素信号相加这一简单的运算来获得拜耳阵列的图像数据。另外，由于没有将遮光用于像面相位差检测，所以能够提高光的利用效率。
图9是表示受光部200的另一例子的图。在本例的受光部200中，一部分的第一像素202-1、一部分的第二像素202-2、一部分的第三像素202-3分别具有两个受光区域214。其中，具有两个受光区域214的第一像素202-1在行方向上连续配置。另外，具有两个受光区域214的第二像素202-2在列方向上连续配置。另外，具有两个受光区域214的第三像素202-3在列方向上连续配置。其他结构与图1～图8中说明的受光部200相同。
根据这样的结构，也能够在行方向以及列方向上连续配置像面相位差检测用的像素，因此，能够提高像面相位差的检测精度。并且，仅通过将邻接的像素202的像素信号相加，就能够获得拜耳阵列的图像数据。另外，由于没有将遮光用于像面相位差检测，所以能够提高光的利用效率。
图10A～图10D是说明信号处理部210的另一处理例的图。本例的信号处理部210作为针对第一像素202-1的转换像素信号而生成在行方向上位置错开的第一～第四转换像素信号。图10A是表示生成第一转换像素信号G1的例子的图。本例的处理与图4中说明的处理相同。也就是说，信号处理部210针对各个第一像素202-1，将像素内的第一受光区域214a以及第二受光区域214b的输出信号相加，生成第一像素信号S1。然后，将邻接的两个第一像素202-1的第一像素信号S1相加，生成第一转换像素信号G1。在本例中，第一转换像素信号G1是m+1、m+5......位置处的假想转换像素的信号。
图10B是表示生成第二转换像素信号G2的例子的图。在本例中，第二转换像素信号G2是在与第_转换像素信号G1不同的位置处的转换像素的信号。在本例中，针对各个第一像素202-1，将该像素的第一受光区域214a的输出信号和与该像素的第一受光区域邻接的第一像素202-1的第二受光区域214b的输出信号相加，来生成第二像素信号S2。然后，信号处理部210将邻接的第二像素信号S2相加，生成第二转换像素信号G2。在本例中，第二转换像素信号G2是m+2、m+6......位置处的假想转换像素的信号。
图10C是表示生成第三转换像素信号G3的例子的图。在本例中，第三转换像素信号G3是在与第一转换像素信号G1以及第二转换像素信号G2不同位置处的转换像素的信号。首先，通过与第一像素信号S1的处理相同的处理生成第三像素信号S3。然后，信号处理部210将邻接的第三像素信号S3相加，来生成第三转换像素信号G3。在本例中，第三转换像素信号G3是m+3、m+7......位置处的假想转换像素的信号。
图10D是表示生成第四转换像素信号G4的例子的图。在本例中，第四转换像素信号G4是在与第一转换像素信号G1、第二转换像素信号G2以及第三转换像素信号G3的位置不同的位置处的转换像素的信号。首先，通过与第二像素信号S2的处理相同的处理生成第四像素信号S4。然后，信号处理部210将邻接的第四像素信号S4相加，生成第四转换像素信号G4。在本例中，第四转换像素信号G4是m、m+4......位置处的假想转换像素的信号。
通过这样的处理，信号处理部210能够生成位置不同的多种转换像素信号G1～G4。信号处理部210可以将多种转换像素信号作为一帧的图像数据来使用，也可以作为不同帧的图像数据来使用。也就是说，基于多种转换像素信号的图像可以几乎同时进行显示，也可以在不同帧的时间进行显示。另外，信号处理部210可以根据几乎同时拍摄的像素信号来生成上述多种转换像素信号，也可以根据在不同的拍摄时间获得的像素信号来生成多种转换像素信号。通过这样的处理，能够提高图像数据的空间分辨率。此外，在图10A～10D中，以第一像素202-1为例进行了说明，但是第二像素202-2以及第三像素202-3也能够使用同样的处理生成多种转换像素信号。
图11A以及图11B是表示微透镜101的构造例的图。图11A是微透镜101的立体图。其中，曲线的网格线表示曲面，直线的网格线表示平面。图11B是表示微透镜101的平面形状的图。如图11A、图11B所示，微透镜101呈将球面透镜的4边切除而成的形状。由此，能够使用直径大的球面透镜，从而能够增大微透镜101的实质口径。另外，通过使微透镜101的4边的位置与像素202的4边的位置一致，能够高效地布满微透镜101。
图12是表示信号处理部210的另一处理例的图。本例的信号处理部210以行为单位选择对受光区域214的输出信号进行读取的像素202。信号处理部210同时读取所选择的行中的像素202的输出信号。在该情况下，每行的输出信号的读取时间不同，导致每行的电荷蓄积时间不同。本例的信号处理部210通过使用各像素202的第二受光区域214b的输出信号修正第一受光区域214a的输出信号，来补偿电荷蓄积时间的不同。此外，本例的受光部200的全部像素202都具有两个受光区域214。
在图12中，用a1表示第一行的像素202的第一受光区域214a的电荷蓄积时间，用b1表示第一行的像素202的第二受光区域214b的电荷蓄积时间。另外，用a2表示第二行的像素202的第一受光区域214a的电荷蓄积时间，用b2表示第二行的像素202的第二受光区域214b的电荷蓄积时间。其他行也同样。另外，图12中的ADC示出对各个受光区域214的输出信号进行数字转换的时间。
如图12所示，信号处理部210针对各个像素202，相对于使第一受光区域214a所蓄积的电荷复位的复位时间A，推迟第二受光区域214b的复位时间B。因此，受光部200具有对各个像素202的第一受光区域214a以及第二受光区域214b的复位时间进行独立控制的复位线。全部像素202的复位时间A以及复位时间B相同。
并且，信号处理部210针对各个像素202，同时读取与第一受光区域214a以及第二受光区域214b所蓄积的电荷量相应的输出信号。因此，受光部200具有并行地传送各个像素202的第一受光区域214a以及第二受光区域214b的输出信号的读取线。另外，信号处理部210具有并行处理各个像素202的第一受光区域214a以及第二受光区域214b的输出信号的处理电路。
信号处理部210针对各个像素202，将第一受光区域214a的输出信号的值减去第二受光区域214b的输出信号的值，来生成各像素202的像素信号。由此，能够在全部像素202中，生成与从复位时间A到复位时间B为止的电荷蓄积时间相应的像素信号。通过这样的处理，能够根据以滚动读取(rolling reading)方式读取出的输出信号来模拟生成基于全局快门(global shutter)的像素信号。信号处理部210还作为进行图12中说明的处理的全局快门处理部发挥功能。
图13是表示受光部200的结构例的图。在图13中，仅示出了与一个像素202有关的结构，但受光部200的全部像素202都具有相同的结构。如上所述，受光部200具有控制第一受光区域214a的复位时间的复位线221-1和控制第二受光区域214b的复位时间的复位线221-2。复位线221-1以及复位线221-2是针对像素202的每行来设置的。包含于同一行的像素202与共用的复位线221-1以及复位线221-2连接。
另外，受光部200具有读取第一受光区域214a的输出信号的读取线224-1和读取第二受光区域214b的输出信号的读取线224-2。读取线224-1以及读取线224-2是针对像素202的每列来设置的。包含于同一列的像素202与共用的读取线224-1以及读取线224-2连接。读取线224将各输出信号传送至信号处理部210。
此外，信号处理部210根据行选择信号SEL来选择要读取输出信号的行。另外，信号处理部210根据传送信号Tx1、Tx2来选择应传送输出信号的受光区域214。
根据这样的结构，信号处理部210作为读取部发挥功能，其针对各个像素202，同时且针对每个受光区域独立地读取与第一受光区域214a以及第二受光区域214b所蓄积的电荷量相应的输出信号。而且，信号处理部210能够根据以滚动读取方式读取出的输出信号来模拟生成基于全局快门的像素信号。此外，信号处理部210可以取代图1～图10D中说明的像素信号，而使用图11A、11B以及图12中说明的像素信号来进行排列转换处理。也就是说，信号处理部210可以不将第一受光区域214a以及第二受光区域214b的输出信号相加，而是将第一受光区域214a的输出信号减去第二受光区域214b的输出信号，来生成像素信号。
图14是表示受光部200的另一例的图。在本例的结构中，不进行图12以及图13中说明的全局快门处理。在本例中，各个受光区域214是光电二极管。在本例的受光部200中，对于4个光电二极管而设置有共用的复位晶体管R、源极跟随器晶体管(Source-followertransistor)SF以及选择晶体管S。例如，对于区域240所包含的4个光电二极管而设置有共用的复位晶体管R等。
另外，分别针对各光电二极管设置有传送晶体管TX。另外，该4个光电二极管包含于各自不同的像素202。例如，共用复位晶体管R等的4个光电二极管包含于两个第一像素202-1以及两个第二像素202-2。
此外，传送晶体管TX在将光电二极管所蓄积的电荷是否向电荷检测部传送之间进行切换。电荷检测部例如是连接于布线与基准电位之间的电容(未图示)。该电荷检测部也被4个光电二极管共用。
复位晶体管R在对传送至电荷检测部的电荷是否进行复位之间进行切换。源极跟随器晶体管SF输出与电荷检测部中所蓄积的电荷相应的输出信号。选择晶体管S在是否将输出信号输出至读取线224之间进行切换。
图15是表示图14所示的例子中的传送晶体管TX以及电荷检测部的配置例的图。在本例中，像素202与晶体管设置在不同层。因此，能够将像素202和晶体管重叠配置。如上所述，4个光电二极管PD共用电荷检测部以及复位晶体管R等。在各个光电二极管PD上分别设置有传送晶体管TX。在图15中，用斜线部表示传送晶体管TX的栅极。
4个光电二极管包含于两个第一像素202-1以及两个第二像素202-2或两个第三像素202-3。第一像素202-1与第二像素202-2以及第三像素202-3的分割像素的方向不同，所以产生由4个传送晶体管TX包围的区域。该区域作为电荷检测部发挥功能。此外，在图15中，省略了复位晶体管R等，但如图14所示，复位晶体管R等也由4个光电二极管共用。
图16是表示摄像元件100的截面的一个例子的图。在本例中，示出了背面照射型的摄像元件100，但是摄像元件100不限于背面照射型。本例的摄像元件100具有：摄像芯片113，其输出与入射光对应的信号；信号处理芯片111，其处理来自摄像芯片113的信号；和存储芯片112，其存储由信号处理芯片111处理了的图像数据。这些摄像芯片113、信号处理芯片111以及存储芯片112层叠配置，通过Cu(铜)等具有导电性的凸块109彼此电连接。
此外，如图所示，入射光主要向空心箭头所示的方向入射。在本实施方式中，在摄像芯片113中，将入射光入射一侧的面称为背面。摄像芯片113的一个例子是背面照射型MOS(金属氧化物半导体)图像传感器。摄像芯片113与受光部200对应。PD(光电二极管)层106配置在布线层108的背面侧。PD层106具有以二维配置并对与入射光相应的电荷进行蓄积的多个PD部104、以及与PD104对应地设置的晶体管105。在一个像素202上设置有一个PD部104。也就是说，PD部104具有第一受光区域214a以及第二受光区域214b。
在PD层106中的入射光的入射侧，隔着钝化膜103设置有彩色滤光片102。彩色滤光片102具有使彼此不同的波长区域通过的多种，且与PD部104的每一个对应地具有特定的排列。彩色滤光片102、PD部104以及多个晶体管105的组形成一个像素。通过控制多个晶体管105的通断(ON/OFF)，来控制各受光区域214的读取时间、受光开始时间(复位时间)等。
在彩色滤光片102的入射光的入射侧，与各个像素对应地设置有微透镜101。微透镜101朝向对应的PD104对入射光进行聚光。
布线层108具有将来自PD层106的像素信号传送到信号处理芯片111的布线107。布线107对应于例如图12所示的读取线224。另外，可以在布线层108形成图13以及图14所示的各晶体管的栅极。另外，图13以及图14所示的各晶体管可以形成于信号处理芯片111。此时，布线107对应于连接PD层106和各晶体管的布线。布线107可以具有多层，另外，可以设置无源元件及有源元件。本例的信号处理芯片111包括信号处理部210。
在布线层108的表面配置有多个凸块109。该多个凸块109与在信号处理芯片111的相对的面上设置的多个凸块109对位，通过对摄像芯片113和信号处理芯片111加压等，将对位的凸块109彼此接合而电连接。
同样地，在信号处理芯片111以及存储芯片112的彼此相对的面上分别配置有多个凸块109。通过将这些凸块109彼此对位，并对信号处理芯片111和存储芯片112加压等，将对位的凸块109彼此接合而电连接。
此外，凸块109间的接合不限于基于固相扩散实现的Cu凸块接合，也可以采用基于焊锡熔融实现的微凸块结合。另外，凸块109只要相对于例如后述的一个单位块设置一个左右即可。因此，凸块109的大小也可以比PD104的间距大。另外，也可以在排列有像素的像素区域以外的周边区域中，一并设置比与像素区域对应的凸块109大的凸块。
信号处理芯片111具有将分别设置在表面及背面上的电路相互连接的TSV(硅贯通电极)110。TSV110优选设置在周边区域。另外，TSV110也可以设置于摄像芯片113的周边区域和存储芯片112。
图17是表示信号处理部210的功能的一部分的框图。本例的信号处理部210具有修正部260和查找表270。如图1～图16中说明的，信号处理部210将各个像素202中的两个受光区域214的输出信号相加或相减。但是，有时两个受光区域214的输出信号会根据入射至摄像元件的光经过的透镜的特性而变动。
例如，各个像素202中的第一受光区域214a的输出值与第二受光区域214b的输出值之比根据透镜的EPD值、F值而变动。EPD值是表示从像面(摄像元件100的表面)到透镜的出射光瞳为止的距离的值。另外，F值是将透镜的焦点距离除以有效口径得到的值。查找表270存储将用于修正各受光区域214的输出值的修正值与EPD值以及F值等透镜的特性值建立了关联的表。透镜的特性值与修正值的表可以针对每个像素202的位置进行设定。
修正部260从摄像装置接收向摄像元件入射的光所通过的透镜的透镜数据，并从受光部200接收输出信号。例如摄像装置可以根据正在使用的透镜单元的识别信息来检测透镜特性。另外，摄像装置可以基于使用者等对摄像装置的操作来检测透镜特性。另外，修正部260还接收表示该输出信号的像素202的位置的信息。该位置信息可以是由信号处理部210基于行选择信号SEL等来生成的。
修正部260从查找表270提取与透镜数据对应的修正值。该修正值可以根据每个受光区域214而不同。修正部260使用所提取的修正值，生成对两个受光区域214的输出信号进行修正后的修正信号。信号处理部210使用该修正信号来生成像素信号。
图18是说明透镜特性与输出信号之间的关系的图。在图18中，横轴表示像素202相对于光轴的距离，纵轴表示各像素202中的受光区域214的输出信号的大小。在图18中，用实线以及虚线表示两个受光区域214的输出信号。
通常，摄像元件100的微透镜101根据像素202相对于光轴的位置而相对于像素202错开地配置。通过这样设计，对于某特定的EPD值的透镜，无论是哪个位置的像素202，都能将光点配置在像素202的中心。像这样，将无论是哪个位置的像素202都能使光点处于像素202的中心的EPD值称为EPD恰好(just)。
相对于此，在相对于EPD恰好的透镜而EPD短的透镜或EPD长的透镜中，光点根据像素202的位置而偏离像素202的中心。由于用中心线将像素202划分为两个受光区域214，所以若光点偏离像素202的中心，则在两个受光区域214，输出信号的大小存在差异。例如，在离开光轴的位置，光点的大部分包含在一个受光区域214内，该受光区域214的输出信号非常大，而另一个受光区域214的输出信号非常小。
另外，若F值变动，则像面中的光点直径发生变化。例如，若F值小，则光点直径变大。在该情况下，两个受光区域214的输出信号的大小之差变小。另一方面，在离开光轴的位置，光点会溢出到像素202的区域外，使得整个像素202的输出信号的大小减小。
像这样，两个受光区域214的输出信号的大小根据EPD值、F值等透镜特性而变动。对本例的信号处理部210预先给予了将修正该变动的修正值与透镜特性值建立了对应关系的表。能够通过使透镜特性变化并实际地检测输出信号，来创建该表。根据这样的结构，能够更高精度地生成像素信号。
图19是表示一个实施方式的摄像装置500的结构例的框图。摄像装置500具有作为摄影光学系统的摄影透镜520，摄影透镜520将沿着光轴OA入射的被拍摄体光束导入摄像元件100。摄影透镜520可以是能够相对于摄像装置500装拆的更换式透镜。摄像装置500主要具有摄像元件100、系统控制部501、驱动部502、测光部503、工作存储器504、记录部505、显示部506以及驱动部514。
摄影透镜520由多个光学透镜组构成，使来自场景的被拍摄体光束成像在焦平面附近。此外，在图19中，示出了用配置于光瞳附近的假想的一个透镜代表该摄影透镜520。
驱动部514驱动摄影透镜520。更具体地说，驱动部514使摄影透镜520的光学透镜组移动来改变焦点位置，另外，驱动摄影透镜520内的虹彩光圈(iris diaphragm)来控制向摄像元件100入射的被拍摄体光束的光量。
驱动部502是按照来自系统控制部501的指示来执行摄像元件100的时间控制、区域控制等电荷蓄积控制的控制电路。驱动部502如在图1～图18中相关说明的那样，使摄像元件100的受光部200以及信号处理部210动作。另外，操作部508通过释放按钮等接受来自摄像者的指示。
摄像元件100与在图1～图18中相关联地说明的摄像元件100相同。摄像元件100将像素信号交付给系统控制部501的图像处理部511。图像处理部511以工作存储器504作为工作空间而实施各种图像处理，来生成图像数据。例如，在要生成JPEG文件格式的图像数据的情况下，在根据由拜耳阵列获得的信号生成彩色影像信号后，执行压缩处理。图像处理部511可以具有信号处理部210。在该情况下，摄像元件100也可以不具有信号处理部210。所生成的图像数据记录于记录部505中，并且转换为显示信号在预先设定的时间内显示于显示部506。
在生成图像数据的一连串摄影动作之前，测光部503检测场景的亮度分布。测光部503包括例如100万像素左右的AE传感器。系统控制部501的运算部512接受测光部503的输出来算出场景的各个区域的亮度。运算部512按照所算出的亮度分布决定快门速度、光圈值以及ISO感光度。可以由摄像元件100兼用作测光部503。此外，运算部512还执行用于使摄像装置500动作的各种运算。驱动部502的一部分或全部可以搭载于摄像元件100的信号处理芯片111。系统控制部501的一部分可以搭载于摄像元件100的信号处理芯片111。
以上，使用实施方式说明了本发明，但本发明的技术范围不限于上述实施方式所记载的范围。本领域技术人员明确了解到能够对上述实施方式施加多种变更或改进。根据权利要求书的记载能够明确了解到，这样的施加了变更或改进的方式也能够包含在本发明的技术范围内。
应留意的是，权利要求书、说明书以及附图中示出的装置、系统、程序以及方法中的动作、顺序、步骤以及阶段等的各处理的执行顺序，只要没有特别的明确“更之前”、“在此之前”等，以及在后处理中使用前处理的输出，则能够以任意的顺序实现。关于权利要求书、说明书以及附图中的动作流程，即使为了方便使用“首先”、“接着”等进行了说明，也并不意味着指必须以该顺序执行。
附图标记说明
100摄像元件，101微透镜，102彩色滤光片，103钝化膜，104PD部，105晶体管，106PD层，107布线，108布线层，109凸块，110TSV，111信号处理芯片，112存储芯片，113摄像芯片，200受光部，202像素，203转换像素，210信号处理部，214受光区域，214a第一受光区域，214b第二受光区域，222-1、222-2复位线，224读取线，260修正部，270查找表，500摄像装置，501系统控制部，502驱动部，503测光部，504工作存储器，505记录部，506显示部，508操作部，511图像处理部，512运算部，514驱动部，520摄影透镜。

Claims (18)

1.一种摄像元件，其特征在于，具有：
两个第一像素，其在第一方向上连续地配置，检测第一颜色的光；
两个第二像素，其在与所述第一方向交叉的第二方向上连续地配置且与所述两个第一像素邻接，检测第二颜色的光；
多个第一受光区域，其配置于所述第一像素，接受所述第一颜色的光且沿所述第一方向分割而成；和
多个第二受光区域，其配置于所述第二像素，接受所述第二颜色的光且沿所述第二方向分割而成。
2.如权利要求1所述的摄像元件，其特征在于，
所述第一方向和所述第二方向正交。
3.如权利要求1或2所述的摄像元件，其特征在于，
还具有焦点检测部，该焦点检测部根据来自所述第一像素的输出信号和来自所述第二像素的输出信号来检测焦点状态。
4.如权利要求1～3中任一项所述的摄像元件，其特征在于，
具有：
摄像部，其配置有所述第一像素和所述第二像素；和
信号处理部，其与所述摄像部层叠，对来自所述摄像部的信号进行处理。
5.如权利要求1～4中任一项所述的摄像元件，其特征在于，
所述第一像素具有多个，
所述摄像元件具有：
两个第三像素，其在与所述第一方向交叉的第三方向上连续地配置且与所述多个第一像素中的两个第一像素邻接，检测第三颜色的光；和
多个第三受光区域，其配置于所述第三像素，沿所述第三方向分割而成且接受所述第三颜色的光。
6.如权利要求5所述的摄像元件，其特征在于，
所述第二方向与所述第三方向平行。
7.一种摄像元件，其特征在于，具有：
多个第一像素，其沿着第一方向以及第二方向排列，与第一颜色对应；和
多个其他像素，其设置于各个由接近的四个第一像素包围的区域中，与不同于所述第一颜色的颜色对应，
所述多个第一像素以及所述多个其他像素中的至少一部分像素具有分离的两个受光区域。
8.如权利要求7所述的摄像元件，其特征在于，
具有焦点检测部，该焦点检测部基于来自具有所述两个受光区域的像素的各受光区域的输出信号，来检测所述摄像元件的焦点状态。
9.如权利要求7或8所述的摄像元件，其特征在于，
所述多个其他像素包括：
多个第二像素，其沿着所述第二方向排列，与第二颜色对应；和
多个第三像素，其沿着所述第二方向排列，与第三颜色对应，
第二像素的列以及第三像素的列在第一方向上交替配置，
所述摄像元件还具有排列转换部，该排列转换部将在所述第一方向上邻接的两个所述第一像素的像素信号相加来生成第一转换像素信号，将在所述第二方向上邻接的两个所述第二像素的像素信号相加来生成第二转换像素信号，将在所述第二方向上邻接的两个所述第三像素的像素信号相加来生成第三转换像素信号。
10.如权利要求9所述的摄像元件，其特征在于，
所述第一像素的至少一部分像素具有在所述第一方向并排排列的第一受光区域以及第二受光区域，
所述第二像素以及所述第三像素的至少一部分像素具有在所述第二方向上并排排列的第一受光区域以及第二受光区域。
11.如权利要求10所述的摄像元件，其特征在于，
全部所述像素都具有所述两个受光区域。
12.如权利要求11所述的摄像元件，其特征在于，
所述排列转换部针对各个所述像素，
生成将该像素的所述第一受光区域的输出信号和所述第二受光区域的输出信号相加得到的第一像素信号，
并且生成将该像素的所述第一受光区域的输出信号和与该像素的所述第一受光区域邻接的像素的所述第二受光区域的输出信号相加得到的第二像素信号。
13.如权利要求7～12中任一项所述的摄像元件，其特征在于，还具有全局快门处理部，该全局快门处理部针对各个像素，
相对于将所述两个受光区域中的第一受光区域所蓄积的电荷复位的复位时间而推迟第二受光区域的复位时间，并且同时读取与所述第一受光区域以及所述第二受光区域所蓄积的电荷量相应的输出信号，将所述第一受光区域的所述输出信号的值减去所述第二受光区域的所述输出信号的值来生成该像素的像素信号。
14.如权利要求7～12中任一项所述的摄像元件，其特征在于，还具有读取部，该读取部针对各个像素，同时且针对每个受光区域独立地读取与所述两个受光区域分别蓄积的电荷量相应的输出信号。
15.如权利要求7～14中任一项所述的摄像元件，其特征在于，
各个所述像素的平面形状是四边形，
所述像素的各边相对于所述第一方向以及所述第二方向倾斜45度。
16.如权利要求7～15中任一项所述的摄像元件，其特征在于，
还具有修正部，该修正部基于表示入射至所述摄像元件的光所通过的透镜的特性的透镜数据，对所述两个受光区域分别输出的输出信号的值进行修正。
17.如权利要求7～16中任一项所述的摄像元件，其特征在于，具有：
摄像芯片，其形成有各个所述像素；和
信号处理芯片，其与所述摄像芯片层叠，对来自所述摄像芯片的信号进行处理。
18.一种摄像装置，其特征在于，
具有权利要求1～17中任一项所述的摄像元件。
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