專利名稱：圖像拾取元件和圖像拾取裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及能夠接收透射通過拍攝光學系統(tǒng)的出瞳的被攝體光束的圖像拾取元件的技術。
背景技術：
在諸如鏡頭更換型的單反數字照相機的圖像拾取裝置中，提出了圖像拾取元件 (在下文中還可以稱為“相差檢測圖像拾取元件”)的使用。圖像拾取元件包括多對光電轉換器(光電二極管)，并且能夠通過相差檢測方法來檢測焦點。每一對光電轉換器通過下述方式來產生相應的圖像信號接收透射通過可更換鏡頭(interchangeable lens)(拍攝光學系統(tǒng))的出瞳中的相應的一對部分(例如，左光瞳部分/右光瞳部分)的被攝體的光束。 該圖像拾取元件的已知例子如下。例如，專利文獻1討論了具有如下結構的相差檢測圖像拾取元件其中，在用于獲得被攝體的圖像信號的普通像素(RGB像素)中，光電轉換器被分成兩個(這樣的光電轉換器在下文中被稱為“半尺寸光電轉換器”)。即，專利文獻1討論了這樣的相差檢測圖像拾取元件其中，一對半尺寸光電轉換器被置于一個微透鏡(microlens)的下方。另外，例如，專利文獻2討論了這樣的相差檢測圖像拾取元件其中，在一對相鄰像素中使用金屬層將被攝體的光束限制在遮光掩模(light-interc印ting mask)中的小開口處，從而使得出瞳的一對部分在一對光電轉換器處接收該光束。引用列表專利文獻專利文獻1 日本未審專利申請公開No. 2001-250931專利文獻2 日本未審專利申請公開No. 2005-303409

發(fā)明內容
技術問題然而，在專利文獻1中討論的圖像拾取元件中，用于將各個半尺寸光電轉換器的輸出轉換為電信號的晶體管必須被置于相應的光電轉換器附近。因此，必需與光電轉換器的設置空間相對應地減少它們的尺寸，從而減少在每一個光電轉換器處的接收的光量 (即，感光度)。這使得難以通過相差檢測方法來精確地檢測焦點。與此不同的是，在專利文獻2中的圖像拾取元件中，由于被攝體的光束針對每個像素被遮光掩模中的小開口所限制，因此，當由于例如圖像拾取元件的像素化 (pixelation)的提高而導致每一個像素變得更加精細時，要求在遮光掩模中的開口甚至更小。這樣的開口在制造時可能難以形成?？紤]到這種情況，本發(fā)明的目的是提供這樣的相差檢測圖像拾取元件的技術該相差檢測圖像拾取元件可以通過相差檢測方法來精確地檢測焦點，并且，即使像素變得更精細，也可以良好地被制造。
解決問題的方案根據本發(fā)明的一個方面，提供一種圖像拾取元件，該圖像拾取元件包括通過接收透射通過拍攝光學系統(tǒng)的出瞳中的沿著預定方向在相反方向上傾斜的一對部分的被攝體光束來執(zhí)行光瞳分割功能的一對第一像素；以及第二像素組，該第二像素組包括不被提供光瞳分割功能的第二像素。第二像素組包括沿著所述預定方向以預定節(jié)距設置的多個光電轉換器、以及在各個光電轉換器的上方提供的多個微透鏡。所述一對第一像素包括具有與所述多個光電轉換器相同的尺寸的一對光電轉換器，這一對光電轉換器沿著預定方向以預定節(jié)距彼此相鄰地設置。在所述一對光電轉換器的上方提供遮光部和一個微透鏡，所述遮光部具有遮住透射通過出瞳的光束的兩個遮光區(qū)域，所述一個微透鏡被夾于這兩個遮光區(qū)域之間。本發(fā)明的有益效果根據本發(fā)明，圖像拾取元件包括通過接收透射通過拍攝光學系統(tǒng)的出瞳中的一對部分的被攝體光束來執(zhí)行光瞳分割功能的一對第一像素，這一對部分沿著預定方向在相反方向上傾斜；以及第二像素組，該第二像素組包括不被提供光瞳分割功能的第二像素、以及沿著所述預定方向以預定節(jié)距設置的多個光電轉換器。另外，所述一對第一像素包括具有與第二像素光電轉換器相同的尺寸的一對光電轉換器，這一對光電轉換器沿著預定方向以預定節(jié)距彼此相鄰地設置。在所述一對光電轉換器的上方提供遮光部和一個微透鏡，所述遮光部具有遮住透射通過出瞳的光束的兩個遮光區(qū)域，所述一個微透鏡被夾于這兩個遮光區(qū)域之間。這種圖像拾取元件(相差檢測圖像拾取元件)可以通過相差檢測方法來精確地檢測焦點，并且，即使像素變得更加精細，也可以被適當地制造。


圖1示出根據本發(fā)明第一實施例的圖像拾取裝置1的外部結構。圖2示出圖像拾取裝置1的外部結構。圖3是圖像拾取裝置1的垂直截面圖。圖4是圖像拾取裝置1的電結構的框圖。圖5示出圖像拾取元件101的結構。圖6示出圖像拾取元件101的結構。圖7是示出普通像素110的結構的垂直截面圖。圖8是示出AF像素對Ilf的結構的垂直截面圖。圖9是示出AF像素對Ilf的結構的平面圖。圖10是當焦平面被離焦到離圖像拾取元件101的圖像拾取表面的200 μ m的近側時的模擬結果的曲線圖。圖11是當焦平面被離焦到離圖像拾取表面的100 μ m的近側時的模擬結果的曲線圖。圖12是在焦平面與圖像拾取表面匹配時的聚焦狀態(tài)中的模擬結果的曲線圖。圖13是當焦平面被離焦到離圖像拾取表面的100 μ m的遠側時的模擬結果的曲線圖。圖14是當焦平面被離焦到離圖像拾取表面的200 μ m的遠側時的模擬結果的曲線圖。圖15是示出離焦量與一對圖像序列中的重心位置的差之間的關系的曲線圖Ge。圖16示出為根據本發(fā)明第二實施例的圖像拾取元件IOlA規(guī)定的AF區(qū)域Efr的結構。圖17是示出AF像素對Ilfr的結構的垂直截面圖。圖18示出微透鏡的直徑/曲率和光瞳分割之間的關系。圖19示出根據本發(fā)明變型例的第一金屬4 的結構。圖20示出根據本發(fā)明變型例的Af區(qū)域Efa的結構。
具體實施例方式<第一實施例>[圖像拾取裝置的主要部分的結構]圖1和圖2示出根據本發(fā)明第一實施例的圖像拾取裝置1的外部結構。這里，圖 1和圖2分別是圖像拾取裝置1的正視圖和后視圖。圖像拾取裝置1被形成為(例如)單反數字靜止照相機，并且包括照相機主體10 和用作拍攝鏡頭的可更換鏡頭2，該可更換鏡頭2可以從照相機主體10去除。在圖1中，照相機主體10的前側被設有安裝部301、鏡頭更換按鈕302、夾持部 303、模式設置盤(setting dial) 305、控制值設置盤306和快門按鈕307。安裝部301具有基本上在照相機主體10的前表面的中心處安裝到其上的可更換鏡頭2。鏡頭更換按鈕302 被置于安裝部301的右側。夾持部303可以被夾持。從照相機主體10的前側看，模式設置盤305被置于左上部處。從照相機主體10的前側看，控制值設置盤306被置于右上部處。 快門按鈕307被置于夾持部303的上表面處。另外，在圖2中，照相機主體10的背側被設有IXD (液晶顯示器)311、設置按鈕組 312、箭頭鍵314和按鈕315。設置按鈕組312被置于IXD 311的左邊。箭頭鍵314被置于 IXD 311的右邊。按鈕315被置于箭頭鍵314的中心中。此外，照相機主體10的背側被設有EVF (電子取景器)316、眼杯(eye cup) 321、主開關317、曝光校正按鈕323和AE鎖定按鈕324、以及閃光部318和連接端子部319。EVF 316被置于IXD 311的上方。眼杯321圍繞EVF 316。主開關317被置于EVF 316的左邊。曝光校正按鈕323和AE鎖定按鈕3 被置于EVF 316的右邊。閃光部318和連接端子部319被置于EVF 316的上方。安裝部301具有用于與安裝的可更換鏡頭2的電連接的連接器Ec(參見圖4)和用于與安裝的可更換鏡頭2的機械耦接的耦合器75 (參見圖4)。鏡頭更換按鈕302是在去除安裝到安裝部301的可更換鏡頭2時被按下的按鈕。夾持部303是當用戶執(zhí)行拍攝時用戶夾持的圖像拾取裝置1的一部分，并且，具有與手指形狀相符的不均勻的表面，從而提高適配性(fittability)。此外，電池容納室和卡容納室(未示出)被提供在夾持部303中。電池容納室容納作為照相機的電源的電池 69B(參照圖4)?？ㄈ菁{室可去除地容納用于記錄拍攝圖像的圖像數據的存儲卡67(參照圖 4)。此外，夾持部303可以被設有夾持傳感器，用于檢測用戶是否已經夾持該夾持部303。模式設置盤305和控制值設置盤306是可以在與照相機主體10的頂表面基本上平行的平面上旋轉的基本盤狀的構件。模式設置盤305被提供用于擇一地(alternatively)選擇在圖像拾取裝置1中提供的功能或模式，例如自動曝光(AE)控制模式或自動聚焦(AF;自動聚焦)控制模式，或者各種拍攝模式(例如，用于拍攝一個靜止圖像的靜止圖像拍攝模式或者用于執(zhí)行連續(xù)拍攝的連續(xù)拍攝模式)，或者用于再現記錄圖像的再現模式。與此不同的是，控制值設置盤306被提供用于設置圖像拾取裝置1的各種功能的控制值。快門按鈕307是可以在部分按下狀態(tài)和完全按下狀態(tài)中操作的按鈕，該完全按下狀態(tài)是通過進一步按下快門按鈕307來實現的。當在靜止圖像拍攝模式中部分地按下快門按鈕307時，執(zhí)行用于拍攝被攝體的靜止圖像的準備操作(例如，設置曝光控制值或檢測焦點)。當快門按鈕307被完全按下時，執(zhí)行拍攝操作(包括一系列操作，其中，對圖像拾取元件101(參見圖幻進行曝光，對通過曝光獲得的圖像信號執(zhí)行預定的圖像處理操作，并且， 例如，在存儲卡上記錄該圖像信號)。IXD 311包括能夠顯示圖像的彩色液晶面板。例如，IXD 311再現和顯示記錄的圖像或者顯示通過圖像拾取元件101(參見圖幻拾取的圖像，并且提供圖像拾取裝置1的功能或者模式設置畫面顯示。代替LCD 311，也可以使用有機EL或等離子體顯示裝置。設置按鈕組312包括用于執(zhí)行圖像拾取裝置1的各種功能的按鈕。例如，設置按鈕組312包括用于在IXD 311上顯示的菜單畫面處確認選擇內容的選擇確認開關、選擇取消開關、用于切換菜單畫面的內容的菜單顯示開關、顯示on/off開關和顯示放大開關。箭頭鍵314包括被設有多個按壓部分(示出的三角形部分)的環(huán)狀構件，并且被形成為使得檢測通過與各個按壓部分相對應地提供的觸點(開關)進行的對按壓部分的按壓，其中，所述多個按壓部分以恒定的間隔被置于圓周方向上。另外，按鈕315被置于箭頭鍵314的中心處。箭頭鍵314和按鈕315被提供用于輸入(例如)設置拍攝條件(例如，光圈值(diaphragm stop value)、快門速度、有/無閃光發(fā)生)、使(例如)由LCD 311再現的記錄圖像的幀前進、以及改變拍攝放大率(在廣角方向或望遠方向上移動變焦透鏡212 (參見圖4))的指令。EVF 316包括液晶面板310(參見圖3)，并且，例如，再現和顯示記錄圖像，或者顯示由圖像拾取元件101(參見圖3)拾取的圖像。在EVF 316和IXD 311處，用戶可以通過在實際拍攝(為了圖像記錄而進行拍攝)之前執(zhí)行實時取景(live view)(預覽)顯示來視覺地識別實際上由圖像拾取元件101拍攝的被攝體，在實時取景(預覽)顯示中，基于由圖像拾取元件101連續(xù)地產生的圖像信號來動態(tài)地顯示被攝體。主開關317是向著左右滑動的雙觸點滑動式開關。當主開關317被設置到左邊時， 接通圖像拾取裝置1的電源，然而，當主開關317被設置到右邊時，斷開圖像拾取裝置1的電源。閃光部318被形成為彈出式內置閃光部。另一方面，例如，當外部閃光部被安裝到照相機主體10時，連接端子部319用于將它連接到照相機主體10。眼杯321是具有遮光性質并且限制外部光進入EVF 316中的C形遮光構件。曝光校正按鈕323是用于手動地調節(jié)曝光值(光圈值或快門速度)的按鈕。AE鎖定按鈕3M是用于固定曝光的按鈕?？筛鼡Q鏡頭2充當讓來自被攝體的光(光學圖像)進入的透鏡窗，并且充當用于將被攝體光引導到置于照相機主體10中的圖像拾取元件101的拍攝光學系統(tǒng)。通過按下
7前述的鏡頭更換按鈕302，可以從照相機主體10去除可更換鏡頭2?？筛鼡Q鏡頭2被設有透鏡組21，該透鏡組21包括沿著光軸LT串聯地設置的多個透鏡(參見圖4)。透鏡組21包括用于聚焦的聚焦透鏡211(參見圖4)和用于改變放大率的變焦透鏡212(參見圖4)。通過在光軸LT的方向上驅動聚焦透鏡211和變焦透鏡212(參見圖幻，執(zhí)行聚焦并改變放大率。在可更換鏡頭2的鏡筒的外周的合適位置處提供可以圍繞鏡筒的外周表面旋轉的操作環(huán)。通過手動或自動操作，根據操作環(huán)的旋轉的方向和旋轉量移動變焦透鏡212，從而使得根據其目的地的位置來設置變焦放大率(拍攝放大率)。[圖像拾取裝置1的內部結構]接下來，將描述圖像拾取裝置1的內部結構。圖3示出圖像拾取裝置1的垂直截面圖。如圖3所示，在照相機主體10中設置圖像拾取元件101、EVF 316等。當可更換鏡頭2被安裝到照相機主體10時，圖像拾取元件101被設置為與可更換鏡頭2的透鏡組的光軸LT垂直。作為圖像拾取元件101，使用CMOS彩色區(qū)域傳感器(color area sensor) (CMOS圖像拾取元件)。在CMOS彩色區(qū)域傳感器中，包括(例如)光電二極管的多個像素按照矩陣的形式二維地設置。圖像拾取元件101產生通過可更換鏡頭2接收的被攝體光束的相應的R(紅)、G(綠)和B (藍)顏色分量的電信號(圖像信號)，并且輸出相應顏色R、G和B的圖像信號。下面將詳細地描述圖像拾取元件101的結構?？扉T單元40沿著光軸被置于圖像拾取元件101的前方?？扉T單元40被形成為機械焦平面快門，該機械焦平面快門包括垂直移動簾式構件，并且通過簾式構件的打開和關閉操作來打開和關閉沿著光軸LT被引導到圖像拾取元件101的被攝體光的光路。當圖像拾取元件101是允許使用完全電子快門的圖像拾取元件時，可以省略快門單元40。EVF 316包括液晶面板310和目鏡106。例如，液晶面板310被形成為可以顯示圖像的彩色液晶面板，并且可以顯示通過圖像拾取元件101拾取的圖像。目鏡106將在液晶面板310上顯示的被攝體圖像引導到EVF 316的外側。通過EVF 316的這種結構，用戶可以看見用圖像拾取元件101拍攝的被攝體。[圖像拾取裝置1的電結構]圖4示出圖像拾取裝置1的電結構的框圖。例如，對與圖1至3中所示的構件相應的構件給出相同的附圖標記。此外，為了便于解釋，首先，將描述可更換鏡頭2的電結構。除了前述的拍攝光學系統(tǒng)的透鏡組21以外，可更換鏡頭2還被設有透鏡驅動機構 M、透鏡位置檢測部25、透鏡控制部沈和光闌驅動機構27。在透鏡組21中，在照相機主體10中提供的聚焦透鏡211、變焦透鏡212和光闌23 沿著光軸LT(圖幻被保持在鏡筒中，該光闌23用于調節(jié)入射在圖像拾取元件101上的光量。透鏡組21取得被攝體的光學圖像，并且將它聚焦在圖像拾取元件101上。在AF控制中，通過由AF致動器71M在光軸LT的方向上驅動聚焦透鏡211來執(zhí)行聚焦，該AF致動器 71M置于可更換鏡頭2中?；谕ㄟ^透鏡控制部沈從主控制部62施加的AF控制信號，聚焦驅動控制部7A 產生將聚焦透鏡211移動到其焦點位置所需的驅動控制信號給AF致動器71M。例如，AF 致動器71M由例如步進電機(st印ping motor)形成，并且，將透鏡驅動力(lense driving power)施加到透鏡驅動機構M。例如，透鏡驅動機構M包括螺旋體和使該螺旋體旋轉的齒輪(未示出)。透鏡驅動機構M接收來自AF致動器71M的驅動力，并且，例如，在與光軸LT平行的方向上驅動聚焦透鏡211。聚焦透鏡211的移動方向和移動量分別與AF致動器71M的旋轉方向和轉數一致。透鏡位置檢測部25包括編碼板(encode plate)和編碼器刷(encoder brush)，并且檢測在使透鏡組21聚焦時的透鏡組21的移動量。在編碼板中，在透鏡組21的移動范圍內在光軸LT的方向上以預定的節(jié)距形成多個代碼圖案。編碼器刷在沿著編碼板滑動并與其接觸的同時與透鏡一起移動。例如，由透鏡位置檢測部25檢測的透鏡的位置作為脈沖數被輸出。例如，透鏡控制部沈包括具有諸如ROM或者閃存的存儲器的微計算機，所述ROM 存儲例如控制程序，所述閃存存儲關于條件信息的數據。此外，透鏡控制部沈具有用于通過連接器Ec與照相機主體10中的主控制部62 通信的通信功能。例如，這樣使得可以將由透鏡位置檢測部25檢測的聚焦透鏡211的位置的信息和條件數據(例如，透鏡組21的周邊區(qū)域的光量、聚焦距離、光圈值、出瞳位置和焦距)發(fā)送到主控制部62。另外，例如，這樣使得可以從主控制部62接收聚焦透鏡211的驅動量的數據。光闌驅動機構27通過耦合器75接收來自光闌驅動致動器76M的驅動力，并且改變光闌23的光闌直徑。接下來，將描述照相機主體10的電結構。除了前述的圖像拾取元件101、快門單元40等以外，照相機主體10還包括AFE (模擬前端)5、圖像處理部61、圖像存儲器614、主控制部62、閃光電路63、操作部64,VRAM 65 (65a，65b)、卡接口(I/F)66、存儲卡67、通信接口(I/F)68、電源電路69、電池69B、快門驅動控制部73A、快門驅動致動器73M、光闌驅動控制部76A和光闌驅動致動器76M。圖像拾取元件101由上述的CMOS彩色區(qū)域傳感器形成。定時控制電路51 (稍后描述)控制圖像拾取操作，例如，讀出像素信號、選擇圖像拾取元件101的每一個像素的輸出、以及開始(和結束)圖像拾取元件101的曝光操作。AFE 5施加使得圖像拾取元件101實現預定操作的定時脈沖，對從圖像拾取元件 101輸出的圖像信號(即，在CMOS區(qū)域傳感器的像素處接收的模擬信號組)執(zhí)行預定的信號處理操作，將圖像信號轉換為數字信號，并且將數字信號輸出到圖像處理部61。例如，AFE 5包括定時控制電路51、信號處理部52和A/D轉換部53?；趶闹骺刂撇?2輸出的參考時鐘，定時控制電路51產生預定的定時脈沖(例如，使得要產生垂直掃描脈沖Φνη、水平掃描脈沖Φνπι和復位信號ΦνΓ)，將預定的定時脈沖輸出到圖像拾取元件101，并且控制圖像拾取元件101的圖像拾取操作。另外，通過將預定的定時脈沖輸出到信號處理部52和A/D轉換部53，控制信號處理部52和A/D轉換部53 的操作。信號處理部52對從圖像拾取元件101輸出的模擬圖像信號執(zhí)行預定的模擬信號處理操作。例如，信號處理部52包括⑶S(相關雙采樣)電路、AGC(自動增益控制)電路和箝位電路。基于從定時控制電路51輸出的定時脈沖，A/D轉換部53將從信號處理部52 輸出的模擬R、G和B圖像信號轉換為多位(例如，12位)的數字圖像信號。圖像處理部61對從AFE 5輸出的圖像數據執(zhí)行預定的信號處理操作，并且形成圖像文件。例如，圖像處理部61包括黑電平校正電路611、白平衡控制電路612和伽馬校正電路613。將由圖像處理部61取得的圖像數據與圖像拾取元件101的讀出同步地、一次地寫入到圖像存儲器614。然后，訪問寫入到圖像存儲器614的圖像數據，使得在圖像處理部61 的每一塊中執(zhí)行操作。黑電平校正電路611將經過A/D轉換部53的A/D轉換的R、G和B數字圖像信號中的每一個的黑電平校正為基準黑電平。基于與光源相對應的白色標準，白平衡校正電路612對相應的R(紅)、G(綠)和 B (藍)顏色分量的數字信號執(zhí)行電平轉換(白平衡(WB)調節(jié))。也就是說，基于從主控制部62施加的WB調節(jié)數據，白平衡校正電路612從例如拍攝被攝體的顏色飽和數據和亮度指定被假定為實際白色的部分；確定該部分的R、G和B顏色分量的平均值；確定G/R比和 G/B比；并且將這些電平校正為R和B的校正增益。 伽馬校正電路613對經過WB調節(jié)的圖像數據的灰度級特性(gradation characteristic)進行校正。更具體地說，伽馬校正電路613使用伽馬校正表來執(zhí)行非線性轉換，并且執(zhí)行偏移調節(jié)，在該伽馬校正表中，針對每一種顏色分量預先設置圖像數據電平。在拍攝模式中，圖像存儲器614是用作工作區(qū)域的存儲器，其臨時存儲從圖像處理部61輸出的圖像數據，并且用于由主控制部61對該圖像數據執(zhí)行預定操作。另外，在再現模式中，圖像存儲器614臨時存儲從存儲卡67讀出的圖像數據。主控制部62包括(例如)微計算機，并且控制圖像拾取裝置1的每一個部分的操作，在該微計算機中內置存儲部，例如，存儲控制程序的ROM或者臨時存儲數據的RAM。在閃光拍攝模式中，閃光電路63將與連接端子部319連接的外部閃光部或者閃光部318的發(fā)光量控制為由主控制部62設置的發(fā)光量。例如，操作部64包括模式設置盤305、控制值設置盤306、快門按鈕307、設置按鈕組312、箭頭鍵314、按鈕315和主開關317。操作部64輸入操作信息給主控制部62。VRAM 65a和6 是分別被提供在主控制部62和IXD 311之間以及在主控制部62 和EVF 316之間并具有用于存儲與IXD 311和EVF 316的像素的數目相對應的圖像信號的存儲容量的緩沖存儲器。卡I/F 66是使得可以在存儲卡67和主控制部62之間進行信號發(fā)送和接收的接口。存儲卡67是存儲由主控制部62產生的圖像數據的記錄介質。例如， 通信I/F 68是用于使得可以將圖像數據發(fā)送到個人計算機或者其它外部裝置的接口。電源電路69是(例如)恒壓電路，并且產生用于驅動諸如控制部(主控制部62 等)、圖像拾取元件101和各種其它驅動部的整個圖像拾取裝置1的電壓。此外，基于從主控制部62施加到電源電路69的控制信號，執(zhí)行將電流施加到圖像拾取元件101的控制。電池69B是諸如堿性干電池的一次電池或者諸如鎳金屬氫化物可充電電池的二次電池，并且是向整個圖像拾取裝置1供應電力的電源?；趶闹骺刂撇?2施加的控制信號，快門驅動控制部73A產生驅動控制信號給快門驅動致動器73M。快門驅動致動器73M是執(zhí)行用于打開和關閉快門單元40的驅動操作的致動器?；趶闹骺刂撇?2施加的控制信號，光闌驅動控制部76A產生驅動控制信號給光闌驅動致動器76M。光闌驅動致動器76M通過耦合器75將驅動力施加給光闌驅動機構27。
另外，照相機主體10包括相差AF計算電路77，基于從黑電平校正電路611輸出并在黑電平校正之后提供的圖像數據，該相差AF計算電路77使用圖像拾取元件101在自動聚焦(AF)控制期間執(zhí)行所需的計算。接下來，將描述使用相差AF計算電路77的圖像拾取裝置1的相差AF操作。[圖像拾取裝置1的相差AF操作]圖像拾取裝置1被形成為使得它可以通過接收透射通過圖像拾取元件101中的出瞳的不同部分的透射光來執(zhí)行使用相差檢測方法的焦點檢測(相差AF)。下面將描述圖像拾取元件101的結構和利用圖像拾取元件101的相差AF的原理。圖5和圖6均示出圖像拾取元件101的結構。圖像拾取元件101被形成為使得它可以在按照矩陣提供在圖像拾取表面IOlf中的多個AF區(qū)域Ef中的每一個處執(zhí)行使用相差檢測方法的焦點檢測。每一個AF區(qū)域Ef被設有包括R像素111、G像素112和B像素113的普通的像素 (在下文中還可以稱為“普通像素”)110，在R像素111、G像素112和B像素113處，相應的 R(紅)濾色器、G(綠)濾色器和藍(B)濾色器被置于光電二極管和充當聚光透鏡的微透鏡 ML(由虛線圓示出)之間。同時，每一個AF區(qū)域Ef被設有用于執(zhí)行實現相差AF的光瞳分割功能的像素對(在下文中可以稱為“AF像素對”)Ilf (圖6)。在這種AF區(qū)域Ef中，原理上，基于在數目上大于AF像素對Ilf的像素的普通像素110，獲得被攝體的圖像信息。另外，每一個AF區(qū)域Ef被設有Gr線Ll和( 線L2。Gr線Ll和( 線L2是未提供有上述光瞳分割功能的普通像素(第二像素)110的水平線(在下文中可以稱為“普通像素線”)。Gr線Ll具有水平地、交替地設置的G像素112和R像素111。( 線L2具有水平地、交替地設置的B像素113和G像素112。通過垂直地、交替地設置Gr線Ll和( 線L2， 提供Bayer圖案的普通像素110組(第二像素組)。另外，在AF區(qū)域Ef中，AF像素對Ilf水平地、重復地設置，使得垂直地、周期性地設置AF線Lf (第一像素對布置)，每一個AF像素對Ilf包括具有與普通像素110的結構特征(直徑和曲率)相同的結構特征的一個微透鏡ML，在AF線Lf中，多個AF像素對Ilf彼此相鄰地布置。而且，希望在垂直相鄰的AF線Lf之間提供用于對在AF線Lf處丟失的被攝體的圖像信息進行內插所需的數目的普通像素線(例如，四條或更多條的普通像素線)。 這里，與Af線Lf垂直相鄰的兩個普通像素線的組合可以是相同類型的水平線(例如，Gr線 Ll或者( 線L2)的組合，或者可以是不同類型的水平線(例如，Gr線Ll和( 線L2)的組
口 O接下來，將描述普通像素110和AF像素對Ilf的結構之間的差異。首先，將描述普通像素110的結構。圖7是示出普通像素110的結構的垂直截面圖。例如，圖7中所示的普通像素110 布置在Gr線Ll中(圖6)。在普通像素110的布置中，微透鏡ML被提供在相應的光電轉換器(光電二極管) PD的上方，光電轉換器以節(jié)距α被置于水平方向上。三個金屬層(更具體地，從上部依次地設置的第一金屬41、第二金屬42和第三金屬43)被置于微透鏡ML和光電轉換器PD之間。這里，第二金屬42和第三金屬43被形成為發(fā)送電信號的布線(在圖7中，布線與片平面垂直地設置)。第一金屬41是接地面。濾色器FL被置于第一金屬41上，微透鏡ML被提供在濾色器FL的上方。關于濾色器FL，例如，在被置于Gr線Ll中的普通像素110的布置中，交替地設置綠色濾波器Fg和紅色濾波器Fr，如圖7所示。另外，在普通像素110的布置，為了防止光電轉換器PD接收在微透鏡ML之間透射的不需要的光，第一金屬41遮住來自微透鏡ML之間的光。也就是說，第一金屬41充當遮光掩模層，其中，直接在微透鏡ML的下方形成開口 0P。接下來，將描述AF像素對Ilf的結構。圖8和9分別是AF像素對Ilf的結構的垂直截面圖和平面圖。此外，在AF線 Lf (圖6)中布置圖8和圖9中所示的AF像素對Ilf。如圖8中所示，每一個AF像素對Ilf包括一對像素(一對第一像素)Ila和11b， 在這一對像素處，兩個光電轉換器PD被置于相應的微透鏡ML的光軸AX的相反側，用于分割來自與可更換鏡頭2相關聯的出瞳的左部分Qa的光束Ta和來自與可更換鏡頭2相關聯的出瞳的右部分Qb的光束Tb (即，用于執(zhí)行光瞳分割)。這一對光電轉換器PD的尺寸均與普通像素110的光電轉換器PD (圖7)的尺寸相同。這一對光電轉換器PD以節(jié)距α水平地、彼此相鄰地設置，該節(jié)距α與普通像素110的節(jié)距相同。在每一個這樣的AF像素對Ilf中，為了執(zhí)行精確的光瞳分割，希望在像素(在下文中可以稱為“第一 AF像素”)Ila的光電轉換器PD和像素(在下文中可以稱為“第二 AF 像素”)lib的光電轉換器PD之間存在的空間小。因此，在根據本實施例的圖像拾取元件101 中，在光電轉換器PD的縱向方向(即，水平方向)上設置AF像素對Ilf是合適的，該圖像拾取元件101包括在水平方向上延長的光電轉換器PD，如圖9所示。因此，通過在水平方向上設置兩個或更多個AF像素對Ilf來形成根據本實施例的AF線Lf。另外，在AF像素對Ilf的布置中的示意結構中，被置于光電轉換器PD的上方的構件，即，第一至第三金屬、濾色器和微透鏡與圖7中所示的普通像素110的布置中的那些相比在水平方向上偏移了半個節(jié)距。也就是說，在每一個AF像素對中的一對光電轉換器PD 和微透鏡ML之間的布置關系對應于在普通像素線中的微透鏡ML中的與AF像素對Ilf的微透鏡ML相對應的特定微透鏡ML相對于光電轉換器PD在水平方向上偏移節(jié)距α的一半 (預定量)時的配置布置中的布置關系。然后，通過在該配置布置中彼此相鄰的特定微透鏡 ML之間提供遮光部LS，提供AF像素對llf(AF線Lf)的布置。因此，由于可以通過稍微改變普通像素對的布局來提供AF線Lf，所以，可以簡化布局并制造AF線Lf。下面將更詳細地描述在AF線Lf中的相鄰的微透鏡ML之間提供的遮光部LS的結構。在AF線Lf中，如圖8和9所示，針對在普通像素110的布置中提供的第一金屬 41的開口 OP (圖7)，光被每隔一個第一金屬44遮住。也就是說，為了通過使相鄰的AF像素對11彼此最靠近來提高相差AF的精度，在AF線Lf中的相應的相鄰微透鏡ML之間提供的遮光部LS的間隔等于水平地被置于普通像素線中的普通像素110的布置中的每隔一個像素之間的間隔。更具體地說，在圖7中所示的普通像素110的布置中形成開口 OP的位置 OQ(圖8)被第一金屬44阻擋。針對每隔一個像素，在第一金屬44上設置黑色濾色器(黑色濾波器)冊。由于當第一金屬44的上表面未被覆蓋時作為從可更換鏡頭2入射的光的反射的結果而產生鬼閃光(ghost flare)，所以，以通過吸收反射光來限制鬼閃光的方式，在相應的第一金屬44上設置黑色濾波器冊。因此，在根據本實施例的每一個AF像素對Ilf 中，在相應對的光電轉換器PD的上方設置遮光部LS。遮光部LS包括在多個位置OQ處形
12成的黑色濾波器1 和第一金屬44、以及遮住透射通過出瞳的被攝體的光束的兩個遮光區(qū)域權和肪。在這種遮光部LS中，黑色濾波器冊和第一金屬(金屬層)44遮住光，從而可以適當地且容易地遮住光。另外，在每一個AF像素對1 If中，提供夾于兩個遮光部fe和肪之間且從這一對光電轉換器PD的各端上方向著中心延伸的一個微透鏡ML。在每一條AF線Lf中，透明的濾波器Ft用作在第一金屬44的開口 OP的上方提供的濾色器。這樣增加了被AF像素對Ilf接收的光量，并且提高了靈敏度。此外，在每一條AF線Lf中，為了直接在第一金屬44的開口 OP的下方提供大的光程，直接在開口 OP的下方間隔空間設置第二金屬45和第三金屬46。也就是說，與圖7中所示的普通像素110的結構相比，第二金屬45和第三金屬46以與空間SP相對應的距離向著內側設置。第二金屬45和第三金屬46這樣設置以克服下述問題例如，當第二和第三金屬存在于空間SP內并且實際的出瞳的尺寸大于預期的尺寸(即，設計尺寸)時，來自非預期的部分的光束可以入射在第二和第三金屬上并被它們反射，從而負面地影響光瞳分割。由于具有上述結構的每一個AF像素對11 f，在出瞳處執(zhí)行出瞳分割，即，來自出瞳的左部分Qa的光束Ta透射通過微透鏡ML和透明的濾色器Ft，并且被第二 AF像素lib的光電轉換器PD接收，來自出瞳的右部分Qb的光束Tb透射通過微透鏡ML和濾波器Ft，并且被第一 AF像素Ila的光電轉換器PD接收。換句話說，在每一個AF像素對Ilf中，透射通過在可更換鏡頭2的出瞳中沿著相反方向水平地傾斜的一對部分Qa和Qb(即，左右部分) 的被攝體的光束iTa和Tb被接收。在下文中，在每一個第一 AF像素Ila處獲得的接收數據稱為“A系列數據”，在每一個第二 AF像素lib處獲得的接收數據稱為“B系列數據”。例如，將參照圖10至14描述相差AF的原理，其中，將描述從被置于一條AF線Lf (圖6)中的一組AF像素對Ilf獲得的 A系列數據和B系列數據。圖10是當焦平面被離焦到離圖像拾取元件101的圖像拾取表面IOlf的200μπι 的近側時的模擬結果的曲線圖。圖11是當焦平面被離焦到離圖像拾取表面IOlf的100 μ m 的近側時的模擬結果的曲線圖。圖12是在焦平面與圖像拾取表面IOlf匹配時的聚焦狀態(tài)中的模擬結果的曲線圖。此外，圖13是當焦平面被離焦到離圖像拾取表面IOlf的IOOym 的遠側時的模擬結果的曲線圖。圖14是當焦平面被離焦到離圖像拾取表面IOlf的200μπι 的遠側時的模擬結果的曲線圖。這里，在圖10至14中，水平軸表示在AF線Lf的方向上的第一 AF像素Ila和第二 AF像素lib的像素位置，并且，垂直軸表示來自相應的第一 AF像素Ila和第二 AF像素lib的光電轉換器PD的輸出。此外，在圖10至14中，曲線Gal至 Ga5 (由實線示出)表示A系列數據，并且，曲線(Λ1至(Λ5 (由虛線示出)表示B系列數據。在圖10至14中，當將由A系列曲線Gal至Ga5表示的相應的A系列數據的圖像序列和由B系列曲線(Λ1至(Λ5表示的相應的B系列數據的圖像序列相互比較時，可以看出， 離焦量越大，A系列數據的圖像序列和B系列數據的圖像序列之間的AF線Lf的方向(水平方向)上的偏移量(位移量)就越大。在這些對的圖像序列(S卩，A系列數據的圖像序列和B系列數據的圖像序列)中的偏移量和離焦量之間的關系由圖15中所示的曲線Gc表示。在圖15中，水平軸表示B系列數據的圖像序列的重心位置與A系列數據的圖像序列的重心位置之差(即，像素節(jié)距)， 并且，垂直軸表示離焦量(μπι)。例如，使用下述公式(1)來獲得每一個圖像序列的重心位置Xg [公式1]
權利要求
1.一種圖像拾取元件，包括一對第一像素，所述一對第一像素通過接收透射通過拍攝光學系統(tǒng)的出瞳中的沿著預定方向在相反方向上傾斜的一對部分的被攝體光束來執(zhí)行光瞳分割功能；以及包括不被提供光瞳分割功能的第二像素的第二像素組， 其中，第二像素組包括沿著所述預定方向以預定節(jié)距設置的多個光電轉換器，以及提供在各個光電轉換器的上方的多個微透鏡， 其中，所述一對第一像素包括具有與所述多個光電轉換器相同的尺寸的一對光電轉換器，所述一對光電轉換器沿著所述預定方向以所述預定節(jié)距彼此相鄰地設置，以及其中，在所述一對光電轉換器的上方提供遮光部和一個微透鏡，遮光部具有遮住透射通過出瞳的光束的兩個遮光區(qū)域，所述一個微透鏡被夾于這兩個遮光區(qū)域之間。
2.根據權利要求1所述的圖像拾取元件，其中，多對第一像素沿著所述預定方向彼此相鄰地設置的第一像素對布置被提供，其中，在第一像素對布置中的所述一個微透鏡和每一對光電轉換器之間的布置關系對應于當所述多個微透鏡中的預定的微透鏡相對于第二像素組中的所述多個光電轉換器沿著預定方向相對地偏移預定量時的布置配置中的布置關系，以及其中，第一像素對布置包括在該布置配置中彼此相鄰的所述預定的微透鏡之間的多個遮光部。
3.根據權利要求2所述的圖像拾取元件，其中，所述預定量是預定節(jié)距的一半。
4.根據權利要求2所述的圖像拾取元件，其中，在第一像素對布置中彼此相鄰的微透鏡之間提供的所述多個遮光部之間的間隔等于在第二像素組中沿著預定方向設置的第二像素的布置中的每隔一個像素之間的距離。
5.根據權利要求1所述的圖像拾取元件，其中，在遮光部中，光束被黑色濾色器遮住。
6.根據權利要求1所述的圖像拾取元件，其中，在遮光部中，光束被預定的金屬層遮住。
7.根據權利要求1所述的圖像拾取元件，其中，所述一個微透鏡的直徑大于所述多個微透鏡的直徑。
8.根據權利要求7所述的圖像拾取元件，其中，遮光掩模的第一開口被提供在所述多個微透鏡的下方，并且其中，遮光掩模的第二開口被提供在所述一個微透鏡的下方，第二開口大于第一開口。
9.根據權利要求1所述的圖像拾取元件，其中，所述一個微透鏡的曲率大于所述多個微透鏡的曲率。
10.一種圖像拾取裝置，包括 拍攝光學系統(tǒng)；以及圖像拾取元件，所述圖像拾取元件接收透射通過拍攝光學系統(tǒng)的出瞳的被攝體光束， 其中，圖像拾取元件包括一對第一像素，所述一對第一像素通過接收透射通過出瞳中的沿著預定方向在相反方向上傾斜的一對部分的被攝體光束來執(zhí)行光瞳分割功能；以及包括不被提供光瞳分割功能的第二像素的第二像素組， 其中，第二像素組包括沿著預定方向以預定節(jié)距設置的多個光電轉換器，以及提供在各個光電轉換器的上方的多個微透鏡， 其中，所述一對第一像素包括具有與所述多個光電轉換器相同的尺寸的一對光電轉換器，所述一對光電轉換器沿著所述預定方向以預定節(jié)距彼此相鄰地設置，以及其中，在所述一對光電轉換器的上方提供遮光部和一個微透鏡，所述遮光部具有遮住透射通過出瞳的光束的兩個遮光區(qū)域，所述一個微透鏡被夾于這兩個遮光區(qū)域之間。
全文摘要
本發(fā)明提供具有相差檢測功能的成像元件的技術，該成像元件通過相差檢測方法來精確地檢查焦點，并且即使提高像素的微制造技術，也可以適當地被制造。為成像裝置提供的成像元件包括通過接收通過出瞳中的一對部分區(qū)域(Qa，Qb)的要被成像的被攝體的光束來實現光瞳分割功能的AF像素對(11f)；以及沒有光瞳分割功能的普通像素。AF像素對(11f)包括具有與普通像素的光電轉換器相同的尺寸并包括沿著水平方向相鄰地設置的一對光電轉換器(PD)。遮光部(LS)和微透鏡(ML)被提供在所述一對光電轉換器(PD)的上方，遮光部(LS)具有遮住通過出瞳的光束的兩個遮光部(Ea，Eb)，所述微透鏡(ML)被夾于這兩個遮光區(qū)域(Ea，Eb)之間。這樣使得可以實現成像元件，該成像元件通過相差檢測方法來精確地檢測焦點，并且即使提高像素的微制造技術，也可以適當地被制造。
文檔編號G03B13/36GK102197328SQ20098014259
公開日2011年9月21日 申請日期2009年9月2日 優(yōu)先權日2008年9月24日
發(fā)明者宇井博貴, 藤井真一, 西村豐 申請人:索尼公司