34的另一个光电转换部34与设置在奇数列((2m+l)列)的2根列信号线的另一根列信号线22 (2m+l)a连接。光电转换部34的输出信号(模拟信号)输出到列信号线22 (2m+l) a。
[0245]列AD转换装置42具有对对应于像素阵列部40的像素列而设置的列信号线22 (I)a、22 (I) b?22 (2M-1) a、22 (2M-1) b的每个设置的ADC (模拟-数字转换电路)23(1) a、23 (I)b?23(2M-l)a、23(2M-l)b。列AD转换装置42根据从时机控制电路50供给的控制信号TA1，将从像素阵列部40的各焦点检测像素411对每列输出的一对模拟信号转换为H比特的数字信号并输出。
[0246]第2行存储器44具有对构成列AD转换装置42的各ADC (23⑴a、23 (I) b?23(2M-l)a、23(2M-l)b)的每个设置的存储器(25 (I) a、25 (I) b ?25 (2M-1) a、25 (2M-1) b)。第2行存储器44根据从时机控制电路50供给的控制信号TM2，将对ADC (23 (I) a,23 (I) b?23(2M-l)a、23(2M-l)b)的每个输出的数字信号存储为H比特的数字信号。在此，在第2行存储器44的各存储器(25⑴a、25(l)b?25(2M-l)a、25(2M-l)b)中，关于I行量的焦点检测像素，存储一对光电转换部33、34的输出信号来作为数字信号。
[0247]列数字加法装置46具有对构成列AD转换装置42的一对ADC ((23⑴a、23⑴b)?(23(2M-l)a、23(2M-l)b))的每个设置的数字加法电路(26(1)?26(2M_1))。列数字加法装置46根据从时机控制电路50供给的控制信号TDl，将从一对ADC ((23(1) a、23 (l)b)?(23(2M-l)a、23(2M-l)b))输出的数字信号相加并输出为H比特的加法数字信号。
[0248]第I行存储器48具有对构成列数字加法装置46的各数字加法电路(26(1)?26 (2M-1))的每个设置的存储器(28⑴?28 (2M-1))。第I行存储器48根据从时机控制电路50供给的控制信号TM1，将对数字加法电路(26(1)?26(2M-1))的每个输出的加法数字信号存储为H比特的数字信号。在此，在第I行存储器48的各存储器(28(1)?28(2M-1))中，关于I行量的焦点检测像素，存储将一对光电转换部33、34的输出信号相加而得的加法信号(相当于摄像像素的输出信号)来作为数字信号。
[0249]第2行存储器44根据从第2列扫描电路51供给的扫描信号TS2而动作。存储在各存储器(25 (I) a,25 (I) b?25 (2M-1) a,25 (2M-1) b)中的H比特的数字信号被依次读取到第2水平输出电路45，经由该第2水平输出电路45作为焦点检测用的一对光电转换部33、34的输出信号(数字信号)而被串行输出到外部。
[0250]第I行存储器48根据从第I列扫描电路52供给的扫描信号TSl而动作。存储在各存储器(28(1)?28(2M-1))中的H比特的加法数字信号被依次读取到第I水平输出电路49，经由该第I水平输出电路49作为与摄像像素的输出信号相同的输出信号(数字信号)而被串行输出到外部。
[0251](第8实施方式)
[0252]第8实施方式为第7实施方式中的像素阵列部的焦点检测像素的结构的变形例。图39是与图36的像素布局图对应的图(滤光片排列与图37对应)。在图39中示出一部分的摄像元件212中，将图36的配置在第偶数行的焦点检测画411置换为具有在垂直方向上并列配置的一对光电转换部36、37的焦点检测像素412。
[0253]即，在奇数行中，在奇数列上配置有焦点检测像素411，在偶数行中，在偶数列上配置有焦点检测像素412。
[0254]图40是示出具有图39所示的像素布局的摄像元件212的结构的框图。关于图40，省略与图38的结构相同的部分的说明，仅对特征部分进行说明。像素阵列部40的与图38的不同点在于，在第偶数行的偶数列上配置有焦点检测像素412，该焦点检测像素412具有在垂直方向上分离的一对光电转换部36、37。
[0255]配置在偶数行的偶数列(2m+2列)的各焦点检测像素412的一对光电转换部36、37通过相同的行控制线21与行扫描电路41连接。根据控制信号R(L) (L为偶数)同时进行电荷蓄积控制和信号读取控制。各焦点检测像素412的一对光电转换部36、37的一个光电转换部36与设置在奇数列(2m+l列)的2根列信号线的一根列信号线22 (2m+l) a连接。光电转换部36的输出信号(模拟信号)输出到列信号线22(2m+l)a。各焦点检测像素412的一对光电转换部36、37的另一个光电转换部37与设置在奇数列(2m+l列)的2根列信号线的另一根列信号线22(2m+l)b连接。光电转换部37的输出信号(模拟信号)输出到列信号线22(2m+l)b。
[0256]在使用了如上所述结构的摄像元件212时，使用在水平方向上对每个光电转换部将排列在第奇数行的奇数列的具有绿色滤光片的焦点检测像素411的一对光电转换部33、34的数据进行分组化而得的一对数据，能够对在水平方向上存在对比度变化的被摄体像进行相位差检测。与此同时，使用在垂直方向上对每个光电转换部将配置在第偶数行的偶数列的具有红色滤光片或蓝色滤光片的焦点检测像素412的一对光电转换部36、37的数据进行分组化而得的相同颜色的一对数据，能够对在垂直方向上存在对比度变化的被摄体像进行相位差检测。
[0257](其他实施方式)
[0258]在本发明中，焦点检测像素中的光电转换部的数量不限定于两个，也能够对焦点检测像素具有2个以上光电转换部的摄像元件应用本发明。例如，虽然图6所示的焦点检测像素311具有在水平方向上将正方形进行2等分而得的两个光电转换部13、14，但是也能够对具有如下焦点检测像素的摄像元件应用本发明:具有进一步在垂直方向上将两个光电转换部13、14进行2等分而得的4个光电转换部的焦点检测像素。例如为了独立地读取4个光电转换部的模拟信号而在摄像元件对各列设置4根列信号线。与此同时，将由分别对4个光电转换部输出的模拟信号进行AD转换并输出为数字信号的ADC构成的列AD转换装置设置在摄像元件上。而且，将列数字加法装置设置在摄像元件上，该列数字加法装置具有对从列AD转换装置输出的4个光电转换部的数字信号进行数字加法的数字加法电路。根据这种摄像元件，能够得到与图10所示的摄像元件相同的效果。
[0259]另外，代替对应于4个光电转换部而设置4根列信号线，也可以将4个光电转换部中的两个光电转换部和其他两个光电转换部视为假想的相邻2行的焦点检测像素的光电转换部而构成摄像元件。由此，能够将列信号线减少为2根。例如，当在各焦点检测像素311中将4个光电转换部两两地配置两层时，将上层的两个光电转换部和下层的两个光电转换部视为假想的相邻2行的焦点检测像素的光电转换部，将列信号线减少为2根。
[0260]在上述实施方式的摄像元件中，对于整个图像阵列部分别各设置有I根焦点检测用的数据输出通道和图像用的数据输出通道。但是，也可以构成为:为了使读取速度高速化而将图像阵列部分割成多个区域，并且对各区域分别各设置I根焦点检测用的数据输出通道和图像用的数据输出通道。
[0261]在上述实施方式的摄像元件212中，机身驱动控制装置214的CPUa222根据列AD转换装置42对一对模拟信号进行转换而得到的数字信号，对可换镜头202 (光学系统)的焦点状态进行检测。但是，也可以使用列AD转换装置42对一对模拟信号进行转换而得到的数字信号来作为3D相机用的信号。
[0262]在图7所示的焦点检测像素中，具有在微透镜与光电转换部之间存在配线层的类型的焦点检测像素和不存在配线层的类型的焦点检测像素。本发明对具有哪种类型的焦点检测像素的摄像元件中都能够应用。即，本发明不仅能够应用于具有在微透镜与光电转换部之间存在配线层的类型的焦点检测像素的摄像元件，还能够应用于具有在微透镜与光电转换部之间不存在配线层、而相对于光电转换部在微透镜方向的相反侧配置有配线层的焦点检测像素的背面照射型的摄像元件。如本发明的摄像元件那样，在需要列信号线22的摄像元件上，比以往的摄像元件设置有更多的配线层。在背面照射型的摄像元件中，由于能够不被光电转换部的布局限制地配置配线层，因此对于列信号线数量的增加的灵活性提高。
[0263]在上述实施方式的摄像元件212中，摄像像素具有拜耳排列的彩色滤光片。但是，彩色滤光片的结构、排列不限定于此，对补色滤光片(绿色:G，黄色:Ye，品红色:Mg，青色:Cy)的排列、拜耳排列以外的排列也能够应用本发明。另外，还能够应用于单色摄像元件。
[0264]上述实施方式中的摄像元件212具有像素阵列部40和除此以外的部分，将像素阵列部40和除此以外的部分设置在分开的基板上，使这些分开的基板彼此层叠。但是，也可以将像素阵列部40和除此以外的部分设置在同一基板上。
[0265]另外，作为摄像装置，不限定于如上所述的在相机机身上安装有可换镜头的结构的数码静态相机。例如在镜头一体型的数码静态相机或摄像机中也能够应用本发明。而且，还能够在内置于移动电话等中的小型相机模块、监控相机、机器人用的视觉识别装置、车载相机等中应用。
[0266]将以下的优先权基础申请的公开内容作为引用文件援引至此。
[0267]日本专利申请2012年第214452号(2012年9月27日申请)
[0268]标号说明
[0269]10微透镜，
[0270]11、13、14、16、17、33、34、36、37 光电转换部，
[0271]15、18元件分离区域，
[0272]21行控制线，
[0273]22列信号线，
[0274]23 ADC (模拟-数字转换电路)，
[0275]24,27 开关，
[0276]25,28 存储器，
[0277]26数字加法电路，
[0278]29半导体基板，
[0279]30遮光罩，
[0280]31、32平坦化层，
[0281]38彩色滤光片，
[0282]40像素阵列部，
[0283]41行扫描电路，
[0284]42列AD转换装置，
[0285]43第2列开关装置，
[0286]44第2行存储器，
[0287]45第2水平输出电路，
[0288]46列数字加法电路，
[0289]47第I列开关装置，
[0290]48第I行存储器，
[0291]49第I水平输出电路，
[0292]50时机控制电路，
[0293]51第2列扫描电路，
[0294]52第I列扫描电路，
[0295]71摄影光束，
[0296]73、74焦点检测光束，
[0297]90 出瞳，
[0298]91 光轴，
[0299]93、94测距光瞳，
[0300]95 区域，
[0301]100摄影画面，
[0302]101焦点检测区域，
[0303]201数码静态相机，
[0304]202可换镜头，
[0305]203相机机身，
[0306]204 安装部，
[0307]206镜头驱动控制装置，
[0308]208变焦用透镜，
[0309]209 透镜，
[0310]210聚焦用透镜，
[0311]211 光圈，
[0312]212摄像元件，
[0313]213 电接点，
[0314]214机身驱动控制装置，
[0315]215液晶显示元件驱动电路，
[0316]216液晶显示元件，
[0317]217 目镜，
[0318]219 存储卡，
[0319]220摄像元件控制部，
[0320]221缓冲存储器，
[0321]222 CPUa,
[0322]223 CPUb，
[0323]310摄像像素，
[0324]311、312、411、412 焦点检测像素。
【主权项】
1.一种摄像元件，其特征在于，具有: 第I像素，接收一对光束并输出一对第I模拟信号； AD转换部，将所述一对第I模拟信号转换为一对第I数字信号； 数字加法部，将所述一对第I数字信号彼此相加而生成加法数字信号； 第I输出部，将所述一对第I数字信号输出到外部；以及 第2输出部，将所述加法数字信号输出到外部。
2.根据权利要求1所述的摄像元件，其中， 所述摄像元件还具有: 像素阵列部，具有在第I方向上排列所述第I像素而成的第I像素组，所述第I像素组在与所述第I方向交叉的第2方向上排列；和 扫描部，在所述像素阵列部中在所述第2方向上对所述第I像素组进行扫描， 所述AD转换部将通过在由所述扫描部扫描的所述第I像素组中排列的所述第I像素输出的所述一对第I模拟信号在所述第I像素组内并列地转换为所述一对第I数字信号。
3.根据权利要求2所述的摄像元件，其中， 所述像素阵列部还具有接收光束并输出第2模拟信号的第2像素， 在所述第I像素组中，在所述第I方向上排列所述第I像素和所述第2像素， 所述AD转换部将所述一对第I模拟信号和所述第2模拟信号在所述第2方向上并列地转换为所述一对第I数字信号和第2数字信号， 所述第2输出部将所述加法数字信号和所述AD转换部对所述第2模拟信号进行转换而得到的所述第2数字信号输出到外部。
4.根据权利要求3所述的摄像元件，其中， 当输入与相邻的所述第I像素和所述第2像素分别对应的所述一对第I数字信号和所述第2数字信号时，所述数字加法部将通过输出所述一对第I数字信号的开关输出的所述一对第I数字信号彼此相加。
5.根据权利要求4所述的摄像元件，其中， 所述摄像元件还具有多根信号线，该多根信号线通过在由所述扫描部扫描的所述第I像素组上排列的所述第I像素和所述第2像素，分别输出所述一对第I模拟信号和所述第2模拟信号， 所述多根信号线中与所述一对第I模拟信号中的一个对应的一根信号线还与通过在由所述扫描部下一次扫描的所述第I像素组上排列的所述第2像素输出的所述第2模拟信号对应。
6.根据权利要求3?5中的任意一项所述的摄像元件，其中， 所述第I输出部和所述第2输出部具有输出扫描信号的共用的扫描电路， 所述第I输出部根据所述扫描信号将所述一对第I数字信号输出到外部， 所述第2输出部根据所述扫描信号将所述加法数字信号和所述第2数字信号输出到外部。
7.根据权利要求6所述的摄像元件，其中， 所述像素阵列部所具有的包含所述第I像素和所述第2像素的多个像素根据拜耳排列具有红色、绿色以及蓝色中的任意一个颜色的彩色滤光片，并且所述第I像素具有绿色的彩色滤光片。
8.根据权利要求7所述的摄像元件，其中， 在所述像素阵列部中具有在所述第I方向上排列接收一对光束并输出一对第3模拟信号的第3像素与所述第2像素而成的第2像素组，以交替地并列配置所述第I像素组与所述第2像素组的方式在所述第2方向上排列多个所述第2像素组， 所述第I像素具有在所述第I方向上并列配置的一对第I光电转换部， 所述第3像素具有在所述第2方向上并列配置的一对第3光电转换部。
9.根据权利要求1所述的摄像元件，其中， 所述摄像元件还具有: 第I存储器，存储所述AD转换部对所述一对第I模拟信号进行转换而得到的所述一对第I数字信号；和 第2存储器，存储所述数字加法部将所述一对第I数字信号彼此相加而得到的所述加法数字信号， 所述第I输出部将由所述第I存储器存储的所述一对第I数字信号输出到外部， 所述第2输出部将由所述第2存储器存储的所述加法数字信号输出到外部。
10.根据权利要求3?8中的任意一项所述的摄像元件，其中， 所述摄像元件还具有: 第I存储器，存储所述AD转换部对所述一对第I模拟信号进行转换而得到的所述一对第I数字信号；和 第2存储器，存储所述数字加法部将所述一对第I数字信号彼此相加而得到的所述加法数字信号和所述AD转换部对所述第2模拟信号进行转换而得到的所述第2数字信号，所述第I输出部将由所述第I存储器存储的所述一对第I数字信号输出到外部，所述第2输出部将由所述第2存储器存储的所述加法数字信号和所述第2数字信号输出到外部。
11.根据权利要求2?10中的任意一项所述的摄像元件，其中， 所述第I像素具有微透镜， 通过所述微透镜，所述第I像素所具有的一对光电转换部与由所述第I像素所具有的所述一对光电转换部接收的所述一对光束通过的出瞳中的彼此不同的部分区域彼此成为共轭关系。
12.根据权利要求11所述的摄像元件，其中， 所述摄像元件为相对于所述第I像素所具有的所述一对光电转换部在所述微透镜的相对侧配置有配线层的背面照射型的摄像元件。
13.一种摄像装置，具有: 权利要求1?12中的任意一项所述的摄像元件； 焦点检测部，根据通过所述第I输出部输出的所述一对第I数字信号，通过相位差检测方式计算所述光学系统的离焦量，从而对所述光学系统的焦点状态进行检测； 焦点调节部，根据通过所述焦点检测部计算出的所述离焦量来调节所述焦点状态；以及 图像生成部，根据通过所述第2输出部输出的所述加法数字信号，生成图像数据。
14.根据权利要求13所述的摄像装置，其中， 所述图像生成部根据通过所述第2输出部输出的所述加法数字信号和所述第2数字信号，生成所述图像数据。
15.一种摄像元件，其特征在于，具有: 接收一对光束并反复输出一对信号的像素； 第I输出部，每当由所述像素输出所述一对信号时，将所输出的所述一对信号输出到外部； 加法部，每当由所述像素输出所述一对信号时，将所输出的所述一对信号彼此相加而生成加法信号；以及 第2输出部，每当由所述加法部生成所述加法信号时，将所生成的所述加法信号输出到外部。
【专利摘要】摄像元件包括：第1像素，接收一对光束并输出一对第1模拟信号；AD转换部，将一对第1模拟信号转换为一对第1数字信号；数字加法部，将一对第1数字信号彼此相加而生成加法数字信号；第1输出部，将一对第1数字信号输出到外部；以及第2输出部，将加法数字信号输出到外部。
【IPC分类】H04N101-00, G03B13-36, H04N5-374, H04N5-232, G02B7-34
【公开号】CN104718745
【申请号】CN201380050927
【发明人】日下洋介
【申请人】株式会社尼康
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2013年9月25日
【公告号】EP2903259A1, US20150256778, WO2014050875A1