图像拾取元件和图像拾取设备的制作方法

专利名称：图像拾取元件和图像拾取设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及能够光学地接收穿过摄影光学系统的出瞳(exit pupil)的摄影物体 光束的图像拾取元件的技术。
背景技术：
在图像拾取设备中，例如具有可互换镜头(interchangeable lenses)的单镜头反 光相机，使用了能够基于相差检测方法执行对焦检测的图像拾取元件。下文中，这种类型的 图像拾取元件有时将被称作"具有相差检测功能的图像拾取元件"。具体地，在具有相差检 测功能的图像拾取元件中，大量地提供了光电转换部件(光电二极管)对，所述光电转换部 件通过光学地接收穿过可互换镜头(摄影光学系统)的出瞳中的分段区域对(例如，左和 右光瞳分段)的摄影物体光束而生成像素信号。下面是现有技术的所述图像拾取元件的示 例。 例如，日本待审专利申请公开号2001-250931公开了一种具有相差检测功能的图
像拾取元件，其中在每个通常像素(R、G和B像素)中提供二等分型(bisected-like)的光
电转换部件(下文中被称作为"半尺寸(half-sized)的光电转换部件")，所述通常像素获
取摄影物体的图像信号。换句话说，在每个微镜头下面布置一对半尺寸的光电转换部件。 日本待审专利申请公开号2005-303409公开了具有相差检测功能的图像拾取元
件的另一示例，其利用一对相邻像素中由金属层制成的挡光遮罩(mask)中的小开口来限
制摄影物体光，以便利用一对光电转换部件来光学地接收出瞳中的一对分段区域。 日本待审专利申请公开号2007-127746公开了具有相差检测功能的图像拾取元
件的又一示例，其中可以使用具有重复地排列在水平方向上的光电转换部件对的水平线传
感器来执行水平方向上的相差检测，并且可以使用具有重复地排列在垂直平方向上的光电
转换部件对的垂直线传感器来执行垂直方向上的相差检测。

发明内容
然而，在根据日本待审专利申请公开号2001-250931的图像拾取元件中，可能必 须靠近光电转换部件安装晶体管，该晶体管用于将来自每个半尺寸的光电转换部件的输出 转换为电信号。这意味着光电转换部件在尺寸上减少的量等于晶体管的安装空间，因此减 少了光电转换部件可以接收到的光量(例如，光电转换部件的灵敏度)。这使得难以根据相 差检测方法来精确地执行对焦检测。 另一方面，在根据日本待审专利申请公开号2005-303409的图像拾取元件中，由 于使用了针对每个像素的挡光遮罩中的小开口来限制摄影物体光，因此随着图像拾取元件 中的像素的增加，像素变得小型化，期望进一步减小挡光遮罩中的开口的尺寸。然而，在制 造方面可能存在难以形成所述开口的可能性。 在根据日本待审专利申请公开号2007-127746的图像拾取元件中，由于水平线传 感器或垂直线传感器使用布置在水平线传感器与垂直线传感器之间的交叉处的光电转换部件，因此不能使用该交叉处的光电转换部件的线传感器缺少来自光电转换部件的输出数 据，从而导致用于补偿丢失的输出数据的复杂处理。这使得难以基于针对不同方向(水平 方向和垂直方向)的相差检测方法来容易地执行对焦检测。 可期望提供一种具有相差检测功能的图像拾取元件，其能够基于针对不同方向的 相差检测方法来容易且精确地执行对焦检测，并且甚至在像素变得小型化的情况下能够被 令人满意地制造。 根据本发明的第一实施例，提供了一种图像拾取元件，其包括光接收部件，其具 有矩阵排列的光电转换部件，所述矩阵排列通过布置多个第一方向阵列而形成，每个第一 方向阵列具有在第一方向和第二方向上排列的光电转换部件，在第一方向上其间保持预定 间隙，第二方向与第一方向垂直；和在所述光接收部件上面提供的多个微镜头。所述矩阵排 列的光电转换部件中的某一第一方向阵列被提供有一对第一光电转换部件，所述第一光电转 换部件经由一对微镜头光学地接收穿过摄影光学系统的出瞳中一对分段区域的摄影物体光 束，所述一对分段区域被在第一方向中以彼此相反的方向偏移布置。所述矩阵排列的光电转 换部件中的某一第二方向阵列被提供有一对第二光电转换部件，所述第二光电转换部件光学 地接收穿过出瞳中一对分段区域的摄影物体光束，所述一对分段区域被在第二方向中以彼此 相反的方向偏移布置。所述一对微镜头被布置成其光轴延伸通过所述一对第一光电转换部件 的边缘附近，所述边缘是在第一方向上彼此最远的边缘。所述一对第一光电转换部件包括布 置在某一第一方向阵列中的一个光电转换部件的相对侧上的两个相邻光电转换部件。所述一 个光电转换部件被布置在所述某一第一方向阵列和某一第二方向阵列之间的交叉处。
根据本发明的第二实施例，提供了一种图像拾取设备，其包括摄影光学系统和被 配置为光学地接收穿过所述摄影光学系统的出瞳的摄影物体光的图像拾取元件。所述图像 拾取元件包括光接收部件，其具有矩阵排列的光电转换部件，所述矩阵排列通过布置多个 第一方向阵列而形成，每个第一方向阵列具有在第一方向和第二方向上排列的光电转换部 件，在第一方向上其间保持预定间隙，第二方向与第一方向垂直，和在所述光接收部件上面 提供的多个微镜头。所述矩阵排列的光电转换部件中的某一第一方向阵列被提供有一对第 一光电转换部件，所述第一光电转换部件经由一对微镜头光学地接收穿过出瞳中一对分段 区域的摄影物体光束，所述一对分段区域被在第一方向中以彼此相反的方向偏移布置。所 述矩阵排列的光电转换部件中的某一第二方向阵列被提供有一对第二光电转换部件，所述 第二光电转换部件光学地接收穿过出瞳中一对分段区域的摄影物体光束，所述一对分段区 域被在第二方向中以彼此相反的方向偏移布置。所述一对微镜头被布置成其光轴延伸通过 所述一对第一光电转换部件的边缘附近，所述边缘是在第一方向上彼此最远的边缘。所述 一对第一光电转换部件包括布置在某一第一方向阵列中的一个光电转换部件的相对侧上 的两个相邻光电转换部件。所述一个光电转换部件被布置在所述某一第一方向阵列和某一 第二方向阵列之间的交叉处。 根据本发明的实施例，基于针对不同方向的相差检测方法，图像拾取元件能够容 易且精确地执行对焦检测，并且甚至当像素变得小型化时也能够被令人满意地制造。


图1图示了根据本发明实施例的图像拾取设备的外部配置；
图2也图示了图像拾取设备的外部配置；图3是图像拾取设备的垂直剖面图；图4是示出图像拾取设备的电子配置的方框图；图5是用于解释图像拾取元件的配置的图；图6是用于解释图像拾取元件的配置的另一图；图7是用于解释通常像素的配置的垂直剖面图；图8是用于解释通常像素的配置的平面图；图9是用于解释AF传感器部件的配置的垂直剖面图；图10是用于解释AF传感器部件的配置的平面图；图11是用于解释AF像素对的配置的垂直剖面图；图12是用于解释AF像素对的配置的平面图；图13图示了当焦平面从图像拾取元件的图像拾取面部朝向近侧(the nearside)
散焦(defocus) 200 m时获得的模拟结果； 图14图示了当焦平面从图像拾取面部朝向近侧散焦lOOym时获得的模拟结果；
图15图示了其中焦平面与图像拾取面部一致的焦点对准(in-focus)状态的模拟 结果； 图16图示了当焦平面从图像拾取面部朝向远侧(the far side)散焦100 y m时 获得的模拟结果； 图17图示了当焦平面从图像拾取面部朝向远侧散焦200ym时获得的模拟结果；
图18是用于解释曲线Gc的图，其示出了一对图像序列之间的质心位置 (barycentric position)的差与散焦量(defocus amount)之间的关系；
图19是用于解释根据本发明实施例变型的AF区域的配置的图；禾口
图20是用于解释根据本发明实施例另一变型的AF区域的配置的图。
具体实施方式

实施例 图像拾取设备的相关部件的配置 图1和图2图示了根据本发明实施例的图像拾取设备1的外部配置。具体地，图 1和图2分别是正视图和后视图。 图像拾取设备1例如是单镜头反射型数码相机，并且包括相机机身10和可互换镜 头2，该可互换镜头2用作可从相机机身10拆卸的拍摄镜头。 参考图l，相机机身10的正面被提供有安装部件301、位于安装部件301右边的镜 头替换按钮302和可把持(grippable)部件303，该安装部件301基本位于正面的中央并且 装配有该可互换镜头2。相机机身10被提供有布置在正面左上部的模式设置拨盘305、布 置在正面右上部的控制值设置拨盘306和布置可把持部件303上面的快门按钮307。
参考图2，相机机身10的后面被提供有液晶显示器(LCD)311、布置到LCD 311左 边的设置按钮组312、布置到LCD 311右边的十字键314、和布置在十字键314中央的推 钮(push button)315。相机机身10的后面也被提供有布置在LCD 311上面的电子取景器 (EVF)316、包围EVF 316的取景接目罩321、和布置在EVF 316左边的主开关317。而且，相机机身10的后面被提供有布置在EVF 316右边的曝光校正按钮323和自动曝光锁按钮
324、以及布置在EVF 316上面的闪光灯部件318和连接终端部件319。 安装部件301被提供有连接器Ec (参考图4)和耦接器75 (参考图4)，该连接器
Ec用于与所装配的可互换镜头2的电子连接，该耦接器75用于机械连接。 镜头替换按钮302是当从安装部件301拆卸可互换镜头2时按压的按钮。 可把持部件303是用户在使用图像拾取设备1摄影拍摄期间要把持的部件，并且
被提供有符合人手形状以提高舒适性(fittability)的表面凹凸设计。该可把持部件303
包括电池容纳室和卡容纳室(未示出)。电池容纳室被配置成容纳用作相机的电源的电池
69B(参考图4)，而卡容纳室被配置成可拆卸地容纳用于存储摄影图像的图像数据的存储
卡67(参考图4)。可把持部件303可被提供有把持传感器，用于检测该可把持部件303是
否被用户把持。 模式设置拨盘305和控制值设置拨盘306中的每一个由基本为盘状的部件组成， 其可在与相机机身10的上表面基本平行的平面内旋转。模式设置拨盘305被提供用于交 替地选择图像拾取设备1中包括的模式和功能，包括自动曝光(AE)控制模式和自动对焦 (AF)控制模式、各种拍摄模式(例如用于拍摄单个静止图像的静止图像拍摄模式和用于执 行连续拍摄的连续拍摄模式)、以及用于再现已记录图像的再现模式。另一方面，控制值设 置拨盘306被提供用于针对图像拾取设备1中包括的各种功能设置控制值。
快门按钮307是一个可被操作成半按(half-pressed)状态(其中该按钮被半按) 和全按(fully-pressed)状态(其中该按钮被进一步向下按压)的按压按钮。当快门按钮 307在静止图像拍摄模式中被半按时，执行用于拍摄摄影物体的静止图像的预备操作(包 括曝光控制值和对焦检测的设置)。当快门按钮307被全按时，执行摄影拍摄操作(包括使 图像拾取元件101 (参考图3)曝光并且对通过曝光处理获得的图像信号执行预定图像处理 以便将图像记录在存储卡67中的一系列处理)。 LCD 311包括彩色液晶板，其能够执行图像显示并且被配置成例如显示由图像拾 取元件101 (参考图3)拾取的图像或者再现和显示已记录图像，以及显示用于图像拾取设 备1中包括的功能和模式的设置屏幕。作为对LCD 311的替换，可以使用有机电致发光显 示单元或等离子体显示单元。 设置按钮组312包括用于操作图像拾取设备1中包括的各种功能的按钮。设置按 钮组312包括例如用于确认LCD 311上显示的菜单屏幕上选择的内容的选择确认开关、选 择取消开关、用于切换菜单屏幕上的内容的菜单显示开关、显示打开/关闭开关和显示放 大开关。 十字键314具有环形组件，其包括在圆周方向上以固定间隔排列的多个可按压部 分(即图2中三角形箭头表示的部分)，并且能够根据被提供成面对该可按压部分的相应 一个触点(开关)(未示出)而检测在相对应的可按压部分之一上执行的按压操作。推钮 315被布置在十字键314的中心。十字键314和推钮315被提供用以改变放大率(在广角 端方向或者长焦端方向上移动变焦镜头212(参考图4)、逐帧播放(frame-advancing)例如 在LCD 311上再现的记录图像、和输入用于设置拍摄条件(包括光圈、快门速度、和闪光灯 开/关模式)的命令。 EVF 316包括液晶板310 (参考图3)并且被配置成显示通过图像拾取元件101拾取的图像(参考图3)或者再现和显示已记录图像。EVF 316或LCD311执行实时取景(预 览)显示操作，用于在实际拍摄操作(即，用于记录图像的拍摄操作)之前基于由图像拾取 元件101顺序产生的图像信号以视频模式显示摄影物体，从而允许用户可视地检查由图像 拾取元件101实际拾取的摄影物体。 主开关317由具有两个触点的水平可滑动开关组成。当主开关317被设置在左位
置时，图像拾取设备1打开，而当主开关317被设置在右位置时，图像拾取设备1关闭。 闪光灯部件318显示的特征是弹出型的内置闪光灯。另一方面，当例如外部闪光
灯被附着到相机机身10时，使用连接终端部件319来连接该外部闪光灯。 取景接目罩321是C状挡光构件，其具有用于防止外部光透入EVF 316的挡光属性。 曝光校正按钮323用于人工地调节曝光值(光圈和快门速度)。AE锁按钮324用
于固定曝光。 可互换镜头2作用为吸收来自摄影物体的光(光学图像)的镜头窗口并且也作用 为用于将摄影物体光导入布置在相机机身10内部的图像拾取元件101的摄影光学系统。该 可互换镜头2可以通过按压镜头替换按钮302而从相机机身10拆离。
可互换镜头2包括由沿光轴LT以串联方式排列的多个镜头构成的镜头组21 (参 考图4)。该镜头组21包括用于对焦调整的对焦镜头211 (参考图4)和用于改变放大率的 变焦镜头212 (参考图4)，并且被配置成通过在光轴LT方向上驱动对焦镜头211或变焦镜 头212来执行对焦调整或放大率变化(参考图3)。可互换镜头2也具有透镜镜筒，该透镜 镜筒被提供有可操作环。该可操作环被布置在透镜镜筒外围上的适当部分处，并且可沿着 透镜镜筒的外围表面旋转。响应于人工操作或自动操作，变焦镜头212根据可操作环的旋 转方向和旋转量在光轴方向上移动，从而将变焦放大率(拍摄放大率)设置为与变焦镜头 212被移动到的位置对应的值。
图像拾取设备1的内部配置。 现在将描述图像拾取设备1的内部配置。图3是图像拾取设备1的垂直剖面图。 如图3所示，相机机身10例如包括图像拾取元件101和EVF 316。 当可互换镜头2装配到相机机身10时，图像拾取元件101被布置在可互换镜头2 中包含的镜头组21的光轴LT上并且与光轴LT垂直。图像拾取元件101显示的特征是例 如CMOS彩色区域传感器(CMOS型图像拾取元件)，其具有构成以矩阵二维地排列的多个像 素的光电二极管。图像拾取元件101生成与经由可互换镜头2光学地接收的摄影物体光相 关的红(R)、绿(G)和蓝(B)颜色分量的模拟电信号(图像信号)，并且输出R、 G和B颜色 的图像信号。后面将提供图像拾取元件101的配置的详细描述。 快门单元40被布置在光轴方向上图像拾取元件101的前面。快门单元40是具有 在垂直方向上移动的幕帘的机械焦平面快门。随着幕帘的打开和关闭，快门沿着光轴LT打 开和关闭导入图像拾取元件101的摄影物体光的光径。如果图像拾取元件101是完全电子 快门类型的，则可以省略快门单元40 。 EVF 316包括液晶板310和接目镜106。液晶板310是例如能够执行图像显示的 彩色液晶板，并且能够显示由图像拾取元件101拾取的图像。接目镜106将液晶板310上 显示的物体图像导向EVF 316。使用这种配置的EVF 316，用户能够可视地检查由图像拾取元件101拾取的摄影物体。
图像拾取设备1的电子配置 图4是示出图像拾取设备1的电子配置的方框图。图4中所示的与图1到图3中 组件相同的组件被赋予相同的附图标记。为了简洁，首先将描述可互换镜头2的电子配置。
除了构成上述摄影光学系统的镜头组21以外，可互换镜头2包括镜头驱动机构 24、镜头位置检测部件25、镜头控制部件26和光圈驱动机构27。 在镜头组21中，对焦镜头211、变焦镜头212和孔径光阑23被保持在透镜镜筒内 的光轴LT的方向上(图3)，所述孔径光阑23用于调节在相机机身10中包括的图像拾取元 件101上入射的光量。镜头组21获取摄影物体的光学图像以便在图像拾取元件101上形 成图像。在AF控制模式中，通过促使可互换镜头2内的AF致动器71M在光轴LT方向上驱 动对焦镜头211来执行对焦调整。 对焦驱动控制部件71A被配置成生成AF致动器71M的驱动控制信号，用以基于经 由镜头控制部件26从主控制部件62接收的AF控制信号将对焦镜头211移动到焦点对准 位置。AF致动器71M例如由步进电机组成并且将镜头驱动力施加到镜头驱动机构24。
镜头驱动机构24例如由螺旋体和旋转该螺旋体的齿轮(未示出)构成，并且被配 置成通过接收来自AF致动器71M的驱动力在与光轴LT平行的方向上驱动对焦镜头211等。 对焦镜头211的移动方向和移动距离对应于AF致动器71M的旋转方向和旋转速度。
镜头位置检测部件25包括编码板(encoding plate)和编码器电刷，该编码板具 有在镜头组21的移动范围内在光轴LT方向上以预定间距形成的多个编码图案，该编码器 电刷在编码板上滑动的同时与镜头组21 —起移动，并且所述镜头位置检测部件25被配置 成在镜头组21的对焦调整期间检测移动距离。镜头驱动机构24检测到镜头位置例如被输 出为脉冲的数目。 镜头控制部件26显示的特征为例如包括存储控制程序的ROM和存储与状态信息 相关的数据的存储器(例如闪存)的微型计算机。 镜头控制部件26具有用于经由连接器Ec与相机本体10的主控制部件62进行通 信的通信功能。因此，镜头控制部件26可以向主控制部件62发送例如与镜头组21的焦 距、出瞳位置、光圈、焦点对准距离以及周围环境光量相关的状态信息数据和与由镜头位置 检测部件25检测到的对焦镜头211相关的位置信息，并且接收例如与来自主控制部件62 的对焦镜头211的驱动量相关的数据。 光圈驱动机构27被配置成通过经由耦合器75接收来自光圈驱动致动器76M的驱 动力而改变孔径光阑23的光圈直径。 现在将描述相机机身10的电子配置。除了前述的图像拾取元件101和快门单元 40，相机机身10包括模拟前端(AFE) 5、图像处理部件61、图像存储器614、主控制部件62、 闪光灯电路63、操作部件64和VRAM 65 (65a和65b)。而且，相机机身10包括卡接口 (1/ F)66、存储卡67、通信接口 (1/F)68、电源电路69、电池69B、快门驱动控制部件73A、快门驱 动致动器73M、光圈驱动控制部件76A和光圈驱动致动器76M。 图像拾取元件101显示的特征为例如如上所述的CMOS彩色区域传感器和用于控 制图像拾取操作的定时控制电路51 (稍后描述)，图像拾取操作包括图像拾取元件101的 曝光操作的开始(和结束)、图像拾取元件101中包括的像素的输出选择、和像素信号的读取。 AFE 5被配置成将定时脉冲施加到图像拾取元件101以促使图像拾取元件101执 行预定操作，并且也被配置成对从图像拾取元件101输出的图像信号(即，由CMOS区域 传感器的像素光学地接收的模拟信号组)执行预定的信号处理，将所述信号转换为数字信 号，并且将数字信号输出到图像处理部件65。该AFE 5包括定时控制电路51、信号处理部 件52和A/D转换部件53。 定时控制电路51基于从主控制部件62输出的参考时钟而生成预定的定时脉冲 (即，生成例如垂直扫描脉冲小Vn、水平扫描脉冲小Vm和复位信号小Vr的脉冲)，并且将所 述定时脉冲输出到图像拾取元件101以便控制图像拾取元件101的图像拾取操作。而且， 定时控制电路51将预定的定时脉冲输出到信号处理部件52和A/D转换部件53，以便控制 信号处理部件52和A/D转换部件53的操作。 信号处理部件52被配置成对从图像拾取元件101输出的模拟图像信号执行预定 的模拟信号处理。信号处理部件52包括例如相关双取样(CDS)电路、自动增益控制(AGC) 电路和箝位电路。A/D转换部件53被配置成基于从定时控制电路51输出的定时脉冲而将 从信号处理部件52输出的模拟R、G和B图像信号转换为具有多个位(例如12位)的数字 图像信号。 图像处理部件61被配置成对从AFE 5输出的图像数据执行图像处理以便创建图 像文件，并且包括黑电平校正电路611、白平衡控制电路612和伽玛(gamma)校正电路613。 与图像拾取元件101的读取同步，图像处理部件61获取的图像数据被暂时地写入图像存储 器614。随后，图像数据通过存取在图像存储器614中写入的图像数据，经历图像处理部件 61的每个块中的处理。 黑电平校正电路611被配置成将由A/D转换部件53A/D转换的R、G和B数字图像 信号中的每一个信号的黑电平校正为参考黑电平。 白平衡控制电路612被配置成基于根据光源的参考白电平来转换R、G和B颜色分 量的数字信号的电平(调整白平衡(WB))。具体地，白平衡控制电路612基于从主控制部件 62接收到的WB调整数据根据摄影物体中的亮度和彩色数据规定被假设为在初始摄影物体 中的白色的部分，确定上述部分中的R、 G和B颜色分量的平均值、G/R比率和G/B比率，并 且校正这些值的电平作为R和B校正增益。 伽玛校正电路613被配置成校正WB调整后的图像数据的灰度特性。具体地，伽玛 校正电路613使用为每一颜色分量初始设置的伽玛校正表对图像数据的电平执行非线性 转换和偏置调整。 图像存储器614被用来在摄影拍摄模式期间暂时存储从图像处理部件61输出的
图像数据，并且也被用作其中主控制部件62对图像数据执行预定处理的工作区域。在再现
模式期间，图像存储器614被用来暂时存储从存储卡67读出的图像数据。 主控制部件62显示的特征为例如包括存储控制程序的ROM和暂时存储数据的存
储部件(例如RAM)的微型计算机，并且被配置成控制图像拾取设备1的每一部件的操作。 闪光灯电路63被配置成将在闪光拍摄模式中从连接到闪光灯部件318或连接终
端部件319的外部闪光灯发出的光量控制为由主控制部件62设置的值。 操作部件64包括模式设置拨盘305、控制值设置拨盘306、快门按钮307、设置按钮
10组312、十字键314、推钮315和主开关317，并且被提供用于将操作信息输入到主控制部件 62。 VRAM 65a和65b的每一个具有与LCD 311和EVF 316中像素的数目对应的图像信 号存储容量，并且用作主控制部件62以及LCD 311和EVF 316之间的缓冲存储器。卡I/F 66是用于在存储卡67与主控制部件62之间发送和接收信号的接口 。存储卡67是用于存 储由主控制部件62生成的图像数据的存储介质。通信I/F 68是用于将例如图像数据发送 到个人计算机或其它外部设备的接口。 电源电路69例如由恒压电路形成，并且配置成生成用于驱动整个图像拾取设备1 的电压，包括诸如主控制部件62、图像拾取元件101的控制部件以及其它各种类型的驱动 部件。待施加到图像拾取元件101的电力受从主控制部件62施加到电源电路69的控制信 号控制。电池69B由原电池(例如碱性电路)或者二次电池(例如镍氢可充电电池)组成， 并且用作向整个图像拾取设备1提供功率的电源。 快门驱动控制部件73A被配置成基于从主控制部件62接收到的控制信号而生成 用于快门驱动致动器73M的驱动控制信号。快门驱动致动器73M被配置成打开和关闭快门 单元40。 光圈驱动控制部件76A被配置成基于从主控制部件62接收到的控制信号而生成 用于光圈驱动致动器76M的驱动控制信号。光圈驱动致动器76M经由耦合器75将驱动力 施加到光圈驱动机构27。 相机机身10包括相差AF计算电路77，该相差AF计算电路77被配置成基于从黑 电平校正电路611输出的已经受黑电平校正的图像数据执行当使用图像拾取元件101执行 AF控制时所需的计算。 现在将描述使用相差AF计算电路77的图像拾取设备1的相差AF操作。
图像拾取设备1的相差AF操作 图像拾取设备1能够通过光学地接收经由具有图像拾取元件101中的不同出瞳的 部分发送的光基于相差检测方法来执行对焦检测(相差AF操作)。下面的描述将关注图像 拾取元件101的配置、使用图像拾取元件101的相差AF操作的原理。
图5和图6是用于解释图像拾取元件101的配置的图。 在图像拾取元件101中，在图像拾取元件101的图像拾取正面101f上以矩阵排列 的每个AF区域Ef中，基于相差检测方法的对焦检测是可能的(图5)。
每个AF区域Ef被提供有通常像素100，该通常像素100包括R像素111、 G像素 112和B像素113，其中R、G和B滤色片被分别布置在光电二极管和用作会聚镜头的微镜头 ML (用虚线表示)之间。另一方面，如图6所示，每个AF区域Ef也被提供有AF垂直线Lf 。 在每条AF垂直线Lf中，AF传感器部件llf沿着图像拾取元件101的垂直线(垂直方向) 排列。AF传感器部件llf的每一个通过使用微镜头对ML1和ML2以及用于执行相差AF操 作的光电转换部件对PD1和PD2(参考图9)来实现光瞳分割功能。而且，如图6所示，每个 AF区域Ef也被提供有AF水平线Lg。在每条AF水平线Lg中，AF像素对llg沿着图像拾取 元件101的水平线(水平方向)排列。AF像素对llg的每一个通过使用单个微镜头MLa以 及用于执行相差AF操作的光电转换部件对PDa和PDb(参考图11)来实现光瞳分割功能。
每个AF区域Ef也具有通常像素110的垂直线Ln (也被称作"通常像素线")，而不具有前述的光瞳分割功能。通常像素线Ln包括Gr线LI (其中G像素112和R像素111 被交替地排列在垂直方向上)和Gb线LI (其中B像素113和G像素112被交替地排列在 垂直方向上)。在通常像素线Ln中，通常像素110未被提供在与AF水平线Lg交叉的部分 中。Gr线LI和Gb线L2被交替地排列在水平方向上，因此Bayer排列由通常像素110形 成。在每个AF区域Ef中，摄影物体的图像信息基本上通过具有比AF垂直线Lf更大数量 的线的通常像素线Ln来获取。 而且，在每个AF区域Ef中，在水平方向上周期地形成AF垂直线Lf ，在所述AF垂 直线Lf中具有与通常像素110的微镜头ML相同配置(半径和曲率)的两个微镜头MLl和 ML2的每个AF传感器部件llf被重复地排列在图像拾取正面101f的垂直方向(第一方向) 上。用作对于AF垂直线Lf上的摄影物体的丢失图像信息的补充的通常像素线Ln (例如四 条或更多条通常像素线Ln)优选地被提供于在水平方向上彼此相邻的AF垂直线Lf之间。 与每条AF垂直线Lf的左侧和右侧相邻的两条通常像素线Ln的组合可以由相同类型的垂 直线(两条Gr线Ll或两条Gb线L2)限定或者可以由不同类型的垂直线(一条是Gr线Ll 和另一条是Gb线L2)限定。 而且，在每个AF区域Ef中，在垂直方向上周期地形成AF水平线Lg，在所述AF水 平线Lg中具有与通常像素110的微镜头ML相同配置(半径和曲率)的单个微镜头MLa的 每个AF像素对llg被重复地排列在水平方向上。 下面将以通常像素110、AF传感器部件llf和AF像素对llg的这种顺序来描述它 们的配置。 图7是用于解释通常像素110的配置的垂直剖面图。图7中所示的通常像素110 的阵列对应于Gr线Ll(图6)，其是沿着垂直方向(Y方向)形成的通常像素线Ln。
在每个通常像素线Ln中，沿着垂直方向(Y方向)以间距a排列为相应通常像素 IIO提供的光电转换部件(光电二极管)PD。在具有间距a作为Y方向上的长度(宽度) 的每个通常像素110中，例如，每个具有布线图案作为电子电路的布线区域We被提供为与 上边缘和下边缘相邻，如图8所示，并且提供了具有平面图为矩形形状的光电转换部件PD。 该矩形光电转换部件PD被布置使得它的纵向方向与水平方向对准，或者换句话说，它的横 向方向与垂直方向对准。另外，如图7所示，相邻光电转换部件PD其间具有固定间隙13用 于确保布线区域We。该间隙13被类似地提供在AF垂直线Lf上的相邻光电转换部件PD 之间(参考图9)，其中光电转换部件PD被排列在垂直方向上。具体地，在用作光接收部件 的图像拾取正面101f中，其中光电转换部件PD以间距a排列在垂直方向(第一方向)上 (其间维持间隙的垂直阵列(垂直线)被多个提供在与垂直方向垂直的水平方向(第 二方向)上，从而形成光电转换部件PD的矩阵排列。 微镜头ML被提供在图像拾取正面101f中的相应光电转换部件PD之上。微镜头 ML和光电转换部件PD其间具有三个金属层，具体地，从顶部开始顺序为第一金属层41、第 二金属层42和第三金属层43。第二金属层42和第三金属层43具有挡光属性并且用作用 于传送电信号的线路(线性组件)。第二金属层42和第三金属层43沿着水平方向(X方 向)布置(所述线路沿着图7中的图平面的法线布置)。第一金属层41用作两个金属层 的接地表面。滤色片FL被布置在第一金属层41上，并且微镜头ML被提供在滤色片FL上。 关于例如在Gr线Ll中排列的通常像素110的阵列中的滤色片FL，绿色滤光片Fg和红色滤光片Fr被交替地排列，如图7所示。 为了防止光电转换部件PD接收不必要的穿过微镜头ML的光，每条通常像素线Ln 中的微镜头ML之间的空间被第一金属层41光学地阻挡。换句话说，第一金属层41充当挡 光遮罩层，其具有例如在微镜头ML下面的八角形开口 0P。
现在将描述AF传感器部件llf的配置。 图9和图10是分别用于解释AF传感器部件llf之一的配置的垂直剖面图和平面 图。图9和图10中示出的AF传感器部件llf被提供在AF垂直线Lf之一上(图6)。
如图9所示，AF传感器部件llf包括光电转换部件PD1和光电转换部件PD2，当可 互换镜头2通过上部(+Y方向侧)微镜头ML1观看时该光电转换部件PD1光学地接收出瞳 的上分段Qal中的光束Tal，当可互换镜头2通过下部(-Y方向侧)微镜头ML2观看时该 光电转换部件PD2光学地接收出瞳的下分段Qb2中的光束Tb2。这两个光电转换部件PD1 和PD2具有在其间布置的一个光电转换部件PDm。类似于上述通常像素线Ln(图7)，由于 相邻光电转换部件PD其间具有间隙，因此，微镜头ML鉴于该间隙13被排列。详细地，在AF 传感器部件llf中，微镜头ML1的光轴AX1与光电转换部件PD1的上边缘Ha对准，并且微 镜头ML2的光轴AX2与光电转换部件PD2的下边缘Hb对准。换句话说，微镜头ML1的光轴 AX1被布置在距光电转换部件PD1和上相邻光电转换部件PD之间的间隙13的中心线Cl偏 移了预定偏移距离La的位置处。另一方面，微镜头ML2的光轴AX2被布置在距光电转换部 件PD2和下相邻光电转换部件PD之间的间隙13的中心线C2偏移了预定偏移距离Lb的位 置处。具有如此配置的AF传感器部件llf允许分别光学地接收穿过微镜头ML1和ML2的 光束Tal和Ta2的两个光电转换部件PD1和PD2的出瞳分割。 在其中排列上述AF传感器部件1 lf的每条AF垂直线Lf中，光电转换部件PD之上 布置的组件、即第一金属层到第三金属层、滤色片和微镜头相对于图7中所示的通常像素 线Ln在垂直方向上(Y方向)被偏移间距的一半(a /2)，并且微镜头对也被向内偏移。例 如，关于每对微镜头ML1和ML2，其光轴AX1和AX2通过相对于通常像素线Ln偏移光轴AX1 和AX2间距的一半被分别对准间隙13的中心线Cl和C2，并且光轴AX1和AX2随后朝着在 中间的光电转换部件PDm偏移所述偏移距离La和Lb (向内)。 具体地，每个AF传感器部件llf中的两个光电转换部件PD1和PD2与两个微镜头 ML1和ML2之间的排列关系等效于通过相对于光电转换部件PD在垂直方向相对地偏移通常 像素线Ln中的特定微镜头ML半个间距a ，并随后进一步将上述微镜头ML向内偏移预定 偏移距离La和Lb而获得的排列配置，所述特定微镜头ML对应于AF传感器部件llf中的 微镜头MLl和ML2。将微镜头进一步偏移预定距离La和Lb的原因在于，如果微镜头仅仅 偏移半个间距，穿过每个出瞳中央附近的摄影物体光束将进入布线区域We，从而降低了通 过有关光瞳分割的光电转换部件PD1和PD2接收的光量。在上述排列的配置中，挡光部件 LS (LSp)被提供在每对相邻的微镜头MLl和ML2之间，从而形成AF传感器部件llf的阵列 (AF垂直线Lf)。每个AF垂直线Lf中相邻的AF传感器部件llf具有提供在其间的挡光部 件LSq，其在垂直方向(Y方向)的宽度小于挡光部件LSp的宽度。通过这种方式，AF垂直 线Lf可通过轻微改变通常像素线Ln的设计来形成，从而简化和方便AF垂直线Lf的设计 和制造。下面是被提供在每个AF垂直线Lf中的相邻微镜头ML之间的挡光部件LS的详细 说明。
在每个AF垂直线Lf中，第一金属层44在挡光部件LSp处相对于形成在通常像素 线Ln中的第一金属层41中的开口 0P(图7)挡光，如图9所示，。详细来说，与形成图7中 所示通常像素线Ln中开口 OP的地方相对应的两个部件0Q1和0Q2 (图9)被第一金属层44 阻挡，而且具有相当于大约两个像素宽度的黑色滤色片(黑色滤光片)Fbp布置在第一金属 层44上。黑色滤光片Fbp以这种方式布置在第一金属层44上以最小化重影闪光的出现。 具体地，如果第一金属层44的上表面暴露，从可互换镜头2进入的光被第一金属层44反射 使得重影闪光出现。因此，黑色滤光片Fbp用于吸收该反射光。通过使用黑色滤光片Fbp 和第一金属层44在每个挡光部件LSp中挡光，可适当和容易地挡光。在相邻AF传感器部 件llf之间的每个挡光部件LSq中，布置具有小于一个像素宽度的宽度的黑色滤光片Fbq。 结果是，在每个AF垂直线Lf中，具有相对较大宽度的黑色滤光片Fbp和具有相对较小宽度 的黑色滤光片Fbq交替地和重复地排列，如图10所示。 此外，在每条AF垂直线Lf中，采用透明滤光片Ft作为提供在第一金属层44中开 口 0P1和0P2上的滤色片。这允许通过每个AF传感器部件llf接收的光量的增加，从而实 现较高灵敏度。 在每个AF传感器部件llf中，第二金属层45和第三金属层46最靠近微镜头MLl 的光轴AX1的上布线部件45a和46a，被朝向光轴AX1较近地布置，以尽可能多地防止来自 出瞳的下分段Qbl的光束Tbl进入布线区域We。同样地，第二金属层45和第三金属层46 最靠近微镜头ML2的光轴AX2的下布线部件45b和46b，被朝向光轴AX2较近地布置，以尽 可能多地防止来自出瞳的上分段Qa2的光束Ta2进入布线区域We。换句话说，沿水平方向 (X方向)排列的布线部件45a、45b、46a和46b提供在线段Ja(实线箭头)在Y方向的外 侧和线段Jb(点线箭头)在Y方向的外侧的附近，如图9所示。具体地，线段Ja和线段Jb 将图9中所示微镜头ML1和ML2的最远端，其是在垂直方向(Y方向)彼此间的最远端，即 上端Ma和下端Mb，分别与光电转换部件PD1和PD2的边缘Ha和Hb连接。布线部件45a、 45b、46a和46b以这种方式排列来最小化光瞳分段上的不利效果。具体地，如果入射在布线 区域We上的光被布线区域We反射，该反射光可被光电转换部件PD1和PD2光学地接收，可 能引起光瞳分段上的不利效果。除了布线部件45a、45b、46a和46b之外，可提供用于最小 化布线区域We上的入射光的伪布线部件。 使用具有上面配置的AF传感器部件llf，来自出瞳的光瞳分段，即出瞳的上分段 Qal，的光束Tal穿过微镜头ML1和透明的滤色片Ft，从而被光电转换部件PD1光学地接收， 并且来自出瞳的下分段Qb2的光束Tb2穿过微镜头ML2和滤色片Ft，从而被光电转换部件 PD2光学地接收。换句话说，在图像拾取正面101f中形成的光电转换部件PD的矩阵排列 中，特定的垂直阵列，即每条AF垂直线Lf ，被提供有光电转换部件PD1和PD2对。每对光电 转换部件PD1和PD2经由微镜头ML1和ML2对而光学地接收穿过上分段Qal和下分段Qb2 的摄影物体的光束Tal和Tb2，上分段Qal和下分段Qb2是在可互换镜头2的出瞳中在垂直 方向上以彼此相反的方向偏移布置的一对分段区域。
现在将描述AF像素对llg的配置。 图11和图12分别是用于解释AF像素对llg的配置的垂直剖面图和平面图。图
11和图12中示出的AF像素对llg被提供在AF水平线Lg之一上(图6)。 每一 AF像素对1 lg包括被布置在微镜头MLa的光轴AX的相对侧上的一对光电转换部件PDa和PDb，以便将来自出瞳的左分段Qa的光束Ta与来自右分段Qb的光束Tb相互 分离，如图11所示。光电转换部件PDa和PDb与通常像素110的光电转换部件PD(图8) 具有相同尺寸并且在水平方向上以间距Y被布置成彼此相邻，该间距Y等于垂直方向上 的前述间距a 。然而，由于布线区域We未被提供在每个光电转换部件PD的水平方向上，如 图8所示，因此具有侧长形状的光电转换部件PDa和PDb被布置成彼此相邻而其间几乎没 有任何间隙。 在其中如上所述排列AF像素对llg的AF水平线Lg中，布置在光电转换部件PDa 和PDb上的组件(即，第一到第三金属层、滤色片和微镜头)相对于通常像素110的水平线 在水平方向上被偏移一半间距。具体地，两个光电转换部件PDA和PDB与每个AF像素对 llg中的微镜头MLa之间的排列关系等效于通过将通常像素110的水平线上的特定微镜头 ML (对应于AF像素对1 lg中的微镜头MLa)相对于光电转换部件PD在水平方向上相对地偏 移一半间距Y (预定距离)而获得的排列配置。在这种排列配置中，挡光部件LSr被提供 在每对相邻微镜头MLa之间，从而形成AF像素对llg的阵列，S卩，AF水平线Lg。以这种方 式，AF水平线Lg可以通过稍微改变通常像素110的水平线的设计来形成，从而简化并便于 AF水平线Lg的设计和制造。下面是在AF水平线Lg中的每对相邻微镜头MLa之间提供的 挡光部件LSr的配置的详细描述。 如图11和图12所示，在每条AF水平线Lg中，在通常像素110的每个阵列中形成 的第一金属层41中每隔一个开口0P(图7)，光被第一金属层47阻挡。换句话说，为了通过 尽可能彼此接近地布置一对相邻光电转换部件PDa和PDb来提高相差AF操作的精确度，在 AF水平线Lg中的相邻微镜头MLa之间提供的挡光部件LSr之间的距离被设置为等于从一 个像素到在水平方向上排列的通常像素110的水平线中的每隔一个像素的距离。详细地， 与其中形成了图7中所示的通常像素110的阵列中的开口 OP对应的部件OQ(图11)被金 属层47阻挡，并且对于每隔一个像素在其上布置黑色滤色片(黑色滤光片)Fb(Fbr)。黑 色滤光片Fbr以最小化重影闪光的出现的方式被布置在第一金属层47上。具体地，如果第 一金属层47的上表面被曝露，则从可互换镜头2进入的光可能被第一金属层47反射，从而 导致重影闪光(ghost flare)发生。因此，黑色滤光片Fbr被用来吸收这种反射光。相应 地，该实施例中的每个AF像素对llg被提供有在光电转换部件PDa和PDb之上的挡光部件 LS。每个挡光部件LS具有两个挡光区域Ea和Eb，该两个挡光区域Ea和Eb由第一金属层 47以及在部件OQ中形成的黑色滤光片Fbr形成，并阻挡穿过出瞳的摄影物体光束。通过以 这种方式使用黑色滤光片Fbr和第一金属层47在挡光部件LS中阻光，可适当和容易地挡 光。在每个AF像素对llg中，单个微镜头MLa被提供在两个挡光区域Ea和Eb之间，从光 电转换部件PDa和PDb的相反边缘上向中央延伸。 此外，类似于AF垂直线Lf ，在AF水平线Lg中采用透明滤光片Ft作为被提供在第 一金属层47中开口 OP上的滤色片。 而且，在AF水平线Lg中，为了确保第一金属层47中每个开口 OP正下面的大的光 路，第二金属层48和第三金属层49被远离开口 OP正下面一间隔布置。具体地，与图7中 所示通常像素110的配置相比，第二金属层48和第三金属层49被进一步向内一相当于间 隔SP的距离布置。相反，如果第二和第三金属层48和49被布置在间隔SP内，当实际出瞳 大于期望的(设计中)时，来自不期望部件的光束可进入第二和第三金属层48和49，并且
15被第二和第三金属层48和49反射，可能产生光瞳分段上的不利效果。因此，第二和第三金 属层48和49的该配置用于防止这种不利效果。 使用具有上述配置的每个AF像素对llg，来自出瞳的光瞳分段，即出瞳的左分段 Qa，的光束Ta通过微镜头Mia和透明滤色片Ft以便被光电转换部件PDb光学地接收，而来 自出瞳的右分段Qb的光束Tb通过微镜头Mia和滤色片Ft以便被光电转换部件PDa光学 地接收。换句话说，在形成在图像拾取正面101f中的矩阵排列的光电转换部件PD中，特定 的水平阵列，即每条AF水平线Lg，被提供有多对光电转换部件PDa和PDb。每对光电转换 部件PDa和PDb，经相应的微镜头MLa，光学地接收穿过左分段Qa和右分段Qb的摄影物体 的光束Ta和Tb，左分段Qa和右分段Qb是在可互换镜头2的出瞳中的水平方向中以彼此相 反的方向被偏移布置的一对分段区域。 在被提供有如上所述AF垂直线Lf和AF水平线Lg的图像拾取元件101中，这些 线之间的交叉KP(图6)被提供有未被AF垂直线Lf中AF传感器部件llf使用的光电转换 部件PDm(图9)。通过使用这些光电转换部件PDm作为AF像素对llg中的光电转换部件， 可获得AF垂直线Lf和AF水平线Lg之间的连续线输出而不受交叉KP影响。因此，相差AF 操作可相对于垂直方向和水平方向容易地实施。 在下面的描述中，光电转换部件PD1中获得的光学接收数据被称作"a-系列数 据"，而光电转换部件PD2中获得的光学接收数据被称作"b-系列数据"。例如，关于某一AF 垂直线Lf的相差AF操作的原理将在下面参照示出了从AF垂直线Lf中排列的一组AF传 感器部件llf获得的a-系列数据和b-系列数据的图13至17进行描述。
图13图示了当焦平面从图像拾取元件IOI的图像拾取正面101f朝着近侧散焦 200iim时获得的模拟结果。图14图示了当焦平面从图像拾取正面101f朝着近侧散焦 100 m时获得的模拟结果。图15图示了其中焦平面与图像拾取正面101f —致的焦点对准 状态的模拟结果。图16图示了当焦平面从图像拾取正面101f朝着远侧散焦100 m时获得 的模拟结果。图17图示了当焦平面从图像拾取正面101f朝着远侧散焦200 m时获得的 模拟结果。在图13至17中，横轴代表AF-垂直_线-Lf方向中的光电转换部件PD1和PD2 的位置，而纵轴代表光电转换部件PD1和PD2的输出。在图13至17中，图Gal至Ga5(以 实线示出)中每个均表示a-系列数据，而图Gbl至Gb5(以点线示出)中每个均表示b-系 列数据。 当比较图13至17中a-系列曲线图Gal至Ga5所表示的a_系列图像序列和b_系 列曲线图Gbl至Gb5所表示的b-系列图像序列时，显然a_系列图像序列和b-系列图像序 列之间在AF-垂直-线-Lf方向上发生的偏移量(位移量)随着散焦量的增加而增加。
当图像序列对(S卩，a_系列图像序列和b-系列图像序列)之间的偏移量和散焦 量之间的关系制成曲线图时，得到如图18中所示曲线图Gc。在图18中，横轴代表a-系列 图像序列的质心位置和b-系列图像序列的质心位置之间的差(像素间距)，而纵轴代表散 焦位置(ym)。每个图像序列的质心位置Xg可通过，例如，下面的公式(1)确定 r ，v XlYl+X2丫2+…XnYn "、 在公式(1)中，&至Xn中的每一个例如表示自相应AF垂直线Lf的上端的光电转 换部件PD的位置，而l至Yn中的每一个表示光电转换部件PD在每个位置&值。 如图18中曲线图Gc中所示，图像序列对的质心位置的差和散焦量具有成比例的 关系。该关系可通过下面的公式(2)表示，其中，散焦量表示为DF(ym)，并且质心位置的差 表示为C(iim)。
DF = kXC (2) 在公式(2)中，系数k表示相对于图18中曲线图Gc的梯度Gk(以点线示出)，并 且可预先从，例如，工厂测试中获得。 因此，在使用相差AF计算电路77来确定关于AF传感器部件llf获得的a_系列 数据和b-系列数据的质心位置的差(相差)之后，使用公式(2)来计算散焦量。散焦量可 从AF水平线Lg中一对光电转换部件PDa和PDb获得的a-系列数据和b-系列数据中类似 地计算出。通过施加相当于计算的散焦量的驱动量至对焦镜头211，用于移动对焦镜头211 至检测的对焦位置的自动对焦(AF)控制可被实施。上述散焦量和对焦镜头211的驱动量 之间的关系基于适于相机机身10的可互换镜头2的设计值被唯一地确定。
图像拾取设备1的图像拾取元件101被提供有用于相差AF操作的AF传感器部件 llf，而且每个AF传感器部件llf包括具有与通常像素线Ln中光电转换部件PD相同尺寸 的一对光电转换部件PD1和PD2、一对微镜头ML1和ML2、和具有在微镜头ML1和ML2正下 面大约与微镜头ML1和ML2相同尺寸的开口 0P1和0P2的第一金属层44。这样，图像拾取 元件(即，具有相差检测功能的图像拾取元件)101能够精确地实施基于相差检测方法的对 焦检测，而且甚至当像素变成最小化时还能够被令人满意地制造。与日本待审专利申请公 开号2005-303409中开的其中通过使用金属层(挡光遮罩)中小开口限制摄影物体光来实 现光瞳分割的具有相差检测功能的图像拾取元件相比，在本实施例中必需光束的阻挡被最 小化，从而减少了光电转换部件PD1和PD2的灵敏度的降低。此外，在日本待审专利申请公 开号2005-303409中讨论的具有相差检测功能的图像拾取元件中，因为具有小开口的金属 层从光电转换部件的上面突出，从而被暴露，暴露的金属层可能导致重影闪光出现。反之， 因为黑色滤光片Fb被布置在根据本实施例的图像拾取元件101中第一金属层44上，重影 闪光的出现可被防止。 每个AF传感器部件llf中的微镜头ML1和ML2被布置成其中的相应光轴AX1和 AX2延伸通过边缘Ha和Hb，该边缘是光电转换部件PDl和PD2的垂直方向(Y方向)上彼 此最远的边缘，如图9所示。结果是，即使光电转换部件PD被布置为在相应AF垂直线Lf 中其间具有间隙P以确保布线区域We，通过出瞳中央附近的光束可被光电转换部件PDl和 PD2光学地接收，从而最小化光电转换部件PD1和PD2的输出减少，而且允许高可靠性的相 差AF操作。 每个AF传感器部件llf中的光电转换部件PD1和PD2是在相应AF垂直线Lf中 一光电转换部件PDm布置在其间的两个相邻光电转换部件，如图9所示，而且，光电转换部 件PDm被布置在AF垂直线Lf和AF水平线Lg之间的交叉KP(图6)处。这样，可获得AF 垂直线Lf和AF水平线Lg之间的连续线输出而不被交叉KP影响，从而相差AF操作可相对
不同方向(即，垂直方向和水平方向)容易地实施。
修改 作为如图6所示采用具有包括与通常像素110中那些相同配置的微镜头ML 1和ML2的AF垂直线Lf的AF区域Ef的上述实施例的替换，可采用具有AF垂直线Lfa的AF 区域Efa， AF垂直线Lfa包括具有大于通常像素110中微镜头直径的直径的微镜头MLp和 MLq，如图19所示。在那种情况下，第一金属层44被提供有尺寸设定相当于微镜头MLp和 MLq的直径的开口 ，具体地，比图9中所示开口 0P1和0P2大一些的开口 。使用这些微镜头 MLp和MLq(和第一金属层44中的开口 ) ， AF垂直线Lfa中的AF传感器部件llfa的灵敏 度可被增强。 同样地，如图19所示，具有大于通常像素110中微镜头直径的直径的微镜头MLr 可被提供在AF区域Efa中的AF水平线Lga中。结果是，AF水平线Lga中的AF像素对1 lga 的灵敏度可被增强。 作为如图6所示采用具有仅仅由AF传感器部件llf组成的AF垂直线Lf的AF区 域Ef的上述实施例的替换，可采用具有在其中通常像素110在相邻AF传感器部件llf之 间被插入的AF垂直线Lfb的AF区域Efb，如图20所示。在那种情况下，AF垂直线Lfb中 通常像素110的图像信息可用作对AF传感器部件llf中摄影物体的缺失图像信息的补充， 从而实现改善的图像质量。 同样地，如图20所示，通常像素llO可在AF区域Efb中AF水平线Lgb中的相邻 AF像素对llg之间插入。 尽管根据上述实施例的图像拾取元件101被提供有具有图11中所示配置的AF水 平线Lg和AF垂直线Lf ，图像拾取元件101可替换性地提供有在例如日本待审专利申请公 开号2001-250931和2005-303409中公开的AF水平线，其中，每个AF水平线具有在水平方 向上排列的光电转换部件对。即使当相关技术的这种AF水平线和AF垂直线Lf彼此相交， AF传感器部件11 f中的中央光电转换部件PDm可被布置在交叉处以便可获得连续线输出而 无须划分AF线。结果是，相差AF操作可相对不同方向(S卩，垂直方向和水平方向)容易地 实施。 尽管根据上述实施例的图像拾取元件101被提供有AF垂直线Lf和垂直于AF垂 直线Lf的AF水平线Lg，但是图像拾取元件101也可以可替换地被提供有相对于AF垂直线 Lf倾斜一角度(例如45° )排列的AF线。在那种情况下，线输出可通过布置上述光电转 换部件PDm在AF线的交叉处来适当地产生，从而相差AF操作可相对不同方向(即，垂直方 向和水平方向)容易地实施。 在上述实施例中，可省略图9中所示的AF垂直线Lf中的黑色滤光片Fbp和Fbq。 在那种情况下，即使上述第一金属层变得暴露并且会有重影闪光可能出现的顾虑，这一点 可通过例如将第一金属层的上表面变黑或者使用由黑色传导材料组成的传导层作为第一 金属层来防止。 同样地，在AF水平线Lg中，如图11中所示，可以省略黑色滤光片Fbr。
尽管在上面实施例中在单反型数码相机中提供了具有AF垂直线Lf (和AF水平线 Lg)的图像拾取元件IOI，但是可以可替换地在紧凑型数码相机中提供图像拾取元件101。
尽管上述实施例中的AF传感器部件每个在第一金属层44中开口 0P1和0P2上提 供有透明滤色片，考虑到更好的对焦精度，AF传感器部件可以可替换地被提供有高可见度 的绿色滤色片，或者可被提供有红色或者蓝色滤色片。这同样应用于AF像素对llg。
尽管上述实施例中的每个AF传感器部件中微镜头ML1和ML2的光轴AX1和AX2分别与光电转换部件PD1的上边缘Ha和光电转换部件PD2的下边缘Hb精确地对准，如图9 所示，但是光轴AX1和AX2也可与边缘Ha和Hb略微不对准。换句话说，微镜头ML1和ML2 的光轴AX1和AX2可被布置成延伸通过光电转换部件PD1和PD2的上边缘Ha和下边缘Hb 的附近。 尽管上述实施例中为了实现来自AF像素对1 lg中光电转换部件PDa和PDb的良好
输出平衡，每个AF像素对llg中的组件被偏移相当于一半间距(间距的50% )的合适量，
但是相当于间距的自由选择百分比(例如，大约间距的40%)的偏移量也是可能的。在那
种情况下，尽管由于出瞳不被二等分在光电转换部件PDa和PDb之间可能出现不平衡的输
出，但是可通过例如将更少量接收光的输出值乘以基于关于相应于光学地接收光的每个像
素的出瞳的分段区域的区域比率而获得的增益P ，以解决该不平衡的输出状态。 本申请包含与在日本专利局于2009 年1月8日提交的日本优先权专利申请JP
2009-002327中公开的主题相关的主题，其整体内容在此并入作为参考。 上述本发明的实施例仅仅是示例，而不意欲限制本发明。上面未描述的无数修改
在本发明的范畴之内是允许的。
权利要求
一种图像拾取元件，包括光接收部件，其具有矩阵排列的光电转换部件，该矩阵排列通过布置多个第一方向阵列而形成，每个第一方向阵列具有在第一方向和与第一方向垂直的第二方向上排列的光电转换部件，在第一方向上其间保持有预定间隙；和在所述光接收部件上面提供的多个微镜头，其中所述矩阵排列的光电转换部件中的某一第一方向阵列被提供有一对第一光电转换部件，所述第一光电转换部件经由一对微镜头光学地接收穿过摄影光学系统的出瞳中一对分段区域的摄影物体光束，所述一对分段区域被在第一方向中以彼此相反的方向偏移布置，其中所述矩阵排列的光电转换部件中的某一第二方向阵列被提供有一对第二光电转换部件，所述第二光电转换部件光学地接收穿过出瞳中一对分段区域的摄影物体光束，所述一对分段区域被在第二方向中以彼此相反的方向偏移布置，其中所述一对微镜头被布置成其光轴延伸通过所述一对第一光电转换部件的边缘附近，所述边缘是在所述第一方向上彼此最远的边缘，其中所述一对第一光电转换部件包括布置在某一第一方向阵列中的一个光电转换部件的相对侧上的两个相邻光电转换部件，并且其中所述一个光电转换部件被布置在所述某一第一方向阵列和所述某一第二方向阵列之间的交叉处。
2. 如权利要求1所述的图像拾取元件，其中所述第一方向是所述光接收部件中的垂直 方向。
3. 如权利要求l所述的图像拾取元件，其中所述某一第二方向阵列被提供有挡光部 件，所述挡光部件具有阻挡穿过出瞳的光束的两个挡光区域以及被所述两个挡光区域侧接 的一个微镜头，所述挡光区域和所述一个微镜头被提供在所述一对第二光电转换部件上 面。
4. 如权利要求1所述的图像拾取元件，其中所述预定间隙具有形成于其中的电线。
5. 如权利要求1所述的图像拾取元件，其中排列在所述矩阵排列中的所述光电转换部 件在平面图中具有矩形形状，并且其中所述第一方向是每个光电转换部件的横向方向。
6. 如权利要求1所述的图像拾取元件，其中具有挡光性质并且沿所述第二方向布置的 线性元件被提供在分别连接所述一对微镜头端部与所述最远边缘的线段在所述第一方向 的外侧附近，所述一对微镜头端部是在所述第一方向上距离彼此最远的端部。
7. —种图像拾取设备，包括 摄影光学系统；禾口图像拾取元件，其被配置为光学地接收穿过所述摄影光学系统的出瞳的摄影物体光， 其中所述图像拾取元件包括光接收部件，其具有矩阵排列的光电转换部件，所述矩阵排列通过布置多个第一方向 阵列而形成，每个第一方向阵列具有在第一方向和第二方向上排列的光电转换部件，在第 一方向其间保持预定间隙，第二方向与第一方向垂直，禾口在所述光接收部件上面提供的多个微镜头，其中所述矩阵排列的光电转换部件中的某一第一方向阵列被提供有一对第一光电转 换部件，所述第一光电转换部件经由一对微镜头光学地接收穿过出瞳中一对分段区域的摄 影物体光束，所述一对分段区域被在第一方向中以彼此相反的方向偏移布置，其中所述矩阵排列的光电转换部件中的某一第二方向阵列被提供有一对第二光电转 换部件，所述第二光电转换部件光学地接收穿过出瞳中一对分段区域的摄影物体光束，所 述一对分段区域被在第二方向中以彼此相反的方向偏移布置，其中所述一对微镜头被布置成其光轴延伸通过所述一对第一光电转换部件的边缘附 近，所述边缘是在第一方向上彼此最远的边缘，其中所述一对第一光电转换部件包括布置在某一第一方向阵列中的一个光电转换部 件的相对侧上的两个相邻光电转换部件，禾口其中所述一个光电转换部件被布置在所述某一第一方向阵列和某一第二方向阵列之 间的交叉处。
全文摘要
一种图像拾取元件包括具有通过布置第一方向阵列形成的矩阵排列的光接收器，每个第一方向阵列具有在第一方向和垂直于第一方向的第二方向上排列的光电转换器(在第一方向上其间具有间隙)、以及光接收器上的微镜头。在所述矩阵排列中，某一第一方向阵列具有经由两个微镜头来接收穿过摄影光学系统的出瞳中的两个分段区域的摄影物体光的两个第一光电转换器，而且某一第二方向阵列具有接收穿过出瞳中的两个分段区域的摄影物体光的两个第二光电转换器。这两个微镜头的光轴延伸通过第一光电转换器在第一方向上彼此最远的边缘附近。在某一第一方向阵列中，第一光电转换器包括两个光电转换器。
文档编号H01L27/14GK101783354SQ201010001538
公开日2010年7月21日 申请日期2010年1月8日 优先权日2009年1月8日
发明者下田和人, 宇井博贵, 胜田恭敏, 藤井真一, 西村丰 申请人:索尼公司