摄像元件及摄像装置制造方法

摄像元件及摄像装置制造方法
【专利摘要】摄像元件(5)具有在行方向(X)和与该行方向正交的列方向(Y)上以格子状配置的多个像素单元(50)(R、G、B像素单元)。在各像素单元行中，以检测同色光的两个像素单元(50)为对，该对连续配置。对应在行方向(X)上相邻的每两个像素单元(50)，设有一个微透镜ML(51)。ML(51)的排列为以下排列：位于奇数行的像素单元行的ML(51)相对于位于偶数行的像素单元行的ML(51)在行方向(X)上错开各像素单元行中的ML(51)的排列间距的1/2，在各ML(51)的下方配置检测不同颜色的光的两个光电转换部。
【专利说明】摄像元件及摄像装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及摄像元件及摄像装置。

【背景技术】
[0002] 近年来，随着 CCD (Charge Coupled Device)图像传感器、CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)图像传感器等固体摄像元件的高分辨率化，数码相机、数码 摄像机、智能电话等便携电话机、PDA (Personal Digital Assistant)等具有摄影功能的信 息设备的需要变得急增。另外，将如以上那样的具有摄像功能的信息设备称为摄像装置。
[0003] 在这些摄像装置中，作为使焦点对准主要的被摄体的对焦控制方法，采用对比度 AF(Auto Focus，自动对焦）方式、相位差AF方式。由于与对比度AF方式相比，相位差AF 方式能够高速、高精度地进行对焦位置的检测，所以在各种摄像装置中广泛采用。
[0004] 例如，在专利文献1中，公开了如下的摄像装置：通过规则性地配置有多个像素单 元的固体摄像元件来进行相位差AF，该像素单元具有在一个微透镜下不同的分光灵敏度特 性的多个光电转换部。
[0005] 此外，还提出了如下的摄像装置：能够利用相位差检测的技术，获取从不同的两个 视点观察被摄体时的图像而进行立体摄像。
[0006] 例如，在专利文献2中，公开了如下的摄像装置：以检测同色光的4个光电转换部 为一个单位，使用将该单位以二维状排列的固体摄像元件，能够进行相位差AF、立体摄像。 该固体摄像元件成为如下结构：在4个光电转换部（上下2X左右2)单位中共用一个微透 镜，各微透镜以横跨检测不同颜色的光电转换部的方式配置。
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1 :日本特开2007-317951号公报
[0009] 专利文献2 :日本特开2010-239337号公报


【发明内容】

[0010] 发明要解决的课题
[0011] 如在专利文献1、2中记载的固体摄像元件那样，在多个光电转换部中共用一个微 透镜的结构中，由于光的空间采样位置由微透镜的中心位置决定，所以与相对于一个光电 转换部设置一个微透镜的普通的摄像元件相比，分辨率降低。
[0012] 专利文献1、2将防止像素插值处理时的画质变差、削减在图像处理中使用的存储 器容量等作为主要目的，而不将提高分辨率作为主要目的。因此，关于分辨率，还有改善的 余地。
[0013] 本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，在相对于两个光电转换部设置一 个微透镜的结构的摄像元件中提高分辨率。
[0014] 用于解决课题的手段
[0015] 本发明的摄像元件具有在行方向和与该行方向正交的列方向上以格子状配置的 多个像素单元，上述多个像素单元包括：包含检测红色光的光电转换部的第一像素单元、包 含检测绿色光的光电转换部的第二像素单元及包含检测蓝色光的光电转换部的第三像素 单元，在由排列于上述行方向上的像素单元构成的各像素单元行中，以包含检测同色光的 光电转换部的相邻的两个像素单元为对，该对周期性地配置，在上述行方向上相邻的每两 个像素单元，设有横跨于该两个像素单元分别包含的两个上述光电转换部的一个微透镜， 上述微透镜的排列为以下排列：位于奇数行的像素单元行的微透镜相对于位于偶数行的像 素单元行的微透镜在上述行方向上错开各像素单元行中的上述微透镜的排列间距的1/2， 位于奇数行和偶数行的至少一方的各微透镜横跨检测不同颜色的光的两个光电转换部而 配置。
[0016] 本发明的摄像装置包括上述摄像元件。
[0017] 发明效果
[0018] 根据本发明，在相对于两个光电转换部设置一个微透镜的结构的摄像元件中，能 够提高分辨率。

【专利附图】

【附图说明】
[0019] 图1是表示作为用于说明本发明的一实施方式的摄像装置的一例的数码相机的 概略结构的图。
[0020] 图2是表示在图1所示的数码相机中搭载的摄像元件5的结构的平面示意图。
[0021] 图3是表示在图1所示的摄像元件5中搭载的微透镜的图。
[0022] 图4是用于说明摄像元件5的光的空间采样位置的图。
[0023] 图5是表示与构成对的两个像素单元51对应地设有摄像元件5的微透镜51的参 考结构的摄像元件5a的图。
[0024] 图6是用于说明摄像元件5a的光的空间采样位置的图。
[0025] 图7是表示作为图1所示的摄像元件5的变形例的摄像元件5b的结构的平面示 意图。
[0026] 图8是表示在图7所示的摄像元件5b中搭载的微透镜的图。
[0027] 图9是用于说明摄像元件5b的光的空间采样位置的图。
[0028] 图10是表示作为图1所示的摄像元件5的变形例的摄像元件5c的结构的平面示 意图。
[0029] 图11是表示在图10所示的摄像元件5c中搭载的微透镜的图。
[0030] 图12是用于说明摄像元件5c的光的空间采样位置的图。
[0031] 图13是表示作为图1所示的摄像元件5的变形例的摄像元件5d的结构的平面示 意图。
[0032] 图14是表示在图13所示的摄像元件5d中搭载的微透镜的图。
[0033] 图15是用于说明摄像元件5d的光的空间采样位置的图。
[0034] 图16是朝向列方向Y观察位于图3所示的范围A的6个像素单元50的剖面示意 图。
[0035] 图17是表示朝向列方向Y观察位于图3所示的范围A的6个像素单元50的剖面 的变形例的图。
[0036] 图18是表示朝向列方向Y观察位于图3所示的范围A的6个像素单元50的剖面 的变形例的图。
[0037] 图19是表示作为摄像装置的智能电话的结构的图。
[0038] 图20是表示图19所示的智能电话的内部结构的框图。

【具体实施方式】
[0039] 以下，参照【专利附图】

【附图说明】本发明的实施方式。
[0040] 图1是表示作为用于说明本发明的一实施方式的摄像装置的一例的数码相机的 概略结构的图。
[0041] 图1所示的数码相机的摄像系统包括作为摄影光学系统的摄影透镜UCXD图像传 感器或CMOS图像传感器等摄像元件5及设置在它们两者之间的光圈2。
[0042] 统一控制数码相机的电控制系统整体的系统控制部11控制闪光发光部12及受光 部13。此外，系统控制部11通过相位差AF方式，控制透镜驱动部8而调整在摄影透镜1中 包含的聚焦透镜的位置，或者调整在摄影透镜1中包含的变焦透镜的位置。而且，系统控制 部11通过经由光圈驱动部9而控制光圈2的开口量，进行曝光量的调整。
[0043] 此外，系统控制部11经由摄像元件驱动部10而驱动摄像元件5,并使通过摄影透 镜1拍摄到的被摄体像作为摄像图像信号而输出。在系统控制部11中，通过操作部14而 输入来自用户的指示信号。
[0044] 数码相机的电控制系统进一步包括：连接到摄像元件5的输出的进行相关双重采 样处理等模拟信号处理的模拟信号处理部6 ;及将从该模拟信号处理部6输出的模拟信号 转换为数字信号的A/D转换电路7。模拟信号处理部6及A/D转换电路7由系统控制部11 控制。模拟信号处理部6及A/D转换电路7有时也内置在摄像元件5中。
[0045] 而且，该数码相机的电控制系统包括：主存储器16 ;连接到主存储器16的存储器 控制部15 ;对从A/D转换电路7输出的摄像图像信号进行插值运算、伽马校正运算及RGB/ YC转换处理等而生成摄影图像数据的数字信号处理部17 ;将在数字信号处理部17中生 成的摄影图像数据压缩为JPEG格式或者对压缩图像数据进行扩展所得的压缩扩展处理部 18 ;使用由信号处理部17生成的从两个视点拍摄而获得的两个摄像图像数据，生成立体图 像数据的立体图像生成部19 ;与装卸自如的记录介质21连接的外部存储器控制部20 ;及 与在相机背面等搭载的显示部23连接的显示控制部22。存储器控制部15、数字信号处理 部17、压缩扩展处理部18、立体图像生成部19、外部存储器控制部20及显示控制部22通过 控制总线24及数据总线25而相互连接，根据来自系统控制部11的指令而被控制。
[0046] 图2是表示在图1所示的数码相机中搭载的摄像元件5的结构的平面示意图。
[0047] 摄像元件5包括在行方向X和与该行方向X正交的列方向Y上以格子状排列的多 个像素单元50 (图中的一边为长度d的正方形的块）。在图2的例子中，像素单元50在行 方向X和列方向Y上分别以间距d排列。行方向X和列方向Y上的像素单元50的排列间 距也可以不同。
[0048] 各像素单元50包括光电二极管等光电转换部和在该光电转换部上方形成的滤色 器。另外，在图2中，仅在一部分像素单元50中，表示在光电转换部中未被遮光的部分（受 光面50a)。光电转换部上方是指对光电转换部入射光的方向。
[0049] 在图2中，对包括透过红色光的滤色器的像素单元50(以下，也称为R像素单元 50)标注"R"的字符，对包括透过绿色光的滤色器的像素单元50 (以下，也称为G像素单元 50)标注"G"的字符，对包括透过蓝色光的滤色器的像素单元50 (以下，也称为B像素单元 50)标注"B"的字符。并且，为了容易观察滤色器排列，对R像素单元50和B像素单元50 标注阴影线。
[0050] 多个像素单元50成为将由沿着行方向X排列的多个像素单元50构成的像素单元 行在列方向Y上排列多个而成的排列。并且，奇数行的像素单元行和偶数行的像素单元行 在行方向X上错开各像素单元行的像素单元50的排列间距量。
[0051] 在各像素单元行中，以包括检测同色光的光电转换部的相邻的两个像素单元50 为对，该对连续地配置。位于奇数行的对相对于位于偶数行的对在行方向X上错开各像素 单元行中的对的排列间距（=2d)的1/2而配置。以下，将检测红色光的像素单元50的对 称为R对，将检测绿色光的像素单元50的对称为G对，将检测蓝色光的像素单元50的对称 为B对。
[0052] 在奇数行中，将R对和G对交替排列而成的RG对行和将G对和B对交替排列而成 的GB对行在列方向Y上交替地排列。即，在奇数行中，R对、G对和B对以拜耳状配置。
[0053] 在偶数行中，将B对和G对交替排列而成的BG对行和将G对和R对交替排列而成 的GR对行在列方向Y上交替地排列。即，在偶数行中，R对、G对和B对也以拜耳状配置。
[0054] 在摄像元件5中，为了通过1次摄像而获得从不同的两个视点拍摄被摄体的图像， 使得在各对中的一像素单元的输出信号和另一像素单元的输出信号中产生相位差。具体而 言，对应在行方向X上相邻的每两个像素单元50,设有横跨在该两个像素单元50的各像素 单元50中包含的两个光电转换部的一个微透镜51。该微透镜51设置在光电转换部的上 方。
[0055] 而且，在本实施方式中，为了提高分辨率，在行方向X上相邻的两个对中包含的4 个像素单元50中，与隔着这两个对的边界而相邻的两个像素单元50对应地设有一个微透 镜51。即，位于奇数行的像素单元行的微透镜51相对于位于偶数行的像素单元行的微透镜 51在行方向X上错开各像素单元行中的微透镜51的排列间距（=2d)的1/2。
[0056] 图3是表示在图1所示的摄像元件5中搭载的微透镜的图。另外，在图3中，为了 容易观察图，省略了 R像素单元50和B像素单元50中的阴影线。
[0057] 如图3所示，在隔着相邻的两个对的边界而相邻的两个像素单元50中，与该两个 像素单元50对应地设有微透镜51。微透镜51的排列成为位于奇数行的像素单元行的微透 镜51相对于位于偶数行的像素单元行的微透镜51在行方向X上错开各像素单元行中的微 透镜51的排列间距的1/2的、所谓的蜂窝排列。
[0058] 微透镜51的光轴与所对应的两个像素单元50的对的重心位置一致。此外，位于 微透镜51下方的两个光电转换部的受光面50a相对于在通过微透镜51的光轴的列方向Y 上延伸的直线形成对称。
[0059] 通过该结构，在与微透镜51对应的左侧的像素单元50的光电转换部中，主要入射 从摄像元件5侧观察通过了摄影透镜1的右半部分的光，在与微透镜51对应的右侧的像素 单元50的光电转换部中，主要入射从摄像元件5侧观察通过了摄影透镜1的左半部分的 光。即，在各对中位于左侧的像素单元50和位于右侧的像素单元50成为对通过了摄影透 镜1的光瞳区域的不同部分的光进行受光并输出与受光量对应的信号的像素单元。
[0060] 这样一来，由于在各对的左侧的像素单元50的输出信号组和各对的右侧的像素 单元50的输出信号组中产生相位差，所以能够基于这两个输出信号组的相位差而进行相 位差AF，或者使用这两个输出信号组而生成能够进行体视的立体图像数据。
[0061] 图4是用于说明摄像元件5的光的空间采样位置的图。各像素单元50的光的空 间采样位置和与该各像素单元50对应的微透镜51的光轴位置一致。在图4中，将G像素 单元50的光的空间采样位置用空心圆圈来表示，将R像素单元50的光的空间采样位置用 疏的点影线的圆圈来表示，将B像素单元50的光的空间采样位置用密的点影线的圆圈来表 示。在图4中，将与微透镜51对应的两个像素单元50各自的空间采样位置从该微透镜51 的光轴位置略微错开而图示。
[0062] 如图4所示，根据摄像元件5,在行方向X上，能够以间距d对红色光、绿色光、蓝色 光进行采样。此外，在列方向Y上，能够以间距d对绿色光进行采样，能够以间距4d对红色 光、蓝色光进行米样。而且，在相对于行方向X右斜45°的方向和左斜45°的方向上，能够 以间距V 2d对红色光、绿色光、蓝色光进行采样。
[0063] 图5是表示与构成对的两个像素单元51对应地设有摄像元件5的微透镜51的参 考结构的摄像元件5a的图。图6是用于说明摄像元件5a的光的空间采样位置的图。
[0064] 在该摄像元件5a中，在行方向X上，能够以间距d对绿色光进行采样，能够以间距 4d对红色光、蓝色光进行采样。此外，在列方向Y上，能够以间距d对绿色光进行采样，能够 以间距4d对红色光、蓝色光进行采样。而且，在相对于行方向X右斜45°的方向上，能够以 间距2 V 2d对红色光、绿色光、蓝色光进行采样。而且，在相对于行方向X左斜45°的方向 上，能够以间距V 2d对红色光、绿色光、蓝色光进行采样。
[0065] 在摄像元件中对分辨率有利的是，将R像素单元、G像素单元和B像素单元以拜耳 状排列，在各像素单元设有一个微透镜的一般的拜耳型的摄像元件。在该拜耳型的摄像元 件中，在行方向X和列方向Y上，能够以间距d对绿色光进行采样，能够以间距2d对红色光、 蓝色光进行米样。此外，在相对于行方向X右斜45°的方向和左斜45°的方向上，能够以 间距V 2d对红色光、绿色光、蓝色光进行采样。
[0066] 表1表示汇集了上述的各方向上的各色光的采样间隔和对该采样间隔的倒数乘 以100而获得的分辨率[%]的结果。此外，表2表示在由沿着上述的各方向排列的采样 点构成的采样列中，关于各方向求出对红色光、绿色光及蓝色光的全部进行采样的列的比 例的结果。另外，在表1、2中，还表示关于作为后述的摄像元件5的变形例的摄像元件5b、 5c、5d的值。
[0067] [表 1]
[0068]

【权利要求】
1. 一种摄像元件，具有在行方向和与所述行方向正交的列方向上以格子状配置的多个 像素单元， 所述多个像素单元包括：包含检测红色光的光电转换部的第一像素单元、包含检测绿 色光的光电转换部的第二像素单元及包含检测蓝色光的光电转换部的第三像素单元， 在由排列于所述行方向上的像素单元构成的各像素单元行中，以包含检测同色光的光 电转换部的相邻的两个像素单元为对，该对周期性地配置， 在所述行方向上相邻的每两个像素单元，设有横跨于该两个像素单元分别包含的两个 所述光电转换部的一个微透镜， 所述微透镜的排列为以下排列：位于奇数行的像素单元行的微透镜相对于位于偶数行 的像素单元行的微透镜在所述行方向上错开各像素单元行中的所述微透镜的排列间距的 1/2， 位于奇数行和偶数行的至少一方的各微透镜横跨检测不同颜色的光的两个光电转换 部而配置。
2. 根据权利要求1所述的摄像元件，其中， 位于奇数行的所述对相对于位于偶数行的所述对在所述行方向上错开各像素单元行 中的所述对的排列间距的1/2而配置， 分别位于奇数行和偶数行的各微透镜横跨检测不同颜色的光的两个光电转换部而配 置。
3. 根据权利要求2所述的摄像元件，其中， 在仅观察偶数行和奇数行的一方时，作为检测红色光的对的R对、作为检测绿色光的 对的G对和作为检测蓝色光的对的B对以拜耳状排列， 在仅观察偶数行和奇数行的另一方时，所述R对、所述G对和所述B对以拜耳状排列。
4. 根据权利要求2所述的摄像元件，其中， 在仅观察偶数行和奇数行的一方时，在两种方格相间排列而成的围棋盘式格纹的一方 格位置配置有作为检测红色光的对的R对，在该围棋盘式格纹的另一方格位置配置有作为 检测绿色光的对的G对， 在仅观察偶数行和奇数行的另一方时，在两种方格相间排列而成的围棋盘式格纹的一 方格位置配置有作为检测蓝色光的对的B对，在该围棋盘式格纹的另一方格位置配置有所 述G对。
5. 根据权利要求2所述的摄像元件，其中， 在仅观察偶数行和奇数行的一方时，将作为检测红色光的对的R对、作为检测绿色光 的对的G对、作为检测蓝色光的对的B对及所述G对按该顺序排列的单位沿着行方向重复 配置而成的行和将所述G对、所述R对、所述G对及所述B对按该顺序排列的单位沿着行方 向重复配置而成的行在所述列方向上交替地排列， 在仅观察偶数行和奇数行的另一方时，将所述B对、所述G对、所述R对及所述G对按 该顺序排列的单位沿着行方向重复配置而成的行和将所述G对、所述B对、所述G对及所述 R对按该顺序排列的单位沿着行方向重复配置而成的行在所述列方向上交替地排列。
6. 根据权利要求1所述的摄像元件，其中， 在仅观察偶数行和奇数行的一方时，作为检测绿色光的对的G对以格子状排列， 在仅观察偶数行和奇数行的另一方时，在两种方格相间排列而成的围棋盘式格纹的一 方格位置配置有作为检测红色光的对的R对，在该围棋盘式格纹的另一方格位置配置有作 为检测蓝色光的对的B对。
7. -种摄像装置，包括权利要求1?6中任一项所述的摄像元件。
【文档编号】H01L27/14GK104350739SQ201380029917
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年4月25日 优先权日:2012年6月7日
【发明者】冲川满 申请人:富士胶片株式会社