CN104041009A - 摄像元件及摄像装置 - Google Patents

Abstract

摄像元件在多个水平方向的行与多个垂直方向的行交叉的正方格子位置分别配置作为光电转换元件的像素，其中，在摄像元件的配置像素的预定区域内，将像素中的检测相位差的相邻配置的第一相位差检测像素及第二相位差检测像素即像素对(XY)在上述行中的任一行(第一行)内及与第一行平行的行(第二行)内以像素对为单位配置多对，此时，在第一行内分离至少两个像素量地配置多对像素对，并且在第二行内将像素对配置于与第一行上使像素对分离后的位置对应的位置上。

Description

摄像元件及摄像装置

技术领域

本发明涉及具有相位差检测像素的摄像元件和搭载了该摄像元件的摄像装置。

背景技术

CCD型、CMOS型等的摄像元件构成为将作为光电转换元件的像素排列形成为二维阵列状。图14(a)例示1像素的俯视图，将遮光膜1a层叠于矩形的光电转换元件(光电二极管，以下，称为像素。)1上，在该遮光膜1a上设有开口1b。该开口1b以尽可能不覆盖像素1的受光面的方式较宽地形成，以能够较多地获取受光量。

将这样的多个像素1呈二维阵列状地排列形成于半导体基板表面部，但近年来，提出了使相位差检测像素混设于拍摄被摄体图像的像素1的排列中的摄像元件，并适用于实体机。

图14(b)是相位差检测像素的一例的俯视图。在相位差检测像素2中，以相对于像素中心向右侧偏心的方式设有比图14(a)的开口1b窄的遮光膜开口2b。在相位差检测像素3中，以相对于像素中心向左侧偏心的方式设有大小与遮光膜开口2b相同的较窄的遮光膜开口3b。

通过使用遮光膜开口2b、3b在左右方向上错开了的相位差检测像素2、3的对，能够取得左右方向即水平方向的入射光相位差信息。而且，若将该相位差检测像素对在摄像元件内沿水平方向排列，则能够求算相位差信息的水平方向上的分布，根据该分布信息，例如能够检测到被摄体为止的焦点距离。因此，在下述的专利文献1、2中，使用相位差检测像素2、3作为焦点检测用的像素。

图15是说明专利文献1、2记载的相位差检测像素的配置例的图。省略相位差检测像素以外的像素(称为通常像素。)的遮光膜开口的图示。在现有的摄像元件5中，通常像素1排列形成为正方格子状，其中的预定范围内的一行量的所有像素成为相位差检测像素2、3的对。

如此，将一行量的所有像素设为相位差检测像素对，从而具有使所检测的相位差信息的水平方向分辨率变高这样的优点。

此外，对通过使较窄的遮光膜开口2b、3b相对于像素中心偏心而构成相位差检测像素对的例子作了描述，但也存在对通常像素1的相邻两个像素搭载椭圆形状的一个微透镜而进行光瞳分割来作为相位差检测像素对的结构。

专利文献1：日本特开2011-252955号公报

专利文献2：日本特开2011-242514号公报

发明内容

发明要解决的课题

如图15所示的现有技术那样，将一行量的所有像素设为相位差检测像素，从而能够取得在水平方向上分辨率较高的相位差信息的分布数据。但是，另一方面，也产生不良情况。相位差检测像素为与通常像素1相比受光量少且具有相位差的结构，因此，通常，对周围的通常像素的拍摄图像信号进行插值运算而求算相位差检测像素的像素位置的被摄体拍摄图像信号。即，相位差检测像素对于被摄体的拍摄而言与缺陷像素相同看待。

在图15所示的摄像元件5中，相位差检测像素2、3成为在水平方向上无间隙地(在相位差检测像素对之间1个像素量的间隙也没有。)铺满的一行的像素行。因此，相位差检测像素2、3的像素位置中的拍摄图像信号利用该像素行的上下的通常像素的拍摄图像信号来进行插值运算。

在图15的情况下，在设有相位差检测像素2、3的像素行位置(垂直位置)一个通常像素1也不存在，因此不利用该垂直位置的拍摄图像信号而进行插值运算。其结果是，存在牺牲插值运算的精度且该一行量的图像的画质劣化的课题。

本发明的目的在于提供一种摄像元件和摄像装置，能够较高地确保检测相位差信息的方向的分辨率，并且，使拍摄图像信号的插值精度提高。

用于解决课题的方法

本发明的摄像元件在多个水平方向的行与多个垂直方向的行交叉的正方格子位置分别配置作为光电转换元件的像素，该摄像元件的特征在于，在上述摄像元件的配置上述像素的预定区域内，在将上述行中的任一行设为第一行且将与该第一行平行的行设为第二行时，将上述像素中的检测相位差的相邻配置的第一相位差检测像素及第二相位差检测像素即像素对在上述第一行内及上述第二行内以上述像素对为单位配置多对，此时，

在上述第一行内分离至少两个像素量地配置多对上述像素对，并且在上述第二行内将上述像素对配置于与上述第一行上使上述像素对分离后的位置对应的位置上。

本发明的摄像装置的特征在于，具备上述的摄像元件和像素插值部，上述像素插值部对相位差检测像素的周围的相位差检测像素以外的像素的拍摄图像信号进行像素插值而求算该相位差检测像素的位置的拍摄图像信号。

发明效果

根据本发明，相位差检测像素不会成为1水平行的所有像素、1垂直行的所有像素，因此能够高精度地进行相位差检测像素的像素位置中的拍摄图像信号的像素插值，并获得高质量的被摄体图像。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的摄像装置的功能块结构图。

图2是表示本发明的第一实施方式(a)和第二实施方式(b)的相位差检测像素配置例的图。

图3是表示本发明的第三实施方式的相位差检测像素配置例的图。

图4是说明相位差检测像素对的配置例的图。

图5是表示现有例(a)和本发明的第四实施方式(b)的相位差检测像素配置例的图。

图6是基于相位差检测像素对的配置方向进行图像的边缘方向判别的说明图。

图7是相位差信息的水平方向上的分布数据的说明图。

图8是将第一实施方式、第二实施方式适用于拜耳排列的说明图。

图9是说明将相位差检测像素设于与图8不同的滤色器排列的例的图。

图10是说明将相位差检测像素设于与图9不同的滤色器排列的例的图。

图11是说明将相位差检测像素设于又一滤色器排列的例的图。

图12是说明将相位差检测像素设于又一滤色器排列的例的图。

图13是说明将相位差检测像素设于又一滤色器排列的例的图。

图14是相位差检测像素的说明图。

图15是说明现有的相位差检测像素(焦点检测像素)的配置例的图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的一实施方式。

图1是本发明的一实施方式的摄像装置的功能块结构图。在摄像装置30例如配置CMOS型的摄像元件31，在摄像元件31的前段配置摄影镜头29。另外，设置读入摄像元件31的输出图像信号而向总线32输出的图像输入控制器33。此外，摄像元件31也可以是CCD型等其他形式的摄像元件。

在总线32上连接有：图像信号处理电路34，对摄像元件31的输出图像信号实施周知的图像处理；压缩处理电路35，将图像处理后的图像信号压缩成JPEG图像数据等；视频编码器37，将拍摄图像、即时预览图像显示于设于摄像装置30背面等的图像显示装置36；CPU40，统一控制该摄像装置30；电路41，对从摄像元件31作为实时取景图像(即时预览图像)输出的信号进行处理而检测自动曝光(AE)、自动调焦(AF)及自动白平衡(AWB)；主存储器42；处理电路43，如详细内容在后面说明的那样判别被摄体图像的边缘方向并利用像素插值或增益校正来求算相位差检测像素位置的拍摄图像信号；及介质控制器45，将JPEG图像数据保存于记录介质44。

摄像元件31由来自定时信号发生器47的定时信号驱动，定时信号发生器47根据来自CPU40的命令进行动作。摄影镜头29的聚焦透镜位置也由来自CPU40的命令驱动。在CPU40连接有记录命令部48。

图2是摄像元件31的表面部的说明图。以下，为了使图易于观察，以“X”标记在图14(b)说明的相位差检测像素对的一方的像素，以“Y”标记另一方，通常像素仅以矩形框表示。

在图2(a)所示的实施方式中，在该正方格子排列中，将相位差检测像素对XY每一对交替并在水平方向上无间隙而稠密地配置于某一水平行51和相对于该水平行51沿垂直方向错开一行的水平行52。无间隙是指，在水平行51的某一像素对XY(特别是像素Y)和与此连续的水平行52的像素对XY(特别是像素X)之间没有间隙(不存在相位差检测像素的垂直方向像素列不存在)。

这样一来，例如，能够利用处于同一水平行的通常像素62、63、64等而对某一相位差检测像素Y61的位置的拍摄图像信号进行插值运算，能够使插值精度提高。此外，该插值运算还利用隔着该水平行的上下的通常像素65、66等而进行，这是理所当然的。

另一方面，关于利用相位差检测像素对XY进行检测的相位差信息，若忽视水平行51、52的不同，则相位差检测像素XY在水平方向上无间隙地存在，因此能够在高精度地保持其分辨率的状态下进行检测。

图2(b)是将相位差检测像素对XY每一对交替且无间隙而稠密地配置于水平行51和相对于该水平行51沿垂直方向错开两行的水平行53的实施方式。关于近年来的摄像元件31，搭载像素数为1000万像素左右或其以上为主流，例如，在近年来的搭载了1000万像素以上的摄像元件中，即使在水平行51、53之间存在几像素左右的偏移，也没有多大影响。因此，能够获得高分辨率的相位差信息的分布数据(利用图7在后面说明。)。

此外，“在摄像元件的预定区域内的像素组中，在所有的水平方向成分上配置有相位差检测像素”表示如下状态：在从垂直方向观察摄像元件的情况下，相位差像素在预定区域中排列于水平方向的所有的成分位置(像素配置位置)。即，是指如下状态：使处于各垂直行上的相位差检测像素沿垂直方向移动而重新配置于一个水平行(例如第三行)，结果，在水平方向上1个像素量的间隙也没有，全部配置相位差检测像素X或Y。例如，在图2(a)、图2(b)的任一图中，若忽视垂直方向上的配置位置不同，则在水平方向上的所有位置上设有X像素或Y像素。在此，预定区域内的像素组包含配置于摄像元件的所有像素组中的一部分区域内的像素组，但也可以是所有区域的像素组。

同样地，“在摄像元件的预定区域内的像素组中，在所有的垂直方向成分上配置有相位差像素”表示如下状态：在沿水平方向观察的情况下，相位差检测像素在预定区域中排列于垂直方向上的所有的成分位置(像素配置位置)。例如，这是指使图2(a)或图2(b)旋转90°后的状态。同样地，预定区域内的像素组包含配置于摄像元件的所有像素组中的一部分区域内的像素组，但也可以是所有区域的像素组。

图3的实施方式表示无论使图1的摄像装置(相机)30横置还是纵置都能够取得水平方向上的相位差信息的分布数据的摄像元件。在图2所示的摄像元件31中，如图4(a)所示，使相位差检测像素对XY的遮光膜开口2b、3b的位置在水平方向上偏心，并且，将相位差检测像素对XY沿水平方向排列。

因此，当使相机纵置而进行拍摄时，遮光膜开口2a、3b的偏移方向成为垂直方向，并且，相位差检测像素对的排列方向成为垂直方向。以此，只能取得垂直方向上的相位差信息的分布数据，无法获得左右方向上的相位差信息的分布数据。

若仅为了焦点检测而取得相位差信息，则垂直方向上的相位差信息的分布数据也可以。但是，还存在即使使相机纵置也想取得水平方向上的相位差信息的分布数据的情况。

在图3的实施方式中，将12×12像素的像素组分为6×6像素的像素组71、72、73、74，在对角方向上相邻的两个像素组71、73中，在水平方向上无间隙地将相位差检测像素对XY每一对交替且稠密地配置于不同的水平行。在剩余的像素组72、74中，在垂直方向上无间隙地将相位差检测像素对X_aY_a每一对交替且稠密地配置于不同的垂直列。在此，如图4(b)所示，相位差检测像素X_a、Y_a在使相机横置时遮光膜开口2b_a、3b_a在上下方向上偏心。因此，当使相机30纵置时，其遮光膜开口2b_a、3b_a在左右方向上偏心。

在图2所示的摄像元件31中，将相位差检测像素XY对沿水平方向排列。因此，在某一对XY的中央位置和与其在水平方向上相邻的对XY的中央位置之间沿水平方向分离两个像素的量。例如，如图5(a)所示，若将相位差检测像素对XY沿垂直方向排列并将其沿水平方向无间隙地排列，则像素对与像素对之间的水平方向上的间隔为1个像素的量，相位差信息的左右的分布数据的分辨率相比图2的情况成为两倍。

但是，如以图15为例进行说明的那样，在配置了相位差检测像素X的水平行和配置了相位差检测像素Y的水平行这两行的量上未配置通常像素，相位差检测像素位置的拍摄图像信号的像素插值精度降低。

因此，在图5(b)所示的实施方式中，在四个垂直方向上连续的水平行51、52、53、54设置相位差检测像素对XY，但在某一垂直列中，将相位差检测像素X设于水平行51，将相位差检测像素Y设于水平行52。而且，在与该垂直列相邻的垂直列中，将相位差检测像素X设于水平行53，将相位差检测像素Y设于水平行54，在下一相邻垂直列中，再次将相位差检测像素X设于水平行51，将相位差检测像素Y设于水平行52。

即，在将组成对的相位差检测像素X、Y沿垂直方向排列配置并将其沿水平方向连续地排列的情况下，在垂直位置上错开两个像素量并交替地将像素对沿水平方向排列。由此，能够确保在沿水平方向相邻的像素对之间设置1个像素量的通常像素的空间，并高精度地对相位差检测像素位置的拍摄图像信号进行像素插值。

此外，在图5(b)的例中，将像素对XY配置于水平行51、52，将像素对配置于水平行53、54，在水平行52、53之间没有间隙。但是，即使在水平行52的像素对与水平行53的像素对之间如图2(b)的实施方式那样隔开几像素左右的间隔，相位差信息的水平方向上的分辨率也不会降低。

图6是说明图1所示的进行边缘方向判别及像素插值的处理电路43的动作功能的图。组成对的相位差检测像素X、Y沿水平方向排列配置。

在图6(a)标以阴影线的部分是被摄体图像A，其边缘76以横穿相位差检测像素对XY这两方的方式延伸。在这种情况下，在相位差检测像素X的检测信号与相位差检测像素Y的检测信号之间并不产生多大差异。由此，能够判断为在相位差检测像素对XY的位置上存在沿XY的排列方向延伸的边缘76。

相对于此，如图6(b)所示，在沿水平方向排列配置的相位差检测像素对XY中，被摄体图像A仅覆盖像素X。在这种情况下，在相位差检测像素X的检测信号与相位差检测像素Y的检测信号之间产生较大的差异。由此，能够判断为在相位差检测像素对XY的位置上存在与XY的排列方向交叉的边缘77。

图1的进行边缘方向判别及像素插值等的处理电路43如上述那样而根据相位差检测像素X、Y的检测信号量之差是否为预定值以上来判别边缘方向。而且，根据判别结果以如下方式来判断对该相位差检测像素X、Y的位置中的拍摄图像信号如何进行校正。此外，也可以不以差而以比率进行判断，这是不言而喻的。

如图6(a)那样在判断为边缘方向与相位差检测像素对XY的排列方向相同的情况下，像素X的检测信号与像素Y的检测信号之差较小，相关性较高。在这种情况下，即使在像素X的检测信号与像素Y的检测信号之间产生不均匀性，对被摄体图像的影响也较小。因此，处理电路43利用增益校正来求算像素X位置的拍摄图像信号。同样地，利用增益校正来求算像素Y位置的拍摄图像信号。当然，也可以利用像素插值来求算，但利用增益校正来求算简便且处理速度快。

增益校正是指通过对相位差检测像素X、Y的检测信号实施校正增益而进行。若试着比较图14(a)、图14(b)可知，相位差检测像素X、Y的遮光膜开口2b、3b的面积为通常像素的遮光膜开口1b的1/2左右。即，向相位差检测像素X、Y的入射光量为通常像素的一半。因此，通过使相位差检测像素X、Y的各自的检测信号量成为大致两倍，而作为各自的像素位置的拍摄图像信号。

在如图6(b)那样相位差检测像素X被图像A覆盖且图像A未与相位差检测像素Y重叠的情况下，利用像素插值来求算各自的像素位置的拍摄图像信号。在这种情况下，利用插值运算来算出相位差检测像素X的拍摄图像信号时使用的通常像素使用图像A侧即比边缘77靠相位差检测像素X侧的通常像素。同样地，利用插值运算来算出相位差检测像素Y的拍摄图像信号时使用的通常像素使用与图像A相反的一侧即比边缘77靠相位差检测像素Y侧的通常像素。由此，能够进行画质没有破绽的像素插值。

图7是例示图1的AF检测电路41检测出的相位差信息的分布数据的图。图2(a)的排列于水平行51、52的相位差检测像素对XY跨及两个水平行。在图2(b)中也同样，但可以认为从被摄体中的同一水平线上的位置射出的光向这些相位差检测像素对XY的并排的行入射。

根据图4(a)可知，相位差检测像素X的遮光膜开口2b从像素中心向右侧偏心。对此，当从像素侧观察时，遮光膜开口2b成为左眼侧的开口。相位差检测像素Y的遮光膜开口3b相反成为右眼侧的开口。

即，将并排的各个相位差检测像素X检测出的检测信号值连接的X检测信号线和将并排的各个相位差检测像素Y检测出的检测信号值连接的Y检测信号线错开利用左右眼观察同一被摄体时的左右的视差量即相位差量。若求出该偏移量(相位差量)，则能够算出到被摄体为止的距离。

当图1的CPU40从AF检测电路41接收图7的数据时，使摄影镜头29的聚焦透镜位置向与被摄体对焦的位置移动。通过该移动，图7的两个X检测信号线与Y检测信号线之间的偏移变小，在对焦后的位置上，两方的信号线重叠。如此，执行AF处理。

在以上所述的实施方式中，为了能理解本发明的要点而使用单色图像拍摄用的摄像元件31进行了说明。但是，也能够将这些实施方式原封不动地适用于单板式的彩色图像拍摄用的摄像元件31。

图8(a)表示滤色器排列为普通的拜耳排列，图8(b)是将图2(a)的实施方式适用于拜耳排列的彩色摄像元件的说明图。在图中，R表示红色滤光片，G表示绿色滤光片，B表示蓝色滤光片。而且，也记载有表示相位差检测像素的“X”“Y”，但为了易懂，对相位差检测像素X、Y标以阴影线。此外，有时也将搭载了R滤光片的像素称为R像素。G滤光片、B滤光片也同样。

相位差检测像素对XY需要搭载同色的滤光片，也可以在相位差检测像素XY搭载与RGB不同的颜色(例如翠绿色)的滤色器。或者，也可以在相位差检测像素XY不搭载彩色滤光片，而搭载透明滤光片，或在两像素XY均搭载G色的滤色器。

在图8(b)的例中，在沿垂直方向相邻的两个水平行上，如在图2(a)说明的那样将相位差检测像素XY的对以在水平方向上无间隙而稠密地交替配置。在图8(b)中，交替地在水平方向上重复如下排列：将与BG连续的部位替换为相位差检测像素对XY之后，将与GR连续的部位替换为相位差检测像素对XY。

图8(c)是将图2(b)的实施方式适用于拜耳排列的彩色摄像元件的例。在这种情况下，交替地在水平方向上重复如下排列：将与BG连续的部位替换为相位差检测像素对XY之后，将与两行以下的BG连续的部位替换为相位差检测像素对XY。

当为该配置例时，搭载了B滤光片的像素数与搭载了R滤光片的像素数相比减少。因此，在与设置相位差检测像素对XY的两个水平行接近的水平行的滤色器排列中，将R像素替换为B像素，在设置了相位差检测像素XY的区域中使大体上“B像素数＝R像素数”。当然，在仅将GR的排列部分替换为相位差检测像素对XY的情况下，相反将周围的B像素的一部分设为R像素。

图8(d)是表示在拜耳排列中将设置相位差检测像素对XY的水平行沿垂直方向错开三行的例的图。即使分离该程度的距离也没有问题。

图9(a)是将另一滤色器排列的彩色摄像元件的一部分像素替换为相位差检测像素XY的图。空白的矩形框是G像素，但省略“G”标记，使附图易看。

该滤色器排列通过将图9(b)的第一排列和图9(c)的第二排列在水平方向、垂直方向上均交替地排列而形成。

在第一排列中，通过以下方式而构成：将3×3像素的像素组的中央及四角的共计五个像素设为G滤光片，将该五个像素以外的四个像素中的同一像素列的两个像素设为R滤光片，将剩余两个像素设为B滤光片。另外，将上述四个像素中的同一像素行的两个像素设为R滤光片且将剩余两个像素设为B滤光片的排列图案成为第二排列。

当将图9(b)(c)所示的第一排列、第二排列沿水平方向、垂直方向交替地排列时，G像素每四个像素成为块的部位形成于离散的、周期性的位置上。将该四个像素中的水平两个像素替换为相位差检测像素对XY，从而形成图9(a)的彩色摄像元件。该摄像元件成为以下形状：将具有相位差检测像素XY的6×6像素的像素组作为基本图案而将该基本图案沿水平方向、垂直方向排列。

在图9(a)的例中，在垂直方向的像素列80、81等中未配置有相位差检测像素XY。但是，在近年来的多像素化发展后的摄像元件中，相位差检测像素不存在的垂直方向像素列存在若其数量少，则不会成为多大问题，能够取得高分辨率的水平方向上的相位差信息。

图9(a)的彩色摄像元件使图9(b)的第一排列和图9(c)的第二排列沿水平方向、垂直方向均交替地重复而形成，但也可以是仅使第一排列沿水平方向、垂直方向重复的滤色器排列。也可以是仅使第二排列沿水平方向、垂直方向重复的滤色器排列。在这些情况下，G滤光片存在的部位不改变，因此替换为相位差检测像素XY的部位与图9(a)相同。

图10(a)是表示图9(a)的滤色器排列的变形例的图。与图9(a)同样地，在G像素每四个像素成为块的部位配置了相位差检测像素对XY。图10(a)的滤色器排列通过将图10(b)的第一排列和图10(c)的第二排列沿水平方向、垂直方向交替地配置而形成。

第一排列通过以下方式而构成：将3×3像素的像素组的中央及四角的共计五个像素设为G滤光片，将该五个像素以外的四个像素分为倾斜地相邻的各两个像素，将一方的两个像素设为R滤光片，并且将另一方的两个像素设为B滤光片。将上述一方的两个像素设为B滤光片并将另一方的两个像素设为R滤光片而构成第二排列。

此外，也可以代替图10(a)的滤色器排列而与上述同样地设为仅将第一排列或仅将第二排列沿水平方向、垂直方向排列而成的滤色器排列。

图11(a)是又一滤色器排列的说明图。在图9(a)、图10(a)的滤色器排列上设置了相位差检测像素XY的情况下，成为无法在图9(a)的像素列80、81等设置相位差检测像素的结构。即，成为存在G像素在水平方向上未连续两个像素的像素列的结构。但是，当设为图11(a)的滤色器排列时，能够将相位差检测像素设于所有的垂直方向像素列。

图11(a)的滤色器排列以图9(a)的滤色器排列为基础。图10(b)、仅使用了第一排列的滤色器排列、仅使用了第二排列的滤色器排列也相同，因此使用图9(a)进行说明。

图11(a)的滤色器排列能够通过使图9(a)的垂直方向像素列80的滤光片结构在水平方向上连续两列的量、使垂直方向像素列81的滤光片结构在水平方向上连续两列的量、…而形成。由此，如图11(b)所示，所有的G像素在水平方向上连续两个像素，能够适用图2(a)或图2(b)的实施方式。图11(b)是适用了图2(b)的实施方式的图。

本发明优选适用于图9～图11所示的滤色器排列，但并不限于这些滤色器排列，只要是满足以下条件的滤色器即可。即，

(1)是在单板式彩色摄像元件的沿水平方向及垂直方向正方格子排列的像素上所排列的预定的滤色器排列。

(2)包括排列有与最有助于获得亮度信号的第一色(例如绿色)对应的第一滤光片、与该第一色以外的两色以上的第二色(例如蓝色和红色)对应的第二滤光片的预定的基本排列图案。

(3)该基本排列图案在水平方向及垂直方向上重复地配置。

(4)第一滤光片配置于滤色器排列的水平、垂直、倾斜(对角方向)方向的各行内。

(5)第二滤光片在基本排列图案内在滤色器排列的水平及垂直方向的各行内配置一个以上。

(6)与第一滤光片对应的第一色的像素数的比率比与第二滤光片对应的第二色的各色的像素数的比率大。

满足以上条件即可。

根据满足这些条件的彩色摄像元件，将与最有助于获得亮度信号的第一色对应的第一滤光片配置于滤色器排列的水平、垂直及倾斜方向的各行内，因此能够使高频区域中的去马赛克算法(插值)处理(也称为去马赛克处理)的重现精度提高，另外，对于与第一色以外的两色以上的第二色对应的第二滤光片，也在滤色器排列的水平及垂直方向的各行内配置一个以上，因此能够抑制彩色莫尔条纹(伪色)的产生而实现高分辨率化。

另外，上述的滤色器排列在水平方向及垂直方向上重复配置有预定的基本排列图案，因此在进行后段中的去马赛克算法(插值)处理(也称为去马赛克处理)时，能够按照重复图案来进行处理，能够与现有的随机排列相比简化后段的处理。

而且，使与第一滤光片对应的第一色的像素数的比率和与第二滤光片对应的第二色的各色的像素数的比率不同，特别是使最有助于获得亮度信号的第一色的像素数的比率比与第二滤光片对应的第二色的各色的像素数的比率大，因此能够抑制混叠现象，高频再现性也变好。

优选为，上述的滤色器排列可以包括以下的部分：第一滤光片在水平、垂直及倾斜方向的各行内连续两个像素以上。由此，能够以最小像素间隔来进行水平、垂直及倾斜方向上的亮度的变化较小的方向(相关性高的方向)的判别。

进一步优选为，上述的滤色器排列可以包括与由第一滤光片构成的2×2像素对应的正方排列。能够使用该2×2像素的像素值来判别水平、垂直及倾斜方向中的相关性高的方向。

进一步优选为，预定的基本排列图案内的滤色器排列可以相对于该基本排列图案的中心为点对称。由此，能够在后段使处理电路的电路规模减小。

进一步优选为，上述的滤色器排列中，第一滤光片可以在3×3像素的像素组中配置于中心和四角，该3×3像素的像素组在水平方向及垂直方向上重复地配置。上述像素组在四角配置有第一滤光片，因此当该像素组在水平方向及垂直方向上重复配置时，滤色器排列包括与由第一滤光片构成的2×2像素对应的正方排列。能够使用该2×2像素的像素值来判别水平、垂直及倾斜方向中的相关性高的方向，另外，第一滤光片配置于滤色器排列的水平、垂直及倾斜方向的各行内。

进一步优选为，第二滤光片可以配置于上述滤色器排列的水平、垂直及倾斜方向的各行内。由此，能够使倾斜方向上的颜色再现性进一步提高。

图12是表示在又一滤色器排列上设置了相位差检测像素XY的例的图。在图12的滤色器排列中，四个像素的G像素块呈相间方格状地排列于摄像元件表面部，将位于剩余的相间方格位置的四像素块分为对角各两个像素，将一方设为R像素，将另一方设为B像素。图12的例是在该滤色器排列上适用了图2(b)的实施方式。当然，也能够适用图2(a)的实施方式。

图13是表示在又一滤色器排列上设置了相位差检测像素的例的图。在该图13中，空白矩形框是B像素或R像素，仅将G像素部分标记为“G”。对“G”标以阴影线是表示将该位置的G像素设为相位差检测像素XY。

在该滤色器排列中，G像素的四像素的块和G像素沿水平方向连续两个像素的块呈离散、周期性地排列于摄像元件表面部。通过将图中的XY1行的水平行和XY2行的水平行的、G像素每两个像素成为块的两个像素设为相位差检测像素XY的对，能够在水平方向上无间隙而稠密地排列相位差检测像素XY。

另外，即使将图中的XY3行的水平行和XY4行的水平行的、G像素每四个像素成为块中的水平两个像素设为相位差检测像素XY的对，也能够在水平方向上无间隙而稠密地排列相位差检测像素XY。

图8～图13的实施方式是在各种滤色器排列上适用了图2的实施方式的例，但图3、图5的实施方式也能够适用于彩色摄像元件，这是不言而喻的。

根据以上所述的实施方式，在沿想要检测相位差信息的方向排列相位差检测像素对时，以在该方向上密度变高的方式、优选为无间隙地将相位差检测像素对连续地进行配置，因此能够获得高分辨率的相位差信息。

以上所述的实施方式的摄像元件在多个水平方向的行与多个垂直方向的行交叉的正方格子位置分别配置作为光电转换元件的像素，上述摄像元件的特征在于，在上述摄像元件的配置上述像素的预定区域内，在将上述行中的任一行设为第一行且将与该第一行平行的行设为第二行时，将上述像素中的检测相位差的相邻配置的第一相位差检测像素及第二相位差检测像素即像素对在上述第一行内及上述第二行内以上述像素对为单位配置多对，此时，

在上述第一行内分离至少两个像素量地配置多对上述像素对，并且在上述第二行内将上述像素对配置于与上述第一行上使上述像素对分离后的位置对应的位置上。

另外，实施方式的摄像元件的特征在于，在上述的像素对搭载同一色的滤色器。

另外，实施方式的摄像元件的特征在于，上述同一色为绿色。

另外，实施方式的摄像元件的特征在于，搭载了绿色的滤色器的2×2像素的像素组设于离散的、周期性的位置上，上述像素对设于该2×2像素的像素组中。

另外，实施方式的摄像元件的特征在于，在水平方向及垂直方向上均重复地配置以下的排列图案：将3×3像素的像素组的中央及四角的共计五个像素设为绿色的滤色器，将该五个像素以外的四个像素中的两个像素设为红色的滤色器，将剩余两个像素设为蓝色的滤色器。

另外，实施方式的摄像元件的特征在于，以将3×3像素的像素组的中央及四角的共计五个像素设为绿色的滤色器、将该五个像素以外的四个像素中的同一垂直方向的行上的两个像素设为红色的滤色器、将剩余两个像素设为蓝色的滤色器的排列图案作为第一排列，以将上述四个像素中的同一水平方向的行上的两个像素设为红色的滤色器且将剩余两个像素设为蓝色的滤色器的排列图案作为第二排列，在水平方向及垂直方向上均交替地配置第一排列和第二排列。

另外，实施方式的摄像元件的特征在于，以将3×3像素的像素组的中央及四角的共计五个像素设为绿色的滤色器、将该五个像素以外的四个像素分为倾斜地相邻的各两个像素且将一方的两个像素设为红色的滤色器并且将另一方的两个像素设为蓝色的滤色器的排列图案作为第一排列，以将上述一方的两个像素设为蓝色的滤色器并且将上述另一方的两个像素设为红色的滤色器的排列图案作为第二排列，在水平方向及垂直方向上均交替地配置第一排列和第二排列。

另外，实施方式的摄像元件的特征在于，在上述摄像元件的预定区域内的像素组中，在所有的水平方向成分上或在所有的垂直方向成分上配置有上述相位差检测像素。

另外，实施方式的摄像装置的特征在于，具备像素插值部，上述像素插值部对相位差检测像素的周围的相位差检测像素以外的像素的拍摄图像信号进行像素插值而求算上述相位差检测像素的位置的拍摄图像信号。

另外，实施方式的摄像装置的特征在于，具备方向判别部，上述方向判别部利用构成上述像素对的上述第一相位差检测像素检测出的第一信号值和上述第二相位差检测像素检测出的第二信号值来判别被摄体拍摄图像中的边缘的方向。

另外，实施方式的摄像装置的上述方向判别部的特征在于，根据上述第一信号值与上述第二信号值之差或比率来判别上述边缘的方向。

另外，实施方式的摄像装置的特征在于，具备控制部，在上述方向判别部判别出上述边缘的方向时，上述控制部使上述像素插值部进行利用了未超过该边缘的位置的相位差检测像素以外的像素的拍摄图像信号的上述像素插值。

另外，实施方式的摄像装置的特征在于，具备增益校正部，在上述方向判别部判别为检测出上述边缘的上述像素对的配置方向与上述边缘的方向为相同方向时，上述增益校正部对构成该像素对的上述相位差检测像素的检测信号进行增益校正而作为该相位差检测像素的位置的拍摄图像信号。

另外，实施方式的摄像装置的特征在于，具备利用上述相位差检测像素的检测信号来进行AF处理的AF处理部。

根据以上所述的实施方式，相位差检测像素对不会多个连续地排列于同一行上，因此能够利用与相位差检测像素相邻的通常像素的拍摄图像信号而对相位差检测像素位置的拍摄图像信号进行像素插值。由此，能够拍摄高质量的被摄体图像。

工业实用性

本发明的摄像元件除了能够利用相位差检测像素的检测信号来进行例如到被摄体为止的摄影镜头的对焦控制之外，还能够高精度地进行相位差检测像素位置的拍摄图像信号的像素插值，因此适用于数码静物相机、数码摄像机、带相机的移动电话的摄像装置等时是有用的。本申请基于2011年12月28日提出的申请号为2011-288033的日本专利申请，将其内容作为参照并入到本说明书中。

附图标记说明

30 摄像装置

31 摄像元件

34 图像信号处理电路

40 CPU

41 AE、AF及AWB检测电路

43 边缘方向判别及像素插值的处理电路

51、52、53、54 水平行(像素行)

76、77 图像的边缘

80、81 垂直列(像素列)

X、Y 相位差检测像素

XY 相位差检测像素对

Claims (14)

1.一种摄像元件，在多个水平方向的行与多个垂直方向的行交叉的正方格子位置分别配置作为光电转换元件的像素，

在所述摄像元件的配置所述像素的预定区域内，在将所述行中的任一行设为第一行且将与该第一行平行的行设为第二行时，将所述像素中的检测相位差的相邻配置的第一相位差检测像素及第二相位差检测像素即像素对在所述第一行内及所述第二行内以所述像素对为单位配置多对，此时，

在所述第一行内分离至少两个像素量地配置多对所述像素对，并且在所述第二行内将所述像素对配置于与所述第一行上使所述像素对分离后的位置对应的位置上。

2.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，

在所述的像素对搭载同一色的滤色器。

3.根据权利要求2所述的摄像元件，其中，

所述同一色为绿色。

4.根据权利要求3所述的摄像元件，其中，

搭载了绿色的滤色器的2×2像素的像素组设于离散的、周期性的位置上，所述像素对设于该2×2像素的像素组中。

5.根据权利要求4所述的摄像元件，其中，

在水平方向及垂直方向上均重复地配置以下的排列图案：将3×3像素的像素组的中央及四角的共计五个像素设为绿色的滤色器，将该五个像素以外的四个像素中的两个像素设为红色的滤色器，将剩余两个像素设为蓝色的滤色器。

6.根据权利要求5所述的摄像元件，其中，

以将3×3像素的像素组的中央及四角的共计五个像素设为绿色的滤色器、将该五个像素以外的四个像素中的同一垂直方向的行上的两个像素设为红色的滤色器、将剩余两个像素设为蓝色的滤色器的排列图案作为第一排列，

以将所述四个像素中的同一水平方向的行上的两个像素设为红色的滤色器、将剩余两个像素设为蓝色的滤色器的排列图案作为第二排列，

在水平方向及垂直方向上均交替地配置所述第一排列和所述第二排列。

7.根据权利要求5所述的摄像元件，其中，

以将3×3像素的像素组的中央及四角的共计五个像素设为绿色的滤色器、将该五个像素以外的四个像素分为倾斜地相邻的各两个像素且将一方的两个像素设为红色的滤色器并且将另一方的两个像素设为蓝色的滤色器的排列图案作为第一排列，

以将所述一方的两个像素设为蓝色的滤色器并且将所述另一方的两个像素设为红色的滤色器的排列图案作为第二排列，

在水平方向及垂直方向上均交替地配置所述第一排列和所述第二排列。

8.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，

在所述摄像元件的预定区域内的像素组中，在所有的水平方向成分上或在所有的垂直方向成分上配置有所述相位差检测像素。

9.一种摄像装置，搭载有权利要求1所述的摄像元件，

所述摄像装置具备像素插值部，所述像素插值部对相位差检测像素的周围的相位差检测像素以外的像素的拍摄图像信号进行像素插值而求算所述相位差检测像素的位置的拍摄图像信号。

10.根据权利要求9所述的摄像装置，其中，

具备方向判别部，所述方向判别部利用构成所述像素对的所述第一相位差检测像素检测出的第一信号值和所述第二相位差检测像素检测出的第二信号值来判别被摄体拍摄图像中的边缘的方向。

11.根据权利要求10所述的摄像装置，其中，

所述方向判别部根据所述第一信号值与所述第二信号值之差或比率来判别所述边缘的方向。

12.根据权利要求10所述的摄像装置，其中，

具备控制部，在所述方向判别部判别出所述边缘的方向时，所述控制部使所述像素插值部进行利用了未超过该边缘的位置的相位差检测像素以外的像素的拍摄图像信号的所述像素插值。

13.根据权利要求10所述的摄像装置，其中，

具备增益校正部，在所述方向判别部判别为检测出所述边缘的所述像素对的配置方向与所述边缘的方向为相同方向时，所述增益校正部对构成该像素对的所述相位差检测像素的检测信号进行增益校正而作为该相位差检测像素的位置的拍摄图像信号。

14.根据权利要求9所述的摄像装置，其中，

具备利用所述相位差检测像素的检测信号来进行AF处理的AF处理部。