CN106461912A - 摄像元件 - Google Patents

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Abstract

除了配置焦点检测用的左右开口的像素列之外还配置了上下开口的像素列，在进行混合读出的动态图像摄影时同时确保画质和AF性能。摄像元件具有多个摄像用像素和多个焦点检测用像素(RL像素、TB像素)，该焦点检测用像素使受光部的开口位置相对于摄像用像素错开，该摄像元件中，将开口位置在第1方向上错开的第1焦点检测用像素(R像素、L像素)以第1像素间距配置于摄像用像素的与第1滤色器对应的位置上，将开口在不同于第1方向的第2方向上错开的第2焦点检测用像素(T像素、B像素)以第2像素间距配置于摄像用像素的与不同于第1滤色器的第2滤色器对应的位置上。

Description

摄像元件
技术领域
本发明涉及在摄像面上配置有用于通过相位差方式进行焦点检测的焦点检测用像素的摄像元件。
背景技术
以往已知在摄像元件的一部分上配置有用于通过相位差方式进行焦点检测的焦点检测用像素的摄像元件。例如，专利文献1公开了如下的摄像元件：在该摄像元件上，作为焦点检测用像素而沿水平方向配置有使得来自右侧的被摄体光束入射到像素的右开口像素(简称为R像素)、以及使得来自左侧的被摄体光束入射到像素的左开口像素(简称为L像素)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-257494号公报
发明内容
发明欲解决的课题
在专利文献1中，仅是将R像素和L像素配置于水平方向上，因此例如仅在水平方向上存在对比度的变化的被摄体从水平方向倾斜45度以上的情况下，无法对检测该对比度变化的被摄体进行测距。于是，可以考虑于垂直方向上配置使得来自上侧的被摄体光束入射到像素的上开口像素(简称为T像素)和使得来自下侧的被摄体光束入射到像素的下开口像素(简称为B像素)，从而能够对上述的倾斜45度以上的被摄体进行测距。
然而，若以与R像素或L像素同等的密度，将T像素和B像素配置于G像素(配置有绿色的滤色器的像素)的位置处，则在进行混合读出的动态图像摄影时难以确保画质。即，焦点检测用像素具有用于形成开口的遮光部，因而相比通常的摄像用像素而言，相对于在摄像面上的均匀光束的像素值不同。因此，在混合读出时，在混合了摄像用像素的像素值与焦点检测用像素的像素值的情况下，需要进行校正等，并且即使进行了校正也难以确保充分的画质。
本发明就是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种摄像元件，其除了配置焦点检测用的左右开口的像素列之外还配置上下开口的像素列，在进行混合读出的动态图像摄影时能够同时确保画质和AF性能。
用于解决课题的手段
本发明的第1方面的摄像元件具有多个摄像用像素和多个焦点检测用像素，该多个焦点检测用像素将受光部的开口位置相对于上述摄像用像素错开，开口位置在第1方向上错开的第1焦点检测用像素以第1像素间距配置于上述摄像用像素的与第1滤色器对应的位置上，开口在不同于上述第1方向的第2方向上错开的第2焦点检测用像素以第2像素间距配置于上述摄像用像素的与不同于上述第1滤色器的第2滤色器对应的位置上。
本发明的第2方面的摄像元件具有多个摄像用像素和多个焦点检测用像素，该多个焦点检测用像素将受光部的开口位置相对于上述摄像用像素错开，将开口在第1方向上错开的第1焦点检测用像素以第1像素间距配置，将开口在与上述第1方向垂直的第2方向上错开的第2焦点检测用像素以第2像素间距配置。
发明的效果
根据本发明，可提供一种配置了焦点检测用的上下开口的像素列，在进行混合读出的动态图像时能够同时确保画质和AF性能的摄像元件。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的摄像元件的像素排列的俯视图。
图2是表示本发明的一个实施方式的摄像元件中的RL像素与BT像素的配置关系的俯视图。
图3是说明本发明的一个实施方式的摄像元件中的混合读出的图。
图4A是说明本发明的一个实施方式的摄像元件中的混合读出的变形例的图。
图4B是说明本发明的一个实施方式的摄像元件中的混合读出的变形例的图。
图5是说明本发明的一个实施方式的摄像元件中的RL像素的岛化的图。
图6是说明本发明的一个实施方式的摄像元件中的像素读出的图。
图7是表示应用了本发明的一个实施方式的摄像元件的数字相机的主要电气结构的框图。
图8是表示应用了本发明的一个实施方式的摄像元件的数字相机的动作的流程图。
具体实施方式
以下，作为本发明的一个实施方式说明用于摄像元件的示例。本实施方式的摄像元件基本具备像素遮光型的像面相位差AF功能，将水平像素列(RL像素列)按照4像素间距以上的间隔配置(具体参见图1等)，并且将垂直像素列(TB像素列)也按照4像素间距以上的间隔配置。该TB像素列以将RL像素列刚好旋转90度后的间隔配置(具体参见图2(b))。
此外，TB像素或RL像素的任意一方配置于Bb像素的位置处，在混合读出时，跳过配置于Bb像素的位置上的焦点检测用像素(TB像素或RL像素的任意一方)进行读出(具体参见图3)。TB像素或RL像素的任意一方配置于Rr像素的位置处，在混合读出时，跳过配置于Rr像素的位置上的焦点检测用像素(TB像素或RL像素的任意一方)进行读出(具体参见图4)。
配置于G像素的位置上的TB像素或RL像素进行岛化(设定在G像素的位置上不存在TB像素或RL像素的区域)(具体参见图5)。作为岛的间隔，确保相当于混合读出时的像素混合所需的垂直方向的行数的2倍以上的像素数的间隔。此外，在不存在TB像素的区域也进行TB像素的跳过读出(具体参见图6)。
图1表示摄像元件21的摄像用像素和焦点检测用像素的配置。图1是将右侧开口的焦点检测用像素(R像素)和左侧开口的焦点检测用像素(L像素)在横向(水平方向)上以4像素间距的间隔配置的示例。另外，像素间隔只要在4像素间距以上即可。其原因在于，如果将焦点检测用像素配置为小于4像素间距，则难以保证画质性能。
图1中，R像素或L像素在不包含焦点检测用像素的通常的拜耳排列的摄像元件的情况下配置于配置有G像素(具有G滤色器的摄像用像素)的位置的一部分上。在未配置R像素或L像素的情况下，在2×2像素的范围内，2个G像素(配置有绿色滤色器的摄像用像素)配置于斜前方，而在另一个斜前方的位置上配置有1个Bb像素(配置有蓝色滤色器的摄像用像素)和1个Rr像素(配置有红色滤色器的摄像用像素)。
并且，图1中，在不包含焦点检测用像素的通常的拜耳排列的摄像元件的情况下，在配置有G像素的位置(x1，y1)、(x5，y1)、(x9，y1)、(x13，y1)、···、(x3，y9)、(x7，y9)、(x11，y9)、(x15，y9)、···上配置有R像素，并且在位置(x1，y5)、(x5，y5)、(x9，y5)、(x13，y5)、···、(x3，y13)、(x7，y13)、(x11，y13)、(x15，y13)、···上配置有L像素。这样，R像素和L像素沿横向(水平方向)每隔4像素配置于配置有不包含焦点检测用像素的通常的摄像元件的G像素的一部分位置上。
此外，在进行焦点检测时，可以分别使用1个R像素和1个L像素来计算相位差，而在本实施方式中，将摄像元件21的纵向(垂直方向)的规定范围内(Rsumarea内)的R像素的输出相加，作为1个像素的图像数据来处理。同样地，将摄像元件21的纵向(垂直方向)的规定范围内(Lsumarea内)的L像素的输出相加，作为1个像素的图像数据来处理。根据该规定范围内的R像素的相加值和L像素的相加值的横向(水平方向)的变化计算相位差。
此外，在规定的范围内(Rsumarea和Lsumarea)，将y方向上不同位置的R像素在x方向上错开2个像素来配置。即，相对于位置(x1，y1)、(x5，y1)、···的R像素，在横向上错开2个像素的(x3，y9)、(x7，y9)、···上也配置R像素。其原因在于，相对于取样间距(图1的示例为4像素)更紧密地配置焦点检测用像素，能够确保AF精度。对于L像素也采用同样的配置。
接着，使用图2，说明T像素和B像素的配置。图2(a)与图1所示的像素排列相同。以该图2(a)的右下角O为中心顺时针旋转90度，并在Bb像素的位置配置B像素和T像素(旋转90度后使R像素、L像素分别向左斜下方移动1个像素的距离而作为B像素、T像素)，则可得到图2(b)的像素配置。并且，如果将图2(a)所示的R像素和L像素与图2(b)所示的T像素和B像素重合，则如图2(c)所示，可得到RL像素(表示R像素和L像素的双方时的简称)和TB像素(表示T像素和B像素的双方时的简称)的像素配置。
例如，将位置(x1，y1)的R像素以位置O为中心旋转90度(位置(x16，y1))，为使其对应于图2(a)的配置的Bb像素而向左斜下方移动1个像素的距离，则成为(x15，y2)的位置，将B像素配置于该位置处。另外，将位置(x1，y5)的L像素以位置O为中心旋转90度(位置(x12，y1))，为使其对应于图2(a)的配置的Bb像素而向左斜下方移动1个像素的距离，则成为(x11，y2)的位置，将T像素配置于该位置处。
这样，本实施方式的像素配置(图2(c)所示)将RL像素的水平像素列以4像素间距以下的间隔配置，并且，TB像素的垂直像素列是与RL像素列相同的像素间距，以将RL像素列刚好旋转90度后的间隔来配置。此外，TB像素的位置原本位于Bb像素的位置，代替蓝色滤色器而置换为绿色或透明的滤色器。
因此，本实施方式的摄像元件21具有多个摄像用像素和多个焦点检测用像素(RL像素、TB像素)，该多个焦点检测用像素将受光部的开口位置相对于该摄像用像素错开。并且，将使开口位置在第1方向(例如，水平方向)上错开的第1焦点检测用像素(例如，RL像素)以第1像素间距配置于摄像用像素的与第1滤色器对应的位置(例如，G像素的位置)上(例如，4像素间距以上)，此外，将使开口在不同于第1方向的第2方向(例如，垂直方向)上错开的第2焦点检测用像素(例如，TB像素)以第2像素间距配置于摄像用像素的与不同于第1滤色器的第2滤色器对应的位置(例如，Gb像素的位置、Gr像素的位置)上(例如，4像素间距以上)。
这种情况下，第1滤色器是绿色，第2滤色器可以是蓝色(参见后述的图3，还可以取代蓝色滤色器而使用红色滤色器)，或者第1滤色器是蓝色，第2滤色器可以是红色(参见后述的图4A、4B，此外，也可以使第1滤色器为红色，使第2滤色器为蓝色)。此外，与第1滤色器对应的焦点检测用像素(例如，RL像素)配置于摄像元件的有效受光区域所包含的多个区域(具体参见图5)，与第2滤色器对应的焦点检测用像素(例如，TB像素)配置于摄像元件的受光区域的整体范围(具体参见图6)。
下面，说明焦点检测用像素的读出。焦点检测用像素在以下2点与通常的摄像用像素相比特性不同，因此进行校正处理以确保静态图像的画质。
(i)焦点检测用像素相比通常的摄像用像素而言，被遮挡住30％～80％左右的光，因此与摄像用像素相比受光光量不同(光量减少30％～80％左右)；
(ii)如果焦点偏离的被摄体像入射到摄像元件面，则相位会偏离(使用该特性来检测散焦量，然而基于画质的观点而言，相位偏离会成为问题)。
基本而言，对于RL像素和TB像素，需要针对上述的2个不同特性进行校正处理。该校正方法已在日本国公开专利2013-257494号公报和日本国公开专利2013-106124号公报中详细描述，因而在此省略说明。
如上所述，针对静态图像摄影时的像素数据进行校正处理，而在实时取景显示中或动态图像记录中的像素数据的读出时，进行混合读出，执行与静态图像摄影的情况不同的处理。使用图3说明该混合读出。
如上所述，在本实施方式中，TB像素配置于不包含焦点检测用像素的摄像元件的情况下的Bb像素的位置。在进行混合读出时，跳过焦点检测用像素的TB像素进行读出。其原因在于，Bb像素作为颜色信息起的作用大，而作为亮度信息起的作用小，因此即使缺损了一部分的Bb像素信息，在动态图像的情况下画质也足够成立。这样，RL像素作为混合读出的对象，而TB像素则在像素读出时跳过，从而不必进行复杂的校正处理，就能够确保动态图像的画质。此外，对于G像素，混合读出焦点检测用像素的RL像素，因此与静态图像同样地，进行上述光量(i)的校正和相位偏差(ii)的校正。关于光量的校正，使用不包含后述的非混合区域的RL像素的G像素的混合读出输出与包含RL像素的G像素的混合读出输出的光量比来进行光量的校正。
图3所示的例子表示用于说明4像素混合读出时的像素混合的像素配置和混合的像素块。另外，图3所示的像素配置与图2(c)所示的像素配置实质上相同，而为了便于说明，变更了坐标系。图3(a)与图2(c)的坐标的对应如下所述。如果利用→表示从图3(a)向图2(c)的对应，则(x1，y1)→(x9，y16)，(x1，y16)→(x9，y1)，(x8，y1)→(x16，y16)，(x8，y16)→(x16，y1)。4像素混合读出是将相邻的垂直方向的同色的2行的水平方向的同色2像素共计4像素混合读出的方式。另外，图3所示的例子中，示出从图的下侧的行(像素)开始读出的情况。
图3(a)示出用于说明4像素混合读出动作的摄像元件21的一部分区域的像素配置。在将摄像元件21的像素如图3(a)所示划分为区域A、B、C、D时，在各区域内，不包含通常的焦点检测用像素的摄像元件的配置指的是RL像素的配置与TB像素的配置不同。
图3(b)是图3(a)中的区域A(被位置(x1，y13)、(x4，y13)、(x1，y16)、(x4，y16)围起来的矩形范围)的放大图。在进行4像素混合读出的情况下，关于该范围的像素(像素块)，通过下式(1)～(4)求出各RGB像素(拜耳排列的情况下的红色、绿色、蓝色像素)的数据。
另外，如图3(b)所示，作为各区域内的坐标的显示，设左下角的像素位置为Gr(0、0)，并向水平方向右侧按顺序设为Rr(1、0)、Gr(2、0)、Rr(3、0)，将垂直方向的上方(左上角)表示为Bb(0、3)。另外，该坐标的获取方式在图3(c)、(d)、(e)中也相同。
Gr_mix1＝{Gr(0，0)：R+Gr(2，0)+Gr(0，2)+Gr(2，2)}/4···(1)
Rr_mix1＝{Rr(1，0)+Rr(3，0)+Rr(1，2)+Rr(3，2)}/4···(2)
Gb_mix1＝{Gb(1，1)+Gb(3，1)+Gb(1，3)+Gb(3，3)}/4···(3)
Bb_mix1＝{Bb(0，1)+Bb(0，3)+Bb(2，3)}/3···(4)
根据图3(b)可知，对于Gr混合像素(绿色混合像素)、Gb混合像素(绿色混合像素)和Rr混合像素(红色混合像素)，将区域A内的同色的4个像素的像素数据相加并除以4，从而计算混合值(参见式(1)～(3))。这种情况下，如式(1)所示，在求出Gr混合像素数据时，R像素(位置Gr(0、0))也成为相加对象。另一方面，如式(4)所示，对于Bb混合像素(蓝色混合像素)，将区域A内的同色3个像素的像素数据相加，而不将位于Bb(2、1)的T像素作为相加对象，仅利用其他的3个同色像素计算混合值。
图3(c)是图3(a)中的区域B(被位置(x5，y13)、(x8，y13)、(x5，y16)、(x8，y16)围起来的矩形范围)的放大图。在对该范围的像素进行混合读出的情况下，各RGB像素(拜耳排列的情况下的红色、绿色、蓝色像素)的数据可通过下式(5)～(8)求出。
Gr_mix2＝{Gr(0，0)：R+Gr(2，0)+Gr(0，2)+Gr(2，2)}/4···(5)
Rr_mix2＝{Rr(1，0)+Rr(3，0)+Rr(1，2)+Rr(3，2)}/4···(6)
Gb_mix2＝{Gb(1，1)+Gb(3，1)+Gb(1，3)+Gb(3，3)}/4···(7)
Bb_mix2＝{Bb(0，1)+Bb(0，3)+Bb(2，3)}/3···(8)
图3(d)是图3(a)中的区域C(被位置(x9，y13)、(x12，y13)、(x9，y16)、(x12，y16)围起来的矩形范围)的放大图。在对该范围的像素进行混合读出的情况下，各RGB像素(拜耳排列的情况下的红色、绿色、蓝色像素)的数据可通过下式(9)～(12)求出。
Gr_mix3＝{Gr(0，0)：R+Gr(2，0)+Gr(0，2)+Gr(2，2)}/4···(9)
Rr_mix3＝{Rr(1，0)+Rr(3，0)+Rr(1，2)+Rr(3，2)}/4···(10)
Gb_mix3＝{Gb(1，1)+Gb(3，1)+Gb(1，3)+Gb(3，3)}/4···(11)
Bb_mix3＝{Bb(0，1)+Bb(0，3)+Bb(2，1)}/3···(12)
图3(e)是图3(a)中的区域D(被位置(x13，y13)、(x16，y13)、(x13，y16)、(x16，y16)围起来的矩形范围)的放大图。在对该范围的像素进行混合读出的情况下，各RGB像素(拜耳排列的情况下的红色、绿色、蓝色像素)的数据可通过下式(13)～(16)求出。
Gr_mix4＝{Gr(0，0)：R+Gr(2，0)+Gr(0，2)+Gr(2，2)}/4···(13)
Rr_mix4＝{Rr(1，0)+Rr(3，0)+Rr(1，2)+Rr(3，2)}/4···(14)
Gb_mix4＝{Gb(1，1)+Gb(3，1)+Gb(1，3)+Gb(3，3)}/4···(15)
Bb_mix4＝{Bb(0，1)+Bb(0，3)+Bb(2，1)}/3···(16)
图3(c)～(e)的情况也与图3(b)同样，对于Gr混合像素(绿色混合像素)、Gb混合像素(绿色混合像素)和Rr混合像素(红色混合像素)，将区域B～D内的同色的4个像素的像素数据相加并除以4，从而计算混合值。这种情况下，求出Gr混合像素数据时，R像素(位置Gr(0、0))也成为相加对象(参见式(5)、(9)、(13))。另一方面，对于Bb混合像素(蓝色混合像素)，在区域B内将同色3个像素的像素数据相加，而不将位于Bb(2、1)的B像素作为相加对象，仅利用其他的3个同色像素计算混合值(参见式(8))。此外，在区域C、D内，对于Bb混合像素(蓝色混合像素)，将同色3个像素的像素数据相加，而不将位于Bb(2、3)的T像素或B像素作为相加对象，仅利用其他的3个同色像素计算混合值(参见式(12)、(16))。
下面，使用图4A、4B，说明将RL像素配置于Rr像素的位置处，并将TB像素配置于Bb像素的位置处的变形例。在图1至图3所示的本实施方式中，将RL像素配置于G像素的位置处，并将TB像素配置于Bb像素的位置处。然而，除了这种配置以外，例如图4A、4B所示，还可以将RL像素配置于Rr像素的位置处，并将TB像素配置于Bb像素的位置处。这种情况下，在对RL像素和TB像素进行混合读出时，跳过焦点检测用像素(RL像素或TB像素)，由此能够确保画质。此外，这种情况下，无需对使用图5后述的RL像素设定岛的间隙。
图4A表示摄像元件21的像素配置，是将RL像素配置于Rr像素的位置，并将TB像素配置于Bb像素的位置的示例。图4A的像素配置是相对于图3(a)的像素配置，将RL像素分别向右(x方向)移动1个像素的距离而使其位于Rr像素的位置。此外，图4B所示的例子表示用于6像素混合读出时的像素混合的像素块。6像素混合读出是将相邻的垂直方向的同色3行内的2行的水平方向的同色3像素共计6个像素混合读出的方式。为了说明6像素混合读出，将摄像元件21的像素如图4A所示划分为区域E、F、G、H，并将各个放大图表示为图4B(a)、(b)、(c)、(d)。各区域为6×6像素，G像素的位置处未配置有焦点检测用像素(RL像素、TB像素)，而在Rr像素的一部分位置上配置有RL像素，并在Bb像素的一部分位置上配置有TB像素。
图4B(a)是图4A的中的区域E(被位置(x1，y1)、(x6，y1)、(x1，y6)、(x6，y6)围起来的矩形范围)的放大图。关于该范围的像素，作为一例，在对粗线框内进行6像素混合读出的情况下，通过下式(17)～(19)求出各RGB像素(拜耳排列的情况下的红色、绿色、蓝色像素)的数据。另外，6像素混合读出时，混合相邻的同色的3行中的2行的像素，而不混合(不读出)剩余的1行的同色的像素值。
另外，如图4B(a)所示，作为各区域内的坐标的显示，设左下角的像素位置为Gr(0、0)，并向水平方向右侧按顺序设为Rr(1、0)、Gr(2、0)、Rr(3、0)、Gr(4、0)、Rr(5、0)，将垂直方向的上方(左上角)表示为Bb(0、5)。另外，该坐标的获取方式在图4B(b)、(c)、(d)中也相同。
Gr_mix5＝{Gr(0，0)+Gr(2，0)+Gr(4，0)+Gr(0，2)+Gr(2，2)+Gr(4，2)}/6···(17)
另外，在6像素混合读出的情况下，不混合Y＝4的行的Gr像素的像素值。
Rr_mix5＝{Rr(3，0)+Rr(1，2)+Rr(3，2)+Rr(5，2)}/4···(18)
另外，6像素混合读出的情况下，不混合Y＝4的行的Rr像素的像素值。
Bb_mix5＝{Bb(0，3)+Bb(2，3)+Bb(4，3)+Bb(0，5)+Bb(4，5)}/5···(19)
另外，6像素混合读出的情况下，不混合Y＝1的行的Bb像素的像素值。
根据式(17)可知，对于Gr混合像素(绿色混合像素)，将区域E内的同色(G)的6个G像素的像素数据相加并除以6，从而计算混合值。与此相对，对于Rr混合像素(红色混合像素)，如式(18)所示，将区域E内的粗框内的4个Rr像素的像素数据相加并除以4，从而计算Rr混合值。不包含焦点检测用像素的通常的拜耳排列的摄像元件的情况下，在Rr(1、0)和Rr(5、0)上也配置有Rr像素，其像素值也会被混合，而在该位置上由于配置有R像素，因而在混合时会跳过。
此外，Bb混合像素(蓝色混合像素)如式(19)所示，将区域E内的粗框内的5个Bb像素的像素数据相加并除以5，从而计算Bb混合值。在不包含焦点检测用像素的通常的拜耳排列的摄像元件的情况下，Bb(2、5)也配置有Bb像素，其像素值会被混合，而在该位置上由于配置了T像素，因而在混合时会跳过。
图4B(b)是图4A中的区域F(被位置(x7，y1)、(x12，y1)、(x7，y6)、(x12，y6)围起来的矩形范围)的放大图。关于该范围的像素，作为一例，在对粗线框内进行6像素混合读出的情况下，通过下式(20)～(22)求出各RGB像素(拜耳排列的情况下的红色、绿色、蓝色像素)的数据。
Gr_mix6＝{Gr(0，0)+Gr(2，0)+Gr(4，0)+Gr(0，2)+Gr(2，2)+Gr(4，2)}/6···(20)
另外，6像素混合读出的情况下，不混合Y＝4的行的Gr像素的像素值。
Rr_mix6＝{Rr(1，0)+Rr(5，0)+Rr(1，2)+Rr(3，2)+Rr(5，2)}/5···(21)
Bb_mix6＝{Bb(0，3)+Bb(2，3)+Bb(2，5)+Bb(4，5)}/4···(22)
另外，6像素混合读出的情况下，不混合Y＝1的行的Bb像素的像素值。
根据式(20)可知，在区域F内，对于Gr混合像素(绿色混合像素)，也将区域F内的同色(G)的6个G像素的像素数据相加并除以6，从而计算混合值。与此相对，Rr混合像素(红色混合像素)如式(21)所示，将区域F内的粗框内的5个Rr像素的像素数据相加并除以5，从而计算Rr混合值。在不包含焦点检测用像素的通常的拜耳排列的摄像元件的情况下，Rr(3、0)上也配置有Rr像素，其像素值会被混合，然而在该位置配置有R像素，因而在混合时会跳过。
此外，对于Bb混合像素(蓝色混合像素)，如式(22)所示，将区域F内的粗框内的4个Bb像素的像素数据相加并除以4，从而计算Bb混合值。在不包含焦点检测用像素的通常的拜耳排列的摄像元件的情况下，Bb(4、3)和Bb(0、5)上也配置有Bb像素，这些像素的像素值会被混合，然而在该位置配置有T像素或B像素，因而在混合时会跳过。
图4B(c)是图4A中的区域G(被位置(x13，y1)、(x18，y1)、(x13，y6)、(x18，y6)围起来的矩形范围)的放大图。关于该范围的像素，作为一例，在对粗线框内进行6像素混合读出的情况下，通过下式(23)～(25)求出各RGB像素(拜耳排列的情况下的红色、绿色、蓝色像素)的数据。
Gr_mix7＝{Gr(0，0)+Gr(2，0)+Gr(4，0)+Gr(0，2)+Gr(2，2)+Gr(4，2)}/6···(23)
另外，6像素混合读出的情况下，不混合Y＝4的行的Gr像素的像素值。
Rr_mix7＝{Rr(3，0)+Rr(1，2)+Rr(3，2)+Rr(5，2)}/4···(24)
另外，6像素混合读出的情况下，不混合Y＝4的行的Rr像素的像素值。
Bb_mix7＝{Bb(0，3)+Bb(4，3)+Bb(0，5)+Bb(2，5)+Bb(4，5)}/5···(25)
另外，6像素混合读出的情况下，不混合Y＝1的行的Bb像素的像素值。
根据式(23)可知，在区域G中，对于Gr混合像素(绿色混合像素)，也将区域G内的同色(G)的6个G像素的像素数据相加并除以6，从而计算混合值。与此相对，Rr混合像素(红色混合像素)如式(24)所示，将区域G内的粗框内的4个Rr像素的像素数据相加并除以4，从而计算Rr混合值。在不包含焦点检测用像素的通常的拜耳排列的摄像元件的情况下，在Rr(1、0)和Rr(5、0)也配置有Rr像素，它们的像素值会被混合，然而在该位置配置有R像素，因而在混合时会跳过。
此外，对于Bb混合像素(蓝色混合像素)，如式(25)所示，将区域F内的粗框内的5个Bb像素的像素数据相机并除以5，从而计算Bb混合值。在不包含焦点检测用像素的通常的拜耳排列的摄像元件的情况下，在Bb(2、3)也配置有Bb像素，其像素值也会被混合，然而在该位置配置有B像素，因而在混合时会跳过。
图4B(d)是图4A中的区域H(被位置(x19、y1)、(x24、y1)、(x19、y6)、(x24、y6)围起来的矩形范围)的放大图。关于该范围的像素，作为一例，在粗线框内进行6像素混合读出的情况下，根据下式(26)～(28)求出各RGB像素(拜耳排列的情况下的红色、绿色、蓝色像素)的数据。
Gr_mix8＝{Gr(0，0)+Gr(2，0)+Gr(4，0)+Gr(0，2)+Gr(2，2)+Gr(4，2)}/6···(26)
另外，6像素混合读出的情况下，不混合Y＝4的行的Gr像素的像素值。
Rr_mix8＝{Rr(1，0)+Rr(5，0)+Rr(1，2)+Rr(3，2)+Rr(5，2)}/5···(27)
另外，6像素混合读出的情况下，不混合Y＝4的行的Rr像素的像素值。
Bb_mix8＝{Bb(0，3)+Bb(2，3)+Bb(4，3)+Bb(2，5)}/4···(28)
另外，6像素混合读出的情况下，不混合Y＝1的行的Bb像素的像素值。
根据式(26)可知，在区域H，对于Gr混合像素(绿色混合像素)，也将区域H内的同色(G)的6个G像素的像素数据相加并除以6，从而计算混合值。与此相对，Rr混合像素(红色混合像素)如式(27)所示，将区域H内的粗框内的5个Rr像素的像素数据相加并除以5，从而计算Rr混合值。在不包含焦点检测用像素的通常的拜耳排列的摄像元件的情况下，在Rr(3、0)也配置有Rr像素，其像素值也会被混合，然而在该位置配置有B像素，因而在混合时会跳过。
此外，Bb混合像素(蓝色混合像素)如式(28)所示，将区域H内的粗框内的4个Bb像素的像素数据相加并除以4，从而计算Bb混合值。不包含焦点检测用像素的通常的拜耳排列的摄像元件在Bb(0、5)和Bb(4、5)也配置有Bb像素，其像素值也会被混合，然而在该位置配置有T像素或B像素，因而在混合时会跳过。
下面，使用图5，说明在Gr像素的位置上不存在RL像素的岛化。本实施方式中，在G像素的一部分位置上配置了RL像素，而在摄像元件21中的规定的区域设定了不存在RL像素的区域(将其称作岛化)。即，图5(a)的区域21a配置了RL像素和TB像素，而在区域21b未配置RL像素，作为焦点检测用像素仅配置TB像素(另外，相比区域21a而言，在区域21b取代RL像素而配置有G像素)。
在进行静态图像摄影时，如上所述需要对配置于G像素的位置上的RL像素的像素数据进行校正处理。例如，在日本国公开专利2013-257494号所述那样，计算通常的摄像用像素与R像素或L像素的光量比，使用该光量比进行校正处理。在混合读出时，为了计算该光量比进行校正，在混合读出状态下不混入RL像素而进行读出，需要生成仅混合了摄像用像素的像素值的信息。为此，需要设置能够在不混合焦点检测用像素的像素值的情况下进行像素混合读出的区域。
因此，在混合读出时，设置不存在RL像素的非混合区域21b，能够在不混合RL像素的情况下进行像素混合读出。该非混合区域21b的相当于图5(a)的上下方向的宽度的像素数最低需要2×像素混合所需的垂直方向的行数。例如在能够进行6像素混合读出的摄像元件的情况下，如上所述将相邻的垂直方向的同色3行内的2行的水平方向的同色3像素共计6个像素混合读出来进行6像素混合读出。因此，相当于非混合区域21b的宽度的像素数为2×3(行)＝6像素，因而需要6个像素以上。
同样地，在能够进行10像素混合读出的摄像元件的情况下，非混合区域21b的像素数需要10个像素以上。10像素混合读出是将相邻的垂直方向的同色5行内的2行的水平方向的同色5像素共计10个像素混合读出的方式。因此，相当于非混合区域21b的宽度的像素数为2×5(行)＝10像素，因而需要10个像素以上。此外，作为非混合区域21b，为了将图像的中央部重复校正为适当，在中央部及其上下最少需要3处，该数量越多则越能够使画质成为更高品位。
这里，例如将TB像素与RL像素同样地配置于G像素的位置时，即使希望设定不存在焦点检测用像素的间隙区域，也由于TB像素产生妨碍而无法配置。这是由于TB像素沿纵向检测相位差，为此需要在纵向上较长地进行配置(参见图5(b)的区域21c)，因此无法配置TB像素用的岛。亦即，图5(b)的区域21c与区域21b交叉的区域基于上述理由而需要配置TB像素，这意味着无法作为不配置焦点检测用像素的区域。于是，在该交叉的区域的周边无法设置在不混合焦点检测用像素的像素值的情况下能够进行像素混合读出的区域(非混合区域)，无法适当地进行与该交叉的区域的周边的焦点检测用像素有关的校正处理，会产生画质劣化的问题。
然而，本实施方式中，如使用图3所说明的那样，将TB像素配置于一部分Bb像素的位置，并使得在G像素的位置上不存在TB像素。因此，对应于G像素的位置而仅存在RL像素(参见区域21a)，通过设置不存在RL像素的区域(参照非混合区域21b)，能够实现岛化，能够进行配置于G像素上的RL像素的校正。
这样，在本实施方式中，与第1滤色器(例如，绿滤色器)对应的焦点检测用像素配置于包含于摄像元件的有效区域中的多个区域，在多个区域之间的区域不配置与第1滤色器对应的焦点检测用像素，未配置与第1滤色器对应的焦点检测用像素的区域的宽度相当于像素混合读出所需的像素行的数量的2倍以上。
下面，使用图6，说明不存在TB像素的区域的混合读出。图6中，区域21d是配置有通常的摄像用像素的区域。摄像用像素配置于摄像元件21的摄像区域(拜耳像素内)的全域(区域21d)范围。TB像素配置于区域21d内的一部分区域21e的范围(例如，80％×80％)。因此，图6中，在区域21e配置有摄像用像素和TB像素的两方，在区域21d仅配置有摄像用像素。
由于仅在区域21e配置有TB像素，因而只要仅在区域21e内进行混合读出时的TB像素的跳过读出即可，无需在区域21d内的除区域21e以外的区域进行TB像素的跳过读出。然而，在本实施方式中，在区域21d内的除区域21e以外的区域也进行TB像素的跳过读出。即，使用图3说明的混合读出的混合运算(式(2)、(4)、(6)、(8)等)不仅在区域21e，即便在区域21d内的除区域21e以外的区域也为相同的运算方法。这样，将读出方式在画面内全部统一，并不设置边界线，从而确保画质性能。
下面，使用图7，说明组入了本实施方式的摄像元件21的数字相机。图7是表示本发明的一个实施方式的相机的主要电气结构的框图。本实施方式的相机通过更换镜头镜筒10和相机主体20构成。本实施方式中，将更换镜头镜筒10和相机主体20分体构成，然而也可以如一般的紧凑型相机那样构成为一体。
更换镜头镜筒10内配置有摄影镜头11。摄影镜头11通过用于形成被摄体S的光学像的多个光学镜头构成。此外，更换镜头镜筒10内设置有致动器12和镜头控制部13。镜头控制部13从相机主体20内的AF运算部23接收焦点偏离方向和焦点偏离量，并根据这些信息，进行致动器12的控制。致动器12使摄影镜头11在光轴方向上移动，进行焦点对准。
相机主体20内设置有摄像元件21、图像处理部22、AF运算部23、记录部24和显示部25。
摄像元件21配置在摄影镜头11的光轴上的、被摄体像的成像位置附近。摄像元件21具有多个像素，该多个像素具有将被摄体像(光学像)变换为电气信号的光电变换部。即，摄像元件21中的构成各像素的光电二极管二维地配置为矩阵状，各光电二极管产生对应于受光量的光电变换电流，该光电变换电流的电荷被连接于各光电二极管的电容器蓄积。各像素的前表面上配置有拜耳排列的RGB滤色器。这些多个光电二极管对应于前述的多个像素。
此外，如使用图1至图4A、图4B所说明的那样，摄像元件21的多个像素包含：构成为限制入射到像素的光束的入射方向的焦点检测用像素(RL像素、TB像素)；以及构成为与焦点检测用像素相比对入射到像素的光束不限制的摄像用像素。摄像元件21将从焦点检测用像素和摄像用像素输出的像素值输出给图像处理部22和AF运算部23。
图像处理部22输入来自摄像用像素和焦点检测用像素(其中，不包含TB像素，仅为RL像素)的混合像素值，进行用于实时取景显示用图像和动态图像记录用图像的图像处理。此外，输入来自摄像用像素和焦点检测用像素的像素值，进行静态图像记录用的图像处理。此外，图像处理部22将为了记录用而进行了处理的图像数据输出给记录部24，并将为了实时取景显示用而进行了图像处理的图像数据输出给显示部25。
记录部24具有可电改写的非易失性存储器，输入记录用的图像数据并记录。显示部25输入实时取景显示用的图像数据或再现用的图像数据，在LCD或有机EL等的显示面板上进行基于图像数据的实时取景图像或再现图像的显示。
AF运算部23输入像素值中的来自焦点检测用像素(RL像素、TB像素)的像素值，通过相位差AF法运算焦点偏离方向和焦点偏离量。
另外，关于像素值的混合，既可以在从摄像元件21读出时进行像素混合，也可以使用从摄像元件21读出的像素值，在图像处理部22或AF运算部23中通过数字运算进行像素混合。
本实施方式设置了像素混合读出部的功能，由摄像元件21、图像处理部22或AF运算部23等的任意一个或任意各部协作，将像素信号混合读出。该像素混合读出部在将对应于第2滤色器的摄像用像素的输出混合读出的情况下(例如，将Bb像素或Rr像素混合读出的情况)，不混合第2焦点检测用像素(例如，T像素或B像素)的输出而将它们直接读出(例如参见图3、图4A、图4B)。此外，像素混合读出部在将与第1滤色器(例如，G)对应的摄像用像素的输出混合读出的情况下，混合读出第1焦点检测用像素(例如，RL像素)的输出。
下面，使用图8所示的流程图，说明相机的动作。该流程图通过按照在设置于非易失性的存储器中存储的程序，通过设置于图像处理部22或AF运算部23内的CPU(CentralProcessor Unit：中央处理单元)等的控制部控制相机内的各部而执行。
在相机的电源接通时，图8所示的流程图开始。开始流程后，首先进行实时取景图像(实时取景显示用图像数据)的取入(S1)。这里，如使用图3或图4所说明的那样，由摄像元件1从通常的摄像用像素和焦点检测用像素(除TB像素以外)进行混合读出。
进行了实时取景图像取入后，接着进行AF像素校正处理(S3)。这里，对焦点检测用像素的RL像素进行校正处理。即，焦点检测用像素的开口被限制，因而像素值变小。进行校正以成为与通常的摄像用像素同等程度的等级。作为焦点检测用像素的RL像素的输出值包含于G像素的像素混合输出值中，因此进行图5所示的基于与非混合像素区域21b的G像素的混合像素输出值(不存在焦点检测用像素的混合)的光量比的校正处理或使用基于与摄影镜头11的光学特性对应的像高位置的校正数据等进行校正处理。
进行了AF像素校正处理后，接着进行实时取景图像显示(实时取景显示)(S5)。这里，使用在步骤S1中读出，并在步骤S3进行了校正处理的图像数据，由图像处理部22在显示部25上进行实时取景图像显示。
进行了实时取景图像显示后，接着进行是否进行了第1释放按下的判定(S7)。这里，根据基于释放按钮的半按操作而接通断开的开关的状态来判定是否进行了释放按钮的半按操作、即第1释放按下。该判定的结果为第1释放未被按下的情况下，返回步骤S1。
另一方面，步骤S7的判定结果为第1释放已被按下的情况下，进行AF用曝光(S9)。这里，对焦点检测用像素(RL像素和TB像素)进行曝光控制以使其成为适当曝光，并从摄像元件21读出RL像素和TB像素的像素值的相加值(参见图1)。
进行了AF用曝光时，接着进行焦点偏离量的检测(S11)。这里，使用焦点检测用像素(RL像素和TB像素)的像素值的相加值(Rsumarea内的R像素的输出的相加值、Lsumarea内的L像素的输出的相加值)，计算摄影镜头11的焦点偏离方向(散焦方向)和焦点偏离量(散焦量)。
检测到焦点偏离量时，接着判定是否为对焦状态(S13)。这里，根据在步骤S11计算的焦点偏离量是否进入规定范围内(视作对焦的范围)来判定。
在步骤S13的判定结果并非对焦状态的情况下，进行对焦镜头驱动(S15)。这里，根据在步骤S11计算的焦点偏离量、焦点偏离方向，由镜头控制部13通过致动器12使摄影镜头11移动至对焦位置。进行了对焦镜头驱动后，返回步骤S1。
步骤S13的判定结果为对焦状态的情况下，判定是否进行了第2释放按下(S17)。摄影者观察实时取景图像，在判断为快门时机的情况下进行释放按钮的全按、即第2释放按下。于是，在该步骤中，根据基于释放按钮的全按操作而接通断开的开关状态来判定。该判定的结果为第2释放开关未被按下的情况下，返回步骤S1。
在步骤S17的判定结果为进行了第2释放按下的情况下，进行正式曝光(S19)。这里，根据预先确定的曝光控制值来进行摄像元件21的曝光动作。在该曝光结束时，从摄像元件21中读出所有像素(通常的摄像用像素和焦点检测用像素)的像素值，并由图像处理部22生成静态图像的图像数据。在该图像数据的生成时，对来自焦点检测用像素的像素值进行校正处理。图像数据在生成后被记录于记录部24。
正式曝光结束后，接着判定相机电源是否断开(S21)。这里，根据相机的电源开关的状态进行判定。该判定的结果为电源未断开的情况下，返回步骤S1。另一方面，在电源断开的情况下，进行了结束处理后成为电源断开状态。
如上所述，本发明的一个实施方式的摄像元件具有多个摄像用像素和多个焦点检测用像素，该多个焦点检测用像素将受光部的开口位置相对于摄像用像素错开。并且，将开口在第1方向上错开的第1焦点检测用像素(例如，RL像素)以第1像素间距配置，将开口在与该第1方向不同的第2方向上错开的第2焦点检测用像素(例如，TB像素)以第2像素间距配置。因此，在为了焦点检测用而除了配置左右开口像素列还配置了上下开口的像素列的情况下，在进行混合读出的动态图像时能够同时确保画质和AF性能。
此外，本发明的一个实施方式中，使第1方向与第2方向垂直，并且使第1像素间距与第2像素间距相等(例如，4像素间距)。并且，第2焦点检测用像素(例如，TB像素)的配置与将第1焦点检测用像素(例如，RL像素)的配置旋转90度后的配置一致(参见图3)。通过采用这种焦点检测用像素的配置，能够使得第1方向和第2方向上的各自的焦点检测精度等的AF性能成为同等程度。
另外，在本发明的一个实施方式的摄像元件中，像素间距为4像素间距，然而不限于此。此外，像素沿垂直的2个方向配置，然而不限于此。此外，RL像素和TB像素配置于RGB像素中的哪一方的情况也不限于图示的例子。
此外，在本发明的一个实施方式中，作为用于摄影的设备，使用数字相机进行了说明，而作为相机，既可以是数字单反相机或紧凑型数字相机，也可以是摄像机、摄影机等的动态图像用的相机，还可以是在移动电话、智能手机、便携信息终端(PDA：PersonalDigital Assist：个人数字助理)、个人计算机(PC)、平板型计算机、游戏设备等中内置的相机。无论何种情况，只要是组入有摄像元件的设备即可。
此外，关于在本说明书中说明的技术中的主要根据流程图说明的控制，大多可通过程序进行设定，有些可收纳于记录介质或记录部。作为在这种记录介质、记录部中的记录方式，既可以在产品出厂时进行记录，也可以使用所发布的记录介质，还可以经由因特网下载。
此外，关于专利权利要求书、说明书和附图中的动作流程，为了方便起见而使用“首先”、“下面”等的表现顺序的用语进行了说明的情况下，只要没有特别说明，则不表示必须按照这种顺序实施。
本发明不仅限于上述实施方式，可以在实施阶段在不脱离其主旨的范围内使结构要素变形并具体实现。此外，通过在上述实施方式中公开的多个结构要素的适当组合，能够形成各种的发明。例如，可以删除实施方式所示的全部结构要素中的若干结构要素。进而，还可以适当组合不同实施方式中的结构要素。
标号说明
10：更换镜头镜筒，11：摄影镜头，12：致动器，13：镜头控制部，20：相机主体，21：摄像元件，21a～21e：区域，22：图像处理部，23：AF运算部，24：记录部，25：显示部。

Claims (10)

1.一种摄像元件，其具有多个摄像用像素和多个焦点检测用像素，该多个焦点检测用像素的受光部的开口位置相对于上述摄像用像素错开，该摄像元件的特征在于，
开口位置在第1方向上错开的第1焦点检测用像素以第1像素间距配置于上述摄像用像素的与第1滤色器对应的位置上，
开口在不同于上述第1方向的第2方向上错开的第2焦点检测用像素以第2像素间距配置于上述摄像用像素的与不同于上述第1滤色器的第2滤色器对应的位置上。
2.根据权利要求1所述的摄像元件，其特征在于，
上述摄像元件具有将像素信号混合读出并输出的像素混合读出部，
在将与上述第2滤色器对应的摄像用像素的输出混合读出的情况下，以不混合上述第2焦点检测用像素的输出的方式进行读出。
3.根据权利要求2所述的摄像元件，其特征在于，
在将与上述第1滤色器对应的摄像用像素的输出混合读出的情况下，混合读出上述第1焦点检测用像素的输出。
4.根据权利要求3所述的摄像元件，其特征在于，
上述像素混合读出部将规定数量的像素行中包含的与同色滤色器对应的像素的输出混合读出，
与上述第1滤色器对应的焦点检测用像素配置于不包含于上述摄像元件的有效受光区域中的多个区域中，不在上述多个区域之间的区域配置与上述第1滤色器对应的焦点检测用像素，不配置与上述第1滤色器对应的焦点检测用像素的区域的宽度相当于像素混合读出所需的像素行的数量的2倍以上。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的摄像元件，其特征在于，
上述第1滤色器是绿色，上述第2滤色器是蓝色或红色。
6.根据权利要求1至4中的任意一项所述的摄像元件，其特征在于，
上述第1滤色器是蓝色或红色，上述第2滤色器是不同于上述第1滤色器的红色或蓝色。
7.根据权利要求1至4中的任意一项所述的摄像元件，其特征在于，
与上述第1滤色器对应的焦点检测用像素配置于不包含于上述摄像元件的有效受光区域中的多个区域，不在上述多个区域之间的区域配置与上述第1滤色器对应的焦点检测用像素。
8.根据权利要求7所述的摄像元件，其特征在于，
与上述第2滤色器对应的焦点检测用像素配置于上述摄像元件的整个受光受领区域中。
9.一种摄像元件，其具有多个摄像用像素和多个焦点检测用像素，该多个焦点检测用像素将受光部的开口位置相对于上述摄像用像素错开，该摄像元件的特征在于，
将开口在第1方向上错开的第1焦点检测用像素以第1像素间距配置，
将开口在与上述第1方向垂直的第2方向上错开的第2焦点检测用像素以第2像素间距配置。
10.根据权利要求9所述的摄像元件，其特征在于，
上述第1像素间距与上述第2像素间距相等，
上述第2焦点检测用像素的配置与使上述第1焦点检测用像素的配置旋转90度后的配置一致。
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