CN109155323A - 拍摄元件以及拍摄装置 - Google Patents

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加藤周太郎
高木彻
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Abstract

拍摄元件是在第一方向上排列有多个像素的拍摄元件,其具备第一像素和第二像素,该第一像素具有对入射的光进行光电转换而生成电荷的第一光电转换部、和第一反射部,在与所述光入射的方向交叉的面中、在比所述第一光电转换部的中心更靠所述第一方向侧的区域、在至少一部分设置该第一反射部,该第一反射部将透射过所述第一光电转换部的光的一部分向所述第一光电转换部反射,该第二像素具有对入射的光进行光电转换而生成电荷的第二光电转换部、和第二反射部,在与所述光入射的方向交叉的面中、在比所述第二光电转换部的中心更靠与所述第一方向反向的一侧的区域、在至少一部分设置该第二反射部,该第二反射部将透射过所述第二光电转换部的光的一部分向所述第二光电转换部反射。

Description

拍摄元件以及拍摄装置
技术领域
本发明涉及拍摄元件以及拍摄装置。
背景技术
已知有一种在光电转换部之下设置反射层、由该反射层使透射过光电转换部的光向光电转换部反射的拍摄装置(专利文献1)。在现有技术中,反射层仅设置于相对于光电转换部而言相同的位置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2010-177704号公报
发明内容
根据本发明的第一技术方案,一种拍摄元件是在第一方向上排列有多个像素的拍摄元件,其中,具备:第一像素,其具有:对入射的光进行光电转换而生成电荷的第一光电转换部;和第一反射部,在与所述光入射的方向交叉的面中、在比所述第一光电转换部的中心更靠所述第一方向侧的区域、在至少一部分设置有该第一反射部,该第一反射部将透射过所述第一光电转换部的光的一部分向所述第一光电转换部反射;和第二像素,其具有:对入射的光进行光电转换而生成电荷的第二光电转换部;和第二反射部,在与所述光入射的方向交叉的面中、在比所述第二光电转换部的中心更靠与所述第一方向反向的一侧的区域、在至少一部分设置有该第二反射部,该第二反射部将透射了所述第二光电转换部的光的一部分向所述第二光电转换部反射。
根据本发明的第二技术方案,拍摄装置具备控制部,该控制部基于从对由具有聚焦透镜的光学***所形成的像进行拍摄的所述拍摄元件的所述第一像素输出的信号、和从所述第二像素输出的信号来控制所述聚焦透镜的位置,以使得由所述光学***所形成的像对焦于所述拍摄元件。
附图说明
图1是第一实施方式涉及的拍摄装置的主要部分构成图。
图2是示出第一实施方式涉及的拍摄元件的像素的配置例的图。
图3是用于说明入射于第一实施方式涉及的拍摄元件的光束的图。
图4是示出第一实施方式涉及的拍摄元件的截面构造的一例的图。
图5是示出变形例1涉及的拍摄元件的截面构造的一例的图。
图6是示出变形例2涉及的拍摄元件的截面构造的一例的图。
图7是示出变形例3涉及的拍摄元件的像素的配置例的图。
图8是示出变形例3涉及的拍摄元件的截面构造的一例的图。
图9是示出变形例3涉及的拍摄元件的截面构造的另一例的图。
图10是示出变形例4涉及的拍摄元件的截面构造的一例的图。
图11是示出变形例4涉及的拍摄元件的截面构造的另一例的图。
具体实施方式
(第一实施方式)
图1是作为第一实施方式涉及的拍摄装置的数字相机1(以下称为相机1)的主要部分构成图。相机1由相机机体2和更换透镜3构成。更换透镜3经由安装部(未图示)而装配于相机机体2。当更换透镜3装配于相机机体2时,相机机体2侧的连接部202与更换透镜3侧的连接部302连接,相机机体2与更换透镜3之间能够进行通信。
更换透镜3具备拍摄光学***(成像光学***)31、透镜控制部32以及透镜存储器33。拍摄光学***31由包括焦点调节透镜(聚焦透镜)的多个透镜和光圈构成,将被拍摄体像成像于相机机体2的拍摄元件22的拍摄面上。透镜控制部32基于从相机机体2的机体控制部21输出的信号来使焦点调节透镜在光轴L1方向上进退移动而调节拍摄光学***31的焦点位置。从机体控制部21输出的信号中包括表示焦点调节透镜的移动量、移动方向、移动速度等的信号。透镜存储器33由非易失性的存储介质等构成,存储与更换透镜3相关联的信息例如与拍摄光学***31的出射光瞳的位置相关的信息等透镜信息。透镜存储器33所存储的透镜信息由透镜控制部32读出并向机体控制部21发送。
相机机体2具备机体控制部21、拍摄元件22、存储器23、显示部24以及操作部25。拍摄元件22是CCD、CMOS等图像传感器,在拍摄元件22呈二维状(行方向及列方向)地配置有多个像素。拍摄元件22接受通过了拍摄光学***31的出射光瞳的光束并生成与受光量相应的信号,将生成的信号向机体控制部21输出。拍摄元件22的多个像素例如分别具有R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)的滤色器。各像素经过滤色器对被拍摄体像进行拍摄。从拍摄元件22输出的信号和RGB的颜色信息输入于机体控制部21。
机体控制部21由CPU、ROM、RAM等构成,基于控制程序来控制相机1的各部分。另外,机体控制部21进行各种信号处理。例如,机体控制部21对拍摄元件22供给控制信号来控制拍摄元件22的动作。机体控制部21具有焦点检测部21a和图像数据生成部21b。图像数据生成部21b对从拍摄元件22输出的信号进行各种图像处理而生成图像数据。焦点检测部21a使用来自拍摄元件22的信号通过光瞳分割型的相位差检测方式来算出偏焦量,并将偏焦量向透镜控制部32发送。即,焦点检测部21a算出用于调节拍摄光学***31的焦点位置的信号即偏焦量,并向透镜控制部32发送。换言之,焦点检测部21a使用从拍摄元件22输出的信号算出通过拍摄光学***31所形成的像的成像面与拍摄元件22的拍摄面的偏离量。机体控制部21从偏离量算出焦点调节透镜的移动量和移动方向。机体控制部21将算出的与焦点调节透镜的移动量和移动方向相关的信息,经由连接部202和连接部302向透镜控制部32发送。透镜控制部32基于从机体控制部21发送来的信息,驱动未图示的马达而使焦点调节透镜移动到通过拍摄光学***31所形成的像成像于拍摄元件22的拍摄面的位置、即对焦位置。
存储器23是存储卡等存储介质,通过机体控制部21来进行图像数据、语音数据等的写入和读出。显示部24显示根据由机体控制部21所生成的图像数据而生成的图像。另外,显示部24显示快门速度、光圈值等与拍摄有关的信息、菜单画面等。操作部25包括释放键、录像键、各种设定开关等,将与操作部25的操作相应的操作信号向机体控制部21输出。
图2是示出第一实施方式涉及的拍摄元件22的像素的配置例的图。在拍摄元件22中,像素配置成二维状(行方向和列方向)。在各像素设置有例如具有R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)的不同分光特性的3个滤色器中的某一个。R滤色器主要透射红色波长区域的光,G滤色器主要透射绿色波长区域的光,B滤色器主要透射蓝色波长区域的光。
各像素具有因所配置的滤色器而异的分光特性。在拍摄元件22中,具有R及G滤色器的像素交替配置的像素组401、和具有G及B滤色器的像素(以下将具有R、G以及B滤色器的像素分别称为R像素、G像素以及B像素)交替配置的像素组402呈二维状地反复配置。这样一来,R像素、G像素和B像素按照拜耳阵列来配置。
拍摄元件22具有如上述那样拜耳阵列的R、G、B的拍摄像素12、和置换一部分拍摄像素12而配置的拍摄兼焦点检测像素11、13。拍摄像素12输出用于图像数据生成部21B生成图像数据的信号、即拍摄信号。拍摄兼焦点检测像素11、13输出拍摄信号、和用于焦点检测部21a算出偏焦量的信号即焦点检测信号。需要说明的是,拍摄兼焦点检测像素11、13也可以设为仅输出用于焦点检测部21a算出偏焦量的焦点检测信号的焦点检测像素。焦点检测部21a基于从焦点检测像素11、13输出的焦点检测信号来算出偏焦量。拍摄兼焦点检测像素11、13以置换在行方向上排列的G拍摄像素的方式配置,因此具有G分光特性。即,拍摄兼焦点检测像素11、13分别输出基于对G波长区域的光进行光电转换而生成的电荷的拍摄信号。另外,拍摄兼焦点检测像素11、13彼此隔着R拍摄像素12在行方向(图2所示的X轴方向)上交替配置。拍摄兼焦点检测像素11的信号和拍摄兼焦点检测像素13的信号用作用于后述的相位差式焦点检测的一对焦点检测信号。需要说明的是,像素11和像素13也可以以任意间隔来配置。另外,也可以,将像素11、像素12和像素13作为1个单位,在行方向或列方向、或者行方向和列方向上以任意间隔来配置。
拍摄像素12具有微透镜40和光电转换部41。拍摄兼焦点检测像素11、13,除了微透镜40和光电转换部41之外,还分别具有反射部42A、42B。反射部42A、42B设置于在光的入射方向上呈微透镜40、光电转换部41、反射部42A、42B这一顺序的位置。关于拍摄兼焦点检测像素11和拍摄兼焦点检测像素13,反射部42A、42B的位置不同。需要说明的是,如后述的图7或图8所示,拍摄兼焦点检测像素11、13也可以,隔着2个R拍摄像素和G拍摄像素12在行方向上交替配置。在该情况下,将拍摄兼焦点检测像素11、13隔开的G拍摄像素12不具有反射部42A或反射部42B。
如图2中图示,拍摄兼焦点检测像素11的反射部42A与其光电转换部41的大致左半部分的区域相对应地配置。另一方面,拍摄兼焦点检测像素13的反射部42B与其光电转换部41的大致右半部分的区域相对应地配置。换言之,反射部42A与在拍摄兼焦点检测像素11、13的排列方向上将光电转换部41分割为两部分(以图2所示的Y轴方向为轴进行分割)而得的一方的区域相对应地配置,反射部42B与将光电转换部41分割为两部分而得的另一方的区域相对应地配置。
需要说明的是,在图2中,拍摄兼焦点检测像素11、13在行方向(图2所示的X轴方向)即横方向上排列,但也可以在列方向(图2所示的Y轴方向)即纵方向上排列。在拍摄兼焦点检测像素11、13在列方向上排列的情况下,反射部42A与光电转换部41的大致上半部分和下半部分中的一方的区域相对应地配置,反射部42B与光电转换部41的大致上半部分和下半部分中的另一方的区域相对应地配置。换言之,反射部42A与在与拍摄兼焦点检测像素11、13的排列方向交叉的方向上将光电转换部41分割为两部分(以图2所示的X轴方向为轴进行分割)而得的一方的区域相对应地配置,反射部42B与将光电转换部41分割为两部分而得的另一方的区域相对应地配置。
图3是用于对向第一实施方式涉及的拍摄元件入射的光束进行说明的图。需要说明的是,图3示出了1个拍摄像素12、1个拍摄兼焦点检测像素11和1个拍摄兼焦点检测像素13。如上所述,拍摄像素12具有微透镜40、和对透射过微透镜40的光束进行受光的光电转换部41。如上所述,拍摄兼焦点检测像素11、13具有微透镜40、供透射过微透镜40的光束入射的光电转换部41、以及将透射过一部分光电转换部41的光束朝向光电转换部41反射的反射部42A、42B。
需要说明的是,图3中图示的拍摄像素12为G拍摄像素12。在如图2所图示配置着拍摄兼焦点检测像素11、13和拍摄像素12的情况下,G拍摄像素12为配置于拍摄兼焦点检测像素11或拍摄兼焦点检测像素13的周边的G拍摄像素12。
在如后述的图7或图8所示配置着拍摄兼焦点检测像素11、13和拍摄像素12的情况下,G拍摄像素12为配置于拍摄兼焦点检测像素11与拍摄兼焦点检测像素13之间的G拍摄像素12。需要说明的是,也可以是配置于拍摄兼焦点检测像素11或拍摄兼焦点检测像素13的周边的G拍摄像素12。
在拍摄兼焦点检测像素11中,经过了第一光瞳区域61的第一光束和经过了第二光瞳区域62的第二光束、经由微透镜40而入射于光电转换部41。入射到光电转换部41的第一光束和第二光束中的第二光束,经过光电转换部41并在反射部42A被反射而再入射于光电转换部41。另一方面,关于拍摄兼焦点检测像素13,经过了第一光瞳区域61的第一光束和经过了第二光瞳区域62的第二光束、经由微透镜40而入射于光电转换部41。入射到光电转换部41的第一光束和第二光束中的第一光束,经过光电转换部41并在反射部42B被反射而再入射于光电转换部41。需要说明的是,在图3中,虚线65示意性地示出经过第一光瞳区域61并透射拍摄兼焦点检测像素13的微透镜40和光电转换部41而在反射部42B被反射了的第一光束。
在拍摄像素12中,经过了图1的拍摄光学***31的出射光瞳60的第一光瞳区域61和第二光瞳区域62双方的光束、经由微透镜40而入射于光电转换部41。拍摄像素12输出与经过了第一及第二光瞳区域61、62双方的光束有关的信号S1。即,拍摄像素12对经过了第一及第二光瞳区域61、62双方的光进行光电转换、并输出基于通过光电转换而生成的电荷的信号S1。拍摄兼焦点检测像素11输出将信号S1和信号S2相加所得的信号(S1+S2),所述信号S1是基于对经过了第一光瞳区域61及第二光瞳区域62的第一及第二光束进行光电转换而得的电荷的信号,所述信号S2是基于对由反射部42A反射了的第二光束进行光电转换而得的电荷的信号。拍摄兼焦点检测像素13输出将信号S1和信号S3相加所得的信号(S1+S3),所述信号S1是基于对经过了第一光瞳区域61及第二光瞳区域62的第一及第二光束进行光电转换而得的电荷的信号,所述信号S3是基于对由反射部42B反射了的第一光束进行光电转换而得的电荷的信号。
机体控制部21的图像数据生成部21b基于拍摄像素12的信号S1、拍摄兼焦点检测像素11、13的信号(S1+S2)、(S1+S3),来生成与被拍摄体像有关的图像数据。需要说明的是,在生成该图像数据时,为了抑制信号S2、S3的影响,例如,可以使拍摄兼焦点检测像素11、13的信号(S1+S2)、(S1+S3)的增益相比拍摄像素12的信号S1的增益减小。
机体控制部21的焦点检测部21a基于拍摄像素12的信号S1、拍摄兼焦点检测像素11的信号(S1+S2)和拍摄兼焦点检测像素13的信号(S1+S3),为了求出对焦位置而进行相关运算。焦点检测部21a通过该相关运算,算出由经过了第一光瞳区域61的第一光束所形成的像与由经过了第二光瞳区域62的第二光束所形成的像的偏差量,基于该像偏差量算出偏焦量。
焦点检测部21a求出拍摄像素12的输出与拍摄兼焦点检测像素11的输出的差量、和拍摄像素12的输出与拍摄兼焦点检测像素13的差量。焦点检测部21a根据求出的差量,算出由经过了第一光瞳区域61的第一光束所形成的像与由经过了第二光瞳区域62的第二光束所形成的像的像偏差量。基于算出的像偏差量算出偏焦量。例如,根据信号S1和信号(S1+S2),求出基于对由反射部42A反射了的第二光束进行光电转换而得的电荷的信号S2。焦点检测部21a根据信号S1和信号(S1+S3),求出基于对由反射部42B反射了的第一光束进行光电转换而得的电荷的信号S3。焦点检测部21a进行信号S2与信号S3的相位差检测并求出偏焦量。
在本实施方式中,在拍摄兼焦点检测像素11和拍摄兼焦点检测像素13中,在与光入射的方向交叉的方向上彼此不同的位置设置有反射部42A、42B,拍摄兼焦点检测像素11的反射部42A对经由光瞳区域62而入射的光进行反射,拍摄兼焦点检测像素13的反射部42B对经由光瞳区域61而入射的光进行反射。因此,在拍摄兼焦点检测像素11的光电转换部41中、经过光瞳区域62的光的受光量增加。在拍摄兼焦点检测像素13的光电转换部41中、经过光瞳区域61的光的受光量增加。结果,关于从拍摄兼焦点检测像素11输出的信号,由经过光瞳区域62的光所形成的信号分量增加。关于从拍摄兼焦点检测像素13输出的信号,由经过光瞳区域61的光所形成的信号分量增加。通过使用由拍摄像素12、拍摄兼焦点检测像素11以及拍摄兼焦点检测像素13所形成的信号,从而能够得到被拍摄体像的相位差信息,能够算出偏焦量。另外,在本实施方式中,无需如以往那样在光的入射面设置用于相位差检测的遮光膜,而是使用反射光来检测被拍摄体像的相位差。因此,能够避免像素所具有的开口变小。并且,由反射部42A、42B使经过了光电转换部41的光向光电转换部41反射,因此能够提高像素的光电转换部41的灵敏度(量子效率)。
图4是示出第一实施方式涉及的拍摄元件的截面构造的一例的图。图4所示的拍摄元件22是背面照射型的拍摄元件。拍摄元件22具备第一基板(也称为半导体层)111和第二基板114。第一基板111由半导体基板构成,第二基板114由半导体基板、玻璃基板等构成。第二基板114作为第一基板111的支承基板而发挥功能。第一基板111隔着粘接层113而被层叠于第二基板114。如图4所示,入射光主要朝向用空心箭头表示的Z轴正方向入射。另外,如坐标轴所示,将与Z轴正交的纸面右方向设为X轴正方向、将与Z轴和X轴正交的纸面近前方向设为Y轴正方向。在图4所示的例子中,朝向X轴正方向配置有拍摄兼焦点检测像素11(以下也称为拍摄兼焦点检测像素11A)、拍摄像素12(以下也称为拍摄像素12A)、拍摄兼焦点检测像素13、拍摄像素12(以下也称为拍摄像素12B)、拍摄兼焦点检测像素11(以下也称为拍摄兼焦点检测像素11B)。
在拍摄兼焦点检测像素11、拍摄像素12以及拍摄兼焦点检测像素13中,分别设置有微透镜40、滤色器43、遮光膜44、反射防止膜45以及p+层46、扩散分离部57。微透镜40将入射的光聚光于光电转换部41。在图4所示的例子中,在拍摄兼焦点检测像素11设置有G滤色器、在拍摄像素12设置有R滤色器、在拍摄兼焦点检测像素13设置有G滤色器。遮光膜44抑制光漏向相邻的像素。p+层46通过使用p型杂质而形成,减少了向光电转换部41的暗电流混入。扩散分离部57将光电转换部41之间分离开。
第一基板111具有设置有电极和/或绝缘膜的第一面105a、和不同于第一面的第二面105b。第二面105b成为供光入射的入射面。在第一基板111的第一面105a层叠设置有布线层112。在拍摄元件22设置有光电转换部41和输出部70,光电转换部41和输出部70在X轴方向和Y轴方向上配置有多个。
光电转换部41例如为光电二极管(PD),将入射的光转换成电荷。另外,输出部70利用由光电转换部41光电转换出的电荷生成并输出信号。输出部70将生成的信号向布线层112输出。输出部70由传输晶体管(传输部)50、放大晶体管等晶体管等构成。在图4所示的例子中,形成于半导体层111的n+区域47和n+区域48分别用n型杂质来形成,并作为传输晶体管50的源漏区域而发挥功能。另外,隔着绝缘膜而形成于布线层112的电极49作为传输晶体管50的栅电极(传输栅)而发挥功能。另外,n+区域47作为光电转换部41的一部分而发挥功能。电极49经由联接器51而连接于在金属层115设置的输出部70的布线52。拍摄兼焦点检测像素11、13以及拍摄像素12在行方向(X轴方向)上配置,拍摄兼焦点检测像素11、13以及拍摄像素12的布线52彼此连接而共有。
布线层112为包括导体膜(金属膜)和绝缘膜的布线层,配置有多个布线、通孔等。导体膜中使用铜、铝等。绝缘膜包括导体膜间的绝缘膜、绝缘膜等,由氧化膜、氮化膜等构成。在布线层112中设置有反射部42A和反射部42B。反射部42A和反射部42B设置于金属层115。反射部42A和反射部42B由导体膜等构成,例如为铝、铜、钨、或这些膜的多层膜。在图4所示的例子中,反射部42A和反射部42B由在金属层115中覆盖光电转换部41的大致一半的导体膜构成。另外,能够将形成于布线层112的布线的一部分、例如连接于输出部70的信号信的一部分用作反射部42。在这样的情况下,反射部42A和反射部42B为用于对光进行反射的导体膜和用于传输信号的信号线所共用。需要说明的是,也可以设为,反射部42A和反射部42B由绝缘膜构成。在该情况下,能够将输出部70所用的绝缘膜、金属层的一部分用作反射部42。
反射部42A和反射部42B在与光入射的方向交叉的方向上距相邻的像素以不同的间隔设置。例如,在图4中,拍摄兼焦点检测像素11A的反射部42A在X轴方向上距拍摄兼焦点检测像素11A的相邻的拍摄像素12A以规定的第一间隔D1设置。拍摄兼焦点检测像素13的反射部42B在X轴方向上距拍摄兼焦点检测像素13的相邻的拍摄像素12B以不同于第一间隔D1的规定的第二间隔D2设置。需要说明的是,如后述的那样,距相邻的像素的间隔也可以为距扩散分离部57的间隔。例如,第一间隔D1也可以是拍摄像素12A的扩散分离部57与反射部42A的间隔。第二间隔D2也可以是拍摄像素12B的扩散分离部57与反射部42B的间隔。另外,第一间隔D1、第二间隔D2也可以是没有间隔(为零)。
另外,反射部42A和反射部42B设置于拍摄兼焦点检测像素11的输出部70与拍摄兼焦点检测像素13的输出部70之间。在图4中,拍摄兼焦点检测像素11B的反射部42A和拍摄兼焦点检测像素13的反射部42B设置于拍摄兼焦点检测像素11B的输出部70与拍摄兼焦点检测像素13的输出部70之间。拍摄兼焦点检测像素11的输出部70和拍摄兼焦点检测像素13的输出部70设置于反射部42A与反射部42B之间。在图4中,拍摄兼焦点检测像素11A的输出部70和拍摄兼焦点检测像素13的输出部70设置于拍摄兼焦点检测像素11A的反射部42A与拍摄兼焦点检测像素13的反射部42B之间。
反射部42A和反射部42B距位于与相邻的像素的光电转换部之间的扩散分离部57以不同的间隔设置。例如,在图4中,拍摄兼焦点检测像素11A的反射部42A,距位于拍摄兼焦点检测像素11A的光电转换部41与相邻的拍摄像素12A的光电转换部41之间的扩散分离部57以规定的第三间隔设置。拍摄兼焦点检测像素13的反射部42B,距位于拍摄兼焦点检测像素13的光电转换部41与相邻的拍摄像素12B的光电转换部41之间的扩散分离部57、以不同于第三间隔的规定的第四间隔设置。另外,拍摄兼焦点检测像素11的光电转换部41设置于成为拍摄兼焦点检测像素11的光的入射面的第二面105b与反射部42A之间,拍摄兼焦点检测像素13的光电转换部41设置于成为拍摄兼焦点检测像素13的光的入射面的第二面105b与反射部42B之间。因此,拍摄兼焦点检测像素11的光电转换部41和反射部42A在光入射的方向(Z轴正方向)上依次设置。同样地,拍摄兼焦点检测像素13的光电转换部41和反射部42B在光入射的方向上依次设置。
另外,反射部42A和反射部42B设置于拍摄兼焦点检测像素11的输出部70的布线52与拍摄兼焦点检测像素13的输出部70的布线52之间。在图4中,拍摄兼焦点检测像素11B的反射部42A和拍摄兼焦点检测像素13的反射部42B设置于拍摄兼焦点检测像素11B的输出部70的布线52与拍摄兼焦点检测像素13的输出部70的布线52之间。并且,在图4中,拍摄像素12A和拍摄像素12B的输出部70分别设置于反射部42A与反射部42B之间。拍摄像素12A和拍摄像素12B的输出部70的布线52分别设置于反射部42A与反射部42B之间。另外,拍摄像素12A设置于拍摄兼焦点检测像素11A的反射部42A与拍摄兼焦点检测像素13的反射部42B之间,拍摄像素12B设置于拍摄兼焦点检测像素11B的反射部42A与拍摄兼焦点检测像素13的反射部42B之间。
另外,反射部42A的至少一部分设置在与光入射的方向(Z轴正方向)交叉的面(XY平面)中、用穿过光电转换部41的中心且与Y轴平行的线所分割出的区域中的左半部分(X轴负方向)侧的区域。反射部42B的至少一部分设置在与光入射的方向(Z轴正方向)交叉的面(XY平面)中、用穿过光电转换部41的中心且与Y轴平行的线所分割出的区域中的右半部分(X轴正方向)侧的区域。需要说明的是,反射部42A也可以在与光入射的方向(Z轴正方向)交叉的面(XY平面)中、用穿过光电转换部41的中心且与X轴平行的线所分割出的区域中的上半部分(Y轴负方向)侧的区域,至少设置有一部分。反射部42B也可以在与光入射的方向(Z轴正方向)交叉的面(XY平面)中、用通过光电转换部41的中心且与X轴平行的线所分割出的区域中的下半部分(Y轴正方向)侧的区域,至少设置有一部分。
反射部42A和反射部42B将透射过光电转换部41的光向光电转换部41侧反射。拍摄兼焦点检测像素11以及拍摄兼焦点检测像素13的光电转换部41对经由微透镜40而入射的光、和由反射部42A和反射部42B反射的光进行受光,生成与受光量相应的电荷。另外,拍摄像素12的光电转换部41对经由微透镜40而入射的光进行受光,生成与受光量相应的电荷。输出部70将由来自光电转换部41的电荷所形成的信号向布线层112输出。向布线层112输出的来自各像素的信号,由像素的周边电路等进行AD转换等信号处理并向图1所示的机体控制部21输出。
如上所述,机体控制部21的焦点检测部21a使用从拍摄元件22输出的基于通过光电转换而得的电荷的信号来算出偏焦量。例如,焦点检测部21a进行拍摄兼焦点检测像素11的信号(S1+S2)与拍摄像素12的信号S1的减法运算而得到信号S2。另外,焦点检测部21a进行拍摄兼焦点检测像素13的信号(S1+S3)与拍摄像素12的信号S1的减法运算而得到信号S3。焦点检测部21a通过基于信号S2和信号S3进行相关运算,从而能够得到由经由拍摄光学***31的不同光瞳区域而入射的一对光束所形成的像的相位差信息,能够通过相位差检测方式算出偏焦量。另外,透镜控制部32能够使用从机体控制部21输出的偏焦量来调节拍摄光学***31的焦点位置。
根据上述的实施方式,能够得到下面的作用效果。
(1)拍摄元件22具备第一像素11和第二像素13,该第一像素11具有对入射的光进行光电转换而生成电荷的第一光电转换部41、和距相邻的像素12A以第一间隔D1设置、且对经过了第一光电转换部41的光进行反射的第一反射部42A,该第二像素13具有对入射的光进行光电转换而生成电荷的第二光电转换部41、和距相邻的像素12B以不同于第一间隔D1的第二间隔D2设置、且对经过了第二光电转换部41的光进行反射的第二反射部42B。在本实施方式中,具备配置反射部42的位置彼此不同的像素11和像素13。因此,通过使用由像素11和像素13所形成的信号,从而能够得到被拍摄体像的相位差信息。
(2)拍摄元件22具备第一像素11、第二像素13、第一反射部42A以及第二反射部42B,该第一像素11具有对入射的光进行光电转换而生成电荷的第一光电转换部41、和输出由在第一光电转换部41生成的电荷所形成的信号的第一输出部70,该第二像素13具有对入射的光进行光电转换而生成电荷的第二光电转换部41、和输出由在第二光电转换部41生成的电荷所形成的信号的第二输出部70,该第一反射部42A设置于第一输出部70与第二输出部70之间、并对经过了第一光电转换部41的光进行反射,该第二反射部42B设置于第一输出部70与第二输出部70之间、并对经过了第二光电转换部41的光进行反射。这样设置,因此使用由像素11和像素13所形成的信号从而能够得到被拍摄体像的相位差信息。
另外,在将与上述第一或第二像素在行方向(X方向)上邻接、并具有对入射的光进行光电转换而生成电荷的第三光电转换部41和输出由在第三光电转换部41生成的电荷所形成的信号的第三输出部70的仅进行拍摄的像素设为第三像素的情况下,上述第一反射部42A或第二反射部42B也可以位于第三输出部70与第一输出部70之间或第三输出部70与第二输出部70之间。
或者,也可以是,第一输出部70位于第三输出部70与第一反射部42A之间,或者、第二输出部70位于第三输出部70与第二反射部42B之间。
(3)第一反射部42A距位于第一光电转换部41与相邻的像素的光电转换部41之间的分离部57以第三间隔设置,第二反射部42B距位于第二光电转换部41与相邻的像素的光电转换部41之间的分离部57以第四间隔设置。这样设置,因此能够得到由经由不同的光瞳区域入射的一对光束所形成的像的相位差信息。
(4)焦点控制装置具备拍摄元件22、和基于从对经由光学***(拍摄光学***31)入射的光进行受光的拍摄元件22的第一输出部70输出的信号和从第二输出部70输出的信号来调节光学***的焦点位置的控制部(透镜控制部32)。这样设置,因此能够使用反射光来得到被拍摄体像的相位差信息,能够进行焦点位置的调节。
(5)焦点检测装置具备拍摄元件22、和基于来自对经由光学***(拍摄光学***31)入射的光进行受光的第一光电转换部41的信号和来自第二光电转换部41的信号而对光学***进行焦点检测的焦点检测部(机体控制部21)。这样设置,因此能够使用反射光而得到被拍摄体像的相位差信息,能够进行关于光学***的焦点检测。
(6)伴随像素的微细化,像素所具有的开口的大小变得比光的波长小(短),光恐不会入射于像素所具有的光电转换部。光电转换部处的受光量减少,因此通过光电转换而得的电荷也减少。因此,难以根据从电荷生成的信号的相位差信息来进行光学***的焦点检测、进行光学***的焦点调节。为了进行相位差检测而在光的入射面设置有遮光膜的像素,其受光量进一步减少。因此,更难以根据相位差信息来进行光学***的焦点检测、进行光学***的焦点调节。在本实施方式中,不在光的入射面设置遮光膜,能够根据相位差信息来进行光学***的焦点检测、进行光学***的焦点调节。在本实施方式中,能够抑制像素的微细化发展了的情况下的受光量的减少、以及焦点检测的精度的下降,能够进行准确的焦点调节。
(7)本实施方式的作为焦点检测用的像素而发挥功能的像素11和像素13具有与不具有反射部的像素同等的灵敏度。因此,对于来自像素11和像素13的信号的缺陷校正等变得容易,能够抑制对于用于生成图像的拍摄用像素而言成为缺陷像素。
下面这样的变形也在本发明的范围内,也可以将一个变形例或多个变形例与上述的实施方式进行组合。
(变形例1)
在上述的实施方式中,对于使用金属层115的导体膜来形成反射部42A和反射部42B的例子进行了说明。但是,也可以设为,在不同于金属层115的位置设置反射部。另外,也可以设为,使用不同于导体(金属)的材料来设置反射部。图5是示出变形例1涉及的拍摄元件的截面构造的一例的图。在变形例1涉及的拍摄元件中,反射部42A和反射部42B直接层叠于半导体层111而设置。例如,反射部42A和反射部42B是氧化膜、氮化膜等。具体而言,为硅氧化膜、硅氮化膜、硅氮氧化膜、或者这些膜的多层膜等。需要说明的是,也可以设为使用多晶硅来形成反射部。另外,反射部也可以隔着绝缘膜而层叠于半导体层111。在本变形例中,与使用金属层115的导体膜来设置反射部的情况相比较,在接近半导体层111的位置设置反射部。因此,能够抑制反射部的反射光入射于邻接的像素。结果,能够抑制噪音混入由邻接的像素所形成的信号。
(变形例2)
图6是示出变形例2涉及的拍摄元件的截面构造的一例的图。在变形例2涉及的拍摄元件22中,如图6(a)和图6(b)所示,除了反射部42A和反射部42B之外、还设置有遮光部55(遮光部55A~遮光部55D)、56(遮光部56A~遮光部56D)。图6(a)所示的遮光部55由导体膜(金属膜)、多晶硅等构成。遮光部55A设置于拍摄兼焦点检测像素11的光电转换部41与反射部42A之间,遮光部55D设置于拍摄兼焦点检测像素13的光电转换部41与反射部42B之间。另外,图6(b)所示的遮光部56由DTI(Deep Trench Isolation,深沟槽隔离)构成。即,在图6(b)所示的例子中,在像素之间形成有槽,在该槽中埋入有氧化膜、氮化膜、多晶硅等。遮光部56设置于相邻的光电转换部41之间。例如,遮光部56B设置于拍摄兼焦点检测像素11的光电转换部41与拍摄像素12的光电转换部41之间,遮光部56C设置于拍摄兼焦点检测像素13的光电转换部41与拍摄像素12的光电转换部41之间。
在本变形例中,配置有遮光部55和/或遮光部56,因此能够抑制反射部42A和反射部42B的反射光入射于邻接的像素,能够抑制像素间的串扰。另外,通过遮光部55和遮光部56使光再入射于光电转换部41,因此能够提高光电转换部41的灵敏度,能够提高焦点检测的精度。需要说明的是,也可以设为,在各像素设置遮光部55和遮光部56双方。遮光部55(遮光部55A~遮光部55D)和遮光部56(遮光部56A~遮光部56D)也可以作为反射部55(反射部55A~反射部55D)和反射部56(反射部56A~反射部56D)。
(变形例3)
图7是示出变形例3涉及的拍摄元件的像素的配置例的图,图8是示出变形例3涉及的拍摄元件的截面构造的一例的图。在上述的实施方式中,对拍摄兼焦点检测像素11、13彼此隔着R拍摄像素12在行方向上交替配置的例子进行了说明。但是,如图7和图8所示,也可以设为,将拍摄兼焦点检测像素11、13彼此隔着2个R拍摄像素12和G拍摄像素12在行方向(X轴方向)上交替配置。
图8和图9是示出变形例3涉及的拍摄元件的截面构造的一例的图。在图8所示的例子中,在拍摄兼焦点检测像素11和拍摄兼焦点检测像素13中,光电转换部41和输出部70的位置配置成相对于光轴对称(左右对称)。但是,如图9所示,拍摄兼焦点检测像素11和拍摄兼焦点检测像素13也可以设为除了各自的反射部42A、42B的位置不同之外相同的构成。
此外,在上述的实施方式中,对进行拍摄兼焦点检测像素的信号与1个拍摄像素的信号的减法运算、并算出基于通过对由反射部反射了的光进行光电转换而得的电荷的信号的例子进行了说明。但是,也可以设为,进行拍摄兼焦点检测像素的信号与2个拍摄像素的信号的平均值的减法运算,并算出基于通过对由反射部反射了的光进行光电转换而得的电荷的信号。例如,使用来自像素组401的G拍摄像素12中、如图7所示那样配置的G拍摄像素12A、12B、12C的信号、和来自拍摄兼焦点检测像素11、13的信号。焦点检测部21a通过进行拍摄兼焦点检测像素11的信号与拍摄像素12A、12B的信号的平均值的减法运算,从而算出基于通过对由反射部42A反射了的第二光束进行光电转换而得的电荷的信号S2。另外,焦点检测部21a同样地、进行拍摄兼焦点检测像素13的信号与G拍摄像素12B、12C的信号的平均值的减法运算,并算出基于通过对由反射部42B反射了的第一光束进行光电转换而得的电荷的信号S3。焦点检测部21a通过使用信号S2和信号S3进行相关运算,从而能够算出偏焦量。
需要说明的是,也可以设为,进行拍摄兼焦点检测像素的信号与在拍摄兼焦点检测像素的周边配置的多个拍摄像素的信号的平均值的减法运算,并算出基于通过对由反射部反射了的光进行光电转换而得的电荷的信号。例如,使用来自像素组402的G拍摄像素12中、如图7所示那样配置的G拍摄像素12D~12K的信号、和来自拍摄兼焦点检测像素11、13的信号。焦点检测部21a通过进行拍摄兼焦点检测像素11的信号与拍摄像素12D、12E、12F、12G的信号的平均值的减法运算,从而算出基于通过对由反射部42A反射了的第二光束进行光电转换而得的电荷的信号S2。另外,焦点检测部21a同样地、进行拍摄兼焦点检测像素13的信号与拍摄像素12H、12I、12J、12K的信号的平均值的减法运算,并算出基于通过对由反射部42B反射了的第一光束进行光电转换而得的电荷的信号S3。焦点检测部21a通过使用信号S2和信号S3来进行相关运算,从而能够算出偏焦量。
(变形例4)
图10是示出变形例4涉及的拍摄元件的截面构造的一例的图。在上述的实施方式中,在拍摄兼焦点检测像素11和拍摄兼焦点检测像素13中,光电转换部41和输出部70的位置配置成相对于光轴对称(左右对称)。但是,如图10所示,拍摄兼焦点检测像素11和拍摄兼焦点检测像素13也可以设为除了各自的反射部42A、42B的位置不同之外相同的构成。另外,也可以将反射部42A、42B设置成多层。在图10(b)所示的例子中,反射部42B形成为2层。并且,如图11所示,也可以设为,拍摄兼焦点检测像素11和拍摄兼焦点检测像素13为除了反射部42A和反射部42B的位置不同之外相同的构成,与变形例1的情况相同使用氧化膜、氮化膜等来形成反射部42A和反射部42B。在该情况下,也可以使用多个绝缘膜来形成反射部42A、42B。在图11所示的拍摄兼焦点检测像素13中,使用输出部70中所用的栅绝缘膜、布线间的绝缘膜等多个绝缘膜来形成反射部42B。
(变形例5)
在上述的实施方式和变形例中,通过反射部42A和反射部42B使经过了光电转换部41的光反射,使用由反射光所形成的信号分量来进行焦点检测。关于在拍摄兼焦点检测像素11和拍摄兼焦点检测像素13设置G滤色器的例子进行了说明,但是也可以在拍摄兼焦点检测像素11和拍摄兼焦点检测像素13设置例如R滤色器。由此,能够将由容易透射光电转换部41的长波长区域的光、例如红外光或近红外光等光所形成的信号用于焦点检测。另外,使用容易透射光电转换部41的长波长区域的光更合适,因此能够将本发明也适用于使用红外线和/或近红外线的图像的工业用相机和/或医疗用相机。
(变形例6)
在上述的实施方式中,关于基于算出的偏焦量来控制焦点调节透镜的例子进行了说明,但是本发明不限定于此。也可以基于偏焦量来控制变焦透镜、光圈等的动作。
(变形例7)
在上述的实施方式中,关于拍摄元件22设为背面照射型的构成的例子进行了说明。但是,也可以将拍摄元件22设为在光入射的入射面侧设置布线层112的表面照射型的构成。
(变形例8)
在上述的实施方式中,关于在拍摄兼焦点检测像素11和拍摄兼焦点检测像素13设置G滤色器的例子进行了说明,但是也可以设为例如设置R滤色器和/或B滤色器。另外,也可以设为,设置使入射于拍摄兼焦点检测像素11和拍摄兼焦点检测像素13的光的全波长区域透射的滤色器(白色滤色器)。通过设置白色滤色器,从而能够增加入射于焦点检测用的像素的光的光量,能够提高光电转换部41的灵敏度。另外,也可以将配置有白色滤色器的像素作为用于焦点检测的专用像素来使用。
(变形例9)
也可以将上述的实施方式和变形例中说明了的拍摄元件适用于通过层叠多个基板(例如多个半导体基板)而构成的层叠传感器(层叠型的拍摄元件)。例如,也可以将拍摄元件设为通过层叠配置有具有光电转换部的像素的第一基板、配置有将来自像素的信号转换成数字信号的AD转换部的第二基板、以及配置有对从AD转换部输出的数字信号进行各种图像处理的图像处理部的第三基板而得的构成。在该情况下,例如从光入射的一侧起设置有第一基板、第二基板以及第三基板。
(变形例10)
在上述实施方式中说明了的拍摄元件22可以适用于相机、智能手机、平板电报、内置于PC的相机、车载相机等。
在上文中,对各种实施方式和变形例进行了说明,但本发明并不限定于这些内容。在本发明的技术思想的范围内所能考虑到的其他方案也包含在本发明的范围内。
下面的优选权基础申请的公开内容作为引用文献而记载于此。
日本专利申请2016年第70959号(2016年3月31日提交)
附图标记说明
2…相机机体、3…更换透镜、21…机体控制部、22…拍摄元件、31…拍摄光学***、41…光电转换部、42…反射部。

Claims (23)

1.一种拍摄元件,在第一方向上排列有多个像素,其中,所述拍摄元件具备:
第一像素,其具有:对入射的光进行光电转换而生成电荷的第一光电转换部;第一反射部,在与所述光入射的方向交叉的面中、在比所述第一光电转换部的中心更靠所述第一方向侧的区域、在至少一部分设置有该第一反射部,该第一反射部将透射过所述第一光电转换部的光的一部分向所述第一光电转换部反射;和
第二像素,其具有:对入射的光进行光电转换而生成电荷的第二光电转换部;第二反射部,在与所述光入射的方向交叉的面中、在比所述第二光电转换部的中心更靠与所述第一方向反向的一侧的区域、在至少一部分设置有该第二反射部,该第二反射部将透射过所述第二光电转换部的光的一部分向所述第二光电转换部反射。
2.根据权利要求1所述的拍摄元件,其中,
所述第一像素具有第一输出部,所述第一输出部输出基于在所述第一光电转换部生成的电荷所形成的信号,
所述第二像素具有第二输出部,所述第二输出部输出基于在所述第二光电转换部生成的电荷所形成的信号,
所述第一反射部和所述第二反射部设置于所述第一输出部与所述第二输出部之间,或者所述第一输出部和所述第二输出部设置于所述第一反射部与所述第二反射部之间。
3.根据权利要求2所述的拍摄元件,其中,
所述第一输出部具有第一布线,
所述第二输出部具有第二布线,
所述第一反射部和所述第二反射部设置于所述第一布线与所述第二布线之间,或者所述第一布线和所述第二布线设置于所述第一反射部与所述第二反射部之间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的拍摄元件,其中,
所述第一反射部在所述第一方向上距位于所述第一像素与相邻的像素之间的分离部以第一间隔设置,
所述第二反射部在所述第一方向上距位于所述第二像素与相邻的像素之间的分离部以不同于所述第一间隔的第二间隔设置。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的拍摄元件,其中,
具备第三像素,该第三像素具有对入射的光进行光电转换而生成电荷的第三光电转换部,
所述第一像素、所述第二像素以及第三像素具有具备第一分光特性的第一滤色器。
6.根据权利要求5所述的拍摄元件,其中,
具备第四像素,该第四像素具有对入射的光进行光电转换而生成电荷的第四光电转换部,
所述第四像素具有具备第二分光特性的第二滤色器,所述第二分光特性是指与所述第一分光特性相比波长短的光的透射率高。
7.根据权利要求6所述的拍摄元件,其中,
所述第一滤色器透射第一波长的光,
所述第二滤色器透射波长比所述第一波长短的光。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的拍摄元件,其中,
具备第三像素,该第三像素具有对入射的光进行光电转换而生成电荷的第三光电转换部,
所述第一像素和所述第二像素具有具备第一分光特性的第一滤色器,
所述第三像素具有具备第二分光特性的第二滤色器,所述第二分光特性是指与所述第一分光特性相比波长短的光的透射率高。
9.根据权利要求8所述的拍摄元件,其中,
所述第一滤色器透射第一波长的光,
所述第二滤色器透射波长比所述第一波长短的光。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的拍摄元件,其中,
所述第一滤色器透射红光,
所述第二滤色器透射绿光。
11.根据权利要求6至9中任一项所述的拍摄元件,其中,
所述第一滤色器透射绿光,
所述第二滤色器透射蓝光。
12.根据权利要求1至4中任一项所述的拍摄元件,其中,
具备:
第三像素,其具有对入射的光进行光电转换而生成电荷的第三光电转换部;和
第四像素,其具有对入射的光进行光电转换而生成电荷的第四光电转换部,
所述第一像素和所述第二像素具有具备第一分光特性的第一滤色器,
所述第三像素具有具备第二分光特性的第二滤色器,所述第二分光特性是指与所述第一分光特性相比波长短的光的透射率高,
所述第四像素具有具备第三分光特性的第三滤色器,所述第三分光特性是指与所述第二分光特性相比短波长的光的透射率高。
13.根据权利要求12所述的拍摄元件,其中,
所述第一滤色器透射第一波长的光,
所述第二滤色器透射比所述第一波长短的第二波长的光,
所述第三滤色器透射波长比所述第二波长短的光。
14.根据权利要求13所述的拍摄元件,其中,
所述第一滤色器透射红光,
所述第二滤色器透射绿光,
所述第三滤色器透射蓝光。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的拍摄元件,其中,
所述第一像素与所述第二像素相邻设置,
在所述第一光电转换部与所述第二光电转换部之间设置有遮光部或反射部。
16.根据权利要求5至14中任一项所述的拍摄元件,其中,
所述第三像素设置于所述第一像素与所述第二像素之间,
在所述第一光电转换部与所述第三光电转换部之间、和所述第二光电转换部与所述第三光电转换部之间中的至少一者设置有遮光部或反射部。
17.根据权利要求16所述的拍摄元件,其中,
多个所述第三像素设置于所述第一像素与所述第二像素之间,
在多个所述第三像素中的至少一个所述第三像素的所述第三光电转换部与所述第一光电转换部之间、和多个所述第三像素中的至少一个所述第三像素的所述第三光电转换部与所述第二光电转换部之间中的至少一者设置有遮光部或反射部。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的拍摄元件,其中,
所述第一像素在所述第一光电转换部与所述第一反射部之间具有遮光部或反射部,
所述第二像素在所述第二光电转换部与所述第二反射部之间具有遮光部或反射部。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的拍摄元件,其中,
所述第一反射部和所述第二反射部为金属膜或绝缘膜。
20.一种拍摄装置,具备:
权利要求1至19中任一项所述的拍摄元件;和
控制部,所述拍摄元件对由具有聚焦透镜的光学***所形成的像进行拍摄,所述控制部基于从所述拍摄元件的所述第一像素输出的信号和从所述第二像素输出的信号来控制所述聚焦透镜的位置,以使得由所述光学***所形成的像对焦于所述拍摄元件。
21.一种拍摄装置,具备:
权利要求5所述的拍摄元件;和
控制部,所述拍摄元件对由具有聚焦透镜的光学***所形成的像进行拍摄,所述控制部基于从所述拍摄元件的所述第一像素输出的信号、从所述第二像素输出的信号、以及从所述第三像素输出的信号来控制所述聚焦透镜的位置,以使得由所述光学***所形成的像对焦于所述拍摄元件。
22.根据权利要求21所述的拍摄装置,其中,
所述控制部基于从所述第一像素输出的信号与从所述第三像素输出的信号的差量、和从所述第二像素输出的信号与从所述第三像素输出的信号的差量,来控制所述聚焦透镜的位置。
23.根据权利要求20至22中任一项所述的拍摄装置,其中,
具备图像生成部,该图像生成部基于从所述拍摄元件的所述第一像素输出的信号和从所述第二像素输出的信号来生成图像数据。
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