圖像拾取元件和圖像拾取設備的制作方法

文檔序號：6939166閱讀：185來源：國知局

專利名稱：圖像拾取元件和圖像拾取設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及能夠光學地接收穿過攝影光學系統的出瞳(exit pupil)的攝影物體光束的圖像拾取元件的技術。
背景技術：
在圖像拾取設備中，例如具有可互換鏡頭(interchangeable lenses)的單鏡頭反光相機，使用了能夠基于相差檢測方法執行對焦檢測的圖像拾取元件。下文中，這種類型的圖像拾取元件有時將被稱作"具有相差檢測功能的圖像拾取元件"。具體地，在具有相差檢測功能的圖像拾取元件中，大量地提供了光電轉換部件(光電二極管)對，所述光電轉換部件通過光學地接收穿過可互換鏡頭(攝影光學系統)的出瞳中的分段區域對(例如，左和右光瞳分段)的攝影物體光束而生成像素信號。下面是現有技術的所述圖像拾取元件的示例。例如，日本待審專利申請公開號2001-250931公開了一種具有相差檢測功能的圖
像拾取元件，其中在每個通常像素(R、G和B像素)中提供二等分型(bisected-like)的光
電轉換部件(下文中被稱作為"半尺寸(half-sized)的光電轉換部件")，所述通常像素獲
取攝影物體的圖像信號。換句話說，在每個微鏡頭下面布置一對半尺寸的光電轉換部件。日本待審專利申請公開號2005-303409公開了具有相差檢測功能的圖像拾取元
件的另一示例，其利用一對相鄰像素中由金屬層制成的擋光遮罩(mask)中的小開口來限
制攝影物體光，以便利用一對光電轉換部件來光學地接收出瞳中的一對分段區域。日本待審專利申請公開號2007-127746公開了具有相差檢測功能的圖像拾取元
件的又一示例，其中可以使用具有重復地排列在水平方向上的光電轉換部件對的水平線傳
感器來執行水平方向上的相差檢測，并且可以使用具有重復地排列在垂直平方向上的光電
轉換部件對的垂直線傳感器來執行垂直方向上的相差檢測。

發明內容
然而，在根據日本待審專利申請公開號2001-250931的圖像拾取元件中，可能必須靠近光電轉換部件安裝晶體管，該晶體管用于將來自每個半尺寸的光電轉換部件的輸出轉換為電信號。這意味著光電轉換部件在尺寸上減少的量等于晶體管的安裝空間，因此減少了光電轉換部件可以接收到的光量(例如，光電轉換部件的靈敏度)。這使得難以根據相差檢測方法來精確地執行對焦檢測。另一方面，在根據日本待審專利申請公開號2005-303409的圖像拾取元件中，由于使用了針對每個像素的擋光遮罩中的小開口來限制攝影物體光，因此隨著圖像拾取元件中的像素的增加，像素變得小型化，期望進一步減小擋光遮罩中的開口的尺寸。然而，在制造方面可能存在難以形成所述開口的可能性。在根據日本待審專利申請公開號2007-127746的圖像拾取元件中，由于水平線傳感器或垂直線傳感器使用布置在水平線傳感器與垂直線傳感器之間的交叉處的光電轉換部件，因此不能使用該交叉處的光電轉換部件的線傳感器缺少來自光電轉換部件的輸出數據，從而導致用于補償丟失的輸出數據的復雜處理。這使得難以基于針對不同方向(水平方向和垂直方向)的相差檢測方法來容易地執行對焦檢測。可期望提供一種具有相差檢測功能的圖像拾取元件，其能夠基于針對不同方向的相差檢測方法來容易且精確地執行對焦檢測，并且甚至在像素變得小型化的情況下能夠被令人滿意地制造。根據本發明的第一實施例，提供了一種圖像拾取元件，其包括光接收部件，其具有矩陣排列的光電轉換部件，所述矩陣排列通過布置多個第一方向陣列而形成，每個第一方向陣列具有在第一方向和第二方向上排列的光電轉換部件，在第一方向上其間保持預定間隙，第二方向與第一方向垂直；和在所述光接收部件上面提供的多個微鏡頭。所述矩陣排列的光電轉換部件中的某一第一方向陣列被提供有一對第一光電轉換部件，所述第一光電轉換部件經由一對微鏡頭光學地接收穿過攝影光學系統的出瞳中一對分段區域的攝影物體光束，所述一對分段區域被在第一方向中以彼此相反的方向偏移布置。所述矩陣排列的光電轉換部件中的某一第二方向陣列被提供有一對第二光電轉換部件，所述第二光電轉換部件光學地接收穿過出瞳中一對分段區域的攝影物體光束，所述一對分段區域被在第二方向中以彼此相反的方向偏移布置。所述一對微鏡頭被布置成其光軸延伸通過所述一對第一光電轉換部件的邊緣附近，所述邊緣是在第一方向上彼此最遠的邊緣。所述一對第一光電轉換部件包括布置在某一第一方向陣列中的一個光電轉換部件的相對側上的兩個相鄰光電轉換部件。所述一個光電轉換部件被布置在所述某一第一方向陣列和某一第二方向陣列之間的交叉處。
根據本發明的第二實施例，提供了一種圖像拾取設備，其包括攝影光學系統和被配置為光學地接收穿過所述攝影光學系統的出瞳的攝影物體光的圖像拾取元件。所述圖像拾取元件包括光接收部件，其具有矩陣排列的光電轉換部件，所述矩陣排列通過布置多個第一方向陣列而形成，每個第一方向陣列具有在第一方向和第二方向上排列的光電轉換部件，在第一方向上其間保持預定間隙，第二方向與第一方向垂直，和在所述光接收部件上面提供的多個微鏡頭。所述矩陣排列的光電轉換部件中的某一第一方向陣列被提供有一對第一光電轉換部件，所述第一光電轉換部件經由一對微鏡頭光學地接收穿過出瞳中一對分段區域的攝影物體光束，所述一對分段區域被在第一方向中以彼此相反的方向偏移布置。所述矩陣排列的光電轉換部件中的某一第二方向陣列被提供有一對第二光電轉換部件，所述第二光電轉換部件光學地接收穿過出瞳中一對分段區域的攝影物體光束，所述一對分段區域被在第二方向中以彼此相反的方向偏移布置。所述一對微鏡頭被布置成其光軸延伸通過所述一對第一光電轉換部件的邊緣附近，所述邊緣是在第一方向上彼此最遠的邊緣。所述一對第一光電轉換部件包括布置在某一第一方向陣列中的一個光電轉換部件的相對側上的兩個相鄰光電轉換部件。所述一個光電轉換部件被布置在所述某一第一方向陣列和某一第二方向陣列之間的交叉處。根據本發明的實施例，基于針對不同方向的相差檢測方法，圖像拾取元件能夠容易且精確地執行對焦檢測，并且甚至當像素變得小型化時也能夠被令人滿意地制造。

圖1圖示了根據本發明實施例的圖像拾取設備的外部配置；
圖2也圖示了圖像拾取設備的外部配置；圖3是圖像拾取設備的垂直剖面圖；圖4是示出圖像拾取設備的電子配置的方框圖；圖5是用于解釋圖像拾取元件的配置的圖；圖6是用于解釋圖像拾取元件的配置的另一圖；圖7是用于解釋通常像素的配置的垂直剖面圖；圖8是用于解釋通常像素的配置的平面圖；圖9是用于解釋AF傳感器部件的配置的垂直剖面圖；圖10是用于解釋AF傳感器部件的配置的平面圖；圖11是用于解釋AF像素對的配置的垂直剖面圖；圖12是用于解釋AF像素對的配置的平面圖；圖13圖示了當焦平面從圖像拾取元件的圖像拾取面部朝向近側(the nearside)
散焦(defocus) 200 m時獲得的模擬結果；圖14圖示了當焦平面從圖像拾取面部朝向近側散焦lOOym時獲得的模擬結果；
圖15圖示了其中焦平面與圖像拾取面部一致的焦點對準(in-focus)狀態的模擬結果；圖16圖示了當焦平面從圖像拾取面部朝向遠側(the far side)散焦100 y m時獲得的模擬結果；圖17圖示了當焦平面從圖像拾取面部朝向遠側散焦200ym時獲得的模擬結果；
圖18是用于解釋曲線Gc的圖，其示出了一對圖像序列之間的質心位置 (barycentric position)的差與散焦量(defocus amount)之間的關系；
圖19是用于解釋根據本發明實施例變型的AF區域的配置的圖；禾口
圖20是用于解釋根據本發明實施例另一變型的AF區域的配置的圖。
具體實施方式

實施例圖像拾取設備的相關部件的配置圖1和圖2圖示了根據本發明實施例的圖像拾取設備1的外部配置。具體地，圖 1和圖2分別是正視圖和后視圖。圖像拾取設備1例如是單鏡頭反射型數碼相機，并且包括相機機身10和可互換鏡頭2，該可互換鏡頭2用作可從相機機身10拆卸的拍攝鏡頭。參考圖l，相機機身10的正面被提供有安裝部件301、位于安裝部件301右邊的鏡頭替換按鈕302和可把持(grippable)部件303，該安裝部件301基本位于正面的中央并且裝配有該可互換鏡頭2。相機機身10被提供有布置在正面左上部的模式設置撥盤305、布置在正面右上部的控制值設置撥盤306和布置可把持部件303上面的快門按鈕307。
參考圖2，相機機身10的后面被提供有液晶顯示器(LCD)311、布置到LCD 311左邊的設置按鈕組312、布置到LCD 311右邊的十字鍵314、和布置在十字鍵314中央的推鈕(push button)315。相機機身10的后面也被提供有布置在LCD 311上面的電子取景器 (EVF)316、包圍EVF 316的取景接目罩321、和布置在EVF 316左邊的主開關317。而且，相機機身10的后面被提供有布置在EVF 316右邊的曝光校正按鈕323和自動曝光鎖按鈕
324、以及布置在EVF 316上面的閃光燈部件318和連接終端部件319。安裝部件301被提供有連接器Ec (參考圖4)和耦接器75 (參考圖4)，該連接器
Ec用于與所裝配的可互換鏡頭2的電子連接，該耦接器75用于機械連接。鏡頭替換按鈕302是當從安裝部件301拆卸可互換鏡頭2時按壓的按鈕。可把持部件303是用戶在使用圖像拾取設備1攝影拍攝期間要把持的部件，并且
被提供有符合人手形狀以提高舒適性(fittability)的表面凹凸設計。該可把持部件303
包括電池容納室和卡容納室(未示出)。電池容納室被配置成容納用作相機的電源的電池
69B(參考圖4)，而卡容納室被配置成可拆卸地容納用于存儲攝影圖像的圖像數據的存儲
卡67(參考圖4)。可把持部件303可被提供有把持傳感器，用于檢測該可把持部件303是
否被用戶把持。模式設置撥盤305和控制值設置撥盤306中的每一個由基本為盤狀的部件組成，其可在與相機機身10的上表面基本平行的平面內旋轉。模式設置撥盤305被提供用于交替地選擇圖像拾取設備1中包括的模式和功能，包括自動曝光(AE)控制模式和自動對焦 (AF)控制模式、各種拍攝模式(例如用于拍攝單個靜止圖像的靜止圖像拍攝模式和用于執行連續拍攝的連續拍攝模式)、以及用于再現已記錄圖像的再現模式。另一方面，控制值設置撥盤306被提供用于針對圖像拾取設備1中包括的各種功能設置控制值。
快門按鈕307是一個可被操作成半按(half-pressed)狀態(其中該按鈕被半按) 和全按(fully-pressed)狀態(其中該按鈕被進一步向下按壓)的按壓按鈕。當快門按鈕 307在靜止圖像拍攝模式中被半按時，執行用于拍攝攝影物體的靜止圖像的預備操作(包括曝光控制值和對焦檢測的設置)。當快門按鈕307被全按時，執行攝影拍攝操作(包括使圖像拾取元件101 (參考圖3)曝光并且對通過曝光處理獲得的圖像信號執行預定圖像處理以便將圖像記錄在存儲卡67中的一系列處理)。 LCD 311包括彩色液晶板，其能夠執行圖像顯示并且被配置成例如顯示由圖像拾取元件101 (參考圖3)拾取的圖像或者再現和顯示已記錄圖像，以及顯示用于圖像拾取設備1中包括的功能和模式的設置屏幕。作為對LCD 311的替換，可以使用有機電致發光顯示單元或等離子體顯示單元。設置按鈕組312包括用于操作圖像拾取設備1中包括的各種功能的按鈕。設置按鈕組312包括例如用于確認LCD 311上顯示的菜單屏幕上選擇的內容的選擇確認開關、選擇取消開關、用于切換菜單屏幕上的內容的菜單顯示開關、顯示打開/關閉開關和顯示放大開關。十字鍵314具有環形組件，其包括在圓周方向上以固定間隔排列的多個可按壓部分(即圖2中三角形箭頭表示的部分)，并且能夠根據被提供成面對該可按壓部分的相應一個觸點(開關)(未示出)而檢測在相對應的可按壓部分之一上執行的按壓操作。推鈕 315被布置在十字鍵314的中心。十字鍵314和推鈕315被提供用以改變放大率(在廣角端方向或者長焦端方向上移動變焦鏡頭212(參考圖4)、逐幀播放(frame-advancing)例如在LCD 311上再現的記錄圖像、和輸入用于設置拍攝條件(包括光圈、快門速度、和閃光燈開/關模式)的命令。 EVF 316包括液晶板310 (參考圖3)并且被配置成顯示通過圖像拾取元件101拾取的圖像(參考圖3)或者再現和顯示已記錄圖像。EVF 316或LCD311執行實時取景(預覽)顯示操作，用于在實際拍攝操作(即，用于記錄圖像的拍攝操作)之前基于由圖像拾取元件101順序產生的圖像信號以視頻模式顯示攝影物體，從而允許用戶可視地檢查由圖像拾取元件101實際拾取的攝影物體。主開關317由具有兩個觸點的水平可滑動開關組成。當主開關317被設置在左位
置時，圖像拾取設備1打開，而當主開關317被設置在右位置時，圖像拾取設備1關閉。閃光燈部件318顯示的特征是彈出型的內置閃光燈。另一方面，當例如外部閃光
燈被附著到相機機身10時，使用連接終端部件319來連接該外部閃光燈。取景接目罩321是C狀擋光構件，其具有用于防止外部光透入EVF 316的擋光屬性。曝光校正按鈕323用于人工地調節曝光值(光圈和快門速度)。AE鎖按鈕324用
于固定曝光。可互換鏡頭2作用為吸收來自攝影物體的光(光學圖像)的鏡頭窗口并且也作用為用于將攝影物體光導入布置在相機機身10內部的圖像拾取元件101的攝影光學系統。該可互換鏡頭2可以通過按壓鏡頭替換按鈕302而從相機機身10拆離。
可互換鏡頭2包括由沿光軸LT以串聯方式排列的多個鏡頭構成的鏡頭組21 (參考圖4)。該鏡頭組21包括用于對焦調整的對焦鏡頭211 (參考圖4)和用于改變放大率的變焦鏡頭212 (參考圖4)，并且被配置成通過在光軸LT方向上驅動對焦鏡頭211或變焦鏡頭212來執行對焦調整或放大率變化(參考圖3)。可互換鏡頭2也具有透鏡鏡筒，該透鏡鏡筒被提供有可操作環。該可操作環被布置在透鏡鏡筒外圍上的適當部分處，并且可沿著透鏡鏡筒的外圍表面旋轉。響應于人工操作或自動操作，變焦鏡頭212根據可操作環的旋轉方向和旋轉量在光軸方向上移動，從而將變焦放大率(拍攝放大率)設置為與變焦鏡頭 212被移動到的位置對應的值。
圖像拾取設備1的內部配置。現在將描述圖像拾取設備1的內部配置。圖3是圖像拾取設備1的垂直剖面圖。如圖3所示，相機機身10例如包括圖像拾取元件101和EVF 316。當可互換鏡頭2裝配到相機機身10時，圖像拾取元件101被布置在可互換鏡頭2 中包含的鏡頭組21的光軸LT上并且與光軸LT垂直。圖像拾取元件101顯示的特征是例如CMOS彩色區域傳感器(CMOS型圖像拾取元件)，其具有構成以矩陣二維地排列的多個像素的光電二極管。圖像拾取元件101生成與經由可互換鏡頭2光學地接收的攝影物體光相關的紅(R)、綠(G)和藍(B)顏色分量的模擬電信號(圖像信號)，并且輸出R、 G和B顏色的圖像信號。后面將提供圖像拾取元件101的配置的詳細描述。快門單元40被布置在光軸方向上圖像拾取元件101的前面。快門單元40是具有在垂直方向上移動的幕簾的機械焦平面快門。隨著幕簾的打開和關閉，快門沿著光軸LT打開和關閉導入圖像拾取元件101的攝影物體光的光徑。如果圖像拾取元件101是完全電子快門類型的，則可以省略快門單元40 。 EVF 316包括液晶板310和接目鏡106。液晶板310是例如能夠執行圖像顯示的彩色液晶板，并且能夠顯示由圖像拾取元件101拾取的圖像。接目鏡106將液晶板310上顯示的物體圖像導向EVF 316。使用這種配置的EVF 316，用戶能夠可視地檢查由圖像拾取元件101拾取的攝影物體。
圖像拾取設備1的電子配置圖4是示出圖像拾取設備1的電子配置的方框圖。圖4中所示的與圖1到圖3中組件相同的組件被賦予相同的附圖標記。為了簡潔，首先將描述可互換鏡頭2的電子配置。
除了構成上述攝影光學系統的鏡頭組21以外，可互換鏡頭2包括鏡頭驅動機構 24、鏡頭位置檢測部件25、鏡頭控制部件26和光圈驅動機構27。在鏡頭組21中，對焦鏡頭211、變焦鏡頭212和孔徑光闌23被保持在透鏡鏡筒內的光軸LT的方向上(圖3)，所述孔徑光闌23用于調節在相機機身10中包括的圖像拾取元件101上入射的光量。鏡頭組21獲取攝影物體的光學圖像以便在圖像拾取元件101上形成圖像。在AF控制模式中，通過促使可互換鏡頭2內的AF致動器71M在光軸LT方向上驅動對焦鏡頭211來執行對焦調整。對焦驅動控制部件71A被配置成生成AF致動器71M的驅動控制信號，用以基于經由鏡頭控制部件26從主控制部件62接收的AF控制信號將對焦鏡頭211移動到焦點對準位置。AF致動器71M例如由步進電機組成并且將鏡頭驅動力施加到鏡頭驅動機構24。
鏡頭驅動機構24例如由螺旋體和旋轉該螺旋體的齒輪(未示出)構成，并且被配置成通過接收來自AF致動器71M的驅動力在與光軸LT平行的方向上驅動對焦鏡頭211等。對焦鏡頭211的移動方向和移動距離對應于AF致動器71M的旋轉方向和旋轉速度。
鏡頭位置檢測部件25包括編碼板(encoding plate)和編碼器電刷，該編碼板具有在鏡頭組21的移動范圍內在光軸LT方向上以預定間距形成的多個編碼圖案，該編碼器電刷在編碼板上滑動的同時與鏡頭組21 —起移動，并且所述鏡頭位置檢測部件25被配置成在鏡頭組21的對焦調整期間檢測移動距離。鏡頭驅動機構24檢測到鏡頭位置例如被輸出為脈沖的數目。鏡頭控制部件26顯示的特征為例如包括存儲控制程序的ROM和存儲與狀態信息相關的數據的存儲器(例如閃存)的微型計算機。鏡頭控制部件26具有用于經由連接器Ec與相機本體10的主控制部件62進行通信的通信功能。因此，鏡頭控制部件26可以向主控制部件62發送例如與鏡頭組21的焦距、出瞳位置、光圈、焦點對準距離以及周圍環境光量相關的狀態信息數據和與由鏡頭位置檢測部件25檢測到的對焦鏡頭211相關的位置信息，并且接收例如與來自主控制部件62 的對焦鏡頭211的驅動量相關的數據。光圈驅動機構27被配置成通過經由耦合器75接收來自光圈驅動致動器76M的驅動力而改變孔徑光闌23的光圈直徑。現在將描述相機機身10的電子配置。除了前述的圖像拾取元件101和快門單元 40，相機機身10包括模擬前端(AFE) 5、圖像處理部件61、圖像存儲器614、主控制部件62、閃光燈電路63、操作部件64和VRAM 65 (65a和65b)。而且，相機機身10包括卡接口 (1/ F)66、存儲卡67、通信接口 (1/F)68、電源電路69、電池69B、快門驅動控制部件73A、快門驅動致動器73M、光圈驅動控制部件76A和光圈驅動致動器76M。圖像拾取元件101顯示的特征為例如如上所述的CMOS彩色區域傳感器和用于控制圖像拾取操作的定時控制電路51 (稍后描述)，圖像拾取操作包括圖像拾取元件101的曝光操作的開始(和結束)、圖像拾取元件101中包括的像素的輸出選擇、和像素信號的讀取。 AFE 5被配置成將定時脈沖施加到圖像拾取元件101以促使圖像拾取元件101執行預定操作，并且也被配置成對從圖像拾取元件101輸出的圖像信號(即，由CMOS區域傳感器的像素光學地接收的模擬信號組)執行預定的信號處理，將所述信號轉換為數字信號，并且將數字信號輸出到圖像處理部件65。該AFE 5包括定時控制電路51、信號處理部件52和A/D轉換部件53。定時控制電路51基于從主控制部件62輸出的參考時鐘而生成預定的定時脈沖 (即，生成例如垂直掃描脈沖小Vn、水平掃描脈沖小Vm和復位信號小Vr的脈沖)，并且將所述定時脈沖輸出到圖像拾取元件101以便控制圖像拾取元件101的圖像拾取操作。而且，定時控制電路51將預定的定時脈沖輸出到信號處理部件52和A/D轉換部件53，以便控制信號處理部件52和A/D轉換部件53的操作。信號處理部件52被配置成對從圖像拾取元件101輸出的模擬圖像信號執行預定的模擬信號處理。信號處理部件52包括例如相關雙取樣(CDS)電路、自動增益控制(AGC) 電路和箝位電路。A/D轉換部件53被配置成基于從定時控制電路51輸出的定時脈沖而將從信號處理部件52輸出的模擬R、G和B圖像信號轉換為具有多個位(例如12位)的數字圖像信號。圖像處理部件61被配置成對從AFE 5輸出的圖像數據執行圖像處理以便創建圖像文件，并且包括黑電平校正電路611、白平衡控制電路612和伽瑪(gamma)校正電路613。與圖像拾取元件101的讀取同步，圖像處理部件61獲取的圖像數據被暫時地寫入圖像存儲器614。隨后，圖像數據通過存取在圖像存儲器614中寫入的圖像數據，經歷圖像處理部件 61的每個塊中的處理。黑電平校正電路611被配置成將由A/D轉換部件53A/D轉換的R、G和B數字圖像信號中的每一個信號的黑電平校正為參考黑電平。白平衡控制電路612被配置成基于根據光源的參考白電平來轉換R、G和B顏色分量的數字信號的電平(調整白平衡(WB))。具體地，白平衡控制電路612基于從主控制部件 62接收到的WB調整數據根據攝影物體中的亮度和彩色數據規定被假設為在初始攝影物體中的白色的部分，確定上述部分中的R、 G和B顏色分量的平均值、G/R比率和G/B比率，并且校正這些值的電平作為R和B校正增益。伽瑪校正電路613被配置成校正WB調整后的圖像數據的灰度特性。具體地，伽瑪校正電路613使用為每一顏色分量初始設置的伽瑪校正表對圖像數據的電平執行非線性轉換和偏置調整。圖像存儲器614被用來在攝影拍攝模式期間暫時存儲從圖像處理部件61輸出的
圖像數據，并且也被用作其中主控制部件62對圖像數據執行預定處理的工作區域。在再現
模式期間，圖像存儲器614被用來暫時存儲從存儲卡67讀出的圖像數據。主控制部件62顯示的特征為例如包括存儲控制程序的ROM和暫時存儲數據的存
儲部件(例如RAM)的微型計算機，并且被配置成控制圖像拾取設備1的每一部件的操作。閃光燈電路63被配置成將在閃光拍攝模式中從連接到閃光燈部件318或連接終
端部件319的外部閃光燈發出的光量控制為由主控制部件62設置的值。操作部件64包括模式設置撥盤305、控制值設置撥盤306、快門按鈕307、設置按鈕
10組312、十字鍵314、推鈕315和主開關317，并且被提供用于將操作信息輸入到主控制部件 62。 VRAM 65a和65b的每一個具有與LCD 311和EVF 316中像素的數目對應的圖像信號存儲容量，并且用作主控制部件62以及LCD 311和EVF 316之間的緩沖存儲器。卡I/F 66是用于在存儲卡67與主控制部件62之間發送和接收信號的接口。存儲卡67是用于存儲由主控制部件62生成的圖像數據的存儲介質。通信I/F 68是用于將例如圖像數據發送到個人計算機或其它外部設備的接口。電源電路69例如由恒壓電路形成，并且配置成生成用于驅動整個圖像拾取設備1 的電壓，包括諸如主控制部件62、圖像拾取元件101的控制部件以及其它各種類型的驅動部件。待施加到圖像拾取元件101的電力受從主控制部件62施加到電源電路69的控制信號控制。電池69B由原電池(例如堿性電路)或者二次電池(例如鎳氫可充電電池)組成，并且用作向整個圖像拾取設備1提供功率的電源。快門驅動控制部件73A被配置成基于從主控制部件62接收到的控制信號而生成用于快門驅動致動器73M的驅動控制信號。快門驅動致動器73M被配置成打開和關閉快門單元40。光圈驅動控制部件76A被配置成基于從主控制部件62接收到的控制信號而生成用于光圈驅動致動器76M的驅動控制信號。光圈驅動致動器76M經由耦合器75將驅動力施加到光圈驅動機構27。相機機身10包括相差AF計算電路77，該相差AF計算電路77被配置成基于從黑電平校正電路611輸出的已經受黑電平校正的圖像數據執行當使用圖像拾取元件101執行 AF控制時所需的計算。現在將描述使用相差AF計算電路77的圖像拾取設備1的相差AF操作。
圖像拾取設備1的相差AF操作圖像拾取設備1能夠通過光學地接收經由具有圖像拾取元件101中的不同出瞳的部分發送的光基于相差檢測方法來執行對焦檢測(相差AF操作)。下面的描述將關注圖像拾取元件101的配置、使用圖像拾取元件101的相差AF操作的原理。
圖5和圖6是用于解釋圖像拾取元件101的配置的圖。在圖像拾取元件101中，在圖像拾取元件101的圖像拾取正面101f上以矩陣排列的每個AF區域Ef中，基于相差檢測方法的對焦檢測是可能的(圖5)。
每個AF區域Ef被提供有通常像素100，該通常像素100包括R像素111、 G像素 112和B像素113，其中R、G和B濾色片被分別布置在光電二極管和用作會聚鏡頭的微鏡頭 ML (用虛線表示)之間。另一方面，如圖6所示，每個AF區域Ef也被提供有AF垂直線Lf 。在每條AF垂直線Lf中，AF傳感器部件llf沿著圖像拾取元件101的垂直線(垂直方向) 排列。AF傳感器部件llf的每一個通過使用微鏡頭對ML1和ML2以及用于執行相差AF操作的光電轉換部件對PD1和PD2(參考圖9)來實現光瞳分割功能。而且，如圖6所示，每個 AF區域Ef也被提供有AF水平線Lg。在每條AF水平線Lg中，AF像素對llg沿著圖像拾取元件101的水平線(水平方向)排列。AF像素對llg的每一個通過使用單個微鏡頭MLa以及用于執行相差AF操作的光電轉換部件對PDa和PDb(參考圖11)來實現光瞳分割功能。
每個AF區域Ef也具有通常像素110的垂直線Ln (也被稱作"通常像素線")，而不具有前述的光瞳分割功能。通常像素線Ln包括Gr線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線LI (其中B像素113和G像素112被交替地排列在垂直方向上)。在通常像素線Ln中，通常像素110未被提供在與AF水平線Lg交叉的部分中。Gr線LI和Gb線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。在每個AF區域Ef中，攝影物體的圖像信息基本上通過具有比AF垂直線Lf更大數量的線的通常像素線Ln來獲取。而且，在每個AF區域Ef中，在水平方向上周期地形成AF垂直線Lf ，在所述AF垂直線Lf中具有與通常像素110的微鏡頭ML相同配置(半徑和曲率)的兩個微鏡頭MLl和 ML2的每個AF傳感器部件llf被重復地排列在圖像拾取正面101f的垂直方向(第一方向) 上。用作對于AF垂直線Lf上的攝影物體的丟失圖像信息的補充的通常像素線Ln (例如四條或更多條通常像素線Ln)優選地被提供于在水平方向上彼此相鄰的AF垂直線Lf之間。與每條AF垂直線Lf的左側和右側相鄰的兩條通常像素線Ln的組合可以由相同類型的垂直線(兩條Gr線Ll或兩條Gb線L2)限定或者可以由不同類型的垂直線(一條是Gr線Ll 和另一條是Gb線L2)限定。而且，在每個AF區域Ef中，在垂直方向上周期地形成AF水平線Lg，在所述AF水平線Lg中具有與通常像素110的微鏡頭ML相同配置(半徑和曲率)的單個微鏡頭MLa的每個AF像素對llg被重復地排列在水平方向上。下面將以通常像素110、AF傳感器部件llf和AF像素對llg的這種順序來描述它們的配置。圖7是用于解釋通常像素110的配置的垂直剖面圖。圖7中所示的通常像素110 的陣列對應于Gr線Ll(圖6)，其是沿著垂直方向(Y方向)形成的通常像素線Ln。
在每個通常像素線Ln中，沿著垂直方向(Y方向)以間距a排列為相應通常像素 IIO提供的光電轉換部件(光電二極管)PD。在具有間距a作為Y方向上的長度(寬度) 的每個通常像素110中，例如，每個具有布線圖案作為電子電路的布線區域We被提供為與上邊緣和下邊緣相鄰，如圖8所示，并且提供了具有平面圖為矩形形狀的光電轉換部件PD。該矩形光電轉換部件PD被布置使得它的縱向方向與水平方向對準，或者換句話說，它的橫向方向與垂直方向對準。另外，如圖7所示，相鄰光電轉換部件PD其間具有固定間隙13用于確保布線區域We。該間隙13被類似地提供在AF垂直線Lf上的相鄰光電轉換部件PD 之間(參考圖9)，其中光電轉換部件PD被排列在垂直方向上。具體地，在用作光接收部件的圖像拾取正面101f中，其中光電轉換部件PD以間距a排列在垂直方向(第一方向)上 (其間維持間隙的垂直陣列(垂直線)被多個提供在與垂直方向垂直的水平方向(第二方向)上，從而形成光電轉換部件PD的矩陣排列。微鏡頭ML被提供在圖像拾取正面101f中的相應光電轉換部件PD之上。微鏡頭 ML和光電轉換部件PD其間具有三個金屬層，具體地，從頂部開始順序為第一金屬層41、第二金屬層42和第三金屬層43。第二金屬層42和第三金屬層43具有擋光屬性并且用作用于傳送電信號的線路(線性組件)。第二金屬層42和第三金屬層43沿著水平方向(X方向)布置(所述線路沿著圖7中的圖平面的法線布置)。第一金屬層41用作兩個金屬層的接地表面。濾色片FL被布置在第一金屬層41上，并且微鏡頭ML被提供在濾色片FL上。關于例如在Gr線Ll中排列的通常像素110的陣列中的濾色片FL，綠色濾光片Fg和紅色濾光片Fr被交替地排列，如圖7所示。為了防止光電轉換部件PD接收不必要的穿過微鏡頭ML的光，每條通常像素線Ln 中的微鏡頭ML之間的空間被第一金屬層41光學地阻擋。換句話說，第一金屬層41充當擋光遮罩層，其具有例如在微鏡頭ML下面的八角形開口 0P。
現在將描述AF傳感器部件llf的配置。圖9和圖10是分別用于解釋AF傳感器部件llf之一的配置的垂直剖面圖和平面圖。圖9和圖10中示出的AF傳感器部件llf被提供在AF垂直線Lf之一上(圖6)。
如圖9所示，AF傳感器部件llf包括光電轉換部件PD1和光電轉換部件PD2，當可互換鏡頭2通過上部(+Y方向側)微鏡頭ML1觀看時該光電轉換部件PD1光學地接收出瞳的上分段Qal中的光束Tal，當可互換鏡頭2通過下部(-Y方向側)微鏡頭ML2觀看時該光電轉換部件PD2光學地接收出瞳的下分段Qb2中的光束Tb2。這兩個光電轉換部件PD1 和PD2具有在其間布置的一個光電轉換部件PDm。類似于上述通常像素線Ln(圖7)，由于相鄰光電轉換部件PD其間具有間隙，因此，微鏡頭ML鑒于該間隙13被排列。詳細地，在AF 傳感器部件llf中，微鏡頭ML1的光軸AX1與光電轉換部件PD1的上邊緣Ha對準，并且微鏡頭ML2的光軸AX2與光電轉換部件PD2的下邊緣Hb對準。換句話說，微鏡頭ML1的光軸 AX1被布置在距光電轉換部件PD1和上相鄰光電轉換部件PD之間的間隙13的中心線Cl偏移了預定偏移距離La的位置處。另一方面，微鏡頭ML2的光軸AX2被布置在距光電轉換部件PD2和下相鄰光電轉換部件PD之間的間隙13的中心線C2偏移了預定偏移距離Lb的位置處。具有如此配置的AF傳感器部件llf允許分別光學地接收穿過微鏡頭ML1和ML2的光束Tal和Ta2的兩個光電轉換部件PD1和PD2的出瞳分割。在其中排列上述AF傳感器部件1 lf的每條AF垂直線Lf中，光電轉換部件PD之上布置的組件、即第一金屬層到第三金屬層、濾色片和微鏡頭相對于圖7中所示的通常像素線Ln在垂直方向上(Y方向)被偏移間距的一半(a /2)，并且微鏡頭對也被向內偏移。例如，關于每對微鏡頭ML1和ML2，其光軸AX1和AX2通過相對于通常像素線Ln偏移光軸AX1 和AX2間距的一半被分別對準間隙13的中心線Cl和C2，并且光軸AX1和AX2隨后朝著在中間的光電轉換部件PDm偏移所述偏移距離La和Lb (向內)。具體地，每個AF傳感器部件llf中的兩個光電轉換部件PD1和PD2與兩個微鏡頭 ML1和ML2之間的排列關系等效于通過相對于光電轉換部件PD在垂直方向相對地偏移通常像素線Ln中的特定微鏡頭ML半個間距a ，并隨后進一步將上述微鏡頭ML向內偏移預定偏移距離La和Lb而獲得的排列配置，所述特定微鏡頭ML對應于AF傳感器部件llf中的微鏡頭MLl和ML2。將微鏡頭進一步偏移預定距離La和Lb的原因在于，如果微鏡頭僅僅偏移半個間距，穿過每個出瞳中央附近的攝影物體光束將進入布線區域We，從而降低了通過有關光瞳分割的光電轉換部件PD1和PD2接收的光量。在上述排列的配置中，擋光部件 LS (LSp)被提供在每對相鄰的微鏡頭MLl和ML2之間，從而形成AF傳感器部件llf的陣列 (AF垂直線Lf)。每個AF垂直線Lf中相鄰的AF傳感器部件llf具有提供在其間的擋光部件LSq，其在垂直方向(Y方向)的寬度小于擋光部件LSp的寬度。通過這種方式，AF垂直線Lf可通過輕微改變通常像素線Ln的設計來形成，從而簡化和方便AF垂直線Lf的設計和制造。下面是被提供在每個AF垂直線Lf中的相鄰微鏡頭ML之間的擋光部件LS的詳細說明。
在每個AF垂直線Lf中，第一金屬層44在擋光部件LSp處相對于形成在通常像素線Ln中的第一金屬層41中的開口 0P(圖7)擋光，如圖9所示，。詳細來說，與形成圖7中所示通常像素線Ln中開口 OP的地方相對應的兩個部件0Q1和0Q2 (圖9)被第一金屬層44 阻擋，而且具有相當于大約兩個像素寬度的黑色濾色片(黑色濾光片)Fbp布置在第一金屬層44上。黑色濾光片Fbp以這種方式布置在第一金屬層44上以最小化重影閃光的出現。具體地，如果第一金屬層44的上表面暴露，從可互換鏡頭2進入的光被第一金屬層44反射使得重影閃光出現。因此，黑色濾光片Fbp用于吸收該反射光。通過使用黑色濾光片Fbp 和第一金屬層44在每個擋光部件LSp中擋光，可適當和容易地擋光。在相鄰AF傳感器部件llf之間的每個擋光部件LSq中，布置具有小于一個像素寬度的寬度的黑色濾光片Fbq。結果是，在每個AF垂直線Lf中，具有相對較大寬度的黑色濾光片Fbp和具有相對較小寬度的黑色濾光片Fbq交替地和重復地排列，如圖10所示。此外，在每條AF垂直線Lf中，采用透明濾光片Ft作為提供在第一金屬層44中開口 0P1和0P2上的濾色片。這允許通過每個AF傳感器部件llf接收的光量的增加，從而實現較高靈敏度。在每個AF傳感器部件llf中，第二金屬層45和第三金屬層46最靠近微鏡頭MLl 的光軸AX1的上布線部件45a和46a，被朝向光軸AX1較近地布置，以盡可能多地防止來自出瞳的下分段Qbl的光束Tbl進入布線區域We。同樣地，第二金屬層45和第三金屬層46 最靠近微鏡頭ML2的光軸AX2的下布線部件45b和46b，被朝向光軸AX2較近地布置，以盡可能多地防止來自出瞳的上分段Qa2的光束Ta2進入布線區域We。換句話說，沿水平方向 (X方向)排列的布線部件45a、45b、46a和46b提供在線段Ja(實線箭頭)在Y方向的外側和線段Jb(點線箭頭)在Y方向的外側的附近，如圖9所示。具體地，線段Ja和線段Jb 將圖9中所示微鏡頭ML1和ML2的最遠端，其是在垂直方向(Y方向)彼此間的最遠端，即上端Ma和下端Mb，分別與光電轉換部件PD1和PD2的邊緣Ha和Hb連接。布線部件45a、 45b、46a和46b以這種方式排列來最小化光瞳分段上的不利效果。具體地，如果入射在布線區域We上的光被布線區域We反射，該反射光可被光電轉換部件PD1和PD2光學地接收，可能引起光瞳分段上的不利效果。除了布線部件45a、45b、46a和46b之外，可提供用于最小化布線區域We上的入射光的偽布線部件。使用具有上面配置的AF傳感器部件llf，來自出瞳的光瞳分段，即出瞳的上分段 Qal，的光束Tal穿過微鏡頭ML1和透明的濾色片Ft，從而被光電轉換部件PD1光學地接收，并且來自出瞳的下分段Qb2的光束Tb2穿過微鏡頭ML2和濾色片Ft，從而被光電轉換部件 PD2光學地接收。換句話說，在圖像拾取正面101f中形成的光電轉換部件PD的矩陣排列中，特定的垂直陣列，即每條AF垂直線Lf ，被提供有光電轉換部件PD1和PD2對。每對光電轉換部件PD1和PD2經由微鏡頭ML1和ML2對而光學地接收穿過上分段Qal和下分段Qb2 的攝影物體的光束Tal和Tb2，上分段Qal和下分段Qb2是在可互換鏡頭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對分段區域。
現在將描述AF像素對llg的配置。圖11和圖12分別是用于解釋AF像素對llg的配置的垂直剖面圖和平面圖。圖
11和圖12中示出的AF像素對llg被提供在AF水平線Lg之一上(圖6)。每一 AF像素對1 lg包括被布置在微鏡頭MLa的光軸AX的相對側上的一對光電轉換部件PDa和PDb，以便將來自出瞳的左分段Qa的光束Ta與來自右分段Qb的光束Tb相互分離，如圖11所示。光電轉換部件PDa和PDb與通常像素110的光電轉換部件PD(圖8) 具有相同尺寸并且在水平方向上以間距Y被布置成彼此相鄰，該間距Y等于垂直方向上的前述間距a 。然而，由于布線區域We未被提供在每個光電轉換部件PD的水平方向上，如圖8所示，因此具有側長形狀的光電轉換部件PDa和PDb被布置成彼此相鄰而其間幾乎沒有任何間隙。在其中如上所述排列AF像素對llg的AF水平線Lg中，布置在光電轉換部件PDa 和PDb上的組件(即，第一到第三金屬層、濾色片和微鏡頭)相對于通常像素110的水平線在水平方向上被偏移一半間距。具體地，兩個光電轉換部件PDA和PDB與每個AF像素對 llg中的微鏡頭MLa之間的排列關系等效于通過將通常像素110的水平線上的特定微鏡頭 ML (對應于AF像素對1 lg中的微鏡頭MLa)相對于光電轉換部件PD在水平方向上相對地偏移一半間距Y (預定距離)而獲得的排列配置。在這種排列配置中，擋光部件LSr被提供在每對相鄰微鏡頭MLa之間，從而形成AF像素對llg的陣列，S卩，AF水平線Lg。以這種方式，AF水平線Lg可以通過稍微改變通常像素110的水平線的設計來形成，從而簡化并便于 AF水平線Lg的設計和制造。下面是在AF水平線Lg中的每對相鄰微鏡頭MLa之間提供的擋光部件LSr的配置的詳細描述。如圖11和圖12所示，在每條AF水平線Lg中，在通常像素110的每個陣列中形成的第一金屬層41中每隔一個開口0P(圖7)，光被第一金屬層47阻擋。換句話說，為了通過盡可能彼此接近地布置一對相鄰光電轉換部件PDa和PDb來提高相差AF操作的精確度，在 AF水平線Lg中的相鄰微鏡頭MLa之間提供的擋光部件LSr之間的距離被設置為等于從一個像素到在水平方向上排列的通常像素110的水平線中的每隔一個像素的距離。詳細地，與其中形成了圖7中所示的通常像素110的陣列中的開口 OP對應的部件OQ(圖11)被金屬層47阻擋，并且對于每隔一個像素在其上布置黑色濾色片(黑色濾光片)Fb(Fbr)。黑色濾光片Fbr以最小化重影閃光的出現的方式被布置在第一金屬層47上。具體地，如果第一金屬層47的上表面被曝露，則從可互換鏡頭2進入的光可能被第一金屬層47反射，從而導致重影閃光(ghost flare)發生。因此，黑色濾光片Fbr被用來吸收這種反射光。相應地，該實施例中的每個AF像素對llg被提供有在光電轉換部件PDa和PDb之上的擋光部件 LS。每個擋光部件LS具有兩個擋光區域Ea和Eb，該兩個擋光區域Ea和Eb由第一金屬層 47以及在部件OQ中形成的黑色濾光片Fbr形成，并阻擋穿過出瞳的攝影物體光束。通過以這種方式使用黑色濾光片Fbr和第一金屬層47在擋光部件LS中阻光，可適當和容易地擋光。在每個AF像素對llg中，單個微鏡頭MLa被提供在兩個擋光區域Ea和Eb之間，從光電轉換部件PDa和PDb的相反邊緣上向中央延伸。此外，類似于AF垂直線Lf ，在AF水平線Lg中采用透明濾光片Ft作為被提供在第一金屬層47中開口 OP上的濾色片。而且，在AF水平線Lg中，為了確保第一金屬層47中每個開口 OP正下面的大的光路，第二金屬層48和第三金屬層49被遠離開口 OP正下面一間隔布置。具體地，與圖7中所示通常像素110的配置相比，第二金屬層48和第三金屬層49被進一步向內一相當于間隔SP的距離布置。相反，如果第二和第三金屬層48和49被布置在間隔SP內，當實際出瞳大于期望的(設計中)時，來自不期望部件的光束可進入第二和第三金屬層48和49，并且
15被第二和第三金屬層48和49反射，可能產生光瞳分段上的不利效果。因此，第二和第三金屬層48和49的該配置用于防止這種不利效果。使用具有上述配置的每個AF像素對llg，來自出瞳的光瞳分段，即出瞳的左分段 Qa，的光束Ta通過微鏡頭Mia和透明濾色片Ft以便被光電轉換部件PDb光學地接收，而來自出瞳的右分段Qb的光束Tb通過微鏡頭Mia和濾色片Ft以便被光電轉換部件PDa光學地接收。換句話說，在形成在圖像拾取正面101f中的矩陣排列的光電轉換部件PD中，特定的水平陣列，即每條AF水平線Lg，被提供有多對光電轉換部件PDa和PDb。每對光電轉換部件PDa和PDb，經相應的微鏡頭MLa，光學地接收穿過左分段Qa和右分段Qb的攝影物體的光束Ta和Tb，左分段Qa和右分段Qb是在可互換鏡頭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對分段區域。在被提供有如上所述AF垂直線Lf和AF水平線Lg的圖像拾取元件101中，這些線之間的交叉KP(圖6)被提供有未被AF垂直線Lf中AF傳感器部件llf使用的光電轉換部件PDm(圖9)。通過使用這些光電轉換部件PDm作為AF像素對llg中的光電轉換部件，可獲得AF垂直線Lf和AF水平線Lg之間的連續線輸出而不受交叉KP影響。因此，相差AF 操作可相對于垂直方向和水平方向容易地實施。在下面的描述中，光電轉換部件PD1中獲得的光學接收數據被稱作"a-系列數據"，而光電轉換部件PD2中獲得的光學接收數據被稱作"b-系列數據"。例如，關于某一AF 垂直線Lf的相差AF操作的原理將在下面參照示出了從AF垂直線Lf中排列的一組AF傳感器部件llf獲得的a-系列數據和b-系列數據的圖13至17進行描述。
圖13圖示了當焦平面從圖像拾取元件IOI的圖像拾取正面101f朝著近側散焦 200iim時獲得的模擬結果。圖14圖示了當焦平面從圖像拾取正面101f朝著近側散焦 100 m時獲得的模擬結果。圖15圖示了其中焦平面與圖像拾取正面101f —致的焦點對準狀態的模擬結果。圖16圖示了當焦平面從圖像拾取正面101f朝著遠側散焦100 m時獲得的模擬結果。圖17圖示了當焦平面從圖像拾取正面101f朝著遠側散焦200 m時獲得的模擬結果。在圖13至17中，橫軸代表AF-垂直_線-Lf方向中的光電轉換部件PD1和PD2 的位置，而縱軸代表光電轉換部件PD1和PD2的輸出。在圖13至17中，圖Gal至Ga5(以實線示出)中每個均表示a-系列數據，而圖Gbl至Gb5(以點線示出)中每個均表示b-系列數據。當比較圖13至17中a-系列曲線圖Gal至Ga5所表示的a_系列圖像序列和b_系列曲線圖Gbl至Gb5所表示的b-系列圖像序列時，顯然a_系列圖像序列和b-系列圖像序列之間在AF-垂直-線-Lf方向上發生的偏移量(位移量)隨著散焦量的增加而增加。
當圖像序列對(S卩，a_系列圖像序列和b-系列圖像序列)之間的偏移量和散焦量之間的關系制成曲線圖時，得到如圖18中所示曲線圖Gc。在圖18中，橫軸代表a-系列圖像序列的質心位置和b-系列圖像序列的質心位置之間的差(像素間距)，而縱軸代表散焦位置(ym)。每個圖像序列的質心位置Xg可通過，例如，下面的公式(1)確定 r ，v XlYl+X2丫2+…XnYn "、在公式(1)中，&至Xn中的每一個例如表示自相應AF垂直線Lf的上端的光電轉換部件PD的位置，而l至Yn中的每一個表示光電轉換部件PD在每個位置&值。如圖18中曲線圖Gc中所示，圖像序列對的質心位置的差和散焦量具有成比例的關系。該關系可通過下面的公式(2)表示，其中，散焦量表示為DF(ym)，并且質心位置的差表示為C(iim)。
DF = kXC (2) 在公式(2)中，系數k表示相對于圖18中曲線圖Gc的梯度Gk(以點線示出)，并且可預先從，例如，工廠測試中獲得。因此，在使用相差AF計算電路77來確定關于AF傳感器部件llf獲得的a_系列數據和b-系列數據的質心位置的差(相差)之后，使用公式(2)來計算散焦量。散焦量可從AF水平線Lg中一對光電轉換部件PDa和PDb獲得的a-系列數據和b-系列數據中類似地計算出。通過施加相當于計算的散焦量的驅動量至對焦鏡頭211，用于移動對焦鏡頭211 至檢測的對焦位置的自動對焦(AF)控制可被實施。上述散焦量和對焦鏡頭211的驅動量之間的關系基于適于相機機身10的可互換鏡頭2的設計值被唯一地確定。
圖像拾取設備1的圖像拾取元件101被提供有用于相差AF操作的AF傳感器部件 llf，而且每個AF傳感器部件llf包括具有與通常像素線Ln中光電轉換部件PD相同尺寸的一對光電轉換部件PD1和PD2、一對微鏡頭ML1和ML2、和具有在微鏡頭ML1和ML2正下面大約與微鏡頭ML1和ML2相同尺寸的開口 0P1和0P2的第一金屬層44。這樣，圖像拾取元件(即，具有相差檢測功能的圖像拾取元件)101能夠精確地實施基于相差檢測方法的對焦檢測，而且甚至當像素變成最小化時還能夠被令人滿意地制造。與日本待審專利申請公開號2005-303409中開的其中通過使用金屬層(擋光遮罩)中小開口限制攝影物體光來實現光瞳分割的具有相差檢測功能的圖像拾取元件相比，在本實施例中必需光束的阻擋被最小化，從而減少了光電轉換部件PD1和PD2的靈敏度的降低。此外，在日本待審專利申請公開號2005-303409中討論的具有相差檢測功能的圖像拾取元件中，因為具有小開口的金屬層從光電轉換部件的上面突出，從而被暴露，暴露的金屬層可能導致重影閃光出現。反之，因為黑色濾光片Fb被布置在根據本實施例的圖像拾取元件101中第一金屬層44上，重影閃光的出現可被防止。每個AF傳感器部件llf中的微鏡頭ML1和ML2被布置成其中的相應光軸AX1和 AX2延伸通過邊緣Ha和Hb，該邊緣是光電轉換部件PDl和PD2的垂直方向(Y方向)上彼此最遠的邊緣，如圖9所示。結果是，即使光電轉換部件PD被布置為在相應AF垂直線Lf 中其間具有間隙P以確保布線區域We，通過出瞳中央附近的光束可被光電轉換部件PDl和 PD2光學地接收，從而最小化光電轉換部件PD1和PD2的輸出減少，而且允許高可靠性的相差AF操作。每個AF傳感器部件llf中的光電轉換部件PD1和PD2是在相應AF垂直線Lf中一光電轉換部件PDm布置在其間的兩個相鄰光電轉換部件，如圖9所示，而且，光電轉換部件PDm被布置在AF垂直線Lf和AF水平線Lg之間的交叉KP(圖6)處。這樣，可獲得AF 垂直線Lf和AF水平線Lg之間的連續線輸出而不被交叉KP影響，從而相差AF操作可相對
不同方向(即，垂直方向和水平方向)容易地實施。
修改作為如圖6所示采用具有包括與通常像素110中那些相同配置的微鏡頭ML 1和ML2的AF垂直線Lf的AF區域Ef的上述實施例的替換，可采用具有AF垂直線Lfa的AF 區域Efa， AF垂直線Lfa包括具有大于通常像素110中微鏡頭直徑的直徑的微鏡頭MLp和 MLq，如圖19所示。在那種情況下，第一金屬層44被提供有尺寸設定相當于微鏡頭MLp和 MLq的直徑的開口，具體地，比圖9中所示開口 0P1和0P2大一些的開口。使用這些微鏡頭 MLp和MLq(和第一金屬層44中的開口 ) ， AF垂直線Lfa中的AF傳感器部件llfa的靈敏度可被增強。同樣地，如圖19所示，具有大于通常像素110中微鏡頭直徑的直徑的微鏡頭MLr 可被提供在AF區域Efa中的AF水平線Lga中。結果是，AF水平線Lga中的AF像素對1 lga 的靈敏度可被增強。作為如圖6所示采用具有僅僅由AF傳感器部件llf組成的AF垂直線Lf的AF區域Ef的上述實施例的替換，可采用具有在其中通常像素110在相鄰AF傳感器部件llf之間被插入的AF垂直線Lfb的AF區域Efb，如圖20所示。在那種情況下，AF垂直線Lfb中通常像素110的圖像信息可用作對AF傳感器部件llf中攝影物體的缺失圖像信息的補充，從而實現改善的圖像質量。同樣地，如圖20所示，通常像素llO可在AF區域Efb中AF水平線Lgb中的相鄰 AF像素對llg之間插入。盡管根據上述實施例的圖像拾取元件101被提供有具有圖11中所示配置的AF水平線Lg和AF垂直線Lf ，圖像拾取元件101可替換性地提供有在例如日本待審專利申請公開號2001-250931和2005-303409中公開的AF水平線，其中，每個AF水平線具有在水平方向上排列的光電轉換部件對。即使當相關技術的這種AF水平線和AF垂直線Lf彼此相交， AF傳感器部件11 f中的中央光電轉換部件PDm可被布置在交叉處以便可獲得連續線輸出而無須劃分AF線。結果是，相差AF操作可相對不同方向(S卩，垂直方向和水平方向)容易地實施。盡管根據上述實施例的圖像拾取元件101被提供有AF垂直線Lf和垂直于AF垂直線Lf的AF水平線Lg，但是圖像拾取元件101也可以可替換地被提供有相對于AF垂直線 Lf傾斜一角度(例如45° )排列的AF線。在那種情況下，線輸出可通過布置上述光電轉換部件PDm在AF線的交叉處來適當地產生，從而相差AF操作可相對不同方向(即，垂直方向和水平方向)容易地實施。在上述實施例中，可省略圖9中所示的AF垂直線Lf中的黑色濾光片Fbp和Fbq。在那種情況下，即使上述第一金屬層變得暴露并且會有重影閃光可能出現的顧慮，這一點可通過例如將第一金屬層的上表面變黑或者使用由黑色傳導材料組成的傳導層作為第一金屬層來防止。同樣地，在AF水平線Lg中，如圖11中所示，可以省略黑色濾光片Fbr。
盡管在上面實施例中在單反型數碼相機中提供了具有AF垂直線Lf (和AF水平線 Lg)的圖像拾取元件IOI，但是可以可替換地在緊湊型數碼相機中提供圖像拾取元件101。
盡管上述實施例中的AF傳感器部件每個在第一金屬層44中開口 0P1和0P2上提供有透明濾色片，考慮到更好的對焦精度，AF傳感器部件可以可替換地被提供有高可見度的綠色濾色片，或者可被提供有紅色或者藍色濾色片。這同樣應用于AF像素對llg。
盡管上述實施例中的每個AF傳感器部件中微鏡頭ML1和ML2的光軸AX1和AX2分別與光電轉換部件PD1的上邊緣Ha和光電轉換部件PD2的下邊緣Hb精確地對準，如圖9 所示，但是光軸AX1和AX2也可與邊緣Ha和Hb略微不對準。換句話說，微鏡頭ML1和ML2 的光軸AX1和AX2可被布置成延伸通過光電轉換部件PD1和PD2的上邊緣Ha和下邊緣Hb 的附近。盡管上述實施例中為了實現來自AF像素對1 lg中光電轉換部件PDa和PDb的良好
輸出平衡，每個AF像素對llg中的組件被偏移相當于一半間距(間距的50% )的合適量，
但是相當于間距的自由選擇百分比(例如，大約間距的40%)的偏移量也是可能的。在那
種情況下，盡管由于出瞳不被二等分在光電轉換部件PDa和PDb之間可能出現不平衡的輸
出，但是可通過例如將更少量接收光的輸出值乘以基于關于相應于光學地接收光的每個像
素的出瞳的分段區域的區域比率而獲得的增益P ，以解決該不平衡的輸出狀態。本申請包含與在日本專利局于2009 年1月8日提交的日本優先權專利申請JP
2009-002327中公開的主題相關的主題，其整體內容在此并入作為參考。上述本發明的實施例僅僅是示例，而不意欲限制本發明。上面未描述的無數修改
在本發明的范疇之內是允許的。
權利要求
一種圖像拾取元件，包括光接收部件，其具有矩陣排列的光電轉換部件，該矩陣排列通過布置多個第一方向陣列而形成，每個第一方向陣列具有在第一方向和與第一方向垂直的第二方向上排列的光電轉換部件，在第一方向上其間保持有預定間隙；和在所述光接收部件上面提供的多個微鏡頭，其中所述矩陣排列的光電轉換部件中的某一第一方向陣列被提供有一對第一光電轉換部件，所述第一光電轉換部件經由一對微鏡頭光學地接收穿過攝影光學系統的出瞳中一對分段區域的攝影物體光束，所述一對分段區域被在第一方向中以彼此相反的方向偏移布置，其中所述矩陣排列的光電轉換部件中的某一第二方向陣列被提供有一對第二光電轉換部件，所述第二光電轉換部件光學地接收穿過出瞳中一對分段區域的攝影物體光束，所述一對分段區域被在第二方向中以彼此相反的方向偏移布置，其中所述一對微鏡頭被布置成其光軸延伸通過所述一對第一光電轉換部件的邊緣附近，所述邊緣是在所述第一方向上彼此最遠的邊緣，其中所述一對第一光電轉換部件包括布置在某一第一方向陣列中的一個光電轉換部件的相對側上的兩個相鄰光電轉換部件，并且其中所述一個光電轉換部件被布置在所述某一第一方向陣列和所述某一第二方向陣列之間的交叉處。
2. 如權利要求1所述的圖像拾取元件，其中所述第一方向是所述光接收部件中的垂直方向。
3. 如權利要求l所述的圖像拾取元件，其中所述某一第二方向陣列被提供有擋光部件，所述擋光部件具有阻擋穿過出瞳的光束的兩個擋光區域以及被所述兩個擋光區域側接的一個微鏡頭，所述擋光區域和所述一個微鏡頭被提供在所述一對第二光電轉換部件上面。
4. 如權利要求1所述的圖像拾取元件，其中所述預定間隙具有形成于其中的電線。
5. 如權利要求1所述的圖像拾取元件，其中排列在所述矩陣排列中的所述光電轉換部件在平面圖中具有矩形形狀，并且其中所述第一方向是每個光電轉換部件的橫向方向。
6. 如權利要求1所述的圖像拾取元件，其中具有擋光性質并且沿所述第二方向布置的線性元件被提供在分別連接所述一對微鏡頭端部與所述最遠邊緣的線段在所述第一方向的外側附近，所述一對微鏡頭端部是在所述第一方向上距離彼此最遠的端部。
7. —種圖像拾取設備，包括攝影光學系統；禾口圖像拾取元件，其被配置為光學地接收穿過所述攝影光學系統的出瞳的攝影物體光，其中所述圖像拾取元件包括光接收部件，其具有矩陣排列的光電轉換部件，所述矩陣排列通過布置多個第一方向陣列而形成，每個第一方向陣列具有在第一方向和第二方向上排列的光電轉換部件，在第一方向其間保持預定間隙，第二方向與第一方向垂直，禾口在所述光接收部件上面提供的多個微鏡頭，其中所述矩陣排列的光電轉換部件中的某一第一方向陣列被提供有一對第一光電轉換部件，所述第一光電轉換部件經由一對微鏡頭光學地接收穿過出瞳中一對分段區域的攝影物體光束，所述一對分段區域被在第一方向中以彼此相反的方向偏移布置，其中所述矩陣排列的光電轉換部件中的某一第二方向陣列被提供有一對第二光電轉換部件，所述第二光電轉換部件光學地接收穿過出瞳中一對分段區域的攝影物體光束，所述一對分段區域被在第二方向中以彼此相反的方向偏移布置，其中所述一對微鏡頭被布置成其光軸延伸通過所述一對第一光電轉換部件的邊緣附近，所述邊緣是在第一方向上彼此最遠的邊緣，其中所述一對第一光電轉換部件包括布置在某一第一方向陣列中的一個光電轉換部件的相對側上的兩個相鄰光電轉換部件，禾口其中所述一個光電轉換部件被布置在所述某一第一方向陣列和某一第二方向陣列之間的交叉處。
全文摘要
一種圖像拾取元件包括具有通過布置第一方向陣列形成的矩陣排列的光接收器，每個第一方向陣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電轉換器(在第一方向上其間具有間隙)、以及光接收器上的微鏡頭。在所述矩陣排列中，某一第一方向陣列具有經由兩個微鏡頭來接收穿過攝影光學系統的出瞳中的兩個分段區域的攝影物體光的兩個第一光電轉換器，而且某一第二方向陣列具有接收穿過出瞳中的兩個分段區域的攝影物體光的兩個第二光電轉換器。這兩個微鏡頭的光軸延伸通過第一光電轉換器在第一方向上彼此最遠的邊緣附近。在某一第一方向陣列中，第一光電轉換器包括兩個光電轉換器。
文檔編號H01L27/14GK101783354SQ201010001538
公開日2010年7月21日申請日期2010年1月8日優先權日2009年1月8日
發明者下田和人, 宇井博貴, 勝田恭敏, 藤井真一, 西村豐申請人:索尼公司

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