彩色摄像元件及摄像装置.pdf

一种彩色摄像元件，以将排列图案在水平方向及垂直方向上均重复地配置而成的滤色器排列为代表，上述排列图案将3×3像素组的中央及四角的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，该彩色摄像元件中，在彩色摄像元件的预定区域内的像素组中，在水平方向成分、垂直方向成分中的任一方的所有方向成分上设置相位差检测像素(X、Y)。

权利要求书1.  一种彩色摄像元件，在由排列于水平方向及垂直方向的光电转换元件构成的多个像素上配置有预定的滤色器排列的滤色器，所述滤色器排列包括排列有第一滤光片和第二滤光片的3×3像素组的排列图案，该第一滤光片与最有助于获得亮度信号的第一色对应，该第二滤光片与所述第一色以外的两色以上的第二色对应，所述第一滤光片在所述3×3像素组中配置于中心和四角，该排列图案在水平方向及垂直方向上重复地配置，所述第一滤光片配置于所述滤色器排列的水平、垂直及倾斜方向的各行内，与所述第一滤光片对应的第一色的像素数的比率配置成比与所述第二滤光片对应的第二色的各色的像素数的比率大，在所述彩色摄像元件的预定区域内的像素组中，在该像素组的水平方向成分、垂直方向成分中的任一方的所有方向成分上配置有用于取得相位差信息的相位差检测像素。2.  根据权利要求1所述的彩色摄像元件，其中，在所述预定区域内的像素组中，与沿水平方向排列的水平行、沿垂直方向排列的垂直行中的任一方的行对应的行像素上配置为了检测相位差而组成对的第一相位差检测像素和第二相位差检测像素。3.  根据权利要求2所述的彩色摄像元件，其中，所述第一相位差检测像素、所述第二相位差检测像素设于具有所述第一滤光片的像素。4.  根据权利要求2或3所述的彩色摄像元件，其中，所述相位差检测像素配置于与所述水平行像素、所述垂直行像素中的搭载所述第一滤光片的像素的数量相对较多的任一方的行像素对应的行像素上。5.  根据权利要求1或2所述的彩色摄像元件，其中，将与所述水平行像素、所述垂直行像素中的任一方的行像素对应的行像素上的所有像素设为所述相位差检测像素，并且将该行上的所述相位差检测像素的滤色器设为同一颜色滤光片、透明滤光片或白色滤光片。6.  根据权利要求1所述的彩色摄像元件，其中，所述滤色器排列包括所述第一滤光片在倾斜方向上连续地配置的倾斜行排列，所述相位差检测像素配置于与第一滤光片的倾斜行排列对应的像素上。7.  根据权利要求6所述的彩色摄像元件，其中，在相邻的两个所述倾斜行排列所对应的像素的一方配置为了检测相位差而组成对的所述第一相位差检测像素、所述第二相位差检测像素中的第一相位差检测像素，在所述相邻的两个所述倾斜行排列所对应的像素的另一方配置组成所述对的第二相位差检测像素。8.  根据权利要求1所述的彩色摄像元件，其中，所述相位差检测像素配置于所述第一滤光片的位置，并且，该被配置的相位差检测像素和与该相位差检测像素相邻的水平方向、垂直方向的任一方向的像素的行上所配置的其他相位差检测像素在垂直方向及水平方向上配置于不同的位置。9.  根据权利要求1至3中任一项所述的彩色摄像元件，其中，在所述滤色器排列中与所述第二色的各色对应的所述第二滤光片在所述滤色器排列的水平方向及垂直方向的各行内配置一个以上。10.  根据权利要求1所述的彩色摄像元件，其中，所述第一色为绿色，所述第二色为红色及蓝色，以将所述3×3像素组的除中央及四角的像素以外的其他四个像素中的同一垂直行上的两个像素设为红色、将剩余两个像素设为蓝色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行上的两个像素设为红色、将剩余两个像素设为蓝色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。11.  根据权利要求1所述的彩色摄像元件，其中，所述第一色为绿色，所述第二色为红色及蓝色，将所述3×3像素组的除中央及四角的像素以外的其他四个像素分为倾斜地相邻的各两个像素，以将一方的两个像素设为红色并且将另一方的两个像素设为蓝色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并且将所述另一方的两个像素设为红色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。12.  根据权利要求10或11所述的彩色摄像元件，其中，将包括两个所述第一排列、两个所述第二排列的正方格子状的6×6像素组设为基本排列图案，在该基本排列图案内，在沿垂直方向、水平方向中的任一方向的各像素的行上配置至少一个所述相位差检测像素。13.  根据权利要求12所述的彩色摄像元件，其中，在沿所述垂直方向、水平方向中的任一方向的各像素的行上配置为了检测相位差而组成对的第一相位差检测像素和第二相位差检测像素。14.  根据权利要求10或11所述的彩色摄像元件，其中，将包括两个所述第一排列、两个所述第二排列的正方格子状的6×6 像素组设为基本排列图案，在为了检测相位差而组成对的第一相位差检测像素、第二相位差检测像素中，所述第一相位差检测像素在一个所述基本排列图案内配置于沿垂直方向的各像素的行上，所述第二相位差检测像素配置于沿与该一个所述基本排列图案的垂直方向上相邻的其他基本排列图案内的垂直方向的各像素的行上。15.  根据权利要求14所述的彩色摄像元件，其中，在与配置所述第一相位差检测像素的所述基本排列图案的水平方向上相邻的其他基本排列图案内配置所述第二相位差检测像素。16.  根据权利要求10或11所述的彩色摄像元件，其中，将包括两个所述第一排列、两个所述第二排列的正方格子状的6×6像素组设为基本排列图案，将在垂直方向和水平方向的任一方向上相邻的两个所述基本排列图案设为一组，在垂直方向和水平方向的任一方向上稠密地排列有绿色的所述第一滤光片的像素位置配置所述相位差检测像素，并且，在垂直方向和水平方向的任一方向上稀疏地配置有绿色的所述第一滤光片的像素位置配置所述相位差检测像素以外的像素，组成所述对的第一相位差检测像素及第二相位差检测像素跨所述一组的相邻的两个所述基本排列图案而配置。17.  一种摄像装置，搭载有权利要求1至3中任一项所述的彩色摄像元件。18.  根据权利要求17所述的摄像装置，其中，具备间拔读出部，所述间拔读出部从所述垂直方向的像素的行和所述水平方向的像素的行中的、不存在所述相位差检测像素的行上的 像素间拔读出拍摄图像信号而生成动态图像。19.  根据权利要求17或18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。

说明书彩色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彩色摄像元件和搭载了该彩色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22(a)例示一个像素的俯视图，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22(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22(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23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。但是，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23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23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。即，一行量的信号全部通过插值运算而生成，因此该一行量的画质劣化。
相对于图23的结构，如图24所示，若将相位差检测像素2、3沿垂直方向排列且将该相位差检测像素对沿水平方向排列，则与图23的情况相比能够使水平方向分辨率为两倍。但是，在该结构中，水平方向行的两行由相位差检测像素填补。因此，在对相位差检测像素位置的拍摄图像信号进行插值运算而求算时，该两行的画质劣化。
特别是，在拍摄彩色图像的摄像元件中，也存在与滤色器排列的关系，也考虑相位差信息的分辨率与利用像素插值运算来求算相位差检测像素位置的拍摄图像信号时的画质之间的关系，需要考虑将相位差检测像素配置于何处为好。
本发明的目的在于提供一种彩色摄像元件及摄像装置，能够检测分辨率较高的相位差信息，而且，实现能够利用周围像素的拍摄图像信号而高质量地对相位差检测像素位置的拍摄图像信号进行像素插值的滤色器排列与相位差检测像素的配置位置的组合。
用于解决课题的方法
本发明的彩色摄像元件是在由排列于水平方向及垂直方向的光电转换元件构成的多个像素上配置预定的滤色器排列的滤色器而成的彩色摄像元件，其特征在于，
上述滤色器排列包括排列有第一滤光片和第二滤光片的3×3像素组的排列图案，该第一滤光片与最有助于获得亮度信号的第一色对应，该第二滤光片与上述第一色以外的两色以上的第二色对应，上述第一滤光片在上述3×3像素组中配置于中心和四角，该排列图案在水平方向及垂直方向上重复地配置，
上述第一滤光片配置于上述滤色器排列的水平、垂直及倾斜方向的各行内，
与上述第一滤光片对应的第一色的像素数的比率配置成比与上述第二滤光片对应的第二色的各色的像素数的比率大，
在上述彩色摄像元件的预定区域内的像素组中，在该像素组的水平方向成分、垂直方向成分中的任一方的所有方向成分上配置有用于取得相位差信息的相位差检测像素。
本发明的摄像装置的特征在于，搭载了上述的彩色摄像元件。
发明效果
根据本发明，能够检测分辨率较高的相位差信息，而且，能够利用周围像素的拍摄图像信号而高质量地对相位差检测像素位置的拍摄图像信号进行像素插值。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的数码相机的功能框图。
图2是表示本发明的一实施方式的摄像元件中的相位差检测像素对的配置例的图。
图3是利用相位差检测像素对的检测信号而得到的相位差信息的说明图。
图4是表示本发明的另一实施方式的摄像元件中的相位差检测像素对的配置例的图。
图5是表示本发明的又一实施方式的摄像元件中的相位差检测像素对的配置例的图。
图6是表示本发明的又一实施方式的摄像元件中的相位差检测像素对的配置例的图。
图7是表示本发明的又一实施方式的摄像元件中的相位差检测像素对的配置例的图。
图8是表示本发明的又一实施方式的摄像元件中的相位差检测像素对的配置例的图。
图9是表示本发明的又一实施方式的摄像元件中的相位差检测像 素对的配置例的图。
图10是表示本发明的又一实施方式的摄像元件中的相位差检测像素对的配置例的图。
图11是表示本发明的一实施方式的彩色摄像元件的滤色器排列的图。
图12是表示本发明的另一实施方式的彩色摄像元件的滤色器排列的图。
图13是表示将图2的相位差检测像素对的配置例适用于图11所示的滤色器排列的实施方式的图。
图14是表示图13所示的实施方式的变形例的图。
图15是表示图13所示的实施方式的又一变形例的图。
图16是表示将图4的相位差检测像素对的配置例适用于图11所示的滤色器排列的实施方式的图。
图17是表示将图9的相位差检测像素对的配置例适用于图11所示的滤色器排列的实施方式的图。
图18是表示将图5的相位差检测像素对的配置例适用于图11所示的滤色器排列的实施方式的图。
图19是表示将图7的相位差检测像素对的配置例适用于图11所示的滤色器排列的实施方式的图。
图20是表示将与上述不同的相位差检测像素对的配置例适用于图11所示的滤色器排列的实施方式的图。
图21是表示将与上述不同的相位差检测像素对的配置例适用于图11所示的滤色器排列的实施方式的图。
图22是通常像素和相位差检测像素的说明图。
图23是表示现有的相位差检测像素对的配置例的图。
图24是表示与图23不同的相位差检测像素对的配置例的图。
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。摄像元件31是如图22例示的那样的通常像素与相位差检测像素混合存在的元件。在摄像元件31的前段配置摄影镜头29。另外，在摄像装置30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、实时取景图像(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，利用像素插值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。处理回路43的功能是图像信号处理电路34的功能的一部分。
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的指示而驱动。在CPU40连接有快门释放按钮48。
在对摄像元件31中的相位差检测像素的配置与滤色器排列之间的关系进行说明之前，利用图2～图10对相位差检测像素的配置位置进行说明。对于与滤色器排列的关系，在图11以后进行说明。
在图2～图10中，为了使图易于观察，以“X”标记图22(b)中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。另外，在以下的说明中，也将相位差检测像素X 称为“X像素”，将相位差检测像素Y称为“Y像素”。
在图2所示的例中，在同一水平行(同一像素行)51上无间隙地铺满相位差检测像素X，在其3水平行以下的同一像素行54上无间隙地铺满相位差检测像素Y。无间隙地是指水平方向上相邻的相位差检测像素之间一个像素量的间隙也没有，即，未配置通常像素。
另外，“在彩色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：在从垂直方向观察彩色摄像元件的情况下，相位差像素在预定区域中排列于水平方向的所有的像素位置上。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，在水平方向上一个像素量的间隙也没有，全部配置相位差检测像素。例如，在后述的图5中，若忽视垂直方向的配置位置不同，则X像素设于水平方向的所有位置上。在此，预定区域内的像素组包括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，“在彩色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，在预定区域中垂直方向上全部排列有相位差检测像素。即，是指如下状态：使处于各水平行上的相位差检测像素沿水平方向移动而重新配置于一个垂直列(例如第三列)，结果，在垂直方向上一个像素量的间隙也没有，全部配置相位差检测像素。例如，在后述的图9的左下的6×6像素组中，当使Y像素移动到第一列时，Y像素以没有一个像素量的间隙的方式排列于列方向上。即，若忽视水平方向的配置位置不同，则Y像素设于垂直方向的所有位置上。同样地，预定区域内的像素组包括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。
组成对的XY的组合是同一垂直行(例如同一像素列61)上的X像素和Y像素。也可以以该程度或几倍该程度在垂直方向上使像素对XY错开。即使如此，例如，在近年来的搭载了1000万像素以上的摄像元件中，能够认为同一被摄体的同一水平线上的图像向像素对XY入射，因此取得相位差信息不存在问题。
当将图2的例与图24的例进行比较时，在图2中，在设有X像素的水平行51与设有Y像素的水平行54之间存在通常像素的行52、53。因此，在利用像素插值来求算X像素位置的拍摄图像信号的情况下，还能够使用行52、53的通常像素的拍摄图像信号而算出，因此像素插值精度提高，图像质量变高。
在此，对通过将沿垂直方向相邻的相位差检测像素对XY以对为单位沿水平方向排列而得到的相位差信息的分布数据进行说明。图3是例示图1的AF检测回路41检测出的相位差信息的分布数据的图。排列于图2的水平行51、54的相位差检测像素对XY分离三个像素行，但能够认为从被摄体中的同一水平线上的位置射出的光向摄像元件上的相位差检测像素对XY的并排的行入射。
如根据图22(b)可知的那样，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，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检测信号线错开以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。
图1的CPU40当从AF检测回路41接收图3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3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。
图3所示的X检测信号线上的标绘点是各X像素的检测信号量。如果，如图23所示，使像素对XY在水平方向上相邻，则与图3相比X检测信号线的标绘点的密度成为一半。因此，与图23相比图3的所获得的相位差信息的分辨率变高。
在如此获得分辨率较高的相位差信息的情况下，在图2的例中，使构成对的X像素与Y像素之间分离三个像素的量。但是，即使进一步分离成六个像素的量，在能够拍摄高清图像的1000万像素等级的摄像元件中，也能够认为从同一被摄体位置射出的光进入到像素对。
因此，考虑到图4所示的相位差检测像素对XY的排列。在图2的例中，将X像素铺满于同一水平行上，但在图4的例中，水平方向每三个像素地使X像素的垂直方向的位置错开，与此对应，作为对对象的Y像素位置也错开。
在该图4的例中，若忽视垂直方向的位置偏移，则在哪一垂直行(像素列)都存在构成对的X像素及Y像素。其结果是，能够获得分辨率与图2的结构例相同的相位差信息的分布数据。
而且，在该图4的结构例的情况下，例如在与X像素71同一垂直位置(同一水平行)存在通常像素72。其结果是，在利用像素插值来算出X像素71的拍摄图像信号时，还能够利用该通常像素72的拍摄图像信号来进行计算，能够提高拍摄图像的质量。
图5将图4的配置例进一步打乱，使得在哪一相位差检测像素的 周围八个像素位置上都没有其他相位差检测像素，并且，在构成对的X像素与Y像素之间设有六个像素量的距离。在忽视垂直方向的位置偏移时，在哪一垂直行(像素列)都存在相位差检测像素对XY，因此能够较高地维持相位差信息的水平方向分辨率。而且，该图5的例以纵六个像素×横十二个像素的像素组为单位而使相位差检测像素的排列位置相同。
根据图5的配置例，在相邻部位没有相位差检测像素，只有通常像素。即，相位差检测像素和与该相位差检测像素相邻的水平方向、垂直方向的任一方向的像素的行上所配置的其他相位差检测像素在垂直方向及水平方向上配置于不同的位置。因此，利用像素插值来求算该相位差检测像素的拍摄图像信号时的校正精度提高，能够获得进一步高质量的拍摄图像。
在图6的配置例中，相位差检测像素的配置位置与图5的例相同。但是，将该12×12像素组分为四个6×6像素组，在图6中将右上的6×6像素组的相位差检测像素(在图5中为X像素)设为Y像素，在图6中将右下的6×6像素组的相位差检测像素(在图5中为Y像素)设为X像素。
若如此不仅在垂直方向上组成像素对XY而且在水平方向上也组成像素对XY，则不仅能够获得水平方向上的相位差信息的分布数据，而且也能够获得垂直方向上的相位差信息的分布数据。
图7是表示另一相位差检测像素的配置例的图。与图5的配置列同样地，以6×6像素组为单位，在该像素组中设有六个相位差检测像素。但是，与图5不同，在哪一水平行(像素行)且哪一垂直行(像素列)都肯定设有一个相位差检测像素。另外，在垂直方向上构成对的X像素与Y像素之间的距离为六个像素的量。
图7的配置例与图5的配置例同样地，重复如下结构：将X像素设于纵六个像素×横十二个像素的像素组，将Y像素设于与该下部位置接触的纵六个像素×横十二个像素的像素组。相对于此，在图8的配置例中，与图6同样地，将12×12像素组分为四个6×6像素组，相对于图7的配置例，将Y像素配置于右上的像素组中，将X像素配置于右下的像素组中。
根据该图8的配置例，在将沿垂直方向排列的X像素和Y像素设为像素对时，在各垂直行上存在像素对，因此能够在水平方向上获得高分辨率的相位差信息。另外，在将沿水平方向排列的X像素和Y像素设为像素对时，在各水平行上存在像素对，因此能够在垂直方向上获得高分辨率的相位差信息。
图9是表示又一配置例的图。在该例中构成为如下：在呈正方格子状地排列的像素中的、与将正方格子的左上角与右下角连接的对角线平行的方向(以下，称为倾斜方向。)上连续地铺满X像素，相对于该X像素沿水平方向或垂直方向分离六个像素量的倾斜方向上铺满Y像素。
可以将同一垂直行上的X像素和Y像素设为像素对，也可以将同一水平行上的X像素和Y像素设为像素对。能够在水平方向和垂直方向这双方获得基于该例的相位差信息的分布数据，其分辨率在水平方向、垂直方向上均成为与图2的相位差像素排列的情况相同的高分辨率。
图10是图9的变形例。将沿倾斜方向相邻的相位差检测像素交替地设成X像素、Y像素、X像素、Y像素，…。而且，若将沿倾斜方向相邻的两个相位差检测像素行的同一水平位置(或同一垂直位置)的两个相位差检测像素的一方设为X像素且将另一方设为Y像素，则能够与图9的情况同样地以高分辨率获得水平方向、垂直方向上的相 位差信息。
在图10的配置例中，也能够将沿倾斜方向相邻的X像素、Y像素的组合设为像素对。在这种情况下，能够以由图23的配置所获得的分辨率(图9情况下的一半的分辨率)获得水平方向、垂直方向上的相位差信息。
在该图9、图10例示的倾斜方向的相位差检测像素的配置中，在相位差检测像素的同一垂直位置、同一水平位置上也存在较多的通常像素，因此能够通过像素插值来高精度地求算相位差检测像素的拍摄图像信号。
图11(a)是表示适于采用上述图2～图10中说明的相位差检测像素的配置例的滤色器排列的图。空白的矩形框是G像素(是指搭载了G色的滤色器的像素。R像素、B像素也以同样的意思使用。)，但省略“G”标记，使图易于观察。
该滤色器排列通过将图11(b)的第一排列和图11(c)的第二排列在水平方向、垂直方向上均交替地重复排列而形成。
在图11(b)的第一排列中，通过以下方式而构成：将3×3像素组的中央及四角这五个像素设为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，如图11(c)所示，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11(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。
作为图11(a)的滤色器排列的变形例，可考虑仅将图11(a)的第一排列沿水平方向、垂直方向重复的滤色器排列。另外，也可考虑仅将图11(b)的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，因此能够以相同的方式适用以下所述的实施方式。
图12(a)是表示图11(a)的滤色器排列的又一变形例的图。该变形例的排列通过将图12(b)的第一排列和图12(c)的第二排列在水平方向、垂直方向上交替地配置而形成。
图12(b)的第一排列通过以下方式而构成：将3×3像素组的中央及四角这五个像素设为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。通过将上述一方的两个像素设为B滤光片并且将上述另一方的两个像素设为R滤光片而构成12(c)的第二排列。
作为该图12(a)的滤色器排列的变形例，与上述同样地，可考虑仅将图12(b)的第一排列、或仅将图12(c)的第二排列沿水平方向、垂直方向重复排列的滤色器排列。
以下，将图2～图10中说明的相位差检测像素排列适用于图11(a)及其变形例、图12(a)及其变形例的总计6个图案的滤色器排列。但是，本发明并不限于这6个图案的滤色器排列，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，与现有的随机排列相比能够简化后段的处理。
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像素组中配置于中心和四角，该3×3像素组在水平方向及垂直方向上重复地配置。在3×3像素组的四角配置有第一滤光片，因此当该3×3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上述第一滤光片构成的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。
作为满足以上条件的滤色器排列的优选的实施方式，以下，利用图11(a)的滤色器排列进行说明。图11(a)的滤色器排列图示纵十二个像素×横十二个像素的像素组的滤色器排列，形成为使纵六个像素×横六个像素的像素组的滤色器排列(基本图案排列)沿水平方向、垂直方向重复的结构。这在其他变形例中也同样。因此6×6像素组内的相位差检测像素的配置也能够基本图案化，并以该基本图案的重复排 列形成彩色摄像元件。
在以下的图13以后，以“X”“Y”标记相位差检测像素。在配置相位差检测像素X、Y的情况下，优选满足如下的条件。但是满足所有的必要条件比较困难，因此尽可能将相位差检测像素设于满足该条件的位置上。
与相位差检测像素的配置相关的条件：
(1)为了提高相位差信息的分辨率(分辨能力)，想尽可能在水平方向上不留空而稠密地配置相位差检测像素。
(2)为了能够通过像素插值来高精度地算出相位差检测像素的拍摄图像信号，想配置于在相位差检测像素的周围存在较多同色的通常像素的部位。
(3)由于在摄像元件中有时通过间拔读出来拍摄动态图像，因此想设于相位差检测像素行与读出像素行不重叠的位置上。
(4)为了抑制混色的影响，不想使R像素与相位差检测像素相邻。
图13是在滤色器排列中适用了图2中说明的相位差检测像素的配置例的图。对X像素、Y像素标以阴影线，以使相位差检测像素位置易懂。
若观察图11(a)的滤色器排列则可知，存在G像素稀疏的行(第二、第五、第八、第十一水平行)和G像素稠密的行。因此，在本实施方式中，如图13所示，将G像素稠密的第三(及第九)水平行的所有像素设为X像素，将与其构成像素对的G像素稠密的第六(第十二)水平行的所有像素设为Y像素。
原本，彩色摄像元件中的G像素的比率比R像素、B像素的比率高。因此，即使数量比R像素、B像素多的G像素成为相位差检测像素而不是被摄体图像拍摄用，也不会使彩色的拍摄图像的质量降低。
在图13的实施方式中，在构成对的X像素与Y像素之间空出三个像素量的距离是为了提高X像素、Y像素的拍摄图像信号的插值精度。在该图13的结构中，在各X像素、各Y像素分别搭载同一颜色的滤色器、例如G色的滤色器、或无滤色器、或搭载透明滤光片、白色滤光片。在此，透明滤光片及白色滤光片是红波长域的光、蓝波长域的光及绿波长域的光中的任一光均透过的滤光片，透明滤光片具有比较高的光透过率(例如70％以上的光透过率)，白色滤光片具有比透明滤光片低的光透过率。
如该实施方式那样，当将水平行设为相位差检测像素行时，例如，在拍摄高清静止图像且需要分辨能力较高的相位差信息时读出相位差检测像素行的检测信号即可。而且，在拍摄动画时，不读出相位差检测像素行的信号，而通过间拔读出，读出相位差检测像素以外的通常的R像素、G像素、B像素的拍摄图像信号即可。
在通过像素间拔动作从彩色摄像元件读出动态图像数据的情况下，存在1/2像素间拔、1/3像素间拔、偶数行间拔、奇数行间拔等各种像素间拔读出方法。但是，若图1的CPU40预先得知在该彩色摄像元件31的哪里设有相位差检测像素行，则对应于此，以跳过相位差检测像素行而读出拍摄图像信号的方式向定时信号发生器47发出指示即可。
图14是图13的变形例的说明图。在图13的例中，将纵十二个像素中的四个水平行设为相位差检测像素行。将相位差检测像素行设为两个水平行且将X像素放置于第三水平行、将Y像素放置于第九水平行的实施方式为图14。
在图14的例中，在构成对的X像素的水平行与Y像素的水平行之间设有六个像素量的距离。但是，并不限于该六个像素量的距离， 例如如图15所示，也可以设为四个像素量的距离。但是，X像素行、Y像素行优选设于G像素稠密地存在的水平行上。
图16是将图4中说明的相位差检测像素配置例适用于图11(a)的滤色器排列的实施方式。在水平方向上每3像素使相位差检测像素连续，另一方面，使相位差检测像素位置每3像素在垂直方向上错开。各每3像素的相位差检测像素设于G像素稠密的水平行上。
当将G像素稀疏的水平行的G像素设为相位差检测像素时，该G像素位置的拍摄图像信号的插值精度难以变高。因此，G像素稀疏的水平行优选不设为相位差检测像素行。
在该图16的例中，第二水平行、第五水平行、第八水平行、第十一水平行成为不存在相位差检测像素的水平行。因此，在进行间拔读出的情况下，读出该第二、第五、第八、第十一水平行的拍摄图像信号即可。此外，在图16的实施方式中，成为还满足与上述的相位差检测像素的配置相关的条件(4)的方式。
图17是将图9的相位差检测像素配置例适用于图11(a)的滤色器排列的实施方式。在倾斜方向上连续地铺满X像素或Y像素。在任一相位差检测像素X、Y的周围存在R像素、G像素、B像素的通常像素，因此进行像素插值而求算像素X、Y的拍摄图像信号时的精度提高。
此外，在图17中，在构成对的X像素与Y像素之间的间隔设为六个像素的量，但也可以在三个像素量以下的倾斜行上铺满对对象像素。另外，也可以适用图10的相位差检测像素配置例。倾斜且连续地铺满X像素、Y像素的实施方式在哪一水平行上都存在相位差检测像素，因此在像素间拔读出而生成动态图像时，相位差检测像素位置的拍摄图像信号需要利用周围像素来进行像素插值。
图18是将图5的相位差检测像素配置例适用于图11(a)的滤色器排列的实施方式。哪一相位差检测像素的周围八个像素都全部为通常像素，周围二十四个像素中的二十个像素为通常像素，因此拍摄图像信号的插值精度提高。另外，仅在奇数的水平行上设置相位差检测像素，偶数的水平行仅为通常像素，因此在读出动画时仅读出偶数行即可。此外，也可以适用图6的相位差检测像素配置例而改变像素对的对方侧。
图19是将图7的相位差检测像素配置例适用于图11(a)的滤色器排列的实施方式。在该实施方式中，哪一相位差检测像素的周围八个像素都全部为通常像素，周围二十四个像素中的二十一个像素为通常像素，因此拍摄图像信号的插值精度提高。此外，也可以适用图8的相位差检测像素配置例而改变像素对的对方侧。
图20以将图11(a)的滤色器排列(纵十二个像素×横十二个像素)沿垂直方向排列了两个而得到的图案作为相位差检测像素配置的基本图案，在上侧的12×12像素组的各垂直方向行上逐个地以相位差检测像素在水平方向上不相邻的方式配置X像素，在下侧的12×12像素组的各垂直方向行上逐个地以相位差检测像素在水平方向上不相邻的方式配置Y像素。各像素组中的X像素配置位置与Y像素配置位置相同。
图21是在图11(a)的滤色器排列中表示另一相位差检测像素配置例的图。在该滤色器排列中，具有G像素稀疏的第二水平行、第五水平行、第八水平行、第十一水平行，不将G像素稀疏的水平行中的G像素设为相位差检测像素，这使基于像素插值的拍摄图像信号的插值精度变好。因此，图21的例形成为牺牲少量相位差信息的分辨率、分辨能力而提高拍摄图像信号的插值精度的结构。即，形成为如下配置：将2×2像素的G像素块中的一个像素设为相位差检测像素，在G 稀疏的垂直行上不放置相位差检测像素。
根据以上所述的各实施方式，能够获得分辨率较高的相位差信息，并且能够高精度地对相位差检测像素位置的拍摄图像信号进行插值。在以在水平方向、垂直方向上两个相位差检测像素不相邻的方式配置相位差检测像素的情况下，所取得的相位差信息的分辨能力和相位差检测像素位置的拍摄图像信号的插值精度成为某种意义上无法同时兼顾的关系。
但是，若为上述图11(a)、图11(b)那样的满足上述的滤色器排列的条件的排列，则能够兼顾相位差信息的较高的分辨能力和拍摄图像信号的较高的插值精度这两方。
此外，在上述的各实施方式中，对于例如如图2那样以沿水平方向稠密地一个像素的间隔也未留的方式配置相位差检测像素X的例进行了说明，但若使该摄像元件旋转90°，则图2的水平方向成为垂直方向，也能够原封不动地将上述的各实施方式适用于旋转90°后的摄像元件，这是不言而喻的。
以上所述的实施方式的彩色摄像元件是在由排列于水平方向及垂直方向的光电转换元件构成的多个像素上配置预定的滤色器排列的滤色器而成的彩色摄像元件，其特征在于，
上述滤色器排列包括排列有第一滤光片和第二滤光片的3×3像素组的排列图案，该第一滤光片与最有助于获得亮度信号的第一色对应，该第二滤光片与上述第一色以外的两色以上的第二色对应，上述第一滤光片在上述3×3像素组中配置于中心和四角，该排列图案在水平方向及垂直方向上重复地配置，
上述第一滤光片配置于上述滤色器排列的水平、垂直及倾斜方向的各行内，
与上述第一滤光片对应的第一色的像素数的比率配置成比与上述 第二滤光片对应的第二色的各色的像素数的比率大，
在上述彩色摄像元件的预定区域内的像素组中，在该像素组的水平方向成分、垂直方向成分中的任一方的所有方向成分上配置有用于取得相位差信息的相位差检测像素。
另外，实施方式的彩色摄像元件的特征在于，在上述预定区域内的像素组中，与沿水平方向排列的水平行、沿垂直方向排列的垂直行中的任一方的行对应的行像素上配置为了检测相位差而组成对的第一相位差检测像素及第二相位差检测像素。
另外，实施方式的彩色摄像元件的特征在于，上述第一相位差检测像素、上述第二相位差检测像素设于具有上述第一滤光片的像素。
另外，实施方式的彩色摄像元件的特征在于，上述相位差检测像素配置于与上述水平行像素、上述垂直行像素中的搭载上述第一滤光片的像素的数量相对较多的任一方的行像素对应的行像素上。
另外，实施方式的彩色摄像元件的特征在于，将与上述水平行像素、上述垂直行像素中的任一方的行像素对应的行像素上的所有像素设为上述相位差检测像素，并且将该行上的上述相位差检测像素的滤色器设为同一颜色滤光片、透明滤光片或白色滤光片。
另外，实施方式的彩色摄像元件的特征在于，上述滤色器排列包括上述第一滤光片在倾斜方向上连续地配置的倾斜行排列，上述相位差检测像素配置于与第一滤光片的倾斜行排列对应的像素上。
另外，实施方式的彩色摄像元件的特征在于，在相邻的两个上述倾斜行排列所对应的像素的一方配置为了检测相位差而组成对的上述第一相位差检测像素、上述第二相位差检测像素中的第一相位差检测像素，在上述相邻的两个上述倾斜行排列所对应的像素的另一方配置 组成上述对的第二相位差检测像素。
另外，实施方式的彩色摄像元件的特征在于，上述相位差检测像素配置于上述第一滤光片的位置，并且，该被配置的相位差检测像素和与该相位差检测像素相邻的水平方向、垂直方向的任一方向的像素的行上所配置的其他相位差检测像素在垂直方向及水平方向上配置于不同的位置。
另外，实施方式的彩色摄像元件的特征在于，在上述滤色器排列中与上述第二色的各色对应的上述第二滤光片在上述滤色器排列的水平方向及垂直方向的各行内配置一个以上。
另外，实施方式的彩色摄像元件特征在于，上述第一色为绿色，上述第二色为红色及蓝色，
以将上述3×3像素组的除中央及四角的像素以外的其他四个像素中的同一垂直行上的两个像素设为红色、剩余两个像素设为蓝色而成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行上的两个像素设为红色、剩余两个像素设为蓝色而成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上述第一排列和上述第二排列。
另外，实施方式的彩色摄像元件特征在于，上述第一色为绿色，上述第二色为红色及蓝色，
将上述3×3像素组的除中央及四角的像素以外的其他四个像素分为倾斜地相邻的各两个像素，以将一方的两个像素设为红色并且将另一方的两个像素设为蓝色而成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并且将上述另一方的两个像素设为红色而成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排列上述第一排列和上述第二 排列。
另外，实施方式的彩色摄像元件的特征在于，将包括两个上述第一排列、两个上述第二排列的正方格子状的6×6像素组设为基本排列图案，
在该基本排列图案内，在沿垂直方向、水平方向中的任一方向的各像素的行上配置至少一个上述相位差检测像素。
另外，实施方式的彩色摄像元件的特征在于，在上述沿垂直方向、水平方向中的任一方向的各像素的行上配置为了检测相位差而组成对的第一相位差检测像素和第二相位差检测像素。
另外，实施方式的彩色摄像元件的特征在于，将包括两个上述第一排列、两个上述第二排列的正方格子状的6×6像素组设为基本排列图案，
在为了检测相位差而组成对的第一相位差检测像素、第二相位差检测像素中，
上述第一相位差检测像素在一个上述基本排列图案内配置于沿垂直方向的各像素的行上，
上述第二相位差检测像素配置于沿与该一个上述基本排列图案的垂直方向相邻的其他基本排列图案内的垂直方向的各像素的行上。
另外，实施方式的彩色摄像元件的特征在于，在与配置上述第一相位差检测像素的上述基本排列图案的水平方向相邻的其他基本排列图案内配置上述第二相位差检测像素。
另外，实施方式的彩色摄像元件的特征在于，将包括两个上述第一排列、两个上述第二排列的正方格子状的6×6像素组设为基本排列图案，
将在垂直方向和水平方向的任一方向上相邻的两个上述基本排列 图案设为一组，
在垂直方向和水平方向的任一方向上稠密地排列有绿色的上述第一滤光片的像素位置配置上述相位差检测像素，并且，在垂直方向和水平方向的任一方向上稀疏地配置有绿色的上述第一滤光片的像素位置配置上述相位差检测像素以外的像素，
组成上述对的第一相位差检测像素及第二相位差检测像素跨上述一组的相邻的两个上述基本排列图案而配置。
另外，实施方式的摄像装置的特征在于，搭载了上述中的任一记载的彩色摄像元件。
另外，实施方式的摄像装置的特征在于，具备间拔读出部，上述间拔读出部从上述垂直方向的像素的行和上述水平方向的像素的行中的、不存在上述相位差检测像素的行上的像素间拔读出拍摄图像信号而生成动态图像。
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，能够兼顾较高的分辨率(分辨能力)的相位差信息和相位差检测像素位置的拍摄图像信号的较高的像素插值精度这两方。
工业实用性
本发明的彩色摄像元件能够兼顾较高的分辨率(分辨能力)的相位差信息和相位差检测像素位置的拍摄图像信号的较高的像素插值精度这两方，适用于数码静物相机、数码摄像机等时是有用的。
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
43      像素插值处理回路
51～54  水平方向行(像素行行)
61      垂直方向行(像素列行)