成像設備和對焦位置檢測方法
2023-05-04 10:45:16
專利名稱：成像設備和對焦位置檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種圖像捕捉設備和該圖像捕捉設備的對焦位置檢測方法，該圖像捕捉設備被配置成檢測到對象的距離並且執行拍攝鏡頭的焦點位置控制。
背景技術：
關於檢測到主對象的距離的對焦位置檢測方法，存在對比法或相位差自動聚焦(「AF」)方法。在單鏡頭反光照相機中頻繁地採用相位差AF方法，這是因為它與對比法相比能夠以高速度和高精度執行對焦位置檢測。常規單鏡頭反光照相機中所採用的相位差AF方法(例如，如在下文的專利文獻I中公開的)設置有獨立於固態圖像捕捉元件部署在左側和右側的兩個相位差檢測線傳感器，該固態圖像捕捉元件捕捉對象的圖像並且基於在第一線傳感器的檢測信息與第二線傳感器的檢測信息之間的相位差來檢測到主對象的距離。在專利文獻I中公開的相位差AF方法的問題在於，需要使用於在檢測相位差中使用的檢測線傳感器獨立於固態圖像捕捉元件，並且因此，組件成本和製造成本增加，並且此夕卜，設備的尺寸變得更大。因此，如下文專利文獻2中所公開的，已經提出將相位差檢測像素安裝在固態圖像捕捉元件的光接收表面上。就捕捉對象的圖像的固態圖像捕捉元件而言，由於採用了利用相位差檢測像素形成的固態圖像捕捉元件，所以外部相位差檢測傳感器變得不必要，並且可實現成本降低。引用列表
專利文獻專利文獻I JP-A-2010-8443專利文獻2 JP-A-2010-9199
發明內容
技術問題然而，在專利文獻2中公開的常規技術的目標在於單鏡頭反光照相機並且前提是安裝大型固態圖像捕捉元件。如在專利文獻2中公開的，通過使一對相鄰的像素中的每一個的光屏蔽膜孔徑很小並且將光屏蔽膜孔徑定位成朝在一側和另一側中的相位差檢測方向(通常左右)偏移，相位差檢測像素被配置為檢測相位差。即使使光屏蔽膜孔徑減小一點，大型(大面積)固態圖像捕捉元件(其中，每個像素具有大光接收面積)仍然能夠以高速度和高精度獲得相位差信息。然而，在每個像素的大光接收面積不大且其被安裝在例如緊湊型照相機中的固態圖像捕捉元件中，原始的光屏蔽膜孔徑是小的。因此，如果通過將光屏蔽膜孔徑設置成小的並且將光接收時間設置為短來以聞速度獲得相位差 目息，則發生問題，因為取決於對象的狀態，相位差/[目息的精度(也就是，對焦位置檢測的精度)降低。
本發明的目的是提供一種圖像捕捉設備和檢測該圖像捕捉設備的對焦位置的方法，即使當採用小面積的固態圖像捕捉元件時，無論照相機的設置狀態如何，該圖像捕捉設備也能夠通過以高速度和高精度獲取相位差信息來計算對焦位置。問題的解決方案本發明的圖像捕捉設備和對焦位置檢測方法的特徵在於，該圖像捕捉設備包括:圖像捕捉元件，其中成對像素二維地布置在相位差檢測區域中，所述成對像素由光瞳分割的第一相位差檢測像素和第二相位差檢測像素配置，所述相位差檢測區域被設置在捕捉對象的圖像的光接收表面上；聚焦鏡頭，所述聚焦鏡頭被部署在所述圖像捕捉元件的光路的前端處並且在所述光接收表面上形成對焦在對象上的光學圖像；以及控制裝置，所述控制裝置計算在從所述第一相位差像素輸出的關於所述成對像素的一側布置方向的第一檢測信息的第一分布曲線與從所述第二相位差檢測像素輸出的關於所述一側布置方向的第二檢測信息的第二分布曲線之間的相位差，並且基於所述相位差驅動所述聚焦鏡頭並且將所述聚焦鏡頭控制到所述對焦位置，其中所述對焦位置檢測方法包括:基於所述圖像捕捉設備的設置狀態來確定將所述相位差檢測區域在垂直於所述相位差的檢測方向的方向上被分割成的分割數目設置成第一分割數目η還是設置成大於η的第二分割數目m，通過對於通過將所述相位差檢測區域分割成所述η份或所述m份而形成的分割的區域中的每一個，計算所述第一檢測信息與所述第二檢測信息之間的相關性來為每個分割的區域計算相關運算曲線，以及從通過在所述多個分割的區域的相關運算曲線上進行所需的計算處理而獲得的總評估曲線獲取散焦量，以驅動所述聚焦鏡頭並且將所述聚焦鏡頭控制到所述對焦位置。發明的有益效果根據本發明，即使當使用了小固態圖像捕捉元件時，也可以獲得與具有高速度和高精度的單鏡頭反光照相 機的AF操作性能相當的AF操作性能，無論將對對象進行拍攝的照相機的設置狀態如何(例如，它是廣角側拍攝還是長焦側拍攝，它是否是夜景模式，它是靜止圖像拍攝還是活動圖像拍攝，以及記錄像素的數目是否是高清晰度)。
圖1是根據本發明的實施例的圖像捕捉設備的功能框圖。圖2是設置在圖1中所示的固態圖像捕捉元件的光接收表面上的相位差檢測區域的解釋性視圖。圖3是在圖2的虛線方形框內的表面的放大示意圖。圖4是用於描述通過提取僅圖3的相位差檢測像素而獲取的相位差量和相位差檢測像素所檢測到的信號的概念的視圖。圖5是每個分割的區域的評估曲線和總評估曲線的解釋性視圖。圖6是圖示根據本發明的第一實施例的AF處理序列的流程圖。圖7是圖示根據本發明的第二實施例的AF處理序列的流程圖。圖8是圖示根據本發明的第三實施例的AF處理序列的流程圖。圖9是圖示根據本發明的第四實施例的AF處理序列的流程圖。圖10是圖示根據本發明的第五實施例的AF處理序列的流程圖。
圖11是圖示根據本發明的第六實施例的AF處理序列的流程圖。圖12是圖示根據本發明的第七實施例的AF處理序列的流程圖。圖13是圖示根據本發明的第八實施例的AF處理序列的流程圖。圖14是圖示根據本發明的第九實施例的AF處理序列的流程圖。圖15是圖示根據本發明的第十實施例的AF處理序列的流程圖。圖16是圖示根據本發明的第十一實施例的AF處理序列的流程圖。
圖17是圖示根據本發明的第十二實施例的AF處理序列的流程圖。
具體實施例方式在下文中，將參照附圖作出本發明的實施例的描述。圖1是根據本發明的實施例的數位照相機的功能框圖。本發明的數位照相機10對對象的靜止圖像或活動圖像進行拍攝並且具有在照相機10的內部對捕捉的圖像信號進行數字處理的功能，其中該數位照相機包括:拍攝鏡頭20，該拍攝鏡頭20裝備有長焦鏡頭和聚焦鏡頭；固態圖像捕捉元件21，該固態圖像捕捉元件21放置在拍攝鏡頭20的後面並且部署在拍攝鏡頭的圖像形成表面上；模擬信號處理單元22，該模擬信號處理單元22對於從固態圖像捕捉元件21的每個像素輸出的模擬圖像數據執行模擬處理，諸如例如，自動增益控制(「AGC」)或相關雙採樣處理等；模擬數字(A/D)轉換單元23，該模擬數字(A/D)轉換單元23將從模擬信號處理單元22輸出的模擬圖像數據轉換成數字圖像數據；驅動單元24，該驅動單元24響應於來自下文描述的系統控制單元(「CPU」)29的命令，驅動並且控制A/D轉換單元23、模擬信號處理單元22、固態圖像捕捉元件21、以及拍攝鏡頭20 ；以及閃光燈25，該閃光燈25響應於來自CPU29的命令，發出光。本發明的數位照相機10進一步包括:數位訊號處理單元26，該數位訊號處理單元26通過獲得從A/D轉換單元23輸出的數字圖像數據進行例如插值處理或白平衡補償、RGB/YC轉換處理；壓縮/擴展處理單元27，該壓縮/擴展處理單元27將圖像數據壓縮或擴展成JPEG格式等的圖像數據；顯示單元28，該顯示單元28顯示例如菜單和直通圖像(throughimage)或捕捉的圖像；系統控制單元(「CPU」)29，該系統控制單元29執行整個數位照相機的綜合控制；內部存儲器30，諸如例如幀存儲器；介質接口(「I/F」)31，該介質接口處理在存儲例如JPEG圖像數據的存儲介質32與介質接口之間的接口 ；以及總線39，該總線39連接上文所描述的所有組件。另外，操作單元33連接到系統控制單元29，在該操作單元33中，執行從用戶輸入的命令。用戶的命令輸入包括以下的輸入命令，例如由用戶確定的拍攝鏡頭的焦距(例如，它是廣角拍攝還是長焦拍攝)、拍攝模式是否是臉部檢測模式、它是靜止圖像拍攝模式還是活動圖像拍攝模式、它是否是夜景拍攝模式、它是否是活動對象拍攝模式、記錄像素的數目、以及ISO靈敏度，而不是按下快門釋放按鈕。系統控制單元29對從固態圖像捕捉元件21輸出的活動圖像狀態下的並且使用諸如如下所述的數位訊號處理單元26的其附屬組件在數位訊號處理單元26中被處理的捕捉的圖像數據(直通圖像)進行解釋，以便計算評估曲線和檢測到主對象的距離。此外，系統控制單元29執行被部署在固態圖像捕捉元件21的光路的前端處的拍攝鏡頭20的聚焦鏡頭的位置控制，並且通過驅動單元24使得對焦在對象上的光學圖像形成在固態圖像捕捉元件21的光接收表面上。固態圖像捕捉元件21在本實施例中是CMOS型。雖然固態圖像捕捉元件21的輸出信號在模擬信號處理單元(AFE:模擬前端)22處被處理，但是AFE部(例如，進行相關雙採樣處理或鉗位的電路、執行增益控制的信號放大電路)通常被安裝為固態圖像捕捉元件晶片上的外圍電路。而且，諸如水平偏轉電路、豎直偏轉電路、噪聲降低電路、以及同步信號產生電路的其它電路作為外圍電路被形成在圍繞光接收部的固態圖像捕捉元件21的晶片上。在一些情況下，還形成圖1的A/D轉換單元23。此外，即使固態圖像捕捉元件21是CXD型，下述實施例實際上也是適用的。圖2是固態圖像捕捉元件21的光接收表面的解釋性視圖。在附圖中未圖示的多個像素(光接收元件:光二極體)被布置並且被形成在固態圖像捕捉元件21的光接收表面上的二維陣列中。在本實施例中，所述多個像素被布置並且被形成在方格網布置中。而且，像素布置並不限於方格網布置並且可以是所謂的蜂巢布置，在所謂的蜂巢布置中，偶數行的像素行被布置成相對於奇數行的像素行分別偏移1/2像素節距。矩形形狀的相位差檢測區域40被設置在光接收表面上的局部區域的位置處(在所圖示的示例中的中央位置處)。雖然僅一個相位差檢測區域40被設置在光接收表面上，但是多個相位差檢測區域可以被設置，使得在拍攝屏幕中的任何地方實現AF。可以將光接收表面的整個區域用作相位差檢測區域。本實施例的特徵在於基於圖像捕捉設備10的設置狀態(由用戶輸入的命令的內容)彼此切換如下兩種情況:如下所述通過在垂直於相位差檢測方向(左右方向，即，在本示例中X方向是相位差檢測方向)的方向(上下方向y)上將相位差檢測區域40分割成4份來檢測到對象的對焦位置的情況·；以及到對象的對焦位置被檢測為一個區域而不分割相位差檢測區域40的情況。而且，分割數目並不限於4，並且它可以是6、7並且可以被分割成任意數目。圖3是被圖示為相位差檢測區域40內的圖2的虛線矩形形狀的框41的那部分的表面的放大示意圖。多個像素被布置為固態圖像捕捉元件21的光接收表面上的方格網布置，對於相位差檢測區域40而言，該方格網布置也是相同的。在示出的示例中，每個像素由R (紅)、G (綠)、或B (藍)指示。R、G、和B分別指示堆疊在像素上的濾色器的顏色。雖然在本示例中例示了拜耳布置，但是濾色器的布置並不限於拜耳布置，並且它可以是另一個濾色器布置，諸如條紋布置。雖然在相位差檢測區域40內的像素布置和濾色器布置與相位差檢測區域40之外的光接收表面的那些是相同的，但是在相位差檢測區域40內彼此傾斜地相鄰的成對的像素分別由Ix和Iy指示。用於相位差檢測目的的成對像素被設置在相位差檢測區域40內的離散且周期性位置(在示出的實施例中在檢查位置處)。而且，對在圖示的示例中的拜耳布置而言，濾色器布置具有相互傾斜地相鄰的相同顏色的像素。關於水平條紋布置，由於相同顏色的像素被布置在水平方向上，所以形成一對的兩個像素與寬同向地彼此相鄰。替代地，形成一對的兩個像素可以不被設置在水平條紋布置中的相同顏色的過濾器行中，而是可以彼此分離並且分別被設置在豎直方向上離彼此最近的相同顏色的過濾器行中。上述情況也適用於豎直條紋布置。在本實施例中，相位差檢測像素IX、Iy被安裝在安裝有G過濾器的像素上，該安裝有G過濾器的像素是R、G、和B當中最多的並且在水平方向(X方向)上以八個像素的間隔且在豎直方向(y方向)上以八個像素的間隔被布置，並且此外，整體上將被定位在檢查位置處。因此，當在相位差方向(水平方向)上被觀察時，相位差檢測像素Ix以4個像素的間隔被布置。圖4是示意性地圖示從圖3提取的僅相位差檢測像素lx、ly的視圖。關於形成成對像素的相位差檢測像素lx、ly，如在專利文獻2中，相位差檢測像素的光屏蔽孔徑2x、2y被形成為小於其它像素(相位差檢測像素之外的像素)。而且，像素Ix的光屏蔽孔徑2x在左方向上被偏心地設置，並且像素Iy的光屏蔽孔徑2y在右方向上被偏心地設置(相位差方向)。在圖4的下部處圖示的曲線X是繪製出在一個水平行中對齊的相位差檢測像素Ix的檢測信號量的圖形，並且曲線Y是繪製出與像素Ix形成對的相位差檢測像素Iy的檢測信號量的圖形。認為成對像素Ix和Iy中的像素從相同的對象接收光，因為它們是相鄰的像素並且彼此非常近。由於 這個原因，認為曲線X和曲線Y成為相同的形式，並且左右方向(相位差方向)的偏差變成在光瞳分割的成對像素的一側的像素Ix處觀察到的圖像與在另一側的像素Iy處觀察的圖像之間的相位差量。通過執行曲線X和曲線Y的相關運算，可以計算相位差量(水平偏差量)，並且可以基於該相位差量來計算到對象的距離。關於計算曲線X和曲線Y的相關量的評估值的方法，可以採用已知的方法(例如，在專利文獻I中描述的方法或在專利文獻2中描述的方法)。例如，在形成曲線X的點X (i)中的每一個與在形成曲線Y的點Y (i+j)中的每一個之間的差的絕對值的積分值被設置為評估值，並且提供最大評估值的值j被設置為相位差量(水平偏差量)。然而，在每個像素的光接收面積小的情況下，每個信號量變得小並且噪音比增加，並且因此，即使執行了相關運算，也變得難以精確地檢測相位差。因此，如果為在豎直方向上的多個像素添加從在相同的水平位置上的像素Ix檢測到的信號，並且為在水平方向上的在圖2的相位差檢測區域40內的多個像素添加從在相同的水平位置上的像素Iy檢測到的信號，則噪音的影響降低並且可以增強檢測精度(AF精度)。然而，增加用於像素添加的像素的數目並不總是好事。當用於像素添加的像素的數目增加時，隨著用於像素添加的像素的數目增加，作為在相位差檢測區域40中的像素添加的目標的相位差檢測像素的布置區域沿豎直方向(垂直的方向)延伸。關於對象的圖案，在相位差檢測區域40的上部處捕捉的圖案圖像、在中部處捕捉的圖案圖像、以及在下部處捕捉的圖案圖像通常相互不同。由於這個原因，如果相位差檢測區域40被設置為一個區域，並且基於對象在其像素上執行像素添加，則可能存在如下情況:由於對象的圖案在像素添加之後在相位差檢測方向(水平方向)上被均衡，所以用於計算相位差的評估值減小。因此，在本實施例中，要針對哪個對象進行拍攝作為圖像捕捉設備10的設置狀態被事先知道，並且對於需要高精度AF的對象，相位差檢測區域40被分割成四份，並且像素添加的範圍被限制於每個分割的區域的內部，使得在分割的區域之外不執行像素添加。也就是，通過對分割的區域1、I1、II1、IV中的每一個執行像素添加而獲得分割的區域評估曲線(相關運算曲線)，並且通過相加單獨的分割的區域評估曲線而獲得相位差檢測區域40的總體評估曲線(總評估曲線)。圖5是圖示分割的區域中的每一個的分割的區域評估曲線(每個分割的區域的相關運算曲線)1、I1、II1、IV和通過對四個分割的區域中的每一個的評估曲線上執行運算過程(其在本實施例中是「通過相加的總數」，但可以是相加平均處理或相乘)而獲得的總評估曲線(整個區域的評估曲線)V的圖形。分割的區域評估曲線I通過對圖4的曲線X和圖4的曲線Y上執行相關運算而獲得，圖4的曲線X通過對於在豎直方向上(例如，圖3的符號45)的在分割的區域I內的相位差檢測像素Ix的檢測信號執行像素添加而獲得，圖4的曲線Y通過對於在豎直方向上(例如，圖3的符號46)的在分割的區域I內的相位差檢測像素Iy的檢測信號執行像素添加而獲得。在該示例中，最大評估值作為最小值被獲得。同樣，分割的區域評估曲線II是從分割的區域II獲得的評估曲線，分割的區域評估曲線III是從分割的區域III獲得的評估曲線，並且分割的區域評估曲線IV是從分割的區域IV獲得的評估曲線。對於布置在相位差檢測區域40的豎直方向上的相位差檢測像素Ix的像素數目而言，由於用以獲得四個分割的區域的四條評估曲線1、I1、II1、IV中的每一條的像素添加的像素的數目在分割的區域的數目上變為大致1，所以對象的圖案被均衡是不太可能的，並且精確地計算評估值成為可能。然後，通過求和四個分割的區域評估曲線1、I1、II1、IV來獲得總評估曲線V並且此外在該總評估曲線V中執行子像素插值來計算用於將聚焦鏡頭調節至對焦位置的相位差量(散焦量)。因此，在維持對象的分割的區域中的每一個的評估值的同時，對噪音具有魯棒性的相位差的高度精確的計算的執行成為可能。在圖5中，由於橫坐標軸的一個單位是圖3的相位差檢測像素的像素間隔(由於它是以八個像素為間隔的檢查布 置，所以它變成4個像素的間隔)，所以，通過考慮例如總評估曲線V的最小值的位置和對於該最小值延伸至右側的曲線以及延伸至左側的曲線的每個斜率執行子像素插值來計算提供最小真值(最大評估值)的位置，即相位差量。因此，通過圖3的一個像素單元來計算相位差量成為可能。如上文所描述的，通過將相位差檢測區域分割成多個區域並且為分割的區域中的每一個執行相關運算來以高精度計算對焦位置成為可能。然而，由於相關運算花費時間，所以分割數目的增加充當妨礙AF加速的因素。因此，在本實施例中，在可以確定即使通過基於圖像捕捉設備的設置狀態將相位差檢測區域40設置為一個區域而不對相位差檢測區域40進行分割來執行相位差檢測像素的像素添加，AF精度也很高的情況下，通過獲得最佳值來計算對焦位置。並且通過對於在豎直方向上在相位差檢測區域40內的相位差檢測像素Ix和Iy執行像素添加以及對於用於像素Ix的添加信號的圖4的曲線X和用於像素Iy的添加信號的圖4的曲線Y執行相關運算來獲得最佳值。因此，促進了 AF操作的加速。而且，當從圖像捕捉設備的設置狀態得知要針對哪個對象進行拍攝並且認為可能期望分割相位差檢測區域40以增加AF精度時，通過圖5中描述的方法來計算對焦位置。圖6是圖示根據本發明的第一實施例的AF處理序列的流程圖，所述第一實施例是通過使用下級單元(例如，數位訊號處理單元26)執行的系統控制單元29。
當AF操作開始，首先在步驟SI中確定焦距是否比某個值更短(步驟SI)。例如，當用戶輸入長焦側拍攝設置時，由於焦距變長，所以接著是步驟S2，其中，相位差檢測區域40被分割成多個區域。在本示例中，它被分割成4個區域。然後，在下一個步驟S3中通過對分割的區域中的每一個執行相關運算來計算分割的區域評估曲線1、I1、II1、IV，並且在下一個步驟S4中通過對分割的區域評估曲線1、I1、II1、IV求和來獲得總評估曲線V。然後，接著是步驟S7，其中，通過執行子像素插值來為總評估曲線V獲得最佳評估值，並且計算提供最佳評估值的相位差量(散焦量)。然後，在下一個步驟S8中通過控制聚焦鏡頭的位置來執行對焦控制，並且終止該處理。例如，當用戶輸入廣角側拍攝設置時，由於作為步驟SI的確定的結果焦距是短的，所以在步驟SI後接著是步驟S5。在步驟S5將相位差檢測區域40作為不被分割的一個區域對待，並且在步驟S6中，對於在相位差檢測區域40中添加的相位差檢測像素Ix中獲得的圖4的曲線X和在相位差檢測像素Iy中獲得的曲線Y執行相關運算。並且然後，基於作為相關運算的結果而獲得的總評估曲線來計算散焦量(步驟S7)，並且執行聚焦鏡頭的對焦控制(步驟S8)。在利用不同的焦距對相同的對象進行拍攝的情況下，具有短焦距的對象圖像具有許多高頻分量，並且具有長焦距的對象圖像具有許多低頻分量。當在AF精度的方面中被考慮時，由於當許多高頻分量存在時相位差AF—般是高度可靠的，所以可以獲得足夠的精度而不分割區域。相反，當許多低頻分量存在時，可以通過分割區域來提高AF精度。分割數目的增加充當妨礙AF的加速的因素，因為執行相關運算花費時間。因此，在本實施例中，當在短焦距(其中，認為AF精度本來是高的)中進行拍攝時，避免了相位差檢測區域40的分割，並且僅當在長焦距中進行拍攝時，對相位差檢測區域40進行分割，以便促進AF精度的提高 。因此，在本實施例中，甚至利用設置有小圖像捕捉元件的圖像捕捉設備，也可以獲得相當於單鏡頭反光照相機的高速度AF和高精度AF的高速度AF和高精度AF0圖7是圖示根據本發明的第二實施例的處理序列的流程圖。對與圖6中的處理步驟相同的處理步驟分配相同的步驟編號，並且將省略這些處理步驟的詳細的描述。在本實施例中，在步驟SI中確定焦距。當在長焦距中拍攝時，接著是步驟S2a，在步驟S2a中，將區域分割數目設置為「4」。而且，當在短焦距中拍攝時，接著是步驟S2b，在步驟S2b中，將區域分割數目設置為「2」。並且然後，接著是步驟S3、S4、S7、S8，並且終止該處理。在圖6的實施例中，雖然進行了「分割區域」和「不分割區域」的情況分類，但是，不要求總是選擇不對區域進行分割的分割數目「I」。通過如圖7的實施例中那樣減少區域切割數目，可以促進相關運算處理時間的縮短和AF操作的加速。圖8是圖示根據本發明的第三實施例的處理序列的流程圖。對與圖6中的處理步驟相同的處理步驟分配相同的步驟編號，並且將省略這些處理步驟的詳細的描述。在本實施例中，在步驟Sll中，確定圖像捕捉設備10是否被設置在臉部檢測模式中。在設備被設置在臉部檢測模式中的情況下，接著是步驟S2，在步驟S2中，對相位差檢測區域40進行分割。然後，接著進行下列處理步驟S6、S7、S8。
在設置了臉部檢測模式的情況下，可以確定主對象是人。由於人臉大體是低頻圖像，所以難以確定焦點位置。因此，接著進行步驟S2以分割相位差檢測區域40，從而提高AF精度。在未設置臉部檢測模式的情況下，可以確定主對象是不同於人的對象。即使人被反映在該對象中，它也僅是背景的一部分，並且不需要聚焦在人上。因此，在步驟S5中將相位差檢測區域40作一個區域對待，並且促進了 AF操作的加速。圖9是圖示根據本發明的第四實施例的處理序列的流程圖。對與圖7中的處理步驟相同的處理步驟分配相同的步驟編號，並且將省略這些處理步驟的詳細的描述。在本實施例中，在步驟Sll中，確定圖像捕捉設備10是否被設置在臉部檢測模式中。在設備被設置在臉部檢測模式中的情況下，接著執行步驟S2a以將相位差檢測區域40分割成4份，並且然後接著執行後續步驟S3、S4、S7、S8。在設備未被設置在臉部檢測模式中的情況下，接著執行步驟S2b以將相位差檢測區域40分割成2份，並且然後接著執行後續步驟S3、S4、S7、S8。以這種方式，如本實施例中圖8那樣，取決於設備是否像被設置在臉部檢測模式中來選擇AF精度的提高或AF操作的加速。圖10是圖示根據本發明的第五實施例的處理序列的流程圖。對與圖8中的處理步驟相同的處理步驟分配相同的步驟編號，並且將省略這些處理步驟的詳細的描述。在本實施例中，在步驟S12中，確定圖像捕捉設備10是否被設置在活動圖像拍攝模式中。在設備被設置在靜止圖像拍攝模式中的情況下，相位差檢測區域40被分割成多個區域(步驟S2)，並且在設備被設置在活動圖像拍攝模式中的情況下，通過將相位差檢測區域40設置成一個區域來促進AF操作的加速(步驟S5)。通常，要求對焦高清晰度圖像用於靜止圖像，並且在活動圖像中所要求的清晰度低於靜止圖像的清晰度。 因此，在靜止圖像拍攝模式中進行區域分割以增加AF精度，並且優選的是，在活動圖像拍攝模式中不進行用於AF操作的加速的區域分割。圖11是圖示根據本發明的第六實施例的處理序列的流程圖。對與圖9中的處理步驟相同的處理步驟分配相同的步驟編號，並且將省略這些處理步驟的詳細的描述。在本實施例中，在步驟S12中，確定圖像捕捉設備10被設置在靜止圖像拍攝模式還是活動圖像拍攝模式中。在設備被設置在靜止圖像拍攝模式中的情況下，相位差檢測區域40被分割成4份(步驟S2a)以提高AF精度。在設備被設置在活動圖像拍攝模式中的情況下，相位差檢測區域被分割成2份(步驟S2b)以通過減少分割數目來促進AF操作的加速。圖12是圖示根據本發明的第七實施例的處理序列的流程圖。對與圖8中的處理步驟相同的處理步驟分配相同的步驟編號，並且將省略這些處理步驟的詳細的描述。在本實施例中，在步驟S13中，確定圖像捕捉設備1 0是否被設置在夜景拍攝模式中。在設備被設置在夜景拍攝模式中的情況下，執行步驟S2，並且在設備未被設置在夜景拍攝模式中的情況下，執行步驟S5。關於夜景，由於通常對象一般是黑暗的，所以難以獲得AF精度。由於這個原因，在設備被設置在夜景拍攝模式中的情況下，執行步驟S2以分割相位差檢測區域，從而有助於AF操作的加速。 圖13是圖示根據本發明的第八實施例的處理序列的流程圖。對與圖8中的處理步驟相同的處理步驟分配相同的步驟編號，並且將省略這些處理步驟的詳細的描述。在本實施例中，在步驟S14中，確定圖像捕捉設備10是否被設置在活動對象拍攝模式中。在設備被設置在活動對象拍攝模式中的情況下，執行步驟S5，並且在設備未被設置在活動對象拍攝模式中的情況下，執行步驟S2。在拍攝該活動對象的情況下，即，在拍攝活動目標的情況下，可以計算AF速度。因此，在活動對象拍攝模式中，接著是步驟S5，其中在認真查看AF速度而不分割區域的情況下在相位差AF中檢測對焦位置。圖14和圖15分別是圖示本發明的第九和第十實施例的AF處理序列的流程圖。對與圖8和圖9中的處理步驟相同的處理步驟分配相同的步驟編號，並且將省略這些處理步驟的詳細的描述。在這些實施例中，在步驟S15中，確定記錄像素的數目的設置是否大於某個數目。AF (自動聚焦)所需的精度取決於像素的節距。隨著存儲像素的數目的增加，AF所需的精度增加。因此，在存儲像素的數目大的情況下，執行步驟S2 (或圖15的步驟S2a)以增加區域分割數目，並且在存儲像素的數目小的情況下，執行圖14的步驟S5(或圖15的步驟S2b)以減少區域分 割數目。圖16和圖17分別是圖示本發明的第十一和第十二實施例的處理序列的流程圖。對與圖8和圖9中的處理步驟相同的處理步驟分配相同的步驟編號，並且將省略這些處理步驟的詳細的描述。在上文描述的實施例中，在步驟S16中，確定在圖像捕捉設備10中設置的ISO靈敏度是否高於某個靈敏度。隨著ISO靈敏度的下降，噪音變得更少，並且AF所需的精度變得更高。因此，在ISO靈敏度低的情況下，執行圖16的步驟S2 (或圖17的步驟S2a)以增加區域分割數目。而且，在ISO靈敏度高的情況下，執行圖16的步驟S5 (或圖17的步驟S2b)以減少區域分割數目。如上文所描述的，在上文描述的實施例中的每一個中，基於諸如圖像捕捉設備10的拍攝模式的設置信息等來確定對象是否需要AF精度以及對象是否需要高速度AF，並且然後確定相位差檢測區域的分割數目。因此，可以通過根據對象圖像使用適當的區域分割數目來進行相位差AF處理，並且甚至利用安裝有小圖像捕捉元件的圖像捕捉設備，也可以獲得相當於單鏡頭反光照相機的高速度AF和高精度AF的高速度AF和高精度AF。而且，雖然已經使用圖6至圖12單獨描述了實施例中的每一個，但是明顯的是，可以組合多個實施例。例如，關於夜景拍攝模式，已經描述的是，在設備未被設置在夜景拍攝模式中的情況下，不分割區域。然而，在設備未被設置在夜景拍攝模式中的情況下，確定設備是否被設置在另一個拍攝模式中，並且當設備被設置在另一個拍攝模式中時，確定是否需要高速AF或確定是否需要高精度AF，使得可以切換區域分割的存在/不存在或區域分割數目。此外，在上文描述的實施例中的每一個中，雖然照相機側已經基於諸如拍攝模式等的設置信息來自動地確定對象是否需要高速度AF，但是它可以被配置成使得高速度AF/高精度AF可以由用戶設置和輸入，並且區域分割數目可以由用戶指定和輸入。此外，雖然在上文描述的實施例中，已經通過使用其中由於光瞳分割的像素對形成相位差檢測像素並且被部署成在相對的方向上偏移，光線屏蔽孔徑被形成為小的示例做出了本描述，但是通過光瞳分割來形成相位差檢測像素的方法並不限於此。例如，可以通過安裝微型鏡頭到成對像素上來對該成對像素進行光瞳分割。
此外，雖然在上文描述的實施例中已經通過相加所有的分割的區域評估曲線獲得了總評估曲線，但是不必將所有分割的區域評估曲線作為將被相加的對象(通過運算處理來處理的對象)，而是可以對於不可靠或具有在很大程度上與其它分割的區域評估曲線的最小值的位置不同的最小值的位置的分割的區域評估曲線之外的分割的區域評估曲線，執行相加並且計算多個區域的相關的運算曲線，可以進一步促進AF精度的提聞。此外，雖然在上文描述的實施例已經圍繞其中檢測相位差的成對像素被安裝在離散的、周期性的位置上的示例做出了本描述，但是所述成對像素不一定安裝在離散的、周期性的位置並且可以在隨機位置上(即使安裝在相同行中的相位差檢測像素是在隨機位置處，也可計算曲線X、Y)。而且，所有像素可以被設置為相位差檢測像素。上述實施例的圖像捕捉設備和對焦位置檢測方法的特徵在於，該圖像捕捉設備包括:圖像捕捉元件，其中成對像素二維地布置在相位差檢測區域中，所述成對像素由光瞳分割的第一相位差檢測像素和第二相位差檢測像素配置，所述相位差檢測區域被設置在捕捉對象的圖像的光接收表面上；聚焦鏡頭，所述聚焦鏡頭被部署在所述圖像捕捉元件的光路的前端處並且在所述光接收表面上形成對焦在對象上的光學圖像；以及控制裝置，所述控制裝置計算在從所述第一相位差檢測像素輸出的關於所述成對像素的一側布置方向的第一檢測信息的第一分布曲線與從所述第二相位差檢測像素輸出的關於所述一側布置方向的第二檢測信息的第二分布曲線之間的相位差，並且基於所述相位差驅動所述聚焦鏡頭並且將所述聚焦鏡頭控制到所述對焦位置，其中所述對焦位置檢測方法包括:基於所述圖像捕捉設備的設置狀態來確定將所述相位差檢測區域在垂直於所述相位差的檢測方向的方向上被分割成的分割數目設置成第一分割數目η還是設置成大於η的第二分割數目m，通過計算在通過將所述相位差檢測區域分割成所述η份或所述m份而形成的分割的區域中的每一個的所述第一檢測信息與所述第二檢測信息之間的相關性來為每個分割的區域計算相關運算曲線，以及從通過對於所述多個分割的區域的相關運算曲線進行所需的計算處理而獲得的總評估曲線獲取散焦量以驅動所述聚焦鏡頭並且將所述聚焦鏡頭控制到所述對焦位置。並且，所述圖像捕 捉設備和所述對焦位置檢測方法的特徵在於，所述第一分割數目η包括1，並且當η=1時，所述分割的區域的相關運算曲線被設置為所述多個分割的區域的相關運算曲線。並且，實施例的所述圖像捕捉設備和所述對焦位置檢測方法的特徵在於，基於焦距來確定所述圖像捕捉設備的設置狀態，使得當所述焦距小於臨界值時，選擇第一分割數目n，並且當所述焦距大於所述臨界值時，選擇所述第二分割數目m。並且，實施例的所述圖像捕捉設備和所述對焦位置檢測方法的特徵在於，基於是否設置臉部檢測模式來確定所述圖像捕捉設備的設置狀態，使得當設置所述臉部檢測模式時，選擇所述第一分割數目n，並且當未設置所述臉部檢測模式時，選擇所述第二分割數目m0並且，實施例的所述圖像捕捉設備和所述對焦位置檢測方法的特徵在於，基於是否設置靜止圖像拍攝模式或是否設置活動圖像拍攝模式來確定所述圖像捕捉設備的設置狀態，使得當設置所述活動圖像拍攝模式時，選擇所述第一分割數目n，並且當設置所述靜止圖像拍攝模式時，選擇所述第二分割數目m。
並且，實施例的所述圖像捕捉設備和所述對焦位置檢測方法的特徵在於，基於是否設置夜景模式來確定所述圖像捕捉設備的設置狀態，使得當未設置所述夜景模式時，選擇所述第一分割數目n，並且當設置所述夜景模式時，選擇所述第二分割數目m。並且，實施例的所述圖像捕捉設備和所述對焦位置檢測方法的特徵在於，基於是否設置活動對象拍攝模式來確定所述圖像捕捉設備的設置狀態，使得當設置所述活動對象拍攝模式時，選擇所述第一分割數目n，並且當未設置所述活動對象拍攝模式時，選擇所述第二分割數目m。並且，實施例的所述圖像捕捉設備和所述對焦位置檢測方法的特徵在於，基於所設置的記錄像素的設置數目來確定所述圖像捕捉設備的設置狀態，使得當存儲像素的數目小於某個值時，選擇所述第一分割數目n，並且當記錄像素的數目大於該值時，選擇所述第二分割數目m。並且，實施例的所述圖像捕捉設備和所述對焦位置檢測方法的特徵在於，根據設置的拍攝靈敏度來確定所述圖像捕捉設備的設置狀態，使得當所述拍攝靈敏度大於某個值時，選擇所述第一分割數 目n，並且當所述拍攝靈敏度小於該值時，選擇所述第二分割數目m0根據上文描述的實施例，由於照相機側基於照相機的設置狀態來確定哪個對象將被拍攝以便確定是否以高速度AF拍攝或以高精度AF進行拍攝，所以甚至利用小圖像捕捉元件，也可以實現相當於單鏡頭反光照相機的高速度AF和高精度AF的高速度AF和高精度AF0工業實用性根據本發明的對焦位置檢測方法當被應用於例如數位照相機尤其是緊湊型數位照相機、安裝有照相機的可攜式電話、安裝有照相機的電子設備、以及用於內窺鏡的圖像捕捉元件時是有用的，因為可以獲得高速度和高精度AF性能，而無論對象的狀態。本申請是基於2010年11月30日提交的日本專利申請N0.2010-267934並且該日本專利申請的公開內容通過弓I用整體併入本文。附圖標記清單lx、ly:相位差檢測像素2x、2y:相位差檢測像素的孔徑10:圖像捕捉設備20:拍攝鏡頭21:固態圖像捕捉元件24:驅動單元26:數位訊號處理單元29:系統控制單元40:相位差檢測區域I，II，III，IV:分割的區域
權利要求
1.一種圖像捕捉設備，包括: 圖像捕捉元件，其中成對像素二維地布置在相位差檢測區域中，所述成對像素的每一個由光瞳分割的第一相位差檢測像素和第二相位差檢測像素來配置，所述相位差檢測區域被設置在捕捉對象的圖像的光接收表面上； 聚焦鏡頭，所述聚焦鏡頭被部署在所述圖像捕捉元件的光路的前端處並且在所述光接收表面上形成對焦在所述對象上的光學圖像；以及 控制裝置，所述控制裝置計算在從所述第一相位差檢測像素輸出的關於所述成對像素的一側布置方向的第一檢測信息的第一分布曲線與從所述第二相位差檢測像素輸出的關於所述一側布置方向的第二檢測信息的第二分布曲線之間的相位差，並且基於所述相位差驅動所述聚焦鏡頭並將所述聚焦鏡頭控制到對焦位置，其中所述控制裝置包括: 裝置，用於基於所述圖像捕捉設備的設置狀態來確定將所述相位差檢測區域在垂直於所述相位差的檢測方向的方向上被分割成的分割數目設置成第一分割數目η還是大於η的第二分割數目m， 裝置，用於通過對於通過將所述相位差檢測區域分割成所述η份或所述m份而形成的分割的區域中的每一個，計算所述第一檢測信息與所述第二檢測信息之間的相關性，來為每個分割的區域計算相關運算曲線，以及 裝置，用於從通過對於所述多個分割的區域的相關運算曲線進行所需的計算處理而獲得的總評估曲線獲取散焦量，以驅動所述聚焦鏡頭並且將所述聚焦鏡頭控制到所述對焦位置。
2.根據權利要求1所述的圖像捕捉設備，其中所述第一分割數目η包括1，並且當η=1時，所述分割的區域的相 關運算曲線被設置為所述多個分割的區域的相關運算曲線。
3.根據權利要求1或2所述的圖像捕捉設備，其中基於焦距來確定所述圖像捕捉設備的設置狀態，使得當所述焦距小於臨界值時，選擇所述第一分割數目n，並且當所述焦距大於所述臨界值時，選擇所述第二分割數目m。
4.根據權利要求1或2所述的圖像捕捉設備，其中基於是否設置了臉部檢測模式來確定所述圖像捕捉設備的設置狀態，使得當設置了所述臉部檢測模式時，選擇所述第一分割數目n，並且當未設置所述臉部檢測模式時，選擇所述第二分割數目m。
5.根據權利要求1或2所述的圖像捕捉設備，其中基於設置了靜止圖像拍攝模式還是設置了活動圖像拍攝模式來確定所述圖像捕捉設備的設置狀態，使得當設置了所述活動圖像拍攝模式時，選擇所述第一分割數目n，並且當設置了所述靜止圖像拍攝模式時，選擇所述第二分割數目m。
6.根據權利要求1或2所述的圖像捕捉設備，其中基於是否設置了夜景模式來確定所述圖像捕捉設備的設置狀態，使得當未設置所述夜景模式時，選擇所述第一分割數目n，並且當設置了所述夜景模式時，選擇所述第二分割數目m。
7.根據權利要求1或2所述的圖像捕捉設備，其中基於是否設置了活動對象拍攝模式來確定所述圖像捕捉設備的設置狀態，使得當設置了所述活動對象拍攝模式時，選擇所述第一分割數目n，並且當未設置所述活動對象拍攝模式時，選擇所述第二分割數目m。
8.根據權利要求1或2所述的圖像捕捉設備，其中基於所設置的記錄像素的設置數目來確定所述圖像捕捉設備的設置狀態，使得當所述記錄像素的數目小於某個值時，選擇所述第一分割數目n，並且當所述記錄像素的數目大於該值時，選擇所述第二分割數目m。
9.根據權利要求1或2所述的圖像捕捉設備，其中基於所設置的拍攝靈敏度來確定所述圖像捕捉設備的設置狀態，使得當所述拍攝靈敏度大於某個值時，選擇所述第一分割數目n，並且當所述拍攝靈敏度小於該值時，選擇所述第二分割數目m。
10.一種圖像捕捉設備的對焦位置檢測方法，所述圖像捕捉設備包括圖像捕捉元件，其中成對像素二維地布置在相位差檢測區域中，所述成對像素由光瞳分割的第一相位差檢測像素和第二相位差檢測像素來配置，所述相位差檢測區域被設置在捕捉對象的圖像的光接收表面上；聚焦鏡頭，所述聚焦鏡頭被部署在所述圖像捕捉元件的光路的前端處並且在所述光接收表面上形成對焦在所述對象上的光學圖像；以及控制裝置，所述控制裝置計算在從所述第一相位差檢測像素輸出的關於所述成對像素的一側布置方向的第一檢測信息的第一分布曲線與從所述第二相位差檢測像素輸出的關於所述一側布置方向的第二檢測信息的第二分布曲線之間的相位差，並且基於所述相位差驅動所述聚焦鏡頭並且將所述聚焦鏡頭控制到所述對焦位置，其中所述方法包括: 基於所述圖像捕捉設備的設置狀態來確定將所述相位差檢測區域在垂直於所述相位差的檢測方向的方向上被分割成的分割數目設置成第一分割數目η還是設置成大於η的第二分割數目m， 通過對於通過將所述相位差檢測區域分割成所述η份或所述m份而形成的分割的區域中的每一個，計算在所述第一檢測信息與所述第二檢測信息之間的相關性，來為每個分割的區域計算相關運算曲線，以及 從通過對於所述多個分割的區域的相關運算曲線進行所需的計算處理而獲得的總評估曲線獲取散焦量，以驅動所述聚焦鏡頭並且將所述聚焦鏡頭控制到所述對焦位置。
11.根據權利要求10所述的圖像捕捉設備的對焦位置檢測方法，其中所述第一分割數目η包括1，並且當η=1時，所述分割的區域的相關運算曲線被設置為所述多個分割的區域的相關運算曲線。
12.根據權利要求10或11所述的圖像捕捉設備的對焦位置檢測方法，其中基於焦距來確定所述圖像捕捉設備的設置狀態，使得當所述焦距小於臨界值時，選擇第一分割數目n，並且當所述焦距大於所述臨界值時，選擇所述第二分割數目m。
13.根據權利要求10或11所述的圖像捕捉設備的對焦位置檢測方法，其中基於是否設置了臉部檢測模式來確定所述圖像捕捉設備的設置狀態，使得當設置了所述臉部檢測模式時，選擇所述第一分割數目n，並且當未設置所述臉部檢測模式時，選擇所述第二分割數目m0
14.根據權利要求10或11所述的圖像捕捉設備的對焦位置檢測方法，其中基於設置了靜止圖像拍攝模式還是設置了活動圖像拍攝模式來確定所述圖像捕捉設備的設置狀態，使得當設置了所述活動圖像拍攝模式時，選擇所述第一分割數目n，並且當設置了所述靜止圖像拍攝模式時，選擇所述第二分割數目m。
15.根據權利要求10或11所述的圖像捕捉設備的對焦位置檢測方法，其中基於是否設置了夜景模式來確定所述圖像捕捉設備的設置狀態，使得當未設置所述夜景模式時，選擇所述第一分割數目n，並且當設置了所述夜景模式時，選擇所述第二分割數目m。
16.根據權利要求10或11所述的圖像捕捉設備的對焦位置檢測方法，其中基於是否設置了活動對象拍攝模式來確定所述圖像捕捉設備的設置狀態，使得當設置了所述活動對象拍攝模式時，選擇所述第一分割數目n，並且當未設置所述活動對象拍攝模式時，選擇所述第二分割數目m。
17.根據權利要求10或11所述的圖像捕捉設備的對焦位置檢測方法，其中基於所設置的記錄像素的設置數目來確定所述圖像捕捉設備的設置狀態，使得當存儲像素的數目小於某個值時，選擇所述第一分割數目n，並且當所述記錄像素的數目大於該值時，選擇所述第二分割數目m。
18.根據權利要求10或11所述的圖像捕捉設備的對焦位置檢測方法，其中根據設置的拍攝靈敏度來確定所述圖像捕捉設備的設置狀態，使得當所述拍攝靈敏度大於某個值時，選擇所述第一分割數目n，並且當所述拍攝靈 敏度小於該值時，選擇所述第二分割數目m。
全文摘要
本發明的目的是，無論拍攝對象的狀態如何，都實現高速度和高精度的相位差自動聚焦。提供的是一種成像設備，包括控制裝置，該控制裝置在光接收表面中的相位差檢測區域內布置和形成光瞳分割的第一和第二相位差檢測像素(x,y)，並且基於在像素(x,y)的每一個檢測信息之間的相位差來將在圖像捕捉元件的前端處的聚焦鏡頭驅動和控制到焦點位置。該控制裝置基於拍攝對象的狀態(例如，是廣角還是長焦、是否是臉部檢測模式、或是否是夜景模式等等)確定應當將相位差檢測區域的分割數目設置成第一分割數目n(包括n=1)還是設置成大於n的第二分割數目m；通過對於通過將相位差檢測區域分割成n份或m份而形成的每一個分割區域，算術上找到第一信息與第二信息之間的相關性並且計算分割的區域評估曲線；對於每一個分割的區域的分割的區域評估曲線執行指定的算術處理並且找到總評估曲線；以及從總評估曲線找到用於驅動的散焦量以將聚焦鏡頭控制到對焦位置。
文檔編號G02B7/28GK103238098SQ201180057649
公開日2013年8月7日 申請日期2011年11月18日 優先權日2010年11月30日
發明者青木貴嗣 申請人:富士膠片株式會社