攝像設備的製作方法

2024-02-09 11:27:15 2

專利名稱：攝像設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及能夠使用二維布置的多個光電轉換器元件進行攝像的攝像設備。
背景技術：
使用通過拍攝鏡頭的光束來進行攝像設備的自動焦點檢測及調節的兩種常用方法為對比度檢測方法(也稱作模糊方法)和相位差焦點檢測方法(也稱作偏移方法)。對比度檢測法廣泛應用於運動圖像拍攝用攝像機和靜止電子照相機，其使用圖像 傳感器作為焦點檢測傳感器。在該方法中，將圖像傳感器的輸出信號中、尤其是高頻分量信 息(對比度信息)集中且該對比度信息的評價值為最大值處的調焦透鏡的位置作為對焦位 置。然而，正如它也被稱作登山方法(mountain-climbing method)那樣，該方法涉及在微 小量移動調焦透鏡時取得對比度的評價值，並需要移動透鏡直到判斷出評價值是最終的最 大值為止，因此，該方法不適於高速焦點控制。相位差焦點檢測方法廣泛應用於單鏡頭反光膠片式照相機，並且是對自動對焦 (AF)單鏡頭反光照相機的商用化貢獻最大的技術。在相位差焦點檢測方法中，將通過拍攝 鏡頭的出瞳的光束分離為二，分離出的光束分別由一組焦點檢測傳感器接收。通過根據所 接收到的光量來檢測輸出信號的偏移量，即，通過檢測在光束的分離方向上的相對位置的 偏移量，能夠直接獲得拍攝鏡頭的離焦量。因此，一旦通過焦點檢測傳感器充電了，即可獲 得鏡頭的離焦量和離焦方向，這使得能夠進行高速焦點控制。然而，為了將通過拍攝鏡頭的 出瞳的光束分離為二並獲得每個分離出的光束的信號，通常在攝像光路中設置諸如快速回 位鏡(quick-return mirror)或半透半反鏡(half-mirror)等的光路分離機構，而焦點檢 測光學系統和AF傳感器處於末端。結果，設備大小和成本增大。然而，與此同時，即使在單鏡頭反光照相機中，C⑶和CMOS圖像傳感器現在也廣泛 地取代膠片用作攝像介質。結果，出現了配備有電子取景器模式以及運動圖像記錄模式的 機型，其中，電子取景器模式是通過使快速回位鏡從攝像路徑縮回來實現的，以在設置在照 相機主體中的顯示裝置上顯示被攝體並使得用戶能夠觀看被攝體，運動圖像記錄模式用於 同步地將運動圖像記錄到記錄介質上。這種情況的缺點在於，上述相位差焦點檢測方法的焦點檢測設備將因快速回位鏡 縮回了而無法操作。為解決上述缺點，公開了一種使圖像傳感器設置有相位差檢測性能，從而消除了 對專用AF傳感器的需求，並實現高速相位差AF的技術。在日本特開(JPA) 2000-156823號公報中，通過使光接收部的感測區域相對於片 上微透鏡(on-chip microlens)的光軸偏移，在圖像傳感器的光接收元件(像素)部中設置 瞳分割功能。然後，將以預定間隔布置在攝像像素群之間的像素用作焦點檢測像素，以執行 相位差焦點檢測。另外，由於布置了焦點檢測像素的位置對應於攝像像素缺失部分，因此， 使用相鄰攝像信息對它們進行插值以生成圖像信息。日本特開(JPA) 2000-292686號公報公開了，通過將圖像傳感器的部分像素的光接收部分割為二來提供瞳分割性能。然後，將以預定間隔布置在攝像像素群之間的像素用作焦點檢測像素，以執行相位差焦點檢測。另外，由於設置了焦點檢測像素的位置為攝像像 素缺失的位置，因此在該方法中也使用相鄰攝像信息對它們進行插值以生成缺失像素的圖 像信息。日本特開(JPA) 2001-305415號公報公開了，通過將圖像傳感器的部分像素的光 接收部分割為二來設置瞳分割性能。然後，對來自被分割為二的光接收部的輸出分別執行 處理，以執行相位差焦點檢測，並且還通過將來自被分割為二的光接收部的輸出相加在一 起用作攝像信號。然而，上述已知技術有如下缺點。在日本特開(JPA) 2000-156823號公報、日本特開(JPA) 2000-292686號公報以及 日本特開(JPA) 2001-305415號公報中，光接收特性有差別，例如，焦點檢測像素的光接收 部表面區域比攝像像素的光接收部表面區域小，或者光接收區域的重心相對於片上微透鏡 的光軸偏移了。結果，由於在布置了焦點檢測像素的位置處的像素信息缺失，或者，若被用 作圖像信息則將產生大誤差，因而需要根據相鄰的攝像像素進行插值以生成圖像信號。因此，如果可以減少焦點檢測像素的布置密度，則可以減小上述由於像素缺失 而導致的圖片的劣化，但卻需要付出焦點檢測圖像採樣特性劣化以及焦點檢測性能降低 的代價。換言之，在本技術領域，為了既維持焦點檢測性能又防止圖片質量劣化，焦點 檢測像素的布置方法非常重要。然而，在日本特開(JPA) 2000-156823號公報、日本特開 (JPA) 2000-292686號公報和日本特開(JPA) 2001-305415號公報中，焦點檢測像素集中在 一個區域內。結果，焦點檢測區域局限於攝像區域的特定位置，並且，在該區域中，由於此處 的攝像像素的分布密度低，因此圖片質量劣化極易被察覺。此外，在電子取景器模式和運動圖像模式中，平滑的畫面顯示非常重要。此外，典 型地，還由於解析度無需比靜止圖像的解析度高，因而經常間除讀出圖像傳感器的輸出來 生成圖像，以增大幀頻。利用日本特開(JPA) 2000-156823號公報所述的焦點檢測像素的布置，在間除讀 出圖像傳感器的情況下，不讀出焦點檢測像素，從而不能執行相位差焦點檢測方法。在日本特開(JPA) 2000-292686號公報和日本特開(JPA) 2001-305415號公報所述 的發明中，由於焦點檢測像素集中在一個區域內，因此在執行間除讀出的情況下，焦點檢測 像素也被間除了。結果，採樣特性劣化並且焦點檢測性能嚴重劣化。

發明內容
有鑑於此，本發明的目的在於在從布置在預定區域內的部分像素中讀出信號電荷 的情況下，高效地執行焦點檢測。根據本發明，通過提供一種攝像設備來實現上述目的，該攝像設備包括圖像傳感 器，其具有成對的焦點檢測像素群和多個攝像像素；以及控制部件，其在從布置在所述圖像 傳感器的部分像素內的像素部中讀出信號電荷的間除讀出模式下進行控制，從而使得至少 所述成對的焦點檢測像素群包括在信號電荷被讀出的所述部分像素中。通過以下(參考附圖)對典型實施例的說明，本發明的其它特徵將變得清楚。


圖1是示出根據本發明優選實施例的攝像設備的結構的框圖；圖2是根據本發明優選實施例的圖像傳感器的框圖；圖3A和圖3B是用於解釋根據本發明優選實施例的全像素讀出的圖；圖4A和圖4B是用於解釋根據本發明優選實施例的間除讀出的圖；圖5A和圖5B是根據本發明優選實施例的圖像傳感器的攝像像素的平面圖和剖面 圖；圖6A和6B是根據本發明優選實施例的圖像傳感器的焦點檢測像素的平面圖和剖 面圖；圖7A和7B示出根據本發明優選實施例的焦點檢測像素垂直線檢測布置；圖8A和8B示出根據本發明優選實施例的焦點檢測像素水平線檢測布置；圖9A和9B示出根據本發明優選實施例的焦點檢測像素垂直線/水平線檢測布 置；以及圖IOA和IOB示出根據本發明優選實施例的焦點檢測像素垂直線檢測布置。
具體實施例方式現在將參考附圖詳細說明本發明的優選實施例。圖1是根據本發明優選實施例的攝像設備的結構圖，示出將拍攝光學系統和包括 圖像傳感器的攝像機主體集成為單個單元的電子攝像機。在圖1中，附圖標記101表示布置 在拍攝光學系統(調焦光學系統)前端的第一透鏡組，支撐第一透鏡組以使其可以沿著光 軸前後移動。附圖標記102表示復用的光圈快門，通過對復用的光圈快門的開口直徑進行 調節來調節拍攝期間的光量，並且還具有用於在靜止圖像拍攝期間調節曝光時間的功能。 附圖標記103表示第二透鏡組。光圈快門102和第二透鏡組103 —起沿著光軸前後移動， 並且協同第一透鏡組101的前後移動提供倍率改變效果(變焦功能)。附圖標記105表示第三透鏡組，其通過沿著光軸前後移動來執行焦點調節。附圖 標記106表示低通光學濾波器，是用以減少拍攝圖像的偽色和雲紋(moir6)的光學元件。附 圖標記107表示由CMOS圖像傳感器和外圍電路構成的圖像傳感器。將在m個水平方向和 η個垂直方向的光接收像素上布置了片上拜耳排列(Bayer arrangement)原色馬賽克濾波 器的二維單板彩色傳感器用作圖像傳感器107。附圖標記111表示變焦致動器，其通過旋轉攝像機鏡筒(未示出)而使得第一透 鏡組101 第二透鏡組103沿著光軸前後移動，從而執行倍率改變操作。附圖標記112表 示光圈快門致動器，其控制光圈快門102的開口的直徑並調節拍攝的光量，還控制靜止圖 像拍攝期間的曝光時間。附圖標記114表示調焦致動器，其沿著光軸前後移動第三透鏡組 105並進行焦點調節。附圖標記115表示用於在拍攝期間照明被攝體的電子閃光裝置。優選使用氙氣管 的閃光照明裝置，但也可以使用由連續閃光LED構成的照明裝置。附圖標記116表示AF輔 助閃光單元，其將具有預定開孔圖案的掩模的圖像通過投影透鏡投影到被攝體區域，以改 善針對深色被攝體和低對比度被攝體的焦點檢測能力。附圖標記121表示在攝像設備中以各種方式控制攝像機主體單元的CPU。例如，CPU 121可以具有計算單元、ROM、RAM、A/D轉換器、D/A轉換器和通信接口電路等。另外， CPU 121基於ROM中存儲的預定程序來執行一系列操作，例如，驅動攝像設備的各種電路、 AF、拍攝和圖像處理及記錄等。附圖標記122表示電子閃光控制電路，與拍攝操作同步地控制電子閃光裝置115 的接通。附圖標記123表示輔助閃光碟機動電路，與焦點檢測操作同步地控制AF輔助閃光單 元116的接通。附圖標記124表示圖像傳感器驅動電路，其控制圖像傳感器107的攝像動 作，以及對所獲取的圖像信號進行A/D轉換並將轉換後的圖像信號傳送至CPU 121。附圖標 記125表示圖像處理電路，其對由圖像傳感器107所獲取的圖像進行諸如γ轉換、顏色插 值以及JPEG壓縮等的處理。附圖標記126表示調焦驅動電路，其基於焦點檢測結果來控制調焦致動器114的 驅動，以沿著光軸前後移動第三透鏡組105並進行焦點調節。附圖標記128表示光圈快門 驅動電路，其控制光圈快門致動器112的驅動並控制光圈快門102的開口。附圖標記129 表示變焦驅動電路，其響應於拍攝者的變焦操作驅動變焦致動器111。附圖標記131表示諸如IXD的顯示裝置，其顯示與攝像設備的拍攝模式有關的顯 示信息、拍攝前預覽圖像和拍攝後確認圖像以及焦點檢測期間的對焦狀態顯示圖像等。附 圖標記132表示操作開關組，其由電源開關、釋放(拍攝觸發器)開關、變焦操作開關和拍 攝模式選擇開關等構成。附圖標記133表示記錄所拍攝的圖像的可拆卸閃速存儲器。圖2是根據本發明優選實施例的圖像傳感器107的框圖。注意，圖2的框圖示出 用於說明後面將說明的讀出操作所需的最小結構，因而省略了像素重置信號等。在圖2中， 附圖標記201表示由光電二極體、像素放大器(pixel amp)和重置開關等構成的光電轉換 器單元。下文中，將光電轉換器單元稱作PDU(其中，i是水平方向地址且為大於等於1的 整數，j是垂直方向地址且為大於等於1的整數)。另外，在根據本發明優選實施例的圖像 傳感器中，二維地布置mXn個光電轉換器單元。注意，為了使圖簡單，僅為左上角的光電轉 換器單元PDcitl附上針對單個光電轉換器單元的附圖標記。附圖標記202表示用於選擇光電轉換器單元PDij輸出的開關，它們是通過後面將 說明的垂直掃描電路一次一行地選擇的。 附圖標記203表示用於臨時存儲光電轉換器單元20 IPDij輸出的行存儲器，其存儲 通過垂直掃描電路207選擇的一行光電轉換器單元的輸出。可以將電容器(condenser)用 作行存儲器203。附圖標記204表示連接至水平輸出線的開關，其用於將水平輸出線重置為預定電 位VHRST，並且通過信號HRST對開關204進行控制。附圖標記205表示用於將存儲在行存儲器203中的光電轉換器單元PDnm輸出順 次輸出至水平輸出線的開關。當通過下面所述的水平掃描電路206順次掃描開關Htl Hnrl 時，讀出一行光電轉換器的輸出。附圖標記206表示水平掃描電路，用於順次掃描存儲在行存儲器203中的光電轉 換器單元輸出以將其輸出至水平輸出線。信號PHST是水平掃描電路206的數據輸入，PHl 和PH2是水平掃描電路206的移位時鐘輸入。水平掃描電路206被配置為當PHl為H電 平時設置數據，並且在PH2時鎖存數據。通過將移位時鐘輸入至PHl和PH2，PHST順次移位 並順次接通開關Htl Hnrft5 SKIP是用於在後面將說明的間除讀出期間執行設置的控制端子輸入。通過將SKIP端子設置為H電平，可以以預定間隔跳過水平掃描電路206。後面將說 明該讀出操作。附圖標記207表示垂直掃描電路。通過順次掃描並輸出V。 Vlri，可以選擇光電轉 換器單元PDu選擇開關202。與水平掃描電路206類似，通過數據輸入PVST、移位時鐘PVl、 移位時鐘PV2和間除讀出設置SKIP控制信號來控制垂直掃描電路207。垂直掃描電路207 的操作與水平掃描電路206的操作相同，因此省略其詳細說明。圖3A和3B是示出讀出圖2所示的圖像傳感器107的所有像素的情況的圖。圖3A 是示出mXη個光電轉換器單元201的布置的圖。與圖4Α 圖IOA中相同，圖3Α中描述的 R、G和B符號分別表示應用至光電轉換器單元PDij的紅色、綠色和藍色的濾波器。在本實 施例中，使用拜耳排列作為例子給出說明，其中，在2行X 2列布置的4個像素中，在位於彼 此對角相對的2個像素中布置對G綠色具有光譜敏感度的像素，並且在其它2個像素中分 別布置對R(紅色)和B(藍色)具有光譜敏感度的1個像素。在圖3Α中，沿上側的編號是 水平方向編號，沿左側的編號是垂直方向編號。畫斜線的像素是要讀出的像素。由於圖3Α 示出讀出全部像素的情況，因此在所有像素中畫了斜線。另外，在圖像傳感器107中，通常 設置有用於檢測黑電平(black level)的遮蔽OB(光黑)像素等，並且也讀出OB像素。然 而，在本實施例中，不對其進行說明以避免使說明變得複雜。圖3B是示出在讀出圖像傳感器107的所有像素的信號電荷(數據)的情況下的時 序圖的圖。CPU 121控制圖像傳感器驅動電路124，以向圖像傳感器107發送脈衝。現在， 參考圖3B給出對於全像素讀出操作的說明。首先，驅動垂直掃描電路207以使V。有效。此時，將第0行像素的輸出均輸出至 垂直輸出線。在該狀態下，使MEM信號有效並將各像素的數據採樣保持至行存儲器203。然 後，使PHST有效，輸入PHl和PH2移位時鐘，使H。 Hnrl順次有效，並且向水平輸出線輸出像 素輸出。像素輸出經由放大器208輸出為V0UT，經由未示出的AD轉換器轉換為數字數據， 並且在圖像處理電路125處進行預定圖像處理。然後，垂直掃描電路207使V1有效，向垂直 輸出線輸出第一行的像素輸出，並且類似地通過MEM信號將其臨時存儲在行存儲器203中。 接下來，以同樣的方式，使PHST有效，輸入PHl和PH2移位時鐘，使H。 Hnri順次有效，並且 向水平輸出線輸出像素輸出。以這種方式，順次執行直到讀出第n-1行為止。圖4A和圖4B是示出對圖2所示的圖像傳感器107的間除讀出的例子的圖。圖4A 是示出布置在圖3A所示的相同的圖像傳感器中的第一預定區域內的mXn個光電轉換器單 元201的圖。畫斜線的像素單元是間除讀出期間要讀出的像素。在本實施例中，將讀出在 水平方向及垂直方向上均間除至1/3。圖4B是示出間除讀出期間的時序圖的圖。現在使用圖4B所示的時序圖來給出對於間除讀出操作的說明。通過使水平掃描電路206控制端子和SKIP端有效來執行間除讀 出設置。通過使SKIP端子有效，將水平掃描電路206和垂直掃描電路207的操作從對於每 單個像素的順次掃描改變為對每三個像素的順次掃描。實現的具體方法是已知技術，因此 省略其詳細說明。在間除操作中，首先，驅動垂直掃描電路207以使得V。有效。此時，將第0行的像 素的輸出均輸出至垂直輸出線。在該狀態下，使MEM信號有效並將各像素的數據採樣保持 至行存儲器203。然後，使PHST有效並輸入PHl和PH2移位時鐘。此時，利用使得SKIP端子有效的設置，改變移位寄存器路徑，以便以每三個像素的方式，例如按HpHyH6…Hm_3將像 素輸出順次輸出至水平輸出線。像素輸出經由放大器208輸出為VOUT，經由未示出的AD轉 換器轉換為數字數據，並且在圖像處理電路125處進行預定圖像處理。接下來，與水平掃描 電路206類似地，垂直掃描電路207跳過V1和V2而使V3有效，並且向垂直輸出線輸出第三 行的像素輸出。然後，通過MEM信號將像素輸出臨時存儲在行存儲器203中。然後，與第0 行類似地，使PHST有效，輸入PHl和PH2移位時鐘，使HQ、H3、!V·· Hm_3順次有效，並且向水平 輸出線輸出像素輸出。以這種方式，順次執行直到讀出第n-3行為止。這樣，如上所述，在 水平方向和垂直方向上均執行了 1/3間除讀出。 圖5A和5B是示出攝像像素的結構的圖，圖6A和圖6B是示出焦點檢測像素的結 構的圖。在本實施例中，下述結構的焦點檢測像素以預定的規則分散在整個上述拜耳排列 中。圖5A和圖5B示出攝像像素的布置和結構。圖5A是2行X2列的攝像像素的平 面圖。已知在拜耳排列中，將G像素布置為彼此對角，將R像素和B像素布置在另外兩個像 素處。重複該2行X2列結構，以進行布置。圖5B中示出沿圖5A的A-A的剖面圖。ML是布置在各個像素前表面上的片上微透 鏡，CFk是R(紅)濾色器，CFe是G (綠)濾色器。PD (光電二極體，PhotoDiode)示意性地 示出圖2所示的CMOS圖像傳感器的光電轉換器單元201。CL(接觸層，ContactLayer)是 示出用於形成CMOS圖像傳感器中傳送各種信號的信號線的配線層。TL示意性示出拍攝光 學系統。這裡，攝像像素的片上微透鏡ML和光電轉換器元件PD被構造為使得有效攝取盡 可能多的通過拍攝光學系統TL(拍攝鏡頭，Taking Lens)的光束。換言之，微透鏡ML使拍 攝光學系統TL出瞳EP與光電轉換器元件PD成配合關係，此外，將光電轉換器元件PD的有 效表面積設計為大的表面積。另外，儘管在圖5B中僅給出了對進入R像素的光束的說明， G像素和B(藍色)像素也具有相同的結構。因此，用於RGB攝像像素的出瞳EP為大直徑， 以便有效攝取來自被攝體的光束(光子)並改善圖像信號S/N比。圖6A和6B示出拍攝光學系統的用於水平方向(第一方向)上的瞳分割的焦點檢 測像素的布置和結構。通過在水平方向上分割出瞳，可以對水平方向上具有諸如垂直條紋 的亮度分布的被攝體進行焦點檢測。圖6A是包括焦點檢測像素的2行X2列像素的平面 圖。在獲得用於記錄或觀看的圖像信號的情況下，在G像素處獲取了亮度信息主成分。這是 因為，人體圖像識別特性對亮度信息敏感，並且圖片質量劣化在G像素缺失時容易被察覺。 相比之下，儘管R像素和B像素是獲取顏色信息(色差信息)的像素，但是，由於人視覺特 性對顏色信息不敏感，因此即便獲取顏色信息的像素的有一定量的缺失，也難於識別圖片 質量劣化。因此，在本實施例中，對於2行X2列像素，保留G像素作為攝像像素，而將R像 素和B像素替換為焦點檢測像素。圖6A示出由這些焦點檢測像素構成的第一焦點檢測像 素群，作為Sha和Shb。在圖6B中示出沿圖6A所示的A-A的剖面圖。微透鏡ML和光電轉換器元件PD具 有與圖5B所示的攝像像素相同的結構。在本實施例中，由於在圖像生成中不使用焦點檢測 像素信號，設置透明膜CFw(白色)替代顏色分離濾色器。另外，為了在光電轉換器元件PD 處執行瞳分割，使配線層CL中的開口相對於微透鏡ML的中心線偏移。具體地，使像素Sha的開口 0PHA(在圖6A和圖6B中朝向右側)水平偏移，以便接收通過拍攝光學系統TL的左 側的出瞳EPhaW光束。如像素Sha那樣具有開口 OPhaW像素群是用於檢測相對後面將說明 的像素Shb像素群的圖像偏移量的基準像素群。類似地，使像素Shb的開口 OPhb沿像素Sha 的相反方向朝向左側偏移，並且接收通過拍攝光學系統TL的右側的出瞳EPhb的光束。如像 素Shb那樣具有開口 OPhb的像素群是用於檢測相對像素Sha像素群的圖像偏移量的基準像素 群。因此，假定通過規則排列像素Sha群而使其在一個方向上以相等的間隔隔開所獲取的被 攝體圖像為圖像A。然後，如果假定通過規則排列像素Shb群而使其在一個方向上以相等的 間隔隔開所獲取的被攝體圖像為圖像B，則通過檢測圖像A和圖像B的相對位置，可以測得 被攝體圖像離焦的量(離焦量，defocus amount)。因此，不能僅根據圖像A或僅根據圖像B獲得離焦量，這是因為計算離焦量必需檢 測圖像A相對於圖像B (或反之亦然)的相對位置。此外，如圖7A和7B所示，可通過沿與圖6A和圖6B所示的偏移方向相反的方向偏 移開口 OPh^P OPhb來計算離焦量，S卩，開口 OPha向左偏移，而開口 OPhb向右偏移。此外，在期望檢測在垂直方向(第二方向)上具有亮度分布的被攝體的離焦量的 情況下，如後面所述，可將排列旋轉90度，從而使得像素Sha的開口 OPha朝向底部偏移並且 使像素Shb的開口 OPhb朝向頂部偏移。可選地，可使開口 OPha朝向頂部偏移並且可使開口 OPm朝向底部偏移。圖7A和7B是示出攝像像素和焦點檢測像素的布置的圖。圖7A示出間除後的像 素分布，其中，將像素數量在水平方向上間除至1/3並且在垂直方向上間除至1/3。在圖7A 中，G、R和B是在間除讀出期間讀出的像素。圖7A中未寫附圖標記的空白像素是在間除讀 出期間不讀出的像素。另外，由於焦點檢測用像素不能用於攝像，在本實施例中，將焦點檢測用像素在水 平方向上和垂直方向上以一定間隔分散布置。此外，優選為不在G像素部分布置焦點檢測 用像素，以便圖像的劣化不會變得可察覺。在本實施例中，將一組像素Sha和像素Shb布置在 圖7A中以粗線表示的4X4像素塊(間除前像素布置中的12X12像素)之內。整個圖7B 中所示的BL0CK_H(i，j)表示塊(BLOCK)名稱。進行排列，使得按4X4塊完成排列順序。關於焦點檢測像素的排列，在具有相同水平編號且具有不同垂直編號的塊BL0CK_ H中，使像素Sha和Shb的位置沿水平方向偏移一個像素(間除前像素布置中的三個像素)。 更具體地，在 BL0CK_H(0,0), BL0CK_H(0，1)，BL0CK_H(0，2)和 BL0CK_H(0,3)中，使像素 Sha 和Shb的位置沿水平方向偏移一個像素(間除前像素布置中的三個像素)。通過圖7B中的 箭頭來表示之。如此設計以改善分散布置的焦點檢測像素群的採樣特性。即，由於像素Sha 和像素Shb是水平分割瞳的像素群，因而偏移量以1個像素為單位，以增大水平方向上的採 樣密度。 圖7B是示出塊BL0CK_H(i，j)之間的布置順序的圖。圖7B中以粗方框線示出的 部分表示塊BL0CK_H(i，j)。圖7B中的箭頭示意性地表示具有與塊BL0CK_H(0,0)相同的像 素布置的塊為BL0CK_H(1，1)、BL0CK_H(2，2)和BL0CK_H(3，3)。類似地，圖7B中的箭頭還表 示具有與塊BL0CK_H(0，1)相同的像素布置的塊為BL0CK_H(1，2)、BL0CK_H(2，3)和BL0CK_ H(3，0)。相同的說明適用於塊BL0CK_H(0，2)和BL0CK_H(0，3)，並在此省略對這些塊的說 明。通過以塊為單位偏移相位來布置焦點檢測像素，改善了垂直方向上的採樣特性。
與圖7A類似，圖8A是示出攝像像素和焦點檢測像素的布置的圖。與圖7A類似， 圖8A示出間除後的像素分布，其中，將像素數量在水平方向上間除至1/3並且在垂直方向 上間除至1/3。在圖8A中，G、R和B是在間除讀出期間讀出的像素。圖8A中未寫附圖標記 的空白像素表示在間除讀出期間不讀出的像素。圖8A中的像素Svc像素群是通過使像素開 口 OPvc在垂直方向(朝向圖8A的頂部)偏移而形成的焦點檢測像素，並且是用於檢測相對 後面將說明的像素Svd像素群在垂直方向上的圖像偏移量的基準像素群。像素Svd是通過使 像素開口 OPvd沿與像素Stc相反的方向向下偏移而形成的像素，並且與像素Svc像素群一起 被設置為用於對垂直方向上的圖像偏移量進行檢測。像素\。和Svd構成第二焦點檢測像素 群。另外，由於焦點檢測用像素不能用於攝像，在本實施例中，將焦點檢測用像素沿水 平方向和垂直方向以一定間隔分散地布置。此外，優選為不將焦點檢測用像素布置在G像 素位置，以便圖像的劣化不會變得可察覺。在本實施例中，將一組像素Stc和像素Svd布置在 圖8A中以粗線表示的4X4像素(間除前像素布置中的12X12像素)的各個塊之內。整 個圖8B中所示的BL0CK_V(i，j)表示塊名稱。進行布置，使得按4X4塊完成排列順序。若 旋轉90度以與瞳分割的方向一致，則該布置順序與圖7A和圖7B中所示的順序相同。圖9A和9B示出可在相同視野內檢測圖7A、圖7B、圖8A和圖8B的水平方向和垂 直方向上的圖像偏移量的結構。在圖9A和9B中，將BL0CK_H(i，j)(用於檢測水平方向上 的偏移量)和BL0CK_V(i，j)(用於檢測垂直方向上的偏移量)布置為交錯格圖案。圖9A示出還描述了像素部分的詳細布置。通過使用水平和垂直檢測用的4X4塊 的交錯格圖案結構，以8X8塊完成1個圖案，但是，僅描述了 4X4塊以避免使附圖變得復 雜，。以BL0CK_C(i，j)給出按交錯格圖案排列的塊名稱。圖9B是示出與圖9A中描述的BL0CK_C(i，j)相對應的BL0CK_H(i，j)禾Π BL0CK_ V(i, j)的圖。通過參考圖9B，可以看出交錯格圖案的規律。圖IOA是進一步示出當在電子取景器放大模式中以及在運動圖像的數字縮放中， 用於與提取和讀出拍攝畫面的一個區域相對應的垂直線檢測的檢測像素的布置。在圖IOA 中，基本布置是圖7A和圖7B中所示的布置。儘管放大和數字縮放是部分地讀出拍攝區域部的模式，在不進行間除的情況下讀 出所讀入區域內的所有像素。因此，在這種情況下，除在間除讀出模式中讀出的第一焦點檢 測像素群之外，還補充設置像素Sha和像素Shb作為第三焦點檢測像素群，這可以進一步改善 焦點檢測精度。與圖7A類似，圖IOA是示出攝像像素和焦點檢測像素的布置的圖。與圖7A類似， 圖IOA示出間除後的像素分布，其中，將像素數量在水平方向上間除至1/3並且在垂直方向 上間除至1/3。圖IOA中的G、R和B是在間除讀出期間讀出的像素。圖IOA中沒有寫附圖 標記的空白像素表示在間除讀出期間不讀出的像素。在放大和數字縮放期間還讀取、放大 並顯示圖IOA中的空白部分像素。焦點檢測像素布置順序基於與圖7A和圖7B相同的思路，在此省略其詳細解釋。圖IOA中空心箭頭指示的SA像素是補充設置的像素，以便改善在全像素讀出期間的採樣。布 置空心箭頭指示的SA像素，作為在間除讀出期間讀出的、以黑箭頭指示的SA像素的補充， 以最小化採樣間距。
如圖7A和圖8A所示的布置那樣，與水平方向相比，垂直方向採樣更分散，以防止 圖像劣化。在圖IOB中，按塊示出布置順序，並且與圖7B的順序相同。另外，針對水平線的焦點檢測，如圖8A和圖8B的水平線檢測像素布置中那樣，優 選為在全像素讀出期間，如在圖IOA和圖IOB中，除在間除讀出期間讀出的第二焦點檢測 像素群之外，還補充布置像素Stc和像素Svd作為第三焦點檢測像素群。根據圖7A和圖IOA 已清楚其布置順序，因此省略其詳細說明。同樣可以使用如圖9B所示的相同結構來實現相同視野內的垂直和水平線檢測， 因此省略其說明。因此，如上所述，將焦點檢測像素群分散布置在間除讀出期間讀出的像素群中。具 體地，進行排列，使得在間除讀出期間分別讀出通過瞳分割而獲得的圖像A和圖像B中一對 像素Sha和像素Shb中的兩者。這是因為，需要檢測圖像A和圖像B之間的相對位置以計算 離焦量。類似地，排列分別用於形成圖像A和圖像B的一對像素Svc和SVD，以在間除讀出期 間將其讀出。在前述方式中，即使對於利用全部像素進行拍攝的靜止圖像拍攝，也完全能夠在 抑制間除讀出模式中的圖片質量劣化的同時確保焦點檢測精度。這樣，可以執行根據間除讀出電子取景器模式和運動圖像模式的靜止圖像拍攝， 而無需執行全像素讀出以及重新進行焦點檢測。另外，在讀出攝像像素的一部分而不進行間除的情況下，如在電子取景器放大模 式和在運動圖像數字縮放中，焦點檢測像素設置在在間除讀出期間不被讀出的像素部分 處，從而能夠進一步改善焦點檢測精度。應當注意，以上分別參考圖7A、8A、9A和IOA說明了圖像A和B的像素Sha與像素 Shb或者像素Stc與像素Svd中的每對在水平方向上或者在垂直方向上偏移排列。在計算離 焦量時，應考慮該偏移。該偏移防止了用於提取亮度信號的G濾色器減少。變形例焦點檢測像素布置僅為示例。因此，在本發明的範圍內可存在各種布置，並且這些 布置包涵於本發明中。並且，攝像像素間除讀出中所涉及的比例不局限於1/3，而可以根據 方便而變化，並且這種變化也包括在本發明中。此外，通過本發明優選實施例中所用的焦點檢測像素，2個像素形成1組。因此，對 於被分割為二的瞳區域，一個像素接收通過一個瞳的光束，以及另一像素接收通過另一個 瞳的光束。相比之下，通過如日本特開(JPA) 2003-156677中公開的攝像像素那樣將在片上 微透鏡後面的光電轉換器單元分割為多個部分，可以執行拍攝鏡頭的瞳分割。在這種情況 下，使用如下構成的攝像像素使得分別獲取來自分割後的瞳區域的光束並輸出這些像素。本發明的焦點檢測設備不僅可用於電子照相機，還可用於例如進行運動圖像攝像 的攝影機(攝像機)、各種檢測攝像機、監視攝像機、內窺鏡攝像機和機器人攝像機等。儘管參考典型實施例說明了本發明，但是應該理解，本發明不局限於所公開的典型 實施例。所附權利要求書的範圍符合最寬的解釋，以包含所有這類修改、等同結構和功能。本申請要求2007年08月06日提交的日本專利申請2007-204574的優先權，其全 部內容通過引用包含於此。
權利要求
一種攝像設備，包括圖像傳感器，其具有成對的焦點檢測像素群和多個攝像像素；以及控制部件，其在從布置在所述圖像傳感器的部分像素內的像素部中讀出信號電荷的間除讀出模式下進行控制，從而使得至少所述成對的焦點檢測像素群包括在信號電荷被讀出的所述部分像素中。
2.根據權利要求1所述的攝像設備，其特徵在於，所述圖像傳感器包括在第一方向上 被瞳分割的成對的焦點檢測像素群和在與所述第一方向垂直的第二方向上被瞳分割的成 對的焦點檢測像素群，其中，所述控制部件進行控制，以至少從在所述第一方向上被瞳分割的成對的焦點檢測像素 群和在所述第二方向上被瞳分割的成對的焦點檢測像素群讀取信號電荷。
3.根據權利要求1所述的攝像設備，其特徵在於，除所述焦點檢測像素群之外，所述圖 像傳感器還包括其它的焦點檢測像素群，其中，所述控制部件進行控制，從而使得當指定了數字縮放時，讀出布置在作為放大區域的 所述圖像傳感器的預定區域內的所有像素的信號電荷，並且除布置在所述預定區域內的焦 點檢測像素之外，還從所述其它的焦點檢測像素群讀出信號電荷。
4.根據權利要求1所述的攝像設備，其特徵在於，所述控制部件基於從瞳分割後的所 述成對的焦點檢測像素群中讀出的信號電荷來計算離焦量。
全文摘要
一種攝像設備，包括圖像傳感器，其具有成對的焦點檢測像素群和多個攝像像素；以及控制單元，其在從布置在所述圖像傳感器的部分像素內的像素部中讀出信號電荷的間除讀出模式下進行控制，從而使得至少所述成對的焦點檢測像素群包括在信號電荷被讀出的所述部分像素中。
文檔編號H04N5/335GK101821657SQ20088010227
公開日2010年9月1日 申請日期2008年7月24日 優先權日2007年8月6日
發明者谷口英則 申請人:佳能株式會社