焦點檢測設備的製作方法

2023-04-26 16:46:36 1

專利名稱：焦點檢測設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及攝像設備中的焦點檢測技術。
背景技術：
作為檢測攝像鏡頭的焦點狀態的一種方式，日本特開昭58-24105(以下稱為「專利文獻1」)公開了使用二維傳感器來進行光瞳分割方式的焦點檢測的設備，二維傳感器具有各自形成有微透鏡的像素。專利文獻1中的設備被配置以使得將構成傳感器的各像素中的光電轉換單元分割成多個光電轉換單元，該多個光電轉換單元經由微透鏡接收攝像鏡頭的光瞳的不同區域的光束。而且，日本專利四59142(以下稱為「專利文獻2」)公開了一種固態圖像傳感器， 其用作圖像傳感器和焦點檢測器，並具有二維像素陣列，在該二維像素陣列中，微透鏡和光電轉換單元之間的相對位置相互偏移。專利文獻2中說明的固態圖像傳感器基於通過在微透鏡和光電轉換單元之間具有不同相對偏移方向的像素陣列所生成的圖像，檢測攝像鏡頭的焦點狀態。另一方面，該傳感器通過將在微透鏡和光電轉換單元之間具有不同相對偏移方向的像素相加來拍攝通常的圖像。而且，本發明的申請人提交了日本特開2005-106994(以下稱為「專利文獻3」)，日本特開2005-106994公開了使用在數字靜態照相機中採用的CMOS圖像傳感器(固態圖像傳感器)進行光瞳分割方式的焦點檢測的固態圖像傳感器。專利文獻3中的固態圖像傳感器被配置以使得構成固態圖像傳感器的許多像素中的一部分像素各自包括分割成兩部分的光電轉換單元，以檢測攝像鏡頭的焦點狀態。光電轉換單元被配置為經由微透鏡接收攝像鏡頭的光瞳的預定區域中的光。圖20是位於專利文獻3公開的固態圖像傳感器的中心並進行焦點檢測的像素所接收到的光的分布的說明圖。圖20示出攝像鏡頭的光瞳上的區域，其中，分割後的兩個光電轉換單元可以分別接收光。圖20中的圓圈內的陰影區域表示攝像鏡頭的出射光瞳，並且非陰影區域S α和Si3表示分割後的兩個光電轉換單元可以分別接收光的區域。通常將區域S α和S β設置為關於攝像鏡頭的光軸(圖20中χ軸和y軸之間的交點)對稱。照相機在利用透過攝像鏡頭的光瞳上的區域S α的光束所生成的圖像和利用透過攝像鏡頭的光瞳上的區域S β的光束所生成的圖像之間進行相關計算，從而檢測攝像鏡頭的焦點狀態。日本特開平5-127074(以下稱為「專利文獻4」)公開了一種利用透過攝像鏡頭的不同光瞳區域的光束所生成的圖像之間的相關計算來進行焦點檢測的方法。專利文獻4還公開了以下技術根據開口比、出射光瞳位置和圖像偏移量使照相機中存儲的特定濾波器變形，使變形後的濾波器適應被攝體圖像，並檢測圖像形成狀態。不僅可以針對位於攝像窗中心的被攝體、還可以針對通常位於攝像窗周邊的被攝體來檢測焦點狀態。然而，通常由例如攝像窗周邊的攝像鏡頭的框引起光束的漸暈。當該情況發生時，攝像鏡頭的光瞳上的區域S α和Si3變得不對稱。因此，透過攝像鏡頭的光瞳上的區域Sa的光束所生成的圖像與透過攝像鏡頭的光瞳上的區域Si3的光束所生成的圖像具有低的一致度。結果，專利文獻1 3中公開的技術具有以下缺點即使基於透過攝像鏡頭的光瞳上的區域Sα的光束所生成的圖像和透過攝像鏡頭的光瞳上的區域Sβ的光束所生成的圖像進行相關計算，也不能進行高精度的焦點檢測。而且，專利文獻4中公開的技術具有以下缺點僅僅通過根據上述條件使照相機中存儲的特定濾波器變形，不能進行與漸暈相對應的圖像校正。

發明內容
考慮到上述問題做出本發明，本發明能更精確地進行攝像設備中的焦點檢測。根據本發明，提供一種焦點檢測設備，包括光電轉換部件，包括第一像素組和第二像素組，所述第一像素組用於接收穿過用於形成被攝體圖像的圖像形成光學系統的第一光瞳區域的光束，所述第二像素組用於接收穿過所述圖像形成光學系統的第二光瞳區域的光束；焦點檢測部件，用於基於所述第一像素組所生成的第一被攝體圖像和所述第二像素組所生成的第二被攝體圖像來檢測所述圖像形成光學系統的焦點狀態；校正計算器，用於基於所述焦點檢測部件的輸出對所述第一被攝體圖像和所述第二被攝體圖像進行校正計算；以及判斷部件，用於基於所述焦點檢測部件的輸出，判斷是否再次進行所述校正計算。根據本發明，還提供一種焦點檢測設備，包括圖像形成光學系統，用於形成被攝體的圖像；光電轉換部件，包括第一像素組和第二像素組，所述第一像素組用於接收穿過所述圖像形成光學系統的第一光瞳區域的光束，所述第二像素組用於接收穿過所述圖像形成光學系統的第二光瞳區域的光束；焦點檢測部件，用於檢測所述圖像形成光學系統的焦點狀態；校正計算器，用於基於所述焦點檢測部件的輸出，對所述光電轉換部件的第一像素組所生成的第一被攝體圖像和所述光電轉換部件的第二像素組所生成的第二被攝體圖像進行校正計算；信號處理選擇部件，用於基於被攝體圖像的輸出，從具有不同特性的多種信號處理中選擇最優信號處理；信號處理部件，用於對被攝體圖像進行所述信號處理選擇部件所選擇的信號處理；以及判斷部件，用於基於所述焦點檢測部件的輸出來判斷是否再次進行所述校正計算，其中，在所述判斷部件判斷為不再次進行所述校正計算之前，基於所述校正計算前的信號來選擇信號處理。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明顯。


圖1是示出根據第一實施例的照相機的結構的框圖；圖2是示出攝像元件的示意電路結構的電路圖；圖3是示出攝像元件的像素部的截面圖；圖4是示出攝像元件的驅動定時的時序圖；圖5Α和5Β是攝像元件的攝像像素的平面圖和截面圖；圖6Α和6Β是用於在攝像鏡頭的水平方向(橫向方向)上的光瞳分割的焦點檢測像素的平面圖和截面圖；圖7Α和7Β是用於在攝像鏡頭的垂直方向(縱向方向)上的光瞳分割的焦點檢測像素的平面圖和截面圖；圖8是用於概念性說明攝像元件的光瞳分割狀況的圖9是用於說明焦點檢測時所獲取的圖像和焦點檢測區域的圖；圖IOA IOC是表示在攝像元件的中心處的焦點檢測像素的入射角特性的示意圖；圖IlA和IlB是用於說明光束的漸暈的圖；圖12A和12B是示出光瞳面Me上的光瞳區域的圖；圖13A和13B是示出焦點檢測像素的光瞳強度分布的圖；圖14A 14C是示出在攝像元件中心處的焦點檢測像素的光瞳面Me上的漸暈的圖；圖15A 15C是示出在具有離攝像元件的中心的給定圖像高度的位置處的像素的光瞳面Me上的漸暈的圖；圖16A 16G是用於說明消除被攝體圖像的非對稱性的濾波處理的概念圖；圖17是示出焦點檢測操作的流程圖；圖18是示出漸暈校正操作的流程圖；圖19A和19B是表示入射到攝像元件的光束的圖；圖20是固態圖像傳感器的說明圖；圖21是焦點檢測序列的流程圖；以及圖22是相關計算序列的流程圖。
具體實施例方式第一實施例圖1是示出用作根據本發明第一實施例的包括焦點檢測設備的攝像設備的照相機的結構的框圖。參考圖1，附圖標記101表示位於攝像光學系統(圖像形成光學系統)的前端的第一透鏡組。第一透鏡組101被保持為在光軸方向上可伸縮。附圖標記102表示光圈/快門，其不僅通過調節其開口大小來調節攝像期間的光量，還在靜止攝像期間用作攝像曝光時間調節快門。附圖標記103表示第二透鏡組。光圈/快門102和第二透鏡組103 在光軸方向上一起向前/向後移動，並與第一透鏡組101的向前/向後移動操作連動來提供變倍功能(變焦功能)。附圖標記105表示在光軸方向上向前/向後移動來進行焦點調節的第三透鏡組。附圖標記106表示用作用於減少所拍攝圖像中的任意偽色和波紋的光學元件的光學低通濾波器。附圖標記107表示攝像元件，其用作光電轉換部件並包括CMOS傳感器及其周邊電路。攝像元件107是二維單板顏色傳感器，其中，在m(列)Xn(行)的光接收像素上，以拜耳陣列形成片上原色馬賽克濾波器。附圖標記111表示變焦致動器，用於通過樞轉凸輪筒(未示出)在光軸方向上向前/向後驅動第一透鏡組101至第三透鏡組105以進行變倍操作。附圖標記112表示光圈 /快門致動器，其控制光圈/快門102的開口大小以調節拍攝光量，並控制靜止攝像期間的曝光時間。附圖標記114表示用於在光軸方向上向前/向後驅動第三透鏡組105以進行焦點調節的調焦致動器。附圖標記115表示在攝像期間用於被攝體照明的電子閃光燈。電子閃光燈115優選為使用氙管的閃光照明裝置，但可以是包括持續發光的LED的照明裝置。附圖標記116表示AF輔助光發射器，其經由投影透鏡將具有預定開口圖案的掩模的圖像投影到被攝體上，以提高針對暗的被攝體或低對比度被攝體的焦點檢測能力。
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附圖標記121表示進行照相機本體的各種控制並內置在照相機中的CPU。CPU 121 包括例如算術運算單元、ROM、RAM、A/D轉換器、D/A轉換器和通信接口電路。基於ROM中存儲的預定程序，CPU 121驅動照相機的各種電路以進行諸如AF(自動調焦)、攝像、圖像處理和圖像記錄等的一系列操作。附圖標記122表示電子閃光燈控制電路，用於與攝像操作同步地控制電子閃光燈115的開啟/關閉。附圖標記123表示輔助光碟機動電路，用於與焦點檢測操作同步地控制AF輔助光發射器116的開啟/關閉。附圖標記IM表示攝像元件驅動電路，用於控制攝像元件107的攝像操作，對所獲得的圖像信號進行A/D轉換，並將轉換後的信號發送至CPU 121。附圖標記125表示對攝像元件107所獲取的圖像進行諸如、轉換、顏色插值和JPEG壓縮等的處理的圖像處理電路。附圖標記1 表示調焦驅動電路，用於基於焦點檢測結果來控制調焦致動器114 的驅動並驅動第三透鏡組105在光軸方向上向前/向後以進行焦點調節。附圖標記1 表示光圈/快門驅動電路，用於控制光圈/快門致動器112的驅動以控制光圈/快門102的開口。附圖標記1 表示變焦驅動電路，用於根據拍攝者的變焦操作來驅動變焦致動器111。 附圖標記131表示諸如IXD等的顯示裝置，用於顯示例如與照相機的攝像模式有關的信息、 攝像前的預覽圖像、攝像之後的驗證圖像和焦點檢測時的焦點狀態顯示圖像。附圖標記132 表示操作開關組，包括例如電源開關、釋放(攝像觸發器)開關、變焦操作開關和攝像模式選擇開關。附圖標記133表示記錄所拍攝圖像的可拆卸閃速存儲器。圖2是示出根據本發明第一實施例的攝像元件的示意電路結構的電路圖，並且其優選示例是在本發明的申請人提交的日本特開平09-046596中公開的技術。圖2示出二維 CMOS區域傳感器中的2X4個像素的範圍。然而，當使用該傳感器作為攝像元件時，可以通過配置大量如圖2所示的像素來獲取高解析度圖像。將假定以下的情況來說明該實施例， 其中，所使用的攝像元件具有2 μ m的像素間隔、3000 X 2000 = 6000000個有效像素，並且攝像窗具有6mm (水平)X 4mm (垂直)的大小。參考圖2，附圖標記1表示包括MOS電晶體柵極和柵極下的耗盡層的光電轉換元件的光電轉換單元；附圖標記2表示光柵；附圖標記3表示傳送開關MOS電晶體；附圖標記4 表示復位MOS電晶體；以及附圖標記5表示源極跟隨器放大器MOS電晶體。附圖標記6表示水平選擇開關MOS電晶體；附圖標記7表示源極跟隨器負載MOS電晶體；附圖標記8表示暗輸出傳送MOS電晶體；附圖標記9表示明輸出傳送MOS電晶體；附圖標記10表示暗輸出存儲電容器Ctn ；以及附圖標記11表示明輸出存儲電容器CTS。附圖標記12表示水平傳送 MOS電晶體；附圖標記13表示水平輸出線復位MOS電晶體；附圖標記14表示差分輸出放大器；附圖標記15表示水平掃描電路；以及附圖標記16表示垂直掃描電路。圖3是示出本實施例中的攝像元件的像素部的截面圖。參考圖3，附圖標記17表示P型阱，附圖標記18表示柵極氧化膜，附圖標記19表示第一多晶矽層，附圖標記20表示第二多晶矽層，以及附圖標記21表示η+浮動擴散部(FD部)。經由其它傳送MOS電晶體將 FD部21連接至其它光電轉換單元。儘管兩個傳送開關MOS電晶體3的漏極共用圖3中的 FD部21以小型化並通過減少FD部21的容量來提高靈敏度，但FD部21可以通過Al互連來相互連接。接著將參考圖4所示的時序圖來說明攝像元件的操作。該時序圖應用於進行來自所有像素的獨立輸出的情況。首先，響應於來自垂直掃描電路16的定時輸出，將控制脈衝
6Φ 設置為高以復位垂直輸出線。而且，將控制脈衝ΦΙ 。、CtPGcici和C^PGi5ciS置為高以接通復位MOS電晶體4，並且將光柵2的第一多晶矽層19的電勢設置為高。在時刻Ttl，將控制脈衝小&設置為高以接通水平選擇開關MOS電晶體6，並選擇第一行和第二行中的像素部。接著，將控制脈衝ΦRtl改變為低以取消FD部21的復位，所以將FD部21設置為浮動狀態，並建立源極跟隨器放大器MOS電晶體5的柵極至源極路徑。之後，在時刻T1，將控制脈衝ΦΤΝ 設置為高。通過源極跟隨器操作將FD部21的暗電壓輸出至暗輸出存儲電容Ctn 10。針對第一行中的像素的光電轉換輸出，將第一行中的控制脈衝ΦΤΧΜ設置為高以使傳送開關MOS電晶體3通電。之後，在時刻T2，將控制脈衝ΦΡ『改變為低。此時，優選提高在光柵2下延伸的電勢阱，以生成用於將所有發光載體傳送至FD部21的電壓。為此， 可以採用固定電勢來代替控制脈衝ΦΤΧ，只要可以傳送所有發光載體即可。隨著在時刻T2將電荷從光電二極體的光電轉換單元1傳送至FD部21，FD部21 的電勢根據光的特性而改變。此時，因為源極跟隨器放大器MOS電晶體5處於浮動狀態，因而在時刻T3將控制脈衝CtTs設置為高以將FD部21的電勢輸出至存儲電容器Cts 11。此時，將第一行中的像素的暗輸出和明輸出分別存儲在存儲電容器Ctn 10和Cts 11中。在時刻T4，將控制脈衝ΦΗ(臨時設置為高以對水平輸出線復位MOS電晶體13通電，從而復位水平輸出線。在水平傳送期間，根據來自水平掃描電路15的掃描定時信號將像素的暗輸出和明輸出傳送至水平輸出線。此時，可以通過由差分輸出放大器14生成存儲電容器Ctn 10和 Cts 11之間的差分輸出Vott來獲得去除了像素中的任何隨機噪聲和固定圖案噪聲因而具有高S/N比的信號。與將像素30-11和30-21的光電荷分別存儲在存儲電容器Ctn 10和Cts 11中這一操作同時地將像素30-12和30-22的光電荷分別存儲在存儲電容器CtnIO和Cts 11 中。通過將來自水平掃描電路15的定時脈衝延遲一個像素將光電荷讀出至水平輸出線，並從差分輸出放大器14輸出光電荷。儘管在本實施例中示出在晶片內生成差分輸出Vott的結構，但可以通過在外部使用傳統的CDS (相關雙採樣)電路來代替在晶片內生成差分輸出 VQUT，以獲得相同的效果。在將明輸出傳送至存儲電容器Cts 11之後，將控制脈衝改變為高以對復位 MOS電晶體4通電，從而將FD部21復位至電源Vdd。在完成第一行中的水平傳送之後，讀出第二行。通過以下方式來讀出第二行以相同的方式驅動控制脈衝ΦΤΧα* ，供給高控制脈衝Φ Tn和Φ Ts，將光電荷分別存儲在存儲電容器Ctn 10和Cts 11中，並提取暗輸出和明輸出。上述驅動允許第一行和第二行的獨立讀出。之後，可以通過掃描垂直掃描電路並讀出第Οη+1)和Οη+2)行(n = 1,2,…)來進行所有像素的獨立輸出。即，當η = 1時，將控制脈衝設置為高，將控制脈衝CtR1設置為低，將控制脈衝ΦΤ)^設置為高，將控制脈衝設置為低，將控制脈衝ΦTs設置為高，並將控制脈衝ΦΗ(臨時設置為高，從而讀出像素30-31和30-32的像素信號。隨後，以與上述相同的方式施加控制脈衝C^TXe1和C^PGe1以及其它控制脈衝來讀出像素30_41和30-42的像素信號。圖5Α 7Β是用於說明攝像像素和焦點檢測像素的結構的圖。在本實施例中採用如下的拜耳陣列，其中，在2X2 = 4個像素中，在兩個對角單元中配置具有G(綠色)光譜靈敏度的兩個像素，並在其它兩個單元中配置分別具有R(紅色)和B (藍色)光譜靈敏度的兩個像素。根據預定規則在拜耳陣列中分布有具有後述的結構的焦點檢測像素。圖5Α和5Β是攝像像素的平面圖和截面圖。圖5Α是示出位於攝像元件的中心的2X2個攝像像素的平面圖。如已知的，在拜耳陣列中，在對角方向上的兩個單元中配置兩個 G像素，在其它兩個單元中配置R像素和B像素。在拜耳陣列中重複配置這種2行X2列的結構。圖5B示出圖5A中的截面A-A。附圖標記ML表示位於各像素的最前面的片上微透鏡，附圖標記CFk表示R(紅色)濾波器，以及附圖標記CFe表示G(綠色)濾波器。附圖標記PD表示參考圖3所說明的CMOS傳感器的光電轉換單元的示意外觀，附圖標記CL表示用於形成在CMOS傳感器內傳送各種信號的信號線的互連層，以及附圖標記TL表示攝像光學系統的示意外觀。攝像像素的片上微透鏡ML和光電轉換單元PD被配置為儘可能有效地捕獲通過攝像光學系統TL的光束。換句話說，光電轉換單元PD和攝像光學系統TL的出射光瞳EP被設置為通過微透鏡ML相互共軛，並且光電轉換單元被設計為具有大的有效面積。儘管圖5B 中例示出R像素上的入射光束，但G像素和B(藍色)像素具有相同的結構。因此，由於與 R、G、B攝像像素中的各攝像像素相對應的出射光瞳EP具有大的直徑，因而來自被攝體的光束被有效捕獲，由此提高了圖像信號的S/N比。圖6A和6B是用於在攝像鏡頭的χ方向上的光瞳分割的焦點檢測像素的平面圖和截面圖。圖6A是示出包括位於攝像元件中心的焦點檢測像素的2X2個像素的平面圖。當獲得攝像信號時，G像素用作亮度信息的主要成分。人對作為圖像識別特性的亮度信息敏感，因而我們可能在G像素具有缺陷的情況下識別出圖像質量的劣化。相反，人對由R或B 像素接收到的顏色信息不敏感，因而即使在接收到顏色信息的像素具有小缺陷的情況下， 我們也不太可能識別出圖像質量的劣化。在這種情況下，在本實施例中的2X2個像素中，G 像素繼續用作攝像像素，並且在與R和B像素相對應的位置處以特定比率配置焦點檢測像素。參考圖6A，附圖標記^a和^ib表示這些焦點檢測像素。圖6B示出圖6A中的截面B-B。微透鏡ML和光電轉換單元PD具有與圖5B所示的攝像像素相同的結構。在本實施例中，來自焦點檢測像素的信號不用於圖像形成，因而採用透明膜CFW(白色)來代替用於顏色分離的顏色濾波器。而且，攝像元件進行光瞳分割，因而互連層CL的開口部相對於微透鏡ML的中心線在χ方向上偏離。更具體地，像素Sha(第一像素組)的開口部OPha在-χ方向上偏離，因而開口部OPha接收穿過左側的攝像鏡頭TL 的出射光瞳EPha(第一光瞳區域)的光束。同樣，像素^ib(第二像素組)的開口部(^皿在 +χ方向上偏離，因而開口部OPhb接收穿過右側的攝像鏡頭TL的出射光瞳EPhb (第二光瞳區域)的光束。因而，在χ方向上規則地排列像素^ia，並將排列的像素組所獲取的被攝體圖像定義為圖像A(第一被攝體圖像)，並且還在χ方向上規則地排列像素Shb,並將排列的像素組所獲取的被攝體圖像定義為圖像B(第二被攝體圖像)。然後，可以通過檢測圖像A和 B之間的相對位置來檢測被攝體圖像的聚焦偏移量(散焦量和焦點狀態)。上述像素Sha和^ib可以針對在攝像窗中的χ方向上具有亮度分布的被攝體、例如 y方向上的線來檢測焦點，但不能針對具有y方向上的亮度分布的χ方向上的線來檢測焦點。為了克服這一點，在本實施例中，也使用在y方向上進行攝像鏡頭的光瞳分割的像素， 以針對具有y方向上的亮度分布的χ方向上的線檢測焦點。圖7A和7B是用於攝像鏡頭在圖7A和7B的y方向上的光瞳分割的焦點檢測像素的平面圖和截面圖。圖7A是示出包括位於攝像元件中心的焦點檢測像素的2X2個像素的平面圖。如在圖6A的情況那樣，G像素繼續用作攝像像素，並且在與R和B像素相對應的位置處以特定比率配置焦點檢測像素。參考圖7A，附圖標記Stc和Svd表示這些焦點檢測像
ο圖7B示出圖7A中的截面C-C。除了圖7B中所示的像素在y方向上進行光瞳分割、而圖6B中所示的像素在χ方向上進行光瞳分割以外，圖7B中所示的像素與圖6B中所示的像素具有相同的結構。即，像素Stc的開口部OPtc在-y方向上偏離，因而開口部OPvc接收穿過攝像鏡頭TL在+y方向上的出射光瞳EPvc的光束。同樣，像素Svd的開口部OPvd在 +y方向上偏離，因而開口部OPvd接收穿過攝像鏡頭TL在-y方向上的出射光瞳EPvd的光束。 因此，在y方向上規則地排列像素Svc，並將所排列的像素組所獲取的被攝體圖像定義為圖像C，並且，還在y方向上規則地排列像素SVD，並將所排列的像素組所獲取的被攝體圖像定義為圖像D。然後，可以通過檢測圖像C和D之間的相對位置，檢測在y方向上具有亮度分布的被攝體圖像的聚焦偏移量(散焦量)。圖8是用於概念性說明本實施例中的攝像元件的光瞳分割狀態的圖。附圖標記TL 表示攝像鏡頭，附圖標記107表示攝像元件，附圖標記OBJ表示被攝體，以及附圖標記IMG 表示被攝體圖像。如參考圖5A和5B中的攝像像素的平面圖和截面圖所說明的，攝像像素接收穿過攝像鏡頭的出射光瞳EP的整個區域的光束。另一方面，如參考圖6A和6B中用於 χ方向上的光瞳分割的焦點檢測像素的平面圖和截面圖以及圖7A和7B中用於y方向上的光瞳分割的焦點檢測像素的平面圖和截面圖所說明的，焦點檢測像素具有光瞳分割功能。 更具體地，圖6A和6B所示的像素Sha接收穿過+χ方向一側上的光瞳的光束，換句話說，穿過圖8所示的出射光瞳EPha的光束。同樣，像素^b、Svc* Svd分別接收穿過出射光瞳EPhb、 EPvc和EPvd的光束。在攝像元件107的整個區域上分布焦點檢測像素使得能夠在整個攝像區域上進行焦點檢測。圖9是用於說明焦點檢測時所獲取的圖像和焦點檢測區域的圖。參考圖9，在攝像面上形成的被攝體圖像在中心處記錄有人，在左側記錄有近景的樹木，並且在右側記錄有遠景的山脈。在本實施例中，在整個攝像區域上以均勻的密度配置用於X方向的偏移檢測的像素對^ia和^ib以及用於y方向的偏移檢測的像素對Svc和Svd作為焦點檢測像素。在χ 方向的偏移檢測中，從在χ方向的偏移檢測中使用的像素對^ia和^b所獲得的圖像信號對用作用於相位差計算的AF像素信號。而且，在y方向的偏移檢測中，從在y方向的偏移檢測中使用的像素對Stc和Svd所獲得的圖像信號對用作用於相位差計算的AF像素信號。這使得可以在攝像區域的任意位置處設置用於χ方向和y方向的偏移檢測的測距區域。參考圖9，人的面部現在位於窗的中心。在這種情況下，當通過已知的面部識別技術檢測到面部的存在時，假定面部區域作為中心來設置用於X方向的偏移檢測的焦點檢測區域AFARh(xl，yl)和用於y方向的偏移檢測的焦點檢測區域AFARv(x3，y3)。注意，後綴h表示χ方向，後綴ν表示y方向，並且(xl，yl)和(x3，y3)表示焦點檢測區域的左上角的坐標。附圖標記AFSKh(Al)表示通過在30個區間上連接在各區間中所包括的用於χ 方向的偏移檢測的焦點檢測像素^ia而獲得的、用於相位差檢測的圖像A信號。附圖標記 AFSIGh(Bl)表示通過在30個區間上連接在各區間中所包括的用於χ方向的偏移檢測的焦點檢測像素^ib而獲得的、用於相位差檢測的圖像B信號。可以通過已知的相關計算來計算圖像A信號AFSKh (Al)和圖像B信號AFSKh(Bl)之間在χ方向上的相對偏移量，以獲得攝像鏡頭的聚焦偏移量(散焦量)。以相同的方式獲得焦點檢測區域AFARv(x3，y3)中的聚焦偏移量。僅需要將在用於X和y方向的偏移的焦點檢測區域中檢測到的兩個聚焦偏移量進行比較，並採用具有較高可靠性的值。相反，窗左側的樹木的主幹具有y方向上的主要成分，換句話說，在χ方向上具有亮度分布，因此被判斷為適用X方向的偏移檢測的被攝體。針對該被攝體設置用於X方向的偏移檢測的焦點檢測區域AFAIih (x2，y2)。而且，山脈的脊線具有χ方向上的主要成分， 換句話說，在y方向上具有亮度分布，因此被判斷為適用y方向的偏移檢測的被攝體。針對該被攝體設置用於y方向的偏移檢測的焦點檢測區域AFARv(x4，y4)。如上所述，在本實施例中，可以在窗中的任意位置處設置用於χ方向和y方向的偏移檢測的焦點檢測區域。這使得通常可以在不考慮被攝體的投影位置和亮度分布的方向性的情況下進行焦點檢測。注意，由於除了方向以外、X方向和y方向的偏移檢測的原理相同， 因而以下將僅說明χ方向的偏移檢測，並且將不說明y方向的偏移檢測。圖IOA IOC是表示攝像元件的中心處的焦點檢測像素的入射角特性的示意圖。 圖IOA示出像素^ia的特性，並且圖IOB示出像素^ib的特性。圖IOA和IOB中的χ軸和y 軸分別表示像素的χ方向和y方向上的入射角。參考圖IOA 10C，較暗的顏色表示所接收到的光的較高強度。為了便於說明，通過圖6A和6B中的附圖標記EPha和EPhb分別表示像素^ia的出射光瞳和像素^b的出射光瞳。然而，如圖IOA IOC所示，在實際中，為了提高S/N比、或者由於開口部OPha和OPhb的衍射的影響，像素^ia的出射光瞳和像素^b的出射光瞳具有部分重疊的區域。圖IOC是表示焦點檢測像素的一維入射角特性的圖。在圖IOC 中，橫軸表示入射角，縱軸表示圖IOA和IOB中的θ y方向上的光接收靈敏度的和，並且原點表示光軸。如圖IOC所示，用作攝像元件的中心處的焦點檢測像素的像素^a和像素Shb 的入射角特性關於光軸大致對稱。圖IlA和IlB是用於說明光束的漸暈的圖。圖IlA示出入射到攝像元件的中心處的像素的光束，並且圖IlB示出入射到離攝像元件的中心給定圖像高度的位置處的像素的光束。攝像元件接收由諸如攝像鏡頭的鏡頭保持框和光圈/快門102等的一些構成構件所限制的光束。為了便於解釋，以下說明假定兩個構件限制所有圖像高度處的光束。附圖標記Iwl和Iw2表示用作限制光束的構件的窗口，並且光束通過這些窗口 Iwl和Iw2。附圖標記Me表示利用微透鏡ML的配置所設置的光瞳面。將參考圖IlA說明入射到攝像元件中心處的像素的光束的漸暈。附圖標記Llrc 和Lllc表示從窗口 Iwl射出的光束的外周部分，其中附圖標記Llrc與圖IlA中右端相對應，並且附圖標記Lllc與圖IlA中左端相對應。附圖標記L2rc和L21c表示從窗口 Iw2射出並被投影到微透鏡ML的光瞳位置的光束的外周部分，其中附圖標記L2rc與圖IlA中的右端相對應，並且附圖標記L21c與圖IlA中的左端相對應。如圖IlA所示，在入射到攝像元件中心處的像素的光束的光瞳面Me上的光瞳區域與具有外周部分L21c和L2rc的光束相對應，換句話說，由雙向箭頭Areal表示。接著將參考圖IlB說明入射到離攝像元件的中心給定圖像高度的位置處的像素的光束的漸暈。附圖標記Llrh和Ilh表示從窗口 Iwl射出的光束的外周部分，其中附圖標記Llrh與圖IlB中的右端相對應，並且附圖標記Lllh與圖IlB中的左端相對應。附圖標記L2rh和L21h表示從窗口 Iw2射出並被投影到微透鏡ML的光瞳位置的光束的外周部分，其中附圖標記L2rh與圖IlB中的右端相對應，並且附圖標記L21h與圖IlB中的左端相對應。如圖IlB所示，在入射到離攝像元件中心給定圖像高度的位置處的像素的光束的光瞳面Me上的光瞳區域與具有外周部分Lllh和L2rh的光束相對應，換句話說，由雙向箭頭 Area2表不。圖12A和12B是示出光瞳面Me上的光瞳區域的圖。圖12A示出攝像元件的中心處的像素的光瞳區域，並且圖12B示出離攝像元件的中心給定圖像高度的位置處的像素的光瞳區域。如參考圖IlA和IlB所說明的，攝像元件的中心處的像素接收僅由單一窗口 Iw2 所限制的光束，因而如圖12A所示，將窗口 Iw2的形狀直接投影到光瞳區域Areal。因為限制光束的窗口是圓形，因此光瞳區域Areal也是圓形。相反，在離攝像元件中心給定圖像高度的位置處的像素接收由窗口 Iwl和Iw2所限制的光束，所以光瞳區域Area2具有如圖12B 所示的形狀。圖13A和1 是示出焦點檢測像素的光瞳強度分布的圖。這些光瞳強度分布等同於通過將圖IOA IOC所示的攝像元件中心處的焦點檢測像素的入射角特性投影至微透鏡 ML的光瞳而獲得的分布。圖13A和13B中的橫軸和縱軸表示光瞳上的坐標。這些光瞳強度分布在離攝像元件的中心給定圖像高度的位置處的像素中具有相同特性。這是因為，將離攝像元件的中心給定圖像高度的位置處的像素中的微透鏡ML製造得偏心，以使得光軸中心穿過微透鏡ML的光瞳的中心。圖14A 14C是示出在攝像元件中心處的焦點檢測像素的光瞳面Me上的漸暈的圖。圖14A示出像素^ia的特性，以及圖14B示出像素^ib的特性。圖14A 14C是通過將圖12A所示的圖以及圖13A和1 所示的圖相互重疊而獲得的圖。在附圖標記Areal表示的形狀內透過的光束以圖14A 14C所示的光瞳強度分布入射到像素^ia和、。圖14C 是表示在攝像元件中心處的焦點檢測像素的光瞳面Me上的入射光束的二維光瞳強度分布的圖。在圖14C中，橫軸表示光瞳面Me上的χ方向上的坐標，以及縱軸表示在各坐標處的強度。在各坐標處的強度是圖14A和14B中y方向上的光瞳強度的和。附圖標EhdAc和 EsdBc表示在像素^ia和^ib的光瞳面Me上的入射光束的光瞳強度分布。如圖14C所示，在像素Sha和Shb的光瞳面Me上的光瞳強度分布左右對稱。因為漸暈後的形狀也左右對稱，因此在像素Sha和^ib的光瞳面Me上的入射光束的光瞳強度分布hdAc和hdBc也左右對稱。圖15A 15C是示出在離攝像元件的中心給定圖像高度的位置處的像素的光瞳面 Me上的漸暈的圖。圖15A示出像素^ia的特性，以及圖15B示出像素^b的特性。圖15A 15C是通過將圖12B所示的圖以及圖13A和1 所示的圖相互重疊而獲得的圖。在附圖標記Area2表示的形狀內透過的光束以圖15A 15C所示的光瞳強度分布入射到像素^a和 Shbo圖15C是表示在離攝像元件的中心給定圖像高度的位置處的焦點檢測像素的光瞳面Me 上的入射光束的二維光瞳強度分布的圖。在圖15C中，橫軸表示光瞳面Me上的χ方向上的坐標，以及縱軸表示在各坐標處的強度。在各坐標處的強度是圖15A和15B中y方向上的光瞳強度的和。參考圖15C，附圖標記hdAh和hdBh表示在像素^ia和^ib的光瞳面Me上的入射光束的光瞳強度分布。像素Sha和Shb的光瞳面Me上的光瞳強度分布左右對稱。然而，因為漸暈後的形狀左右不對稱，因此在像素Sha和Shb的光瞳面Me上的入射光束的光瞳強度分布hdAh和hdBh也不左右對稱。如之前所述，通過檢測在χ方向上規則排列像素Sha的像素組所獲取的被攝體圖像 A和在χ方向上規則排列像素^ib的像素組所獲取的被攝體圖像B之間的相對位置，檢測被
11攝體圖像的聚焦偏移量(散焦量)。使f (x，y)為被攝體的光量分布，並且使g(x，y)為被攝體圖像的光量分布，以下關係(卷積積分)成立
權利要求
1.一種焦點檢測設備，包括光電轉換部件，包括第一像素組和第二像素組，所述第一像素組用於接收穿過用於形成被攝體圖像的圖像形成光學系統的第一光瞳區域的光束，所述第二像素組用於接收穿過所述圖像形成光學系統的第二光瞳區域的光束；焦點檢測部件，用於基於所述第一像素組所生成的第一被攝體圖像和所述第二像素組所生成的第二被攝體圖像來檢測所述圖像形成光學系統的焦點狀態；校正計算器，用於基於所述焦點檢測部件的輸出對所述第一被攝體圖像和所述第二被攝體圖像進行校正計算；以及判斷部件，用於基於所述焦點檢測部件的輸出，判斷是否再次進行所述校正計算。
2.根據權利要求1所述的焦點檢測設備，其特徵在於，所述校正計算器計算與所述圖像形成光學系統的第一光瞳區域相對應的第一線圖像和與所述圖像形成光學系統的第二光瞳區域相對應的第二線圖像。
3.根據權利要求2所述的焦點檢測設備，其特徵在於，所述校正計算器通過對所述第一被攝體圖像和所述第二線圖像進行卷積積分來生成第一圖像信號，並通過對所述第二被攝體圖像和所述第一線圖像進行卷積積分來生成第二圖像信號。
4.根據權利要求1所述的焦點檢測設備，其特徵在於，所述校正計算器對所述第一被攝體圖像和所述第二被攝體圖像進行明暗校正。
5.一種焦點檢測設備，包括圖像形成光學系統，用於形成被攝體的圖像；光電轉換部件，包括第一像素組和第二像素組，所述第一像素組用於接收穿過所述圖像形成光學系統的第一光瞳區域的光束，所述第二像素組用於接收穿過所述圖像形成光學系統的第二光瞳區域的光束；焦點檢測部件，用於檢測所述圖像形成光學系統的焦點狀態； 校正計算器，用於基於所述焦點檢測部件的輸出，對所述光電轉換部件的第一像素組所生成的第一被攝體圖像和所述光電轉換部件的第二像素組所生成的第二被攝體圖像進行校正計算；信號處理選擇部件，用於基於所述第一被攝體圖像和所述第二被攝體圖像的輸出，從具有不同特性的多種信號處理中選擇最優信號處理；信號處理部件，用於對所述第一被攝體圖像和所述第二被攝體圖像進行所述信號處理選擇部件所選擇的信號處理；以及判斷部件，用於基於所述焦點檢測部件的輸出來判斷是否再次進行所述校正計算， 其中，在所述判斷部件判斷為不再次進行所述校正計算之前，基於所述校正計算前的信號來選擇信號處理。
6.根據權利要求5所述的焦點檢測設備，其特徵在於，所述信號處理部件放大或衰減信號中的特定頻率成分。
7.根據權利要求5所述的焦點檢測設備，其特徵在於，在所述判斷部件判斷為不再次進行所述校正計算之後，基於所述校正計算後的信號來選擇信號處理。
全文摘要
一種焦點檢測設備包括光電轉換部件，包括第一像素組和第二像素組，第一像素組用於接收通過形成被攝體的圖像的圖像形成光學系統的第一光瞳區域的光束，第二像素組用於接收通過圖像形成光學系統的第二光瞳區域的光束；焦點檢測部件，用於基於第一像素組所生成的第一被攝體圖像和第二像素組所生成的第二被攝體圖像來檢測圖像形成光學系統的焦點狀態；校正計算器，用於基於焦點檢測部件的輸出對第一被攝體圖像和第二被攝體圖像進行校正計算；以及判斷部件，用於基於焦點檢測部件的輸出來判斷是否再次進行校正計算。
文檔編號G02B7/34GK102422196SQ20108002129
公開日2012年4月18日 申請日期2010年5月7日 優先權日2009年5月12日
發明者山本英明 申請人:佳能株式會社