攝像設備的制作方法

專利名稱：攝像設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在圖像傳感器的一部分上配置有焦點檢測像素的攝像設備的像素信號讀出控制技術。
背景技術：
現在，具有諸如CXD或CMOS傳感器等的固態圖像傳感器的一些攝像設備具有所謂的實時取景功能，該功能通過將從圖像傳感器連續讀出的圖像信號順次輸出給配置在例如照相機背面上的顯示裝置以允許用戶確認被攝體圖像。作為攝像設備的自動焦點檢測/調節方法中使用穿過攝像鏡頭的光束的常用方法，可以使用對比度檢測方法(稱為離焦檢測方法)和相位差檢測方法(稱為偏移檢測方法)。對比度檢測方法普遍使用于視頻動畫設備(可攜式攝像機)和數字靜態照相機，并且使用圖像傳感器作為焦點檢測傳感器。該方法關注來自圖像傳感器的輸出信號，尤其是高頻成分的信息(對比度信息)，并且將該信息的評價值最大化處的攝像鏡頭的位置確定為對焦位置。然而，由于該方法還被稱為爬山方法，也就是說，由于該方法在以小量移動攝像鏡頭的同時計算評價值，而且必須移動鏡頭直到由此檢測到最大評價值為止，所以該方法不適于高速焦點調節操作。另一方面，相位差檢測方法普遍應用于使用氯化銀膠片的單鏡頭反光照相機中，并且是一種對AF(自動調焦)單鏡頭反光照相機的實際使用貢獻最大的技術。在相位差檢測方法中，將穿過攝像鏡頭的出射光瞳的光束分成由一對焦點檢測傳感器分別接收的兩個束。然后，通過檢測根據光接收量所輸出的信號之間的偏移量、即光束在分割方向上的相對位置偏移量，直接計算出攝像鏡頭在調焦方向上的偏移量。因此，一旦焦點檢測傳感器進行累積操作，則可以獲得調焦偏移量和方向，從而允許高速焦點調節操作。然而，為了將通過攝像鏡頭的出射光瞳的光束分成兩個束，并且獲得與各個光束相對應的信號，常用做法是在攝像光路中配置包括快速復原鏡和半鏡的光路分割部件，并且在光路分割部件之后配置焦點檢測光學系統和焦點檢測傳感器。為此，該設備不必要地變得大型且昂貴。另外，在實時取景模式下，由于快速復原鏡從光路縮回，所以使得AF操作無效，從而出現了問題。為了解決上述問題，提出了一種向圖像傳感器賦予相位差檢測功能以消除對專用AF傳感器的需求、而且實現高速相位差檢測AF操作的技術。例如，在日本特開2000-156823號公報中，在圖像傳感器的一些光接收元件(像素)中，通過使光接收部的感光區域偏離片上微透鏡的光軸來賦予光瞳分割功能。然后，使用這些像素作為焦點檢測像素，并且以預定間隔將其配置在圖像形成像素組中，從而實現基于相位差檢測方法的焦點檢測。另外，由于配置焦點檢測像素的位置對應于圖像形成像素的缺陷部，所以通過根據周圍的圖像形成像素信息進行插值來形成圖像信息。在日本特開2000-292686號公報中，通過分割圖像傳感器的一些像素的光接收部來賦予光瞳分割功能。然后，使用這些像素作為焦點檢測像素，并且以預定間隔將其配置在 圖像形成像素組中，從而實現基于相位差檢測方法的焦點檢測。對于該技術也一樣，由于配置焦點檢測像素的位置對應于圖像形成像素的缺陷部，所以利用根據周圍的圖像形成像素信息的插值來形成圖像信息。然而，在上述日本特開2000-156823號公報和日本特開2000-292686號公報中，由
于將焦點檢測像素的位置配置為圖像形成像素的缺陷部、通過根據周圍的圖像形成像素進行插值來形成焦點檢測像素的位置的圖像信息，所以，正確的插值常常根據被攝體而失敗。為此，當焦點檢測像素的數量充分小于正常圖像形成像素的數量時，圖像質量劣化輕微。然而，隨著焦點檢測像素的比率增大，圖像質量劣化越發嚴重。眾所周知，為了在實時取景模式下獲得目標幀頻，由于必須從圖像傳感器高速讀出像素信號，所以在間隔剔除圖像傳感器中的一些像素的情況下高速讀出像素信號。在這種情況下，當將像素配置成在讀出像素信號中包括焦點檢測像素以使得即使在實時取景模式下也允許AF操作時，與讀出所有像素的情況相比，焦點檢測像素相對于圖像形成像 素的比率增大，因而對圖像質量的影響更加嚴重。通常，經由多個掩模處理來制造CMOS固態圖像傳感器。由于在各個掩模處理之間對齊位置的同時進行制造，所以在早期處理中制造的構件和在后期處理中制造的構件之間發生位置偏差。由于在早期處理中制造固態圖像傳感器的光電轉換單元，而且在后期處理中形成微透鏡，所以通常在光電轉換單元和微透鏡之間常常發生位置偏差。為此，根據焦點檢測像素的位置而發生漸暈，由此干擾精確的焦點檢測。

發明內容
考慮到上述問題做出本發明，當在間隔剔除一些像素的同時從圖像傳感器讀出像素時，本發明可以在抑制圖像質量下降的同時實現精確的焦點檢測。根據本發明，提供一種攝像設備，包括圖像傳感器，在所述圖像傳感器上二維配置多個像素，并且所述圖像傳感器具有多個圖像形成像素和多種類型的焦點檢測像素，其中，所述圖像形成像素對通過攝像鏡頭所形成的被攝體圖像進行光電轉換并且輸出圖像形成信號，所述多種類型的焦點檢測像素被離散配置在所述多個圖像形成像素中并且分別具有不同的接收光分布；以及選擇部件，用于在對所述多個像素進行間隔剔除的同時從所述圖像傳感器讀出所述多個像素時，從具有所述多個像素的不同間隔剔除相位的多個間隔剔除讀出模式中選擇一個間隔剔除讀出模式，其中，所述多種類型的焦點檢測像素被配置為使得在所述選擇部件所選擇的各間隔剔除讀出模式下，僅讀出所述多種類型的焦點檢測像素中的一種類型的焦點檢測像素的信號，而不讀出其它類型的焦點檢測像素的信號。通過以下參考附圖對典型實施例的說明，本發明的其它特征將顯而易見。


圖I是示出根據本發明實施例的照相機的結構的框圖；圖2是根據本發明實施例的固態圖像傳感器的框圖；圖3A和3B是根據本發明實施例的全部像素讀出模式的說明圖；圖4A和4B是根據本發明實施例的間隔剔除讀出模式的說明圖；圖5A和5B分別是根據本發明實施例的圖像傳感器的圖像形成像素的平面圖和斷面圖6A和6B分別是根據本發明實施例的圖像傳感器的焦點檢測像素的平面圖和斷面圖；圖7是示出根據本發明實施例的圖像形成像素和焦點檢測像素的像素配置的圖；圖8A SG是根據本發明實施例所設計的接收光分布的說明圖；圖9A 9G是根據本發明實施例的接收光的分布的說明圖；圖IOA IOC是根據本發明實施例 的焦點檢測像素的線性分布的說明圖；圖IlA和IlB是根據本發明實施例的測距區域的配置和間隔剔除讀出相位選擇表的說明圖；圖12是示出根據本發明實施例的操作序列的流程圖；以及圖13是示出根據本發明實施例在實時取景模式下的攝像操作序列的時序圖。
具體實施例方式下面將參考

本發明的實施例。圖I是示出根據本發明實施例的照相機(攝像設備)的結構的框圖，而且示出將具有圖像傳感器的照相機機體和拍攝鏡頭集成在一起的數字照相機。參考圖1，附圖標記101表示被配置在攝像光學系統(圖像形成光學系統)一端的、可以在光軸方向上前后移動的第一透鏡組。附圖標記102表不光圈/快門，其中，光圈/快門102通過調節其孔徑大小來調節攝像時的光量，而且在拍攝靜止圖片時還用作為曝光時間調節快門。附圖標記103表示第二透鏡組。光圈/快門102和第二透鏡組103在光軸方向上一起前后移動，從而與第一透鏡組101的前后移動操作同步地實現可變倍率操作(變焦功能)。附圖標記105表示當在光軸方向上被前后移動時實現焦點調節的第三透鏡組。附圖標記106表示作為減輕拍攝圖像的偽色和摩爾紋成分所需的光學元件的光學低通濾波器。附圖標記107表示包括CMO S傳感器及其外圍電路的圖像傳感器。作為圖像傳感器107，使用二維單片彩色傳感器，在該傳感器上，在光接收像素上形成拜耳矩陣的片上原色馬賽克濾波器(水平方向的m個像素X垂直方向的η個像素)。附圖標記111表示通過樞轉凸輪筒(未示出)以向前和向后驅動第一透鏡組101和第二透鏡組103來實現變焦操作的變焦致動器。附圖標記112表示光圈/快門致動器，其中，光圈/快門致動器112通過控制光圈/快門102的孔徑大小來調節攝像光量，而且在拍攝靜止圖片時執行曝光時間控制。附圖標記114表示通過在光軸方向上前后驅動第三透鏡組105來實現焦點調節的調焦致動器。附圖標記115表示用于在攝像時照明被攝體所使用的電子閃光燈。作為電子閃光燈115，優選使用利用氙氣管的閃光燈照明裝置。可選地，可以使用包括連續發光的LED的照明裝置。附圖標記116表示AF輔助光裝置，其中，AF輔助光裝置116經由投影透鏡將具有預定開口圖案的掩模的圖像投影至被攝體視場，以增強針對暗被攝體或低對比度被攝體的焦點檢測性能。附圖標記121表示對照相機機體執行各種類型的控制而且包括運算單元、ROM、RAM、A/D轉換器、D/A轉換器和通信接口電路的照相機內部CPU。CPU 121基于ROM中存儲的預定程序驅動照相機中所包括的各種電路，從而執行包括AF、攝像、圖像處理和記錄操作的一系列操作。
附圖標記122表示與攝像操作同步對電子閃光燈115進行ON控制(打開控制)的電子閃光燈控制電路。附圖標記123表示與焦點檢測操作同步對AF輔助光裝置116進行ON控制的輔助光驅動電路。附圖標記124表示圖像傳感器驅動電路，其中，圖像傳感器驅動電路124控制圖像傳感器107的攝像操作，對所獲取的圖像信號進行A/D轉換，并且將數字圖像信號發送給CPU121。附圖標記125表示對由圖像傳感器107獲取的圖像進行諸如校正處理、Y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126表示調焦驅動電路，其中，調焦驅動電路126基于焦點檢測結果控制對調焦致動器114的驅動，以在光軸方向上前后驅動第三透鏡組105，由此實現焦點調節。附圖標記128表示控制對光圈/快門致動器112的驅動來控制光圈/快門102的孔徑大小的光圈/快門驅動電路。附圖標記129表示根據拍攝者的變焦操作來驅動變焦致動器111的變焦驅動電路。附圖標記135表示諸如IXD等的顯示器，其中，顯示器135顯示與照相機的攝像模式相關聯的信息、攝像前的預覽圖像、攝像后的確認圖像、以及焦點檢測時的對焦狀態顯示 圖像。附圖標記136表示包括電源開關、釋放(攝像觸發器)開關、變焦操作開關和攝像模式選擇開關的操作開關組。附圖標記137表示記錄拍攝的圖像的可拆卸閃速存儲器。圖2是根據本實施例的圖像傳感器的框圖。注意，圖2的框圖示出用于說明讀出操作(后面說明)的最小必需結構，而且沒有示出像素復位信號等。參考圖2，附圖標記201
表示光電轉換單元(以下縮寫為PDmn, m是X方向地址(m = O, I, ......, m-1), η是Y方向
地址(η = 0，1，......，η-1))，并且每一光電轉換單元201均包括光電二極管、像素放大器
和復位開關。在本實施例的圖像傳感器中，二維配置mXn光電轉換單元。為了簡單，還僅針對左上角的光電轉換單元PDcitl來說明附圖標記。附圖標記202表不各自用于選擇光電轉換單兀PDmn的輸出的開關。垂直掃描電路208(后面說明)逐行選擇光電轉換單元輸出。附圖標記203表示臨時存儲光電轉換單元PDmn 201的輸出的線存儲器。線存儲器203存儲由垂直掃描電路所選擇的一個行的光電轉換單元的輸出。通常，線存儲器203使用電容器。附圖標記204表示與水平輸出線連接的、且用于將水平輸出線復位成預定電位VHRT的開關。開關204受信號HRT的控制。附圖標記205表示用于將存儲在上述線存儲器203中的光電轉換單元PDmn的輸出順次輸出到水平輸出線上的開關。當水平掃描電路206 (后面說明)順次掃描開關Htl Hnrl時，讀出一個行的光電轉換單兀的輸出。附圖標記206表示順次掃描線存儲器203中所存儲的光電轉換單元的輸出以將這些輸出輸出到水平輸出線上的水平掃描電路。附圖標記PHST表示水平掃描電路206的數據輸入，PHl和PH2表示變換時鐘輸入。當PHl = H時，設置數據，并且響應于PH2鎖存該數據。通過向PHl和PH2輸入變換時鐘，順次變換信號PHST以順次接通開關Htl Hm+附圖標記SKIP表示進行控制以進行間隔剔除讀出模式(后面說明)下的設置的控制端子輸入。通過將SKIP端子設置成H電平，可以以預定間隔跳過水平掃描電路。后面將詳細說明讀出操作。附圖標記208表不可以通過順次掃描和輸出信號Vtl Vlri來選擇光電轉換單兀PDmn的選擇開關202的垂直掃描電路。對于控制信號，如水平掃描電路206中一樣,通過數據輸入PVST、變換時鐘PVl和PV2、以及間隔剔除讀取設置信號SKIP來控制垂直掃描電路208。由于垂直掃描電路208的操作與水平掃描電路的操作相同，所以將不給出對其的詳細說明。圖2沒有示出上述的控制信號。圖3A和3B是在讀出圖2中示出的圖像傳感器的所有像素時的說明圖。圖3A示出mXn光電轉換單兀的配置。圖3A中另外標注的符號R、G和B表不光電轉換單兀上所采用的顏色濾波器。本實施例將說明拜耳矩陣，在拜耳矩陣中，將具有G(綠色)光譜靈敏度的像素配置為2行X2列的四個像素中的兩個對角像素，將分別具有R(紅色)和B(藍色)光譜靈敏度的像素配置為其余的兩個像素。圖3A中上側和左側另外標注的數字是在X方向和Y方向上的地址編號。陰影線像素部分是要讀出的像素部(由于是全部像素讀出模式，所以所有像素都是帶陰影線的)。通常，還在圖像傳感器中配置檢測黑色電平所使用的遮光OB(光學黑體)像素，而且同樣讀出遮光OB像素。然而，在本實施例中，為了簡單，沒有示出這類像素。圖3B是在讀出圖像傳感器的所有像素的數據時的時序圖。在CPU 121控制圖像 傳感器驅動電路124以向圖像傳感器提供脈沖時，控制該操作。下面將參考圖3B說明全部像素讀出操作。驅動垂直掃描電路以激活信號N0。此時，將第O行的像素的輸出分別輸出到垂直輸出線上。在這種狀態下，激活MEM信號以在線存儲器203中對各個像素的數據進行采樣保持。然后，激活信號PHST以輸入變換時鐘PHl和PH2，并且激活開關H。 Hnrl以將像素信號輸出到水平輸出線上。經由放大器207輸出該輸出像素信號作為信號V0UT。通過A/D轉換器(未示出)將信號VOUT轉換成數字數據，并且使其經過圖像處理電路125的預定圖像處理。接著，在垂直掃描電路中，激活信號V1以將第I行的像素信號輸出到垂直輸出線上。同樣，響應于MEM信號將像素信號臨時存儲在線存儲器203中。然后，激活信號PHST以輸入變換時鐘PHl和PH2，并且以與上述相同的方式激活開關H。 Hlrt以將像素信號輸出到水平輸出線上。如上所述，順次執行直到第(η-i)行的讀出操作。圖4Α和4Β是圖2中示出的圖像傳感器的間隔剔除讀出操作的例子的說明圖。圖4Α示出mXn光電轉換單元的配置，即圖3Α中示出的相同的圖像傳感器。陰影線像素部分是在間隔剔除讀出模式下要讀出的像素。在本實施例中，在X方向和Y方向上都將要讀出的像素間隔剔除成1/3。圖4B是間隔剔除讀出模式下的時序圖。下面將使用圖4B中示出的時序圖說明間隔剔除讀出操作。通過激活水平掃描電路206和垂直掃描電路208的控制端子的SKIP端子來進行間隔剔除讀出設置。通過激活SKIP端子，將水平掃描電路和垂直掃描電路的操作從各像素的順次掃描改變成針對每三個像素的掃描。由于實際的方法是眾所周知的技術，所以將不給出對其的詳細說明。在間隔剔除操作中，驅動垂直掃描電路208以激活信號Vtlt5此時，將第O行的像素的輸出分別輸出到垂直輸出線上。在這種狀態下，激活MEM信號以在線存儲器203中對各個像素的數據并進行采樣保持。然后，激活信號PHST以輸入變換時鐘PHl和PH2。此時，通過激活SKIP端子改變移位寄存器的路線，并且如Hq、H3、H6、……、Hm_3那樣將按每三個像素的像素信號順次輸出給水平輸出線。經由放大器207輸出該輸出像素信號作為信號V0UT。通過A/D轉換器(未示出)將信號VOUT轉換成數字數據，并且使其經過圖像處理電路125的預定圖像處理。接著，垂直掃描電路208如在水平掃描電路206中一樣，跳過信號V1和％并且激活信號V3以將第3行的像素信號輸出到垂直輸出線上。此后，響應于MEM信號將像素信號臨時存儲在線存儲器203中。以與上述相同的方式，激活信號PHST以輸入變換時鐘PHl和PH2，并且順次激活開關m……、Hm_3以將像素信號輸出到水平輸出線上。如上所述，順次執行直到第(n-3)行的讀出操作。這樣，在水平方向和垂直方向上都進行1/3間隔剔除讀出操作。圖5A和5B以及圖6A和6B是用于說明圖像形成像素和焦點檢測像素的結構的圖。本實施例采用拜耳矩陣，在拜耳矩陣中，將具有G (綠色)光譜靈敏度的像素配置為2行X 2列的四個像素中的兩個對角像素，將分別具有R(紅色)和B(藍色)光譜靈敏度的像素配置為其余兩個像素。在這些拜耳矩陣之間，根據預定規則分散配置具有后面說明的結構的焦點檢測像素。圖5A和5B示出圖像形成像素的配置和結構。圖5A是2行X2列的圖像形成像素的平面圖。眾所周知，在拜耳矩陣中，將G像素配置在對角方向上，將R和B像素配置為 其余兩個像素。然后，重復配置2行X2列的這一結構。圖5B示出圖5A的斷面A-A。附圖標記ML表示在各像素的最前面所配置的片上微透鏡，附圖標記CFk表示R(紅色)顏色濾波器；附圖標記CFe表示G(綠色)顏色濾波器。附圖標記H)表示使用圖3A和3B說明的CMOS傳感器的光電轉換單兀的簡單不例；附圖標記CL表不形成用于在CMOS傳感器中傳送各種信號的信號線所使用的配線層。附圖標記TL表示攝像光學系統的簡單示例。在這種情況下，將各圖像形成像素的片上微透鏡ML和光電轉換單元H)配置成盡可能有效地攝入穿過攝像光學系統TL的光束。換句話說，攝像光學系統TL的出射光瞳EP和光電轉換單元H)經由微透鏡ML具有共軛關系，并且將光電轉換單元設計成具有大的有效面積。圖5B說明R像素的入射光束，而且G和B(藍色)像素也具有相同結構。因此，與圖像形成像素R、G和B相對應的出射光瞳EP具有大的直徑，并且有效率地攝入來自被攝體的光束，由此提高圖像信號的S/N。圖6A和6B示出為了在攝像鏡頭的水平方向(橫向)上實現光瞳分割所需的焦點檢測像素的配置和結構。圖6A示出包括焦點檢測像素的2行X2列的像素的平面圖。在要獲得圖像形成信號時，G像素用作亮度信息的主成分。由于人的圖像識別特性對亮度信息敏感，所以如果G像素被忽略，則人可能容易注意到圖像質量的劣化。另一方面，R或B像素是為獲取顏色信息所需的像素。然而，由于人對顏色信息不敏感，所以即使在稍微忽略獲取顏色信息所需的像素時，他或她也不容易注意到圖像質量的劣化。因此，在本實施例中，在2行X 2列的像素中,保留G像素作為圖像形成像素,并且部分使用R和B像素作為焦點檢測像素。在圖6A中以附圖標記SA和SB來表示這些像素。圖6B示出圖6A的斷面A-A。微透鏡ML和光電轉換單元H)具有與圖5B中示出的圖像形成像素相同的結構。在本實施例中，由于在圖像形成中不使用焦點檢測像素的信號，所以配置透明膜CFW(白色)來代替顏色分離濾波器。為了利用圖像傳感器來實現光瞳分害I]，使配線層CL的開口部偏離微透鏡ML的中心線。更具體地，由于使像素SA及其開口部OPHA向右偏離，所以該像素接收穿過攝像鏡頭TL的左出射光瞳EPHA的光束。同樣，由于像素SB的開口部OPHB向左偏離，所以該像素接收穿過攝像鏡頭TL的右出射光瞳EPHB的光束。因此，在水平方向上規則地配置像素SA，并且假定A圖像是通過這些像素所獲得的被攝體圖像。另外，在水平方向上規則地配置像素SB，并且假定B圖像是通過這些像素所獲得的被攝體圖像。通過檢測A圖像和B圖像的相對位置，可以檢測被攝體圖像的焦點偏移量(離焦量)。在要檢測垂直方向(縱向)上的焦點偏移量時，可以將像素SA及其開口部OPHA配置成向上側偏離，并且將 像素SB及其開口部OPHB配置成向下側偏離。圖7是示出根據本實施例的圖像形成像素和焦點檢測像素的配置的像素配置圖。參考圖7，附圖標記G表示應用綠色濾波器的像素，附圖標記R表示應用紅色濾波器的像素，附圖標記B表示應用藍色濾波器的像素。另外，在圖7中，附圖標記SA表示焦點檢測像素，其中，通過在水平方向上偏置像素部的開口部來形成各SA，并且焦點檢測像素SA形成用于檢測在水平方向上相對于后面說明的SB像素組的圖像偏移量的標準像素組。附圖標記SB表示下面的像素通過在與各SA像素相反的方向上偏置像素部的開口部來形成SB像素，并且SB像素形成用于檢測在水平方向上相對于SA像素組的圖像偏移量的基準像素組。SA和SB像素各自的陰影線部分表示像素的偏置開口部。在這種情況下，基準像素SBl對應于標準像素SA1。同樣，像素SA2和SB2以及像素SA3和SB3分別形成用于檢測圖像偏移量的像素對。對于焦點檢測像素的像素配置，本實施例舉例說明與垂直1/3間隔剔除模式相對應的像素配置，并且將用于檢測圖像偏移量的像素對配置成具有相同間隔剔除相位。更具體地，圖7中的VMk(k是間隔剔除相位編號，而且是等于或大于I、且等于或小于間隔剔除周期的整數)表示間隔剔除相位周期，其中，間隔剔除相位周期表示在特定相位以垂直1/3間隔剔除模式要讀出的行的組合。在該像素配置中，在讀出間隔剔除相位周期VMl時，讀出像素對SAl和SBl。同樣，在讀出間隔剔除相位周期VM2時，讀出像素對SA2和SB2。另外，在讀出間隔剔除相位周期VM3時，讀出像素對SA3和SB3。考慮到對于圖像形成不能使用焦點檢測像素組這一情況，在本實施例中，將焦點檢測像素離散配置為在X方向和Y方向上具有特定間隔。另外，為了減輕圖像劣化，希望不將焦點檢測像素配置在G像素的部分。在本實施例中，在圖7中示出的12行X 12列的像素塊中配置SA和SB的三個像素對，以完成一個塊的像素配置圖案。另外，通過在圖像傳感器的任意位置處適當配置各個塊，可以獲得向全攝像面的擴展。圖8A 8G是離散配置在本實施例的圖像傳感器107上的焦點檢測像素在攝像鏡頭的光瞳上的所設計的接收光分布。圖8A示出圖7的像素配置圖中示出的焦點檢測像素SAl在攝像鏡頭的光瞳上所設計的接收光分布。通過電極131_1和131_2所定義的焦點檢測像素SAl的開口的中心在+ χ方向上極大地偏離該像素的中心。為此，焦點檢測像素SAl的光電轉換單元的光接收區域PAl的中心在攝像鏡頭的出射光瞳的圖8A中的χ軸上以距離-XAl偏離光軸(圖8A中的χ和y軸之間的交叉點)。圖SB示出圖7的像素配置圖中示出的焦點檢測像素SBl在攝像鏡頭的光瞳上所設計的接收光分布。通過電極131_3和131_4所定義的焦點檢測像素SBl的開口的中心差不多與該像素的中心一致。為此，焦點檢測像素SBl的光電轉換單元的光接收區域PBl的中心在攝像鏡頭的出射光瞳的圖8B中的χ軸上差不多與光軸(圖8B中的χ軸和y軸之間的交叉點)一致。圖SC示出圖7的像素配置圖中示出的焦點檢測像素SA2在攝像鏡頭的光瞳上所設計的接收光分布。通過電極131_9和131_10所定義的焦點檢測像素SA2的開口的中心在+ χ方向上與該像素的中心偏離預定量。為此，焦點檢測像素SA2的光電轉換單元的光接收區域PA2的中心在攝像鏡頭的出射光瞳的圖8C中的χ軸上與光軸(圖8C中的χ軸和I軸之間的交叉點)偏離距離-XA2。圖8D示出圖7的像素配置圖中示出的焦點檢測像素SB2在攝像鏡頭的光瞳上所設計的接收光分布。通過電極131_11和131_12所定義的焦點檢測像素SB2的開口的中心在-χ方向上與該像素的中心偏離預定量。為此，焦點檢測像素SB2的光電轉換單元的光接收區域PB2的中心在攝像鏡頭的出射光瞳的圖8D中的χ軸上與光軸(圖8D中的χ軸和y軸之間的交叉點)偏離距離XB2。 圖SE示出圖7的像素配置圖中示出的焦點檢測像素SA3在攝像鏡頭的光瞳上所設計的接收光分布。通過電極131_17和131_18所定義的焦點檢測像素SA3的開口的中心差不多與該像素的中心一致。為此，焦點檢測像素SA3的光電轉換單元的光接收區域PA3的中心在攝像鏡頭的出射光瞳的圖8E中的χ軸上差不多與光軸(圖8E中的χ軸和y軸之間的交叉點)一致。在這種情況下，焦點檢測像素SA3在攝像鏡頭的光瞳上所設計的接收光分布差不多與焦點檢測像素SBl在攝像鏡頭的光瞳上所設計的接收光分布一致。圖8F示出圖7的像素配置圖中示出的焦點檢測像素SB3在攝像鏡頭的光瞳上所設計的接收光分布。通過電極131_19和131_20所定義的焦點檢測像素SB3的開口的中心在-χ方向上極大地偏離該像素的中心。為此，焦點檢測像素SB3的光電轉換單元的光接收區域PB3的中心在攝像鏡頭的出射光瞳的圖8F中的χ軸上與光軸(圖8F中的χ軸和y軸之間的交叉點)偏離距離XB3。圖SG示出圖7的像素配置圖中示出的正常圖像形成像素在攝像鏡頭的光瞳上所設計的接收光分布。由于沒有將正常圖像形成像素的電極131配置成遮擋光電轉換單元上的任何光，所以正常圖像形成像素的光電轉換單元可以接收攝像鏡頭的全光瞳區域Pr的光。此時，正常圖像形成像素的光接收區域Pr的中心差不多與攝像鏡頭的出射光瞳的光軸(圖8G中的χ軸和y軸之間的交叉點)一致。如上所述，將本實施例的圖像傳感器107配置成包括六種類型的焦點檢測像素組，使接收光的分布中心位于X軸上的不同位置處。圖9A 9G示出當配置在各像素的最前面的片上微透鏡與電極131之間的相對位置關系在-X方向上偏離設計值時所獲得的圖像傳感器107上的接收光的分布。圖9A 9G是相對于攝像畫面的中心位于-χ方向上的焦點檢測像素在攝像鏡頭的光瞳上的接收光分布的說明圖。圖IOA IOC是示出由焦點檢測像素組所生成的線圖像分布的圖。當微透鏡相對于電極131在-χ方向上偏離設計值時，圖像傳感器107的各焦點檢測像素的接收光的分布在攝像鏡頭的光瞳上一律在-X方向上偏離。在相對于圖像傳感器107的中心位于-χ方向上的焦點檢測像素組中，光束因攝像鏡頭的鏡架而從圖9A 9G中的-χ方向側出現漸暈。圖9A示出圖7的像素配置圖中示出的焦點檢測像素SA I在攝像鏡頭的光瞳上的接收光的分布。通過電極131_1和131_2所定義的開口的中心在+方向上極大地偏離該像素的中心。為此，焦點檢測像素SAl的光電轉換單元的光接收區域PA1’的中心進一步在-χ方向上與攝像鏡頭的出射光瞳上的光軸(圖9A中的χ軸和y軸之間的交叉點)偏離距離XA1’。此外，由于光束因攝像鏡頭的鏡架而從圖9A的-χ方向側出現漸暈，所以焦點檢測像素SAl的光接收區域縮窄。
圖9B示出圖7的像素配置圖中示出的焦點檢測像素SBl在攝像鏡頭的光瞳上的接收光的分布。焦點檢測像素SBl的光電轉換單元的光接收區域的中心PB1’進一步在-χ方向上與攝像鏡頭的出射光瞳上的光軸(圖9B中的χ軸和y軸之間的交叉點)偏離距離-XB1’，其中，焦點檢測像素SBl的中心差不多與通過電極131_3和131_4所定義的開口的中心一致。圖IOA示出由以焦點檢測像素SAl為代表的焦點檢測像素組所生成的線圖像分布I α I和由以焦點檢測像素SBl為代表的焦點檢測像素組所生成的線圖像分布I β I。由于焦點檢測像素SAl在攝像鏡頭的光瞳上的光接收區域ΡΑ1’的面積與焦點檢測像素SBl在攝像鏡頭的光瞳上的光接收區域ΡΒ1’的面積極大不同，所以線圖像分布I α I和I β I之間的輸出差變大。結果，即使在使用由以焦點檢測像素SAl為代表的焦點檢測像素組所生成的焦點檢測圖像和由以焦點檢測像素SBl為代表的焦點檢測像素組所生成的焦點檢測圖像來檢測攝像鏡頭的焦點狀態時，也不能期望精確的焦點檢測。圖9C示出圖7的像素配置圖中示出的焦點檢測像素SA2在攝像鏡頭的光瞳上的接收光的分布。通過電極131_9和131_10所定義的開口的中心在+ χ方向上與該像素的中心偏離預定量。為此，焦點檢測像素SA2的光電轉換單元的光接收區域ΡΑ2’的中心進一步在-χ方向上與攝像鏡頭的出射光瞳上的光軸(圖9C中的χ軸和y軸之間的交叉點)偏離距離-XA2’。此外，由于光束因攝像鏡頭的鏡架而從圖9C中的-χ方向側出現漸暈，所以焦點檢測像素SA2的光接收區域縮窄。圖9D示出圖7的像素配置圖中示出的焦點檢測像素SB2在攝像鏡頭的光瞳上的接收光的分布。通過電極131_11和131_12所定義的開口的中心在-χ方向上與該像素的中心偏離預定量。為此，焦點檢測像素SB2的光電轉換單元的光接收區域PB2’的中心進一步在-χ方向上與攝像鏡頭的出射光瞳上的光軸(圖9D中的χ軸和y軸之間的交叉點)偏離距離XB2，ο圖IOB示出由以焦點檢測像素SA2為代表的焦點檢測像素組所生成的線圖像分布I α 2和由以焦點檢測像素SB2為代表的焦點檢測像素組所生成的線圖像分布I β 2。由于焦點檢測像素SA2在攝像鏡頭的光瞳上的光接收區域ΡΑ2’的面積與焦點檢測像素SB2在攝像鏡頭的光瞳上的光接收區域ΡΒ2’的面積略有不同，所以線圖像分布I α 2和I β 2具有微小的輸出差。結果，當使用由以焦點檢測像素SA2為代表的焦點檢測像素組所生成的焦點檢測圖像和由以焦點檢測像素SB2為代表的焦點檢測像素組所生成的焦點檢測圖像來檢測攝像鏡頭的焦點狀態時，在焦點檢測結果中生成微小的誤差。圖9Ε示出圖7的像素配置圖中示出的焦點檢測像素SA3在攝像鏡頭的光瞳上的接收光的分布。焦點檢測像素SA3的光電轉換單元的光接收區域ΡΑ3’的中心進一步在-χ方向上與攝像鏡頭的出射光瞳上的光軸(圖9Ε中的χ軸和y軸之間的交叉點)偏離距離M3，，其中，焦點檢測像素SA3的中心差不多與通過電極131_17和131_18所定義的開口的中心一致。此外，由于光束因攝像鏡頭的鏡架而從圖9E的-χ方向側出現漸暈，所以焦點檢測像素SA3的光接收區域縮窄。在這種情況下，焦點檢測像素SA3在攝像鏡頭的光瞳上的接收光的分布差不多與焦點檢測像素SBl在攝像鏡頭的光瞳上的接收光的分布一致。圖9F示出圖7的像素配置圖中示出的焦點檢測像素SB3在攝像鏡頭的光瞳上的接收光的分布。通過電極131_19和131_20所定義的開口的中心在-χ方向上極大地偏離該像素的中心。為此，焦點檢測像素SB3的光電轉換單元的光接收區域PB3’的中心進一步在-χ方向上與攝像鏡頭的出射光瞳上的光軸(圖9F中的χ軸和y軸之間的交叉點)偏離距離XB3，ο圖IOC示出由以焦點檢測像素SA3為代表的焦點檢測像素組所生成的線圖像分布
Iα 3和由以焦點檢測像素SB3為代表的焦點檢測像素組所生成的線圖像分布I β 3。由于焦點檢測像素SA3在攝像鏡頭的光瞳上的光接收區域ΡΑ3’的面積與焦點檢測像素SB3在攝像鏡頭的光瞳上的光接收區域ΡΒ3’的面積差不多相等，所以線圖像分布I α 3和I β 3的輸出差不多彼此相等。結果，當使用由以焦點檢測像素SA3為代表的焦點檢測像素組所生成的焦點檢測圖像和由以焦點檢測像素SB3為代表的焦點檢測像素組所生成的焦點檢測圖像來檢測攝像鏡頭的焦點狀態時，可以期望精確的焦點檢測。圖9G示出圖7的像素配置圖中示出的正常圖像形成像素在攝像鏡頭的光瞳上的 接收光的分布。由于沒有將正常圖像形成像素的電極131配置成遮擋光電轉換單元上的任何光，所以正常圖像形成像素的光電轉換單元可以接收攝像鏡頭的全光瞳區域Pr’的光。然而，由于光束因攝像鏡頭的鏡架而從圖9G中的-χ方向側出現漸暈，所以光接收區域縮窄。圖IlA和IlB分別是示出本實施例中的測距區域的配置、和測距區域及間隔剔除讀出相位的選擇表的圖。如圖IlA所示，將測距區域配置在圖像傳感器107的中心區域、以及右區域和左區域。在這些區域中，在水平方向和垂直方向上適當配置由如圖7的像素配置圖所示的12X12像素所構成的各基本塊，并且可以通過焦點檢測像素組獲得檢測圖像偏移量所需的信號。圖IlB是示出在各個測距區域中要選擇的間隔剔除讀出相位的關聯的選擇表。在該選擇表中，在配置具有多種類型的接收光分布的焦點檢測像素組的間隔剔除相位中，使配置可以獲得最佳焦點檢測圖像信號的像素對的間隔剔除相位相關聯。作為用于判斷最佳圖像的方法，例如，可以選擇從各個像素對所獲得的圖像信號的最小輸出差。將該選擇表存儲在本實施例的攝像設備的CPU 121的RAM中，并且在需要時讀出該選擇表。下面將參考圖12和13說明在具有上述配置的系統中的本實施例的攝像設備的操作。當打開照相機的電源時，在圖12的步驟SlOl中，將程序載入CPU 121，以執行照相機操作所需的初始化處理，并且初始化各個控制參數。然后處理進入步驟S102。利用該初始化處理，將中心區域上的測距區域2設置為測距區域。在步驟S102，選擇在實時取景操作模式(后面說明)下執行間隔剔除讀出處理時的間隔剔除讀出相位。對于間隔剔除讀出相位，參考存儲在CPU 121的RAM中的間隔剔除相位選擇表來設置相應的間隔剔除相位。在本實施例中，由于通過步驟SlOl的初始化處理設置了測距區域2，所以選擇讀出配置了可獲得滿意的焦點檢測圖像的焦點檢測像素SA3和SB3的線的間隔剔除讀出相位VM3。相反，由于不讀出配置焦點檢測像素SA1、SBU SA2和SB2的線，所以可以抑制由讀出不必要的焦點檢測像素而導致的圖像質量劣化。在步驟S103，開始所謂的實時取景操作，在該操作下，從圖像傳感器連續讀出信號，以實現順序顯示和記錄操作。下面將說明實時取景操作和要作為動畫記錄的圖像信號的讀出控制。圖13是用于說明在本實施例的實時取景模式下的攝像操作序列的概要的時序圖。如圖13所示，在進行圖像傳感器107的曝光操作之后，讀出圖像傳感器107中的像素的累積電荷作為圖像信號。與控制脈沖垂直同步信號VD和水平同步信號HD(未示出)同步進行該讀出操作。VD信號表示一個圖像形成幀。在本實施例中，響應于來自CPU 121的命令，以例如l/30sec的間隔將VD信號從圖像傳感器驅動電路124發送給圖像傳感器107。另外，控制脈沖HD是圖像傳感器107的水平同步信號。在一個幀周期期間，以預定間隔輸出與水平線的數量一樣多的數量的脈沖HD來控制水平線。與水平脈沖HD同步，對各個水平線進行像素復位操作(以虛線表示)，以獲得所設置的累積時間。在響應于VD和HD信號讀出累積電荷之后，輸出VD信號以開始下一巾貞的累積操作。將讀出的圖像信號傳送給圖像處理電路125，并使其經過缺陷像素校正和圖 像處理。然后，將圖像信號發送給配置在例如照相機背面上的顯示器135。由于上述實時取景操作是已知技術，所以不給出更詳細的說明。對于動畫記錄，將經過了圖像處理的類似地讀出的信號順次發送至并記錄在CPU 121的RAM中。在本實施例的圖像傳感器107中，除圖像形成像素以外，還對一些像素組設置光瞳分割功能，以使得能夠實現所謂的相位差AF模式。由于這些焦點檢測像素被當作缺陷像素，所以圖像信號經過缺陷校正，然后使其經過圖像處理。然后將處理后的信號傳送給顯示電路。為了在正常實時模式下獲得目標幀頻，必須在間隔剔除信號的同時從圖像傳感器高速讀出信號。由于已說明了這類讀出操作，因而不給出對其的詳細說明。在這種情況下，移位寄存器選擇具有在步驟S102中所選擇的間隔剔除讀出相位的線來讀出信號。另一方面，由于不讀出配置在其它間隔剔除讀出相位中的焦點檢測像素，所以在所獲得的圖像信號中沒有包括這些焦點檢測像素，由此抑制圖像質量的劣化。在步驟S104判斷是否通過操作開關組136改變了測距區域。如果改變了測距區域，則處理進入步驟S105 ;否則，處理進入步驟S106。在步驟S105，如步驟S102 —樣，參考間隔剔除讀出相位選擇表來設置相應的間隔剔除讀出相位，由此選擇在實時取景模式下要讀出的線。在步驟S106，拾取在實時取景模式下通過間隔剔除讀出操作所獲得的圖像數據中包括的焦點檢測像素的數據，以提取用于檢測攝像鏡頭的焦點狀態所需的圖像信號。注意，該步驟中所提取的圖像信號是配置在圖像傳感器107上并具有多種類型的接收光分布的焦點檢測像素中、最適于焦點檢測的圖像信號，由此確保高精度的焦點檢測。在步驟S107，將在步驟S106讀出的圖像信號傳送給圖像處理電路125中的相位差檢測塊(未示出)。然后，該電路塊進行光瞳分割后的SA像素組和SB像素組的相關性計算，由此計算相位差AF評價值。在步驟S108判斷是否通過操作開關組136指定了 AF操作。如果指定了 AF驅動，則處理進入步驟S109，否則處理進入步驟S112。在步驟S109基于在步驟S107計算出的相位差AF評價值判斷是否獲得了對焦狀態。如果判斷為對焦狀態，則處理進入步驟S110，以在顯示器135上進行用于表示對焦狀態的顯示。如果判斷為不是對焦狀態，則CPU 121控制調焦驅動電路126來激活調焦致動器114，由此進行攝像鏡頭的焦點調節。
在步驟S112判斷是否通過操作開關組136指定了靜止圖片拍攝操作。如果指定了靜止圖片拍攝操作，則處理進入步驟S113，以執行靜止圖片拍攝操作并將圖像記錄在記錄介質(未示出)上。在靜止圖片拍攝操作之后，控制再次返回到實時取景操作，并且處理進入步驟S114。在步驟S114判斷是否通過操作開關組136輸入了實時取景操作的結束指示。如果輸入了結束指示，則照相機進行結束處理，然后關閉電源。另一方面，如果沒有輸入結束指示，則處理返回到步驟S104以繼續實時取景操作。如上所述，即使當固態圖像傳感器由于在圖像傳感器的制造處理中光電轉換單元和微透鏡之間的位置偏差、相對于所設計的接收光分布具有誤差時，配置包括具有不同的接收光分布的焦點檢測像素的焦點檢測像素組，并且從多種類型的像素對中選擇可以獲得最佳焦點檢測圖像的像素對，并且進行讀出，由此獲得令人滿意的焦點檢測圖像信號。更具體地，在不同的間隔剔除讀出相位中配置多種類型的像素對，并且選擇讀出可獲得最佳圖像信號的焦點檢測像素的間隔剔除相位，從而降低圖像信號中包括的焦點檢 測像素信號的比率，而且抑制圖像質量的劣化。盡管參考典型實施例說明了本發明，但是應該理解，本發明不局限于所公開的典型實施例。所附權利要求書的范圍符合最寬的解釋，以包含所有這類修改、等同結構和功倉泛。本申請要求2009年11月9日提交的日本2009-256542號專利申請的優先權，其全部內容通過引用包含于此。
權利要求
1.一種攝像設備，包括 圖像傳感器，在所述圖像傳感器上二維配置多個像素，并且所述圖像傳感器具有多個圖像形成像素和多種類型的焦點檢測像素，其中，所述圖像形成像素對通過攝像鏡頭所形成的被攝體圖像進行光電轉換并且輸出圖像形成信號，所述多種類型的焦點檢測像素被離散配置在所述多個圖像形成像素中并且分別具有不同的接收光分布；以及 選擇部件，用于在對所述多個像素進行間隔剔除的同時從所述圖像傳感器讀出所述多個像素時，從具有所述多個像素的不同間隔剔除相位的多個間隔剔除讀出模式中選擇一個間隔剔除讀出模式， 其中，所述多種類型的焦點檢測像素被配置為使得在所述選擇部件所選擇的各間隔剔除讀出模式下，僅讀出所述多種類型的焦點檢測像素中的一種類型的焦點檢測像素的信號，而不讀出其它類型的焦點檢測像素的信號。
2.根據權利要求I所述的攝像設備，其特征在于，還包括焦點檢測部件，所述焦點檢測部件用于使用在所述選擇部件所選擇的間隔剔除讀出模式下讀出的焦點檢測像素的信號，基于相位差檢測方法進行焦點檢測。
全文摘要
一種攝像設備，包括圖像傳感器，在所述圖像傳感器上二維配置多個像素，并且所述圖像傳感器具有多個圖像形成像素和多種類型的焦點檢測像素，其中，所述多種類型的焦點檢測像素被離散配置在所述多個圖像形成像素之間，并且分別具有不同的接收光分布；以及選擇部件，用于在對所述多個像素進行間隔剔除的同時從所述圖像傳感器讀出所述多個像素時，從具有所述多個像素的不同間隔剔除相位的多個間隔剔除讀出模式中選擇一個間隔剔除讀出模式；其中，配置所述多種類型的焦點檢測像素，從而使得在各間隔剔除讀出模式下，僅讀出所述焦點檢測像素中一種類型的焦點檢測像素的信號，而不讀出其它類型的焦點檢測像素的信號。
文檔編號H04N5/345GK102687499SQ20108004527
公開日2012年9月19日 申請日期2010年10月6日 優先權日2009年11月9日
發明者廣瀨稔 申請人:佳能株式會社