成像设备和焦点检测器的制作方法

专利名称：成像设备和焦点检测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及成像设备，更特别地涉及自动聚焦技术(AF技术)。
背景技术：
在相位差AF(自动聚焦)技术中，基于下述原理测量聚焦镜头位置。更具体地， 来自拍摄光学系统的"两个光通量(luminous f lux)"(部分光通量)由各自的图像再成 像(reform)镜头(分离镜头)或者其它镜头收集并由各自的光电元件阵列(也被称为距 离测量传感器)接收。该两个光通量源自对象上相同的点并通过相互不同的拍摄镜头的 区域(例如相对于光轴对称的区域)。通过检测由两个距离测量传感器(距离测量传感器 对)接收的对象图像之间的相对位置关系而检测距离适合于使对象聚焦的聚焦镜头的位 置(也称为焦点对准位置)的位移的量和方向。应当注意，距离测量传感器对获得在预定 方向上(在每个距离测量传感器中布置光接收元件阵列的方向)每个对象图像的灰度电平 的变化，并基于在预定方向上每个对象图像(分割图像)的灰度电平的变化而进行距离测 量。即，距离测量传感器对提供了对于对象图像在预定方向上的灰度电平变化敏感的距离 另一方面，在一些基于相位差的焦点检测器中，提供多个如上所述的成对的距离 测量传感器(也称为距离测量传感器对)，以检测在拍摄图像中的多个位置(距离测量点) 的对象有关的聚焦镜头位置。 在日本专利公开2003-107323 (称为专利文献l)和日本专利公开2007-139935 (称 为专利文献2)中描述了这种技术的实例。 在专利文献1和2中所描述的焦点检测器具有聚光镜头(condenserlens)、光圈掩
膜(stop mask)、分离镜头和距离测量传感器。全部三个聚光镜头被提供为聚光镜头。更具
体地，其中一个聚光镜头(也称为中心镜头)被设置在光轴所经过的拍摄镜头的中心。两
个其它镜头(也称为侧面镜头)被设置在位于中心的聚光镜头的每侧上。 关于设置在拍摄图像中心附近的距离测量点，采用通过三个聚光镜头中的"中心
镜头"的光进行距离测量(焦点检测)。另一方面关于设置在距离拍摄图像中心较远的距
离测量点，采用通过"侧面镜头"的光进行距离测量。

发明内容
但是上述技术具有和焦点检测器的光学器件(例如聚光镜头)相关的歪曲(例如 枕形(pincushion)歪曲或者桶形(barrel)歪曲)。光学器件的适当设计在某种程度上会 减少歪曲。但是难以完全消除歪曲。 另一方面，轴外的(off-axis)距离测量点的聚光镜头(侧面镜头)的光轴从拍摄 镜头的光轴偏离(相对于拍摄镜头的光轴偏心)。特别在这种情况下在各种限制下非常难 以抑制歪曲。 在出现这种歪曲时，通过聚光镜头的光学图像不能适当地到达沿预定方向布置的
5距离测量传感器对。这造成距离测量传感器对对于相关对象图像不合适的检测，由此可能 造成AF精度不足。 鉴于前述情况，期望提供一种焦点检测技术，其减小由焦点检测器的光学系统所 引起的歪曲的影响，以改进AF精度。 本发明的第一方面为焦点检测器和具有该焦点检测器的成像设备。该焦点检测器 包括聚光镜头和距离测量传感器组。聚光镜头使来自光学系统的光图像透过。距离测量传 感器组接收通过聚光镜头的光通量。该距离测量传感器组包括适合于接收偏离拍摄区域中 心设置的第一焦点检测区域的光通量的分割光束的第一距离测量传感器对。第一距离测量 传感器对包括第一和第二距离测量传感器。第一焦点检测区域在拍摄区域中从下述位置沿 第一方向延伸，在该位置处，第一焦点检测区域沿第一方向并且还沿与第一方向垂直的第 二方向与所述中心隔开。在传感器布置表面上，第一和第二距离测量传感器沿与第一方向 相关的方向相互隔开并被以不同角度布置。 本发明的第二方面为焦点检测器和具有该焦点检测器的成像设备。该焦点检测器 包括聚光镜头和距离测量传感器组。该聚光镜头适合于使来自光学系统的光图像透过。该 距离测量传感器组接收经过聚光镜头的光通量。该距离测量传感器组包括适合于接收偏离 拍摄区域的中心设置的第一焦点检测区域的光通量的分割光束的第一距离测量传感器对。 第一焦点检测区域在拍摄区域中从下述位置沿第一方向延伸，在该位置处，第一焦点检测 区域沿第一方向并且还沿与第一方向垂直的第二方向与所述中心隔开。在传感器布置表面 上，第一和第二距离测量传感器沿与第一方向相关的方向相互隔开并被设置在沿与第二方 向相关的方向的不同位置。 本发明减小了焦点检测器的光学系统所产生的歪曲的影B向，从而保证改进的AF 精度。


图1为成像设备外观的正视图； 图2为成像设备外观的后视图； 图3为图示成像设备的功能配置的框图； 图4为图示成像设备的内部配置的图； 图5为图示相位差AF的原理的图(焦点对准)； 图6为图示相位差AF原理的图(前聚焦)； 图7为图示相位差AF原理的图(后聚焦)； 图8为图示焦点对准状态下分割光束的图像的图； 图9为图示前聚焦对准状态下分割光束的图像的图； 图10为图示后聚焦对准状态下分割光束的图像的图； 图11为图示拍摄区域中的多个距离测量点的布置的图； 图12为图示AF模块的概略配置的分解透视图； 图13为图示光圈掩膜中的开口的布置的图； 图14为图示镜头阵列中的分离镜头的布置的图； 图15为图示传感器芯片中的距离测量传感器的布置的6图示AF模块中的光路的AF模块的俯视图； 图17为主要图示图11的右侧的焦点检测区域的图； 图18为图示图15的右侧的距离测量传感器组的图； 图19为图示距离测量传感器中的光接收元件阵列的布置的图； 图20为图示通过聚光镜头之前的光图像的概念图； 图21为图示通过聚光镜头之后的光图像的概念图； 图22为图示叠置在图18所示的图上的歪曲(distortion)曲线的图； 图23为图示根据第二实施例的传感器芯片的部分的图； 图24为图示根据第三实施例的传感器芯片的部分的图； 图25为图示根据第四实施例的传感器芯片的部分的图； 图26为图示根据更改实例的距离测量传感器中的光接收元件阵列的布置的图；
图27为图示根据另一更改实例的距离测量传感器中的光接收元件阵列的图；
图28为图示桶形歪曲的概念图；以及 图29为图示根据比较实例的距离测量传感器组的布置的图。
优选实施例详细描述 下面将描述执行本发明的形式(也称为实施例)。应当注意将按下面的顺序进行 描述 1.第一实施例(其中每个距离测量传感器对的传感器以不同角度布置并相互偏 移(shift)的实例) 2.第二实施例(其中每个距离测量传感器对的两个传感器的布置都改变的实例)
3.第三实施例(其中每个距离测量传感器对的传感器相互偏移的实例)
4.第四实施例(其中每个距离测量传感器对的传感器以不同角度布置的实例)
5.更改实例
〈1.第一实施例>
〈1-1.配置概要> 图1和2为图示根据本发明实施例的成像设备I(IA)的外观和配置的图。这里， 图1为成像设备1的外观的正视图，而图2为其外观的后视图。成像设备1被配置为镜头 可换的单镜头反射数码照相机。 如图1所述，成像设备1包括照相机主体2。可换拍摄镜头单元(可换镜头)3可 被附着至照相机主体2并且从照相机主体2分离。 拍摄镜头单元3主要包括镜头镜筒36、镜头镜筒36中所包括的镜头组37 (参考图 3)、光圈和其它元件。镜头组37(拍摄光学系统)包括聚焦镜头和其它镜头。聚焦镜头沿 着光轴移动以改变焦点。 照相机主体2包括大致在其中心的环形安装部分Mt。拍摄镜头单元3被附着至该 安装部分Mt。照相机主体2还包括环形安装部分Mt附近的附着/分离按钮89。该附着/ 分离按钮89允许拍摄镜头单元3被连接或者分离。 另外，照相机主体2包括在前面左边缘的握持部分14。该握持部分14被照像者抓 持。指示曝光开始的释放(release)按钮11被设置在握持部分14的顶部表面上。电池室 和卡室被设置在握持部分14内。该电池室例如容纳作为照相机电源的锂离子电池。该卡
7室容纳存储卡90(参考图3)。存储卡90记录拍摄图像数据。 释放按钮11为可检测两个状态的两步(two-st印)测量按钮；半按状态(SI状态) 和全按状态(S2状态)。当释放按钮11被半按至S1状态时，准备(例如，AF控制操作)获 得对象的记录静态图像(实际拍摄图像)。当释放按钮11被进一步按压至S2状态时，拍 摄实际图像。更具体地，采用成像元件5(后面描述)曝光对象图像(对象的光图像)。通 过曝光获得的图像信号经历一系列图像处理操作。如上所述，成像设备1认为，当释放按钮 11被按压至半按状态Sl时准备拍摄的指令已经发出。另一方面，成像设备1认为，当释放 按钮11被按压至全按状态S2时拍摄图像的指令已经发出。 在图2中，取景器窗口 (目镜窗口 )10被近似设置在照相机主体2背部的中央上 部。照像者可以通过观看取景器窗口 10而视觉识别从拍摄镜头单元3引导的对象光图像， 以便确定构图。即可通过采用光学取景器确定布局。 在图2中，背面监视器12被近似设置在照相机主体2的背面中心。背面监视器12 例如包括液晶显示器(LCD)。 背面监视器12可显示菜单屏幕，菜单屏幕例如允许指定拍摄状态。当处于再现模 式时，背面监视器12还可再现和显示记录在存储卡90上的拍摄图像。
电源开关(主开关)81被设置在背面监视器12的左上部。电源开关81包括两点 滑动开关。当设置于左侧的关闭(OFF)位置时，电源开关81断开电源。当设置为右侧的打 开(ON)位置时，相同的开关81接通电源。 方向选择键84设置在背面监视器12的右侧。该键84包括环形操作按钮并可检测 控制按钮在全部八个方向上的按压，该八个方向即上、下、左、右、上右、上左、下右和下左。 除了上述八个方向以外，方向选择键84还可检测中心处的压下按钮的按压。该键84用于 选择设置和操作。
〈1-2.功能块> 接下来将参考图3概述成像设备1的功能。图3为图示成像设备1的功能配置的 框图。 如图3所描述，成像设备1包括AF传感器模块20、操作部分80、总体控制单元101、 聚焦驱动控制部分121、反射镜(mirror)驱动控制部分122、快门驱动控制部分123、数字信 号处理器53和其它元件。 操作部分80包含包括释放按钮11 (参考图1)在内的各种按钮和开关。总体控制 单元101响应于用户对操作部分80的输入而执行各种操作。 AF传感器模块(也简单地称为AF模块)20可以利用基于相位差的焦点对准 (in-focus)状态测量方法，使用经由反射镜机制6进入的光，来检测对象的焦点对准状态。 AF模块20也被称为焦点检测器。 总体控制单元101被配置为微型计算机并且主要包括CPU、存储器、ROM(例如 EEPROM)和其它组件。该部分101从ROM读取供CPU执行的程序，从而执行各种功能。
更具体地，总体控制单元101包括读取控制部分111、 AF控制部分113和其它组 件。 读取控制部分111将通过成像元件5的光电作用产生的电荷转换为电信号，从而 控制从成像元件5读取的操作。生成该读取的电信号作为图像信号。
AF控制部分(焦点对准控制部分)113和AF传感器模块20、聚焦驱动控制部分121 和其它组件一起操作，以进行适合于控制聚焦镜头位置的焦点对准控制操作(AF操作)。AF 控制部分113基于AF模块20所进行的距离测量结果，采用聚焦驱动控制部分121进行AF 操作。更具体地，AF控制部分113基于AF模块20所检测的聚焦镜头位置进行AF操作。相 位差AF模块20允许以极高的速度找到聚焦镜头位置。 另一方面，聚焦驱动控制部分121和总体控制单元101 —起操作，以进行焦点对准 控制操作。更具体地，聚焦驱动控制部分121基于从总体控制单元101供应的信号，生成控 制信号，从而驱动电动机(motor)Ml。作为结果，拍摄镜头单元3的镜头组37中所包括的聚 光镜头被驱动机制ME(图4)移动。另外，由拍摄镜头单元3的镜头位置检测部分39检测 聚焦镜头位置。作为结果，指示聚焦镜头位置的数据被传送至总体控制单元IOI。如上所 述，聚焦驱动控制部分121例如控制聚光镜头沿光轴的移动。 反射镜驱动控制部分122控制在两种状态之间的切换；一种状态为其中反射镜机 制6从光路縮回的状态(反射镜升高)，另一种状态为其中反射镜机制6阻挡光路的状态 (反射镜降低)。该部分122基于从总体控制单元101供应的信号生成控制信号，以驱动电 动机M2，从而在升高状态和降低状态之间切换反射镜。 快门驱动控制部分113基于从总体控制单元101供应的信号生成控制信号，以驱 动电动机M3，从而控制快门4的打开和关闭。 成像元件(这里为CCD传感器(也简单地被称为CCD))5为适合于将来自拍摄镜 头单元3的对象光图像(对象图像)通过光电作用转换为电信号的光接收元件。该组件5 生成并获得和实际拍摄图像相关的图像信号(记录图像信号)。 成像元件5响应于来自总体控制单元101的驱动控制信号(积累开始和结束信 号)对形成于光接收表面上的对象图像进行曝光(通过光电转换积累电荷)，从而生成和对 象图像相关的图像信号。另外，成像元件5响应于来自总体控制单元101的读取控制信号 输出图像信号至信号处理部分51。 在成像元件5所获得的图像信号经过由信号处理部分51进行的预定模拟信号处 理之后，经历模拟信号处理的图像信号被A/D转换电路52转换为数字图像信号(图像数 据)。该图像数据被馈给数字信号处理电路53。 该数字信号处理电路53对来自A/D转换电路52的图像数据进行数字信号处理， 从而生成和拍摄图像相关的图像数据。该电路53包括黑电平校正电路、白平衡(WB)电路、 伽马校正电路和其它电路以执行各种数字图像处理。应当注意，由数字信号处理电路53处 理的图像信号(图像数据)被存储在图像存储器55中。图像存储器55为临时存储所生成 的图像数据的可快速访问图像存储器。该存储器55能够存储多帧图像数据。
在实际拍摄期间，临时存储在图像存储器55中的图像数据首先经由总体控制单 元101进行的图像处理(例如压縮)，然后被存储在存储卡90中。
〈1-3.成像设备的内部配置〉 下面将参考图4描述成像设备1的内部配置。图4为从侧面看的成像设备1内部 的示意图。 成像设备1的反射镜机制6具有主反射镜(主反射表面)61和次反射镜(辅助反 射表面)62。反射镜驱动机制(未示出)的驱动操作在两种状态之间切换反射镜机制6 ; —种状态为其中该机制6从光路縮回的状态(反射镜升高)，另一种状态为其中该机制6阻挡 光路的状态(反射镜降低)。 当降低反射镜时(图4)，反射镜机制6的主反射镜61和次反射镜62被布置在来 自拍摄镜头单元3的光通量(对象图像)的光路(拍摄光路)上。光通量首先被主反射镜 (主反射表面)61反射通向照相机顶部，然后再次被所设置在照相机主体2顶部的五棱镜 65反射并被作为观察用(observation)光通量引导至取景器窗口 10。另一方面，主反射镜 61的至少部分被配置为半反射镜(half-mirror)。在通过主反射镜61的半反射镜部分之 后，来自拍摄镜头单元3的光通量的部分被次反射镜(辅助反射表面)62反射，并被弓I导至 设置在照相机主体2的底部上的AF模块20以用于相位差AF操作中。应当注意的是被引 导至AF模块20的光通量也被称为距离测量光通量，这是因为该光通量用于AF操作(更具 体地，距离测量操作)。 另一方面，当反射镜升高时，主反射镜61和次反射镜62从来自拍摄镜头单元3的 对象图像的光路縮回，从而允许对象图像朝向快门4和成像元件5行进。当反射镜升高时， 成像元件5拍摄实际图像。更具体地，成像元件5在快门4打开期间进行曝光，从而提供实 际拍摄图像。 例如，在释放按钮11被按压至全按状态S2之前(即，当确定构图)，反射镜机制6 的反射镜降低(图4)。此时，来自拍摄镜头单元3的对象图像被主反射镜61向上反射，并 通过五棱镜65和取景器窗口 IO作为观察用的光通量到达拍照者的眼睛。在这种状态下， 采用光学取景器(0VF)确定构图。另外，采用被次反射镜62反射后进入AF模块20的光通 量进行相位差AF操作。更具体地，当释放按钮11被按压至半按状态Sl时，执行AF控制操 作作为拍摄的预备操作。 然后，当释放按钮11被按至全按状态S2时，反射镜机制6的反射镜升高，从而启 动曝光。更具体地，来自拍摄镜头单元3的光不受主反射镜61反射地行进，当快门4打开 时到达成像元件5。成像元件5作为光电转换的结果，基于所接收的光通量而生成对象图像 信号。如上所述，因为来自对象的光通量(对象图像)在经过拍摄镜头单元3之后被引导 至成像元件5，而获得对象的拍摄图像(拍摄图像数据)。
〈1-4.相位差AF概述〉
下面将描述相位差AF的原理。 图5至7为图示相位差AF的原理的图。图5图示了焦点对准状态，图6为所谓的
前聚焦(front-focused)状态，而图7为所谓的后聚焦(back-focused)状态。 如图5至7中所描述，AF模块20包括AF传感器(也称为距离测量传感器)27、聚
光镜头22、光圈掩膜25和分离镜头26。例如提供了沿预定方向(X或者Y方向)延伸的光
接收元件阵列(例如CCD线传感器)的对儿(pair)作为AF传感器27。应当注意的是，为
简单起见，在这些附图中包括多个镜头的镜头组37被示出为单个镜头LS。 首先，将参考图5。当如图5所示拍摄镜头LS位于焦点对准位置时，来自对象上
指定点P1的光在经过拍摄镜头LS后在点FPa上形成图像。更具体地，来自点P1的光在经
过拍摄镜头LS的各种部分之后在点FPa再次被收集。在图5中，例如，经过拍摄镜头LS光
轴LX下方的光通量LD和经过拍摄镜头LS光轴LX上方的光通量LU都到达点FPa。此时，
光通量LD进一步经过聚光镜头22、光圈掩膜25和分离镜头26并在AF传感器27上的位置
10QA1被收集。另一方面，光通量LU进一步经过聚光镜头22、光圈掩膜25和分离镜头26并 在AF传感器27上的位置QBl被收集。如上所述，分离镜头26和其它组件使得光通量LD 和LU在不同的位置QK1和QBl分开被收集。此时，位置QA1和QBl之间的距离Dl与预定 距离(适当值)D0 —致。 实际上，另一方面，来自和位置P1不同的点(位置P1附近的点)的光以相同的方 式到达位置QA1和QBl附近。因此，如图8所示在位置QA1和QBl周围分别形成图像SA和 SB。图像SA为在经过拍摄镜头LS下方之后到达位置QA1附近的对象图像。另一方面，图 像SB为在经过拍摄镜头LS上方之后到达位置QBl附近的对象图像。在图8中，水平轴表 示AF传感器27上沿预定方向的位置x (或者y)，而垂直轴表示在每个位置x (或者y)上的 像素(光接收元件)的像素值(灰度值)V。 接下来，当拍摄镜头LS位于如图6所示的前聚焦位置时，来自给定点PI的光在经 过拍摄镜头LS之后在点FPb形成图像。点FPb比点FPa更加向前(更接近对象)。此时， 在图6中，经过拍摄镜头LS的光轴LX下方的光通量LD进一步经过聚光镜头22、光圈掩膜 25和分离镜头26并在位置QA2上被收集。另一方面，经过拍摄镜头LS的光轴LX上方的光 通量LU进一步经过聚光镜头22、光圈掩膜25和分离镜头26并在位置QB2上被收集。此 时，位置QA2和QB2之间的距离D2比预定距离DO小。 实际上，另一方面，来自和位置P1不同的点(位置P1附近的点)的光以相同的方 式到达位置QA2和QB2附近。因此，如图9所示在位置QA2和QB2周围分别形成图像SA和 SB。与焦点对准状态下的图像SA和SB(图8)相比，前聚焦状态下的图像SA和SB(图9) 被形成得相互之间更近(沿白色箭头所表示的方向)。 另夕卜，当拍摄镜头LS位于如图7所示的后聚焦位置时，来自指定点PI的光在经过 拍摄镜头LS之后在点FPc形成图像。点FPc比点FPa更加向后。此时，在图7中，经过拍 摄镜头LS的光轴LX下方的光通量LD进一步经过聚光镜头22、光圈掩膜25和分离镜头26 并在位置QA3上被收集。另一方面，经过拍摄镜头LS的光轴LX上方的光通量LU进一步经 过聚光镜头22、光圈掩膜25和分离镜头26并在位置QB3上被收集。此时，位置QA3和QB3 之间的距离D3比预定距离DO小。 实际上，另一方面，来自和位置P1不同的点(位置P1附近的点)的光以相同的方 式到达位置QA3和QB3附近。因此，如图10所示在位置QA3和QB 3周围分别形成图像SA 和SB。与焦点对准状态下的图像SA和SB(图8)相比，后聚焦状态下的图像SA和SB(图 10)被形成得相互之间更远(沿白色箭头所表示的方向)。 例如可通过如下所述的相关性计算找到前聚焦或者后聚焦状态从焦点对准状态 的偏移量(displacement)。更具体地，仅需找到针对每个变量h的方程1中的函数F(h)的 值，以及找到最小化函数F(h)的值h。
[方程1] ^(/0 = 2]|「4一「^ I (其中j = i+h) ...... (l)(其中」=
' =0
i+h)……(1) 应当注意的是值VAi表示在光图像SA的位置i的像素(光接收元件)的值，值 VBj表示在光图像SB的位置j的像素(光接收元件)的值(参考图8)。另一方面，尽管与坐标轴i朝向相同的方向(图8中的水平方向)上，但是坐标轴j相对于座标轴i偏离至 距离D0的右侧。值N表示方程1中进行差分求和的像素数。另一方面，值h表示光图像SA 和SB之间的偏移量。值h对应于距焦点对准状态的偏移量。 在焦点对准状态下，当j = l，即h = 0时函数F(h)最小。另外，理想地F(h)= 0。 在前聚焦或者后聚焦状态下，另一方面，当值h为不同于O(零)的值时函数F(h) 被最小化。值h的符号表示镜头是前聚焦还是后聚焦。值h的绝对值表示从焦点对准状态 偏移的程度。 可以例如基于预定的转换表格，把值h转换为聚光镜头的离焦量(defocus amount)(聚光镜头自焦点对准镜头位置偏移的量和方向)。S卩，值h等于离焦量。如上所 述，通过检测由两个距离测量传感器(距离测量传感器对)接收的对象图像之间的相对位 置关系，来检测当前聚焦镜头位置的离焦量(自焦点对准镜头位置偏移的量和方向)。
成像设备1找到适合于最小化函数F(h)的值h，并以以补偿和值h相关的离焦量 的方式来移动聚光镜头。这使得成像设备1能够向焦点对准位置移动镜头。
基于上述原理执行相位差AF。坦率而言，通过检测沿布置AF传感器对27 (相互隔 开)的方向的、在两个图像(分割的图像)SA和SB之间的偏移量来进行距离测量。AF传 感器27相互隔开的方向也是其中在AF传感器27中布置光接收元件阵列的方向。AF传感 器对27获得光接收元件阵列布置方向上每个对象图像的灰度电平的变化，从而基于沿着 布置方向的每个对象图像的灰度电平的变化进行距离测量。即，AF传感器(距离测量传感 器)对提供对沿对象图像预定方向(距离测量传感器27的布置方向)上的灰度电平变化 敏感的距离测量。
〈1-5. AF模块配置概述> 将参考附图11至16和其它附图概述根据第一实施例的AF模块20 (也称为20A) 的配置。图ll为图示在拍摄区域PR中的多个距离测量点PG和多个焦点检测区域FR的视 图。图12为图示AF模块20A的概略配置的分解透视图。图13为图示光圈掩膜225(225A) 中开口布置的图。图14为图示镜头阵列226(226A)中分离镜头的布置的图。图15为图示 传感器芯片227(227A)中距离测量传感器布置的图。另外，图16为图示AF模块20中光路 的AF模块20的俯视图。应当注意的是距离测量传感器每个都包括多个光接收元件(例如 光电二极管)。例如，每个距离测量传感器被设置为CCD线传感器( 一维CCD传感器阵列)。
如图11所示，在成像设备1的拍摄区域PR中设置多个距离测量点PGK。这里，设 置共计15个距离测量点PG1至PG15。其中，测量点PG3被设置在拍摄区域的中心(更具体 地，垂直地和水平地设置在中心)，即，拍摄镜头的光轴所经过的位置。 分别为距离测量点PG1至PG15提供焦点检测区域FR1至FR15。每个焦点检测区 域FR1至FR15从作为中心的相关测量点水平延伸。如后面所述，采用焦点检测区域FR1至 FR15中的对象图像，来实现对拍摄区域FR的水平方向上的灰度电平变化敏感的距离测量。
另外，对三个距离测量点PG3、PG8和PG13提供焦点检测区域FR21、FR22和FR23。 每个焦点检测区域FR21、FR22和FR23从作为中心的相关测量点垂直延伸。如后面所述，采 用焦点检测区域FR21至FR23中的对象图像，来实现对拍摄区域FR的垂直方向上的灰度电 平变化敏感的距离测量。在三个距离测量点PG3、PG8和PG13(也称为交叉(cross)距离测
12量点)完成垂直和水平距离测量两者。 焦点检测区域FR1至FR15和FR21到FR23中，区域FR3、 FR8和FR13与基准直线LB对齐，区域FR21与基准线LA对准。应当注意的是基准线LB为适合于将拍摄区域PR垂直分割为两个等分的水平线，以及基准线LA为适合于将拍摄区域PR水平分割为两个等分的垂直线。换言之，基准线LB经过拍摄区域PR的中心并水平延伸，而基准线LA经过拍摄区域PR的中心并垂直延伸。 焦点检测区域FR3、 FR8和FR13用于对垂直中心的对象图像进行距离测量。焦点检测区域FR21用于对水平中心的对象图像进行距离测量。 另一方面，焦点检测区域FR1、 FR2、 FR4和FR5与焦点检测区域FR3垂直地隔开(space)并偏离。因此，焦点检测区域FR1、 FR2、 FR4和FR5用于对偏离垂直中心的对象图像进行距离测量。 类似地，焦点检测区域FR6、FR7、FR9和FR10与焦点检测区域FR8垂直隔开，而焦点检测区域FRll、 FR12、 FR14和FR15与焦点检测区域FR13垂直隔开。换言之，焦点检测区域FR6、 FR7、 FR9和FR10垂直偏离焦点检测区域FR8，而焦点检测区域FRll、 FR12、 FR14和FR15垂直偏离焦点检测区域FR13。这些焦点检测区域FR6、FR7、FR9、FR10、FR11、FR12、FR14和FR15也用于对偏离垂直中心的对象图像进行距离测量。应当注意的是焦点检测区域FR6比焦点检测区域FR7偏离基准线LB偏离得多，焦点检测区域FR10比焦点检测区域FR9偏离基准线LB偏离得多。相同的关系适用于焦点检测区域FRll、 FR12、 FR14和FR15从基准线LB的偏离。 另一方面，焦点检测区域FR6至FR10分别从焦点检测区域FR1至FR5水平地间隔开(space)(向图ll右侧)。换言之，焦点检测区域FR6至FR10从水平中心水平地偏离。如上所述，焦点检测区域FR6、FR7、FR9和FR10既垂直又水平地从中心的焦点检测区域FR3偏离。区域FR6、FR7、FR9和FR10用于对从垂直和水平中心偏离的对象图像进行距离测量。
另一方面，焦点检测区域FR11至FR15分别从焦点检测区域FR1至FR5水平地间隔开(向图11左侧)。因此，焦点检测区域FR11、FR12、FR14和FR15既垂直又水平地从位于中心的焦点检测区域FR3偏离。区域FR11、FR12、FR14和FR15用于对从垂直和水平中心偏离的对象图像进行距离测量。 另外，焦点检测区域FR22和FR23水平地从焦点检测区域FR21隔开并从其偏离。
因此，区域FR22和FR23用于对从水平中心偏离的对象图像进行距离测量。 如图12所示，AF模块20A包括视场掩膜(mask) 221、聚光镜头222、光圈掩膜
225 (225A)、镜头阵列226 (226A)和传感器芯片227 (227A)。应当注意的是，AF模块20还包
括例如适合于反射在被次反射镜62反射后进入AF模块20的光的反射镜(图4)。但是，为
简单起见省略了该反射镜和其它组件。 拍摄镜头单元3发出的光被次反射镜62反射并在与成像元件5的位置光学等价的位置形成图像，然后继续行进进入AF模块20。接下来，入射光经过聚光镜头222和光圈掩膜225，并被镜头阵列226收集以到达传感器芯片227。应当注意的是不仅镜头阵列226而且聚光镜头222都能够收集光。在被次反射镜62反射并在与成像元件5的位置光学等价的位置形成图像后试图散播的光被聚光镜头222的光收集作用收集在传感器芯片227上的有限区域。
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聚光镜头222包括聚光镜头组，以及更具体地，三个聚光镜头222a、222b和222c。在中心的聚光镜头222c在所有来自拍摄镜头单元3 (拍摄光学系统)的光通量中收集那些在中心轴(光轴)LX周围的中心区域中的光通量。另一方面，位于两个侧面的聚光镜头222a和222b水平地从光轴LX偏离(即，偏轴)并收集离开光轴LX某距离的区域中的光通量。
光圈掩膜225、镜头阵列226和传感器芯片227均以板状部件形状形成，并被垂直于来自拍摄镜头单元3的光通量的光轴LX地布置。 光圈掩膜225具有多个开口，而镜头阵列226具有多个分离镜头。另一方面，传感
器芯片227具有多个距离测量传感器对。如下面所述，光圈掩膜225的开口、镜头阵列226
的分离镜头和传感器芯片227的距离测量传感器设置在相互相关的位置上。 下面将参考图13至15描述光圈掩膜225、镜头阵列226和传感器芯片227的配置
和其它特征。 经过设置在聚光镜头222中心的聚光镜头222c(图12)的光通量到达光圈掩膜225的中心部分(图13)。四个开口A11、A12、A21和A22设置在光圈掩膜225的中心部分。另外，四个分离镜头B11、B12、B21和B22设置在镜头阵列226的中心部分(图14)。另外，四个距离测量传感器组Cll、 C12、 C21和C22设置在传感器芯片227的中心部分(图15)。四个开口 A11、A12、A21和A22，四个分离镜头B11、B12、B21和B22，四个距离测量传感器组C11、C12、C21和C22分别设置在相互相关的位置上。应当注意的是距离测量传感器组Cll和C12组成一对距离测量传感器组CIO，距离测量传感器组C21和C22组成一对距离测量传感器组C20。每个距离测量传感器组C10和C20对都具有针对在屏幕中心附近的对象的距离测量传感器对。 经过聚光镜头222c和开口All(图13)的光被分离镜头Bll (图14)收集以到达距离测量传感器组Cll (图15)。距离测量传感器组Cll包括多个(在这种情况下为五个)距离测量传感器Clll至C115 (图15)。传感器Clll至C115接收来自分别和距离测量点PG1至PG5相关的对象的位置的光(图11)。更具体地，传感器Clll至C115分别接收针对焦点检测区域FR1至FR5中的对象图像的光通量。 另一方面，通过聚光镜头222c和开口 A12的光被分离镜头B12收集以到达距离测量传感器组C12 (图15)。距离测量传感器组C12包括多个(在这种情况下为五个)距离测量传感器C121至C125 (图16)。传感器C121至C125接收来自分别和距离测量点PG1至PG5相关的对象的位置的光(图11)。更具体地，相同的传感器C121至C125分别接收针对焦点检测区域FR1至FR5中的对象图像的光通量。 到达距离测量传感器组对Cll和C12的光通量允许基于上述原理的相位差距离测 例如，针对焦点检测区域FR3的光通量被分割。由距离测量传感器对C113和C123接收分割的光束。然后，采用到达距离测量传感器对C113和C123的光通量进行对距离测量点PG3的距离测量。 类似地，针对焦点检测区域FR1的光通量被分割。距离测量传感器对Clll和C121接收分割的光束。然后，采用到达距离测量传感器对Clll和C121的光通量进行对距离测量点PG1的距离测量。 另外，针对焦点检测区域FR2的光通量被分割。距离测量传感器对C112和C122接收分割的光束。然后，采用到达距离测量传感器对C112和C122的光通量进行对距离测量点PG2的距离测量。 对焦点检测区域FR4和FR5的光通量同样如此。 如上所述，采用到达距离测量传感器对Cllk和C12k的光通量进行对距离测量点PGk(k=l，2，……，5)的距离测量。应当注意的是，距离测量传感器组对C11和C12提供对对象图像的水平方向(距离测量传感器组C11和C12的布置方向)上的灰度电平变化敏感的距离测量。 类似地，经过聚光镜头222c和开口 A21的光被分离镜头B21收集以到达距离测量传感器组C21。另外，经过聚光镜头222c和开口 A22的光被分离镜头B22收集以到达距离测量传感器组C22。这里，我们假定距离测量传感器组C21包括单个距离测量传感器C211，而距离测量传感器组C22包括单个距离测量传感器C221。距离测量传感器C211和C221接收针对焦点检测区域FR21中的对象图像的分割的光通量。到达距离测量传感器对C211和C221的光通量也允许基于上述原理的相位差距离测量。应当注意的是，距离测量传感器对C211和C221提供对对象图像的垂直方向(距离测量传感器C211和C221的布置方向)上的灰度电平变化敏感的距离测量。 另外，在本实施例中，经过左和右聚光镜头222a和222b的光通量到达光圈掩膜225的左侧和右侧。 如图13所示，在光圈掩膜225的右侧部分提供四个开口 A31、 A32、 A41和A42，在光圈掩膜225的左侧部分提供四个开口 A51、 A52、A61和A62。另外，如图14所示，在镜头阵列226的右侧部分提供四个分离镜头B31、 B32、 B41和B42，在镜头阵列226的左侧部分提供四个分离镜头B51、 B52、 B61和B62。另外，如图15所示，在传感器芯片227的右侧部分提供四个距离传感器组C31、 C32、 C41和C42，在传感器芯片227的左侧部分提供四个距离传感器组C51、C52、C61和C62。 右侧部分的四个开口 A31、A32、A41和A42，四个分离镜头B31、B32、B41和B42，和四个距离传感器组C31、 C32、 C41和C42位于相互相关的位置上。类似地，左侧部分的四个开口 A51、A52、A61和A62，四个分离镜头B51、B52、B61和B62，四个距离传感器组C51、C52、C61和C62位于相互相关的位置上。 应当注意的是，距离传感器组C31和C32组成一对距离测量传感器组C30，而距离传感器组C51和C52组成一对距离测量传感器组C50。另外，距离传感器组C41和C42组成一对距离测量传感器组C40，而距离传感器组C61和C62组成一对距离测量传感器组C60。距离测量传感器组对C30、C50、C40和C60每个都具有针对处于离开屏幕中心某距离的对象的距离测量传感器对。 经过图12前部的聚光镜头222a和开口 A31的光被分离镜头B31收集以到达距离测量传感器组C31。另外，经过聚光镜头222a和开口 A32的光被分离镜头B32收集以到达距离测量传感器组C32。到达距离测量传感器组对C31和C32的光通量也允许基于上述原理的相位差距离测量。应当注意的是，距离测量传感器组对C31和C32提供对对象图像的水平方向(距离测量传感器组C31和C32的布置方向)上的灰度电平变化敏感的距离测量。
另外，经过聚光镜头222a和开口A41的光被分离镜头B41收集以到达距离测量传感器组C41。另外，经过聚光镜头222a和开口 A42的光被分离镜头B42收集以到达距离测量传感器组C42。到达距离测量传感器组对C41和C42的光通量也允许基于上述原理的相位差距离测量。应当注意的是，距离测量传感器组对C41和C42提供对对象图像的垂直方向(距离测量传感器组C41和C42的布置方向)上的灰度电平变化敏感的距离测量。
类似地，经过左边的聚光镜头222b和开口 A51的光被分离镜头B51收集以到达距离测量传感器组C51。另外，经过左边的聚光镜头222b和开口 A52的光被分离镜头B52收集以到达距离测量传感器组C52。到达距离测量传感器组对C51和C52的光通量也允许基于上述原理的相位差距离测量。应当注意的是，距离测量传感器组对C51和C52提供对对象图像的水平方向(距离测量传感器组C51和C52的布置方向)上的灰度电平变化敏感的距离测量。 另外，经过聚光镜头222b和开口A61的光被分离镜头B61收集以到达距离测量传感器组C61。另外，经过聚光镜头222b和开口 A62的光被分离镜头B62收集以到达距离测量传感器组C62。到达距离测量传感器组对C61和C62的光通量也允许基于上述原理的相位差距离测量。应当注意的是距离测量传感器组对C61和C62提供对对象图像的垂直方向(距离测量传感器组C61和C62的布置方向)上的灰度电平变化敏感的距离测量。
这些距离测量传感器组对C30、C40、C50和C60的每个提供处于屏幕中心以外的部分上的对象的离焦量(距离测量结果)。 如上所述，AF模块20提供与屏幕中的多个关注点(focis point)相关联的对象距离，即允许对对象的多个部分进行距离测量。另外，如果获得多个不同的距离测量结果，则AF模块20允许基于该多个距离测量结果的适当的AF操作。例如，仅需以使距离成像设备1最近的对象聚焦的方式进行AF控制(也称作"最近对象优先"控制)。最近对象优先
控制使得可能使位于屏幕上各个位置的对象进入适当的聚焦。
〈卜e.对轴外的焦点检测区域的距离测量〉 下面将详细描述轴外区域(在拍摄镜头单元3的光轴LX外的区域)中的距离测量。在成像设备l中，AF模块20和其它组件在结构上左右对称。在下面的描述中，将描述右侧的轴外区域。但是，左侧的轴外区域同样如此。 图17为图示图11右手侧的焦点检测区域FR6至FR10的图。图18为图示图15右手侧的距离测量传感器组C31和C32和其它传感器组的图。如图ll所示，焦点检测区域FR6至FR10离开拍摄区域PR中心水平地靠右方。应当注意的是，图11中的拍摄区域PR的焦点检测区域FR中的水平对象图像理想地被图15中所示出的传感器芯片227水平分割。因此，拍摄区域PR中的水平方向和传感器芯片227中的水平方向相关。类似地，拍摄区域PR的焦点检测区域FR中的垂直对象图像理想地被传感器芯片227垂直分割。因此，拍摄区域PR中的垂直方向和传感器芯片227中的垂直方向相关。另一方面，当对象图像位于拍摄镜头的图像形成点的前方(朝前)时，当对象图像行进时对象图像既在垂直方向上又在水平方向上翻转(flip)。但是为描述方便起见，对象图像在图11(17)和15(18)中仅仅垂直翻转。 如上所述，到达距离测量传感器组对C31和C32的光通量允许相位差距离测量。
例如，针对焦点检测区域FR8的光通量被分割。距离测量传感器对C313和C323接收分割的光束。然后，采用到达距离测量传感器对C313和C323的光通量来进行对距离测量点PG8的距离测量。
类似地，针对焦点检测区域FR7的光通量被分割。距离测量传感器对C312和C322接收分割的光束。然后，采用到达距离测量传感器对C312和C322的光通量进行对距离测量点PG7的距离测量。 另外，针对焦点检测区域FR6的光通量被分割。距离测量传感器对C311和C321接收分割的光束。然后，采用到达距离测量传感器对C311和C321的光通量进行对距离测量点PG6的距离测量。对焦点检测区域FR9和FR10的光通量同样如此。 如上所述，采用到达距离测量传感器对C31k和C32k的光通量来进行对距离测量点PG6到PG10(k = 1，2， ，5)的距离测量。应当注意的是，距离测量传感器组对C31k
和C32k提供对对象图像的水平方向(每个距离测量传感器组对C31k和C32k的布置方向)上的灰度电平变化敏感的距离测量。 这里，将也参考图16中所示出的俯视图(top view)描述在图17中所示出的焦点检测区域FR6至FR10中的光路。 关于焦点区域FR8中的光轴LX近的侧上的点PT61 (图17)的光通量在图像形成表面MP的点PM 61上一次(once)形成图像并经过视场掩膜221的开口部分和聚光镜头222a，如图16所示。然后，关于点PT 61的光通量的一部分经过光圈掩膜225的开口部分A31和镜头阵列226的的分离镜头B31以到达传感器芯片227的距离测量传感器C311中的点Q61a(图18)。另一方面，关于点PT 61的光通量的另一部分经过光圈掩膜225的开口部分A32和镜头阵列226的分离镜头B32以到达传感器芯片227的距离测量传感器C321中的点Q61b(图18)。 如上所述，关于点PT 61的光通量(图17)被分割为两部分，并且这两部分分别到达距离测量传感器C311中的点Q61a和距离测量传感器C321中的点Q61b。
另一方面，关于在焦点检测区域FR8中的远离光轴LX的侧上的点PT 65 (图17)的光通量在图像形成表面MP的点PM 65上一次形成图像并经过视场掩膜221的开口部分和聚光镜头222a，如图16所示。然后，关于点PT 65的光通量的一部分经过光圈掩膜225的开口部分A31和镜头阵列226的分离镜头B31以到达传感器芯片227的距离测量传感器C311中的点Q65a。另一方面，关于点PT 65的光通量的另一部分经过光圈掩膜225的开口部分A32和镜头阵列226的分离镜头B32以到达传感器芯片227的距离测量传感器C321中的点Q65b。 如上所述，关于点PT 65的光通量(图17)被分割为两部分，并且这两部分分别到达距离测量传感器C311中的点Q65a和距离测量传感器C321中的点Q65b。
类似地，关于焦点检测区域FR8中的点PT 61和PT 65之间的每个点的光通量被分割为两个部分，并且这些部分到达距离测量传感器C311中点Q61a和Q65a之间的点和距离测量传感器C321中的点Q61b和Q65b之间的点。 如上所述，关于焦点检测区域FR8中的点PT 61和PT 65之间的每个点的光通量被分割为两部分，并且这些部分到达距离测量传感器C311中的相关点和距离测量传感器C321中的另一个相关点。基于在距离测量传感器C311和C321中的光图像之间的偏移(displacement)找到聚焦镜头位置。应当注意的是，如图16所示，到达距离测量传感器C311和C321的两个光通量都在下方经过聚光镜头222a的光轴AX1 (在相同侧)。换言之，两个光通量都在包括光轴AX1和LX的平面中相对于光轴AX1 (在和光轴LX的侧相对的侧上)向外传播。 下面将详细描述距离测量传感器组C31和C32。 如图18所示，成对的距离测量传感器C313和C323在传感器芯片227的传感器布置表面上相互水平地隔开。更具体地，距离测量传感器C313和C323是沿着线LC布置的。这里，线LC在传感器布置表面上从传感器芯片227的中心(更具体地，传感器芯片227和光轴LX之间的交叉点)水平延伸。 另外，成对的距离测量传感器C312和C322在传感器芯片227的传感器布置表面上也相互水平地隔开。但是应当注意的是，该成对的距离测量传感器C312和C322被以和成对的距离测量传感器C313和C323不同的方式布置。 更具体地，距离测量传感器C312在图18中被布置在向下距离距离测量传感器C313 D2处并与其平行(也平行于线LC)。另一方面，距离测量传感器C322在图18中被向下布置在沿图18的垂直方向距离距离测量传感器C323(D2+d2)处。换言之，距离测量传感器C322比距离测量传感器C312向下沿垂直方向多移动(shift)距离d2。另外，距离测量传感器C322相对于距离测量传感器C313、C323和C312和线LC顺时针旋转预定角度9 2。
如上所述，成对的距离测量传感器C312和C322相互水平隔开并被布置在传感器芯片227的传感器布置表面上不同的垂直位置。另外，在传感器布置表面上以不同角度(相对于水平方向的角度)布置成对的距离测量传感器C312和C322。 类似地，在传感器芯片227的布置表面上，成对的距离测量传感器C311和C321相
互水平隔开并以和成对距离测量传感器C313和C323不同的方式布置。 更具体地，距离测量传感器C311在图18中被布置在向下距离距离测量传感器
C313 D1(>D2)处并与其平行(也平行于线LC)。另一方面，距离测量传感器C321在图18
中被向下设置在沿图18的垂直方向距离距离测量传感器C323(Dl+dl)处。换言之，距离测
量传感器C321向下沿垂直方向移动得比距离测量传感器C311多距离dl。另外，距离测量
传感器C321相对于距离测量传感器C313、C323和C311和线LC旋转预定角度9 1。这里，
距离D1大于距离D2，而距离dl大于距离d2。另一方面，角度ei大于角度9 2。 如上所述，成对的距离测量传感器C311和C321相互水平隔开并被布置在传感器
芯片227的传感器布置表面上的不同垂直位置。另外，在传感器布置表面上以不同角度(相
对于水平方向的角度)布置成对的距离测量传感器C311和C321。 还类似地，多个其它距离测量传感器对(C314和C324)和(C315和C325)的传感器在传感器芯片227的传感器布置表面上相互水平地隔开。特别是，成对的距离测量传感器C314和C324被布置在传感器芯片227的传感器布置表面的不同垂直位置和不同角度。类似地，成对的距离测量传感器C315和C325设置在传感器芯片227的传感器布置表面的不同垂直位置和不同角度上。应当注意的是成对的距离测量传感器C314和C324的布置以及成对的距离测量传感器C312和C322的布置关于线LC而线对称。类似地，成对的距离测量传感器C315和C325的布置以及成对的距离测量传感器C311和C321的布置关于线LC而线对称。 另一方面，图19为图示距离测量传感器C321中光接收元件阵列的布置的图。如图19所示，距离测量传感器C321中的光接收元件阵列被布置在和距离测量传感器C311中的光接收元件阵列不同的方向上。距离测量传感器C321的光接收元件阵列相对于线LC顺时针旋转角度9 1而非被布置为和线LC平行。 更具体地，距离测量传感器C321中的多个光接收元件RE的每一个相对于距离测
量传感器C311中的多个光接收元件的每一个倾斜角度ei并沿相对于线LC倾斜角度ei
的线布置。在图19中，以窄矩形示出了多个光接收元件RE的每一个。
对其它距离测量传感器例如传感器C322同样如此。 这里，如图18所示的距离测量传感器的布置如下所述提供了降低的歪曲影响。下面将对其进行描述。 图20为图示经过聚光镜头222之前的光图像的概念图。图21为图示经过聚光镜头222之后到达传感器芯片227的光图像的概念图。这些图表明图20中栅格形式的线上的点被投影至图21所示出的曲线上的点。因此，聚光镜头222产生歪曲。这里，示出了所谓的"枕形"歪曲。 假定采用根据图29中所示出的比较实例的布置而非图18中所示出的布置，则下面的问题出现。即，由于上述歪曲，焦点检测区域FRi中的图像不能到达传感器芯片227的距离测量传感器。这使得不可能获得关于焦点检测区域FRi的正确光图像，从而导致降低的AF精度。 例如，由于上述歪曲，来自焦点检测区域FR6中的线LE6(参考图11)上的点的光到达曲线LF6和LG6。但是，根据图29布置的距离测量传感器C321偏离曲线LG6。这表明焦点检测区域FR6中的图像不能适当地到达距离测量传感器C321。在这种情况下，不能通过距离测量传感器C321获得关于焦点检测区域FR6的正确的光图像，从而造成区域FR6的降低的AF精度。 另一方面，在上述实施例的布置中(参考图18)，如图22所示，沿曲线LG6 (更具体地，以沿曲线LG6的角度)布置距离测量传感器C321。传感器C321被定位于曲线LG6上。因此，焦点检测区域FR6中的图像可适当地到达距离测量传感器C321。因此，来自区域FR6中的线LE6上的点的光可以由传感器C321适当地接收。这完全消除或者抑制了上述歪曲的影响，从而抑制了 AF精度的下降。应当注意的是图22为图示在图18所示出的布置上叠加了曲线LF6和LG6的图。 如上所述，焦点检测区域FR6的线LE6上的光通量被聚光镜头222a弯曲以到达传感器芯片227的传感器布置表面上的曲线(也称为歪曲曲线)LF6和LG6。另外，在成对的距离测量传感器C311和C321中，传感器C321被布置在传感器芯片227的传感器布置表面上的歪曲曲线LG6上(更具体地，近似沿曲线LG6布置)。而且，传感器C311被布置在传感器芯片227的传感器布置表面上的歪曲曲线LF6上(更具体地，近似沿曲线LF6布置)。因此，成对的距离测量传感器C311和C321两者都可适当地接收相关的图像。这一点完全消除或者抑制上述歪曲的影响，从而抑制AF精度的降低。 另一方面，在图18的布置中，布置距离测量传感器C321的角度9 l大于布置距离测量传感器C322的角度e 2。换言之，成对的距离测量传感器C311和C321之间的相对角度9 1大于成对的距离测量传感器C312和C322之间的相对角度92。如上所述，距离测量传感器组C32的传感器距离线LC越远，则相对于线LC布置传感器的角度应当越大。换言之，距离测量传感器离线LC越远，则传感器之间的相对角度应当越大。这保证更合适地减
19小歪曲的影响。 另一方面，在图18的布置中，距离测量传感器C321的移动距离dl大于距离测量传感器C322的移动(shifted)距离d2。换言之，成对的距离测量传感器C311和C321之间的垂直位置偏移dl大于成对的距离测量传感器C312和C322之间的垂直位置偏移d2。如上所述，距离测量传感器组C32的传感器离线LC越远，则传感器被移动得越多。换言之，距离测量传感器离线LC越远，则传感器偏离得应当越多。这保证更合适地减小歪曲的影响。
在图18(图22)的布置中，假定距离测量传感器C311从线LF6的偏移(位置和角度)量相对小。但是，图18所示出的布置不仅适用于上述状态而且适用于其它状态，例如，即使距离测量传感器C311从线LF6的偏移量相对大图18所示出的布置也有效。
〈2.第二实施例> 在第一实施例中，示出了其中距离测量传感器组C32布置得和图29中的不同以及其中距离测量传感器组C31以和图29中的距离测量传感器相同的方式布置的情形。但是，本发明不限于此。例如，可根据距离测量传感器组C32的布置改变距离测量传感器组C31的布置。在第二实施例中，将描述这样的更改实例。 在第二实施例中，距离测量传感器组C31和C32的布置都改变。这使得距离测量
传感器组C31可能更精确地接收来自焦点检测区域FR6至FR10的光图像。因此，基于相关
焦点检测区域的预定方向上的对象图像可以实现更精确的AF操作。 图23为图示根据第二实施例的传感器芯片227(227B)的部分的图。 如图23所示，在第二实施例中，距离测量传感器组C32以和第一实施例相同的方
式布置。 另一方面，距离测量传感器组C31的布置与第一实施例中的不同。更具体地，距离测量传感器组C31的传感器C311、 C312、 C314和C315也相对于线LC倾斜。
例如，距离测量传感器C312被布置在曲线LF7上并沿其布置，距离测量传感器C322被布置在曲线LG7上并沿其布置。 更具体地，距离测量传感器C312从距离测量传感器C313沿图23的垂直方向向下移动距离D12。另外，距离测量传感器C322从距离测量传感器C323沿图23的垂直方向向下移动距离(D12+d22)。换言之，距离测量传感器C322沿垂直方向向下布置得比距离测量传感器C312多距离d22。这里，距离Dll大于距离D12，而距离d21大于距离d22。
另外，距离测量传感器C312相对于距离测量传感器C313和线LC旋转角度9 12，而距离测量传感器C322相对于距离测量传感器C313和线LC旋转角度9 22。这里，角度9 22大于角度e 12。 如上所述，成对的距离测量传感器C312和C322在传感器芯片227的传感器布置表面上相互水平地隔开并以不同角度布置。另外，传感器C312和C322布置在传感器布置表面上不同的垂直位置。 在这样的布置中，焦点检测区域FR7的线LE7上的光通量被聚光镜头222a弯曲以到达传感器芯片227的传感器布置表面上的曲线(也称为歪曲曲线)LF7和LG7。另外，成对的距离测量传感器C312和C322分别沿传感器芯片227的传感器布置表面上的歪曲曲线LF7和LG7布置。因此，成对的距离测量传感器C312和C322两者都可适当地接收相关的图像。这完全消除或者抑制了上述歪曲的影响，从而抑制了 AF精度的下降。
特别在第二实施例中，距离测量传感器C312布置在曲线LF7上并沿其布置。因此，来自焦点检测区域FR7的线LE7上的点的光更合适地被传感器C312接收。换言之，距离测量传感器C312可精确获得和线LE7相同的方向的光图像中的变化。距离测量传感器C322同样如此。传感器C322可精确获得和线LE7相同方向上的光图像的变化。因此，成对的距离测量传感器C312和C322允许通过采用和线LE7相同方向上的光图像进行精确的AF操作。 对关于其它对的距离测量传感器C311和C321的光通量同样如此。 距离测量传感器C311被布置在曲线LF6上并沿其布置。应当注意的是假定曲线
LF6在第二实施例中弯曲得比在第一实施例中更大。 更具体地，距离测量传感器C311从距离测量传感器C313沿图23的垂直方向向下移动距离Dll。另外，距离测量传感器C321从距离测量传感器C323沿图23的垂直方向向下移动距离(Dll+d21)。换言之，距离测量传感器C321沿垂直方向向下布置得比距离测量传感器C311多距离d21。 另外，距离测量传感器C311相对于距离测量传感器C313和线LC旋转角度9 11，而距离测量传感器C321相对于距离测量传感器C313和线LC旋转角度9 21。这里，角度9 21大于角度e 11。 如上所述，成对的距离测量传感器C311和C321在传感器芯片227的传感器布置表面上相互水平地隔开并以不同角度布置。另外，传感器C311和C321布置在传感器布置表面上不同的垂直位置。 在这样的布置中，焦点检测区域FR6的线LE6上的光通量被聚光镜头222a弯曲以到达传感器芯片227的传感器布置表面上的曲线(也称为歪曲曲线)LF6和LG6。另外，成对的距离测量传感器C311和C321分别沿传感器芯片227的传感器布置表面上的歪曲曲线LF6和LG6布置。因此，成对的距离测量传感器C311和C321都可适当地接收相关的图像。这完全消除或者抑制了上述歪曲的影响，从而抑制了 AF精度的下降。 特别在第二实施例中，距离测量传感器C311布置在曲线LF6上并沿其布置。因此，来自焦点检测区域FR6的线LE6上的点的光更合适地被传感器C311接收。换言之，距离测量传感器C311可精确获得和焦点检测区域FR6的线LE7相同的方向上的光图像中的变化。距离测量传感器C321同样如此。因此，成对的距离测量传感器C311和C321允许通过采用和线LE6相同方向上的光图像进行精确的AF操作。 另一方面，在图23的布置中，布置距离测量传感器C321的角度e 21大于布置距离测量传感器C322的角度9 22。如上所述，距离测量传感器组C32的传感器离线LC越远，则传感器相对于线LC布置的角度也应当越大。这可合适地降低歪曲的影响。类似地，布置距离测量传感器C311的角度e 11大于布置距离测量传感器C312的角度e 12。如上所述，距离测量传感器组C31的传感器离线LC越远，则传感器相对于线LC布置的角度也应当越大。这更合适地减小了歪曲的影响。 另一方面，成对的距离测量传感器C311和C321之间的相对角度(9 21- e 11)大于成对的距离测量传感器C312和C322之间的相对角度(e 22- e 12)。如上所述，距离测量传感器组C31的传感器离线LC越远，则传感器之间的相对角度应当越大。这更合适地减小了歪曲的影响。
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对多个其它距离测量传感器对(C314和C324)禾P (C315和C325)同样如此。成对 的距离测量传感器C314和C324的布置以及成对的距离测量传感器C312和C322的布置关 于线LC而线对称。另外，成对的距离测量传感器C315和C325的布置以及成对的距离测 量传感器C311和C321的布置关于线LC而线对称。距离测量传感器对(C314和C324)和 (C315和C325)具有和距离测量传感器对(C312和C322)和(C312和C322)相同的有利作 用。 〈3.第三实施例> 在第一实施例中，示出了其中成对的距离测量传感器C311和C321布置在不同角 度和不同垂直位置的情形。但是，本发明不限于此。例如，成对的距离测量传感器C311和 C321可布置在相同的角度但是布置在不同的垂直位置。在第三实施例中，将描述这样的更 改实例。 图24为图示根据第三实施例的传感器芯片227(227C)的一部分的图。 如图24所示，在第三实施例中，距离测量传感器组C31以和第一实施例相同的方
式布置。另一方面，距离测量传感器组C32和第一实施例中的距离测量传感器组不同地布置。 更具体地，通过和图22的比较很清楚，不仅距离测量传感器组C31的传感器C311 至C315而且距离测量传感器组C32的传感器C321至C325也被布置为和线LC平行。换言 之，以相同的角度布置距离测量传感器。 但是，应当注意的是，距离测量传感器被布置在不同的垂直位置上。
例如，距离测量传感器C311从距离测量传感器C313沿图24的垂直方向向下移动 距离D1。另外，距离测量传感器C321从距离测量传感器C323沿图24的垂直方向向下移动 距离(Dl+d4)。换言之，距离测量传感器C321沿图24的垂直方向向下布置得比距离测量传 感器C311多距离d4。 在该布置中，成对的距离测量传感器C311和C321不仅沿传感器芯片227的传感 器布置表面上的歪曲曲线LF6和LG6布置而且相应地布置在其上。因此，成对的距离测量 传感器C311和C321都可合适地接收相关的图像。这一点完全消除或者抑制上述歪曲的影 响，从而抑制AF精度的下降。 多个其它距离测量传感器对(C312和C322) 、 (C314和C324)和(C315和C325)同 样如此。 〈4.第四实施例> 在第一实施例中，示出了其中成对的距离测量传感器C311和C321被布置在不同 角度和不同垂直位置的情形。但是，本发明不限于此。例如，成对的距离测量传感器C311 和C321可布置在传感器布置表面上相同的位置但是不同的角度上。在第四实施例中，将描 述该更改实例。 图25为图示根据第四实施例的传感器芯片227(227D)的一部分的图。
如图25所示，在第四实施例中，距离测量传感器组C31以和第一实施例相同的方 式布置。另一方面，距离测量传感器组C32和第一实施例的距离测量传感器组不同地布置。
更具体地，距离测量传感器C321和距离测量传感器C311水平(平行于线LC的方 向)隔开并被布置在和其相同的角度上且围绕其左边缘顺时针旋转预定角度9 1。和距离
22测量传感器C311 —样，距离测量传感器C321的左沿沿图25的垂直方向向下布置在离距离 测量传感器C313(和传感器C323)的距离Dl处。如上所述，距离测量传感器C311和C321 的其中一个边边缘(左边缘)位于相同的位置不同的角度。 在这样的布置中，成对的距离测量传感器C311和C321分别沿传感器芯片227的 传感器布置表面上的歪曲曲线LF6和LG6布置。因此，成对的距离测量传感器C311和C321 都可合适地接收相关的图像。这完全消除或者抑制上述歪曲的影响，从而抑制AF精度的下 降。应当注意的是当歪曲曲线LG6在距离测量传感器C321附近仅仅较小程度地偏离线Ll 时这样的布置特别有效。这里，线Ll为在图25中从线LC向下偏离距离Dl的线。
对其它距离测量传感器对(C312和C322) 、 (C314和C324)和(C315和C325)同样 如此。 在本实施例中，示出了其中成对的距离测量传感器C311和C321被布置在传感器 布置表面上相同的垂直位置的情形。但是，本发明不限于此。例如，成对的距离测量传感器 C311和C321可布置在相同的平均垂直位置但是不同的角度上。
〈5.更改实例> 尽管描述了本发明的实施例，但是本发明不限于这些实施例，而是可以以各种方 式对其进行更改。 例如在第一实施例中，作为实例示出了其中通过如图19所示布置距离测量传感 器C321的光接收元件阵列来改变布置距离测量传感器C321的角度的情形。但是，本发明 不限于此。 更具体地，可如图26所示布置传感器C321的光接收元件阵列。比较图26和图 19，该两个布置的共同之处在于，沿相对于线LC倾斜预定角度9 1的线LG6(或者曲线LG6) 布置距离测量传感器C321的每个光接收元件。但是，应当注意的是，在图26中，距离测量 传感器C321的多个光接收元件的每个以和距离测量传感器C311的多个光接收元件的每个 相同的倾斜角度(相对于垂直方向为零)布置。距离测量传感器C321的多个光接收元件 以沿曲线LG6布置的方式逐渐垂直偏离。也可通过如上所述布置距离测量传感器C321的 光接收元件RE来改变布置距离测量传感器C321的角度。对其它距离测量传感器同样如此 (例如C322)。 可选地，如图27所示的遮光部分(shading section) SR1和SR2可被布置在距离测 量传感器C321的光接收元件阵列中。在图27中，距离测量传感器C321的多个光接收元件 的每个以和距离测量传感器C311的多个光接收元件的每个相同的倾角(相对于垂直方向 为零)布置。更具体地，水平布置光接收元件阵列，并且光接收元件被布置在相同的垂直位 置上。但是，应当注意的是提供了遮光部分SR(SR1和SR2)，一个在光接收元件RE的顶部， 另一个在底部，以覆盖相同组件RE的部分光接收区域。遮光部分SR例如形成为半导体制 造步骤中的铝层。上遮光部分和下遮光部分SR1和SR2之间的、每个光接收元件RE的中间 部分CR用作距离测量传感器C321的光接收部分。该中间区域CR为距离测量传感器C321 的光接收元件RE中不被遮光部分SR1和SR2覆盖的光接收区域。 在图27中，布置遮光部分SR从而中间区域CR是相对于水平方向斜行的 (diagonal)。更具体地，在水平布置(从左至右)的光接收元件阵列中，上遮光部分和下遮 光部分SR1和SR2沿相同的方向(例如向下)逐渐垂直偏离。这允许中间部分CR能够沿
23相对于线LC倾斜预定角度e 1的线LG6(或者曲线LG6)布置。如上所述，还可通过在相同 传感器C321的光接收元件阵列中提供遮光部分而改变布置距离测量传感器C321的角度。 相同的原理适用于其它距离测量传感器例如传感器C322。 另外，在第一实施例(图18和22)中，我们假定距离测量传感器C311大致沿歪曲 曲线LF6布置。但是，本发明不限于此。例如，即使以其布置距离测量传感器C321的角度
e i实质上等于下面给出的值ed也可获得如上所述的相同的有利效果。这里，值ed表示
距离测量传感器C311附近的曲线LF6的近似直线的斜率和距离测量传感器C321附近的曲 线LG6的近似直线的斜率之差。换言之，值9 d为曲线LF6和LG6的近似直线之间的相对 角度。 在如上所述的更改实例中，我们假定距离测量传感器C311附近的曲线LF6的近似 直线的斜率相对大。在这样的状态下，线LE6上的光不会适当地到达距离测量传感器C311。 相反，相对于线LE6稍微倾斜的线LH6上的光(未示出)合适地到达距离测量传感器C311。 但是应当注意的是，即使在这样的状态下，当布置角度ei等于值9d时，距离测量传感器 C311和C321两者都可合适地获得对象的相同部分在相同方向上的光图像中的变化。艮卩， 距离测量传感器C311和C321接收线LH6上的光图像。这可精确地进行AF操作，尽管存在 AF方向上的微小偏移。 另外，上面的实施例中示出了由于聚光镜头222发生枕形歪曲的情形。但是，本发 明不限于此。例如，上述概念可应用于出现桶形歪曲时(参考图28)。应当注意的是，在出 现桶形歪曲时，仅需把相关的距离测量传感器被布置的角度与上述实施例中的情况逆向变 化即可。例如，仅需"向上"(沿和图22中相反的方向)移动距离测量传感器C321(参考图 22)——其与距离测量传感器C311水平隔开预定距离——预定的距离(例如dl)，并"逆时 针"将其旋转预定角度(例如9 1)。 另外，上面的实施例中示出了上述概念应用于经过如下聚光镜头222a(或222b) 的分割光束的情形该下聚光镜头222a(或222b)的光轴水平偏离拍摄光学系统的光图像 的光轴LX。但是，本发明不限于此。例如，上述概念可适用于经过以光轴LX为其中心轴的 聚光镜头222c的分割光束。 另外，上面的实施例中示出了在AF模块20外部布置AF控制部分113的情形。但 是，本发明不限于此。例如，AF模块20(焦点检测器)可并入和AF控制部分113类似的控 制部分。 本申请包含与在2009年2月3日向日本专利局提交的日本优先专利申请JP
2009-022225中所公开的主题相关的主题，其全部内容被组合参考在此。 本领域技术人员应当理解可根据设计要求和其它因素进行各种更改、组合、次组
合以及变更，只要其属于附加权利要求或者其等价物的范围。
权利要求
一种焦点检测器，包括聚光镜头，适合于使来自光学系统的光图像透过；距离测量传感器组，适合于接收通过聚光镜头的光通量，其中该距离测量传感器组包括第一距离测量传感器对，该第一距离测量传感器对适合于接收关于偏离拍摄区域的中心设置的第一焦点检测区域的光通量的分割光束，第一距离测量传感器对包括第一和第二距离测量传感器，第一焦点检测区域在拍摄区域中从下述位置沿第一方向延伸，在该位置处，第一焦点检测区域沿第一方向并且还沿与第一方向垂直的第二方向与所述中心隔开，以及第一和第二距离测量传感器在传感器布置表面上沿与第一方向相关的方向相互隔开并且被以不同的角度布置。
2. 根据权利要求1的焦点检测器，其中，该聚光镜头具有沿预定方向从来自光学系统的光图像的光轴偏离的光轴。
3. 根据权利要求1的焦点检测器，其中，第一和第二距离测量传感器被布置在传感器布置表面上沿与第二方向相关的方向上 的不同位置。
4. 根据权利要求1的焦点检测器，其中，第一焦点检测区域的预定直线上的光通量被聚光镜头弯曲，以到达传感器布置表面上 的歪曲曲线，以及第一和第二距离测量传感器在传感器布置表面上被分别布置在歪曲曲线上。
5. 根据权利要求1的焦点检测器，其中，第一和第二距离测量传感器在传感器布置表面上分别沿歪曲曲线布置。
6. 根据权利要求1的焦点检测器，其中，该距离测量传感器组还包括第二距离测量传感器对，该第二距离测量传感器对适合于 接收偏离拍摄区域的中心设置的第二焦点检测区域的光通量的分割光束，第二焦点检测区域在拍摄区域中从下述位置沿该第一方向延伸，在该位置处，第二焦 点检测区域沿该第一和第二方向与所述中心隔开，第二焦点检测区域比第一焦点检测区域更加偏离基准线， 该基准线穿过拍摄区域的中心并沿第一方向在拍摄区域中延伸，以及 第二距离测量传感器对的传感器在传感器布置表面上沿与第一方向相关的方向相互 隔开并且被以比第一距离测量传感器对的传感器之间的相对角度大的相对角度布置。
7. 根据权利要求1的焦点检测器，其中， 第一距离测量传感器包括第一光接收元件阵列， 第二距离测量传感器包括第二光接收元件阵列，以及 第一和第二光接收元件阵列被布置在不同方向上。
8. 根据权利要求1的焦点检测器，其中， 第一距离测量传感器对包括第一和第二距离测量传感器， 第一距离测量传感器包括第一光接收元件阵列， 第二距离测量传感器包括第二光接收元件阵列， 第二光接收元件阵列的光接收区域的一部分被遮光部分覆盖，以及第二光接收元件阵列的未被遮光部分覆盖的光接收区域被布置在与第一光接收元件 阵列的方向不同的方向上。
9. 一种焦点检测器，包括聚光镜头，适合于使来自光学系统的光图像透过； 距离测量传感器组，适合于接收通过聚光镜头的光通量，其中该距离测量传感器组包括第一距离测量传感器对，该第一距离测量传感器对适合于接 收关于偏离拍摄区域的中心设置的第一焦点检测区域的光通量的分割光束，第一焦点检测区域在拍摄区域中从下述位置沿第一方向延伸，在该位置处，第一焦点 检测区域沿第一方向并且还沿与第一方向垂直的第二方向与所述中心隔开，以及第一距离测量传感器对的传感器在传感器布置表面上沿与第一方向相关的第三方向 相互隔开并且被布置在沿与第二方向相关的第四方向上的不同位置。
10. 根据权利要求9的焦点检测器，其中，该距离测量传感器组还包括第二距离测量传感器对，该第二距离测量传感器对适合于 接收偏离拍摄区域的中心设置的第二焦点检测区域的光通量的分割光束，第二焦点检测区域在拍摄区域中从下述位置沿该第一方向延伸，在该位置处，第二焦 点检测区域沿该第一和第二方向与所述中心隔开，第二焦点检测区域比第一焦点检测区域更加偏离基准线，基准线穿过拍摄区域的中心并沿第一方向在拍摄区域中延伸，第二距离测量传感器对的传感器在传感器布置表面上沿第三方向相互隔开并且被布 置第四方向上的不同位置，沿第四方向上的第一距离测量传感器对的传感器之间的位置偏移量比沿第四方向上 的第二距离测量传感器对的传感器之间的位置偏移量大。
11. 一种成像设备，包括 相位差焦点检测器；禾口自动聚焦控制装置，用于基于由所述焦点检测器获得的距离测量结果进行自动聚焦操作，所述焦点检测器包括聚光镜头，适合于使来自光学系统的光图像透过；以及 距离测量传感器组，适合于接收通过聚光镜头的光通量，其中该距离测量传感器组包括第一距离测量传感器对，该第一距离测量传感器对适合于接 收关于偏离拍摄区域的中心设置的第一焦点检测区域的光通量的分割光束，第一焦点检测区域在拍摄区域中从下述位置沿第一方向延伸，在该位置处，第一焦点 检测区域沿第一方向并且还沿与第一方向垂直的第二方向与所述中心隔开，以及第一距离测量传感器对的传感器在传感器布置表面上沿与第一方向相关的方向相互 隔开并且被以不同的角度布置。
12. —种成像设备，包括 相位差焦点检测器；禾口自动聚焦控制装置，用于基于由所述焦点检测器获得的距离测量结果进行自动聚焦操作，所述焦点检测器包括聚光镜头，适合于使来自光学系统的光图像透过；以及 距离测量传感器组，适合于接收通过聚光镜头的光通量，其中该距离测量传感器组包括第一距离测量传感器对，该第一距离测量传感器对适合于接 收关于偏离拍摄区域的中心设置的第一焦点检测区域的光通量的分割光束，第一焦点检测区域在拍摄区域中从下述位置沿第一方向延伸，在该位置处，第一焦点 检测区域沿第一方向并且还沿与第一方向垂直的第二方向与所述中心隔开，以及第一距离测量传感器对的传感器在传感器布置表面上沿与第一方向相关的方向相互 隔开并且被布置在沿与第二方向相关的方向上的不同位置。
全文摘要
一种焦点检测器，包括用于使来自光学系统的光图像透过的聚光镜头；和用于接收通过该聚光镜头的光通量的距离测量传感器组。该传感器组包括用于接收关于偏离拍摄区域的中心设置的第一焦点检测区域的光通量的分割光束的第一距离测量传感器对。该第一距离测量传感器对包括第一和第二距离测量传感器。第一焦点检测区域在拍摄区域中从下述位置沿第一方向延伸，在该位置处，第一焦点检测区域沿第一方向并且还沿与第一方向垂直的第二方向与所述中心隔开。该第一和第二距离测量传感器在传感器布置表面上沿与第一方向相关的方向相互隔开并且被以不同的角度布置。
文档编号G03B13/36GK101794010SQ201010104410
公开日2010年8月4日 申请日期2010年1月27日 优先权日2009年2月3日
发明者阴山和实 申请人:索尼公司