专利名称：图像感测元件,图像感测装置和信息处理装置的制作方法
技术领域：
本发明的领域本发明涉及图像感测元件、图像感测装置和信息处理装置，并且更特别地涉及适于在接收光束时执行光瞳分割聚焦检测的图像感测元件，其中光束已经穿过例如图像感测透镜的光瞳，并且涉及具有图像感测元件的照相机和信息处理装置。
Canon公司已经在日本专利特开昭第2001-124984号中建议了通过使用图像感测器(图像感测元件)执行光瞳分割聚焦检测的装置，其中图像感测器用在数字静止照相机中。
图12是解释通过使用图像感测器执行光瞳分割聚焦检测的方法的原理图，这在日本专利特开昭第2001-124984号中揭示。图像感测器10布置在图像感测透镜5各自的成像平面上。图像感测器10的一个象素由两个光接收部分13a和13b组成。布置光接收部分13a和13b，从而通过形成在图像感测透镜一侧的微透镜11，几乎与图像感测透镜5的光瞳共轭。
光接收部分13a接收已经穿过图12中预定的下部图像感测透镜5的光束。光接收部分13b接收已经穿过图12中预定的上部图像感测透镜5的光束。在检测聚焦时，象素的光接收部分13a和13b的信号被独立读出。这些信号形成已经穿过图像感测透镜5的光瞳上不同位置的光束的两个图像。日本专利特开昭第5-127074号揭示了使用光束产生的两个图像检测聚焦的方法，其中光束已经穿过图像感测透镜的光瞳上的不同区域。在日本专利特开昭第2001-124984号中揭示的图像感测器，输出一个象素的光接收部分13a的输出与普通照相中它的光接收部分13b的输出的和。
日本专利说明书第5-61610号揭示了检测聚焦时控制聚焦检测感测器曝光的方法。为了监视入射到聚焦检测感测器上的光量，这个参考的聚焦检测感测器具有监视象素，它介于产生聚焦检测图像的象素与监视入射到感测器上的光量的象素之间。监视象素的输出控制聚焦检测象素的存储时间等。
组成用于执行光瞳分割聚焦检测的感测器，使图像感测器的一个象素中的光接收部分被分成两个区域。在这些光接收部分之间的区域中，光接收灵敏度低。
图13A和13B是显示普通照相中，入射到图像感测器的一个象素上的光束的图。在图13A和图13B中，参考数字13a和13b指示两个分割的光接收部分。在这些光接收部分之间的区域中，光接收灵敏度低。图13A中的虚线光路是在图像感测透镜的光阑在完全光圈状态时的入射光束。当光阑在完全光圈状态时，入射到低灵敏区上的光束少于入射到光接收区13a和13b上的光束。图像感测器输出减小的程度小，几乎不影响曝光控制。
如果图像感测透镜的光阑缩小光圈，那么入射到低灵敏区上的光束与入射到光接收区13a和13b上的光束的比增加，如图13B所示。图像感测器输出的减小程度增加。当图像感测透镜在完全光圈状态执行光度测定，并且根据光度测定结果减小光感测透镜的光阑时，图像感测器的输出比缩小光圈效果减小更多。
图像感测器的光接收部分和图像感测透镜的光瞳通过微透镜几乎彼此共轭。在图像感测透镜的光瞳平面上，图像感测透镜的光瞳和感测器的光接收部分，具有与图13A显示相同的关系。入射到图像感测器的光接收部分13a和13b上的光束，具有半圆形的光瞳形状(图像感测透镜的光瞳(虚线代表的圆形)与光接收部分(实线代表的矩形)彼此重叠的部分)。这种形状在光接收部分13a与13b之间不同(镜像关系)。
图14显示了图像感测器的光接收部分13a和13b产生的一条白线图像的图像感测器输出。图14中图像a是由象素的光接收部分13a输出的图像。图14中图像b是由象素的光接收部分13b的输出形成的图像。在这个图像感测器中，两个图像a与b之间的相似性低。使用两个图像的平均相关性计算产生了计算结果误差，产生了聚焦检测误差。
为了检测图像感测透镜的聚焦状态，用于确定象素电荷累积时间及相似的监视象素，根据需要靠近象素布置，用于获得聚焦检测图像，并且根据需要获得高对比度的聚焦检测图像。然而，上面的图像感测器不结合任何监视象素，来确定象素电荷存储时间及相似，从而检测图像感测透镜的聚焦状态。在图像感测器中，根据分割的光度测定感测器的输出，来控制存储时间及相似。并不总是得到高对比度的图像。
本发明的次要目的是允许增加两个图像之间的一致性，并且增加聚焦检测精度，其中这两个图像在聚焦检测中受到相关性计算。
本发明的另一个次要目的是允许得到适当的曝光下感测的图像，作为聚焦检测中受到相关性计算的图像。
本发明的第一方面涉及图像感测元件，用于感测图像感测透镜形成的图像，包括象素，其中象素包括第一光接收区，它包括已经穿过图像感测透镜的主光束入射的区域，并且象素包括第二光接收区，它不包括已经穿过图像感测透镜的主光束入射的区域。
根据本发明的优选方面，第二光接收区最好包括两个分割的光接收区，并且布置这两个分割的光接收区，使它最好夹着第一光接收区。两个分割的光接收区适于至少检测图像感测透镜的聚焦状态，或者适于检测图像感测透镜的聚焦状态，并且拍摄对象。第一光接收区适于确定电荷在第二光接收区存储的时间。
根据本发明的另一个优选方面，两个分割的光接收区之一最好从图像感测透镜的光瞳上两个预定区域之一接收光束，并且两个分割的光接收区的另一个从图像感测透镜光瞳上的两个预定区域的另一个接收光束，两个预定区域是夹着光轴的区域。
根据本发明的又一个优选方面，图像感测元件最好进一步包括单独输出第一光接收区中存储的电荷和第二光接收区中存储的电荷的功能，并且包括功能，来输出第一光接收区中存储的电荷与两个分割的光接收区中存储的电荷之和。
根据本发明的又一个优选方面，两个分割的光接收部分之间的间隔在第一光接收区的中心最好相对窄，而在第一光接收区的两个末端最好相对宽。可选地，第一光接收区最好在中心相对窄，而在两个末端相对宽。可选地，第一光接收区最好在中心窄于两个分割的光接收区的每个的宽度，而在两个末端宽于两个分割的光接收区的每个的宽度。
根据本发明的又一个优选方面，象素最好具有轴向对称的结构。
根据本发明的又一个优选方面，从第一和第二光接收区形成的区域最好具有实际上规则的多边形状。可选地，从第一和第二光接收区形成的区域最好具有实际上通过切割正方形的每个角得到的形状。
根据本发明的又一个优选方面，图像感测元件最好进一步包括微透镜，它促使两个分割的光接收部分各自从图像感测透镜光瞳上的两个预定区域接收光束，两个预定的区域是夹着光轴的区域。
根据本发明的又一个优选方面，第二光接收区最好用于至少检测图像感测透镜的聚焦状态。
根据本发明的又一个优选方面，第二光接收区最好用于检测图像感测透镜的聚焦状态，并且拍摄图像。
根据本发明的又一个优选方面，第一光接收区最好用于确定第二光接收区中电荷存储的时间。
根据本发明的又一个优选方面，图像感测元件最好在第一和第二光接收区形成的区域上包括微透镜。
本发明的第二方面涉及图像感测装置，它包括上述任何之一的图像感测元件；和控制单元，通过使用图像感测元件的第二光接收区，检测图像感测透镜的聚焦状态，并且图像感测装置执行聚焦调整。
这个图像感测装置可以用作例如数字静止照相机、数字视频照相机、这些照相机的混合体、或者是具有这些照相机的功能以外其它功能的照相机。
根据本发明的又一个优选方面，控制单元最好通过使用第二光接收区控制拍摄操作，从而拍摄对象。
根据本发明的又一个优选方面，控制单元最好通过使用第一光接收区，控制第二光接收区中电荷存储的时间。
根据本发明的又一个优选方面，控制单元最好在聚焦调整中，根据图像感测元件的第一光接收区的曝光量，确定第二光接收区中电荷存储的时间。
根据本发明的又一个优选方面，控制单元最好在聚焦调整时，独立读出第一光接收区中存储的电荷和第二光接收区中存储的电荷，并且读出照相中第一光接收区中存储的电荷与两个分割的光接收区中存储的电荷的和。
本发明的第三方面涉及信息处理装置，它包括上述图像感测元件或图像感测装置。信息处理装置可以用于例如便携式终端中，如便携式电话或便携式计算机。
从后面联系附图的描述中，本发明的其它特点和优点将会更加明显，在其所有附图中，相似的参考字母指示相同或相似的部件。
图1是显示根据本发明优选实施例的照相机结构的图；图2是电路图，显示了根据本发明优选实施例的图像感测器；图3是剖视图，显示了根据本发明优选实施例的图像感测器；图4是平面视图，显示了根据本发明优选实施例的图像感测器；图5是示意图，显示了根据本发明优选实施例的拍摄光学系统；图6A和6B是平面视图，显示了根据本发明优选实施例的图像感测器；图7是显示根据本发明优选实施例的图像感测器输出的曲线图；图8A和8B是根据本发明优选实施例的图像感测器的时间曲线图；图9是流程图，显示了根据本发明优选实施例的照相机的操作；图10是流程图，显示了根据本发明优选实施例的照相机的聚焦检测的操作；图11是平面视图，显示了根据本发明优选实施例的图像感测器；图12是解释聚焦检测原理的图；图13A和13B是显示图像感测器的平面图；而图14是显示图像感测器输出的曲线图。
优选实施例的具体描述下面参考附图描述本发明的优选实施例。
图1到11是显示本发明优选实施例的图。图1是显示数字静止照相机的结构的图，它具有根据本发明优选实施例的图像感测元件(此后也被称为图像感测器)。图2是电路图，显示了图像感测器。图3是剖视图，显示了图像感测器的一个象素。图4、6A和6B是平面视图，显示了图像感测器的一个象素。图5是示意图，显示了拍摄光学系统。图7是解释图像感测器输出的曲线图。图8A和8B是时间曲线图。图9是流程图，解释数字静止照相机的操作。图10是流程图，显示了聚焦检测的操作。图11是平面视图，显示了图像感测器。
在图1中，参考数字10指示根据本发明优选实施例的图像感测器。图像感测器10布置在数字静止照相机1的图像感测透镜5(5a，5b)各自的成像平面上。数字静止照相机1包括CPU20，用于控制整个照相机；图像感测器控制电路21，用于驱动并且控制图像感测器10；图像处理电路24，用于处理图像感测器10感测的图像信号；液晶显示元件9，用于显示感测的图像；液晶显示元件驱动电路25，用于驱动液晶显示元件9；目镜3，用于允许拍摄者观察显示在液晶显示元件9上的对象图像；存储电路22，用于记录图像感测器10感测的图像；接口电路23，用于将图像处理电路处理的图像输出到照相机外侧；和操作开关SW2，用于允许拍摄者指定拍摄图像的记录。存储电路22还记录图像感测透镜的单一信息。
在图1中，为了方便起见，图像感测透镜5具有两个透镜5a和5b。图像感测透镜5典型地包括很多透镜。根据CPU20发出的聚焦调整信息，图像感测透镜5被图像感测透镜驱动机构26调整到聚焦状态。参考数字30指示光阑设备，它通过光阑驱动机构27将光圈减小到预定的F数。
图2是示意电路图，显示了根据本发明优选实施例的图像感测器10。为了方便起见，图2显示了具有2×2象素的二维区域图像感测器。实际上，图像感测器10由几百万个象素组成。
在图2中，参考数字101a、101b和101c指示光电转换元件的光电转换部分，它们的每个由mos晶体管栅极栅下面的耗尽层形成；102a、102b和102c指示光栅；103a、103b和103c指示MOS晶体管，它们用作传输开关；104指示复位MOS晶体管；105指示MOS晶体管，用作源极跟随放大器；106指示MOS晶体管，用作水平选择开关；107指示MOS晶体管，用作源极跟随连接的负载；108指示MOS晶体管，用于传输暗输出；109指示MOS晶体管，用于传输亮输出；110指示电容器CTN，用于存储暗输出；111指示电容器CTS，用于存储亮输出；112指示水平传输MOS晶体管；113指示MOS晶体管，用于复位水平输出线；114指示差动输出放大器；115指示水平扫描电路；而116指示垂直扫描电路。这些元件组成图1中的图像感测器控制电路21。
图3是剖视图，显示了象素部分。在图3中，参考数字117指示P阱；118指示SIO2膜，用作MOS的栅绝缘膜；119指示多晶硅电极，用作光栅电极；120指示传输栅，用于将光栅电极下面存储的光电荷传输到浮动散射部分(此后也被称作FD部分)121；129指示滤色镜；而130指示微透镜。在使图像感测透镜5的光瞳与图像感测器10的光电转换部分几乎彼此共轭的位置，微透镜130形成一个形状。
图4是平面视图，显示了图像感测器10的一个象素。图像感测器10的一个象素具有三个光接收区119a、119b和119c，它们被多晶硅电极分段。传输栅120a、120b和120c各自布置在光接收部分的末端，并且可以将这些光接收部分产生的光电荷传输到FD部分121。还构成光接收部分119a与119c之间的区域。和光接收部分119b与119c之间的区域，从而保持低的光接收灵敏度。图4中的电路代表微透镜130形成的区域。
图5是示意图，显示了根据本发明优选实施例的数字静止照相机的拍摄光学系统。图5显示了入射到图像感测器10的每个象素上的主光线。主光线40是已经穿过光阑设备30的光圈中心的光束。构成图像感测器10的每个象素，使主光线40穿过微透镜130和滤色镜129，然后到达每个象素的光接收区119c。
图6A和6B是显示入射到图像感测器10一个象素上的光束的图。在使图像感测透镜5的光瞳与图像感测器10的光电转换部分几乎彼此共轭的位置，图像感测器10上的微透镜130形成一个形状。具有与光阑形状几乎相同形状的光束进入图像感测器10的象素，其中光阑形状由图像感测透镜5的光阑设备30形成。在一般照相中，操作图4中显示的传输栅120a、120b和120c，将相应于入射到三个光接收区119a、119b和119c的输出相加，将和值输出到感测器外侧。
图6A中的虚线圆代表图像感测透镜5的光阑在完全光圈状态时的入射光束。当光阑设备30在完全光圈状态时，入射到低灵敏区的光束小于入射到光接收部分119a、119b和119c上的光束。感测器输出的减小程度小，几乎不影响曝光控制。
如果图像感测透镜5的光阑设备30的光阑缩小光圈，那么多数入射光束进入位于一个象素中心的光接收区119c，如图6B所示。入射到低灵敏区的光束的比低。这样，感测器输出的减小程度小，几乎不影响曝光控制。
以这种方式，每个象素中的光接收区被分成第一光接收区119c和第二光接收区119a和119b，其中第一光接收区119c接收包含拍摄光束外的主光线的光束，拍摄光束已经穿过图像感测透镜5的光阑设备30，第二光接收区119a和119b接收不包含任何主光线的光束。即使图像感测透镜5的光阑缩小光圈，也可以执行精确的曝光控制。
在聚焦检测中，图像感测透镜5的光阑设备30的光阑设置为完全光圈状态，入射到图像感测器10的一个象素上的光束得到图6A中的虚线形状。在图像感测器10的一个象素上，中心光接收区119c夹在两个光接收区119a与119b之间，其中中心光接收区119c包括拍摄光束的主光线入射的位置(图4中的x)，如图4所示。在每个象素的中心，光接收区119c的宽度Wc0设置为小于两个光接收区119a和119b的宽度Wa0和Wb0。在每个象素的末端(周边部分)，光接收区119c的宽度Wc1设置为大于两个光接收区119a和119b的宽度Wa0和Wb0。结果，入射到光接收区119a的光束关于入射到光接收区119b上的光束几乎对称。
图7显示了在聚焦检测时，例如当感测了一条白线时，图像感测器10上象素的光接收区119a和119b产生的图像。象素的光接收区119a产生的图像a与象素光接收区119b产生的图像b彼此相似。这样，使用两个图像的相关性计算产生高精度结果。从光接收区119a和119b的输出，分别通过独立操作传输栅120a和120b而输出。
图像感测器10的操作将参考图8A和8B的时间曲线图解释。
图8A和8B是当图像感测器10检测聚焦时，第0线的时刻图。图像感测透镜5的聚焦状态，通过执行两个图像之间的相关性计算，并且通过计算两个图像之间的移动量(相差)来检测，其中通过从光接收区119a和119b的输出，得到两个图像。为了得到高对比度的图像，根据光接收区119c的输出，设置光接收区119a和119b的存储时间。
在图8A中，从光接收区119c得到监视输出，从而确定光接收区119a和119b的存储时间。垂直扫描电路116在预定时刻将控制脉冲ΦL改变为高电平，从而使垂直输出线复位。垂直扫描电路116将控制脉冲ΦR0改变为高电平，从而导通复位MOS晶体管104，从FD区121去掉剩余的电子。垂直扫描电路116将控制脉冲ΦPGa0、ΦPGb0和ΦPGc0改变为高电平，从而将光栅102a、102b和102c的多晶硅电极119a、119b和119c设置为高电平。已经穿过微透镜130、滤色镜129和光栅电极119的光，在P阱117的点状耗尽层产生电子空穴对。当通过控制脉冲ΦPGa0、ΦPGb0和ΦPGc0应用正脉冲的电场时，空穴向P阱移动，并且电荷移动到多晶硅电极119下面。相应于电子量的光电荷存储在多晶硅电极119下面，其中电子根据入射光量产生。
垂直扫描电路116将控制脉冲ΦS0改变为高电平，从而导通水平选择开关MOS晶体管106，由此选择第0线的象素部分。垂直扫描电路116将控制脉冲ΦR0改变为低电平，从而停止FD部分121的复位。由此FD部分121改变为浮动状态，并且MOS晶体管105作为源极跟随放大器操作。在预定时间后，控制脉冲ΦTN改变为高电平，从而通过源极跟随器操作，将FD部分121的暗电压输出到存储电容器CTN110。
为了从第0线上每个象素的光接收区119c得到监视输出，垂直扫描电路116将控制脉冲ΦTXc0改变为高电平，从而导通传输开关MOS晶体管103c。在预定时间后，垂直扫描电路116将控制脉冲ΦPGc0改变为低电平。这时，光栅102c(光栅电极119)下的电势扩散增加，并且感光屏障传输到FD部分121。由于从光敏二极管的光电转换部分101c的电荷传输到FD部分121，FD部分121的电势根据光量改变。作为源极跟随放大器的MOS晶体管105在浮动状态。控制脉冲ΦTS改变为高电平，从而将FD部分121的电势输出到存储电容器CTS111。这时，预定线上象素的暗输出和亮输出各自在存储电容器CTN110和CTS111存储。控制脉冲ΦHC临时改变为高电平，从而导通水平输出线复位MOS晶体管113，由此使水平输出线复位。在水平传输周期中，水平扫描电路115将扫描时刻信号输出到水平传输MOS晶体管112，从而将象素的黑暗信号和亮信号输出到水平输出线。这时，存储电容器CTN110与CTS111之间的差动输出Vout，从差动输出放大器114输出。可以得到与象素的任何随机噪声和固定模式噪声无关的高S/N信号。
水平扫描电路115将扫描时刻信号顺序输出到各自象素的水平传输MOS晶体管112，从而得到象素的监视输出。
为了在多条线上执行聚焦检测，垂直扫描电路开始得到下一条线上象素的监视输出。
在得到预定线的监视输出后，其中预定线受到聚焦检测，对于相应于监视输出的存储时间，从各自象素的光接收区119a和119b读出信号。在这个实施例中，CPU20加权相同线上各自象素的光接收区119c的输出。CPU20根据加权结果，计算这条线的适当存储时间。CPU20控制作为图像感测器控制电路的垂直扫描电路116和水平扫描电路115，从而使相同线上的象素存储时间彼此相等。
垂直扫描电路116将控制脉冲ΦL改变为高电平，从而在相应于设置的存储时间的时刻将垂直输出线复位。垂直扫描电路116将控制脉冲ΦR0改变为高电平，从而导通复位MOS晶体管104，从FD部分121去掉剩余电子。
垂直扫描电路116将控制脉冲ΦS0改变为高电平，从而导通水平选择开关MOS晶体管106，选择第0线的象素部分。垂直扫描电路116将控制脉冲ΦR0改变为低电平，从而停止FD部分121的复位。由此，FD部分121改变为浮动状态，并且MOS晶体管105作为源极跟随放大器操作。在预定时间后，控制脉冲ΦTN改变为高电平，从而通过源极跟随操作，将FD部分121的黑暗电压输出到存储电容器CTN110。
为了得到第0线上每个象素的光接收区119c的输出，垂直扫描电路116将控制脉冲ΦTXa0改变为高电平，从而导通传输开关MOS晶体管103c。在预定时间后，垂直扫描电路116将控制脉冲ΦPGa0改变为低电平。这时，光栅102c(光栅电极119)下的势阱扩散增加，并且感光屏障传输到FD部分121。由于从光敏二极管的光电转换部分101a的电荷传输到FD区121，FD部分121的电势根据光量改变。作为源极跟随放大器的MOS晶体管105在浮动状态。控制脉冲ΦTS改变为高电平，从而将FD部分121的电势输出到存储电容器CTS111。这时，预定线上象素的暗输出和亮输出各自在存储电容器CTN110和CTS111存储。控制脉冲ΦHC临时改变为高电平，从而导通水平输出线复位MOS晶体管113，由此使水平输出线复位。在水平传输周期中，水平扫描电路115将扫描时刻信号输出到水平传输MOS晶体管112，从而将象素的暗输出和亮输出输出到水平输出线。这时，存储电容器CTN110与CTS111之间的差动输出Vout，从差动输出放大器114输出。可以得到与象素的任何随机噪声和固定模式噪声无关的高S/N信号。
然后，通过相同的过程得到光接收区119b的输出。
通过将扫描时间信号从水平扫描电路115，顺序提供给象素的水平传输MOS晶体管，从各自的象素得到聚焦检测输出。图7显示了从预定线上的光接收区119a和119b的输出。这个实施例根据夹在聚焦检测光接收区119a和119b之间的光接收区119c的监视输出，适当地控制聚焦检测光接收区119a和119b的存储时间。可以得到高对比度图像作为聚焦检测图像，导致高聚焦检测精度。
图8B是当图像感测器10执行一般信号感测时，第0线的时刻图。在一般图像信号感测中，光接收区119a、119b和119c中产生的光电荷在它们共同的FD部分121相加，并且相加的和输出到图像感测器10外。
在图8B中，垂直扫描电路116在预定时刻将控制脉冲ΦL改变为高电平，从而使垂直输出线复位。垂直扫描电路116将控制脉冲ΦR0改变为高电平，从而导通复位MOS晶体管104，从FD部分121去掉剩余电子。垂直扫描电路116将控制脉冲ΦGa0、ΦGb0和ΦGc0改变为高电平，从而将光栅102a、102b和102c的多晶硅电极119a、119b和119c(为了说明方便起见，由图3中的多晶硅电极119代表，但实际上多晶硅电极119a、119b和119c相应于光栅102a、102b和102c而形成)设置为高电平。已经穿过微透镜130、滤色镜129和光栅电极119的光，在P阱117的点状耗尽层产生电子空穴对。当正脉冲的电场通过控制脉冲ΦPGa0、ΦPGb0和ΦPGc0应用时，空穴向P阱移动，而电子移动到多晶硅电极119下。相应于电子的量的光电荷在多晶硅电极119下存储，其中电子相应于入射光量产生。
垂直扫描电路116将控制脉冲ΦS0改变为高电平，从而导通水平选择开关MOS晶体管106，由此选择第0线的象素部分。垂直扫描电路116将控制脉冲ΦR0改变为低电平，从而停止FD部分121的复位。由此，FD部分121改变为浮动状态，并且MOS晶体管105作为源极跟随放大器操作。在预定时间后，控制脉冲ΦTN改变为高电平，从而通过源极跟随操作，将FD部分121的黑暗电压输出到存储电容器CTN110。
为了得到第0线上每个象素的光接收区119a、119b和119c的输出，垂直扫描电路116将控制脉冲ΦTXa0、ΦTXb0和ΦTXc0改变为高电平，从而导通传输开关MOS晶体管103a、103b和103c。在预定时间后，垂直扫描电路116将控制脉冲ΦPGa0、ΦPGb0和ΦPGc0改变为低电平。这时，光栅102a、102b和102c下的电势扩散增加，并且感光屏障传输到FD部分121。由于从光敏二极管的光电转换部分101a、101b和101c的电荷传输到FD部分121，FD部分121的电势根据光量改变。源极跟随放大器MOS晶体管105在浮动状态。控制脉冲ΦTS改变为高电平，从而将FD部分121的电势输出到存储电容器CTS111。这时，预定线上象素的暗输出和亮输出各自在存储电容器CTN110和CTS111存储。控制脉冲ΦHC临时改变为高电平，从而导通水平输出线复位MOS晶体管113，由此使水平输出线复位。在水平传输周期中，水平扫描电路115将扫描时刻信号输出到水平传输MOS晶体管112，从而将象素的暗输出和亮输出输出到水平输出线。这时，存储电容器CTN110与CTS111之间的差动输出Vout，从差动输出放大器114输出。可以得到与象素的任何随机噪声和固定模式噪声无关的高S/N信号。
水平扫描电路115将扫描时刻信号顺序输出到各自象素的水平传输MOS晶体管，从而得到象素的输出。在垂直扫描电路116和水平扫描电路115的控制下，可以相似地得到图像感测器10所有象素的输出。
具有根据本发明优选实施例的图像感测元件的操作流程，将参考图9描述。
如果拍摄者打开数字静止照相机1的主开关(未画出)(S200)，那么用于控制整个照相机的CPU20执行图像感测透镜5的聚焦检测(S202)。聚焦检测操作流程将参考图10解释。
照相机主体1的CPU20将用于聚焦检测的图像感测开始信号，发送到图象感测器控制电路21，从而促使图象感测器10感测聚焦检测光束(S211)。
在图像感测器10的光接收部分以外，其中图像感测器10布置在图像感测透镜5各自的成像平面上，图象感测器控制电路21将光接收部分的输出进行A/D转换，用于将已经穿过图像感测透镜5的光瞳上一个预定区域的光束存储。转换的信号输出到CPU20。相似地，图象感测器控制电路21将光接收部分的输出进行A/D转换，用于将已经穿过图像感测透镜5的光瞳上另一个预定区域的光束存储。转换的信号输出到CPU20。
从具有相同滤色镜的每个象素的两个聚焦检测光接收区119a和119b输出的信号中，CPU20通过聚焦检测光束产生对象图像，其中聚焦检测光束已经穿过图像感测透镜5光瞳上的一个预定区域；并且产生对象图像，其中聚焦检测光束已经穿过图像感测透镜5光瞳上的另一个预定区域。图7显示了通过每个象素的两个聚焦检测光接收区，得到的两个对象图像(聚焦检测信号)。如图4所示，用于接收图像感测器10的一个象素上的聚焦检测光束的光接收区119a和119b，在图4中的象素中心区域是宽的，而在象素的周边区域是窄的。入射到光接收区119a的光束和入射到光接收区119b的光束几乎彼此对称。两个产生的对象图像在相关性计算中显示了高的一致性，导致高聚焦检测精度。即使考虑到象素周边部分的接线，图像感测器10的一个象素的分离形状，改变为通过切除光接收区119a和119b的外角准备的形状，如图11所示，接收的光束也保持图4中的虚线形状，而不会出现任何问题。
在检测了两个对象图像后，CPU20通过使用两个对象图像计算相关性。从每个图像的图像移动量中，计算图像感测透镜5的散焦量。然后，CPU20返回到图9显示的流程(S212)。
CPU20将透镜驱动信号发送到图像感测透镜驱动机构26。图像感测透镜驱动机构26驱动图像感测透镜5驱动的量相应于散焦量，并且将它设置为聚焦状态(S203)。
在图像感测透镜5被驱动到预定位置，并且聚焦调整结束后(S203)，照相机主体1的CPU20将图像感测信号发送到图像感测器控制电路21，从而促使图像感测器10感测图像(S204)。这时，在图像感测器10的光接收区119a、119b和119c产生的电荷在一个象素中相加，并且求出的和输出到图像感测器控制电路21。由图像感测器10感测的图像信号通过图像感测器控制电路21进行A/D转换，并且受到图像处理电路24的图像处理。已经受到图像处理的图像信号通过CPU20发送到液晶显示元件驱动电路25，并且在液晶显示元件9上显示(S205)。这允许拍摄者通过目镜3观察显示在液晶显示元件9上的对象图像。
CPU20检查操作开关的状态，用于记录感测的图像(S206)。如果拍摄者不操作操作开关SW2(S206中的否)，那么CPU20检查主开关的状态(S201)。
如果拍摄者按下操作开关SW2，从而拍摄对象(S206中的是)，那么CPU20将图像感测信号发送到图像感测器控制电路21，从而促使图像感测器10执行实际图像感测(S207)。由图像感测器控制电路21进行A/D转换的图像信号，经受图像处理电路24的图像处理。结果图像信号被发送到液晶显示元件驱动电路25，并且显示在液晶显示元件9上(S208)。
同时，CPU20将图像信号直接存储在照相机主体1的存储电路22中(S209)。
如果拍摄操作结束并且拍摄者关闭主开关(S201中的是)，那么停止到照相机的电源，从而将照相机改变到待机状态(S210)。
在本实施例中，根据多条线的输出执行聚焦检测，但也可以根据一条线的输出进行。
在本实施例中，根据线的监视输出，对于每条线确定聚焦检测光接收区的存储时间。通过聚焦检测使用的线的平均监视输出，一般可以对于多条线确定存储时间。
在本实施例中，垂直和水平扫描电路布置为图像感测器外的图像感测器控制电路。然而，垂直和水平扫描电路可以结合到图像感测器中。
本实施例中的所有或部分软件可以被硬件代替，或者本实施例中的所有或部分硬件可以被软件代替。
根据本实施例的或者所有或者部分装置和方法可以组成本发明。
本实施例中的装置和建立元件可以作为另一个装置的部分实现，或者通过将它们连接到另一个装置中实现。
本发明还可以应用于各种图像感测装置中，如视频电影照相机、视频静止照相机、立体透镜照相机、单透镜反光照相机、透镜快栅照相机，和监视照相机，并且进一步应用于包括这些图像感测装置的装置中。
本实施例的功能还可以通过对系统和装置提供存储介质(或记录介质)来实现，其中存储介质记录预定软件的程序码。不仅当计算机执行存储在存储介质中的程序码时，而且当计算机上运行的OS(操作系统)根据程序码的指令，执行部分或全部实际处理时，实现本实施例的功能。当从存储介质读取的程序码写入功能扩展板的存储器或者功能扩展单元的存储器中时，其中功能扩展板插入计算机中，而功能扩展单元连接到计算机上，并且功能扩展板或者功能扩展单元的CPU根据程序码的指令，执行部分或全部实际处理时，实现本实施例的功能。
本发明实现高精度曝光控制，而与照相中图像感测透镜的F数无关。
本发明的优选实施例能够获得在适当曝光下感测的图像，作为在聚焦检测中受到相关计算的图像。
本发明的优选实施例可以增加两个图像之间的一致性，并且增加聚焦检测精度，其中两个图像在聚焦检测中受到相关性计算。
可以做出本发明的明显很多广泛不同的实施例，而不必从其思想和范围中分离出来，应该理解，本发明不限于其除了权利要求书所定义以外的特定实施例。
权利要求
1.一种图像感测元件，用于感测图像感测透镜形成的图像，包括象素，它包括第一光接收区，它包括已经穿过图像感测透镜的主光线入射的区域；和第二光接收区，它不包括已经穿过图像感测透镜的主光线入射的区域。
2.根据权利要求1的元件，其中第二光接收区包括两个分离的光接收区，并且布置这两个分离的光接收区，从而夹着第一光接收区。
3.根据权利要求2的元件，其中两个分离的光接收区用于至少检测图像感测透镜的聚焦状态。
4.根据权利要求2的元件，其中两个分离的光接收区用于检测图像感测透镜的聚焦状态，并且拍摄对象。
5.根据权利要求2的元件，其中两个分离的光接收区之一从图像感测透镜的光瞳上两个预定区域之一接收光束，而两个分离的光接收区的另一个从图像感测透镜的光瞳上两个预定区域的另一个接收光束，两个预定的区域是夹着光轴的区域。
6.根据权利要求2的元件，其中第一光接收区用于确定第二光接收区中电荷存储的时间。
7.根据权利要求2的元件，进一步包括独立输出第一光接收区中存储的电荷，和两个分离的光接收区中存储的电荷的功能，并且包括输出第一光接收区中存储的电荷与两个分离的光接收区中存储的电荷之和的功能。
8.根据权利要求2的元件，其中两个分离的光接收区之间的间隔，在第一光接收区的中心相对窄，而在第一光接收区的两个末端相对宽。
9.根据权利要求2的元件，其中第一光接收区在中心相对窄，而在两个末端相对宽。
10.根据权利要求2的元件，其中第一光接收区在中心窄于两个分离的光接收区的每个的宽度，并且在两个末端宽于两个分离的光接收区的每个的宽度。
11.根据权利要求2的元件，其中从第一和第二光接收区形成的区域具有实际上规则多边形的形状。
12.根据权利要求2的元件，其中第二光接收区具有实际上通过切掉正方形的每个角得到的形状。
13.根据权利要求1的元件，进一步包括微透镜，它促使两个分离的光接收区各自接收来自图像感测透镜的光瞳上两个预定区域的光束，两个预定的区域是夹着光轴的区域。
14.根据权利要求1的元件，其中第二光接收区用于至少检测图像感测透镜的聚焦状态。
15.根据权利要求1的元件，其中第二光接收区用于检测图像感测透镜的聚焦状态，并且拍摄对象。
16.根据权利要求1的元件，其中第一光接收区用于确定第二光接收区中电荷存储的时间。
17.根据权利要求1的元件，进一步包括从第一和第二光接收区形成的区域上的微透镜。
18.一种图像感测装置，包括图像感测元件，具有象素，它包括第一光接收区，它包括已经穿过图像感测透镜的主光线入射的区域；和第二光接收区，它不包括已经穿过图像感测透镜的主光线入射的区域；和控制单元，通过使用第二光接收区检测图像感测透镜的聚焦状态，并且执行聚焦调整。
19.根据权利要求18的装置，其中所述控制单元控制拍摄操作，从而通过使用第二光接收区拍摄对象。
20.根据权利要求18的装置，其中所述控制单元通过使用第一光接收区，确定第二光接收区中电荷存储的时间。
21.根据权利要求18的装置，其中所述控制单元根据聚焦调整中第一光接收区的曝光量，控制第二光接收区中电荷存储的时间。
22.根据权利要求18的装置，其中所述控制单元在聚焦调整中各自读出第一光接收区中存储的电荷，和第二光接收区中存储的电荷，并且读出照相中第一光接收区中存储的电荷与两个分离的光接收区中存储的电荷之和。
23.根据权利要求18的装置，其中第二光接收区包括两个分离的光接收区，并且布置这两个分离的光接收区，从而夹着第一光接收区。
24.根据权利要求23的装置，其中两个分离的光接收区从图像感测透镜的光瞳上的两个预定区域接收光束，两个预定的区域是夹着光轴的区域。
25.根据权利要求23的装置，其中两个分离的光接收区之间的间隔，在第一光接收区的中心相对窄，而在第一光接收区的两个末端相对宽。
26.根据权利要求23的装置，其中第一光接收区在中心相对窄，而在两个末端相对宽。
27.根据权利要求23的装置，其中第一光接收区在中心窄于两个分离的光接收区的每个的宽度，并且在两个末端宽于两个分离的光接收区的每个的宽度。
28.根据权利要求23的装置，其中从第一和第二光接收区形成的区域具有实际上规则多边形的形状。
29.根据权利要求23的装置，其中第二光接收区具有实际上通过切掉正方形的每个角得到的形状。
30.一种图像处理装置，包括权利要求18中定义的图像感测装置。
全文摘要
这项发明实现了高精度曝光,而与照相中图像感测透镜的F数无关。一个象素包括:第一光接收区(119c),它包括图像感测透镜的主光线入射的区域;和第二光接收区(119a、119b),它不包括图像感测透镜的主光线入射的区域。第一光接收区(119c)夹在两个第二光接收区之间(119a、119b)。
文档编号H04N5/232GK1384548SQ0211929
公开日2002年12月11日 申请日期2002年2月26日 优先权日2001年2月26日
发明者长野明彦 申请人:佳能株式会社