专利名称：摄像设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在图像传感器的一部分上配置有焦点检测像素的摄像设备的像素信号读出控制技术。
背景技术：
现在，具有诸如CXD或CMOS传感器等的固态图像传感器的一些摄像设备具有所谓的实时取景功能，该功能通过将从图像传感器连续读出的图像信号顺次输出给配置在例如照相机背面上的显示装置以允许用户确认被摄体图像。作为摄像设备的自动焦点检测/调节方法中使用穿过摄像镜头的光束的常用方法，可以使用对比度检测方法(称为离焦检测方法)和相位差检测方法(称为偏移检测方法)。对比度检测方法普遍使用于视频动画设备(可携式摄像机)和数字静态照相机，并且使用图像传感器作为焦点检测传感器。该方法关注来自图像传感器的输出信号，尤其是高频成分的信息(对比度信息)，并且将该信息的评价值最大化处的摄像镜头的位置确定为对焦位置。然而，由于该方法还被称为爬山方法，也就是说，由于该方法在以小量移动摄像镜头的同时计算评价值，而且必须移动镜头直到由此检测到最大评价值为止，所以该方法不适于高速焦点调节操作。另一方面，相位差检测方法普遍应用于使用氯化银胶片的单镜头反光照相机中，并且是一种对AF(自动调焦)单镜头反光照相机的实际使用贡献最大的技术。在相位差检测方法中，将穿过摄像镜头的出射光瞳的光束分成由一对焦点检测传感器分别接收的两个束。然后，通过检测根据光接收量所输出的信号之间的偏移量、即光束在分割方向上的相对位置偏移量，直接计算出摄像镜头在调焦方向上的偏移量。因此，一旦焦点检测传感器进行累积操作，则可以获得调焦偏移量和方向，从而允许高速焦点调节操作。然而，为了将通过摄像镜头的出射光瞳的光束分成两个束，并且获得与各个光束相对应的信号，常用做法是在摄像光路中配置包括快速复原镜和半镜的光路分割部件，并且在光路分割部件之后配置焦点检测光学系统和焦点检测传感器。为此，该设备不必要地变得大型且昂贵。另外，在实时取景模式下，由于快速复原镜从光路缩回，所以使得AF操作无效，从而出现了问题。为了解决上述问题，提出了一种向图像传感器赋予相位差检测功能以消除对专用AF传感器的需求、而且实现高速相位差检测AF操作的技术。例如，在日本特开2000-156823号公报中，在图像传感器的一些光接收元件(像素)中，通过使光接收部的感光区域偏离片上微透镜的光轴来赋予光瞳分割功能。然后，使用这些像素作为焦点检测像素，并且以预定间隔将其配置在图像形成像素组中，从而实现基于相位差检测方法的焦点检测。另外，由于配置焦点检测像素的位置对应于图像形成像素的缺陷部，所以通过根据周围的图像形成像素信息进行插值来形成图像信息。在日本特开2000-292686号公报中，通过分割图像传感器的一些像素的光接收部来赋予光瞳分割功能。然后，使用这些像素作为焦点检测像素，并且以预定间隔将其配置在 图像形成像素组中，从而实现基于相位差检测方法的焦点检测。对于该技术也一样，由于配置焦点检测像素的位置对应于图像形成像素的缺陷部，所以利用根据周围的图像形成像素信息的插值来形成图像信息。然而，在上述日本特开2000-156823号公报和日本特开2000-292686号公报中，由
于将焦点检测像素的位置配置为图像形成像素的缺陷部、通过根据周围的图像形成像素进行插值来形成焦点检测像素的位置的图像信息，所以，正确的插值常常根据被摄体而失败。为此，当焦点检测像素的数量充分小于正常图像形成像素的数量时，图像质量劣化轻微。然而，随着焦点检测像素的比率增大，图像质量劣化越发严重。众所周知，为了在实时取景模式下获得目标帧频，由于必须从图像传感器高速读出像素信号，所以在间隔剔除图像传感器中的一些像素的情况下高速读出像素信号。在这种情况下，当将像素配置成在读出像素信号中包括焦点检测像素以使得即使在实时取景模式下也允许AF操作时，与读出所有像素的情况相比，焦点检测像素相对于图像形成像 素的比率增大，因而对图像质量的影响更加严重。通常，经由多个掩模处理来制造CMOS固态图像传感器。由于在各个掩模处理之间对齐位置的同时进行制造，所以在早期处理中制造的构件和在后期处理中制造的构件之间发生位置偏差。由于在早期处理中制造固态图像传感器的光电转换单元，而且在后期处理中形成微透镜，所以通常在光电转换单元和微透镜之间常常发生位置偏差。为此，根据焦点检测像素的位置而发生渐晕，由此干扰精确的焦点检测。
发明内容
考虑到上述问题做出本发明，当在间隔剔除一些像素的同时从图像传感器读出像素时，本发明可以在抑制图像质量下降的同时实现精确的焦点检测。根据本发明，提供一种摄像设备，包括图像传感器，在所述图像传感器上二维配置多个像素，并且所述图像传感器具有多个图像形成像素和多种类型的焦点检测像素，其中，所述图像形成像素对通过摄像镜头所形成的被摄体图像进行光电转换并且输出图像形成信号，所述多种类型的焦点检测像素被离散配置在所述多个图像形成像素中并且分别具有不同的接收光分布；以及选择部件，用于在对所述多个像素进行间隔剔除的同时从所述图像传感器读出所述多个像素时，从具有所述多个像素的不同间隔剔除相位的多个间隔剔除读出模式中选择一个间隔剔除读出模式，其中，所述多种类型的焦点检测像素被配置为使得在所述选择部件所选择的各间隔剔除读出模式下，仅读出所述多种类型的焦点检测像素中的一种类型的焦点检测像素的信号，而不读出其它类型的焦点检测像素的信号。通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将显而易见。
图I是示出根据本发明实施例的照相机的结构的框图；图2是根据本发明实施例的固态图像传感器的框图；图3A和3B是根据本发明实施例的全部像素读出模式的说明图；图4A和4B是根据本发明实施例的间隔剔除读出模式的说明图；图5A和5B分别是根据本发明实施例的图像传感器的图像形成像素的平面图和断面图6A和6B分别是根据本发明实施例的图像传感器的焦点检测像素的平面图和断面图；图7是示出根据本发明实施例的图像形成像素和焦点检测像素的像素配置的图；图8A SG是根据本发明实施例所设计的接收光分布的说明图；图9A 9G是根据本发明实施例的接收光的分布的说明图；图IOA IOC是根据本发明实施例 的焦点检测像素的线性分布的说明图；图IlA和IlB是根据本发明实施例的测距区域的配置和间隔剔除读出相位选择表的说明图；图12是示出根据本发明实施例的操作序列的流程图；以及图13是示出根据本发明实施例在实时取景模式下的摄像操作序列的时序图。
具体实施例方式下面将参考
本发明的实施例。图I是示出根据本发明实施例的照相机(摄像设备)的结构的框图，而且示出将具有图像传感器的照相机机体和拍摄镜头集成在一起的数字照相机。参考图1，附图标记101表示被配置在摄像光学系统(图像形成光学系统)一端的、可以在光轴方向上前后移动的第一透镜组。附图标记102表不光圈/快门，其中，光圈/快门102通过调节其孔径大小来调节摄像时的光量，而且在拍摄静止图片时还用作为曝光时间调节快门。附图标记103表示第二透镜组。光圈/快门102和第二透镜组103在光轴方向上一起前后移动，从而与第一透镜组101的前后移动操作同步地实现可变倍率操作(变焦功能)。附图标记105表示当在光轴方向上被前后移动时实现焦点调节的第三透镜组。附图标记106表示作为减轻拍摄图像的伪色和摩尔纹成分所需的光学元件的光学低通滤波器。附图标记107表示包括CMO S传感器及其外围电路的图像传感器。作为图像传感器107，使用二维单片彩色传感器，在该传感器上，在光接收像素上形成拜耳矩阵的片上原色马赛克滤波器(水平方向的m个像素X垂直方向的η个像素)。附图标记111表示通过枢转凸轮筒(未示出)以向前和向后驱动第一透镜组101和第二透镜组103来实现变焦操作的变焦致动器。附图标记112表示光圈/快门致动器，其中，光圈/快门致动器112通过控制光圈/快门102的孔径大小来调节摄像光量，而且在拍摄静止图片时执行曝光时间控制。附图标记114表示通过在光轴方向上前后驱动第三透镜组105来实现焦点调节的调焦致动器。附图标记115表示用于在摄像时照明被摄体所使用的电子闪光灯。作为电子闪光灯115，优选使用利用氙气管的闪光灯照明装置。可选地，可以使用包括连续发光的LED的照明装置。附图标记116表示AF辅助光装置，其中，AF辅助光装置116经由投影透镜将具有预定开口图案的掩模的图像投影至被摄体视场，以增强针对暗被摄体或低对比度被摄体的焦点检测性能。附图标记121表示对照相机机体执行各种类型的控制而且包括运算单元、ROM、RAM、A/D转换器、D/A转换器和通信接口电路的照相机内部CPU。CPU 121基于ROM中存储的预定程序驱动照相机中所包括的各种电路，从而执行包括AF、摄像、图像处理和记录操作的一系列操作。
附图标记122表示与摄像操作同步对电子闪光灯115进行ON控制(打开控制)的电子闪光灯控制电路。附图标记123表示与焦点检测操作同步对AF辅助光装置116进行ON控制的辅助光驱动电路。附图标记124表示图像传感器驱动电路，其中，图像传感器驱动电路124控制图像传感器107的摄像操作，对所获取的图像信号进行A/D转换，并且将数字图像信号发送给CPU121。附图标记125表示对由图像传感器107获取的图像进行诸如校正处理、Y转换、颜色插值和JPEG压缩等的处理的图像处理电路。附图标记126表示调焦驱动电路，其中，调焦驱动电路126基于焦点检测结果控制对调焦致动器114的驱动，以在光轴方向上前后驱动第三透镜组105，由此实现焦点调节。附图标记128表示控制对光圈/快门致动器112的驱动来控制光圈/快门102的孔径大小的光圈/快门驱动电路。附图标记129表示根据拍摄者的变焦操作来驱动变焦致动器111的变焦驱动电路。附图标记135表示诸如IXD等的显示器，其中，显示器135显示与照相机的摄像模式相关联的信息、摄像前的预览图像、摄像后的确认图像、以及焦点检测时的对焦状态显示 图像。附图标记136表示包括电源开关、释放(摄像触发器)开关、变焦操作开关和摄像模式选择开关的操作开关组。附图标记137表示记录拍摄的图像的可拆卸闪速存储器。图2是根据本实施例的图像传感器的框图。注意，图2的框图示出用于说明读出操作(后面说明)的最小必需结构，而且没有示出像素复位信号等。参考图2，附图标记201
表示光电转换单元(以下缩写为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))，并且每一光电转换单元201均包括光电二极管、像素放大器
和复位开关。在本实施例的图像传感器中，二维配置mXn光电转换单元。为了简单，还仅针对左上角的光电转换单元PDcitl来说明附图标记。附图标记202表不各自用于选择光电转换单兀PDmn的输出的开关。垂直扫描电路208(后面说明)逐行选择光电转换单元输出。附图标记203表示临时存储光电转换单元PDmn 201的输出的线存储器。线存储器203存储由垂直扫描电路所选择的一个行的光电转换单元的输出。通常，线存储器203使用电容器。附图标记204表示与水平输出线连接的、且用于将水平输出线复位成预定电位VHRT的开关。开关204受信号HRT的控制。附图标记205表示用于将存储在上述线存储器203中的光电转换单元PDmn的输出顺次输出到水平输出线上的开关。当水平扫描电路206 (后面说明)顺次扫描开关Htl Hnrl时，读出一个行的光电转换单兀的输出。附图标记206表示顺次扫描线存储器203中所存储的光电转换单元的输出以将这些输出输出到水平输出线上的水平扫描电路。附图标记PHST表示水平扫描电路206的数据输入，PHl和PH2表示变换时钟输入。当PHl = H时，设置数据，并且响应于PH2锁存该数据。通过向PHl和PH2输入变换时钟，顺次变换信号PHST以顺次接通开关Htl Hm+附图标记SKIP表示进行控制以进行间隔剔除读出模式(后面说明)下的设置的控制端子输入。通过将SKIP端子设置成H电平，可以以预定间隔跳过水平扫描电路。后面将详细说明读出操作。附图标记208表不可以通过顺次扫描和输出信号Vtl Vlri来选择光电转换单兀PDmn的选择开关202的垂直扫描电路。对于控制信号，如水平扫描电路206中一样,通过数据输入PVST、变换时钟PVl和PV2、以及间隔剔除读取设置信号SKIP来控制垂直扫描电路208。由于垂直扫描电路208的操作与水平扫描电路的操作相同，所以将不给出对其的详细说明。图2没有示出上述的控制信号。图3A和3B是在读出图2中示出的图像传感器的所有像素时的说明图。图3A示出mXn光电转换单兀的配置。图3A中另外标注的符号R、G和B表不光电转换单兀上所采用的颜色滤波器。本实施例将说明拜耳矩阵，在拜耳矩阵中，将具有G(绿色)光谱灵敏度的像素配置为2行X2列的四个像素中的两个对角像素，将分别具有R(红色)和B(蓝色)光谱灵敏度的像素配置为其余的两个像素。图3A中上侧和左侧另外标注的数字是在X方向和Y方向上的地址编号。阴影线像素部分是要读出的像素部(由于是全部像素读出模式，所以所有像素都是带阴影线的)。通常，还在图像传感器中配置检测黑色电平所使用的遮光OB(光学黑体)像素，而且同样读出遮光OB像素。然而，在本实施例中，为了简单，没有示出这类像素。图3B是在读出图像传感器的所有像素的数据时的时序图。在CPU 121控制图像 传感器驱动电路124以向图像传感器提供脉冲时，控制该操作。下面将参考图3B说明全部像素读出操作。驱动垂直扫描电路以激活信号N0。此时，将第O行的像素的输出分别输出到垂直输出线上。在这种状态下，激活MEM信号以在线存储器203中对各个像素的数据进行采样保持。然后，激活信号PHST以输入变换时钟PHl和PH2，并且激活开关H。 Hnrl以将像素信号输出到水平输出线上。经由放大器207输出该输出像素信号作为信号V0UT。通过A/D转换器(未示出)将信号VOUT转换成数字数据，并且使其经过图像处理电路125的预定图像处理。接着，在垂直扫描电路中，激活信号V1以将第I行的像素信号输出到垂直输出线上。同样，响应于MEM信号将像素信号临时存储在线存储器203中。然后，激活信号PHST以输入变换时钟PHl和PH2，并且以与上述相同的方式激活开关H。 Hlrt以将像素信号输出到水平输出线上。如上所述，顺次执行直到第(η-i)行的读出操作。图4Α和4Β是图2中示出的图像传感器的间隔剔除读出操作的例子的说明图。图4Α示出mXn光电转换单元的配置，即图3Α中示出的相同的图像传感器。阴影线像素部分是在间隔剔除读出模式下要读出的像素。在本实施例中，在X方向和Y方向上都将要读出的像素间隔剔除成1/3。图4B是间隔剔除读出模式下的时序图。下面将使用图4B中示出的时序图说明间隔剔除读出操作。通过激活水平扫描电路206和垂直扫描电路208的控制端子的SKIP端子来进行间隔剔除读出设置。通过激活SKIP端子，将水平扫描电路和垂直扫描电路的操作从各像素的顺次扫描改变成针对每三个像素的扫描。由于实际的方法是众所周知的技术，所以将不给出对其的详细说明。在间隔剔除操作中，驱动垂直扫描电路208以激活信号Vtlt5此时，将第O行的像素的输出分别输出到垂直输出线上。在这种状态下，激活MEM信号以在线存储器203中对各个像素的数据并进行采样保持。然后，激活信号PHST以输入变换时钟PHl和PH2。此时，通过激活SKIP端子改变移位寄存器的路线，并且如Hq、H3、H6、……、Hm_3那样将按每三个像素的像素信号顺次输出给水平输出线。经由放大器207输出该输出像素信号作为信号V0UT。通过A/D转换器(未示出)将信号VOUT转换成数字数据，并且使其经过图像处理电路125的预定图像处理。接着，垂直扫描电路208如在水平扫描电路206中一样，跳过信号V1和％并且激活信号V3以将第3行的像素信号输出到垂直输出线上。此后，响应于MEM信号将像素信号临时存储在线存储器203中。以与上述相同的方式，激活信号PHST以输入变换时钟PHl和PH2，并且顺次激活开关m……、Hm_3以将像素信号输出到水平输出线上。如上所述，顺次执行直到第(n-3)行的读出操作。这样，在水平方向和垂直方向上都进行1/3间隔剔除读出操作。图5A和5B以及图6A和6B是用于说明图像形成像素和焦点检测像素的结构的图。本实施例采用拜耳矩阵，在拜耳矩阵中，将具有G (绿色)光谱灵敏度的像素配置为2行X 2列的四个像素中的两个对角像素，将分别具有R(红色)和B(蓝色)光谱灵敏度的像素配置为其余两个像素。在这些拜耳矩阵之间，根据预定规则分散配置具有后面说明的结构的焦点检测像素。图5A和5B示出图像形成像素的配置和结构。图5A是2行X2列的图像形成像素的平面图。众所周知，在拜耳矩阵中，将G像素配置在对角方向上，将R和B像素配置为 其余两个像素。然后，重复配置2行X2列的这一结构。图5B示出图5A的断面A-A。附图标记ML表示在各像素的最前面所配置的片上微透镜，附图标记CFk表示R(红色)颜色滤波器；附图标记CFe表示G(绿色)颜色滤波器。附图标记H)表示使用图3A和3B说明的CMOS传感器的光电转换单兀的简单不例；附图标记CL表不形成用于在CMOS传感器中传送各种信号的信号线所使用的配线层。附图标记TL表示摄像光学系统的简单示例。在这种情况下，将各图像形成像素的片上微透镜ML和光电转换单元H)配置成尽可能有效地摄入穿过摄像光学系统TL的光束。换句话说，摄像光学系统TL的出射光瞳EP和光电转换单元H)经由微透镜ML具有共轭关系，并且将光电转换单元设计成具有大的有效面积。图5B说明R像素的入射光束，而且G和B(蓝色)像素也具有相同结构。因此，与图像形成像素R、G和B相对应的出射光瞳EP具有大的直径，并且有效率地摄入来自被摄体的光束，由此提高图像信号的S/N。图6A和6B示出为了在摄像镜头的水平方向(横向)上实现光瞳分割所需的焦点检测像素的配置和结构。图6A示出包括焦点检测像素的2行X2列的像素的平面图。在要获得图像形成信号时，G像素用作亮度信息的主成分。由于人的图像识别特性对亮度信息敏感，所以如果G像素被忽略，则人可能容易注意到图像质量的劣化。另一方面，R或B像素是为获取颜色信息所需的像素。然而，由于人对颜色信息不敏感，所以即使在稍微忽略获取颜色信息所需的像素时，他或她也不容易注意到图像质量的劣化。因此，在本实施例中，在2行X 2列的像素中,保留G像素作为图像形成像素,并且部分使用R和B像素作为焦点检测像素。在图6A中以附图标记SA和SB来表示这些像素。图6B示出图6A的断面A-A。微透镜ML和光电转换单元H)具有与图5B中示出的图像形成像素相同的结构。在本实施例中，由于在图像形成中不使用焦点检测像素的信号，所以配置透明膜CFW(白色)来代替颜色分离滤波器。为了利用图像传感器来实现光瞳分害I]，使配线层CL的开口部偏离微透镜ML的中心线。更具体地，由于使像素SA及其开口部OPHA向右偏离，所以该像素接收穿过摄像镜头TL的左出射光瞳EPHA的光束。同样，由于像素SB的开口部OPHB向左偏离，所以该像素接收穿过摄像镜头TL的右出射光瞳EPHB的光束。因此，在水平方向上规则地配置像素SA，并且假定A图像是通过这些像素所获得的被摄体图像。另外，在水平方向上规则地配置像素SB，并且假定B图像是通过这些像素所获得的被摄体图像。通过检测A图像和B图像的相对位置，可以检测被摄体图像的焦点偏移量(离焦量)。在要检测垂直方向(纵向)上的焦点偏移量时，可以将像素SA及其开口部OPHA配置成向上侧偏离，并且将 像素SB及其开口部OPHB配置成向下侧偏离。图7是示出根据本实施例的图像形成像素和焦点检测像素的配置的像素配置图。参考图7，附图标记G表示应用绿色滤波器的像素，附图标记R表示应用红色滤波器的像素，附图标记B表示应用蓝色滤波器的像素。另外，在图7中，附图标记SA表示焦点检测像素，其中，通过在水平方向上偏置像素部的开口部来形成各SA，并且焦点检测像素SA形成用于检测在水平方向上相对于后面说明的SB像素组的图像偏移量的标准像素组。附图标记SB表示下面的像素通过在与各SA像素相反的方向上偏置像素部的开口部来形成SB像素，并且SB像素形成用于检测在水平方向上相对于SA像素组的图像偏移量的基准像素组。SA和SB像素各自的阴影线部分表示像素的偏置开口部。在这种情况下，基准像素SBl对应于标准像素SA1。同样，像素SA2和SB2以及像素SA3和SB3分别形成用于检测图像偏移量的像素对。对于焦点检测像素的像素配置，本实施例举例说明与垂直1/3间隔剔除模式相对应的像素配置，并且将用于检测图像偏移量的像素对配置成具有相同间隔剔除相位。更具体地，图7中的VMk(k是间隔剔除相位编号，而且是等于或大于I、且等于或小于间隔剔除周期的整数)表示间隔剔除相位周期，其中，间隔剔除相位周期表示在特定相位以垂直1/3间隔剔除模式要读出的行的组合。在该像素配置中，在读出间隔剔除相位周期VMl时，读出像素对SAl和SBl。同样，在读出间隔剔除相位周期VM2时，读出像素对SA2和SB2。另外，在读出间隔剔除相位周期VM3时，读出像素对SA3和SB3。考虑到对于图像形成不能使用焦点检测像素组这一情况，在本实施例中，将焦点检测像素离散配置为在X方向和Y方向上具有特定间隔。另外，为了减轻图像劣化，希望不将焦点检测像素配置在G像素的部分。在本实施例中，在图7中示出的12行X 12列的像素块中配置SA和SB的三个像素对，以完成一个块的像素配置图案。另外，通过在图像传感器的任意位置处适当配置各个块，可以获得向全摄像面的扩展。图8A 8G是离散配置在本实施例的图像传感器107上的焦点检测像素在摄像镜头的光瞳上的所设计的接收光分布。图8A示出图7的像素配置图中示出的焦点检测像素SAl在摄像镜头的光瞳上所设计的接收光分布。通过电极131_1和131_2所定义的焦点检测像素SAl的开口的中心在+ χ方向上极大地偏离该像素的中心。为此，焦点检测像素SAl的光电转换单元的光接收区域PAl的中心在摄像镜头的出射光瞳的图8A中的χ轴上以距离-XAl偏离光轴(图8A中的χ和y轴之间的交叉点)。图SB示出图7的像素配置图中示出的焦点检测像素SBl在摄像镜头的光瞳上所设计的接收光分布。通过电极131_3和131_4所定义的焦点检测像素SBl的开口的中心差不多与该像素的中心一致。为此，焦点检测像素SBl的光电转换单元的光接收区域PBl的中心在摄像镜头的出射光瞳的图8B中的χ轴上差不多与光轴(图8B中的χ轴和y轴之间的交叉点)一致。图SC示出图7的像素配置图中示出的焦点检测像素SA2在摄像镜头的光瞳上所设计的接收光分布。通过电极131_9和131_10所定义的焦点检测像素SA2的开口的中心在+ χ方向上与该像素的中心偏离预定量。为此，焦点检测像素SA2的光电转换单元的光接收区域PA2的中心在摄像镜头的出射光瞳的图8C中的χ轴上与光轴(图8C中的χ轴和I轴之间的交叉点)偏离距离-XA2。图8D示出图7的像素配置图中示出的焦点检测像素SB2在摄像镜头的光瞳上所设计的接收光分布。通过电极131_11和131_12所定义的焦点检测像素SB2的开口的中心在-χ方向上与该像素的中心偏离预定量。为此，焦点检测像素SB2的光电转换单元的光接收区域PB2的中心在摄像镜头的出射光瞳的图8D中的χ轴上与光轴(图8D中的χ轴和y轴之间的交叉点)偏离距离XB2。 图SE示出图7的像素配置图中示出的焦点检测像素SA3在摄像镜头的光瞳上所设计的接收光分布。通过电极131_17和131_18所定义的焦点检测像素SA3的开口的中心差不多与该像素的中心一致。为此，焦点检测像素SA3的光电转换单元的光接收区域PA3的中心在摄像镜头的出射光瞳的图8E中的χ轴上差不多与光轴(图8E中的χ轴和y轴之间的交叉点)一致。在这种情况下，焦点检测像素SA3在摄像镜头的光瞳上所设计的接收光分布差不多与焦点检测像素SBl在摄像镜头的光瞳上所设计的接收光分布一致。图8F示出图7的像素配置图中示出的焦点检测像素SB3在摄像镜头的光瞳上所设计的接收光分布。通过电极131_19和131_20所定义的焦点检测像素SB3的开口的中心在-χ方向上极大地偏离该像素的中心。为此，焦点检测像素SB3的光电转换单元的光接收区域PB3的中心在摄像镜头的出射光瞳的图8F中的χ轴上与光轴(图8F中的χ轴和y轴之间的交叉点)偏离距离XB3。图SG示出图7的像素配置图中示出的正常图像形成像素在摄像镜头的光瞳上所设计的接收光分布。由于没有将正常图像形成像素的电极131配置成遮挡光电转换单元上的任何光，所以正常图像形成像素的光电转换单元可以接收摄像镜头的全光瞳区域Pr的光。此时，正常图像形成像素的光接收区域Pr的中心差不多与摄像镜头的出射光瞳的光轴(图8G中的χ轴和y轴之间的交叉点)一致。如上所述，将本实施例的图像传感器107配置成包括六种类型的焦点检测像素组，使接收光的分布中心位于X轴上的不同位置处。图9A 9G示出当配置在各像素的最前面的片上微透镜与电极131之间的相对位置关系在-X方向上偏离设计值时所获得的图像传感器107上的接收光的分布。图9A 9G是相对于摄像画面的中心位于-χ方向上的焦点检测像素在摄像镜头的光瞳上的接收光分布的说明图。图IOA IOC是示出由焦点检测像素组所生成的线图像分布的图。当微透镜相对于电极131在-χ方向上偏离设计值时，图像传感器107的各焦点检测像素的接收光的分布在摄像镜头的光瞳上一律在-X方向上偏离。在相对于图像传感器107的中心位于-χ方向上的焦点检测像素组中，光束因摄像镜头的镜架而从图9A 9G中的-χ方向侧出现渐晕。图9A示出图7的像素配置图中示出的焦点检测像素SA I在摄像镜头的光瞳上的接收光的分布。通过电极131_1和131_2所定义的开口的中心在+方向上极大地偏离该像素的中心。为此，焦点检测像素SAl的光电转换单元的光接收区域PA1’的中心进一步在-χ方向上与摄像镜头的出射光瞳上的光轴(图9A中的χ轴和y轴之间的交叉点)偏离距离XA1’。此外，由于光束因摄像镜头的镜架而从图9A的-χ方向侧出现渐晕，所以焦点检测像素SAl的光接收区域缩窄。
图9B示出图7的像素配置图中示出的焦点检测像素SBl在摄像镜头的光瞳上的接收光的分布。焦点检测像素SBl的光电转换单元的光接收区域的中心PB1’进一步在-χ方向上与摄像镜头的出射光瞳上的光轴(图9B中的χ轴和y轴之间的交叉点)偏离距离-XB1’，其中，焦点检测像素SBl的中心差不多与通过电极131_3和131_4所定义的开口的中心一致。图IOA示出由以焦点检测像素SAl为代表的焦点检测像素组所生成的线图像分布I α I和由以焦点检测像素SBl为代表的焦点检测像素组所生成的线图像分布I β I。由于焦点检测像素SAl在摄像镜头的光瞳上的光接收区域ΡΑ1’的面积与焦点检测像素SBl在摄像镜头的光瞳上的光接收区域ΡΒ1’的面积极大不同，所以线图像分布I α I和I β I之间的输出差变大。结果，即使在使用由以焦点检测像素SAl为代表的焦点检测像素组所生成的焦点检测图像和由以焦点检测像素SBl为代表的焦点检测像素组所生成的焦点检测图像来检测摄像镜头的焦点状态时，也不能期望精确的焦点检测。图9C示出图7的像素配置图中示出的焦点检测像素SA2在摄像镜头的光瞳上的接收光的分布。通过电极131_9和131_10所定义的开口的中心在+ χ方向上与该像素的中心偏离预定量。为此，焦点检测像素SA2的光电转换单元的光接收区域ΡΑ2’的中心进一步在-χ方向上与摄像镜头的出射光瞳上的光轴(图9C中的χ轴和y轴之间的交叉点)偏离距离-XA2’。此外，由于光束因摄像镜头的镜架而从图9C中的-χ方向侧出现渐晕，所以焦点检测像素SA2的光接收区域缩窄。图9D示出图7的像素配置图中示出的焦点检测像素SB2在摄像镜头的光瞳上的接收光的分布。通过电极131_11和131_12所定义的开口的中心在-χ方向上与该像素的中心偏离预定量。为此，焦点检测像素SB2的光电转换单元的光接收区域PB2’的中心进一步在-χ方向上与摄像镜头的出射光瞳上的光轴(图9D中的χ轴和y轴之间的交叉点)偏离距离XB2，ο图IOB示出由以焦点检测像素SA2为代表的焦点检测像素组所生成的线图像分布I α 2和由以焦点检测像素SB2为代表的焦点检测像素组所生成的线图像分布I β 2。由于焦点检测像素SA2在摄像镜头的光瞳上的光接收区域ΡΑ2’的面积与焦点检测像素SB2在摄像镜头的光瞳上的光接收区域ΡΒ2’的面积略有不同，所以线图像分布I α 2和I β 2具有微小的输出差。结果，当使用由以焦点检测像素SA2为代表的焦点检测像素组所生成的焦点检测图像和由以焦点检测像素SB2为代表的焦点检测像素组所生成的焦点检测图像来检测摄像镜头的焦点状态时，在焦点检测结果中生成微小的误差。图9Ε示出图7的像素配置图中示出的焦点检测像素SA3在摄像镜头的光瞳上的接收光的分布。焦点检测像素SA3的光电转换单元的光接收区域ΡΑ3’的中心进一步在-χ方向上与摄像镜头的出射光瞳上的光轴(图9Ε中的χ轴和y轴之间的交叉点)偏离距离M3，，其中，焦点检测像素SA3的中心差不多与通过电极131_17和131_18所定义的开口的中心一致。此外，由于光束因摄像镜头的镜架而从图9E的-χ方向侧出现渐晕，所以焦点检测像素SA3的光接收区域缩窄。在这种情况下，焦点检测像素SA3在摄像镜头的光瞳上的接收光的分布差不多与焦点检测像素SBl在摄像镜头的光瞳上的接收光的分布一致。图9F示出图7的像素配置图中示出的焦点检测像素SB3在摄像镜头的光瞳上的接收光的分布。通过电极131_19和131_20所定义的开口的中心在-χ方向上极大地偏离该像素的中心。为此，焦点检测像素SB3的光电转换单元的光接收区域PB3’的中心进一步在-χ方向上与摄像镜头的出射光瞳上的光轴(图9F中的χ轴和y轴之间的交叉点)偏离距离XB3，ο图IOC示出由以焦点检测像素SA3为代表的焦点检测像素组所生成的线图像分布
Iα 3和由以焦点检测像素SB3为代表的焦点检测像素组所生成的线图像分布I β 3。由于焦点检测像素SA3在摄像镜头的光瞳上的光接收区域ΡΑ3’的面积与焦点检测像素SB3在摄像镜头的光瞳上的光接收区域ΡΒ3’的面积差不多相等，所以线图像分布I α 3和I β 3的输出差不多彼此相等。结果，当使用由以焦点检测像素SA3为代表的焦点检测像素组所生成的焦点检测图像和由以焦点检测像素SB3为代表的焦点检测像素组所生成的焦点检测图像来检测摄像镜头的焦点状态时，可以期望精确的焦点检测。图9G示出图7的像素配置图中示出的正常图像形成像素在摄像镜头的光瞳上的 接收光的分布。由于没有将正常图像形成像素的电极131配置成遮挡光电转换单元上的任何光，所以正常图像形成像素的光电转换单元可以接收摄像镜头的全光瞳区域Pr’的光。然而，由于光束因摄像镜头的镜架而从图9G中的-χ方向侧出现渐晕，所以光接收区域缩窄。图IlA和IlB分别是示出本实施例中的测距区域的配置、和测距区域及间隔剔除读出相位的选择表的图。如图IlA所示，将测距区域配置在图像传感器107的中心区域、以及右区域和左区域。在这些区域中，在水平方向和垂直方向上适当配置由如图7的像素配置图所示的12X12像素所构成的各基本块，并且可以通过焦点检测像素组获得检测图像偏移量所需的信号。图IlB是示出在各个测距区域中要选择的间隔剔除读出相位的关联的选择表。在该选择表中，在配置具有多种类型的接收光分布的焦点检测像素组的间隔剔除相位中，使配置可以获得最佳焦点检测图像信号的像素对的间隔剔除相位相关联。作为用于判断最佳图像的方法，例如，可以选择从各个像素对所获得的图像信号的最小输出差。将该选择表存储在本实施例的摄像设备的CPU 121的RAM中，并且在需要时读出该选择表。下面将参考图12和13说明在具有上述配置的系统中的本实施例的摄像设备的操作。当打开照相机的电源时，在图12的步骤SlOl中，将程序载入CPU 121，以执行照相机操作所需的初始化处理，并且初始化各个控制参数。然后处理进入步骤S102。利用该初始化处理，将中心区域上的测距区域2设置为测距区域。在步骤S102，选择在实时取景操作模式(后面说明)下执行间隔剔除读出处理时的间隔剔除读出相位。对于间隔剔除读出相位，参考存储在CPU 121的RAM中的间隔剔除相位选择表来设置相应的间隔剔除相位。在本实施例中，由于通过步骤SlOl的初始化处理设置了测距区域2，所以选择读出配置了可获得满意的焦点检测图像的焦点检测像素SA3和SB3的线的间隔剔除读出相位VM3。相反，由于不读出配置焦点检测像素SA1、SBU SA2和SB2的线，所以可以抑制由读出不必要的焦点检测像素而导致的图像质量劣化。在步骤S103，开始所谓的实时取景操作，在该操作下，从图像传感器连续读出信号，以实现顺序显示和记录操作。下面将说明实时取景操作和要作为动画记录的图像信号的读出控制。图13是用于说明在本实施例的实时取景模式下的摄像操作序列的概要的时序图。如图13所示，在进行图像传感器107的曝光操作之后，读出图像传感器107中的像素的累积电荷作为图像信号。与控制脉冲垂直同步信号VD和水平同步信号HD(未示出)同步进行该读出操作。VD信号表示一个图像形成帧。在本实施例中，响应于来自CPU 121的命令，以例如l/30sec的间隔将VD信号从图像传感器驱动电路124发送给图像传感器107。另外，控制脉冲HD是图像传感器107的水平同步信号。在一个帧周期期间，以预定间隔输出与水平线的数量一样多的数量的脉冲HD来控制水平线。与水平脉冲HD同步，对各个水平线进行像素复位操作(以虚线表示)，以获得所设置的累积时间。在响应于VD和HD信号读出累积电荷之后，输出VD信号以开始下一巾贞的累积操作。将读出的图像信号传送给图像处理电路125，并使其经过缺陷像素校正和图 像处理。然后，将图像信号发送给配置在例如照相机背面上的显示器135。由于上述实时取景操作是已知技术，所以不给出更详细的说明。对于动画记录，将经过了图像处理的类似地读出的信号顺次发送至并记录在CPU 121的RAM中。在本实施例的图像传感器107中，除图像形成像素以外，还对一些像素组设置光瞳分割功能，以使得能够实现所谓的相位差AF模式。由于这些焦点检测像素被当作缺陷像素，所以图像信号经过缺陷校正，然后使其经过图像处理。然后将处理后的信号传送给显示电路。为了在正常实时模式下获得目标帧频，必须在间隔剔除信号的同时从图像传感器高速读出信号。由于已说明了这类读出操作，因而不给出对其的详细说明。在这种情况下，移位寄存器选择具有在步骤S102中所选择的间隔剔除读出相位的线来读出信号。另一方面，由于不读出配置在其它间隔剔除读出相位中的焦点检测像素，所以在所获得的图像信号中没有包括这些焦点检测像素，由此抑制图像质量的劣化。在步骤S104判断是否通过操作开关组136改变了测距区域。如果改变了测距区域，则处理进入步骤S105 ;否则，处理进入步骤S106。在步骤S105，如步骤S102 —样，参考间隔剔除读出相位选择表来设置相应的间隔剔除读出相位，由此选择在实时取景模式下要读出的线。在步骤S106，拾取在实时取景模式下通过间隔剔除读出操作所获得的图像数据中包括的焦点检测像素的数据，以提取用于检测摄像镜头的焦点状态所需的图像信号。注意，该步骤中所提取的图像信号是配置在图像传感器107上并具有多种类型的接收光分布的焦点检测像素中、最适于焦点检测的图像信号，由此确保高精度的焦点检测。在步骤S107，将在步骤S106读出的图像信号传送给图像处理电路125中的相位差检测块(未示出)。然后，该电路块进行光瞳分割后的SA像素组和SB像素组的相关性计算，由此计算相位差AF评价值。在步骤S108判断是否通过操作开关组136指定了 AF操作。如果指定了 AF驱动，则处理进入步骤S109，否则处理进入步骤S112。在步骤S109基于在步骤S107计算出的相位差AF评价值判断是否获得了对焦状态。如果判断为对焦状态，则处理进入步骤S110，以在显示器135上进行用于表示对焦状态的显示。如果判断为不是对焦状态，则CPU 121控制调焦驱动电路126来激活调焦致动器114，由此进行摄像镜头的焦点调节。
在步骤S112判断是否通过操作开关组136指定了静止图片拍摄操作。如果指定了静止图片拍摄操作，则处理进入步骤S113，以执行静止图片拍摄操作并将图像记录在记录介质(未示出)上。在静止图片拍摄操作之后，控制再次返回到实时取景操作，并且处理进入步骤S114。在步骤S114判断是否通过操作开关组136输入了实时取景操作的结束指示。如果输入了结束指示，则照相机进行结束处理，然后关闭电源。另一方面，如果没有输入结束指示，则处理返回到步骤S104以继续实时取景操作。如上所述，即使当固态图像传感器由于在图像传感器的制造处理中光电转换单元和微透镜之间的位置偏差、相对于所设计的接收光分布具有误差时，配置包括具有不同的接收光分布的焦点检测像素的焦点检测像素组，并且从多种类型的像素对中选择可以获得最佳焦点检测图像的像素对，并且进行读出，由此获得令人满意的焦点检测图像信号。更具体地，在不同的间隔剔除读出相位中配置多种类型的像素对，并且选择读出可获得最佳图像信号的焦点检测像素的间隔剔除相位，从而降低图像信号中包括的焦点检 测像素信号的比率，而且抑制图像质量的劣化。尽管参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不局限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功倉泛。本申请要求2009年11月9日提交的日本2009-256542号专利申请的优先权，其全部内容通过引用包含于此。
权利要求
1.一种摄像设备，包括 图像传感器，在所述图像传感器上二维配置多个像素，并且所述图像传感器具有多个图像形成像素和多种类型的焦点检测像素，其中，所述图像形成像素对通过摄像镜头所形成的被摄体图像进行光电转换并且输出图像形成信号，所述多种类型的焦点检测像素被离散配置在所述多个图像形成像素中并且分别具有不同的接收光分布；以及 选择部件，用于在对所述多个像素进行间隔剔除的同时从所述图像传感器读出所述多个像素时，从具有所述多个像素的不同间隔剔除相位的多个间隔剔除读出模式中选择一个间隔剔除读出模式， 其中，所述多种类型的焦点检测像素被配置为使得在所述选择部件所选择的各间隔剔除读出模式下，仅读出所述多种类型的焦点检测像素中的一种类型的焦点检测像素的信号，而不读出其它类型的焦点检测像素的信号。
2.根据权利要求I所述的摄像设备，其特征在于，还包括焦点检测部件，所述焦点检测部件用于使用在所述选择部件所选择的间隔剔除读出模式下读出的焦点检测像素的信号，基于相位差检测方法进行焦点检测。
全文摘要
一种摄像设备，包括图像传感器，在所述图像传感器上二维配置多个像素，并且所述图像传感器具有多个图像形成像素和多种类型的焦点检测像素，其中，所述多种类型的焦点检测像素被离散配置在所述多个图像形成像素之间，并且分别具有不同的接收光分布；以及选择部件，用于在对所述多个像素进行间隔剔除的同时从所述图像传感器读出所述多个像素时，从具有所述多个像素的不同间隔剔除相位的多个间隔剔除读出模式中选择一个间隔剔除读出模式；其中，配置所述多种类型的焦点检测像素，从而使得在各间隔剔除读出模式下，仅读出所述焦点检测像素中一种类型的焦点检测像素的信号，而不读出其它类型的焦点检测像素的信号。
文档编号H04N5/345GK102687499SQ20108004527
公开日2012年9月19日 申请日期2010年10月6日 优先权日2009年11月9日
发明者广濑稔 申请人:佳能株式会社