焦点检测设备、其控制方法以及摄像装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及焦点检测设备及其控制方法，尤其设及基于图像传感器的输出来进行 相位差检测型焦点检测的焦点检测设备及其控制方法。本发明还设及包括焦点检测设备的 摄像装置。
【背景技术】
[0002] 日本特开第2008-52009号公报公开了一种通过使用图像传感器进行光瞳分割型 焦点检测的装置，在该图像传感器中，各个二维布置的像素都具有微透镜。在运种装置中， 各像素的光电转换部具有两个分割区域，该分割区域经由微透镜接收通过摄影镜头的出射 光瞳的不同区域的光束。针对各分割区域，能够对由多个像素生成的一对输出信号进行相 关运算，W计算运对输出信号之间的相位差（偏移量），并且能够基于相位差计算散焦量。
[0003] 此外，日本特开第2008-52009号公报（参见图24和图25)和日本特许第3592147 号公报公开了如下的图像传感器，在该图像传感器中，一些像素用作在光瞳分割型焦点检 测中使用的焦点检测像素。尽管焦点检测像素的输出需要被校正，才能被用作摄像像素的 输出，但是与对各像素的光电转换部进行分割的结构相比，要被读取为焦点检测信号的信 号数量更少，运使得能够抑制图像传感器的制造成本及其在信号处理中的运算成本。
[0004] 在使用焦点检测像素的结构中，将经由微透镜接收通过了摄影镜头的出射光瞳的 不同区域的光束的一对光电转换部布置在不同像素中。即，在检测相位差时使用的一对输 出信号（"A图像"和"B图像"）中，生成A图像时使用的像素组的位置不同于生成B图像 时使用的像素组的位置。因此，依据被摄体图像的图案，A图像和B图像可能具有低相似度， 并且在运种情况下，焦点检测的精度可能降低。
[0005] 此外，如果W大的距离来排布焦点检测像素，可能存在无法获取被摄体光学图像 的高频带的频率分量的情况。因此，在A图像与B图像之间发生不同的混淆现象，引起焦点 检测中的误差。
【发明内容】
[0006] 本发明改善了上述传统问题中的至少一者。具体而言，本发明提供一种能够提高 在使用图像传感器的输出的相位差检测型焦点检测中的精度的焦点检测设备及其控制方 法。
[0007] 根据本发明的一个方面，提供一种焦点检测设备，所述焦点检测设备包括：第一检 测单元，用于检测第一图像信号与第=图像信号之间的第一相位差，所述第一图像信号基 于已通过摄像光学系统的出射光瞳的一部分区域的光束，所述第=图像信号基于已通过所 述出射光瞳的整个区域的光束；第二检测单元，用于检测第二图像信号与第四图像信号之 间的第二相位差，所述第二图像信号基于已通过所述出射光瞳的另一部分区域的光束，所 述第四图像信号基于已通过所述出射光瞳的所述整个区域的光束；W及计算单元，用于使 用所述第一相位差与所述第二相位差的和，计算所述摄像光学系统的散焦量，其中，所述第 一检测单元在使所述第一图像信号的区间相对于所述第=图像信号的固定区间在预定方 向上偏移的同时，检测所述第一相位差，并且所述第二检测单元在使所述第二图像信号的 区间相对于所述第四图像信号的固定区间在所述预定方向上偏移的同时，检测所述第二相 位差。
[0008] 根据本发明的一个方面，提供一种焦点检测设备，所述焦点检测设备包括：第一检 测单元，用于检测第一图像信号与第=图像信号之间的第一相位差，所述第一图像信号基 于如下的光电转换区的输出，在该光电转换区中，入射光束在摄像光学系统的出射光瞳面 上的重屯、位置在第一方向上从所述出射光瞳面的中屯、位移，所述第=图像信号基于入射光 束在所述出射光瞳面上的重屯、位置不从所述出射光瞳面的中屯、位移的光电转换区的输出； 第二检测单元，用于检测第二图像信号与第四图像信号之间的第二相位差，所述第二图像 信号基于如下的光电转换区的输出，在该光电转换区中，入射光束在所述出射光瞳面上的 重屯、位置在与所述第一方向相反的第二方向上、从所述出射光瞳面的中屯、位移，所述第四 图像信号基于入射光束在所述出射光瞳面上的重屯、位置不从所述出射光瞳面的中屯、位移 的光电转换区的输出；W及计算单元，用于使用所述第一相位差与所述第二相位差的和，计 算所述摄像光学系统的散焦量，其中，所述第一检测单元在使所述第一图像信号的区间相 对于所述第=图像信号的固定区间在所述第一方向或所述第二方向上偏移的同时，检测所 述第一相位差，并且所述第二检测单元在使所述第二图像信号的区间相对于所述第四图像 信号的固定区间在所述第一方向或所述第二方向上偏移的同时，检测所述第二相位差。
[0009] 根据本发明的一个方面，提供一种摄像装置，所述摄像装置包括：图像传感器，其 能够读取基于已通过摄像光学系统的出射光瞳的一部分区域的光束的图像信号W及基于 已通过所述出射光瞳的所述整个区域的光束的图像信号；W及根据本发明的焦点检测设 备。
[0010] 根据本发明的一个方面，提供一种焦点检测设备的控制方法，所述控制方法包括： 第一检测步骤，检测第一图像信号与第=图像信号之间的第一相位差，所述第一图像信号 基于已通过摄像光学系统的出射光瞳的一部分区域的光束，所述第=图像信号基于已通过 所述出射光瞳的整个区域的光束；第二检测步骤，检测第二图像信号与第四图像信号之间 的第二相位差，所述第二图像信号基于已通过所述出射光瞳的另一部分区域的光束，所述 第四图像信号基于已通过所述出射光瞳的所述整个区域的光束；W及计算步骤，使用所述 第一相位差与所述第二相位差的和，计算所述摄像光学系统的散焦量，其中，在所述第一检 测步骤中，在使所述第一图像信号的区间相对于所述第=图像信号的固定区间在预定方向 上偏移的同时，检测所述第一相位差，并且在所述第二检测步骤中，在使所述第二图像信号 的区间相对于所述第四图像信号的固定区间在所述预定方向上偏移的同时，检测所述第二 相位差。
[0011] 根据本发明的一个方面，提供一种焦点检测设备的控制方法，所述控制方法包括： 第一检测步骤，检测第一图像信号与第=图像信号之间的第一相位差，所述第一图像信号 基于如下的光电转换区的输出，在该光电转换区中，入射光束在摄像光学系统的出射光瞳 面上的重屯、位置在第一方向上从所述出射光瞳面的中屯、位移，所述第=图像信号基于入射 光束在所述出射光瞳面上的重屯、位置不从所述出射光瞳面的中屯、位移的光电转换区的输 出；第二检测步骤，检测第二图像信号与第四图像信号之间的第二相位差，所述第二图像信 号基于如下的光电转换区的输出，在该光电转换区中，入射光束在所述出射光瞳面上的重 屯、位置在与所述第一方向相反的第二方向上从所述出射光瞳面的中屯、位移，所述第四图像 信号基于入射光束在所述出射光瞳面上的重屯、位置不从所述出射光瞳面的中屯、位移的光 电转换区的输出；W及计算步骤，使用所述第一相位差与所述第二相位差的和，计算所述摄 像光学系统的散焦量，其中，在所述第一检测步骤中，在使所述第一图像信号的区间相对于 所述第=图像信号的固定区间在所述第一方向或所述第二方向上偏移的同时，检测所述第 一相位差，并且在所述第二检测步骤中，在使所述第二图像信号的区间相对于所述第四图 像信号的固定区间在所述第一方向或所述第二方向上偏移的同时，检测所述第二相位差。
[0012] 通过W下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清楚。
【附图说明】
[0013] 图1是例示用作包括根据实施例的焦点调节设备的摄像装置的示例的、照相机系 统的功能结构的示例的框图。
[0014] 图2A和图2B是例示根据第一实施例的图像传感器的结构的示例的图。
[0015] 图3A至图3C是例示根据第一实施例的光电转换区与出射光瞳之间的关系的图。
[0016] 图4A和图4B是例示根据实施例的焦点检测区域与AF信号中使用的像素之间的 关系的示例的图。
[0017] 图5是例示根据实施例的焦点调节操作的流程图。
[0018] 图6是例示根据第一实施例的散焦量计算方法的流程图。
【具体实施方式】
[0019] 第一实施例
[0020] 现化参照附图详细说明本发明的示例性实施例。
[0021] 图1是例示用作包括根据本发明的实施例的焦点检测设备的摄像装置的示例的、 照相机系统的结构的示例的图，并且该照相机系统由照相机和可更换的摄影镜头组成。在 图1中，照相机系统由照相机100和可更换摄影镜头300组成。
[0022] 已通过摄影镜头300的光束通过镜头支架106,并且被主镜（main mirror) 130向 上反射，W入射到光学取景器104上。在使用光学取景器104观察被摄体的同时，摄影者能 够拍摄被摄体光学图像。在光学取景器104中实现诸如例如对焦显示、照相机抖动警告显 示、f值显示W及曝光补偿显示等的显示单元54的一些功能。
[0023] 主镜130的一部分是半透过型半反射镜，并且入射到主镜130的光束的一部分通 过该半反射镜部分，并被副镜（sub mirror) 131向下反射W入射到焦点检测设备105。焦点 检测设备105是包括二次摄像光学系统和线传感器的相位差检测型焦点检测设备，并且向 自动对焦（A巧单元42输出一对图像信号。AF单元42进行用于检测该对图像信号之间的 相位差的计算，并且获得摄影镜头300的散焦量和方向。基于计算结果，系统控制单元50 对摄影镜头300的聚焦控制单元342 (后述）进行诸如焦点调节处理等的控制。在本实施 例中，AF单元42还进行焦点检测结果的校正。
[0024] 当在摄影镜头300的焦点调节处理之后进行静止图像摄影、电子取景器显示或运 动图像摄影时，通过快速返回机构（未示出）将主镜130和副镜131从光路移开。因此，通 过摄影镜头300并入射到照相机100的光束能够经由用于控制曝光量的快口 12入射到图 像传感器14上。在图像传感器14的摄影操作之后，主镜130和副镜131返回到所例示的 位置。
[00巧]图像传感器14是CCD或CMOS图像传感器，其具有二维布置多个像素的结构，并且 将被摄体光学图像的各像素光电转换为电信号，并输出该电信号。由图像传感器14光电转 换的电信号被发送给A/D转换器16,而模拟信号输出被转换为数字信号（图像数据）。定 时生成电路18向图像传感器14、A/D转换器16 W及D/A转换器26输出时钟信号或控制信 号。定时生成电路18由存储器控制单元22和系统控制单元50控制。图像处理单元20对 来自A/D转换器16的图像数据或来自存储器控制单元22的图像数据应用诸如像素插值处 理、白平衡调节处理或颜色转换处理等的预定处理。
[0026] 根据本实施例的图像传感器14具有被构造为用作焦点检测像素的一些像素，并 且即使在通过快速返回机构将主镜130和副镜131从光路移开的状态下，也能够进行相位 差检测型焦点检测。在由图像传感器14获取的图像数据当中，用于生成焦点检测信号的像 素的数据在图像处理单元20中被转换为焦点检测数据。然后，经由系统