图像拾取设备和图像拾取元件的制作方法

专利名称：图像拾取设备和图像拾取元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及能够接收透射通过拍摄光学系统的物体光束的图像拾取元件的技术。
背景技术：
在如镜头置换(lens-r印lacement)型的单反射数字相机的图像拾取设备中，提 出了图像拾取元件(以下也可以称为相差检测图像拾取元件)的使用。图像拾取元件包括 多对像素(以下也可以称为“AF像素对”)，并且能够通过相差检测方法执行聚焦检测。每 个AF像素对通过接收通过可互换镜头(拍摄光学系统)的出射光瞳中的一对部分区域(如 左光瞳部分/右光瞳部分)透射的对象光束，生成相应的像素信号。在相差检测图像拾取元件中，在与其中心分离的每个AF像素对处，由于拍摄 光学系统的渐晕(vignetting)，可能限制聚焦检测中使用的物体光束。在此情况下， 在AF像素对处生成的像素信号中可能出现不平衡。例如，如在日本未审专利申请公开 No. 2004-191629中所公开的，可以通过作为基于光瞳宽度和相对于由渐晕限制的光瞳的光 轴的偏移量之间的比率，对在AF像素对生成的像素信号执行校正计算的结果，减少不平衡 来减轻该问题。然而，在前述日本未审专利申请公开No. 2004-191629中讨论的技术中，如果在AF 像素对处生成的像素信号中的不平衡变得过度，则即使执行校正计算，也不能完全校正不 平衡。具体地，例如，即使当安装其中出射光瞳相对于图像拾取元件的位置显著地不同于假 定位置的可互换镜头时，在AF像素对处生成的像素信号中的不平衡也是过度的。即使在这 样的情况下，也难以通过执行前述日本未审专利申请公开No. 2004-191629中描述的校正 计算来消除不平衡、以及精确地检测焦点。鉴于前述问题实现了本发明，并且具有提供相差检测图像拾取元件的技术作为其 目标，该相差检测图像拾取元件即使出射光瞳的位置相对于图像拾取元件改变也可以精确 地执行焦点检测。

发明内容
本发明的第一方面提供一种图像拾取设备，其特征在于包括(a)拍摄光学系统； 以及(b)图像拾取元件，其接收透射通过图像拾取光学系统的对象光束，其中所述图像拾 取元件包括一组像素对，其接收透射通过在所述拍摄光学系统的出射光瞳中的相对方向上 倾斜的第一部分区域和第二部分区域的对象光束，其中所述像素对包括第一和第二像素， 每个第一像素包括光拦截部分，其中提供定义所述出射光瞳中的第一部分区域的光透射部 分，每个第二像素包括光拦截部分，其中提供定义所述出射光瞳中的第二部分区域的光透 射部分，并且其中该组像素对包括多个类型的像素对，其光拦截部分中的光透射部分的布 置不同，并且所述多个类型的像素对使得所述出射光瞳相对于所述图像拾取元件的位置相 互不同，其中所述第一部分区域的面积和所述第二部分区域的面积变得相互相等。本发明的第二方面提供一种能够接收透射通过拍摄光学系统的对象光束的图像拾取元件。所述图像拾取元件包括一组像素对，其接收透射通过在所述拍摄光学系统的出 射光瞳中的相对方向上倾斜的第一部分区域和第二部分区域的对象光束，其中所述像素对 包括第一和第二像素，每个第一像素包括光拦截部分，其中提供定义所述出射光瞳中的第 一部分区域的光透射部分，每个第二像素包括光拦截部分，其中提供定义所述出射光瞳中 的第二部分区域的光透射部分，并且其中该组像素对包括多个类型的像素对，其光拦截部 分中的光透射部分的布置不同，并且所述多个类型的像素对使得所述出射光瞳相对于所述 图像拾取元件的位置相互不同，其中所述第一部分区域的面积和所述第二部分区域的面积 变得相互相等。根据本发明，图像拾取元件包括一组像素对，其接收透射通过在所述拍摄光学系 统的出射光瞳中的相对方向上倾斜的第一部分区域和第二部分区域的对象光束，其中所述 像素对包括第一和第二像素，每个第一像素包括光拦截部分，其中提供定义所述出射光瞳 中的第一部分区域的光透射部分，每个第二像素包括光拦截部分，其中提供定义所述出射 光瞳中的第二部分区域的光透射部分，并且其中该组像素对包括多个类型的像素对，其光 拦截部分中的光透射部分的布置不同，并且所述多个类型的像素对使得所述出射光瞳相对 于所述图像拾取元件的位置相互不同，其中所述第一部分区域的面积和所述第二部分区域 的面积变得相互相等。结果，即使例如通过镜头的置换改变出射光瞳相对于图像拾取元件 的位置，也可以从多个类型的像素对中选择根据出射光瞳的位置的像素对，使得可以通过 相差检测方法精确地执行聚焦检测。


图1示出根据本发明实施例的图像拾取设备1的外部结构。图2示出图像拾取设备1的外部结构。图3是图像拾取设备1的纵断面视图。图4是图像拾取设备1的电子结构的框图。图5是用于图示图像拾取元件101的结构的视图。图6是用于图示图像拾取元件101的结构的视图。图7是用于图示AF像素对Ilf的结构的纵断面视图。图8示出当焦平面散焦到距图像拾取元件101的图像拾取面200μπι的近侧时的 模拟结果。图9示出当焦平面散焦到距图像拾取面100 μ m的近侧时的模拟结果。图10示出在焦平面匹配图像拾取面时的聚焦状态下的模拟结果。图11示出当焦平面散焦到距图像拾取面100 μ m的远侧时的模拟结果。图12示出当焦平面散焦到距图像拾取面200 μ m的远侧时的模拟结果。图13图示示出散焦量和一对图像序列中的重心位置之间的差之间的关系的曲线 图Ge。图14图示根据可互换镜头2的出射光瞳的位置出现的光瞳划分中的不平衡。图15是用于图示AF像素对Ilg的结构的概念图。图16是用于图示根据可互换镜头2的出射光瞳的位置的距离测量控制的视图。图17是用于图示AF像素对Ilj的结构的概念图。
图18是用于图示AF像素对Ilk的结构的概念图。图19图示远光瞳、中间光瞳和近光瞳AF线Lj、Lg和Lk的每一个。图20是图像拾取设备1的基本操作的流程图。图21是用于图示根据本发明的修改的AF像素对Ilfa的结构的视图。
具体实施例方式<图像拾取设备的主要部分的结构>图1和2示出根据本发明实施例的图像拾取设备1的外部结构。这里，图1和2 分别是前视图和后视图。图像拾取设备1例如形成为单反射数字静态相机，并且包括相机体10和用作可从 相机体10移除的拍摄镜头的可互换镜头2。在图1中，相机体10的前侧提供有安装部分301、镜头互换按钮302、抓握部分 303、模式设置转盘305、控制值设置转盘306和快门按钮307。安装部分301具有安装到其 的可互换镜头2，并且基本上提供在前表面的中心。镜头互换按钮302布置在安装部分301 的右侧。可以抓握抓握部分303。模式设置转盘305布置在前表面的左上部分。控制值设 置转盘306布置在前表面的右上部分。快门按钮307布置在抓握部分303的上表面。此外，在图2中，相机体10的后侧提供有IXD(液晶显示器)311、设置按钮组312、 箭头键314和按钮315。设置按钮组312布置在IXD 311的左边。箭头键314布置在IXD 311的右边。按钮315布置在箭头键314的中心。相机体10的后侧还提供有EVF(电子取 景器)316、眼罩321、主开关317、曝光校正按钮323和AE锁定按钮324、以及闪光部分318 和连接端子部分319。EVF 316布置在IXD 311上面。眼罩321围绕EVF 316。主开关317 布置在EVF 316左侧。曝光校正按钮323和AE锁定按钮324布置在EVF316的右边。闪光 部分318和连接端子部分319布置在EVF 316上面。安装部分301提供有用于与安装的可互换镜头2电连接的连接器Ec (见图4)和 用于与安装的可互换镜头2机械耦合的耦合器75(见图4)。镜头互换按钮302是当移除安装到安装部分301的可互换镜头2时按压的按钮。抓握部分303是当执行拍摄时用户抓握的图像拾取设备1的一部分，并且具有根 据手指的形状的不均勻表面用于增加舒适性。此外，电池容纳舱和卡容纳舱(未示出)提 供在抓握部分303中。电池容纳舱容纳作为相机的电源的电池69B(见图4)。卡容纳舱可 移除地容纳用于记录拍摄图像的图像数据的存储卡67(见图4)。此外，抓握部分303可以 提供有抓握传感器，用于检测用户是否已经抓握了抓握部分303。模式设置转盘305和控制值设置转盘306基本上是盘形部件，其可在基本上平行 于相机体10的顶面的平面中旋转。提供模式设置转盘305，用于交替选择图像拾取设备1 中提供的功能或模式，如自动曝光(AE)控制模式或自动聚焦(AF ；自动聚焦)控制模式、或 各种拍摄模式(如用于拍摄一个静态图像的静态图像拍摄模式或用于执行连续拍摄的连 续拍摄模式)、或用于再现记录的图像的再现模式。相反，提供控制值设置转盘306，用于设 置图像拾取设备1的各种功能的控制值。快门按钮307是这样的按钮，其可以被操作以便被部分按压(处于部分按压状 态)，并且其可以被操作以便处于通过进一步按压快门按钮307达到的完全按压状态。当在
5静态图像拍摄模式中部分按压快门按钮307时，执行用于拍摄对象的静态图像的准备操作 (如设置曝光控制值或检测焦点)。当完全按压快门按钮307时，执行拍摄操作(包括一系 列操作，其中曝光图像拾取元件101 (见图3)、对通过曝光获得的图像信号执行预定图像处 理操作、以及将图像信号记录在例如存储卡上)。IXD 311包括能够显示图像的彩色液晶面板。IXD 311例如再现和显示记录的图 像，或者显示由图像拾取元件101 (见图3)拾取的图像，并且显示图像拾取设备1的功能或 模式设置屏幕。此外，代替LCD 311，还可以使用有机EL或等离子体显示设备。设置按钮组312包括用于执行图像拾取设备1的各种功能的按钮。设置按钮组312 包括例如用于在LCD 311上显示的菜单屏幕处确认选择的内容的选择确认开关、选择取消 开关、用于切换菜单屏幕的内容的菜单显示开关、显示开/关开关、以及显示放大开关。箭头键314包括提供有在圆周方向上以恒定间隔布置的多个处理部分(图2中的 三角形部分)的环形部件，并且形成箭头键314使得检测到通过对应于各个按压部分提供 的触点(开关)的按压部分的按压。此外，按钮315布置在箭头键314的中心。提供箭头 键314和按钮315用于输入例如设置拍摄条件(如光阑值、快门速度、闪光生成的存在/不 存在)、前进例如由LCD 311再现的记录图像的帧、以及改变拍摄放大率(在广角方向或远 摄方向上移动变焦透镜212(见图4))的指令。EVF 316包括液晶面板310 (见图3)，并且，例如，再现和显示记录的图像或显示由 图像拾取元件101 (见图3)拾取的图像。在EVF 316和IXD 311，用户可以在实际拍摄(用 于图像记录的拍摄)之前，通过执行其中基于由图像拾取元件101连续生成的图像信号动 态地显示对象的实时视图(预览)显示，视觉地识别由图像拾取元件101实际拍摄的对象。主开关317是向左右滑动的两触点滑动开关。当主开关317设到左边时，接通图 像拾取设备1的电源，而当其设到右边时，断开图像拾取设备1的电源。闪光部分318形成为弹出型内置闪光部分。另一方面，例如当外部闪光部分安装 到相机体10时，其通过连接端子部分319连接。眼罩321是C形光拦截部件，具有光拦截特性并且限制外部光进入到EVF 316。曝光校正按钮323是用于手动调整曝光值(光阑值或快门速度)的按钮。AE锁定 按钮324是用于固定曝光的按钮。可互换镜头2用作接受来自对象的光(光学图像)的镜头窗口，并且作为用于将 对象光引导到相机体10中布置的图像拾取元件101的拍摄光学系统。通过按压前述镜头 互换按钮302，可以从相机体10移除可互换镜头2。可互换镜头2提供有包括沿着光轴LT连续布置的多个透镜的透镜组21 (见图4)。 透镜组21包括用于聚焦的聚焦透镜211 (见图4)和用于改变放大率的变焦透镜212 (见图 4)。通过在光轴LT(见图3)的方向上驱动聚焦透镜211和变焦透镜212，执行聚焦或改变 放大率。此外，在可互换镜头2的外围的合适位置处提供可以围绕镜头筒的外围表面旋转 的操作环。通过手动或自动操作，根据操作环的旋转的方向和量移动变焦透镜212，使得根 据其目的地的位置设置变焦放大率(拍摄放大率)。<图像拾取设备1的内部结构>接下来，将描述图像拾取设备1的内部结构。图3是图像拾取设备1的纵断面视 图。如图3所示，在相机体10中提供图像拾取元件101、EVF 316等。
图像拾取元件101垂直于安装到相机体10的可互换镜头2的透镜组的光轴LT布 置。使用CMOS颜色区域传感器(也就是说，CMOS图像拾取元件)作为图像拾取元件101。 在CMOS图像拾取元件中，例如，以矩阵二维布置包括光电二极管的多个像素。图像拾取元 件101生成通过可互换镜头2接收的对象光束的相应颜色分量(R(红)、G (绿)和B (蓝)) 的模拟电信号(图像信号)，并且输出相应颜色R、G和B的图像信号。下面将详细描述图 像拾取元件101的结构。快门单元40沿着光轴布置在图像拾取元件101前面。快门单元40形成为机械焦 平面快门，其包括垂直移动帘部件，并且通过打开和关闭帘部件的操作打开和关闭沿着光 轴LT引导到图像拾取元件101的对象光的光学路径。此外，当图像拾取元件101是允许使 用完全电子快门的一种时，快门单元40可以省略。EVF 316包括液晶面板310和目镜106。液晶面板310例如形成为能够显示图像 的彩色液晶面板，并且可以显示由图像拾取元件101拾取的图像。目镜106将在液晶面板 310上显示的对象图像引导到EVF 316的外部侧。通过EVE 316的这样结构的优点，用户可 以观看用图像拾取元件101拍摄的对象。<图像拾取设备1的电子结构>图4是图像拾取设备1的电子结构的框图。例如，给予与图1到3中示出的那些 部件对应的部件相同的参考标号。为了说明方便，首先将描述可互换镜头2的电子结构。除了前述拍摄光学系统的透镜组21外，可互换镜头2提供有透镜驱动机制24、透 镜位置检测部分25、透镜控制部分26和光阑驱动机制27。在透镜组21中，在镜头筒中沿着光轴LT(见图3)保持聚焦透镜211和变焦透镜 212、以及光阑23，光阑23用于在相机体10中提供图像拾取元件101时调整入射的光量。 透镜组21接受对象的光学图像，并且将其聚焦在图像拾取元件101。在AF控制中，在光轴 LT的方向上，通过由布置在可互换镜头2中的AF致动器71M驱动聚焦透镜211来执行聚
焦ο基于通过透镜控制部分26从主控制部分62施加的AF控制信号，聚焦驱动控制部 分7IA生成移动聚焦透镜211到其聚焦位置所需的驱动控制信号到AF致动器71M。AF致 动器71M例如通过步进马达形成，并且施加透镜驱动功率到透镜驱动机制24。透镜驱动机制24例如包括螺旋面和旋转螺旋面的传动装置(未示出)。透镜驱 动机制24从AF致动器71M接收驱动功率，并且例如在平行于光轴LT的方向驱动聚焦透镜 211。此外，聚焦透镜211的方向和移动量分别根据AF致动器71M的旋转方向和旋转数。透镜位置检测部分25包括编码盘和编码刷，并且当聚焦透镜组21时检测透镜组 21的移动量。在编码盘中，在透镜组21的可移动范围内，在光轴LT的方向以预定间隔形成 多个代码模式。在沿着编码盘滑动和接触编码盘的同时，编码刷与透镜一起移动。此外，由 透镜位置检测部分25检测到的透镜的位置例如输出为脉冲数。透镜控制部分26例如包括具有例如存储控制程序的存储器(如ROM)或存储关于 条件信息的数据的闪存的微计算机。关于可互换镜头2的出射光瞳的位置的信息(稍后描 述)存储在透镜控制部分26中的ROM中。透镜控制部分26具有通信功能，用于通过连接器Ec与相机体10中的主控制部分 62通信。这使得可能将例如如焦距(focal length)、出射光瞳位置、光圈光阑值、焦点距离(focus distance)、以及透镜组21的外围区域的光量的条件信息数据、以及由透镜位置检 测部分25检测到的聚焦透镜211的位置的信息发送到主控制部分62。此外，这使得可能例 如从主控制部分62接收聚焦透镜211的驱动量的数据。光阑驱动机制27通过耦合器75从光阑驱动致动器76M接收驱动功率，并且改变 光阑23的光阑直径。接下来，将描述相机体10的电子结构。除了之前描述的图像拾取元件101、快门 单元40等外，相机体10包括AFE (模拟前端)5、图像处理部分61、图像存储器614、主控制 部分62、闪光电路63、操作部分64、VRAM 65(65a、65b)、卡接口(I/F)66、存储卡67、通信接 口(I/F)68、电源电路69、电池69B、快门驱动控制部分73A和快门驱动致动器73M、光阑驱 动控制部分76A、以及光阑驱动致动器76M。图像拾取元件101由如上所述的CMOS颜色区域传感器形成。定时控制电路51(稍 后描述)控制如读出像素信号、选择图像拾取元件101的每个像素的输出、以及开始(和结 束)图像拾取元件101的曝光操作的图像拾取操作。AFE 5施加使得图像拾取元件101执行预定操作的定时脉冲，对从图像拾取元件 101输出的图像信号(也就是说，对在CMOS颜色区域传感器的每个像素处接收的模拟信号 组)执行预定的信号处理操作，将图像信号转换为数字信号，并且将数字信号输出到图像 处理部分61。AFE 5例如包括定时控制电路51、信号处理部分52和A/D转换部分53。基于从主控制部分62输出的参考时钟，定时控制电路51生成预定定时脉冲(其 例如使得生成垂直扫描脉冲Φνη、水平扫描脉冲Φνπι和重置信号Φνι·)，输出预定定时脉 冲到图像拾取元件101，并且控制图像拾取元件101的图像拾取操作。此外，通过输出预定 定时脉冲到信号处理部分52和A/D转换部分53，控制信号处理部分52和A/D转换部分53 的操作。信号处理部分52对从图像拾取元件101输出的模拟图像信号执行预定模拟信号 处理操作。信号处理部分52例如包括CDS(相关双采样)电路、自动增益控制(AGC)电路 和箝位电路。基于从定时控制电路51输出的定时脉冲，A/D转换部分53将从信号处理部 分52输出的模拟R、G和B图像信号转换为多位(如12位)的数字图像信号。图像处理部分61对从AFE 5输出的图像数据执行预定信号处理操作，并且形成图 像文件。图像处理部分61例如包括黑电平校正电路611、白平衡控制电路612、以及伽玛校 正电路613。此外，由图像处理部分61接受的图像数据与图像拾取元件101的读出同步写 到图像存储器614—次。然后，访问写到图像存储器614的图像数据，使得在图像处理部分 61的每个块中执行操作。黑电平校正电路611将经由通过A/D转换部分53的A/D转换的R、G和B数字图 像信号的每一个的黑电平校正为参考黑电平。基于对应于光源的白标准，白平衡控制电路612对相应的R (红)、G (绿)和B (蓝) 颜色的数字信号执行电平转换(白平衡(WB)调整)。也就是说，基于从主控制部分62施加 的WB调整数据，白平衡控制电路612例如从颜色饱和数据和拍摄对象的亮度指定推测为实 际白色的部分；确定该部分的R、G和B颜色分量的平均值；确定G/R比和G/B比；并且校正 这些电平作为R和B的校正增益。伽玛校正电路613校正经历WB调整的图像数据的灰度特性。更具体地，伽玛校正电路613使用伽玛校正表执行非线性转换和偏置调整，在伽玛校正表中为每个颜色分量在 先设置图像数据电平。在拍摄模式中，图像传感器614是用作工作区域的存储器，工作区域临时存储从 图像处理部分61输出的图像数据，并且用于通过主控制部分62对图像数据执行预定操作。 此外，在再现模式中，图像存储器614临时存储从存储卡67读出的图像数据。主控制部分62例如包括微计算机并且控制图像拾取设备1的每个部分的操作，微 计算机中内建如存储控制程序的ROM或临时存储数据的RAM的存储部分。在闪光拍摄模式中，闪光电路63将闪光部分38或连接到连接端子部分319的外 部闪光部分的发光量控制为由主控制部分62设置的发光量。操作部分64例如包括模式设置转盘305、控制值设置转盘306、快门按钮307、设置 按钮组312、箭头键314、按钮315和主开关317。操作部分64输入操作信息到主控制部分 62。VRAM 65a和65b是分别在主控制部分62和IXD 311之间以及主控制部分62和 EVF 316之间提供的缓冲存储器，并且其具有用于存储对应于IXD311和EVF 31的像素数的 图像信号的存储容量。卡I/F 66是使得存储卡67和主控制部分62之间的信号传输和接 收可能的接口。存储卡67是存储由主控制部分62生成的图像数据的记录介质。通信I/F 68是用于使得例如到个人计算机或到其他外部设备的图像数据的传输可能的接口。电源电路69例如是恒压电路，并且生成用于驱动整个图像拾取设备1 (如控制部 分，也就是说，主控制部分62等、图像拾取元件101、以及各种驱动部分)的电压。此外，基 于从主控制部分62施加到电源电路69的控制信号执行到图像拾取元件101的电流的施加 的控制。电池69B是一次电池(如碱性干电池)或二次电池(如镍金属氢可充电电池)，并 且是提供电功率到整个图像拾取设备1的电源。基于从主控制部分62施加的控制信号，快门驱动控制部分73A生成到快门驱动致 动器73M的驱动控制信号。快门驱动致动器73M是执行用于打开和关闭快门单元40的驱 动操作的致动器。基于从主控制部分62施加的控制信号，光阑驱动控制部分76A生成到光阑驱动致 动器76M的驱动控制信号。光阑驱动致动器76M通过耦合器75施加驱动功率到光阑驱动 机制27。相机体10还包括相差AF计算电路77，其基于从黑电平校正电路611输出并且在 黑电平校正之后提供的图像数据，执行在使用图像拾取元件101的自动聚焦(AF)控制期间 所需的计算。将详细描述使用相差AF计算电路77的图像拾取设备1的相差AF操作。<图像拾取设备1的相差AF操作>形成图像拾取设备1，使得其可以通过接收透射过(通过)图像拾取元件101中的 出射光瞳的不同部分的透射光，执行相差AF。下面将描述图像拾取元件101的结构和利用 图像拾取元件101的相差AF的原理。图5和6每个图示图像拾取元件101的结构。形成图像拾取元件101，使得其可以在图像拾取面IOlf中以矩阵排列的多个AF区 域Ef的每个处执行使用相差检测方法的聚焦检测(见图5)。
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每个AF区域Ef提供有包括R像素111、G像素112和B像素113的普通像素(以 下也可以称为“普通像素”)110，在像素处各个滤色镜(R(红)滤色镜、G(绿)滤色镜和 B(蓝)滤色镜)布置在光电二极管上；并且像素对(以下也可以称为“AF像素对”)包括 较低光拦截罩12a和12c (阴影部分；未示出)并且用于执行相差AF (见图6)。此外，每个AF区域Ef提供有Gr线Ll和Gb线L2。Gr线Ll和Gb线L2是普通像 素110的水平线。Gr线Ll具有交替水平布置的G像素112和R像素111。Gb线L2具有 交替水平布置的B像素113和G像素112。通过交替水平布置Gr线Ll和Gb线L2，形成 Bayer排列。此外，在AF区域Ef中，周期性垂直形成AF线(聚焦检测像素行)Lf,在该AF线 Lf处重复水平布置AF像素对llf。接下来，将描述AF像素对Ilf的结构。图7是用于图示AF像素对Ilf的结构的纵断面视图。图7中示出的AF像素对Ilf 提供在位于接近图像拾取面IOlf的中心的AF区域Ef (例如，图5中示出的AF区域Efo) 中。AF像素对Ilf包括提供有两个光拦截罩(光拦截板)12a和12b和两个光拦截罩 (光拦截板)12c和12d的一对像素Ila和11b，其中开口 OPa和OPb以及OPc和OPd的位 置用作镜面。开口 OPa和OPb以及OPc和OPd分离来自与可互换镜头2相关联的出射光瞳 的左部分Qa的光束Ta和来自与可互换镜头2相关联的出射光瞳的右部分Qb的光束Tb。 通过水平布置两个或多AF像素对Ilf，形成AF线Lf。更具体地，在像素(以下也可以称为“第一 AF像素”)lla中，在较低光拦截罩12a 中形成相对于光电转换器(光电二极管)PD朝右布置的矩形(缝形)开口 OPa，并且在较 高光拦截罩12b中形成相对于光电转换器(光电二极管)PD朝左布置的缝形开口 OPb。此 外，通过每个开口 OPa和OPb形成包括光拦截罩12a和光拦截罩12b的光拦截部分121的 光透射部分。此外，通过光透射部分限定在出射光瞳处的左部分Qa。另一方面，在像素(以 下也可以称为“第二 AF像素”)llb中，在较低光拦截罩12c中形成相对于光电转换器(光 电二极管)PD朝左布置的缝形开口 OPc，并且在较高光拦截罩12d中形成相对于光电转换器 (光电二极管)PD朝右布置的缝形开口 OPd。此外，通过每个开口 OPc和OPd形成包括光拦 截罩12c和光拦截罩12d的光拦截部分122的光透射部分。此外，通过光透射部分限定在 出射光瞳处的右部分Qb。第一 AF像素Ila和第二 AF像素lib交替布置在AF线Lf，如图 6所示。通过具有上述结构的AF像素对Ilf，执行在出射光瞳处的光瞳划分。也就是说， 来自出射光瞳的左部分Qa的光束Ta通过微透镜ML、滤色镜FR和各个光拦截罩12a和12b 的开口(光透射部分)0Pa和OPb，并且由第一 AF像素Ila的光电转换器PD接收；并且来 自出射光瞳的右部分Qb的光束Ta通过微透镜ML、滤色镜FR和各个光拦截罩12c和12d的 开口(光透射部分)0Pc和OPd，并且由第二 AF像素lib的光电转换器PD接收。换句话说， 在AF像素对Ilf中，接收透射通过左部分(第一部分区域)Qa和右部分(第二部分区域) Qb的对象的光束Ta和Tb，左部分Qa和右部分Qb在可互换镜头2的出射光瞳中以相对方 向朝左和朝右布置。以下，在每个第一 AF像素Ila处获得的接收数据称为“A系列数据”，并且在每个第二 AF像素lib处获得的接收数据称为“B系列数据”。将例如参照图8到12描述相差AF 的原理，在图8到12中通过曲线示从在一个AF线Lf (见图6)中布置的一组AF像素 对Ilf获得的A系列数据和B系列数据。图8示出当焦平面散焦到距图像拾取元件101的图像拾取面IOlf有200 μ m的近 侧时的模拟结果。图9示出当焦平面散焦到距图像拾取面IOlf有100 μ m的近侧时的模拟 结果。此外，图10示出在焦平面匹配图像拾取面IOlf时的聚焦状态下的模拟结果。此外， 图11示出当焦平面散焦到距图像拾取面IOlf有100 μ m的远侧时的模拟结果。图12示出 当焦平面散焦到距图像拾取面IOlf有200 μ m的远侧时的模拟结果。这里，在图8到12中， 水平轴代表在AF线Lf的方向中第一 AF像素Ila和第二 AF像素lib的位置，并且垂直轴 代表来自各个第一 AF像素1 Ia和第二 AF像素1 Ib的光电转换器PD的输出。此外，在图8 到12中，曲线图Gal到Ga5(由实线图示)代表A系列数据，并且曲线图Gbl到Gb5 (由虚 线图示)代表B系列数据。在图8到12中，当相互比较由A系列曲线图Gal到Ga5代表的A系列数据的图像 序列和由B系列曲线图Gbl到Gb5代表的B系列数据的图像序列时，可见的是，散焦量越 大，在A系列数据的图像序列和b系列数据的图像序列之间出现的AF线Lf的方向(水平 方向)中的偏移量(位移量)越大。在该对图像序列(S卩，A系列数据的图像序列和B系列数据的图像序列)中散焦 量和偏移量之间的关系由图13示出的曲线图Gc代表。在图13中，水平轴代表B系列数据 的图像序列的重心位置与A系列数据的图像序列的重心位置的差(即，像素间距)，并且垂 直轴代码散焦量(ym)。此外，例如使用以下公式⑴获得图像序列的重心位置Xg:[公式1]
权利要求
一种图像拾取设备，其特征在于包括(a)拍摄光学系统；以及(b)图像拾取元件，其接收透射通过拍摄光学系统的对象光束，其中所述图像拾取元件包括一组像素对，其接收透射通过在所述拍摄光学系统的出射光瞳中的相对方向上倾斜的第一部分区域和第二部分区域的对象光束，其中所述像素对包括第一和第二像素，每个第一像素包括其中提供定义所述出射光瞳中的第一部分区域的光透射部分的光拦截部分，每个第二像素包括其中提供定义所述出射光瞳中的第二部分区域的光透射部分的光拦截部分，并且其中该组像素对包括多个类型的像素对，其光拦截部分中的光透射部分的布置不同，并且所述多个类型的像素对使得所述出射光瞳相对于所述图像拾取元件的位置相互不同，其中所述第一部分区域的面积和所述第二部分区域的面积变得相互相等。
2.如权利要求1所述的图像拾取设备，其特征在于还包括(c)通过根据所述出射光瞳 相对于所述图像拾取元件的位置从所述多个类型的像素对中选择一个像素对类型，基于由 该一个像素对类型生成的像素信号通过相差检测方法执行聚焦检测的部件。
3.—种能够接收透射通过拍摄光学系统的对象光束的图像拾取元件，所述图像拾取元 件特征在于包括一组像素对，其接收透射通过在所述拍摄光学系统的出射光瞳中的相对方向上倾斜的 第一部分区域和第二部分区域的对象光束，其中所述像素对包括第一和第二像素，每个第一像素包括其中提供定义所述出射光瞳 中的第一部分区域的光透射部分的光拦截部分，每个第二像素包括其中提供定义所述出射 光瞳中的第二部分区域的光透射部分的光拦截部分，并且其中该组像素对包括多个类型的像素对，其光拦截部分中的光透射部分的布置不同， 并且所述多个类型的像素对使得所述出射光瞳相对于所述图像拾取元件的位置相互不同， 其中所述第一部分区域的面积和所述第二部分区域的面积变得相互相等。
全文摘要
提供一种用于具有相差检测功能的成像元件的技术，以便即使出射光瞳位置相对于成像元件改变时也精确执行聚焦检测。成像设备中布置的成像元件包括用于接收对象的光通量的AF像素对(11g)，所述对象的光通量已经通过具有在位于距成像元件距离(Hm)的位置的出射光瞳中的相等面积的一对部分区域(Qc和Qd)。AF像素对(11g)包括具有单独用于定义成对的部分区域(Qc和Qd)的光学透明部分的阴影部分(131和132)。此外，除了AF像素对(11g)，成像元件还包括另一AF像素对，其中使得阴影部分(131和132)中的光学透明区域的安排不同，使得成对的部分区域的面积可以在不同于距成像元件距离(Hm)的位置处的出射光瞳中相等。因此，即使通过镜头互换等改变出射光瞳位置，也可以通过选择匹配出射光瞳位置的像素对精确执行相差检测系统的聚焦检测。
文档编号G03B13/36GK101952758SQ200980105190
公开日2011年1月19日 申请日期2009年2月26日 优先权日2008年2月28日
发明者柳生玄太, 胜田恭敏, 藤井真一 申请人:索尼公司