专利名称：摄像设备的制作方法
技术领域：
本申请涉及诸如数字照相机和摄像机等的摄像设备，尤其涉及使用摄像元件来进行相位差检测的摄像设备。
背景技术：
作为摄像设备的AF(自动调焦)系统，已知TTL相位差检测系统。在该TTL相位差检测系统中，将来自摄像光学系统的光束的一部分分割成两个光束，并且获得了由分割成的这两个光束所形成的两个图像之间的偏移量(相位差)。然后，基于该相位差计算表示摄像光学系统的焦点状态的离焦量，并且计算使该离焦量接近0以获得聚焦状态所需的调焦透镜的驱动量。已经提出了以下的摄像设备该摄像设备使用这种TTL相位差检测方法，在无需设置用于对这两个图像进行光电转换的专用光接收传感器的情况下，通过在用以获得被摄体图像的摄像元件中设置相位差检测用的像素(以下称为焦点检测像素)，来进行AF。当在利用摄像元件获得图像时通过使用焦点检测像素来进行相位差检测(换言之，焦点检测)时，这些焦点检测像素仅接收正常摄像用的光束的一部分，因此这些焦点检测像素的曝光量容易变低。特别地，当在获得低亮度被摄体的运动图像时执行焦点检测的情况下，运动图像的检测速率(帧频)高，通常为30fps 60fps，因而如果以同一速率对焦点检测像素曝光，则这些焦点检测像素的曝光量出现不足。因而，焦点检测像素的有效感光度和低亮度界限下降。日本特开2006-261929号公报公开了以下摄像设备该摄像设备在拍摄低亮度被摄体的图像时，通过针对各帧交替切换实时取景读出模式和相加读出模式来进行图像信号的读出操作。在该摄像设备中，通过使用在实时取景读出模式期间读出的实时取景图像信号来在显示元件上显示图像，并且AF控制器基于在相加读出模式期间读出的相加亮度图像信号来进行焦点检测。日本特开2005-295381号公报公开了以下摄像设备该摄像设备以彼此分离的方式设置用于获得正常图像的摄像像素和测量像素，并且利用不同的信号处理电路以不同的帧频读出来自这些像素的输出。在该摄像设备中，设置了用于读出来自测量像素的信号的专用信号线。然而，在日本特开2006-2619 号公报所公开的摄像设备中，交替读出图像显示所使用的实时取景图像信号和焦点检测所使用的相加亮度图像信号，因而图像显示的帧频下降。此外，对低亮度被摄体进行来自焦点检测像素的输出的相加读出，因而图像显示的帧
频变化。此外，在日本特开2005-295381号公报所公开的摄像设备中，利用不同的信号处理电路处理来自摄像像素和测量像素的输出，因而与利用一个信号处理电路处理来自摄像像素和测量像素的信号的情况相比较，电路结构复杂。
发明内容
本发明提供能够在不使用复杂的电路结构的情况下、提高焦点检测像素的有效感光度和低亮度检测界限的摄像设备。作为本发明的一个方面，本发明提供一种摄像设备，包括摄像元件，其包括摄像像素和焦点检测像素，所述摄像像素对来自摄像光学系统的光束所形成的被摄体图像进行光电转换，并且所述焦点检测像素对来自所述摄像光学系统的光束中的两个分割光束所形成的两个图像进行光电转换；图像生成器，用于基于第一像素信号生成图像；调焦控制器， 用于基于第二像素信号对所述摄像光学系统进行调焦控制；以及信号处理器，用于输出在所述摄像像素的各次持续预定时间段的电荷累积操作之后从所述摄像像素读出的信号作为所述第一像素信号，并且输出通过所述焦点检测像素的多次电荷累积操作所获得的信号作为所述第二像素信号。作为本发明的另一方面，本发明提供一种用于控制摄像设备的方法，所述摄像设备包括摄像元件，所述摄像元件包括摄像像素和焦点检测像素，所述摄像像素对来自摄像光学系统的光束所形成的被摄体图像进行光电转换，并且所述焦点检测像素对来自所述摄像光学系统的光束中的两个分割光束所形成的两个图像进行光电转换，所述方法包括以下步骤基于第一像素信号生成图像；基于第二像素信号对所述摄像光学系统进行调焦控制；以及输出在所述摄像像素的各次持续预定时间段的电荷累积操作之后从所述摄像像素读出的信号作为所述第一像素信号，并且输出通过所述焦点检测像素的多次电荷累积操作所获得的信号作为所述第二像素信号。通过以下说明和附图，本发明的其它方面将变得明显。
图1是示出作为本发明的实施例1的照相机的结构的图。图2是示出实施例1的照相机的电结构的框图。图3A和;3B是实施例1的照相机所使用的摄像元件中设置的摄像像素的正视图和截面图。图4A和4B是摄像元件中设置的焦点检测像素的正视图和截面图。图5A和5B是摄像元件中配置的其它焦点检测像素的正视图和截面图。图6示出摄像元件中的最小单位的像素排列。图7示出摄像元件中的上位单位的像素排列。图8示出摄像元件中的整个区域的像素排列。图9是示出摄像元件的光瞳分割功能的概念图。图10是示出实施例1的照相机中的电荷累积控制的处理的流程图。图IlA和IlB是作为本发明的实施例2的照相机中的摄像元件的焦点检测像素的正视图和截面图。图12是实施例2的照相机中的电荷累积控制的处理的流程图。图13是示出作为本发明的实施例3的照相机中的电荷累积控制的处理的流程图。
具体实施例方式以下将参考附图来说明本发明的典型实施例。实施例1图1示出作为本发明的第一实施例(实施例1)的摄像设备的单镜头反光照相机的结构。在图1中，附图标记100表示照相机本体。附图标记101表示形成正立正像的光学取景器，附图标记102表示目镜透镜，并且附图标记103表示取景器画面。附图标记104表示主半透半反镜(以下称为“主镜”)，主半透半反镜104将来自后面将说明的摄像光学系统的光束偏转至取景器光学系统。附图标记105表示辅镜，辅镜 105将已经通过主镜104的光束偏转至后面将说明的焦点检测单元。主镜104和辅镜105 构成光路分割光学系统。附图标记106表示诸如CCD传感器或CMOS传感器等的摄像元件， 并且附图标记107表示控制摄像元件106的曝光量的焦平面快门。附图标记108表示内置于照相机本体100中的闪光灯单元。附图标记109表示焦点检测单元。焦点检测单元109包括至少一对像素线(线传感器)。该一对线传感器对由来自摄像光学系统的光束所形成的一对图像进行光电转换，以输出一对图像信号。附图标记110表示测量被摄体亮度的测光传感器，并且附图标记111表示利用来自被摄体的光束在测光传感器110上形成被摄体图像的测光透镜。附图标记112表示作为控制照相机本体100的各种操作的控制器的照相机微处理器。附图标记113表示安装有诸如外部闪光灯单元400等的配件的配件插座。附图标记 114表示内置闪光灯单元108所设置的菲涅耳(Fresnel)透镜。附图标记115表示向通过光学取景器观看的观察者显示各种信息的取景器显示单元。附图标记116表示用作为电子取景器(EVF)的、照相机本体100的外表面上配置的外部显示单元。附图标记117表示摄像元件116的前面配置的低通滤波器。附图标记200表示可拆卸地安装至照相机本体100的可互换镜头。以下将说明可互换镜头200的结构。附图标记201表示控制可互换镜头200的各种操作的镜头微处理器，并且经由通信接点与照相机微处理器112进行通信。附图标记202表示包括诸如变倍透镜和调焦透镜等的多个透镜的摄像光学系统。附图标记203表示进行光量调节的光圈。为了简明，图1 仅示出一个透镜。在外部闪光灯单元400中，附图标记401表示控制外部闪光灯单元400的操作的闪光灯微处理器。附图标记402表示诸如氙管等的放电电弧管，并且附图标记403表示将从电弧管402发出的光束朝向被摄体反射的反射器。附图标记404表示控制反射器403所反射的光束的光分布的闪光面板。附图标记405表示用于安装在照相机本体100的配件插座113上的安装构件。在本实施例中，照相机本体100 (照相机微处理器112)与可互换镜头200 (镜头微处理器201)和外部闪光灯单元400(闪光灯微处理器401)进行通信。因而，照相机微处理器112使用从可互换镜头200和外部闪光灯单元400所获得的各种信息进行各种控制。图2示出由照相机本体100、可互换镜头200和外部闪光灯单元400构成的摄像系统的电路结构。在照相机本体100中，附图标记112表示以上所述的照相机微处理器。附图标记2
5表示驱动照相机本体100的可动部的马达驱动电路。附图标记3表示包含于图1所示的测光传感器110中的、测量被摄体亮度的测光单元。附图标记4表示检测可互换镜头200的焦点状态的焦点检测器，并且包括图1所示的焦点检测单元109。附图标记6表示控制焦平面快门107的快门控制电路。附图标记7表示控制光圈 203的光圈控制电路。附图标记8表示显示照相机本体100的状态的显示电路，并且控制取景器显示单元115和外部显示单元116。附图标记9表示控制内置闪光灯单元108的闪光灯控制电路。附图标记10表示存储照相机本体100用的各种设置值的存储电路。附图标记11表示包括摄像元件106及其驱动电路的摄像电路。照相机微处理器112用作为进行诸如来自摄像元件106的像素信号的读出处理等的信号处理的信号处理器。照相机微处理器112还用作为图像生成器，该图像生成器基于来自摄像元件106中的(以下所述的)摄像像素的像素信号生成电子取景器图像(实时取景图像)和记录图像。照相机微处理器112还用作为调焦控制器，该调焦控制器基于来自摄像元件106 中的(后面所述的)焦点检测像素的像素信号检测摄像光学系统102的焦点状态，以根据该焦点状态进行调焦控制。照相机微处理器112还可以基于焦点检测器4的焦点检测结果检测摄像光学系统 102的焦点状态，以根据该焦点状态进行调焦控制。附图标记12表示与外部闪光灯单元400进行通信的通信电路。附图标记13表示与可互换镜头200进行通信的照相机通信电路。附图标记14(SW1)表示用于开始摄像准备操作的开关，并且附图标记15(SW2)表示用于开始摄像处理的开关。当在未将外部闪光灯单元400安装至照相机本体100的情况下进行摄像时，内置闪光灯单元108照亮被摄体。为了进行焦点检测，内置闪光灯单元108可以向该被摄体投射AF辅助光。在可互换镜头200中，附图标记201表示上述的镜头微处理器，并且附图标记22 表示存储可互换镜头200用的各种设置值的存储电路。附图标记23表示驱动可互换镜头 200中的调焦透镜的透镜驱动电路。附图标记M表示检测调焦透镜的位置的透镜位置检测电路。附图标记25表示检测可互换镜头200的焦距的镜头焦距检测电路。附图标记沈表示驱动光圈203的光圈驱动电路，并且附图标记27表示经由配件检测开关观检测可互换镜头200上安装的配件的配件检测电路。附图标记四表示与照相机本体100和可互换镜头200上安装的配件进行通信的镜头通信电路。照相机微处理器112将各种控制信号经由照相机通信电路13和镜头通信电路四发送至镜头微处理器201。镜头微处理器201将可互换镜头200的识别信息、可互换镜头 200上安装的配件的信息和可互换镜头200用的各种设置值的信息经由照相机通信电路13 和镜头通信电路四发送至照相机微处理器112。在外部闪光灯单元400中，附图标记401表示控制外部闪光灯单元400的各种操作的闪光灯微处理器，并且附图标记42表示与照相机本体100进行通信的通信电路。附图标记43表示存储外部闪光灯单元400用的各种设置值的存储电路。
附图标记44表示根据安装有外部闪光灯单元400的照相机本体100的状态或可互换镜头200的状态而改变闪光灯光的照射范围的照射角改变器。附图标记45表示检测照射范围的设置值的照射角检测器。附图标记46表示直接监视外部闪光灯单元400的发光量的发光量监视器。附图标记47表示控制发光量的发光量控制电路。附图标记48表示对(未示出的)闪光灯电容器充电的充电电路。附图标记49表示设置外部闪光灯单元400的状态的设置部。附图标记50表示显示外部闪光灯单元400的设置状态的显示单元。附图标记406表示内置于外部闪光灯单元400中的红外辅助光投射器。闪光灯微处理器401将外部闪光灯单元400的各种设置信息经由通信电路42和 12发送至照相机微处理器112。照相机微处理器112将用于使红外辅助光投射器406投射红外光的控制信号经由通信电路42和12发送至闪光灯微处理器401。本实施例中的摄像元件106包括对由来自可互换镜头200中包含的摄像光学系统的光束所形成的被摄体图像进行光电转换的多个摄像像素。摄像元件106还包括对由来自摄像光学系统的光束的分割后的两个光束所形成的两个图像进行光电转换的多个焦点检测像素。图3A和;3B示出摄像像素的配置和结构。图4A和4B以及图5A和5B示出焦点检测像素的配置和结构。图3A示出2行X2列的摄像像素。在本实施例中，使用二维单板CMOS彩色图像传感器作为R (红色)、G (绿色)和 B(蓝色)的原色滤波器根据拜尔排列而配置的摄像元件106。在该拜尔排列中，在2行X2 列的4个像素中，将两个G像素配置在对角方向上，并且将R像素和B像素配置为其它的两个像素。在整个摄像元件106中重复这种2行X2列的像素配置。图;3B示出图3A所示的摄像像素的A-A截面。附图标记ML表示各像素的前面配置的微型透镜，附图标记CFk表示R滤色器，并且附图标记CFe表示G滤色器。附图标记PD 示意性表示CMOS传感器的光电转换部。附图标记CL表示用于形成传输CMOS传感器中的各种信号的信号线的布线层。附图标记TL示意性表示摄像光学系统。摄像像素的微型透镜ML和光电转换部PD被配置成尽可能有效地取入已经通过摄像光学系统TL的光束。换言之，摄像光学系统TL的出射光瞳EP和光电转换部PD经由微型透镜ML处于共轭关系，并且光电转换部PD的有效面积被设置成大。图:3B示出入射R像素的光束。已经通过摄像光学系统TL的光束同样入射G像素和B像素中的每个。与R、G和B摄像像素各自相对应的出射光瞳EP的直径被放大，以使得能够高效地取入来自被摄体的光束。因而，可以提高生成电子取景器图像或记录图像所使用的信号的S/N比。图4A示出包括在水平方向(摄像元件106的长边延伸的横向方向)上分割摄像光学系统的出射光瞳(即，进行光瞳分割)的焦点检测像素的2行X2列的像素配置。G像素输出成为亮度信息的主要成分的G摄像信号。人类的图像识别特性对亮度信息敏感，从而G像素的丢失使得容易地识别出图像质量劣化。相反，R像素和B像素是用于主要获得颜色信息的像素。人类对颜色信息不敏感， 因而即使用于获得颜色信息的一些像素丢失，也难以识别出图像质量劣化。因而，在本实施例中，在图3A所示的2行X 2列的像素中，利用焦点检测像素部分替换R像素和B像素，而保留G像素作为摄像像素。在图4A中，由附图标记Sha和^ib来表示焦点检测像素。图4B示出图4A所示的焦点检测像素的B-B截面。该焦点检测像素中的微型透镜 ML和光电转换部PD在结构上与图:3B所示的摄像像素的微型透镜ML和光电转换部PD相同。在本实施例中，不使用来自焦点检测像素的像素信号来生成电子取景器图像或记录图像，因而在焦点检测像素中，代替滤色器，设置了透明(白色)膜CFW。为了对焦点检测像素设置光瞳分割功能，以相对于微型透镜ML的中心线在一个方向上偏移的方式形成布线层CL中形成的开口(以下称为“孔开口，，) OPha和0PHB。具体地，焦点检测像素Sha具有向右侧偏移的孔开口 OPha，并且接收已经通过摄像光学系统TL的出射光瞳的左侧的出射光瞳区域EPha的光束。另一方面，焦点检测像素Shb 具有向左侧(与孔开口 OPha相对的一侧)偏移的孔开口 0PHB，并且接收已经通过摄像光学系统TL的出射光瞳的右侧的出射光瞳区域EPhb的光束。因而，焦点检测像素^a和^b可以接收同一被摄体的两个图像(左右分离的图像)，以对这两个图像进行光电转换。在摄像元件106中，多个焦点检测像素Sha在水平方向上规则排列。在下文，多个焦点检测像素Sha上形成的两个图像中的一个图像被称为“A图像”。多个焦点检测像素Shb 也在水平方向上规则排列。多个焦点检测像素^b上形成的两个图像中的另一个图像被称为“B图像”。检测与光电转换成的A图像和B图像相对应的两个图像信号之间的(包括偏移方向的)偏移量作为相位差，这使得能够计算表示摄像光学系统的焦点状态的(包括离焦方向的)离焦量。为了检测垂直方向(纵向方向)上A图像和B图像之间的相位差，仅需要使焦点检测像素^A的孔开口 OPha和焦点检测像素^B的孔开口 OPhb分别向上侧和下侧偏移。换言之，图4A所示的焦点检测像素^ia和^b转动了 90度，从而如图5A所示配置。图5A示出包括在垂直方向(摄像元件106的短边延伸的纵向方向)上进行摄像光学系统的光瞳分割的焦点检测像素的2行X2列的像素配置。在图3A所示的2行X2 列的像素中，利用焦点检测像素部分替换R像素和B像素，而保留G像素作为摄像像素。在图5B中，由附图标记Stc和Svd来表示焦点检测像素。图5B示出图5A所示的焦点检测像素的C-C截面。该焦点检测像素中的微型透镜 ML和光电转换部PD在结构上与图:3B所示的摄像像素中的微型透镜ML和光电转换部PD相同。焦点检测像素Svc具有以向下侧偏移的方式形成的孔开口 OPvc，并且接收已经通过摄像光学系统TL的出射光瞳的上侧的出射光瞳区域EPvcW光束。另一方面，焦点检测像素 Svd具有向上侧(与孔开口 OPvc相对的一侧)偏移的孔开口 OPvd，并且接收已经通过摄像光学系统TL的出射光瞳的下侧的出射光瞳区域EPvd的光束。因而，焦点检测像素Svc和Svd可以接收同一被摄体的两个图像(上下分离的图像)，以对这两个图像进行光电转换。在摄像元件106中，多个焦点检测像素Stc在垂直方向上规则排列。在下文，多个焦点检测像素Stc上形成的两个图像中的一个图像被称为“C图像”。多个焦点检测像素Svd 也在垂直方向上规则排列。多个焦点检测像素Svd上形成的两个图像中的另一个图像被称为“D图像”。检测与光电转换成的C图像和D图像相对应的两个图像信号之间的(包括偏移方向的)偏移量作为相位差，这使得能够计算表示摄像光学系统的焦点状态的(包括离焦方向的)离焦量。图6 8示出图3A 5B所示的摄像像素和焦点检测像素的配置规则示例。图6示出当焦点检测像素离散配置在摄像像素之间时的最小单位的像素配置规则的示例。在图6中，将10行XlO列(=100个像素)的正方形区域定义为一个块。在左上角的块BLKh(l，l)中，利用在水平方向上进行光瞳分割的一组焦点检测像素Sha和Shb 替换最左下角的R像素和B像素。在与块BLKh (1，1)相邻的右侧的块BLKv (1，2)中，利用在垂直方向上进行光瞳分割的一组焦点检测像素、和、替换最左下角的R像素和B像素。与块BLKh(l，l)相邻的位于下方的块BLKv (2，1)中的像素排列与块BLKv(l，2)中的像素排列相同。此外，与块 BLKv (2,1)相邻的右侧的块BLKh (2，2)中的像素排列与块BLKh (1，1)中的像素排列相同。当概括该配置规则时，在块BLK(i，j)中，如果i+j的值为偶数，则配置水平方向上的光瞳分割用的焦点检测像素，而如果i+j的值为奇数，则配置垂直方向上的光瞳分割用的焦点检测像素。然后，将2X2 = 4个块、换言之20行X20列(=400个像素)的区域定义为作为块的上位像素排列单位的群。图7示出以群为单位的像素排列规则的示例。由CST(u，w)来表示群。在图7中， 将由20行X 20列(=400个像素)构成的最左上角的群称为CST (1，1)。在群CST (1，1) 中，利用焦点检测像素Sha和Shb或者焦点检测像素Stc和Svd替换各块的最左下角的R像素和B像素。在与群CST(1，1)相邻的右侧的群CST(Id)中，将各块中的焦点检测像素配置在相对于群CST(1，1)在向上方向上偏移了两个像素的位置处。在与群CST(1，1)相邻的位于下方的群CST(2，1)中，将各块中的焦点检测像素配置在相对于群CST(1，1)在向右方向上偏移了两个像素的位置处。重复应用该规则使得能够获取图7所示的像素配置。该配置规则概括如下。通过将图4A或5A所示的包括G像素的四个像素形成为一个单位(对)、并且使用该单位的左上角的像素的坐标，来定义焦点检测像素的坐标。通过将左上角的像素的坐标定义为(1，1)、并将向下方向和向右方向定义为正方向来表示各块中的坐标。当应用前述定义时，在群CST(u，w)中，各块中的焦点检测像素对的水平坐标是 2XU-1，并且其垂直坐标是11-2XW。然后，将图7所示的5X5( = 25)个群的区域、换言之 100行X 100列(=10000个像素)的区域定义为场作为群的上位像素排列单位。图8示出以场为单位的像素配置规则的示例。由FLD(q，r)来表示场。在图8中， 将由100行X 100列(=10000个像素)构成的最左上角的场称为FLD (1，1)。在本实施例中，所有的场FLD(q，r)具有与场FLD(1，1)的像素配置相同的像素配置。因而，当在水平方向上排列30个FLD (1，1)并且在垂直方向上排列20个FLD (1，1) 时，3000列X 2000行(=6000000个像素)的摄像区域包括600个场。因而，可以使焦点检测像素均勻分布在整个摄像区域上。图9示出摄像元件106的光瞳分割功能。附图标记TL表示摄像光学系统，附图标记OBJ表示被摄体，并且附图标记IMG表示被摄体图像。如以上参考图3A和:3B所述，摄像像素接收已经通过摄像光学系统TL的出射光瞳 EP的整个区域的光束。另一方面，如以上参考图4A和4B以及图5A和5B所述，焦点检测像素具有光瞳分割功能。具体地，当从摄像元件106朝向摄像光学系统TL的图像侧观看时， 图4A所示的焦点检测像素^a接收已经通过左侧的出射光瞳区域EPha的光束LHA。同样， 焦点检测像素^、\。和Svd分别接收已经通过右侧的出射光瞳区域EPhb的光束LHB、上侧的出射光瞳区域EPve的光束LHC和下侧的出射光瞳区域EPvd的光束LHD。焦点检测像素均勻分布在摄像元件106的整个区域中，因而可以在整个摄像区域中进行焦点检测。图10的流程图示出本实施例的照相机中的摄像元件106的电荷累积控制处理。将说明利用电硬件对焦点检测像素的输出信号(像素信号)进行相加的情况。照相机微处理器112根据计算机程序执行该电荷累积控制处理。在步骤(以下缩写为S) 1000中，照相机微处理器112经由摄像电路11开始驱动摄像元件106(即，摄像)。在S1010中，照相机微处理器112设置作为焦点检测像素的AF用的电荷累积操作的重复次数(换言之，对焦点检测像素的累积电荷进行相加的次数)的累积相加次数AFN。 通过从照相机中的诸如掩模ROM区域或EEPROM区域等的存储区域读出值来执行累积相加次数AFN的设置。可以从外部配件经由该配件和照相机之间的通信来设置累积相加次数 AFN。接着，在S1020中，照相机微处理器112将用于对焦点检测像素的电荷累积操作的次数计数的计数器AF重置为0。接着，在S1030中，照相机微处理器112复位摄像元件106以初始化摄像像素和焦点检测像素。接着，在S1040中，照相机微处理器112使摄像元件106(换言之，摄像像素和焦点检测像素)进行电荷累积操作。在该步骤中，摄像像素和焦点检测像素进行持续了相同的预定时间段的电荷累积操作。按预定周期重复该流程图所示的处理，这使得摄像像素和焦点检测像素重复进行持续了预定时间段的电荷累积操作。接着，在S1050中，照相机微处理器112判断摄像元件106是否正被设置为摄像状态(即，摄像期间)。如果照相机正在进行摄像，则照相机微处理器112进入S1060。如果照相机没有正在进行摄像，则该处理结束。在S1060中，照相机微处理器112从摄像元件116中的各个摄像像素和各个焦点检测像素中读出与通过进行持续了预定时间段的电荷累积操作所累积的电荷相对应的像素信号。通过在保持所累积的电荷时读出该累积的电荷的非破坏性读出，来执行至少来自焦点检测像素的像素信号的读出。换言之，本实施例中的摄像元件106具有能够进行来自焦点检测像素的像素信号的非破坏性读出的结构。在图10中，将来自摄像像素和焦点检测像素的像素信号统称为 “所拍摄图像”。在按预定周期重复该流程图所示的处理期间，按该预定周期(换言之，在各次电荷累积操作之后)从摄像像素读出像素信号。使用通过摄像像素的一次电荷累积操作所获得的像素信号作为用于生成一个帧图像的第一像素信号。换言之，检测来自摄像像素的像素信号作为各帧中图像生成用的信号。另一方面，在预定周期的各次电荷累积操作之后，从焦点检测像素读出像素信号。然而，当按预定周期重复该流程图所示的处理时，从焦点检测像素读出的像素信号对应于如下的累积像素信号(第二像素信号以下称为“图像信号”)，该累积像素信号与非破坏性读出的在多次电荷累积操作期间在焦点检测像素中累积的电荷相对应。接着，在S1070中，照相机微处理器112从所有读出的像素信号中提取焦点检测像素的图像信号(在该图中为“AF图像”)。接着，在S1080中，照相机微处理器112使表示焦点检测像素的电荷累积操作的次数的计数器AF增加1。接着，在S1090中，照相机微处理器112判断从焦点检测像素获得的图像信号(累积像素信号)的水平是否等于或高于第一预定值。如果图像信号的水平等于或高于第一预定值，则照相机微处理器112判断为获得了具有足够的水平的图像信号，然后进入S1100。 另一方面，如果图像信号的水平低于第一预定值，则照相机微处理器112判断为图像信号的水平不够，然后进入步骤S1130。在SllOO中，照相机微处理器112判断来自焦点检测像素的图像信号的水平是否等于或低于比第一预定值大的第二预定值。如果图像信号的水平等于或低于第二预定值， 则照相机微处理器112判断为所获得的图像信号不包括图像信息已经丢失的区域，然后进入步骤S1110。另一方面，如果图像信号的水平包括高于第二预定值的部分，则照相机微处理器112判断为图像信号包括由于信号水平过高因而图像信息已经丢失的区域，然后进入 S1120。在S1120中，由于此时从焦点检测像素读出的图像信号包括图像信息已经丢失的区域，因此照相机微处理器112读出前次读出的并且存储在存储区域中的图像信号。然后， 照相机微处理器112进入S1110。在SlllO中，照相机微处理器112基于从焦点检测像素获得的图像信号(累积图像信号)进行焦点检测计算。具体地，照相机微处理器112计算从焦点检测像素Sha和Sha 或者焦点检测像素Stc和Svd所获得的两个图像信号之间的相位差，并且基于该相位差计算离焦量。然后，照相机微处理器112进入S1200。因而，在本实施例中，当通过一次电荷累积操作从焦点检测像素所获得的图像信号的水平没有达到第一预定值以上时，输出作为通过焦点检测像素的多次电荷累积操作所获得的累积像素信号的图像信号，以进行调焦控制。换言之，按与针对来自摄像像素的像素信号的检测周期不同的检测周期、即在各多个帧之后，检测来自焦点检测像素的图像信号作为调焦控制用的信号。在S1130中，照相机微处理器112判断计数器AF是否等于或大于累积相加次数 AFN0如果计数器AF等于或大于累积相加次数AFN，则照相机微处理器112判断为已经进行了焦点检测像素的、持续了最长的累积时间段的电荷累积操作，然后进入S1140。另一方面， 如果计数器AF小于累积相加次数AFN，则照相机微处理器112判断为可以继续进行更多次的电荷累积操作，然后进入步骤S1150。在S1140中，尽管来自焦点检测像素的图像信号的水平没有达到预定信号水平时，但焦点检测像素的电荷累积操作的次数已经达到最大电荷累积次数。因而，照相机微处理器112使用存储区域中存储的来自焦点检测像素的图像信号(在该图中为“所提取图像”)来进行焦点检测计算。然后，照相机微处理器112进入S1200。
在S1150中，照相机微处理器112将来自焦点检测像素的图像信号(在该图中为 “AF图像”)存储在存储区域中。然后，照相机微处理器112进入S1160。在S1160中，照相机微处理器112复位摄像元件106中的仅摄像像素的累积电荷， 然后返回至S1040。在S1200中，照相机微处理器112根据通过焦点检测计算所获得的离焦量计算调焦透镜的驱动量。然后，照相机微处理器112将调焦控制命令发送至镜头微处理器201，从而使调焦透镜移动了该驱动量。镜头微处理器201经由透镜驱动电路23将调焦透镜驱动至聚焦位置。因而，进行了调焦控制。然后，照相机微处理器112返回至S1020。在本实施例中，由于在无需彼此区分摄像像素和焦点检测像素的情况下从这些像素读出像素信号，因此无需改变摄像像素和焦点检测像素之间的像素信号读出处理。结果， 可以简化作为信号处理器的照相机微处理器112的电路结构。此外，对于焦点检测像素，在不复位累积电荷直到进行了焦点检测计算为止的情况下，连续进行多次电荷累积操作。因此，可以在不增加图像信号的噪声水平的情况下提高调焦控制所使用的图像信号的信号水平。以上实施例已经说明了利用电荷累积操作的次数来设置焦点检测像素的电荷累积操作的上限的情况。然而，可以利用电荷累积时间段来限制电荷累积操作。换言之，可以输出通过进行焦点检测像素的、直到电荷累积操作的次数达到预定值为止的多次电荷累积操作而获得的信号作为第二像素信号，其中各次电荷累积操作均进行了预定时间段或整个电荷累积时间段。实施例2以下将说明本发明的第二实施例(实施例2)。将省略本实施例中与实施例1的说明相同的说明。图IlA和IlB示出以下情况向用于在摄像光学系统的水平方向(横向方向)上进行光瞳分割的焦点检测像素的如实施例1的图4A和4B所示的配置和结构添加与摄像像素和焦点检测像素不同的监视像素。图IlB示出图IlA所示的焦点检测像素Sha和监视像素、的0-0截面。与焦点检测像素Sha的输出信号的情况相同，不使用监视像素、的输出信号来进行图像生成。因而，在监视像素、中，与焦点检测像素^ia的情况相同，代替彩色膜，设置透明(白色)膜CFW。为了使监视像素、的感光度与焦点检测像素^ia的感光度一致，将布线层CL中形成的孔开口 OPm的开口面积设置为与焦点检测像素Sha的孔开口 OPha的开口面积相等。监视像素、接收已经通过作为摄像光学系统TL的出射光瞳的中央部的出射光瞳区域EPm的光束。图IlA和IlB示出在拜尔排列中将监视像素配置在与G像素相对应的位置的情况。然而，可以将监视像素配置在与离焦点检测像素近的R像素或B像素相对应的位置。图12的流程图示出实施例2的照相机中的摄像元件106的电荷累积控制处理。将说明利用电硬件对来自焦点检测像素的输出信号(像素信号)进行相加的情况。照相机微处理器112根据计算机程序执行该电荷累积控制处理。在步骤S1300中，照相机微处理器112经由摄像电路11开始驱动摄像元件106( 即，摄像)。随后S1310 S1360的处理与实施例1所述的S1010 S1060的处理相同。然而，在S1330中，还初始化监视像素。当在S1350中判断为正在进行摄像(S卩，在摄像期间) 时，在进行了 S1360的处理之后，照相机微处理器112进入S1370。本实施例中的摄像元件 106具有能够进行从焦点检测像素的像素信号的非破坏性读出的结构。当在S1350中判断为没有正在进行摄像时，该处理完成。在S1370中，照相机微处理器112读出作为来自用于判断焦点检测像素的累积水平的监视像素的像素信号的监视信号(以下称为“监视像素值”)。接着，在S1380中，照相机微处理器112使表示焦点检测像素的电荷累积操作的次数的计数器AF增加1。接着，在S1390中，照相机微处理器112进行监视像素值的积分处理。接着，在S1400中，照相机微处理器112判断监视像素值的积分值是否等于或高于预定值。如果积分值等于或高于预定值，则照相机微处理器112判断为从焦点检测像素获得了足够的水平的图像信号，然后进入S1410。另一方面，如果监视像素值的积分值低于预定值，则照相机微处理器112判断为图像信号的水平不够，然后进入S1430。在S1410中，照相机微处理器112从在S1360中读出的所有像素信号中提取作为焦点检测像素的累积像素信号的图像信号。以这种方式，在本实施例中，对在预定时间段的各次电荷累积操作之后从监视像素读出的监视像素值进行积分。当通过一次电荷累积操作、监视像素没有达到预定值以上时，输出通过焦点检测像素的多次电荷累积操作直到积分后的监视像素值的水平达到预定值以上为止所获得的图像信号，作为调焦控制用的图像信号。接着，在S1420中，照相机微处理器112基于提取出的来自焦点检测像素的图像信号进行焦点检测计算，然后进入S1500。在S1430中，照相机微处理器112判断表示所进行的焦点检测像素的电荷累积操作的次数的计数器AF是否等于或大于累积相加次数AFN。如果计数器AF等于或大于累积相加次数AFN，则照相机微处理器112判断为已经进行了焦点检测像素的、持续了最长的累积时间段的电荷累积操作，然后进入S1440。另一方面，如果计数器AF小于累积相加次数 AFN，则照相机微处理器112判断为可以进行更多次的电荷累积操作，然后进入S1450。在S1440中，尽管来自焦点检测像素的图像信号的水平没有达到预定信号水平， 但焦点检测像素的电荷累积操作的次数已经达到最大电荷累积次数。因而，照相机微处理器112使用存储区域中存储的来自焦点检测像素的图像信号(在该图中为“所提取图像”) 进行焦点检测计算。然后，照相机微处理器112进入S1500。在S1450中，照相机微处理器112将监视像素的像素值的积分值存储到存储区域中。然后，照相机微处理器112进入S1460。在S1460中，照相机微处理器112复位摄像元件106中的仅摄像像素的累积电荷， 然后返回至S1340。在S1500中，与实施例1中的S1200的情况相同，照相机微处理器112计算调焦透镜的驱动量，并且经由镜头微处理器201将调焦透镜驱动至聚焦位置。然后，照相机微处理器112返回至S1320。
根据本实施例，当从摄像元件读出像素信号时，检查焦点检测像素附近配置的监视像素的像素值(积分值)的水平。这使得能够判断出从数量比监视像素更多的焦点检测像素获得的图像信号。实施例3以下将说明本发明的第三实施例(实施例3)。将省略本实施例中与实施例1中的说明相同的说明。图13的流程图示出本实施例的照相机中的摄像元件106的电荷累积控制处理。将说明利用电硬件对焦点检测像素的输出信号(像素信号)进行相加的情况。照相机微处理器112根据计算机程序执行该电荷累积控制处理。在步骤S1600中，照相机微处理器112经由摄像电路11开始驱动摄像元件 106( S卩，摄像)。随后的S1610 S1650的处理与实施例1中的S1010 S1050的处理相同。当在S1650中判断为正在进行摄像(即，在摄像期间)时，照相机微处理器112进入 Sieeo0当判断为没有正在进行摄像时，该处理完成。在S1660中，照相机微处理器112从摄像元件106中的摄像像素和焦点检测像素中读出所累积的电荷(像素信号)。接着，在S1670中，照相机微处理器112从所有读出的像素信号中提取焦点检测像
素的像素信号。接着，在S1680中，照相机微处理器112使表示焦点检测像素的电荷累积操作的次数的计数器AF增加1。接着，在S1690中，照相机微处理器112通过图像计算处理进行从焦点检测像素读出的像素信号(图像信号在该图中为“AF图像”)的相加处理(合成处理)。接着，在S1700中，照相机微处理器112判断来自焦点检测像素的图像信号的水平 (相加值或合成值)是否等于或高于第一预定值。如果图像信号的水平等于或高于第一预定值，则照相机微处理器112判断为获得了具有足够的水平的图像信号，然后进入S1710。 另一方面，如果图像信号的水平低于第一预定值，则照相机微处理器112判断为图像信号的水平不够，然后进入步骤S1750。在S1710中，照相机微处理器112判断来自焦点检测像素的图像信号的水平是否等于或低于比第一预定值大的第二预定值。如果图像信号的水平等于或低于第二预定值， 则照相机微处理器112判断为所获得的图像信号不包括图像信息已经丢失的区域，然后进入步骤S1730。另一方面，如果图像信号的水平包括高于第二预定值的部分，则照相机微处理器112判断为图像信号包括由于信号水平过高因而图像信息已经丢失的区域，然后进入 S1720。在S1720中，由于此时从焦点检测像素读出的图像信号包括图像信息已经丢失的区域，因此照相机微处理器112读出前次读出的并且存储在存储区域中的图像信号。然后， 照相机微处理器112进入S1730。在S1730中，照相机微处理器112基于来自焦点检测像素的图像信号(相加值或合成值)进行焦点检测计算。在本实施例中，当通过一次电荷累积操作、图像信号的水平没有达到第一预定值以上时，照相机微处理器112对在多次电荷累积操作中的每次之后从焦点检测像素读出的图像信号进行合成(相加)，以生成调焦控制用的图像信号(第二像素信号)。然后，照相机微处理器112进入S1740。在S1750中，照相机微处理器112判断计数器AF是否等于或大于累积相加次数 AFN0如果计数器AF等于或大于累积相加次数AFN，则照相机微处理器112判断为已经进行了焦点检测像素的、持续了最长的累积时间段的电荷累积操作，然后进入S1760。另一方面， 如果计数器AF小于累积相加次数AFN，则照相机微处理器112判断为可以继续更多次的电荷累积操作，然后进入S1770。在S1760中，尽管来自焦点检测像素的图像信号的水平没有达到预定信号水平， 但焦点检测像素的电荷累积操作的次数已经达到最大电荷累积次数。因而。照相机微处理器112使用存储区域中存储的来自焦点检测像素的图像信号(相加值在该图中为“相加图像”)进行焦点检测计算。然后，照相机微处理器112进入S1740。在S1770中，照相机微处理器112将来自焦点检测像素的图像信号(在该图中为 “AF图像”)存储到存储区域中。然后，照相机微处理器112返回至S1630。在S1740中，与实施例1的S1200的情况相同，照相机微处理器112计算调焦透镜的驱动量，并且经由镜头微处理器201将调焦透镜驱动至聚焦位置。然后，照相机微处理器 112 进人 S1800。在S1800中，照相机微处理器112丢弃存储区域中存储的来自焦点检测像素的图像信号。然后，照相机微处理器112返回至S1620。在本实施例中，在摄像期间按预定采样速度进行像素信号读出，并且从所读出的像素信号中提取焦点检测像素的像素信号。因而，仅需要对摄像元件中的所有像素(摄像像素和焦点检测像素)进行同一电荷累积处理和同一读出处理，从而使得能够进行简单的控制。此外，在像素信号读出之后，对于焦点检测像素，通过图像计算来合成(相加)通过次数与从摄像像素的多次信号读出相对应的电荷累积操作所获得的像素信号(图像信号)，并且通过使用合成后的图像信号来进行焦点检测计算。因而，在不需要电路作为用于合成像素信号的硬件的情况下，可以提高来自焦点检测像素的图像信号的水平。根据各个实施例，通过摄像像素的持续了预定时间段的电荷累积操作来获得图像生成所使用的第一像素信号，而通过焦点检测像素的多次电荷累积操作(换言之，持续了比预定时间段长的时间段的电荷累积操作)来获得调焦控制所使用的第二像素信号。因而，可以提高与摄像像素相比较、更容易发生曝光量不足的焦点检测像素的有效感光度和低亮度检测界限。此外，摄像像素和焦点检测像素仅重复持续了相同的预定时间段的电荷累积操作，因而可以简化用于处理来自这些像素的信号的电路结构。尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不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、等同结构和功能。例如，在各个实施例中，已经说明了镜头可互换型的单镜头反光数字照相机。然而，本发明可以应用于镜头一体化型的数字静止照相机或摄像机。本申请要求2008年10月10日提交的日本专利申请2008-264059的优先权，在此通过引用包含其全部内容。产业上的可利用性
本发明可以提供能够在不使用复杂的电路结构的情况下、提高焦点检测像素的有效感光度和低亮度检测界限的摄像设备。
权利要求
1.一种摄像设备，包括摄像元件，其包括摄像像素和焦点检测像素，所述摄像像素对来自摄像光学系统的光束所形成的被摄体图像进行光电转换，并且所述焦点检测像素对来自所述摄像光学系统的光束中的两个分割光束所形成的两个图像进行光电转换；图像生成器，用于基于第一像素信号生成图像；调焦控制器，用于基于第二像素信号对所述摄像光学系统进行调焦控制；以及信号处理器，用于输出在所述摄像像素的各次持续预定时间段的电荷累积操作之后从所述摄像像素读出的信号作为所述第一像素信号，并且输出通过所述焦点检测像素的多次电荷累积操作所获得的信号作为所述第二像素信号。
2.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述摄像元件具有能够从所述焦点检测像素非破坏性地读出信号的结构，以及所述信号处理器在各次电荷累积操作之后从所述摄像像素和所述焦点检测像素读出信号，并且当在各次电荷累积操作之后从所述焦点检测像素非破坏性地读出的累积像素信号的水平达到预定值以上时，输出所述累积像素信号作为所述第二像素信号。
3.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述信号处理器在各次电荷累积操作之后从所述摄像像素和所述焦点检测像素读出信号，并且合成从所述焦点检测像素多次读出的信号以生成所述第二像素信号。
4.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述摄像元件包括与所述摄像像素和所述焦点检测像素不同的监视像素，以及所述信号处理器在各次电荷累积操作之后从所述监视像素读出监视信号以对所述监视信号进行积分，并且输出通过在积分后的监视信号的水平达到预定值以上之前进行的所述焦点检测像素的多次电荷累积操作所获得的信号，作为所述第二像素信号。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的摄像设备，其特征在于，所述信号处理器输出通过在所述焦点检测像素的电荷累积操作的次数和所述焦点检测像素的电荷累积时间段之一达到预定值以上之前进行的所述焦点检测像素的多次电荷累积操作所获得的信号，作为所述第二像素信号。
6.一种用于控制摄像设备的方法，所述摄像设备包括摄像元件，所述摄像元件包括摄像像素和焦点检测像素，所述摄像像素对来自摄像光学系统的光束所形成的被摄体图像进行光电转换，并且所述焦点检测像素对来自所述摄像光学系统的光束中的两个分割光束所形成的两个图像进行光电转换，所述方法包括以下步骤基于第一像素信号生成图像；基于第二像素信号对所述摄像光学系统进行调焦控制；以及输出在所述摄像像素的各次持续预定时间段的电荷累积操作之后从所述摄像像素读出的信号作为所述第一像素信号，并且输出通过所述焦点检测像素的多次电荷累积操作所获得的信号作为所述第二像素信号。
全文摘要
一种摄像设备，其包括摄像元件(106)，摄像元件包括摄像像素，用于对来自摄像光学系统(202)的光束所形成的被摄体图像进行光电转换；以及焦点检测像素，用于对来自摄像光学系统的光束的分割后的两个光束所形成的两个图像进行光电转换。摄像设备还包括图像生成器(112)，用于基于第一像素信号生成图像；以及调焦控制器(112)，用于基于第二像素信号对摄像光学系统进行调焦控制。信号处理器(112)输出在摄像像素的各次电荷累积操作持续了预定时间段之后从摄像像素读出的信号作为第一像素信号，并且输出通过焦点检测像素的多次电荷累积操作所获得的信号作为第二像素信号。
文档编号G02B7/28GK102177456SQ20098014030
公开日2011年9月7日 申请日期2009年10月2日 优先权日2008年10月10日
发明者中川和幸 申请人:佳能株式会社