成像设备和对焦位置检测方法

专利名称：成像设备和对焦位置检测方法
技术领域：
本发明涉及一种图像捕捉设备和该图像捕捉设备的对焦位置检测方法，该图像捕捉设备被配置成检测到对象的距离并且执行拍摄镜头的焦点位置控制。
背景技术：
关于检测到主对象的距离的对焦位置检测方法，存在对比法或相位差自动聚焦(“AF”)方法。在单镜头反光照相机中频繁地采用相位差AF方法，这是因为它与对比法相比能够以高速度和高精度执行对焦位置检测。常规单镜头反光照相机中所采用的相位差AF方法(例如，如在下文的专利文献I中公开的)设置有独立于固态图像捕捉元件部署在左侧和右侧的两个相位差检测线传感器，该固态图像捕捉元件捕捉对象的图像并且基于在第一线传感器的检测信息与第二线传感器的检测信息之间的相位差来检测到主对象的距离。在专利文献I中公开的相位差AF方法的问题在于，需要使用于在检测相位差中使用的检测线传感器独立于固态图像捕捉元件，并且因此，组件成本和制造成本增加，并且此夕卜，设备的尺寸变得更大。因此，如下文专利文献2中所公开的，已经提出将相位差检测像素安装在固态图像捕捉元件的光接收表面上。就捕捉对象的图像的固态图像捕捉元件而言，由于采用了利用相位差检测像素形成的固态图像捕捉元件，所以外部相位差检测传感器变得不必要，并且可实现成本降低。引用列表专利文献专利文献I JP-A-2010-8443专利文献2 JP-A-2010-9199
发明内容
技术问题然而，在专利文献2中公开的常规技术的目标在于单镜头反光照相机并且前提是安装大型固态图像捕捉元件。如在专利文献2中公开的，通过使一对相邻的像素中的每一个的光屏蔽膜孔径很小并且将光屏蔽膜孔径定位成朝在一侧和另一侧中的相位差检测方向(通常左和右)偏移，相位差检测像素被配置成检测相位差。即使使光屏蔽膜孔径减小一点，大型(大面积)固态图像捕捉元件(其中，每个像素具有大光接收面积)仍然能够以高速度和高精度获得相位差信息。然而，在每个像素的大光接收面积不大且其被安装在例如紧凑型照相机中的固态图像捕捉元件中，原始的光屏蔽膜孔径是小的。因此，如果通过将光屏蔽膜孔径设置成小的并且将光接收时间设置为短来以闻速度获得相位差 目 息，则发生问题，因为取决于对象的状态，相位差/[目息的精度(也就是，对焦位置检测的精度)降低。
本发明的目的是提供一种图像捕捉设备和检测该图像捕捉设备的对焦位置的方法，即使当采用小面积的固态图像捕捉元件时，无论对象的状态如何，该图像捕捉设备也能够通过以高速度和高精度获取相位差信息来计算对焦位置。问题的解决方案本发明的图像捕捉设备和对焦位置检测方法的特征在于，该图像捕捉设备包括:图像捕捉元件，其中成对像素二维地布置在相位差检测区域中，所述成对像素由光瞳分割的第一相位差检测像素和第二相位差检测像素配置，所述相位差检测区域被设置在捕捉对象的图像的光接收表面上；聚焦镜头，所述聚焦镜头被部署在所述图像捕捉元件的光路的前端处并且在所述光接收表面上形成对焦在对象上的光学图像；以及控制装置，所述控制装置计算在从所述第一相位差像素输出的关于所述成对像素的一侧布置方向的第一检测信息的第一分布曲线与从所述第二相位差检测像素输出的关于所述一侧布置方向的第二检测信息的第二分布曲线之间的相位差，并且基于所述相位差控制所述聚焦镜头并且将所述聚焦镜头控制到所述对焦位置，其中所述对焦位置检测方法包括:基于所述对象的状态来确定将所述相位差检测区域在垂直于所述相位差的检测方向的方向上被分割成的分割数目设置成第一分割数目η还是设置成大于η的第二分割数目m，通过对于通过将所述相位差检测区域分割成所述η份或所述m份而形成的分割的区域中的每一个，计算所述第一检测信息与所述第二检测信息之间的相关性来为每个分割的区域计算相关运算曲线，以及从通过在所述多个分割的区域的相关运算曲线上进行所需的计算处理而获得的总评估曲线获取散焦量，以驱动所述聚焦镜头并且将所述聚焦镜头控制到所述对焦位置。发明的有益效果根据本发明，即使当使用了小固态图像捕捉元件时，也可以获得与具有高速度和高精度的单镜头反光照相机的AF操作性能相当的AF操作性能，无论对象的状态如何。


图1是根据本发明的 实施例的图像捕捉设备的功能框图。图2是设置在图1中所示的固态图像捕捉元件的光接收表面上的相位差检测区域的解释性视图。图3是在图2的虚线矩形框内的表面的放大示意图。图4是描述通过提取仅图3的相位差检测像素而获取的相位差量和相位差检测像素所检测到的信号的概念的视图。图5是每个分割的区域的评估曲线和总评估曲线的解释性视图。图6是其中检测面部图像作为对象的情况的说明性视图。图7是基于在对象中是否存在面部图像进行AF处理的情况分类的处理序列的说明性视图。图8是其中当与相位差检测区域的面积相比较对象中的面部图像小的情况的说明性视图。图9是其中在对象中存在合影的面部图像的情况的说明性视图。图10是其中在对象中存在垂直对比度的情况的说明性视图。图11是图示基于对象的垂直对比度的存在/不存在进行情况分析的处理序列的流程图。图12是其中在对象中存在水平对比度的情况的说明性视图。图13是图示基于对象的水平对比度的存在/不存在进行情况分析的处理序列的流程图。图14是图示根据本发明的另一实施例的处理序列的流程图。图15是图示根据本发明的另一实施例的处理序列的流程图。
具体实施例方式在下文中，将参照附图作出本发明的实施例的描述。图1是根据本发 明的实施例的数字照相机的功能框图。本发明的数字照相机10对对象的静止图像或活动图像进行拍摄并且具有在照相机10的内部的对捕捉的图像信号进行数字处理的功能，其中该数字照相机包括:拍摄镜头20，该拍摄镜头20装备有长焦镜头和聚焦镜头；固态图像捕捉元件21，该固态图像捕捉元件21放置在拍摄镜头20的后面并且部署在拍摄镜头的图像形成表面上；模拟信号处理单元22，该模拟信号处理单元22对于从固态图像捕捉元件21的每个像素输出的模拟图像数据执行模拟处理，诸如例如，自动增益控制(“AGC”)或相关双采样处理等；模拟数字(A/D)转换单元23，该模拟数字(A/D)转换单元23将从模拟信号处理单元22输出的模拟图像数据转换成数字图像数据；驱动单元24，该驱动单元24响应于来自下文描述的系统控制单元(“CPU”)29的命令，驱动并且控制A/D转换单元23、模拟信号处理单元22、固态图像捕捉元件21、以及拍摄镜头20 ；以及闪光灯25，该闪光灯25响应于来自CPU29的命令，发出光。本发明的数字照相机10进一步包括:数字信号处理单元26，该数字信号处理单元26通过获得从A/D转换单元23输出的数字图像数据进行例如插值处理或白平衡补偿、RGB/YC转换处理；压缩/扩展处理单元27，该压缩/扩展处理单元27将图像数据压缩或扩展成JPEG格式等的图像数据；显示单元28，该显示单元28显示例如菜单和直通图像(throughimage)或捕捉的图像；系统控制单元(“CPU”)29，该系统控制单元29执行整个数字照相机的综合控制；内部存储器30，诸如例如帧存储器；介质接口(“I/F”)31，该介质接口处理在存储例如JPEG图像数据的存储介质32与介质接口之间的接口 ；以及总线39，该总线39连接上文所描述的所有组件。另外，操作单元33连接到系统控制单元29，在该操作单元33中，执行从用户输入的命令。系统控制单元29对从固态图像捕捉元件21输出的活动图像状态下的并且使用诸如数字信号处理单元26的其附属组件在数字信号处理单元26中被处理的捕捉的图像数据(直通图像)进行解释，以便计算评估曲线(相关运算曲线)和检测到主对象的距离。此外，系统控制单元29执行被部署在固态图像捕捉元件21的光路的前端处的拍摄镜头20的聚焦镜头的位置控制，并且通过驱动单元24使得对焦在对象上的光学图像形成在固态图像捕捉元件21的光接收表面上。固态图像捕捉元件21在本实施例中是CMOS型。虽然固态图像捕捉元件21的输出信号在模拟信号处理单元(AFE:模拟前端)22处被处理，但是AFE部(例如，进行相关双采样处理或钳位的电路、执行增益控制的信号放大电路)通常被安装为在固态图像捕捉元件芯片上的外围电路。而且，诸如水平偏转电路、竖直偏转电路、噪声降低电路、以及同步信号产生电路的其它电路作为外围电路被形成在围绕光接收部的固态图像捕捉元件21的芯片上。在一些情况下，还形成图1的A/D转换单元23。此外，即使固态图像捕捉元件21是CXD型，下述实施例实际上也是适用的。图2是固态图像捕捉元件21的光接收表面上的解释性视图。在附图中未图示的多个像素(光接收元件:光二极管)被布置并且被形成在固态图像捕捉元件21的光接收表面上的二维阵列中。在本实施例中，所述多个像素被布置并且被形成在方格网布置中。而且，像素布置并不限于方格网布置并且可以是所谓的蜂巢布置，在所谓的蜂巢像素布置中，偶数行的像素行被布置成相对于奇数行的像素行分别偏移1/2像素节距。矩形形状的相位差检测区域40被设置在光接收表面上的局部区域的位置处(在所图示的示例中的中央位置处)。虽然仅一个相位差检测区域40被设置在光接收表面上，但是多个相位差检测区域可以被设置，使得在拍摄屏幕中的任何地方实现AF。可以将光接收表面的整个区域用作相位差检测区域。在本实施例中，其特征在于，基于对象的状态彼此切换如下两种情况:如下所述通过在垂直于相位差检测方向(左右方向，即，在本示例中X方向被用作相位差检测方向)的方向(上下方向y)上将相位差检测区域40分割成4份来检测到对象的对焦位置的情况；以及作为一个区域来检测到对象的对焦位置而不分割相位差检测区域40的情况。而且，分割数目并不限于4，并且它可以是6、7或者任意数目。图3是图示为在相位差检测区域40内的图2的虚线矩形形状的框41的那部分的表面的放大示意图。多个像素被布置为在固态图像捕捉元件21的光接收表面上的方格网布置，对于相位差检测区域40而言 ，该方格网布置也是相同的。在示出的示例中，每个像素由R (红)、G (绿)、或B (蓝)指示。R、G、和B分别指示堆叠在像素上的滤色器的颜色。虽然在本示例中例示了拜耳布置，但是滤色器的布置并不限于拜耳布置，并且它可以是另一个滤色器布置，诸如条纹布置。虽然在相位差检测区域40内的像素布置和滤色器布置与相位差检测区域40之外的光接收表面的那些是相同的，但是在相位差检测区域40内彼此倾斜地相邻的成对的像素分别由Ix和Iy指示。用于相位差检测目的的所述成对像素被设置在相位差检测区域40内的离散且周期性位置处(在示出的实施例中在检查位置处)。而且，对在图示的示例中的拜耳布置而言，滤色器布置具有相互倾斜地相邻的相同颜色的像素。关于水平条纹布置，由于相同颜色的像素被布置在水平方向上，所以形成一对的两个像素与宽同向地彼此相邻。替代地，形成一对的两个像素可以不被设置在水平条纹布置中的相同颜色的过滤器行中，而是可以彼此分离并且分别被设置在竖直方向上离彼此最近的相同颜色的过滤器行中。上述情况也适用于竖直条纹布置。在本实施例中，相位差检测像素IX、Iy被安装在安装有G过滤器的像素上，该安装有G过滤器的像素是R、G、和B当中最多的，并且在水平方向(X方向)上以八个像素的间隔且在竖直方向(y方向)上以八个像素的间隔被布置，并且此外，整体上将被定位在检查位置处。因此，当在相位差方向(水平方向)上被观察时，相位差检测像素Ix以4像素的间隔被布置。图4是示意性地图示从图3提取的仅相位差检测像素lx、ly的视图。关于形成成对像素的相位差检测像素lx、ly，如在专利文献2中，相位差检测像素的光屏蔽孔径2x、2y被形成为小于其它像素(相位差检测像素之外的像素)。而且，像素Ix的光屏蔽孔径2x在左方向上被偏心地设置，并且像素Iy的光屏蔽孔径2y在右方向上被偏心地设置(相位差方向)。在图4的下部处图示的曲线X是绘制出在一个水平行中对齐的相位差检测像素Ix的检测信号量的图形，并且曲线Y是绘制出与像素Ix形成一对的相位差检测像素Iy的检测信号量的图形。认为在成对像素Ix和Iy中的像素从相同的对象接收光，因为它们是相邻的像素并且彼此非常近。由于这个原因，认为曲线X和曲线Y成为相同的形式，并且左右方向(相位差方向)的偏差变成在光瞳分割的成对像素的一侧的像素Ix处观察到的图像与在另一侧的像素Iy处观察的图像之间的相 位差量。通过执行曲线X和曲线Y的相关操作，可以计算相位差量(水平偏差量)，并且可以基于该相位差量来计算到对象的距离。关于计算曲线X和曲线Y的相关量的评估值的方法，可以采用已知的方法(例如，在专利文献I中描述的方法或在专利文献2中描述的方法)。例如，在形成曲线X的点X (i)中的每一个与在形成曲线Y的点Y (i+j)中的每一个之间的差的绝对值的积分值被设置为评估值，并且提供最大值评估值的值j被设置为相位差量(水平偏差量)。然而，在每个像素的光接收面积小的情况下，每个信号量变得小并且噪音比增加，并且因此，即使执行了相关操作，也变得难以精确地检测相位差。因此，如果为在竖直方向上的多个像素添加从在相同的水平位置上的像素Ix检测到的信号，并且为在水平方向上的在图2的相位差检测区域40内的多个像素添加从在相同的水平位置上的像素Iy检测到的信号，则噪音的影响降低并且可以增强检测精度(AF精度)。然而，增加用于像素添加的像素的数目并不总是好事。当用于像素添加的像素的数目增加时，随着用于像素添加的像素的数目增加，作为在相位差检测区域40中的像素添加的目标的相位差检测像素的布置区域沿竖直方向(垂直的方向)延伸。关于对象的图案，在相位差检测区域40的上部处捕捉的图案图像、在中部处捕捉的图案图像、以及在下部处捕捉的图案图像通常相互不同。由于这个原因，如果相位差检测区域40被设置为一个区域，并且基于对象的状态在其像素上执行像素添加，则可能存在如下情况:由于对象的图案在像素添加之后在相位差检测方向(水平方向)上被均衡，所以用于计算相位差的评估值减小。因此，在本实施例中，基于对象的状态将相位差检测区域40分割成四份，并且像素添加的范围被限制于每个分割的区域的内部，使得除分割的区域之外不执行像素添加。也就是，通过对分割的区域1、I1、II1、IV中的每一个执行像素添加而获得分割的区域评估曲线(相关运算曲线)，并且通过相加单独的分割的区域评估曲线而获得相位差检测区域40的总体评估曲线(总评估曲线)。图5是图示被分割的区域评估曲线(每个分割的区域的相关运算曲线)1、I1、II1、IV和通过四个被分割的区域评估曲线相加而获得的总评估曲线(整个区域的评估曲线)V的图形。分割的区域评估曲线I通过对图4的曲线X和图4的曲线Y上执行相关操作而获得，图4的曲线X通过对于在竖直方向上(例如，图3的符号45)的在分割的区域I内的相位差检测像素Ix的检测信号执行像素添加而获得，图4的曲线Y通过对于在竖直方向上(例如，图3的符号46)的在分割的区域I内的相位差检测像素Iy的检测信号执行像素添加而获得。在该示例中，最大评估值作为最小值被获得。同样，分割的区域评估曲线II是从分割的区域II获得的评估曲线，分割的区域评估曲线III是从分割的区域III获得的评估曲线，并且分割的区域评估曲线IV是从分割的区域IV获得的评估曲线。对于布置在相位差检测区域40的竖直方向上的相位差检测像素Ix的像素数目而言，由于用以获得四个分割的区域的四条评估曲线1、I1、II1、IV中的每一条的像素添加的像素的数目在分割的区域的数目上变为大致1，所以对象的图案被均衡是不太可能的，并且精确地计算评估值成为可能。然后，通过求和四个分割的区域评估曲线1、I1、II1、IV来获得总评估曲线V并且此外在该总评估曲线V中执行子像素插值来计算用于将聚焦镜头调节至对焦位置的相位差量(散焦量)。因此，在维持对象的分割的区域中的每一个的评估值的同时，对噪音具有鲁棒性的相位差的高度精确的计算的执行成为可能。在图5中，由于横坐标轴的一个单位是图3的相位差检测像素的像素间隔(由于它是以八个像素为间隔的检查布置，所以它变成4个像素的间隔)，所以通过考虑例如总评估曲线V的最小值的位置和对于该最小值延伸至右侧的曲线以及延伸至左侧的曲线的每个斜率执行子像素插值来计算提供最小真值(最大评估值)的位置，即，相位差量。因此，通过图3的一个像素单元来计算相位差量成为可能。如上文所描述的，通过将相位差检测区域分割成多个区域并且为分割的区域中的每一个执行相关操作来以高精度计算对焦位置成为可能。然而，由于相关运算花费时间，所以分割数目的增加充当妨碍AF加速的因素。因此，在本实施例中，在可以确定即使通过基于对象的状态将相位差检测区域40设置为一个区域而不对相位差 检测区域40进行分割来执行相位差检测像素的像素添加，AF精度也很高的情况下，通过获得最佳值来计算对焦位置。并且通过对于在竖直方向上在相位差检测区域40内的相位差检测像素Ix和Iy执行像素添加以及对于用于像素Ix的添加信号的图4的曲线X和用于像素Iy的添加信号的图4的曲线Y执行相关操作来获得最佳值。因此，促进了 AF操作的加速。而且，在认为期望取决于对象的状态来分割相位差检测区域40以便于提高AF精度的情况下，通过在图5中描述的方法来计算对焦位置。图6图示其中在相位差检测区域40中反映面部图像的情况。人类面部图像通常是低频率并且难以聚焦。因此，在这样的情况下，期望分割相位差检测区域40以便于增加AF精度。图7是图示CPU29进行的处理序列的流程图。当AF操作开始，首先在步骤SI中确定是否检测到面部。在检测到面部的情况下，步骤SI进入步骤S2并且相位差检测区域40被分割成多个区域。在本实例中，它被分割成4个。然后，在下一个步骤S3中通过对分割的区域中的每一个执行相关运算来计算用于被分割的区域中的每一个的评估曲线1、11、111、1￥，并且在下一个步骤54中通过对分割的区域中的每一个评估曲线1、I1、II1、IV求和来获得总评估曲线V。然后，接着是步骤S7，其中，通过执行子像素插值来为总评估曲线V获得最佳评估值，并且计算提供最佳评估值的相位差量(散焦量)。然后，在下一个步骤S8中通过控制聚焦镜头的位置来执行对焦控制，并且终止该处理。在其中作为步骤SI的确定的结果而没有检测到面部图像的情况下，步骤SI后接着是步骤S5并且将相位差检测区域40作为不被分割的一个区域对待。在步骤S6中，将对于在相位差检测区域40中添加的相位差检测像素Ix获得的图4的曲线X和对于在相位差检测区域40中添加的相位差检测像素Iy获得的曲线Y执行相关操作。然后，基于作为相关操作的结果而获得的总评估曲线来计算散焦量(步骤S7)，并且执行聚焦镜头的对焦控制(步骤S8)。根据本实施例，在其中检测到面部图像的情况下相位差检测区域40被分割以增加AF精度，并且可以在其中没有检测到面部图像的情况下不分割相位差检测区域40来加速AF操作。另外，还是面部图像，例如，当面部图像小于与如图8中图示的相位差检测区域40时，易于检测对焦位置，因为高频分量增加。而且，在大量的小面部存在于如图9中所图示的相位差检测区域40的合影拍摄的情况下，易于检测对焦位置，因为高频分量增加。为此，即使当在没有分割相位差检测区域40的情况下步骤I进入步骤S5和步骤S6时，也变得能够确保AF精度。因此，确定图8和图9的状态的步骤可以被插入在步骤SI和步骤S2之间以执行关于基于面部的存在/不存在、面部的大小、以及是主对象的面部的数目来确定是否驱动相位差检测区域40的情况分类。图10图示在相位差检测区域40上反映的上下方向中(在垂直于相位差检测方向的方向中)的对象的对比度高的情况，并且图11是图示基于在垂直于相位差检测方向的方向中的对比度的高度的情况分类的处理序列的流程图。在此，对比度指示相位差检测区域40内的对比度的高度的值，该值通过例如经由高通滤波器从捕捉的图像信号中提取高频分量来获得。而且，对 与图7的处理步骤相同的处理步骤分配相同的步骤编号，并且将会省略其详细描述。首先，当AF操作开始时，在步骤Sll中计算在垂直于相位差检测方向(与其成直角)的方向中的对比度并且然后在接下来的步骤S12中确定在步骤Sll中计算的对比度是否比临界值更高。在对比度较高的情况下，接着执行步骤S2并且相位差检测区域40被分害I]。在对比度较低的情况下，接着执行步骤S5并且相位差检测区域40作为没有被划分的一个区域被对待。下述处理序列与图7的相同。在相位差检测区域40的垂直方向中的对比度高的情况下，如果通过将相位差检测区域40设置为一个区域对所有的相位差检测像素lx、Iy执行像素添加，则添加之后的对象的图案被均衡并且对比度的差没有被反映。因此，不能够获得高的评估价。因此，在本实施例中，在垂直方向的对比度高的情况下，接着执行步骤S2。在步骤S2中，相位差检测区域40被分割并且噪声的影响被减少，从而增强AF精度。同时，在垂直方向的对比度低的情况下，在没有分割相位差检测区域40的情况下获得评估曲线，从而促进AF操作的加速。图12图示在相位差检测区域40中反映的对象的左右方向(与相位差检测方向相同的方向)中的对比度高的情况，并且图13是图示基于相位差检测方向中的对比度的高度的情况分类的处理序列的流程图。而且，对与图7的处理步骤相同的处理步骤分配有相同的步骤数字并且将会省略其详细描述。
在本实施例中，首先在步骤S13中计算相位差检测方向的对比度。并且，在接下来的步骤S14中，确定对比度是否低于临界值。在左右方向的对比度低于临界值的情况下，接着执行步骤S2以增加AF精度并且在对比度高于临界值的情况下，接着执行步骤S5以促进AF操作的加速。后面的处理序列与图7的相同。如果在与相位差检测方向相同的方向中对比度高，则图4的曲线X和曲线Y的形式变成清楚的形式并且这两者之间的误差量的计算变得容易。因此，当相位差检测方向的对比度高时，在没有进行相位差检测区域的分割的情况下有助于AF操作的加速。在图11和图12的处理被一起使用的情况下，期望配置处理使得当水平方向的对比度低时基于垂直方向的对比度做出确定。图14是图示本发明的另一实施例的处理序列的流程图。而且，对与图7的处理步骤相同的处理步骤分配有相同的步骤数字并且将会省略其详细描述。在本实施例中，当AF操作开始时，首先确定对象的亮度是否比临界值明亮(步骤S15)。在对象是明亮的情况下，易于展示AF精度，因为存在足够的曝光。而且，在对象是黑暗的情况下，难以展示AF精度。因此，接着执行步骤S2，其中在对象的亮度低的情况下分割区域。而且，在对象的亮度是明亮的情况下，接着执行步骤S5并且通过将相位差检测区域40设置为一个区域来促进AF操作的加速。下面的处理序列与图7的相同。图15是图示 本发明的另一实施例的处理序列的流程图。而且，对于与图7的处理步骤相同的处理步骤分配有相同的步骤数字并且将会省略其详细描述。在本实施例中，当AF操作开始时，在步骤S16首先计算对象图像的频率特性。然后，在接下来的步骤S17中确定是否存在许多高频分量并且然后在存在少许高频分量的情况下，接着执行步骤S2以获得AF精度。在存在许多高频分量的情况下，接着执行步骤S5以进行高速度AF，因为通过一个区域可以实现足够的AF精度。下面的处理序列与图7的相同。如在图3中所例示，在捕捉对象图像的具有相位差检测像素lx、ly和正常像素的图像传感器的情况下，正常像素可以识别的频率高于相位差检测像素可以识别的频率，因为正常像素的密度通常高。基于由正常像素检测到的对象图像的频率进行关于是接着执行步骤S2还是步骤S5的情况分类。结果，甚至对于具有许多高频分量的对象来说变得能够以高速度和高精度进行AF。如在上述的实施例中，变得能够获得具有与单镜头反光照相机的相同的高速度或者高精度的AF性能，即使使用小区域内的图像捕捉元件，因为基于对象的状态确定是将相位差检测区域作为一个区域来处理还是分割成多个区域，并且在其中利用一个区域预期AF精度情况下不进行分割来促进AF处理的加速，并且当没有预期AF精度时通过分割相位差检测区域来执行相位差AF处理。此外，虽然在上文描述的实施例中已经通过使用其中由于光瞳分割的像素对形成相位差检测像素并且被部署成在相对的方向上偏移，光线屏蔽孔径被形成为小的示例做出了本描述，但是通过光瞳分割来形成相位差检测像素的方法并不限于此。例如，可以通过安装微型镜头到成对像素上来对该成对像素进行光瞳分割。而且，在上述实施例中，虽然基于对象的状态将通过相位差检测区域被分割成多个区域的相位差AF方法进行对焦位置检测和通过相位差检测区域没有被分割的相位差AF方法进行对焦位置检测(即，分割数字是“I”)分开，但是基于对象的状态可以改变分割数字。例如，可以基于对象的状态使将分割数字设置为“2”还是“4”分开。如果分割数字被减小，则减少相关运算处理并且能够进行高速度的AF处理。此外，虽然在上述实施例中通过将所有的分割的区域评估曲线相加获得总评估曲线，但是不需要将所有分割的区域评估曲线定为要被相加的目标。不可靠的被分割的区域评估曲线或者最小值(最大评估值)的位置很大地不同于其它的被分割的区域评估曲线的最小值(最大评估值)的位置的被分割的区域评估曲线可以被排除并且，可以仅对其可靠性比临界值高的多个区域的评估曲线执行所要求的运算处理(实施例中的相加处理)。此外，虽然已经描述了在其中通过对于上述实施例中的相应的区域执行用于相关运算曲线的所要求的操作处理获得总(或者多个区域)评估曲线的情况下计算“相加总数”作为所要求的操作操作的示例，但是可以获得诸如“平均值”或者“乘法值”的其它值。此外，虽然在上文描述的实施例已经围绕其中检测相位差的成对像素被安装在离散的、周期性的位置处的示例做出了本描述，但是所述成对像素不一定安装在离散的、周期性的位置处并且可以在随机位置处(即使安装在相同行中的相位差检测像素是在随机位置处，也可计算曲线X、Y)。而且，所有像素可以被设置为相位差检测像素。实施例的图像捕捉设备和对焦位置检测方法的特征在于，该图像捕捉设备包括:图像捕捉元件，其中成对像素二维地布置在相位差检测区域中，所述成对像素由光瞳分割的第一相位差检测像素和第二相位差检测像素配置，所述相位差检测区域被设置在捕捉对象的图像的光接收表面上；聚焦镜头，所述聚焦镜头被部署在所述图像捕捉元件的光路的前端处并且在所述光接收表面上形成对焦在对象上的光学图像；以及控制装置，所述控制装置计算在从所述第一相位差检测像素输出的关于所述成对像素的一侧布置方向的第一检测信息的第一分布曲线与从所述第二相位差检测像素输出的关于所述一侧布置方向的第二检测信息的第二分布曲线之间的相位差，并且基于所述相位差驱动所述聚焦镜头并且将所述聚焦镜头控制到所述对焦位置，其中所述控制装置包括:装置，基于所述对象的设置状态来确定将所述相位差检测区 域在垂直于所述相位差的检测方向的方向上被分割成的分割数目设置成第一分割数目η还是设置成大于η的第二分割数目m ;装置，通过对于通过将所述相位差检测区域分割成所述η份或所述m份而形成的分割的区域中的每一个，计算所述第一检测信息与所述第二检测信息之间的相关性来为每个分割的区域计算相关运算曲线，以及装置，从通过对于所述多个分割的区域的相关运算曲线进行所需的计算处理而获得的总评估曲线获取散焦量以驱动所述聚焦镜头并且将所述聚焦镜头控制到所述对焦位置。并且，本实施例的图像捕捉设备和所述对焦位置检测方法的特征在于，所述第一分割数目η包括1，并且当η=1时，所述分割的区域的相关运算曲线被设置为所述多个分割的区域的相关运算曲线。并且，本实施例的图像捕捉设备和所述对焦位置检测方法的特征在于，通过对象图像的空间频率特性确定对象的状态，使得当对象具有大于临界值的高频分量时，第一分割数目η被选择，并且当对象具有小于临界值的高频分量时，第二分割数目m被选择。并且，本实施例的图像捕捉设备和所述对焦位置检测方法的特征在于，基于面部图像的存在/不存在确定对象的状态，使得当面部图像不存在时，选择第一分割数目，并且当面部图像存在时，选择第二分割数目m。并且，本实施例的图像捕捉设备和对焦位置检测方法的特征在于，基于主对象的图像大小确定对象的状态，使得当主对象小于用于相位差检测区域的临界值时，选择第一分割数目n，并且当主对象大于该值时，选择第二分割数目m。并且，本实施例的图像捕捉设备和对焦位置检测方法的特征在于，基于与相位差检测区域的相位差检测方向垂直的方向中的对比度值确定对象的状态，使得当对比度值小时，选择第一分割数目n，并且当对比度值大时，选择第二分割数目m。并且，本实施例的图像捕捉设备和对焦位置检测方法的特征在于，基于相位检测区域的相位差检测方向中的对比度值确定对象的状态，使得当对比度值大时，选择第一分割数目n，并且当对比度值小时，选择第二分割数目m。并且，本实施例的图像捕捉设备和对焦位置检测方法的特征在于，基于对象的亮度确定对象的状态，使得当对象的亮度比某个值明亮时，选择第一分割数目n，并且当对象的亮度比该值黑暗时，选择分割数目m。根据上文描述的实施例，无论对象的状态如何，能够通过相位差AF方法实现与单镜头照相机的相当的高速度AF和高精度AF。工业实用性根据本发明的对焦位置检测方法当被应用于例如数字照相机尤其是紧凑型数字照相机、安装有照相机的便携式电话、安装有照相机的电子设备、以及用于内窥镜的图像捕捉元件时是有用的，因为可以获得高速度和高精度AF性能，而无论对象的状态如何。本申请是基于2010年11月30日提交的日本专利申请N0.2010-267933并且该日本专利申请的公开内容通过弓I用整体并入本文。
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附图标记清单lx、Iy:相位差检测像素2x、2y:相位差检测像素的光屏蔽膜孔径10:图像捕捉设备20:拍摄镜头21:固态图像捕捉元件24:驱动单元26:数字信号处理单元29:系统控制单元40:相位差检测区域I，II，III，IV:分割的区域
权利要求
1.一种图像捕捉设备，包括: 图像捕捉元件，其中成对像素二维地布置在相位差检测区域中，所述成对像素每一个由光瞳分割的第一相位差检测像素和第二相位差检测像素来配置，所述相位差检测区域被设置在捕捉对象的图像的光接收表面上； 聚焦镜头，所述聚焦镜头被部署在所述图像捕捉元件的光路的前端处并且在所述光接收表面上形成对焦在所述对象上的光学图像；以及 控制装置，所述控制装置计算在从所述第一相位差检测像素输出的关于所述成对像素的一侧布置方向的第一检测信息的第一分布曲线与从所述第二相位差检测像素输出的关于所述一侧布置方向的第二检测信息的第二分布曲线之间的相位差，并且基于所述相位差驱动所述聚焦镜头并且将所述聚焦镜头控制到对焦位置，其中所述控制装置包括: 装置，用于基于所述对象的状态来确定将所述相位差检测区域在垂直于所述相位差的检测方向的方向上被分割成的分割数目设置成第一分割数目η还是大于η的第二分割数目m, 装置，用于通过对于通过 将所述相位差检测区域分割成所述η份或所述m份而形成的分割的区域中的每一个，计算所述第一检测信息与所述第二检测信息之间的相关性，来为每个分割的区域计算相关运算曲线，以及 装置，用于从通过对于所述多个分割的区域的相关运算曲线进行所需的计算处理而获得的总评估曲线获取散焦量，以驱动所述聚焦镜头并且将所述聚焦镜头控制到所述对焦位置。
2.根据权利要求1所述的图像捕捉设备，其中所述第一分割数目η包括1，并且当η=1时，所述分割的区域的相关运算曲线被设置为所述多个分割的区域的相关运算曲线。
3.根据权利要求1或2所述的图像捕捉设备，其中基于对象图像的空间频率特性确定所述对象的状态，使得当所述对象具有大于临界值的高频分量时，选择所述第一分割数目n，并且当所述对象具有小于所述临界值的高频分量时，选择所述第二分割数目m。
4.根据权利要求1或2所述的图像捕捉设备，其中基于面部图像的存在/不存在确定所述对象的状态，使得当所述面部图像不存在时，选择所述第一分割数目n，并且当所述面部图像存在时，选择所述第二分割数目m。
5.根据权利要求1或2所述的图像捕捉设备，其中基于主对象的图像大小确定所述对象的状态，使得当所述主对象小于用于所述相位差检测区域的临界值时，选择所述第一分割数目n，并且当所述主对象大于所述值时，选择所述第二分割数目m。
6.根据权利要求1或2所述的图像捕捉设备，其中基于在所述相位差检测区域内的被捕捉的图像信号的高电平频率分量的强度值(对比度值)当中的、垂直于所述相位差检测区域的相位差检测方向的方向中的对比度值，确定所述对象的状态，使得当所述对比度值小时，选择所述第一分割数目n，并且当所述对比度值大时，选择所述第二分割数目m。
7.根据权利要求1或者2所述的图像捕捉设备，其中基于在所述相位检测区域的相位差检测方向的被捕捉的图像信号的高电平频率分量的强度值(对比度值)确定所述对象的状态，使得当所述对比度值大时，选择所述第一分割数目n，并且当所述对比度值小时，选择所述第二分割数目m。
8.根据权利要求1或者2所述的图像捕捉设备，其中基于所述对象的亮度确定所述对象的状态，使得当所述对象的亮度比某个值明亮时，选择所述第一分割数目Π，并且当所述对象的亮度比所述值黑暗时，选择所述分割数目In。
9.一种图像捕捉设备的对焦位置检测方法，所述图像捕捉设备包括图像捕捉元件，其中成对像素二维地布置在相位差检测区域中，所述成对像素由光瞳分割的第一相位差检测像素和第二相位差检测像素来配置，所述相位差检测区域被设置在捕捉对象的图像的光接收表面上；聚焦镜头，所述聚焦镜头被部署在所述图像捕捉元件的光路的前端处并且在所述光接收表面上形成对焦在所述对象上的光学图像；以及控制装置，所述控制装置计算在从所述第一相位差像素输出的关于所述成对像素的一侧布置方向的第一检测信息的第一分布曲线与从所述第二相位差检测像素输出的关于所述一侧布置方向的第二检测信息的第二分布曲线之间的相位差，并且基于所述相位差驱动所述聚焦镜头并且将所述聚焦镜头控制到所述对焦位置，其中所述方法包括: 基于所述对象的状态来确定将所述相位差检测区域在垂直于所述相位差的检测方向的方向上被分割成的分割数目设置成第一分割数目η还是设置成大于η的第二分割数目m， 通过对于通过将所述相位差检测区域分割成所述η份或所述m份而形成的分割的区域中的每一个，计算所述第一检测信息与所述第二检测信息之间的相关性，来为每个分割的区域计算相关运算曲线，以及 从通过对于所述多个分割的区域的相关运算曲线进行所需的计算处理而获得的总评估曲线获取散焦量，以驱动所述聚焦镜头并且将所述聚焦镜头控制到所述对焦位置。
10.根据权利要求9所述的图像捕捉设备的对焦位置检测方法，其中所述第一分割数目η包括n=l，并且当n=l时，所述分割的区域的相关运算曲线被设置为所述多个分割的区域的相关运算曲线。
11.根据权利要求9或10所述的图像捕捉设备的对焦位置检测方法，其中通过对象图像的空间频率特性确定所述对象 的状态，使得当所述对象具有大于临界值的高频分量时，选择所述第一分割数目n，并且当所述对象具有小于所述临界值的高频分量时，选择所述第二分割数目m。
12.根据权利要求9或10所述的图像捕捉设备的对焦位置检测方法，其中基于面部图像的存在/不存在确定所述对象的状态，使得当所述面部图像不存在时，选择所述第一分割数目n，并且当所述面部图像存在时，选择所述第二分割数目m。
13.根据权利要求9或10所述的图像捕捉设备的对焦位置检测方法，其中基于主对象的图像大小来确定所述对象的状态，使得当所述主对象小于用于所述相位差检测区域的临界值时，选择所述第一分割数目n，并且当所述主对象大于所述值时，选择所述第二分割数目m。
14.根据权利要求9或10所述的图像捕捉设备的对焦位置检测方法，其中基于垂直于所述相位差检测区域的相位差检测方向的方向中的对比度值确定所述对象的状态，使得当所述对比度值小时，选择所述第一分割数目n，并且当所述对比度值大时，选择所述第二分割数目m。
15.根据权利要求9或者10所述的图像捕捉设备的对焦位置检测方法，其中基于所述相位检测区域的相位差检测方向中的对比度值确定对象的状态，使得当所述对比度值大时，选择所述第一分割数目n，并且当所述对比度值小时，选择所述第二分割数目m。
16.根据权利要求9或者10所述的图像捕捉设备的对焦位置检测方法，其中基于所述对象的亮度确定所述对象的状态，使得当所述对象的亮度比某个值明亮时，选择所述第一分割数目n，并且 当所述对象的亮度比所述值黑暗时，选择所述分割数目m。
全文摘要
本发明的目的是，无论拍摄对象的状态如何，实现高速度和高精度的相位差自动聚焦。提供的是一种成像设备，包括控制装置，该控制装置在光接收表面中的相位差检测区域内布置和形成光瞳分割的第一和第二相位差检测像素(x,y)，并且基于在像素(x,y)的每一个检测信息之间的相位差来将在图像捕捉元件的前端处的聚焦镜头驱动和控制到焦点位置。该控制装置基于拍摄对象的状态(例如，是否存在脸部)确定应当将相位差检测区域的分割数目设置成第一分割数目n(包括n=1)还是设置成大于n的第二分割数目m；通过对于通过将相位差检测区域分割成n份或m份而形成的每一个分割区域，算术上找到第一信息与第二信息之间的相关性并且计算分割的区域评估曲线；对于每一个分割的区域的分割的区域评估曲线执行指定的算术处理并且找到总评估曲线；以及从总评估曲线找到用于驱动的散焦量以将聚焦镜头控制到对焦位置。
文档编号G02B7/34GK103238097SQ201180057598
公开日2013年8月7日 申请日期2011年11月18日 优先权日2010年11月30日
发明者青木贵嗣 申请人:富士胶片株式会社