具有摄像装置的摄像设备及其控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种能够兼顾焦点检测性能及摄像性能的摄像设备及其控制方法。多个摄像像素检测由成像光学系统形成的被摄体图像，并生成摄像用图像；以及针对各个摄像像素而设置的透镜，将入射光会聚到各个摄像像素上。摄像像素各自包括在第一方向上以及与第一方向垂直的第二方向上进行分割的多个光电转换部。各个光电转换部对穿过所述成像光学系统的出射光瞳中的与各个光电转换部相对应的部分光瞳区域的各个被摄体图像进行光电转换，并输出用于检测被摄体图像之间的相位差的焦点检测信号。所述透镜在所述第一方向上的第一曲率和所述透镜在所述第二方向上的第二曲率不同。
【专利说明】具有摄像装置的摄像设备及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有诸如图像传感器的摄像装置的摄像设备及其控制方法。
【背景技术】
[0002]作为一种检测诸如数字照相机的摄像设备中的摄像镜头的焦点状态的方法，通常已知有使用针对各个像素设置微透镜的二维摄像装置的光瞳分割相位差法(光入射面相位差法)。
[0003]例如，根据美国专利US4410804所述，使用二维摄像装置并利用光入射面相位差法来检测摄像镜头的焦点状态，在该二维摄像装置中，针对一个像素，设置有一个微透镜并形成多个光电转换部件。这里，多个光电转换部件经由一个微透镜接收摄像镜头的出射光瞳的不同区域中的光。通过根据从多个光电转换部件中输出的信号获取图像偏移量，使用光入射面相位差法来进行焦点检测。
[0004]另外，根据美国专利US4410804所述，将来自多个光电转换部件的输出信号进行相加，来获得摄像信号(图像信号)。此外，将由各个像素的左侧和右侧的光电转换部件所获得的视差信号作为立体图像，以分别针对右眼和左眼而显示在显示器上。
[0005]另一方面，根据JP特开2000-156823A所述，二维摄像装置具有多个摄像像素和一对部分设置的焦点检测像素，这对焦点检测像素经由具有开口的遮光层接收摄像镜头的出射光瞳的不同区域中的光。根据JP特开2000-156823A所述，通过根据来自摄像像素的输出信号和来自焦点检测像素的输出信号(焦点检测信号)获取图像偏移量，以进行焦点检测。
[0006]如上所述，在美国专利US4410804和JP特开2000-156823A描述的摄像装置中，利用一个摄像装置来获得用于使用光入射面相位差法进行焦点检测的焦点检测信号以及用于生成拍摄图像的摄像信号。
[0007]然而，在如上所述要使用光入射面相位差法来精确检测摄像镜头的焦点状态的情况下，会出现如下问题:即，在要提高焦点检测性能的情况下，将不可避免地发生用于获取图像的摄像性能的下降。
[0008]换言之，根据光入射面相位差法，具有良好焦点检测性能的微透镜的曲率与具有良好摄像性能的微透镜的曲率并不总是相同。因此，难以兼顾焦点检测性能与摄像性能。
【发明内容】
[0009]本发明提供了一种能够兼顾焦点检测性能以及摄像性能的摄像设备及其控制方法。
[0010]根据本发明的第一方面，提供了一种摄像设备，包括:成像光学系统；多个摄像像素，用于检测由所述成像光学系统形成的被摄体图像，并生成摄像用图像；以及透镜，其针对所述多个摄像像素中的各个摄像像素进行设置，并用于将入射光会聚到所述多个摄像像素中的各个摄像像素，其中，所述多个摄像像素各自包括在第一方向上以及与所述第一方向垂直的第二方向上进行分割的多个光电转换部，所述多个光电转换部各自对穿过所述成像光学系统的出射光瞳中的与所述多个光电转换部的各个光电转换部相对应的部分光瞳区域的多个被摄体图像的各个被摄体图像进行光电转换，并输出用于检测所述多个被摄体图像之间的相位差的焦点检测信号，以及所述透镜在所述第一方向上的第一曲率和所述透镜在所述第二方向上的第二曲率不同。
[0011]根据本发明的第二方面，提供了一种摄像设备，包括:成像光学系统；多个摄像像素，用于检测由所述成像光学系统形成的被摄体图像，并生成摄像用图像；以及透镜，其针对所述多个摄像像素中的各个摄像像素进行设置，并用于将入射光会聚到所述多个摄像像素中的各个摄像像素，其中，所述多个摄像像素各自包括在第一方向上以及与所述第一方向垂直的第二方向上进行分割的多个光电转换部，所述多个光电转换部各自对穿过所述成像光学系统的出射光瞳中的与所述多个光电转换部的各个光电转换部相对应的部分光瞳区域的多个被摄体图像的各个被摄体图像进行光电转换，并输出用于检测所述多个被摄体图像之间的相位差的焦点检测信号，以及所述透镜在所述第一方向上的焦点位置和所述透镜在所述第二方向上的焦点位置不同。
[0012]根据本发明的第三方面，提供了一种摄像设备，包括:成像光学系统；多个摄像像素，用于检测由所述成像光学系统形成的被摄体图像，并生成摄像用图像；以及透镜，其针对所述多个摄像像素中的各个摄像像素进行设置，并用于将入射光会聚到所述多个摄像像素中的各个摄像像素，其中，所述多个摄像像素各自包括在第一方向上以及与所述第一方向垂直的第二方向上进行分割的多个光电转换部，所述多个光电转换部各自对穿过所述成像光学系统的出射光瞳中的与所述多个光电转换部的各个光电转换部相对应的部分光瞳区域的多个被摄体图像的各个被摄体图像进行光电转换，并输出用于检测所述多个被摄体图像之间的相位差的焦点检测信号，以及所述透镜在所述第一方向上的第一曲率比所述透镜在所述第二方向上的第二曲率大。
[0013]根据本发明的第四方面，提供了一种摄像设备，其包括:成像光学系统；多个摄像像素，用于检测由所述成像光学系统形成的被摄体图像，并生成摄像用图像；以及透镜，其针对所述多个摄像像素中的各个摄像像素进行设置，并用于将入射光会聚到所述多个摄像像素中的各个摄像像素，其中，所述多个摄像像素各自包括在第一方向上以及与所述第一方向垂直的第二方向上进行分割的多个光电转换部，所述多个光电转换部各自对穿过所述成像光学系统的出射光瞳中的与所述多个光电转换部的各个光电转换部相对应的部分光瞳区域的多个被摄体图像的各个被摄体图像进行光电转换，并输出用于检测所述多个被摄体图像之间的相位差的焦点检测信号，以及所述透镜在所述第一方向上的焦点位置位于相对于所述多个光电转换部的光接收面的被摄体侧，所述透镜在所述第二方向上的焦点位置位于所述多个光电转换部的光接收面。
[0014]根据本发明的第五方面，提供了一种摄像设备的控制方法，所述摄像设备包括:成像光学系统；多个摄像像素，用于检测由所述成像光学系统形成的被摄体图像，并生成摄像用图像，所述多个摄像像素各自具有在第一方向上以及与所述第一方向垂直的第二方向上进行分割的多个光电转换部；以及透镜，其针对所述多个摄像像素中的各个摄像像素进行设置，并用于将入射光会聚到所述多个摄像像素中的各个摄像像素，所述控制方法包括:设置步骤，用于使所述透镜在所述第一方向上的第一曲率和所述透镜在所述第二方向上的第二曲率互不相同；光电转换步骤，用于对穿过所述成像光学系统的出射光瞳中的与所述多个光电转换部的各个光电转换部相对应的部分光瞳区域的多个被摄体图像进行光电转换；输出步骤，用于基于进行了光电转换的多个被摄体图像来输出焦点检测信号；以及相位差检测步骤，用于基于所输出的焦点检测信号来检测所述多个被摄体图像之间的相位差。
[0015]根据本发明，在光入射面相位差法中，能够使得高的焦点探测性能与高的摄像性能彼此兼顾。
[0016]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变得显而易见。【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是示意性示出根据本发明实施例的具有摄像装置的典型摄像设备的结构的框图。
[0018]图2是用于说明图1中出现的摄像装置的示例性像素阵列的图。
[0019]图3A至3D是用于说明图2中出现的一个像素的图。图3A是从摄像装置的光接收面侧(+z侧)观察时该像素的平面图，图3B是从-y侧观察时沿着图3A的a_a线的截面图。图3C是从+X侧观察时沿着图3A的b-b线的截面图，图3D是从摄像装置的光接收面侧(+z侧)观察时该像素内设置的微透镜的等高线图。
[0020]图4是用于说明图3A至3D中出现的像素结构与光瞳分割之间对应关系的图。[0021 ] 图5A至5C是用于说明微透镜如何会聚图3A至3D中出现的一个像素内的光的图。图5A示出了微透镜如何会聚图3B中出现的横截面中的光，图5B示出了微透镜如何会聚图3C中出现的横截面中的光。图5C是光电转换部的光接收面上的微透镜的会聚光斑的图。
[0022]图6A至6C是用于说明在图2中出现的摄像装置的周边图像高度上，子像素的部分光瞳区域与成像光学系统的出射光瞳之间的关系的图。其中，图6A是用于说明在成像光学系统的出射光瞳距离与摄像装置的设置光瞳距离相同的情况下，成像光学系统的出射光瞳距离与摄像装置的设置光瞳距离之间的关系的图。图6B是用于说明在成像光学系统的出射光瞳距离小于摄像装置的设置光瞳距离的情况下，成像光学系统的出射光瞳距离与摄像装置的设置光瞳距离之间的关系的图。图6C用于说明在成像光学系统的出射光瞳距离大于摄像装置的设置光瞳距离的情况下，成像光学系统的出射光瞳距离与摄像装置的设置光瞳距离之间的关系的图。
[0023]图7是示出根据实施例和比较例的摄像装置的示例性光瞳强度分布的图。
[0024]图8是示出根据实施例和比较例的摄像装置的其它示例性光瞳强度分布的图。
【具体实施方式】
[0025]以下将参考示出本发明实施例的附图来详细说明本发明。
[0026]图1是示意性示出根据本发明实施例的具有摄像装置的典型摄像设备的结构的框图。
[0027]图中示出的摄像设备例如为数字照相机，其具有在成像光学系统的末端的第一透镜组101。第一透镜组101可以在光轴方向上前后移动。光圈快门102设置在第一透镜组101的后侧，光圈快门102通过调节其孔径来调节拍摄期间的光量，并还在拍摄静止图像期间用作曝光时间调节快门。[0028]第二透镜组103设置在光圈快门102的后侧。光圈快门102和第二透镜组103在光轴方向上整体前后移动，以响应于第一透镜组101的前后移动来实现放大率改变动作(变焦功能)。
[0029]第三透镜组105能够在光轴方向上前后移动，并且第三透镜组通过这种前后移动来调节焦点。设置于第三透镜组105的后侧的光学低通滤波器106，是用于减少拍摄图像的伪彩色和摩尔纹的光学装置。在光学低通滤波器106的后侧，由二维CMOS光传感器及其外围电路所组成的摄像装置107设置在成像光学系统的成像面。光学图像形成在摄像装置107上，并且摄像装置107依次输出对应于光学图像的图像信号。
[0030]当凸轮筒(未示出)旋转时，变焦致动器111使第一透镜组101和第二透镜组103在光轴方向上前后移动，并进行变焦。光圈快门致动器112通过控制光圈快门102的孔径来调节拍摄时的光量，并且还在拍摄静止图像期间控制曝光时间。调焦致动器114通过在光轴方向上前后移动第三透镜组105来调节焦点。
[0031]在拍摄期间，照明电子闪光灯115在必要时照亮被摄体。优选将使用氙气灯的闪光灯照明装置用作照明电子闪光灯115，但也可以使用具有能够持续发光的LED的照明装置。自动调焦(AF)补光单元116将一个具有预定开口图案的掩膜图像经由投光透镜投射到被摄体上。这提高了针对暗的被摄体或对比度低的被摄体的焦点检测性能。
[0032]CPU121用于控制整个照相机，其具有计算单元、R0M、RAM、A/D转换器、D/A转换器、通信接口电路等等，尽管它们在图中没有示出。CPU121通过根据存储在ROM中的预定程序控制照相机来使照相机执行如下顺序操作，包括:例如，自动调焦、拍摄、图像处理、以及记录。
[0033]电子闪光控制电路122在CPU121的控制下，与拍摄操作相同步地控制照明电子闪光灯115的接通和断开。补光驱动电路123在CPU121的控制下，与焦点检测操作相同步地控制自动调焦补光单元116的接通和断开。摄像装置驱动电路124在CPU121的控制下，控制摄像装置107的摄像操作，并对从摄像装置107获得的图像信号进行A/D转换，并将由此得到的图像信号发送到CPU121。图像处理电路125在CPU121的控制下，对从摄像装置107获得的图像信号进行诸如Y变换、颜色插值和JPEG压缩等图像处理。
[0034]调焦驱动电路126在CPU121的控制下，基于焦点检测结果来对调焦致动器114进行驱动控制(如后所述)，使第三透镜组105在光轴方向上前后移动并进行焦点调节。光圈快门驱动电路128在CPU121的控制下对光圈快门致动器112进行驱动控制，由此控制光圈快门102的孔径。变焦驱动电路129在CPU121的控制下，响应于用户的变焦操作，驱动变焦致动器111。
[0035]显示器131例如是IXD，CPU121在显示器131上显示与照相机的拍摄模式有关的信息、拍摄前的预览图像、拍摄后的确认图像、表示检测焦点时的对焦状态的显示图像等等。操作开关组132包括电源开关、释放(拍摄触发)开关、变焦操作开关以及拍摄模式选择开关，用户通过对操作开关组132进行操作来向CPU121发出各种指示。闪存133能够被附加到照相机中并且能够从照相机中移除，CPU121将拍摄到的图像(图像数据)记录在闪存133中。
[0036]图2是用于说明图1中出现的摄像装置107的示例性像素阵列的图。
[0037]图1中出现的摄像装置107具有多个以二维矩阵形式排列的像素。这里，示出了二维CMOS传感器(摄像装置)中的4行4列的像素阵列以及8列4行的子像素阵列。多个图2中示出的4行4列的像素组设置在摄像装置的表面，并且，摄像装置107输出与光学图像相对应的图像信号。应当注意，如上所述，在图中所示出的例子中，各个像素由两个子像素组成。
[0038]这里，摄像装置107的像素周期是4 μ m，具有5575水平行X3725垂直列即大约2000万的有效像素以及宽22.3mm、长14.9mm的摄像画面。
[0039]参见图2，在2行2列的像素组200中，具有R(红)光谱灵敏度的像素200R设置在左上，具有G(绿)光谱灵敏度的像素200G被设置在右上和左下。具有B(蓝)光谱灵敏度的像素200B设置在右下。另外，N1XN2(1X2)子像素201和子像素202在各个像素中二维排列，其中，NI为第一方向(y轴方向)上的第一分割数，N2是第二方向(X轴方向)上的第二分割数。
[0040]图3A至3D是用于说明图2中出现的一个像素200G的图。图3A是从摄像装置的光接收面侧(+z侧)观察时像素200G的平面图，图3B是从-y侧观察时沿着图3A的a_a线的截面图。图3C是从+X侧观察时沿着图3A的b-b线的截面图，图3D是从摄像装置的光接收面侧(+z侧)观察时像素200G内设置的微透镜的等高线图。
[0041]参见图3A至3C，在第一方向(y轴方向)上利用第一分割数对像素200G进行分割(这里，Nl=I，Nl=I代表未进行分割)，在与第一方向垂直的第二方向(X轴方向)上，利用第二分割数对像素200G进行分割(这里，N2=2)，从而形成包括光电转换部301和光电转换部302的N1XN2(1X2)光电转换部。应当注意，光电转换部301和光电转换部302对应于图2中的子像素201和子像素202。这里，其它像素也以相同的方式进行分割。
[0042]另外，参见图3B至3D，在像素200G设置有用于会聚入射光的微透镜305。微透镜305在与光电转换部相关的分割数小(第一分割数Nl=I)的第一方向(y轴方向)上的第一曲率，小于微透镜305在与光电转换部相关的分割数大(第二分割数N2=2)的第二方向(X轴方向)上的第二曲率。在这里需要注意的是，在其它各个像素中也设置了微透镜，并且这些微透镜的第二曲率比第一曲率大。
[0043]在图中示出的摄像装置107中，各个像素都具有微透镜、以及在第一方向上利用第一分割数NI进行分割和在第二方向上利用第二分割数N2进行分割的N1XN2光电转换部。第二分割数N2等于或者大于第一分割数NI (第一分割数以上)，并且微透镜在第二方向上的第二曲率大于微透镜在第一方向上的第一曲率。
[0044]在图中示出的例子中，可以使用本征层插入P型层和η型层之间的p-1-n结构的光电二极管作为光电转换部301和光电转换部302，在必要时，也可以使用去掉了本征层的p-n结光电二极管。
[0045]在各个像素中，微透镜305与光电转换部301和光电转换部302之间设置有滤色器(未示出)。此外，在必要时，滤光器的光谱透射率可以根据子像素而不同，而且，滤色器也可以去掉。
[0046]入射到图3A至3D中所出现的像素200G上的光由微透镜305会聚，由滤色器分光，然后由光电转换部301和光电转换部302接收。
[0047]图4是用于说明图3A至3D中出现的像素结构与光瞳分割之间对应关系的图。
[0048]在图4中示出了在从+y侧观察图3A中出现的像素的a-a横截面的情况下成像光学系统的出射光瞳面，为了与出射光瞳面的坐标轴一致，将图3A中X轴和y轴反转。
[0049]将摄像装置107设置为接近于摄像镜头(即，成像光学系统)的成像面，来自被摄体的光束穿过成像光学系统的出射光瞳400而入射到各个像素。由于微透镜305,部分光瞳区域501和部分光瞳区域502与被分割成NlX N2 (I X 2)的光电转换部301和光电转换部302(即，子像素201和202)的光接收面之间是大致共轭的关系，并表示能够针对各个光电转换部(子像素)而接收光的部分光瞳区域。
[0050]在将分割成NI X N2 (I X 2)的光电转换部301和光电转换部302结合起来的情况下，光瞳区域500能够在整个像素200G上接收光。
[0051]微透镜305的直径为数微米，而光瞳距离一般为数十毫米。因此，微透镜305的光圈值为数万，并且出现由于数十毫米的衍射而导致的模糊。由于这个原因，在光电转换部301和光电转换部302的光接收面上的图像，不是清晰的光瞳区域或部分光瞳区域，而是光瞳强度分布(光接收面上的入射角分布)。
[0052]参见图4，由于微透镜305，导致子像素201 (第一焦点检测像素)的部分光瞳区域501与重心在-X方向上偏移的光电转换部301的光接收面存在大致共轭的关系，并表示能够在子像素201上接收光的光瞳区域。子像素201的部分光瞳区域501的重心在光瞳面上的+X侧偏移。
[0053]参见图4，由于微透镜305，导致子像素202 (第二焦点检测像素)的部分光瞳区域502与重心在+X方向上偏移的光电转换部302的光接收面存在大致共轭的关系，并表示能够在子像素202上接收光的光瞳区域。子像素202的部分光瞳区域502的重心在光瞳面上的侧偏移。
[0054]这里，假设从构成设置在摄像装置107的像素200G(200R或200B)的子像素201中获得的信号是图像A。同样地，假设从构成设置在摄像装置107的像素200G(200R或200B)的子像素202中获得的信号是图像B。可以使用如下的光入射面相位差法来进行焦点检测:计算图像A与图像B之间的图像偏移量(相对位置)，并将计算的量转换为散焦量(离焦量，out-of-focus amount)。
[0055]另一方面，将作为子像素201和子像素202的组合的像素200G (摄像像素)的光瞳区域500配置为尽可能的大，以接收穿过成像光学系统的出射光瞳400的大量光束。此外，确定光瞳区域500的重心，以使其在预定的光瞳距离上与成像光学系统的光轴基本一致。
[0056]通过针对设置在摄像装置107中的各个像素200G(200R或200B)对从子像素201中获得的像素信号和从子像素202中获得的像素信号进行相加，来生成分辨率与有效像素数相对应的拍摄图像。
[0057]图5A至5C是用于说明微透镜305如何会聚图3A至3D中出现的像素200G内的光的图。图5A示出了微透镜305如何会聚图3B中出现的横截面中的光，图5B示出了微透镜305如何会聚图3C中出现的横截面中的光。图5C是光电转换部的光接收面上的微透镜305的会聚光斑的图。
[0058]由于如前所述，微透镜305在分割数大(第二分割数N2=2)的第二方向(x轴方向)上的曲率较大(第二曲率〉第一曲率)，微透镜305的焦点位于相对于光电转换部的光接收面的前焦点侧(在光接收侧，即前侧)。另一方面，在分割数小(第一分割数Nl=I)的第一方向(y轴方向)上，微透镜305的曲率较小，因此，如图5B所示，微透镜305的焦点接近光电转换部的光接收面。
[0059]因此，如图5C所示，光电转换部的光接收面上的微透镜305的会聚光斑，在分割数较大(第二分割数N2=2)的第二方向(X轴方向)上长，在分割数较小(第一分割数Nl=I)的第一方向(y轴方向)上短。
[0060]在这里，将说明在上述摄像装置107中的光瞳偏移。
[0061]图6A至6C是用于说明在图2示出的摄像装置的周边图像高度上，子像素201的部分光瞳区域501、子像素202的部分光瞳区域502,以及成像光学系统的出射光瞳之间的关系的图。图6A是用于说明在成像光学系统的出射光瞳距离Dl与摄像装置的设置光瞳距离Ds相同的情况下，Dl和Ds之间的关系的图。图6B是用于说明在成像光学系统的出射光瞳距离Dl小于摄像装置的设置光瞳距离Ds的情况下，Dl和Ds之间的关系的图。图6C是用于说明在成像光学系统的出射光瞳距离Dl大于摄像装置的设置光瞳距离Ds的情况下，Dl和Ds之间的关系的图。
[0062]在图6A中，子像素201的部分光瞳区域501和子像素202的部分光瞳区域502几乎均匀地对成像光学系统的出射光瞳400进行光瞳分割。另一方面，参见图6B，在摄像装置的周边图像高度上，成像光学系统的出射光瞳与成像光学系统的入射光瞳之间发生光瞳偏移，导致对成像光学系统的出射光瞳401进行了不均匀的光瞳分割。
[0063]同样地，在图6C中，在摄像装置的周边图像高度上，成像光学系统的出射光瞳与成像光学系统的入射光瞳之间发生光瞳偏移，导致对成像光学系统的出射光瞳402进行了不均勻的光瞳分割。
[0064]随着不均匀的光瞳分割，图像A和图像B的强度也变得不均匀；图像A和图像B之中，一个强度增加，另一个强度减小。由于这个原因，在图像A和图像B的强度在周边图像高度等上的不均衡的程度大的情况下，与图像A和图像B中的一个相关的信号无法以足够的强度来获取，导致焦点检测性能降低。
[0065]以下将要说明焦点检测性能和摄像性能的兼顾。
[0066]如前所述，由于在根据本实施例的摄像装置107中，微透镜305在与光电转换部相关的分割数较大(第二分割数N2=2)的第二方向(X轴方向)上的曲率较大(第二曲率〉第一曲率)，微透镜305的焦点位于相对于光电转换部的光接收面的前焦点侧(在光接收侧上)。
[0067]此外，由于微透镜305在分割数较小(第一分割数Nl=I)的第一方向(y轴方向)上的曲率较小，微透镜305的焦点接近光电转换部的光接收面。
[0068]这里，为了与根据本实施例的摄像装置107进行比较，将如下的摄像装置作为比较例1:在各个像素中，微透镜305在第二方向(X轴方向)和第一方向(y轴方向)上的曲率均为第一曲率(小于第二曲率)。应当注意，比较例I的其它特征与根据本实施例的摄像装置107相同。
[0069]在比较例I中，为了通过提高像素200的光接收效率来提高摄像灵敏度，将微透镜的焦点设置为接近光电转换部的光接收面，从而给予与摄像性能相关的摄像灵敏度以较高的优先级。
[0070]此外，将如下的摄像装置作为比较例2:在各个像素中，微透镜305在第二方向(X轴方向)和第一方向(y轴方向)上的曲率均为第二曲率(大于第一曲率)。应当注意，比较例2的其它特征与根据本实施例的摄像装置107相同。
[0071]在比较例2中，为了通过响应于周边图像高度上的光瞳偏移使得光瞳分割松散以减少图像A和图像B之间的不均匀性，将微透镜的焦点移至相对于光电转换部的光接收面的前焦点侧(光接收侧)，使得给予与焦点检测性能相关的光瞳偏移响应性以较高优先级。
[0072]图7是示出根据本实施例以及比较例I和2的摄像装置的示例性光瞳强度分布的图。
[0073]在图7中,横轴表不相对于光轴的光入射角，纵轴表不光接收率。根据本实施例的摄像装置107的子像素201 (202)中的光瞳强度分布501a(502a)用实线表示，比较例I的子像素201 (202)中的光瞳强度分布501b (502b)用虚线表示，比较例2的子像素201 (202)中的光瞳强度分布501c (502c)用点划线表示。
[0074]另外，在图7中，周边图像高度上未发生光瞳偏移的入射角范围400’，对应于在图6A中出现的成像光学系统的出射光瞳距离Dl与摄像装置的设置光瞳距离Ds相同的情况下周边图像高度上的成像光学系统的出射光瞳400。周边图像高度上发生光瞳偏移的入射角范围401’，对应于在图6B中出现的成像光学系统的出射光瞳距离Dl小于摄像装置的设置光瞳距离Ds的情况下周边图像高度上的成像光学系统的出射光瞳401。
[0075]图8示出根据本发明实施例以及比较例I和比较例2的摄像装置的其它示例性光瞳强度分布的图。
[0076]在图8中，示出了上述作为子像素201和子像素202的结合的像素200中的光瞳强度分布的图。在图8中,横轴表不相对于光轴的光入射角，纵轴表不光接收率。根据本实施例的摄像装置107的像素200中的光瞳强度分布500a以实线表示，比较例I的像素200中的光瞳强度分布500b以虚线表示。比较例2的像素200中的光瞳强度分布500c以点划
线表示。
[0077]参见图7，在周边图像高度上发生光瞳偏移的入射角范围401’中，比较例2中的子像素的光瞳强度分布501c和502c之间的光接收率之差,小于比较例I中的子像素的光瞳强度分布501b和502b之间的光接收率之差。因此，在比较例2中，可以在更大程度上降低图像A和图像B的强度的不均匀性，并且与焦点检测性能相关的光瞳偏移响应性相对于比较例I要高。
[0078]另一方面，如图8所示，比较例I中像素的光瞳强度分布500b中的光接收率的最大值大于比较例2中像素的光瞳强度分布500c中的光接收率的最大值。因此，与光瞳偏移响应性相反，比较例I中的与摄像性能相关的摄像灵敏度大于比较例2中的摄像灵敏度。
[0079]通过上述描述可以容易地知道，用于实现与光入射面相位差法的焦点检测性能相关的高光瞳偏移响应性的微透镜曲率和用于实现与摄像性能相关的良好摄像灵敏度的微透镜曲率不同。
[0080]在本实施例中，在光电转换部的分割数较大的方向上，微透镜的焦点位置被移至相对于光电转换部的光接收面的前焦点侧(光接收侧)。另一方面，在光电转换部的分割数较小的方向上，微透镜的焦点位置接近光电转换部的光接收面。
[0081]结果，如图7所示，在周边图像高度上发生光瞳偏移的入射角范围401’中，能够使得根据本实施例的子像素的光瞳强度分布501a和502a之间的光接收率之差等于比较例2中的子像素的光瞳强度分布501c和502c之间的光接收率之差。[0082]而且，如图8所示，可以使得根据本实施例的摄像装置107中的像素的光瞳强度分布500a中的光接收率的最大值等于比较例I中的像素的光瞳强度分布500b中的光接收率的最大值。
[0083]结果，通过使用根据本实施例的摄像装置107，能够使得与使用光入射面相位差法的焦点检测性能相关的光瞳偏移响应性以及与摄像性能相关的摄像灵敏度相互兼顾。
[0084]应当注意，在将微透镜的形状从比较例I和比较例2中的球形改变为本实施例中的类球形时，优选通过减小对角间距(diagonal gap)来增加微透镜的开口率，以提高摄像装置的灵敏度。这就是在图8中光瞳强度分布500a中的光接收率的最大值略微大于比较例I中的光瞳强度分布500b中的光接收率的最大值的原因。
[0085]如上所述，根据本实施例，由于将光电转换部的第二分割数设置为等于或大于第一分割数，并且将在第二方向上利用第二分割数进行分割的微透镜的第二曲率设置为大于在第一方向上利用第一分割数进行分割的微透镜的第一曲率，因此能够使得与使用光入射面相位差法的焦点检测性能相关的光瞳偏移响应性以及与摄像性能相关的摄像灵敏度相
互兼容。
[0086]其它实施例
[0087]还可以通过读出并执行记录在存储器装置上程序以进行上述实施例的功能的系统或设备的计算机(或者诸如CPU或MPU等的装置)、以及通过下面的方法来实现本发明的方面，其中，通过系统或设备的计算机例如读出并执行记录在存储器装置上的程序以进行上述实施例的功能，来进行所述方法的步骤。为此，例如经由网络或者通过用作为存储器装置的各种类型的记录介质(例如，计算机可读介质)将该程序提供给计算机。
[0088]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。
[0089]本申请要求2012年9月11日提交的申请号为2012-199363的日本专利申请的优先权,在此通过引用将其全部内容合并于此。
【权利要求】
1.一种摄像设备，包括: 成像光学系统； 多个摄像像素，用于检测由所述成像光学系统形成的被摄体图像，并生成摄像用图像；以及 透镜，其针对所述多个摄像像素中的各个摄像像素进行设置，并用于将入射光会聚到所述多个摄像像素中的各个摄像像素， 其中，所述多个摄像像素各自包括在第一方向上以及与所述第一方向垂直的第二方向上进行分割的多个光电转换部， 所述多个光电转换部各自对穿过所述成像光学系统的出射光瞳中的与所述多个光电转换部的各个光电转换部相对应的部分光瞳区域的多个被摄体图像的各个被摄体图像进行光电转换，并输出用于检测所述多个被摄体图像之间的相位差的焦点检测信号，以及所述透镜在所述第一方向上的第一曲率和所述透镜在所述第二方向上的第二曲率不同。
2.一种摄像设备，包括: 成像光学系统； 多个摄像像素，用于检测由所述成像光学系统形成的被摄体图像，并生成摄像用图像；以及 透镜，其针对所述多个摄像像素`中的各个摄像像素进行设置，并用于将入射光会聚到所述多个摄像像素中的各个摄像像素， 其中，所述多个摄像像素各自包括在第一方向上以及与所述第一方向垂直的第二方向上进行分割的多个光电转换部， 所述多个光电转换部各自对穿过所述成像光学系统的出射光瞳中的与所述多个光电转换部的各个光电转换部相对应的部分光瞳区域的多个被摄体图像的各个被摄体图像进行光电转换，并输出用于检测所述多个被摄体图像之间的相位差的焦点检测信号，以及所述透镜在所述第一方向上的焦点位置和所述透镜在所述第二方向上的焦点位置不同。
3.一种摄像设备，包括: 成像光学系统； 多个摄像像素，用于检测由所述成像光学系统形成的被摄体图像，并生成摄像用图像；以及 透镜，其针对所述多个摄像像素中的各个摄像像素进行设置，并用于将入射光会聚到所述多个摄像像素中的各个摄像像素， 其中，所述多个摄像像素各自包括在第一方向上以及与所述第一方向垂直的第二方向上进行分割的多个光电转换部， 所述多个光电转换部各自对穿过所述成像光学系统的出射光瞳中的与所述多个光电转换部的各个光电转换部相对应的部分光瞳区域的多个被摄体图像的各个被摄体图像进行光电转换，并输出用于检测所述多个被摄体图像之间的相位差的焦点检测信号，以及所述透镜在所述第一方向上的第一曲率比所述透镜在所述第二方向上的第二曲率大。
4.根据权利要求3所述的摄像设备，其中，在所述第一方向上利用第一分割数对所述多个光电转换部进行分割，在所述第二方向上利用第二分割数对所述多个光电转换部进行分割，以及 所述第一分割数等于或大于所述第二分割数。
5.一种摄像设备，包括: 成像光学系统； 多个摄像像素，用于检测由所述成像光学系统形成的被摄体图像，并生成摄像用图像；以及 透镜，其针对所述多个摄像像素中的各个摄像像素进行设置，并用于将入射光会聚到所述多个摄像像素中的各个摄像像素， 其中，所述多个摄像像素各自包括在第一方向上以及与所述第一方向垂直的第二方向上进行分割的多个光电转换部， 所述多个光电转换部各自对穿过所述成像光学系统的出射光瞳中的与所述多个光电转换部的各个光电转换部相对应的部分光瞳区域的多个被摄体图像的各个被摄体图像进行光电转换，并输出用于检测所述多个被摄体图像之间的相位差的焦点检测信号，以及所述透镜在所述第一方向上的焦点位置位于相对于所述多个光电转换部的光接收面的被摄体侧，所述透镜在所述第二方向上的焦点位置位于所述多个光电转换部的光接收面。
6.根据权利要求5所述的摄像设备，其中，在所述第一方向上利用第一分割数对所述多个光电转换部进行分割，在所述第二方向上利用第二分割数对所述多个光电转换部进行分割，以及 所述第一分割数等于或大于所述第二分割数。
7.一种摄像设备的控制方法，所述摄像设备包括:成像光学系统；多个摄像像素，用于检测由所述成像光学系统形成的被摄体图像，并生成摄像用图像，所述多个摄像像素各自具有在第一方向上以及与所述第一方向垂直的第二方向上进行分割的多个光电转换部；以及透镜，其针对所述多个摄像像素中的各个摄像像素进行设置，并用于将入射光会聚到所述多个摄像像素中的各个摄像像素， 所述控制方法包括: 设置步骤，用于使所述透镜在所述第一方向上的第一曲率和所述透镜在所述第二方向上的第二曲率互不相同； 光电转换步骤，用于对穿过所述成像光学系统的出射光瞳中的与所述多个光电转换部的各个光电转换部相对应的部分光瞳区域的多个被摄体图像进行光电转换； 输出步骤，用于基于进行了光电转换的多个被摄体图像来输出焦点检测信号；以及相位差检测步骤， 用于基于所输出的焦点检测信号来检测所述多个被摄体图像之间的相位差。
【文档编号】H04N5/232GK103685916SQ201310411259
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月11日 优先权日:2012年9月11日
【发明者】福田浩一 申请人:佳能株式会社