CN101821657B - 摄像设备 - Google Patents

Abstract

一种摄像设备，包括：图像传感器，其具有成对的焦点检测像素群和多个摄像像素；以及控制单元，其在从布置在所述图像传感器的部分像素内的像素部中读出信号电荷的间除读出模式下进行控制，从而使得至少所述成对的焦点检测像素群包括在信号电荷被读出的所述部分像素中。

Description

摄像设备

技术领域

本发明涉及能够使用二维布置的多个光电转换器元件进行摄像的摄像设备。

背景技术

使用通过拍摄镜头的光束来进行摄像设备的自动焦点检测及调节的两种常用方法为：对比度检测方法(也称作模糊方法)和相位差焦点检测方法(也称作偏移方法)。

对比度检测法广泛应用于运动图像拍摄用摄像机和静止电子照相机，其使用图像传感器作为焦点检测传感器。在该方法中，将图像传感器的输出信号中、尤其是高频分量信息(对比度信息)集中且该对比度信息的评价值为最大值处的调焦透镜的位置作为对焦位置。然而，正如它也被称作登山方法(mountain-climbing method)那样，该方法涉及在微小量移动调焦透镜时取得对比度的评价值，并需要移动透镜直到判断出评价值是最终的最大值为止，因此，该方法不适于高速焦点控制。

相位差焦点检测方法广泛应用于单镜头反光胶片式照相机，并且是对自动对焦(AF)单镜头反光照相机的商用化贡献最大的技术。在相位差焦点检测方法中，将通过拍摄镜头的出瞳的光束分离为二，分离出的光束分别由一组焦点检测传感器接收。通过根据所接收到的光量来检测输出信号的偏移量，即，通过检测在光束的分离方向上的相对位置的偏移量，能够直接获得拍摄镜头的离焦量。因此，一旦通过焦点检测传感器充电了，即可获得镜头的离焦量和离焦方向，这使得能够进行高速焦点控制。然而，为了将通过拍摄镜头的出瞳的光束分离为二并获得每个分离出的光束的信号，通常在摄像光路中设置诸如快速回位镜(quick-return mirror)或半透半反镜(half-mirror)等的光路分离机构，而焦点检测光学系统和AF传感器处于末端。结果，设备大小和成本增大。

然而，与此同时，即使在单镜头反光照相机中，CCD和CMOS图像传感器现在也广泛地取代胶片用作摄像介质。结果，出现了配备有电子取景器模式以及运动图像记录模式的机型，其中，电子取景器模式是通过使快速回位镜从摄像路径缩回来实现的，以在设置在照相机主体中的显示装置上显示被摄体并使得用户能够观看被摄体，运动图像记录模式用于同步地将运动图像记录到记录介质上。

这种情况的缺点在于，上述相位差焦点检测方法的焦点检测设备将因快速回位镜缩回了而无法操作。

为解决上述缺点，公开了一种使图像传感器设置有相位差检测性能，从而消除了对专用AF传感器的需求，并实现高速相位差AF的技术。

在日本特开(JPA)2000-156823号公报中，通过使光接收部的感测区域相对于片上微透镜(on-chip microlens)的光轴偏移，在图像传感器的光接收元件(像素)部中设置瞳分割功能。然后，将以预定间隔布置在摄像像素群之间的像素用作焦点检测像素，以执行相位差焦点检测。另外，由于布置了焦点检测像素的位置对应于摄像像素缺失部分，因此，使用相邻摄像信息对它们进行插值以生成图像信息。

日本特开(JPA)2000-292686号公报公开了，通过将图像传感器的部分像素的光接收部分割为二来提供瞳分割性能。然后，将以预定间隔布置在摄像像素群之间的像素用作焦点检测像素，以执行相位差焦点检测。另外，由于设置了焦点检测像素的位置为摄像像素缺失的位置，因此在该方法中也使用相邻摄像信息对它们进行插值以生成缺失像素的图像信息。

日本特开(JPA)2001-305415号公报公开了，通过将图像传感器的部分像素的光接收部分割为二来设置瞳分割性能。然后，对来自被分割为二的光接收部的输出分别执行处理，以执行相位差焦点检测，并且还通过将来自被分割为二的光接收部的输出相加在一起用作摄像信号。

然而，上述已知技术有如下缺点。

在日本特开(JPA)2000-156823号公报、日本特开(JPA)2000-292686号公报以及日本特开(JPA)2001-305415号公报中，光接收特性有差别，例如，焦点检测像素的光接收部表面区域比摄像像素的光接收部表面区域小，或者光接收区域的重心相对于片上微透镜的光轴偏移了。结果，由于在布置了焦点检测像素的位置处的像素信息缺失，或者，若被用作图像信息则将产生大误差，因而需要根据相邻的摄像像素进行插值以生成图像信号。

因此，如果可以减少焦点检测像素的布置密度，则可以减小上述由于像素缺失而导致的图片的劣化，但却需要付出焦点检测图像采样特性劣化以及焦点检测性能降低的代价。换言之，在本技术领域，为了既维持焦点检测性能又防止图片质量劣化，焦点检测像素的布置方法非常重要。然而，在日本特开(JPA)2000-156823号公报、日本特开(JPA)2000-292686号公报和日本特开(JPA)2001-305415号公报中，焦点检测像素集中在一个区域内。结果，焦点检测区域局限于摄像区域的特定位置，并且，在该区域中，由于此处的摄像像素的分布密度低，因此图片质量劣化极易被察觉。

此外，在电子取景器模式和运动图像模式中，平滑的画面显示非常重要。此外，典型地，还由于分辨率无需比静止图像的分辨率高，因而经常间除读出图像传感器的输出来生成图像，以增大帧频。

利用日本特开(JPA)2000-156823号公报所述的焦点检测像素的布置，在间除读出图像传感器的情况下，不读出焦点检测像素，从而不能执行相位差焦点检测方法。

在日本特开(JPA)2000-292686号公报和日本特开(JPA)2001-305415号公报所述的发明中，由于焦点检测像素集中在一个区域内，因此在执行间除读出的情况下，焦点检测像素也被间除了。结果，采样特性劣化并且焦点检测性能严重劣化。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于在从布置在预定区域内的部分像素中读出信号电荷的情况下，高效地执行焦点检测。

根据本发明，通过提供一种摄像设备来实现上述目的，该摄像设备包括：图像传感器，其具有成对的焦点检测像素群和多个摄像像素；以及控制部件，其在从布置在所述图像传感器的部分像素内的像素部中读出信号电荷的间除读出模式下进行控制，从而使得至少所述成对的焦点检测像素群包括在信号电荷被读出的所述部分像素中。

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清楚。

附图说明

图1是示出根据本发明优选实施例的摄像设备的结构的框图；

图2是根据本发明优选实施例的图像传感器的框图；

图3A和图3B是用于解释根据本发明优选实施例的全像素读出的图；

图4A和图4B是用于解释根据本发明优选实施例的间除读出的图；

图5A和图5B是根据本发明优选实施例的图像传感器的摄像像素的平面图和剖面图；

图6A和6B是根据本发明优选实施例的图像传感器的焦点检测像素的平面图和剖面图；

图7A和7B示出根据本发明优选实施例的焦点检测像素垂直线检测布置；

图8A和8B示出根据本发明优选实施例的焦点检测像素水平线检测布置；

图9A和9B示出根据本发明优选实施例的焦点检测像素垂直线/水平线检测布置；以及

图10A和10B示出根据本发明优选实施例的焦点检测像素垂直线检测布置。

具体实施方式

现在将参考附图详细说明本发明的优选实施例。

图1是根据本发明优选实施例的摄像设备的结构图，示出将拍摄光学系统和包括图像传感器的摄像机主体集成为单个单元的电子摄像机。在图1中，附图标记101表示布置在拍摄光学系统(调焦光学系统)前端的第一透镜组，支撑第一透镜组以使其可以沿着光轴前后移动。附图标记102表示复用的光圈快门，通过对复用的光圈快门的开口直径进行调节来调节拍摄期间的光量，并且还具有用于在静止图像拍摄期间调节曝光时间的功能。附图标记103表示第二透镜组。光圈快门102和第二透镜组103一起沿着光轴前后移动，并且协同第一透镜组101的前后移动提供倍率改变效果(变焦功能)。

附图标记105表示第三透镜组，其通过沿着光轴前后移动来执行焦点调节。附图标记106表示低通光学滤波器，是用以减少拍摄图像的伪色和云纹(moiré)的光学元件。附图标记107表示由CMOS图像传感器和外围电路构成的图像传感器。将在m个水平方向和n个垂直方向的光接收像素上布置了片上拜耳排列(Bayer arrangement)原色马赛克滤波器的二维单板彩色传感器用作图像传感器107。

附图标记111表示变焦致动器，其通过旋转摄像机镜筒(未示出)而使得第一透镜组101～第二透镜组103沿着光轴前后移动，从而执行倍率改变操作。附图标记112表示光圈快门致动器，其控制光圈快门102的开口的直径并调节拍摄的光量，还控制静止图像拍摄期间的曝光时间。附图标记114表示调焦致动器，其沿着光轴前后移动第三透镜组105并进行焦点调节。

附图标记115表示用于在拍摄期间照明被摄体的电子闪光装置。优选使用氙气管的闪光照明装置，但也可以使用由连续闪光LED构成的照明装置。附图标记116表示AF辅助闪光单元，其将具有预定开孔图案的掩模的图像通过投影透镜投影到被摄体区域，以改善针对深色被摄体和低对比度被摄体的焦点检测能力。

附图标记121表示在摄像设备中以各种方式控制摄像机主体单元的CPU。例如，CPU 121可以具有计算单元、ROM、RAM、A/D转换器、D/A转换器和通信接口电路等。另外，CPU 121基于ROM中存储的预定程序来执行一系列操作，例如，驱动摄像设备的各种电路、AF、拍摄和图像处理及记录等。

附图标记122表示电子闪光控制电路，与拍摄操作同步地控制电子闪光装置115的接通。附图标记123表示辅助闪光驱动电路，与焦点检测操作同步地控制AF辅助闪光单元116的接通。附图标记124表示图像传感器驱动电路，其控制图像传感器107的摄像动作，以及对所获取的图像信号进行A/D转换并将转换后的图像信号传送至CPU 121。附图标记125表示图像处理电路，其对由图像传感器107所获取的图像进行诸如γ转换、颜色插值以及JPEG压缩等的处理。

附图标记126表示调焦驱动电路，其基于焦点检测结果来控制调焦致动器114的驱动，以沿着光轴前后移动第三透镜组105并进行焦点调节。附图标记128表示光圈快门驱动电路，其控制光圈快门致动器112的驱动并控制光圈快门102的开口。附图标记129表示变焦驱动电路，其响应于拍摄者的变焦操作驱动变焦致动器111。

附图标记131表示诸如LCD的显示装置，其显示与摄像设备的拍摄模式有关的显示信息、拍摄前预览图像和拍摄后确认图像以及焦点检测期间的对焦状态显示图像等。附图标记132表示操作开关组，其由电源开关、释放(拍摄触发器)开关、变焦操作开关和拍摄模式选择开关等构成。附图标记133表示记录所拍摄的图像的可拆卸闪速存储器。

图2是根据本发明优选实施例的图像传感器107的框图。注意，图2的框图示出用于说明后面将说明的读出操作所需的最小结构，因而省略了像素重置信号等。在图2中，附图标记201表示由光电二极管、像素放大器(pixel amp)和重置开关等构成的光电转换器单元。下文中，将光电转换器单元称作PD_ij(其中，i是水平方向地址且为大于等于1的整数，j是垂直方向地址且为大于等于1的整数)。另外，在根据本发明优选实施例的图像传感器中，二维地布置m×n个光电转换器单元。注意，为了使图简单，仅为左上角的光电转换器单元PD₀₀附上针对单个光电转换器单元的附图标记。

附图标记202表示用于选择光电转换器单元PD_ij输出的开关，它们是通过后面将说明的垂直扫描电路一次一行地选择的。

附图标记203表示用于临时存储光电转换器单元201PD_ij输出的行存储器，其存储通过垂直扫描电路207选择的一行光电转换器单元的输出。可以将电容器(condenser)用作行存储器203。

附图标记204表示连接至水平输出线的开关，其用于将水平输出线重置为预定电位VHRST，并且通过信号HRST对开关204进行控制。

附图标记205表示用于将存储在行存储器203中的光电转换器单元PD_mn输出顺次输出至水平输出线的开关。当通过下面所述的水平扫描电路206顺次扫描开关H₀～H_m-1时，读出一行光电转换器的输出。

附图标记206表示水平扫描电路，用于顺次扫描存储在行存储器203中的光电转换器单元输出以将其输出至水平输出线。信号PHST是水平扫描电路206的数据输入，PH1和PH2是水平扫描电路206的移位时钟输入。水平扫描电路206被配置为：当PH1为H电平时设置数据，并且在PH2时锁存数据。通过将移位时钟输入至PH1和PH2，PHST顺次移位并顺次接通开关H₀～H_m-1。SKIP是用于在后面将说明的间除读出期间执行设置的控制端子输入。通过将SKIP端子设置为H电平，可以以预定间隔跳过水平扫描电路206。后面将说明该读出操作。

附图标记207表示垂直扫描电路。通过顺次扫描并输出V₀～V_n-1，可以选择光电转换器单元PD_ij选择开关202。与水平扫描电路206类似，通过数据输入PVST、移位时钟PV1、移位时钟PV2和间除读出设置SKIP控制信号来控制垂直扫描电路207。垂直扫描电路207的操作与水平扫描电路206的操作相同，因此省略其详细说明。

图3A和3B是示出读出图2所示的图像传感器107的所有像素的情况的图。图3A是示出m×n个光电转换器单元201的布置的图。与图4A～图10A中相同，图3A中描述的R、G和B符号分别表示应用至光电转换器单元PD_ij的红色、绿色和蓝色的滤波器。在本实施例中，使用拜耳排列作为例子给出说明，其中，在2行×2列布置的4个像素中，在位于彼此对角相对的2个像素中布置对G绿色具有光谱敏感度的像素，并且在其它2个像素中分别布置对R(红色)和B(蓝色)具有光谱敏感度的1个像素。在图3A中，沿上侧的编号是水平方向编号，沿左侧的编号是垂直方向编号。画斜线的像素是要读出的像素。由于图3A示出读出全部像素的情况，因此在所有像素中画了斜线。另外，在图像传感器107中，通常设置有用于检测黑电平(black level)的遮蔽OB(光黑)像素等，并且也读出OB像素。然而，在本实施例中，不对其进行说明以避免使说明变得复杂。

图3B是示出在读出图像传感器107的所有像素的信号电荷(数据)的情况下的时序图的图。CPU 121控制图像传感器驱动电路124，以向图像传感器107发送脉冲。现在，参考图3B给出对于全像素读出操作的说明。

首先，驱动垂直扫描电路207以使V₀有效。此时，将第0行像素的输出均输出至垂直输出线。在该状态下，使MEM信号有效并将各像素的数据采样保持至行存储器203。然后，使PHST有效，输入PH1和PH2移位时钟，使H₀～H_m-1顺次有效，并且向水平输出线输出像素输出。像素输出经由放大器208输出为VOUT，经由未示出的AD转换器转换为数字数据，并且在图像处理电路125处进行预定图像处理。然后，垂直扫描电路207使V₁有效，向垂直输出线输出第一行的像素输出，并且类似地通过MEM信号将其临时存储在行存储器203中。接下来，以同样的方式，使PHST有效，输入PH1和PH2移位时钟，使H₀～H_m-1顺次有效，并且向水平输出线输出像素输出。以这种方式，顺次执行直到读出第n-1行为止。

图4A和图4B是示出对图2所示的图像传感器107的间除读出的例子的图。图4A是示出布置在图3A所示的相同的图像传感器中的第一预定区域内的m×n个光电转换器单元201的图。画斜线的像素单元是间除读出期间要读出的像素。在本实施例中，将读出在水平方向及垂直方向上均间除至1/3。

图4B是示出间除读出期间的时序图的图。现在使用图4B所示的时序图来给出对于间除读出操作的说明。通过使水平扫描电路206控制端子和SKIP端有效来执行间除读出设置。通过使SKIP端子有效，将水平扫描电路206和垂直扫描电路207的操作从对于每单个像素的顺次扫描改变为对每三个像素的顺次扫描。实现的具体方法是已知技术，因此省略其详细说明。

在间除操作中，首先，驱动垂直扫描电路207以使得V₀有效。此时，将第0行的像素的输出均输出至垂直输出线。在该状态下，使MEM信号有效并将各像素的数据采样保持至行存储器203。然后，使PHST有效并输入PH1和PH2移位时钟。此时，利用使得SKIP端子有效的设置，改变移位寄存器路径，以便以每三个像素的方式，例如按H₀、H₃、H₆…H_m-3将像素输出顺次输出至水平输出线。像素输出经由放大器208输出为VOUT，经由未示出的AD转换器转换为数字数据，并且在图像处理电路125处进行预定图像处理。接下来，与水平扫描电路206类似地，垂直扫描电路207跳过V₁和V₂而使V₃有效，并且向垂直输出线输出第三行的像素输出。然后，通过MEM信号将像素输出临时存储在行存储器203中。然后，与第0行类似地，使PHST有效，输入PH1和PH2移位时钟，使H₀、H₃、H₆…H_m-3顺次有效，并且向水平输出线输出像素输出。以这种方式，顺次执行直到读出第n-3行为止。这样，如上所述，在水平方向和垂直方向上均执行了1/3间除读出。

图5A和5B是示出摄像像素的结构的图，图6A和图6B是示出焦点检测像素的结构的图。在本实施例中，下述结构的焦点检测像素以预定的规则分散在整个上述拜耳排列中。

图5A和图5B示出摄像像素的布置和结构。图5A是2行×2列的摄像像素的平面图。已知在拜耳排列中，将G像素布置为彼此对角，将R像素和B像素布置在另外两个像素处。重复该2行×2列结构，以进行布置。

图5B中示出沿图5A的A-A的剖面图。ML是布置在各个像素前表面上的片上微透镜，CF_R是R(红)滤色器，CF_G是G(绿)滤色器。PD(光电二极管，PhotoDiode)示意性地示出图2所示的CMOS图像传感器的光电转换器单元201。CL(接触层，ContactLayer)是示出用于形成CMOS图像传感器中传送各种信号的信号线的配线层。TL示意性示出拍摄光学系统。

这里，摄像像素的片上微透镜ML和光电转换器元件PD被构造为使得有效摄取尽可能多的通过拍摄光学系统TL(拍摄镜头，Taking Lens)的光束。换言之，微透镜ML使拍摄光学系统TL出瞳EP与光电转换器元件PD成配合关系，此外，将光电转换器元件PD的有效表面积设计为大的表面积。另外，尽管在图5B中仅给出了对进入R像素的光束的说明，G像素和B(蓝色)像素也具有相同的结构。因此，用于RGB摄像像素的出瞳EP为大直径，以便有效摄取来自被摄体的光束(光子)并改善图像信号S/N比。

图6A和6B示出拍摄光学系统的用于水平方向(第一方向)上的瞳分割的焦点检测像素的布置和结构。通过在水平方向上分割出瞳，可以对水平方向上具有诸如垂直条纹的亮度分布的被摄体进行焦点检测。图6A是包括焦点检测像素的2行×2列像素的平面图。在获得用于记录或观看的图像信号的情况下，在G像素处获取了亮度信息主成分。这是因为，人体图像识别特性对亮度信息敏感，并且图片质量劣化在G像素缺失时容易被察觉。相比之下，尽管R像素和B像素是获取颜色信息(色差信息)的像素，但是，由于人视觉特性对颜色信息不敏感，因此即便获取颜色信息的像素的有一定量的缺失，也难于识别图片质量劣化。因此，在本实施例中，对于2行×2列像素，保留G像素作为摄像像素，而将R像素和B像素替换为焦点检测像素。图6A示出由这些焦点检测像素构成的第一焦点检测像素群，作为S_HA和S_HB。

在图6B中示出沿图6A所示的A-A的剖面图。微透镜ML和光电转换器元件PD具有与图5B所示的摄像像素相同的结构。在本实施例中，由于在图像生成中不使用焦点检测像素信号，设置透明膜CF_W(白色)替代颜色分离滤色器。另外，为了在光电转换器元件PD处执行瞳分割，使配线层CL中的开口相对于微透镜ML的中心线偏移。具体地，使像素S_HA的开口OP_HA(在图6A和图6B中朝向右侧)水平偏移，以便接收通过拍摄光学系统TL的左侧的出瞳EP_HA的光束。如像素S_HA那样具有开口OP_HA的像素群是用于检测相对后面将说明的像素S_HB像素群的图像偏移量的基准像素群。类似地，使像素S_HB的开口OP_HB沿像素S_HA的相反方向朝向左侧偏移，并且接收通过拍摄光学系统TL的右侧的出瞳EP_HB的光束。如像素S_HB那样具有开口OP_HB的像素群是用于检测相对像素S_HA像素群的图像偏移量的基准像素群。因此，假定通过规则排列像素S_HA群而使其在一个方向上以相等的间隔隔开所获取的被摄体图像为图像A。然后，如果假定通过规则排列像素S_HB群而使其在一个方向上以相等的间隔隔开所获取的被摄体图像为图像B，则通过检测图像A和图像B的相对位置，可以测得被摄体图像离焦的量(离焦量，defocus amount)。

因此，不能仅根据图像A或仅根据图像B获得离焦量，这是因为计算离焦量必需检测图像A相对于图像B(或反之亦然)的相对位置。

此外，如图7A和7B所示，可通过沿与图6A和图6B所示的偏移方向相反的方向偏移开口OP_HA和OP_HB来计算离焦量，即，开口OP_HA向左偏移，而开口OP_HB向右偏移。

此外，在期望检测在垂直方向(第二方向)上具有亮度分布的被摄体的离焦量的情况下，如后面所述，可将排列旋转90度，从而使得像素S_HA的开口OP_HA朝向底部偏移并且使像素S_HB的开口OP_HB朝向顶部偏移。可选地，可使开口OP_HA朝向顶部偏移并且可使开口OP_HB朝向底部偏移。

图7A和7B是示出摄像像素和焦点检测像素的布置的图。图7A示出间除后的像素分布，其中，将像素数量在水平方向上间除至1/3并且在垂直方向上间除至1/3。在图7A中，G、R和B是在间除读出期间读出的像素。图7A中未写附图标记的空白像素是在间除读出期间不读出的像素。

另外，由于焦点检测用像素不能用于摄像，在本实施例中，将焦点检测用像素在水平方向上和垂直方向上以一定间隔分散布置。此外，优选为不在G像素部分布置焦点检测用像素，以便图像的劣化不会变得可察觉。在本实施例中，将一组像素S_HA和像素S_HB布置在图7A中以粗线表示的4×4像素块(间除前像素布置中的12×12像素)之内。整个图7B中所示的BLOCK_H(i，j)表示块(BLOCK)名称。进行排列，使得按4×4块完成排列顺序。

关于焦点检测像素的排列，在具有相同水平编号且具有不同垂直编号的块BLOCK_H中，使像素S_HA和S_HB的位置沿水平方向偏移一个像素(间除前像素布置中的三个像素)。更具体地，在BLOCK_H(0，0)，BLOCK_H(0，1)，BLOCK_H(0，2)和BLOCK_H(0，3)中，使像素S_HA和S_HB的位置沿水平方向偏移一个像素(间除前像素布置中的三个像素)。通过图7B中的箭头来表示之。如此设计以改善分散布置的焦点检测像素群的采样特性。即，由于像素S_HA和像素S_HB是水平分割瞳的像素群，因而偏移量以1个像素为单位，以增大水平方向上的采样密度。

图7B是示出块BLOCK_H(i，j)之间的布置顺序的图。图7B中以粗方框线示出的部分表示块BLOCK_H(i，j)。图7B中的箭头示意性地表示具有与块BLOCK_H(0，0)相同的像素布置的块为BLOCK_H(1，1)、BLOCK_H(2，2)和BLOCK_H(3，3)。类似地，图7B中的箭头还表示具有与块BLOCK_H(0，1)相同的像素布置的块为BLOCK_H(1，2)、BLOCK_H(2，3)和BLOCK_H(3，0)。相同的说明适用于块BLOCK_H(0，2)和BLOCK_H(0，3)，并在此省略对这些块的说明。通过以块为单位偏移相位来布置焦点检测像素，改善了垂直方向上的采样特性。

与图7A类似，图8A是示出摄像像素和焦点检测像素的布置的图。与图7A类似，图8A示出间除后的像素分布，其中，将像素数量在水平方向上间除至1/3并且在垂直方向上间除至1/3。在图8A中，G、R和B是在间除读出期间读出的像素。图8A中未写附图标记的空白像素表示在间除读出期间不读出的像素。图8A中的像素S_VC像素群是通过使像素开口OP_VC在垂直方向(朝向图8A的顶部)偏移而形成的焦点检测像素，并且是用于检测相对后面将说明的像素S_VD像素群在垂直方向上的图像偏移量的基准像素群。像素S_VD是通过使像素开口OP_VD沿与像素S_VC相反的方向向下偏移而形成的像素，并且与像素S_VC像素群一起被设置为用于对垂直方向上的图像偏移量进行检测。像素S_VC和S_VD构成第二焦点检测像素群。

另外，由于焦点检测用像素不能用于摄像，在本实施例中，将焦点检测用像素沿水平方向和垂直方向以一定间隔分散地布置。此外，优选为不将焦点检测用像素布置在G像素位置，以便图像的劣化不会变得可察觉。在本实施例中，将一组像素S_VC和像素S_VD布置在图8A中以粗线表示的4×4像素(间除前像素布置中的12×12像素)的各个块之内。整个图8B中所示的BLOCK_V(i，j)表示块名称。进行布置，使得按4×4块完成排列顺序。若旋转90度以与瞳分割的方向一致，则该布置顺序与图7A和图7B中所示的顺序相同。

图9A和9B示出可在相同视野内检测图7A、图7B、图8A和图8B的水平方向和垂直方向上的图像偏移量的结构。在图9A和9B中，将BLOCK_H(i，j)(用于检测水平方向上的偏移量)和BLOCK_V(i，j)(用于检测垂直方向上的偏移量)布置为交错格图案。

图9A示出还描述了像素部分的详细布置。通过使用水平和垂直检测用的4×4块的交错格图案结构，以8×8块完成1个图案，但是，仅描述了4×4块以避免使附图变得复杂，。以BLOCK_C(i，j)给出按交错格图案排列的块名称。

图9B是示出与图9A中描述的BLOCK_C(i，j)相对应的BLOCK_H(i，j)和BLOCK_V(i，j)的图。通过参考图9B，可以看出交错格图案的规律。

图10A是进一步示出当在电子取景器放大模式中以及在运动图像的数字缩放中，用于与提取和读出拍摄画面的一个区域相对应的垂直线检测的检测像素的布置。在图10A中，基本布置是图7A和图7B中所示的布置。

尽管放大和数字缩放是部分地读出拍摄区域部的模式，在不进行间除的情况下读出所读入区域内的所有像素。因此，在这种情况下，除在间除读出模式中读出的第一焦点检测像素群之外，还补充设置像素S_HA和像素S_HB作为第三焦点检测像素群，这可以进一步改善焦点检测精度。

与图7A类似，图10A是示出摄像像素和焦点检测像素的布置的图。与图7A类似，图10A示出间除后的像素分布，其中，将像素数量在水平方向上间除至1/3并且在垂直方向上间除至1/3。图10A中的G、R和B是在间除读出期间读出的像素。图10A中没有写附图标记的空白像素表示在间除读出期间不读出的像素。在放大和数字缩放期间还读取、放大并显示图10A中的空白部分像素。

焦点检测像素布置顺序基于与图7A和图7B相同的思路，在此省略其详细解释。图10A中空心箭头指示的SA像素是补充设置的像素，以便改善在全像素读出期间的采样。布置空心箭头指示的SA像素，作为在间除读出期间读出的、以黑箭头指示的SA像素的补充，以最小化采样间距。

如图7A和图8A所示的布置那样，与水平方向相比，垂直方向采样更分散，以防止图像劣化。

在图10B中，按块示出布置顺序，并且与图7B的顺序相同。

另外，针对水平线的焦点检测，如图8A和图8B的水平线检测像素布置中那样，优选为：在全像素读出期间，如在图10A和图10B中，除在间除读出期间读出的第二焦点检测像素群之外，还补充布置像素S_VC和像素S_VD作为第三焦点检测像素群。根据图7A和图10A已清楚其布置顺序，因此省略其详细说明。

同样可以使用如图9B所示的相同结构来实现相同视野内的垂直和水平线检测，因此省略其说明。

因此，如上所述，将焦点检测像素群分散布置在间除读出期间读出的像素群中。具体地，进行排列，使得在间除读出期间分别读出通过瞳分割而获得的图像A和图像B中一对像素S_HA和像素S_HB中的两者。这是因为，需要检测图像A和图像B之间的相对位置以计算离焦量。类似地，排列分别用于形成图像A和图像B的一对像素S_VC和S_VD，以在间除读出期间将其读出。

在前述方式中，即使对于利用全部像素进行拍摄的静止图像拍摄，也完全能够在抑制间除读出模式中的图片质量劣化的同时确保焦点检测精度。

这样，可以执行根据间除读出电子取景器模式和运动图像模式的静止图像拍摄，而无需执行全像素读出以及重新进行焦点检测。

另外，在读出摄像像素的一部分而不进行间除的情况下，如在电子取景器放大模式和在运动图像数字缩放中，焦点检测像素设置在在间除读出期间不被读出的像素部分处，从而能够进一步改善焦点检测精度。

应当注意，以上分别参考图7A、8A、9A和10A说明了图像A和B的像素S_HA与像素S_HB或者像素S_VC与像素S_VD中的每对在水平方向上或者在垂直方向上偏移排列。在计算离焦量时，应考虑该偏移。该偏移防止了用于提取亮度信号的G滤色器减少。

变形例

焦点检测像素布置仅为示例。因此，在本发明的范围内可存在各种布置，并且这些布置包涵于本发明中。并且，摄像像素间除读出中所涉及的比例不局限于1/3，而可以根据方便而变化，并且这种变化也包括在本发明中。

此外，通过本发明优选实施例中所用的焦点检测像素，2个像素形成1组。因此，对于被分割为二的瞳区域，一个像素接收通过一个瞳的光束，以及另一像素接收通过另一个瞳的光束。相比之下，通过如日本特开(JPA)2003-156677中公开的摄像像素那样将在片上微透镜后面的光电转换器单元分割为多个部分，可以执行拍摄镜头的瞳分割。在这种情况下，使用如下构成的摄像像素：使得分别获取来自分割后的瞳区域的光束并输出这些像素。

本发明的焦点检测设备不仅可用于电子照相机，还可用于例如进行运动图像摄像的摄影机(摄像机)、各种检测摄像机、监视摄像机、内窥镜摄像机和机器人摄像机等。

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、等同结构和功能。

本申请要求2007年08月06日提交的日本专利申请2007-204574的优先权，其全部内容通过引用包含于此。

Claims (3)

1.一种摄像设备，包括：

图像传感器，其具有成对的第一焦点检测像素群、成对的第二焦点检测像素群和多个摄像像素，其中属于所述成对的第一焦点检测像素群的一个焦点检测像素群包括多个各自具有沿一个方向偏移的开口的第一焦点检测像素，属于所述成对的第一焦点检测像素群的另一个焦点检测像素群包括多个各自具有沿与所述第一焦点检测像素的开口所偏移的方向相反的方向偏移的开口的第二焦点检测像素，并且属于所述成对的第二焦点检测像素群的一个焦点检测像素群包括多个各自具有沿一个方向偏移的开口的第三焦点检测像素，属于所述成对的第二焦点检测像素群的另一个焦点检测像素群包括多个各自具有沿与所述第三焦点检测像素的开口所偏移的方向相反的方向偏移的开口的第四焦点检测像素；以及

控制部件，其在从布置在所述图像传感器的部分像素内的像素部中读出信号电荷的间除读出模式下进行控制，从而使得至少所述成对的第一焦点检测像素群包括在信号电荷被读出的所述部分像素中并且所述成对的第二焦点检测像素群不包括在信号电荷被读出的所述部分像素中，并且其在指定了数字缩放时进行控制，从而使得从布置在所述图像传感器中的要放大的范围内的所述成对的第一焦点检测像素群和所述成对的第二焦点检测像素群中读出信号电荷，

其中，所述图像传感器被分为多个像素块，各个像素块中成对的第一焦点检测像素和第二焦点检测像素的位置在所述像素块之间偏移。

2.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述成对的第一焦点检测像素群在第一方向和与所述第一方向垂直的第二方向上被瞳分割，其中，

在所述间除读出模式下，所述控制部件进行控制，以至少从在所述第一方向上被瞳分割的所述成对的第一焦点检测像素群和在所述第二方向上被瞳分割的所述成对的第一焦点检测像素群读取信号电荷。

3.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述控制部件在所述间除读出模式下、基于从所述成对的第一焦点检测像素群中读出的信号电荷来计算离焦量，并且在指定了数字缩放时、基于从所述成对的第一焦点检测像素群和所述成对的第二焦点检测像素群中读出的信号电荷来计算离焦量。

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