CN102089697A - 摄像设备 - Google Patents

摄像设备 Download PDF

Info

Publication number
CN102089697A
CN102089697A CN2009801269351A CN200980126935A CN102089697A CN 102089697 A CN102089697 A CN 102089697A CN 2009801269351 A CN2009801269351 A CN 2009801269351A CN 200980126935 A CN200980126935 A CN 200980126935A CN 102089697 A CN102089697 A CN 102089697A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pixel
focus detection
detection pixel
image
pixels
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2009801269351A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102089697B (zh
Inventor
追川真
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Publication of CN102089697A publication Critical patent/CN102089697A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102089697B publication Critical patent/CN102089697B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B13/00—Viewfinders; Focusing aids for cameras; Means for focusing for cameras; Autofocus systems for cameras
    • G03B13/32—Means for focusing
    • G03B13/34—Power focusing
    • G03B13/36—Autofocus systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H04N23/67—Focus control based on electronic image sensor signals
    • H04N23/672—Focus control based on electronic image sensor signals based on the phase difference signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/703—SSIS architectures incorporating pixels for producing signals other than image signals
    • H04N25/704—Pixels specially adapted for focusing, e.g. phase difference pixel sets
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • H04N25/778—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising amplifiers shared between a plurality of pixels, i.e. at least one part of the amplifier must be on the sensor array itself
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/04—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
    • G02B7/08—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification adapted to co-operate with a remote control mechanism

Abstract

在具有光电转换被摄体图像的多个像素的图像传感器中，在分布的同时配置包括第一焦点检测像素(SHA)和第二焦点检测像素(SHB)的多个焦点检测像素对。以短于焦点检测像素对的间距的距离来配置各焦点检测像素对中的第一焦点检测像素(SHA)和第二焦点检测像素(SHB)。这降低了在焦点检测像素对中包括的像素接收来自被摄体的不同部位的光束时所产生的焦点检测误差。

Description

摄像设备
技术领域
本发明涉及一种能够使用二维排列的许多光电转换元件拍摄静止图像和/或运动图像的图像传感器中的和使用该图像传感器的摄像设备中的焦点检测方法。
背景技术
传统上，日本特开2000-292686号公报和日本特开2001-305415号公报公开了用于对图像传感器赋予相位差检测功能以在不使用专用AF传感器的情况下实现高速相位差检测型AF的技术。
在日本特开2000-292686号公报中，将图像传感器中的一些像素的各个光接收单元分割成两部分以赋予光瞳分割功能，从而形成焦点检测像素。使用以预定间隔排列的焦点检测像素来实现相位差检测型AF。注意，作为缺陷像素来处理不能拍摄图像的焦点检测像素，并且通过利用邻近摄像像素信息插值来生成与这些焦点检测像素相对应的图像信息。
日本特开2001-305415号公报公开了代替利用邻近摄像像素信息插值，通过相加来自各焦点检测像素的两个光接收单元的输出，来生成焦点检测像素的图像信息。
然而，由于日本特开2000-292686号公报和日本特开2001-305415号公报中的焦点检测像素具有被分割成两部分的光接收单元，因而光接收效率较低，结果导致较窄的动态范围和较低的S/N比。
日本特开2000-156823号公报公开了一种技术，该技术通过使光接收单元的感光区相对于片上微透镜的光轴在相反的方向上偏心，使用图像传感器中的一些像素对作为焦点检测像素。基于从这样的焦点检测像素对所获得的一对AF波形，进行相位差检测型AF。在日本特开2000-156823号公报中，如日本特开2000-292686号公报中一样，通过利用邻近摄像像素信息插值来生成焦点检测像素的图像信息。
日本特开2000-156823号公报可以抑制焦点检测像素的光接收效率的降低，但是具有下面的问题。
由于光接收单元的感光区在相反的方向上偏心的每一焦点检测像素对包括不同的像素，因而各个像素接收来自被摄体图像的不同部位的光束。因而，获得具有与该焦点检测像素对所包括的像素之间的间隔相对应的相位偏移的图像波形。偏移量不是恒定的，并且由于偏移量根据被摄体的图案而变化，因而难以对其进行校正。这导致产生焦点检测误差。另外，在日本特开2000-156823号公报中，由于形成焦点检测像素对的两个像素相互间隔而配置，因而发生焦点检测误差的可能性较高。
发明内容
考虑到现有技术的问题做出了本发明，并且本发明提供一种能够降低在焦点检测像素对中包括的像素接收来自被摄体的不同部位的光束时所产生的焦点检测误差的摄像设备。
根据本发明的一个方面，提供一种摄像设备，其包括具有光电转换被摄体图像的多个像素的图像传感器，所述摄像设备包括：多个焦点检测像素对，用于通过相位差检测来检测形成所述被摄体图像的镜头的焦点，其中，所述多个焦点检测像素对以预定间距配置在所述图像传感器中，其中，以短于所述预定间距的距离来配置构成各焦点检测像素对的第一焦点检测像素和第二焦点检测像素，以及其中，在与所述相位差检测垂直的方向上邻近的两个焦点检测像素对中，切换所述第一焦点检测像素和所述第二焦点检测像素的布局。
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显而易见。
附图说明
图1是示出作为根据本发明第一实施例的摄像设备的例子的数字照相机的结构的例子的图；
图2是示意性示出根据本发明第一实施例的图像传感器的电路结构的例子的图；
图3是示出根据本发明第一实施例的图像传感器的两个垂直像素的断面图和它们的外围电路的图；
图4是根据本发明第一实施例的图像传感器的驱动时序图；
图5A和5B是示出根据本发明第一实施例的图像传感器中的摄像像素的布局和结构的例子的图；
图6A和6B是示出根据本发明第一实施例用于在摄像镜头的水平方向(横向方向)上分割光瞳的焦点检测像素(AF像素)的布局和结构的例子的图；
图7A和7B是示出根据本发明第一实施例用于在摄像镜头的垂直方向(纵向方向)上分割光瞳的焦点检测像素的布局和结构的例子的图；
图8是用于解释根据本发明第一实施例的光瞳分割的示意图；
图9是用于解释根据本发明第一实施例的数字照相机中在焦点检测时所获得的图像和焦点检测区域的例子的示意图；
图10是用于解释根据本发明第一实施例的焦点检测像素对的布局规则的图；
图11是用于解释在第一焦点检测像素对SHA和SHB包括不同的像素时所产生的A图像波形和B图像波形之间的偏移的图；
图12是用于解释在第一焦点检测像素对SHA和SHB包括不同的像素时所产生的A图像波形和B图像波形之间的偏移的图；
图13是示出根据本发明第一实施例的4×4＝16块中的第一焦点检测像素对SHA和SHB的布局例子的图；
图14是示出在如图11那样偏移图案的情况下应用于如图13所示所配置的焦点检测像素对时所获得的A图像波形和B图像波形的图；
图15是用于解释根据本发明第一实施例的图像传感器中的焦点检测像素的布局规则的图；
图16是用于解释根据本发明第一实施例的数字照相机的整体操作的流程图；
图17是用于详细解释根据本发明第一实施例的数字照相机的焦点检测处理的流程图；
图18是用于详细解释根据本发明第一实施例的数字照相机的拍摄处理的流程图；
图19是用于解释根据本发明第二实施例的图像传感器中的焦点检测像素的布局规则的图；
图20是用于解释根据本发明第三实施例的图像传感器中的焦点检测像素的布局规则的图；
图21是用于解释根据本发明第四实施例的图像传感器中的焦点检测像素的布局规则的图；以及
图22是用于解释根据本发明第五实施例的图像传感器中的焦点检测像素的布局规则的图。
具体实施方式
现在将根据附图详细说明本发明的典型实施例。
第一实施例
图1是示出作为根据本发明第一实施例的摄像设备的例子的数字照相机的结构的例子的图。
第一透镜组101被置于摄像光学系统(成像光学系统)的前端，并且保持其可沿光轴方向移动。快门102不仅用作为用于控制拍摄静止图像时的曝光时间的快门，而且还用作为通过调整开口直径来控制拍摄时的光量的光圈。被置于快门102后侧(图像传感器侧)的第二透镜组103可以与快门102一体地沿光轴方向移动，以与第一透镜组101一起实现变焦功能。
第三透镜组105用作为调焦透镜，并且可沿光轴方向移动。光学低通滤波器106被置于图像传感器107的前面以减少所拍摄图像中的伪色和摩尔纹。图像传感器107包括例如CMOS传感器和其外围电路。在本实施例中，图像传感器107是二维单个多色滤波图像传感器，在该图像传感器中，在水平和垂直方向上二维排列m×n个光接收元件，并且在这些光接收元件上形成Bayer矩阵的片上原色马赛克滤波器。颜色滤波器限制入射在各像素的光接收元件上的透过光的波长。
变焦致动器111在变焦驱动电路129的控制下，使得凸轮筒(未示出)枢转，以在光轴方向上驱动第一透镜组101和/或第二透镜组103。快门致动器112在快门驱动电路128的控制下，在预定打开/关闭定时将快门102驱动成预定开口直径。
调焦致动器114在调焦驱动电路126的控制下，在光轴方向上驱动第三透镜组105。
电子闪光灯115是使用氙管的闪光照明装置。电子闪光灯115可以是包括连续发光的LED的照明装置。AF辅助光输出单元116将具有预定开口图案的掩模图像投影在视野上，从而辅助在暗地方拍摄时或针对低对比度被摄体的焦点检测。
CPU 121包括运算单元、ROM、RAM、A/D转换器、D/A转换器和通信接口电路(均未示出)，并且控制整个数字照相机的操作。CPU 121执行存储在ROM中的程序以控制各种电路，从而实现诸如AF、AE、图像处理和记录等的数字照相机的功能。
电子闪光灯控制电路122控制拍摄操作中电子闪光灯115的发光。辅助光控制电路123控制焦点检测操作中AF辅助光输出单元116的发光。图像传感器驱动电路124控制图像传感器107的操作，并且还对从图像传感器107读取的图像信号进行A/D转换并将该信号输出给CPU 121。图像处理电路125对图像信号应用诸如γ转换、颜色插值和JPEG编码等的图像处理。
调焦驱动电路126基于焦点检测结果驱动调焦致动器114以在光轴方向上移动第三透镜组105，从而进行焦点调节。快门驱动电路128驱动快门致动器112以控制快门102的开口直径和打开/关闭定时。变焦驱动电路129根据在例如用户按下操作开关组132所包括的变焦操作开关时输入的变焦操作，驱动变焦致动器111。
显示装置131是例如LCD，并且显示与数字照相机的拍摄模式有关的信息、拍摄前的预览图像和拍摄后的确认图像、以及与焦点检测时的聚焦状态有关的信息等。操作开关组132包括电源开关、释放(拍摄触发)开关、变焦操作开关和拍摄模式选择开关。记录介质133是例如可拆卸半导体存储卡，并且记录所拍摄图像。
图2是示意性示出根据本实施例的图像传感器107的电路结构的例子的图。
图2示出图像传感器107所包括的许多像素中2列×4行的像素30-11～30-42。在本实施例中，图像传感器107具有3000个水平像素×2000个垂直像素(总共6000000个像素)，作为有效像素。像素间距为2μm。摄像画面大小为6mm×4mm。
参考图2，每一像素包括由MOS晶体管栅极和其下方的耗尽层构成的光电转换单元1、光电门(photogate)2和传送开关MOS晶体管3。与垂直方向上的各像素对对应地设置复位MOS晶体管4、源极跟随器MOS晶体管5和水平选择器开关MOS晶体管6。源极跟随器负载CMOS晶体管7根据控制脉冲φL复位垂直输出线。暗输出传送MOS晶体管8、亮输出传送MOS晶体管9、暗输出集成电容器CTN 10和亮输出集成电容器CTS 11根据控制脉冲φTN和φTS蓄积暗电压和亮电压。
图像传感器107还包括水平传送MOS晶体管12、水平输出线复位MOS晶体管13、差分放大器14、水平扫描电路15和垂直扫描电路16。
图3是示出两个垂直像素(例如像素30-11和30-21)的断面图和它们的外围电路的图。
参考图3，附图标记17表示p阱，附图标记18表示栅极氧化膜，附图标记19表示光电门2的第一多晶硅层，附图标记20表示光电门2的第二多晶硅层，并且附图标记21表示n+浮动扩散部(FD)。FD 21经由另一传送MOS晶体管与另一光电转换单元连接。图3的结构通过使用FD 21作为图2中的两个传送开关MOS晶体管3的漏极实现了小型化，并且通过降低FD 21的容量提高了灵敏度。可以通过Al互连来连接FD 21。
接着参考图4的时序图说明图像传感器107的操作。图4是全像素独立输出模式的时序图。
首先，控制脉冲φL根据来自垂直扫描电路16的定时输出变高，以接通负载CMOS晶体管7并复位垂直输出线。另外，控制脉冲φR0、φPG00和φPGe0变高，以接通复位MOS晶体管4并设置光电门2的第一多晶硅层19处于高电平。
在时刻t0，控制脉冲φS0变高，以接通水平选择器开关MOS晶体管6并选择第一行和第二行的像素单元。在时刻(t0+T0)，控制脉冲φR0变低，以使得各FD 21停止复位，并且被设置处于浮动状态，同时使得各源极跟随器MOS晶体管5的栅极-源极通路接通。在从时刻t1开始的时期T1，控制脉冲φTN变高以进行源极跟随器操作，从而使得FD 21向暗输出集成电容器CTN 10输出暗电压。
为使第一行的像素进行光电转换输出，第一行的控制脉冲φTX00变高以接通传送开关MOS晶体管3。此后，在从时刻t2开始的时期T2，控制脉冲φPG00变低。此时的电压关系增高在各光电门2下传播的势阱(potential well)，并且向FD 21完全传送光发生载波。如果可以进行完全传送，则控制脉冲φTX无需总是脉冲，并且可以是固定电位。
从时刻t2～(t2+T2)，将来自光电转换单元1的电荷传送至FD 21。各FD 21的电位根据光量而改变。此时，源极跟随器MOS晶体管5处于浮动状态。因此，在从时刻t3开始的时期T3，控制脉冲φTS变高，以向亮输出集成电容器CTS 11输出FD 21的电位。在该时点，暗输出集成电容器CTN 10和亮输出集成电容器CTS 11储存第一行的像素的暗输出和亮输出。
在时刻t4，控制脉冲φHC临时变高以接通水平输出线复位MOS晶体管13并复位水平输出线。在水平传送期间，暗输出集成电容器CTN 10和亮输出集成电容器CTS 11根据来自水平扫描电路15的扫描定时信号，向水平输出线输出像素的暗输出和亮输出。此时，差分放大器14计算暗输出和亮输出之间的差分输出VOUT。这使得能够通过去除像素的随机噪声和固定图案噪声来获得具有高S/N比的信号。
像素30-12和30-22的光电荷与像素30-11和30-21的光电荷同时被储存在相应的暗输出集成电容器CTN 10和亮输出集成电容器CTS 11中。通过将来自水平扫描电路15的定时脉冲延迟一个像素，将像素30-12和30-22的暗输出和亮输出读出至水平输出线，然后从差分放大器14输出。
在本实施例中，说明了用于在图像传感器107中计算差分输出VOUT的结构。即使在该图像传感器外部使用传统CDS(相关双采样)电路也可以获得相同效果。
在将亮输出输出至亮输出集成电容器CTS 11后，控制脉冲φR0变高以接通复位MOS晶体管4并将FD 21复位成电源VDD。在第一行的水平传送结束之后，读取访问第二行。
为读取访问第二行，以相同方式驱动控制脉冲φTXe0和控制脉冲φPGe0。提供高脉冲作为控制脉冲φTN和φTS以将光电荷储存在暗输出集成电容器CTN 10和亮输出集成电容器CTS 11中，从而提取暗输出和亮输出。上述驱动允许独立读取访问第一行和第二行。
此后，垂直扫描电路进行扫描，从而以相同方式读取访问第(2n+1)行和第(2n+2)行，由此执行全像素独立输出。更具体地，当n＝1时，控制脉冲φS1首先变高。接着，控制脉冲φR1变低，然后控制脉冲φTN和φTX01变高。随后，控制脉冲φPG01变低，控制脉冲φTS变高，并且控制脉冲φHC临时变高以读出像素30-31和30-32的像素信号。此后，应用控制脉冲φTXe1和φPGe1以及如以上所述相同的控制脉冲，以读出像素30-41和30-42的像素信号。
图5A～7B是用于解释摄像像素和焦点检测像素(AF像素)的结构的图。
本实施例的图像传感器107采用Bayer矩阵，在Bayer矩阵中，将具有G(绿色)光谱灵敏度的像素配置为2×2＝4像素中的两个对角像素，并且将具有R(红色)和B(蓝色)光谱灵敏度的像素分别配置为其余两个像素。Bayer矩阵的像素包括具有后面所述结构且根据预定规则分布的焦点检测像素。
图5A和5B示出根据本实施例的摄像像素的布局和结构的例子。
图5A是2×2摄像像素的平面图。如上所述，在Bayer矩阵中，将两个G像素配置在对角方向上，并且将R和B像素配置为其余两个像素。在整个图像传感器107上重复这一2×2阵列。
图5B是示出沿图5A中的线A-A所截取的断面图和摄像光学系统的光路的图。
ML表示被置于各像素最前面的片上微透镜，CFR表示R(红色)颜色滤波器，并且CFG表示G(绿色)颜色滤波器。PD示意性表示各像素的光电转换单元。CL表示形成用于在CMOS图像传感器中传输各种信号的信号线的互连层。TL示意性表示摄像光学系统。
摄像像素的片上微透镜ML和光电转换单元PD用于尽可能有效地接收通过摄像光学系统TL的光束。换句话说，片上微透镜ML使得摄像光学系统TL的出瞳EP与光电转换单元PD共轭。光电转换单元PD的有效面积被设计得较大。图5B示出相对R像素的入射光束。然而，G和B(蓝色)像素具有相同的结构。因此，与R、G和B摄像像素各自相对应的出瞳EP具有大的直径。这使得可以有效地接收来自被摄体的光束，并且可以提高图像信号的S/N比。
图6A和6B示出根据本实施例用于在摄像镜头的水平方向(横向方向)上分割光瞳的焦点检测像素(AF像素)的布局和结构的例子。
图6A是包括焦点检测像素对的2×2像素的平面图。为获得摄像信号，G像素构成亮度信息的主成分。人类的图像识别特性对亮度信息敏感。因此，如果G像素缺失，则图像质量下降容易被觉察。另一方面，除绿色以外的颜色的像素，更具体地为R像素或B像素获取颜色信息。人类的图像识别特性对颜色信息不敏感。因此，即使若干个用于获取颜色信息的像素缺失，图像质量下降也难以觉察。在本实施例中，在2×2像素中，保留G像素作为摄像像素，并且将焦点检测像素对SHA和SHB配置在R和B像素的位置处。
图6B是示出沿图6A中的线A-A所截取的断面图(即，该焦点检测像素对的断面图)和摄像光学系统的光路的图。
片上微透镜ML和光电转换单元PD具有如图5B所示的摄像像素中的相同结构。在本实施例中，不使用焦点检测像素的信号作为图像信号。因此，代替颜色分离滤波器，配置无色透明滤波器CFW。另外，由于一对像素分割光瞳，因而互连层CL中的每一开口部的位置相对于相应的片上微透镜ML的中心线在一个方向上偏移。也就是说，形成焦点检测像素对的第一AF像素SHA和第二AF像素SHB的开口的位置在相互相反的方向上偏移。
更具体地，焦点检测像素SHA的开口部OPHA在水平方向上向右偏移，因此接收通过摄像镜头TL左侧的出瞳EPHA的光束。类似地，焦点检测像素SHB的开口部OPHB在水平方向上向左偏移，因此接收通过摄像镜头TL右侧的出瞳EPHB的光束。将通过水平方向上周期性排列的多个焦点检测像素SHA所获取的亮度波形定义为A图像波形(第一图像波形)。将通过水平方向上周期性排列的多个焦点检测像素SHB所获取的亮度波形定义为B图像波形(第二图像波形)。检测A图像波形和B图像波形的相对位置使得能够检测在水平方向上具有亮度分布的被摄体的离焦量(散焦量)。
注意，焦点检测像素对SHA和SHB允许检测在它们的排列方向上具有亮度分布的被摄体的焦点，即沿垂直线的焦点。然而，不可能检测水平线的焦点，即仅在与排列方向垂直的方向上具有亮度分布的被摄体的焦点。在本实施例中，为使得能够对后一被摄体进行焦点检测，还设置用于在摄像镜头的垂直方向(纵向方向)上分割光瞳的焦点检测像素。
图7A和7B示出根据本实施例用于在摄像镜头的垂直方向(纵向方向)上分割光瞳的焦点检测像素的布局和结构的例子。
图7A是包括焦点检测像素的2×2像素的平面图。如图6A一样，保留G像素作为摄像像素，并且将焦点检测像素对SVC和SVD配置在R和B像素的位置处。
图7B是示出沿图7A中的线A-A所截取的断面图(即该焦点检测像素对的断面图)和摄像光学系统的光路的图。
通过与图6B的比较显而易见，除图7B中的焦点检测像素在垂直方向上分离光瞳以外，焦点检测像素的结构是相同的。更具体地，焦点检测像素SVC的开口部OPVC在垂直方向上向下偏移，因此接收通过摄像镜头TL上侧的出瞳EPVC的光束。类似地，焦点检测像素SVD的开口部OPVD在垂直方向上向上偏移，因此接收通过摄像镜头TL下侧的出瞳EPVD的光束。
将通过垂直方向上周期性排列的多个焦点检测像素SVC所获取的被摄体图像定义为C图像波形。将通过垂直方向上周期性排列的多个焦点检测像素SVD所获取的被摄体图像定义为D图像波形。检测C图像波形和D图像波形的相对位置使得能够检测在垂直方向上具有亮度分布的被摄体的离焦量(散焦量)。
下面，有时将焦点检测像素SHA或SVC称为第一AF像素，并且有时将焦点检测像素SHB或SVD称为第二AF像素。
图8是用于解释根据第一实施例的光瞳分割的示意图。
参考图8，OBJ表示被摄体，并且IMG表示被摄体OBJ的光学图像。
如参考图5A和5B所述，摄像像素接收通过摄像镜头的整个出瞳区域EP的光束。另一方面，焦点检测像素具有光瞳分割功能，如参考图6A～7B所述。更具体地，图6A和6B中的焦点检测像素SHA接收通过在从摄像面观看镜头的后端时的左光瞳即图8中的光瞳EPHA的光束。类似地，焦点检测像素SHB、SVC和SVD分别接收通过光瞳EPHB、EPVC和EPVD的光束。将焦点检测像素SHA、SHB、SVC和SVD配置成周期性分布在整个图像传感器107上。这使得能够在整个摄像区域中检测焦点。
图9是用于解释根据本实施例的数字照相机中在焦点检测时所获取的图像和焦点检测区域的例子的示意图。
参考图9，图像传感器107的摄像面上所形成的被摄体图像包括位于中央的人、位于左侧的近处的树和位于右侧的远处的山。
本实施例的图像传感器包括用于检测在水平方向上具有亮度分布的被摄体的焦点的第一焦点检测像素对SHA和SHB以及用于检测在垂直方向上具有亮度分布的被摄体的焦点的第二焦点检测像素对SVC和SVD。将第一焦点检测像素对和第二焦点检测像素对配置成以均一密度分布在整个图像传感器107上。
后面将详细说明用于配置第一焦点检测像素对SHA和SHB以及第二焦点检测像素对SVC和SVD的方法。为检测水平方向上的相位差，使用从第一焦点检测像素对SHA和SHB所获得的一对图像信号。为检测垂直方向上的相位差，使用从第二焦点检测像素对SVC和SVD所获得的一对图像信号。因此，在本说明书中，还将第一焦点检测像素对称为水平方向相位差检测像素对，并且还将第二焦点检测像素对称为垂直方向相位差检测像素对。通过设置包括第一焦点检测像素对和第二焦点检测像素对的区域，可以将水平方向的相位差检测用的焦点检测区域和垂直方向的相位差检测用的焦点检测区域设置在摄像区域的任意位置处。
在图9所示的例子中，人的面部存在于画面的中央。例如，当图像处理电路125对所拍摄图像应用已知的面部识别技术并检测到存在面部时，可以围绕面部区域设置焦点检测区域。
更具体地，如图9所示，可以围绕面部区域设置水平方向的相位差检测用的焦点检测区域AFARh(x1，y1)和垂直方向的相位差检测用的焦点检测区域AFARv(x3，y3)。注意，下标h表示水平方向，并且(x1，y1)和(x3，y3)表示焦点检测区域的左上角的像素坐标值。焦点检测区域AFARh(x1，y1)包括30个第一焦点检测像素对SHA和SHB。焦点检测区域AFARv(x3，y3)包括30个第二焦点检测像素对SVC和SVD。
假设AFSIGh(A1)是通过水平连结由包括在焦点检测区域AFARh(x1，y1)中的30个第一AF像素SHA获得的图像信号所生成的相位差检测用的A图像波形。类似地，假设AFSIGh(B1)是通过水平连结由30个第二AF像素SHB获得的图像信号所生成的相位差检测用的B图像波形。
通过已知的相关计算来计算A图像波形AFSIGh(A1)和B图像波形AFSIGh(B1)之间的水平相位差，从而获得水平方向上的离焦量(散焦量)。
同样在焦点检测区域AFARv(x3，y3)中，分别从30个焦点检测像素SVC和30个焦点检测像素SVD获得C图像波形AFSIGv(C3)和D图像波形AFSIGv(D3)，并且计算垂直方向上的离焦量。
比较在这两个焦点检测区域AFARh(x1，y1)和AFARv(x3，y3)中所检测到的这两个离焦量，并且采用更可靠的值。
另一方面，画面左侧的树的树干部分主要包含垂直线成分，即水平方向上的亮度分布。因此，将树干部分判断为是适合于水平方向上的相位差检测的被摄体。设置水平方向上的相位差检测用的焦点检测区域AFARh(x2，y2)。画面右侧的山的山脊线部分主要包含水平线成分，即垂直方向上的亮度分布。因此，设置垂直方向上的相位差检测用的焦点检测区域AFARv(x4，y4)。
如上所述，在本实施例中，可以在画面(图像传感器)的任意区域中设置水平方向的相位差检测用的焦点检测区域和垂直方向的相位差检测用的焦点检测区域。因此，可以独立于画面中的被摄体的位置和亮度分布的方向，适当地进行焦点检测。
图10是用于解释根据本实施例的焦点检测像素对的布局规则的图。图10仅示出第一焦点检测像素对SHA和SHB的布局来帮助解释和理解。
摄像像素被分割成各自由具有预定大小的正方形区域构成的块。在各正方形区域中配置第一焦点检测像素对SHA和SHB。假设BLK(单位：像素)是正方形区域的一边的长度。一个块是包括BLK[像素]×BLK[像素]的正方形区域。在第一实施例中，BLK＝8[像素]。将每一边具有与8[像素]相对应的长度的正方形区域定义为块。
参考图10，将各块的左下角处的像素的地址定义为(0，0)。定义该地址，使得随着像素位置在水平方向上向右移动一个像素，该地址的第二项增大1，并且随着像素位置在垂直方向上向上移动一个像素，该地址的第一项增大1。在本实施例中，根据该定义，将第一AF像素SHA配置在各块的像素(1，0)处，并且将第二AF像素SHB配置在像素(0，1)处。
如作为现有技术的问题所述，由于第一AF像素SHA和第二AF像素SHB被配置在不同位置，因而所接收到的图像波形具有偏移。偏移量与一个焦点检测像素对中包括的第一AF像素SHA和第二AF像素SHB之间的距离成比例。可以以短于焦点检测像素对的间距的距离来配置第一AF像素SHA和第二AF像素SHB以使其相互靠近。在第一实施例中，以最小距离将第一AF像素SHA和第二AF像素SHB配置为相互邻近。注意，因为相同原因，如后面所述，第二焦点检测像素对中所包括的第一AF像素SVC和第二AF像素SVD也被配置为相互邻近。
如参考图6A和6B所述，水平方向上的相位差检测用的第一焦点检测像素对SHA和SHB仅接收通过区域光瞳EPHA和EPHB的光束，其中，区域光瞳EPHA和EPHB是通过在水平方向上分割摄像镜头TL的出瞳EP而获得的。
因此，直接使用第一焦点检测像素对SHA和SHB作为摄像像素，这可能对图像质量产生不利影响。为生成焦点检测像素的图像信息，需要采取诸如基于从邻近摄像像素所获得的图像信号进行插值等的措施。
如上所述，G像素的输出对亮度信息的贡献相对较大，因此与B像素和R像素的输出相比，对图像质量的影响大。
因为这一原因，在本实施例中，为抑制在将第一AF像素SHA和第二AF像素SHB配置为相互邻近时对图像质量的影响，将第一AF像素SHA和第二AF像素SHB配置在在对角方向上邻近的R像素和B像素的位置处。注意，如后面所述，因为相同的原因，将第二焦点检测像素对中所包括的第一AF像素SVC和第二AF像素SVD也配置在在对角方向上邻近的R像素和B像素的位置处。
在水平方向上邻近的块中，将第一AF像素SHA和第二AF像素SHB配置在相同地址处。结果，在水平方向上以间距BLK[像素]分布第一AF像素SHA和第二AF像素SHB。水平连结从多个焦点检测像素SHA所获得的图像信号以生成一个图像信号(A图像波形)，来计算水平方向上的相位差。水平连结从多个第二AF像素SHB所获得的图像信号以生成另一图像信号(B图像波形)，来计算水平方向上的相位差，其中这多个第二AF像素SHB与生成A图像波形所使用的多个第一AF像素SHA一起被包括在焦点检测像素对中。
如参考图8所述，由通过摄像镜头TL的出瞳EP的不同区域光瞳EPHA和EPHB的光束形成A图像波形和B图像波形。因为这一原因，A图像波形和B图像波形之间的相位差根据摄像镜头的调焦状态而变化。本实施例的焦点检测的原理是计算相位差并检测摄像镜头的调焦状态。
参考图11和12来说明通过由不同像素构成的第一焦点检测像素对SHA和SHB所生成的A图像波形和B图像波形之间的偏移。
图11示出在水平方向上排列5个块1～5的状态，其中，每一块包括被配置在地址(1，0)处的焦点检测用的第一AF像素SHA和被配置在地址(0，1)处的焦点检测用的第二AF像素SHB。
假定在聚焦状态下在图像传感器107的摄像面上形成包括白色垂直线部分203的被摄体201的图像，其中，白色垂直线部分203具有2*BLK[像素]的宽度，并且被夹在黑色部分202之间。在聚焦状态下，从第一AF像素SHA和第二AF像素SHB所获得的A图像波形和B图像波形没有任何相位差，应该是相同的。
图11的(1)表示白色垂直线部分203的位置从块2的左端起直到块3的右端为止的状态。在关注各个块的第一AF像素SHA(a1)～SHA(a5)的情况下，第一AF像素在块1中为黑色，在块2中为白色，在块3中为白色，在块4中为黑色，并且在块5中为黑色。类似地，在关注第二AF像素SHB(b1)～SHB(b5)的情况下，第二AF像素在块1中为黑色，在块2中为白色，在块3中为白色，在块4中为黑色，并且在块5中为黑色。
图12的(1)示出在图11的状态(1)下所获得的A图像波形和B图像波形。
参考图12，从块1～5中的第一AF像素SHA(a1)～SHA(a5)获得信号a1～a5。类似地，从块1～5中的第二AF像素SHB(b1)～SHB(b5)获得信号b1～b5。如图12的(1)所示，在图11的状态(1)下所获得的A图像波形和B图像波形相互一致，并且调焦状态被正确地判断为“聚焦”。
图11的(2)表示与(1)相同的图案向右移动一个像素的状态。更具体地，白色垂直线部分203的位置从块2的焦点检测像素对SHA和SHB之间的边界起直到块3的焦点检测像素对SHA和SHB之间的边界为止。
在关注第一AF像素SHA的情况下，第一AF像素在块1中为黑色，在块2中为黑色，在块3中为白色，在块4中为白色，并且在块5中为黑色。另一方面，在关注第二AF像素的情况下，第二AF像素在块1中为黑色，在块2中为白色，在块3中为白色，在块4中为黑色，并且在块5中为黑色。也就是说，第一AF像素SHA和第二AF像素SHB在块2和4中为不同图案。
图12的(2)示出在图11的状态(2)下所获得的A图像波形和B图像波形。在该状态下，A图像波形和B图像波形具有与一个间距相对应的相位差。尽管实际上获得了聚焦状态，但是由于A图像波形和B图像波形具有相位差，因而调焦状态被判断为“离焦”。也就是说，没有正确地判断调焦状态。
在表示与(1)相同的图案进一步向右移动一个像素的状态的图11的(3)中，块2中的焦点检测像素SHA和SHB均是黑色，并且块4中的焦点检测像素SHA和SHB均是白色。因此，如图12的(3)所示，所获得的A图像波形和B图像波形相互一致。
从此时起，在直到表示该图案向右移动8个像素的状态的图11的(9)和图12的(9)为止的所有块中，第一AF像素SHA和第二AF像素SHB对应于该图案的相同颜色。因此，A图像波形和B图像波形一致。
在第一实施例中，成对使用的焦点检测像素SHA和SHB被配置为相互邻近以使得它们之间的距离尽可能地短。在该布局中，仅当如图11的(2)所示、被摄体图像的边缘位于第一AF像素SHA和第二AF像素SHB之间的边界处时，不管聚焦状态如何，A图像波形和B图像波形都不一致。
在图11的例子中，将第一焦点检测像素对中所包括的第一AF像素SHA和第二AF像素SHB配置为相互邻近。第一焦点检测像素对的水平间距为8[像素]。因此，假定被摄体图像的边缘位于第一AF像素SHA和第二AF像素SHB之间的边界处的可能性差不多为1/8。
另一方面，假定如上述专利文献3所公开的那样，以相同类型的焦点检测像素(例如，SHA)的间距的1/2间距配置不同类型的焦点检测像素(与SHA和SHB相对应)。在这种情况下，相同块中的焦点检测像素SHA和SHB为不同图案的可能性非常高，并且差不多为1/2。
图11和12示出用于帮助解释和理解的单个被摄体图像的例子。一般被摄体图像通常具有多个边缘。因为这一原因，混合第一AF像素SHA和第二AF像素SHB为相同图案的块与第一AF像素SHA和第二AF像素SHB为不同图案的块。块的比率决定检测误差的大小。在本实施例中，将第一焦点检测像素对中所包括的第一AF像素SHA和第二AF像素SHB配置为相互邻近。这抑制了第一AF像素和第二AF像素为不同图案的可能性，并且降低了焦点检测误差。
接着说明根据本实施例用于在垂直方向上配置水平方向上的相位差检测用的第一焦点检测像素对SHA和SHB的方法。
图13是示出根据本实施例的4×4＝16块中的第一焦点检测像素对SHA和SHB的布局例子的图。
图14示出在如图11那样偏移图案的情况下应用于如图13所示所配置的焦点检测像素对时所获得的A图像波形和B图像波形。
在这种情况下，将配置在最上面的块行上的第一焦点检测像素对SHA和SHB的集合称为第一水平行。将第二块行的第一焦点检测像素对SHA和SHB的集合称为第二水平行。类似地，将第一焦点检测像素对的其余集合依次称为第三水平行和第四水平行。
在第一水平行的各块中，将第一焦点检测像素对的第一AF像素SHA配置在地址(1，0)处，并且将第二AF像素SHB配置在地址(0，1)处。因此，如参考图11的(2)所述，如果被摄体图像的边缘位于焦点检测像素SHA和SHB之间的边界处，则B图像波形相对于A图像波形向左偏移，如图14中的第一水平行(2)所示。
另一方面，在本实施例中，第二水平行的各块中的第一AF像素和第二AF像素的布局与第一水平行和第三水平行中的布局相反。也就是说，将第一AF像素SHA的位置切换成地址(0，1)，并且将第二AF像素SHB的位置切换成地址(1，0)。
更一般而言，在两个焦点检测像素对中切换第一AF像素和第二AF像素的布局，其中，这两个焦点检测像素对在与光瞳分割方向垂直的方向上邻近，并且其第一AF像素和第二AF像素在相同位置处具有边界。
结果，如果被摄体图像的边缘位于焦点检测像素SHA和SHB之间的边界处，则B图像波形相对于A图像波形向右偏移，如图14的第二水平行(2)所示。
第一水平行中的焦点检测像素SHA和SHB之间的边界位置与第二水平行中的相同。因此，如果被摄体的边缘位置在第一水平行和第二水平行之间相同，则在第一水平行和第二水平行中同时发生A图像波形和B图像波形之间的相位偏移。偏移量相等，并且偏移发生在相反方向上。
在本实施例中，平均或相加从这两个焦点检测像素对所获得的两组图像波形，其中，这两个焦点检测像素对在与光瞳分割方向垂直的方向上邻近，并且其第一AF像素和第二AF像素在相同位置处具有边界。这使得可以抵消在被摄体图像的边缘位于AF像素之间的边界处时的图像波形之间的偏移，并且还可抑制焦点检测误差发生的可能性。
第一水平行和第二水平行对应于垂直方向上不同的被摄体部分。因为这一原因，这两个水平行的其中一个可能对应于不适于焦点检测的对比度图案。不适于焦点检测的对比度图案是例如低对比度被摄体或锐度非常差的被摄体。如果从第一水平行所获得的图像波形的可靠性明显不同于从第二水平行所获得的图像波形的可靠性，则可以在向更可靠的图像波形分配权重之后进行平均。例如，如果从第一水平行所获得的图像波形的可靠性低，则可以在相对于在第一水平行上所检测到的图像波形、对在第二水平行上所检测到的图像波形进行两倍加权之后，对图像波形进行平均。
可选地，代替平均从第一水平行和第二水平行所获得的图像波形，可以相加图像信号。
如图14所示，对于从第一水平行所获得的A图像波形a1～a5和B图像波形b1～b5以及从第二水平行所获得的A图像波形a1～a5和B图像波形b1～b5，相加各个像素的输出。即使在被摄体图像的边缘位于焦点检测像素SHA和SHB之间的边界处时，所获得的A图像波形a1～a5和B图像波形b1～b5也没有相位偏移，如图14中的“像素相加之后”(2)所示。
这样，相加在与光瞳分割方向垂直的方向上邻近的两个焦点检测像素对的行中、位于光瞳分割方向上的相同位置处的焦点检测像素的输出。这同样降低了在焦点检测像素对包括不同像素时发生的焦点检测误差。
在第三水平行、第五水平行、……中，以与第一水平行中相同的方式配置第一AF像素SHA和第二AF像素SHB。在第四水平行、第六水平行、……中，以与第二水平行中相同的方式配置第一AF像素SHA和第二AF像素SHB。
为了方便说明，图13仅提取4×4块区域。将图13所示的布局规则应用于图像传感器107的整个区域，这使得可以在摄像区域的任意位置处降低在各焦点检测像素对均包括不同像素时所产生的焦点检测误差。
以上说明了根据本实施例的水平相位差检测像素对(第一焦点检测像素对)SHA和SHB的布局。
接着参考图15说明除水平相位差检测像素对SHA和SHB以外配置垂直相位差检测像素对SVC和SVD所使用的规则。
如上所述，焦点检测像素SHA、SHB、SVC和SVD仅接收通过摄像镜头TL的出瞳EP的左侧、右侧、上侧和下侧的区域光瞳EPHA、EPHB、EPVC和EPVD的光束。因此，直接使用焦点检测像素作为摄像像素将对图像质量产生不利影响。为防止这一情况，需要通过例如基于来自邻近摄像像素的输出进行插值来生成焦点检测像素的图像信息。
如果焦点检测像素SHA、SHB、SVC和SVD分布不均匀，则一些区域可能包括许多要通过插值来生成的像素，或者进行插值要使用的信息量可能不充分，结果对图像质量产生不利影响。为避免这一情况，在水平和垂直两个方向上邻近的两个水平相位差检测像素对SHA和SHB之间的中间位置处配置垂直方向上的相位差检测用的第二焦点检测像素对SVC和SVD。
在本实施例中，在水平和垂直两个方向上按相等间距(8[像素])以正方形图案配置水平相位差检测像素对SHA和SHB。在这种情况下，在水平和垂直两个方向上偏移1/2间距的同时，以正方形图案配置垂直相位差检测像素对SVC和SVD。作为整体获得交错配置。
如图15所示，假定第一焦点检测像素对中所包括的第一AF像素SHA和第二AF像素SHB被配置在各块中的地址(1，0)和(0，1)处。在这种情况下，第二焦点检测像素对中所包括的第一AF像素SVC和第二AF像素SVD被配置在各块中的地址(5，4)和(4，5)处。这使得能够降低由不均匀分布的焦点检测像素所引起的图像质量下降。
注意，为抵消在被摄体图像的边缘位于像素对之间的边界处时所产生的图像信号偏移，每隔一个水平行切换各水平相位差检测像素对SHA和SHB中的第一AF像素和第二AF像素的布局。因为这一原因，每隔一个垂直行切换各垂直相位差检测像素对SVC和SVD中的第一AF像素和第二AF像素的布局。
更具体地，在与光瞳分割方向垂直的方向上邻近的且其第一AF像素和第二AF像素在相同位置处具有边界的两个焦点检测像素对中切换第一AF像素和第二AF像素的布局。
参考图15，在第一垂直行的各块中，将第二焦点检测像素对的第一AF像素SVC配置在(5，4)处，并且将第二AF像素SVD配置在(4，5)处。因此，如参考图11和12对水平相位差检测像素SHA和SHB所述，如果被摄体图像的边缘位于像素SVC和SVD之间的边界处，则D图像波形相对于C图像波形向上偏移。
另一方面，在第二垂直行的各块中，将第二焦点检测像素对的第一AF像素SVC配置在(4，5)处，并且将第二AF像素SVD配置在(5，4)处。切换第一AF像素SVC和第二AF像素SVD的布局。因此，如果被摄体图像的边缘位于像素SVC和SVD之间的边界处，则D图像波形相对于C图像波形向下偏移。
第一垂直行中的焦点检测像素SVC和SVD之间的边界位置与第二垂直行中的相同。因此，如果第一垂直行中的被摄体的边缘位置与第二垂直行中的相同，则在第一垂直行和第二垂直行中同时发生C图像波形和D图像波形之间的相位偏移。偏移量相等，并且在相反方向上发生偏移。这是基于与参考图14针对水平相位差检测像素对SHA和SHB所述的原理相同的原理。
如上所述，在本实施例中，平均或相加从两个焦点检测像素对所获得的两组图像波形，其中这两个焦点检测像素对在与光瞳分割方向垂直的方向上邻近并且其第一AF像素和第二AF像素在相同位置处具有边界。这使得可以抵消在被摄体图像的边缘位于AF像素之间的边界处时图像波形之间的偏移，并且还可以抑制焦点检测误差发生的可能性。
在第三垂直行、第五垂直行、……中，以与第一垂直行中相同的方式配置第一AF像素SVC和第二AF像素SVD。在第四垂直行、第六垂直行、……中，以与第二垂直行中相同的方式配置第一AF像素SVC和第二AF像素SVD。
即使对于C图像波形和D图像波形，也可以在分配与可靠性相对应的权重之后进行平均，或者代替平均，可以相加图像波形。
以这种方式配置水平相位差检测像素对SHA和SHB以及垂直相位差检测像素对SVC和SVD。这可以同时降低由不均匀分布的焦点检测像素对所引起的图像质量下降和降低在由不同像素形成焦点检测像素对时所产生的焦点检测误差。
图16～18是用于解释根据本实施例的数字照相机的调焦和拍摄操作的流程图。
图16是用于解释根据本实施例的数字照相机的整体操作的流程图。
当用户接通操作开关组132中的电源开关时，在步骤S103，CPU 121确认照相机中的致动器和图像传感器的动作，初始化存储器内容和执行程序，并且执行拍摄准备操作。
在步骤S105，CPU 121经由图像传感器驱动电路124开始图像传感器107的摄像操作。图像处理电路125处理所拍摄图像以生成显示图像(具有低于要记录的图像的分辨率)。图像处理电路125还从显示图像检测人的面部。
在步骤S107，CPU 121将由图像处理电路125所生成的显示图像顺序输出给显示装置131，从而使显示装置131用作为EVF。用户在观看显示装置131上所显示的图像的同时，确定用于进行拍摄的构图。
在步骤S109，CPU 121从图像处理电路125获取面部检测结果，并且如果检测到了面部，还获取与面部区域有关的信息。当检测到了面部时，处理从步骤S111进入步骤S113，并且CPU121将调焦模式设置为面部AF模式。面部AF模式表示用于在面部区域中设置焦点检测区域的AF模式。
如果从显示图像没有检测到面部，则处理从步骤S111进入步骤S115，并且CPU 121将调焦模式设置为多点AF模式。多点AF模式表示用于将拍摄区域分割成多个区域(例如，3×5＝15个区域)、在各分割区域中检测焦点并且将包括根据焦点检测结果和被摄体亮度信息所估计出的主被摄体的分割区域设置为最终焦点检测区域的模式。
在步骤S113或S115确定了AF模式之后，CPU 121在步骤S117确定焦点检测区域。在步骤S121，CPU 121判断是否打开了拍摄准备开关。如果没有打开该开关，则处理返回到步骤S105以重复执行从图像传感器驱动到步骤S117中的焦点检测区域确定的处理。
在步骤S121，CPU 121检测操作开关组132中的拍摄准备开关的状态。如果该开关处于ON(打开)，则处理进入步骤S131。如果该开关未处于ON，则处理返回到步骤S105。在用户半按下例如释放按钮时，可以打开拍摄准备开关。
图17是用于详细解释步骤S131中的焦点检测处理的流程图。
在步骤S133，CPU 121基于预先存储的布局信息，读取经由图像传感器驱动电路124在步骤S117确定的焦点检测区域中所包括的焦点检测像素。
在步骤S137，CPU 121连结从第一焦点检测像素对和第二焦点检测像素对中的第一AF像素组和第二AF像素组所读取的信号，从而生成如图9、12和14所示的相位差检测用的图像波形对。更具体地，生成图9所示的成对的信号AFSIGh(A1)和AFSIGh(B1)或者成对的信号AFSIGv(C3)和AFSIGv(D3)。
在步骤S138，CPU 121进行该图像波形对的相关计算，从而计算出图像波形之间的相位差。
在步骤S141，CPU 121判断相关计算结果的可靠性。可靠性表示图像波形对的一致程度(波形相似度)。如果一致程度高，则焦点检测结果的可靠性通常高。当选择多个焦点检测区域时，可以使用基于可靠的图像波形对的相位差。
在步骤S143，CPU 121基于从可靠的图像波形对所获得的相位差，计算最终离焦量，并且结束焦点检测处理。
返回参考图16，CPU 121在步骤S151判断在焦点检测处理中计算出的离焦量是否等于或小于容许量(调焦状态是否可被判断为“聚焦”)。如果离焦量大于容许量，则CPU 121将调焦状态判断为“离焦”，并且在步骤S153经由调焦驱动电路126将调焦透镜(第三透镜组)105在预定方向上驱动预定量。重复执行步骤S131和S153的处理，直到在步骤S151将调焦状态判断为“聚焦”为止。
当在步骤S151判断为获得了聚焦状态时，CPU 121在步骤S155将聚焦状态显示在显示装置131上，并且处理进入步骤S157。
在步骤S157，CPU 121判断是否打开了拍摄开始开关。如果未打开该开关，则CPU 121在步骤S157维持拍摄待机状态。如果在步骤S157打开了拍摄开始开关，则处理进入步骤S161以执行拍摄处理。在用户完全按下例如释放按钮时，可以打开拍摄开始开关。
图18是用于详细解释步骤S161中的拍摄处理的流程图。
在步骤S163，CPU 121经由快门驱动电路128控制快门102的开口量和打开/关闭定时，从而进行曝光处理。尽管以上没有特别说明，但是如一般程序一样，与焦点检测处理并行执行自动曝光控制处理以确定F值和快门速度。
在步骤S165，CPU 121经由图像传感器驱动电路124进行图像读取，即用于记录图像生成的全像素读取。
在步骤S167，CPU 121使用图像处理电路125对读取的图像信号的缺失像素进行插值。缺失像素包括在制造图像传感器107时产生的缺陷像素和焦点检测像素。如上所述，焦点检测像素不具有R、G和B颜色滤波器。它们接收仅来自部分出瞳的光。因此，如正常缺陷像素一样，通过基于邻近摄像像素的信息进行插值，生成焦点检测像素的图像信号。
在步骤S169，CPU 121使图像处理电路125执行诸如图像的颜色插值、γ校正和边缘增强等的所谓的显影处理的图像信号处理和诸如根据设置进行编码等的图像处理。
在步骤S171，CPU 121将所拍摄图像记录在记录介质133上。
在步骤S173，CPU 121将所拍摄图像显示在显示装置131上，并且结束拍摄处理。
如上所述，根据本实施例，当在图像传感器所包括的一些像素处配置具有光瞳分割功能的焦点检测像素对时，将各对中的像素配置为相互邻近，从而降低焦点检测误差发生的可能性。另外，将像素对配置在相互邻近的R像素和B像素的位置处。与将像素对配置在G像素的位置处的情况相比，这抑制了对图像质量的影响。
在两个焦点检测像素对中切换第一AF像素和第二AF像素的布局，其中这两个焦点检测像素对在与光瞳分割方向垂直的方向上邻近且其第一AF像素和第二AF像素在相同位置处具有边界。平均或相加从邻近的这两个焦点检测像素对所获得的两组图像波形。这进一步抑制了焦点检测误差发生的可能性。
第二实施例
接着说明本发明的第二实施例。除图像传感器107中的焦点检测像素的布局以外，根据第二实施例的摄像设备与第一实施例中的相同。作为本实施例的特性特征，下面仅说明焦点检测像素的布局。
图19是示出根据本发明第二实施例的4×4＝16块中的焦点检测像素对的布局的例子的图。
在第一实施例中，以正方形图案配置用于检测水平方向上的相位差的第一焦点检测像素对SHA和SHB以及用于检测垂直方向上的相位差的第二焦点检测像素对SVC和SVD。在水平和垂直方向上偏移1/2间距的同时，配置第一焦点检测像素对SHA和SHB以及第二焦点检测像素对SVC和SVD，从而使得作为整体获得交错配置。
在第二实施例中，在与光瞳分割方向垂直的方向上配置多个行，在这多个行中，在光瞳分割方向上以相等间距配置具有相同光瞳分割方向的多个焦点检测像素对。在光瞳分割方向上偏移1/2间距的同时，配置在与光瞳分割方向垂直的方向上邻近的行中的焦点检测像素对。例如，作为特性特征，在水平方向上交替偏移1/2间距的同时，在垂直方向上配置水平行，在这些水平行中，在水平方向上以相等间距配置多个第一焦点检测像素对SHA和SHB。在垂直方向上邻近的两个水平行中，第一焦点检测像素对的水平间距为1/2。这提高了垂直方向上的图像波形的分辨率。
将最上面的块行上所配置的第一焦点检测像素对SHA和SHB的集合称为第一水平行。将第二块行的第一焦点检测像素对SHA和SHB的集合称为第二水平行。类似地，将第一焦点检测像素对的其余集合顺序称为第三水平行、第四水平行、……。这与第一实施例所述的图15中的相同。
如第一实施例中一样，在第一水平行的各块中，将第一焦点检测像素对的第一AF像素SHA配置在地址(1，0)处，并且将第二AF像素SHB配置在地址(0，1)处。
在第二水平行的各块中，将第一焦点检测像素对的第一AF像素SHA配置在地址(1，4)处，并且将第二AF像素SHB配置在地址(0，5)处。也就是说，将第二水平行中的第一焦点检测像素对SHA和SHB配置在相对于第一水平行在水平方向上偏移了1/2间距的位置处。
当使用由第一水平行中的AF像素所获得的信号和由第二水平行中的AF像素所获得的信号时，可以获得相当于在水平方向上具有双倍分辨率的图像波形的图像波形。
第一焦点检测像素对、即第三水平行中配置的焦点检测像素对中所包括的第一AF像素和第二AF像素在与第一水平行中的第一焦点检测像素对中相同的位置处具有边界，并且在与光瞳分割方向垂直的方向上邻近。
因此，在各块中，如第一实施例的第二水平行一样，将第一焦点检测像素对的第一AF像素SHA配置在地址(0，1)处，并且将第二AF像素SHB配置在地址(1，0)处。也就是说，相对于第一水平行切换第一AF像素SVC和第二AF像素SVD的布局。
类似地，第一焦点检测像素对、即第四水平行中配置的焦点检测像素对中所包括的第一AF像素和第二AF像素在与第二水平行中的第一焦点检测像素对中相同的位置处具有边界，并且在与光瞳分割方向垂直的方向上邻近。
因此，在第四水平行的各块中，将第一焦点检测像素对的第一AF像素SHA配置在地址(0，5)处，并且将第二AF像素SHB配置在地址(1，4)处。也就是说，相对于第二水平行切换第一AF像素SVC和第二AF像素SVD的布局。
在本实施例中，第一水平行中的焦点检测像素SHA和SHB之间的边界位置与第三水平行中的边界位置相同。因此，如果被摄体的边缘位置在第一水平行和第三水平行之间相同，则在第一水平行和第三水平行中同时发生A图像波形和B图像波形之间的相位偏移。偏移量相等，并且在相反方向上发生偏移。即使在第二水平行和第四水平行之间也保持相同关系。
在本实施例中，平均或相加从两个焦点检测像素对所获得的两组图像波形，其中这两个焦点检测像素对在与光瞳分割方向垂直的方向上邻近且其第一AF像素和第二AF像素在相同位置处具有边界。这使得可以抵消在被摄体图像的边缘位于AF像素之间的边界处时的图像波形之间的偏移，并且还可以抑制焦点检测误差发生的可能性。
在本实施例中，第二水平行和第四水平行中的第一焦点检测像素对的位置相对于第一水平行和第三水平行中的第一焦点检测像素对的位置偏移1/2间距，从而获得交错配置。这提高了水平方向上的分辨率。
另一方面，如第一实施例一样，以正方形图案配置垂直方向上的相位差检测用的第二焦点检测像素对SVC和SVD。这是因为，如果还通过在光瞳分割方向(垂直方向)上将在与光瞳分割方向垂直的方向(水平方向)上邻近的焦点检测像素对偏移1/2间距来配置第二焦点检测像素对SVC和SVD，则焦点检测像素在一些部分不均匀分布。
如第一实施例所述，如果焦点检测像素SHA、SHB、SVC和SVD不均匀分布，则插值处理所需的邻近像素的数量可能不足，结果导致对图像质量的不利影响。在本实施例中，为防止这一情况，在每隔一个水平行偏移1/2间距的同时，配置第一焦点检测像素对SHA和SHB，而以正方形图案配置第二焦点检测像素对SVC和SVD。这提高了水平方向上的分辨率，并且抑制了由不均匀分布的焦点检测像素所引起的图像质量下降。
注意，同样在本实施例中，每隔一个垂直行切换各第二焦点检测像素对SVC和SVD中的第一AF像素和第二AF像素的布局。更具体地，在两个焦点检测像素对中切换第一AF像素和第二AF像素的布局，其中这两个焦点检测像素对在与光瞳分割方向垂直的方向上邻近且其第一AF像素和第二AF像素在相同位置处具有边界。
如图19所示，在第一垂直行的各块中，如第一实施例中一样，将第二焦点检测像素对的第一AF像素SVC配置在(5，4)处，并且将第二AF像素SVD配置在(4，5)处。
另一方面，在第二垂直行的各块中，将第二焦点检测像素对的第一AF像素SVC配置在(4，5)处，并且将第二AF像素SVD配置在(5，4)处。也就是说，相对于第一垂直行切换第一AF像素SVC和第二AF像素SVD的布局。
同样在本实施例中，平均或相加从两个焦点检测像素对所获得的两组图像波形，其中这两个焦点检测像素对在与光瞳分割方向垂直的方向上邻近且其第一AF像素和第二AF像素在相同位置处具有边界。这使得可以抵消在被摄体图像的边缘位于AF像素之间的边界处时的图像波形之间的偏移，并且还可以抑制焦点检测误差发生的可能性。
使用包括以上述方式配置的焦点检测像素对的图像传感器107的摄像设备的调焦和拍摄操作与第一实施例中的相同，并且不再重复对其的说明。
如上所述，在第二实施例中，如第一实施例中一样，在与光瞳分割方向垂直的方向上配置多个行，在这多个行中，在光瞳分割方向上以相等间距配置具有相同光瞳分割方向的多个焦点检测像素对。在光瞳分割方向上偏移1/2间距的同时，配置在与光瞳分割方向垂直的方向上邻近的行中的一种类型的焦点检测像素对。也就是说，其他类型的焦点检测像素对保持正方形图案，而一种类型的焦点检测像素对具有交错配置。
除第一实施例的效果以外，这使得还可以提高由一种类型的焦点检测像素对所获得的图像波形的分辨率，并且可以精确检测焦点。
以交错配置仅配置一种类型的焦点检测像素对，这使得可以抑制由不均匀分布的焦点检测像素所引起的所拍摄图像的质量下降。
在本实施例中，说明了改变水平方向上的相位差检测用的焦点检测像素对的间距的例子。然而，可以改变垂直方向上的相位差检测用的焦点检测像素对的间距。
第三实施例
接着说明本发明的第三实施例。除图像传感器107中的焦点检测像素的布局以外，根据第三实施例的摄像设备与第一实施例中的相同。作为本实施例的特性特征，下面仅说明焦点检测像素的布局。
图20是示出根据本发明第三实施例的4×4＝16块中的焦点检测像素对的布局的例子的图。
在第一实施例和第二实施例中，说明了使用Bayer矩阵的颜色滤波器的图像传感器。更具体地，说明了下面的图像传感器，在该图像传感器中，将具有G(绿色)光谱灵敏度的像素配置为包括2×2＝4像素的一个单位的两个对角像素，并且分别配置具有R(红色)和B(蓝色)光谱灵敏度的像素作为其余两个像素。第三实施例涉及采用像素阵列的图像传感器中的焦点检测像素对的布局，其中，为了获取更高分辨率的亮度信息，该像素阵列包括更高比例的具有G(绿色)光谱灵敏度的像素。
首先说明本实施例的图像传感器107的颜色滤波器。在由4×4＝16像素构成的一个单位中，存在12个G像素、2个R像素和2个B像素。更具体地，将包括4×4＝16像素的块的左下角处的像素的地址定义为(0，0)。定义该地址，使得随着像素位置在水平方向上向右移动，该地址的第二项增大1，并且随着像素位置在垂直方向上向上移动，该地址的第一项增大1。基于该地址规则，将R像素配置在(3，0)和(1，2)处，将B像素配置在(1，0)和(3，2)处，并且在所有其余12个像素处配置G像素。
在上述Bayer矩阵中，所有像素的50％是G像素。然而，在本实施例的阵列中，G像素的比例是75％。如上所述，G像素的输出对亮度信息的贡献相对较大，因此与B像素和R像素的输出相比，对图像质量的影响大。因为这一原因，在本实施例中，升高G像素的比例以获取更高分辨率的亮度信息。
参考图20，将垂直方向上最上面的块行上所设置的多个第一焦点检测像素对SHA和SHB称为第一水平行，将从上端开始的第二块行称为第二水平行，将第三块行称为第三水平行，并且将第四块行称为第四水平行。将水平方向上最左边的块行上所设置的多个第二焦点检测像素对SVC和SVD称为第一垂直行，将从左端开始的第二块行称为第二垂直行，将第三块行称为第三垂直行，并且将第四块行称为第四垂直行。
如第一实施例和第二实施例中一样，将摄像像素分割成均由具有预定大小的正方形区域构成的块，并且在各块中配置第一焦点检测像素对SHA和SHB以及第二焦点检测像素对SVC和SVD。在第三实施例中，如第一实施例和第二实施例中一样，将包括8×8像素的正方形区域定义为一个块。
对于表示块中的像素位置的地址，将左下角处的像素的地址定义为(0，0)。定义该地址，使得随着像素位置在水平方向上向右移动，该地址的第二项增大1，并且随着像素位置在垂直方向上向上移动，该地址的第一项增大1。
首先使用这些地址说明水平方向上的相位差检测用的第一焦点检测像素对SHA和SHB的布局规则。在第一水平行中，将各第一焦点检测像素对的第一AF像素SHA配置在地址(3，0)处，并且将第二AF像素SHB配置在地址(1，0)处。
如上所述，为抑制图像质量下降，将焦点检测像素SHA和SHB配置在R像素和B像素的位置处。由于水平方向上的第一焦点检测像素对SHA和SHB基于水平方向上的对比度图案来检测焦点，因而他们的位置可以尽可能地一致。另外，如上所述，焦点检测像素对的第一AF像素SHA和第二AF像素SHB之间的间隔可以短。
为尽可能满足这些条件，在第三实施例中，垂直配置第一AF像素SHA和第二AF像素SHB以使其水平位置相一致，并且还使其在避开G像素的同时相邻近。该布局减小了第一AF像素SHA和第二AF像素SHB是不同像素时所产生的焦点检测误差。
第一水平行的各块中所设置的第一焦点检测像素对的第一AF像素SHA和第二AF像素SHB的水平位置相一致。如果被摄体图像(例如，垂直线)仅在水平方向上具有对比度图案，则第一AF像素SHA和第二AF像素SHB始终为相同图案部分。因此，即使通过使用从不同像素所获得的图像波形来检测焦点，也不会产生焦点检测误差。
然而，当被摄体图像不仅在水平方向上、而且在垂直方向上也具有对比度图案时，第一AF像素SHA和第二AF像素SHB为在垂直方向上间隔两个像素的部分。这可能产生小量焦点检测误差。尤其在拍摄倾斜45°的线时，焦点检测误差可能较大。
为防止这一情况，在第三实施例中，如第一实施例和第二实施例中一样，相对于第一水平行切换第二水平行中的第一AF像素SHA和第二AF像素SHB的布局。更具体地，在第二水平行中，将水平方向上的相位差检测用的各第一焦点检测像素对的第一AF像素SHA配置在地址(1，0)处，并且将第二AF像素SHB配置在地址(3，0)处。平均或相加从第一水平行所获得的图像波形和从第二水平行所获得的图像波形，以生成最终一组图像波形，从而抵消焦点检测误差。
如上所述，在两个焦点检测像素对中切换第一AF像素和第二AF像素的布局，其中这两个焦点检测像素对在与光瞳分割方向垂直的方向上邻近且其第一AF像素和第二AF像素在相同位置处具有边界。平均或相加从相互邻近的两个焦点检测像素对所获得的图像波形，从而抑制焦点检测误差发生的可能性。
对于仅在水平方向上具有对比度图案的被摄体(例如，垂直线)，即使当由不同像素构成焦点检测像素SHA和SHB时，在第一水平行和第二水平行中也均不会产生焦点检测误差。
然而，例如，当拍摄倾斜45°的线时，由于第一AF像素SHA和第二AF像素SHB是在垂直方向上间隔开的不同像素，因而产生焦点检测误差。然而，即使在这种情况下，倾斜45°的线的边缘同时也与第一水平行和第二水平行中的焦点检测像素对SHA和SHB中的边界重叠。因此，同时发生A图像波形和B图像波形之间的相位偏移。偏移量相等，并且在相反方向上发生偏移。
同样在第三实施例中，平均或相加在与光瞳分割方向垂直的方向上邻近的行的图像波形，从而抵消焦点检测误差。这减小了在用于生成A图像波形的第一AF像素和用于生成B图像波形的第二AF像素是不同像素时所产生的焦点检测误差。
在第三水平行中，如第一水平行中一样，将第一AF像素SHA和第二AF像素SHB配置在相同地址处。在第四水平行中，如第二水平行中一样，将第一AF像素SHA和第二AF像素SHB配置在相同地址处。如第一水平行和第二水平行之间的关系一样，即使在第三水平行和第四水平行中，也切换焦点检测像素SHA和HB的布局。因为这一原因，当平均或相加从两行所获得的图像波形以生成最终图像波形时，可以减少焦点检测误差。
接着说明根据本实施例的垂直方向上的相位差检测用的第二焦点检测像素对SVC和SVD的布局规则。
在第一垂直行中，将各第二焦点检测像素对的第一AF像素SVC配置在地址(5，4)处，并且将第二AF像素SVD配置在地址(5，6)处。为抑制图像质量下降，将焦点检测像素SVC和SVD配置在R像素和B像素的地址处。由于垂直方向上的第二焦点检测像素对SVC和SVD基于垂直方向上的对比度图案来检测焦点，因而它们的位置可以尽可能地一致。另外，如上所述，焦点检测像素对的第一AF像素SVC和第二AF像素SVD之间的间隔可以短。
为尽可能满足这些条件，在第三实施例中，水平配置第二焦点检测像素对的第一AF像素SVC和第二AF像素SVD，以使其垂直位置相一致，并且还使其在避开G像素的同时相邻近。该布局减小了在第一AF像素SVC和第二AF像素SVD是不同像素时所产生的焦点检测误差。
如第一水平行和第二水平行之间的关系一样，如果被摄体(例如，水平线)仅在垂直方向上具有对比度图案，则即使通过使用从不同像素所获得的图像波形来检测焦点，也不会产生焦点检测误差。然而，当拍摄例如倾斜45°的线时，可能产生焦点检测误差。
为防止这一情况，在第三实施例中，如第一实施例和第二实施例中一样，相对于第一垂直行切换第二垂直行中的第一AF像素SVC和第二AF像素SVD的布局。更具体地，在第二垂直行中，将垂直方向上的相位差检测用的各第二焦点检测像素对的第一AF像素SVC配置在地址(5，6)处，并且将第二AF像素SVD配置在地址(5，4)处。平均或相加从第一垂直行所获得的图像波形和从第二垂直行所获得的图像波形以生成最终一组图像波形，从而抵消焦点检测误差。
在水平和垂直方向上按相同间距以正方形图案配置第一焦点检测像素对和第二焦点检测像素对两者。将第一焦点检测像素对组和第二焦点检测像素对组在垂直和水平方向上偏移1/2间距。
更具体地，当将第一焦点检测像素对SHA和SHB配置在地址(1，0)和(3，0)处时，将第二焦点检测像素对SVC和SVD配置在地址(5，6)和(5，4)处。这降低了由不均匀分布的焦点检测像素所引起的图像质量下降。
使用包括以上述方式配置的焦点检测像素对的图像传感器107的摄像设备的调焦操作和拍摄操作与第一实施例中的相同，并且不再重复对其的说明。
如上所述，同样在第三实施例中，当将具有光瞳分割功能的焦点检测像素对配置在图像传感器所包括的一些像素处时，将各对中的像素配置为在避开G像素的同时尽可能地相互靠近。这使得即使为了获取更高分辨率的亮度信息而使用具有更高比例地包括G像素的像素阵列的图像传感器，也可以在抑制图像质量下降的同时，降低焦点检测误差发生的可能性。
另外，在两个焦点检测像素对中切换第一AF像素和第二AF像素的布局，其中这两个焦点检测像素对在与光瞳分割方向垂直的方向上邻近且其第一AF像素和第二AF像素在相同位置处具有边界。平均或相加从邻近的这两个焦点检测像素对所获得的图像波形。这进一步抑制了焦点检测误差发生的可能性。
第四实施例
接着说明本发明的第四实施例。除图像传感器107中的焦点检测像素的布局以外，根据第四实施例的摄像设备与第一实施例中的相同。作为本实施例的特性特征，下面仅说明焦点检测像素的布局。
图21是示出根据本发明第四实施例的4×4＝16块中的焦点检测像素对的布局的例子的图。
在第一实施例和第二实施例中，将焦点检测像素对中包括的第一AF像素和第二AF像素始终配置成以-45°角度邻近。在第四实施例中，将焦点检测像素对配置成第一AF像素和第二AF像素的布局角度每隔三行就改变。
参考图21说明第一焦点检测像素对SHA和SHB的布局规则。在第一水平行中，将第一AF像素SHA配置在地址(1，0)处，并且将第二AF像素SHB配置在地址(0，1)处。在第二水平行中，如第一实施例和第二实施例中一样，切换第一AF像素SHA和第二AF像素SHB的布局。也就是说，将第一AF像素SHA配置在地址(0，1)处，并且将第二AF像素SHB配置在地址(1，0)处。
在第三水平行中，将第一AF像素SHA配置在地址(2，1)处，并且将第二AF像素SHB配置在地址(1，0)处。也就是说，在水平方向上反转第一水平行的布局。因此，第一水平行中的第一AF像素SHA和第二AF像素SHB的布局方向与第三水平行中的第一AF像素SHA和第二AF像素SHB的布局方向成直角相交。
注意，同样在本实施例中，在G像素的位置处没有配置焦点检测像素。因为这一原因，与第一水平行相比，第三水平行对于各块向上偏移一个像素。因此，在本实施例中，第一焦点检测像素对的垂直间距不是恒定的。
在第一水平行中，在-45°方向上配置第一AF像素SHA和第二AF像素SHB。对于在45°方向上具有对比度图案的被摄体(例如，倾斜-45°的线)，即使在第一AF像素SHA和第二AF像素SHB是不同像素时，也不会产生焦点检测误差。然而，对于在-45°方向上具有对比度图案的被摄体(例如，倾斜45°的线)，由作为不同像素的第一AF像素SHA和第二AF像素SHB容易产生焦点检测误差。
在第二水平行中，在45°方向上配置第一AF像素SHA和第二AF像素SHB。对于在-45°方向上具有对比度图案的被摄体，即使在第一AF像素SHA和第二AF像素SHB是不同像素时，也不会产生焦点检测误差。然而，对于在45°方向上具有对比度图案的被摄体，焦点检测误差发生的可能性最大。
也就是说，在第一水平行中焦点检测误差容易变大的状况下，在第三水平行中几乎不会发生焦点检测误差。相反，在第三水平行中焦点检测误差容易变大的状况下，在第一水平行中几乎不会发生焦点检测误差。
在这种情况下，基于从摄像像素所获得的被摄体图像的信息，使用从第一水平行和第三水平行中被判断为产生较小焦点检测误差的水平行所获得的图像波形，进行焦点检测，从而降低焦点检测误差。
同样在第四水平行中，将第一AF像素SHA配置在地址(1，0)处，并且将第二AF像素SHB配置在地址(2，1)处，从而使得第一AF像素SHA和第二AF像素SHB的布局方向与第二水平行中的第一AF像素SHA和第二AF像素SHB的布局方向成直角相交。基于从摄像像素所获得的被摄体图像的信息，使用从第二水平行和第四水平行中被判断为产生较小焦点检测误差的水平行所获得的图像波形，进行焦点检测，从而降低焦点检测误差。
如第一实施例和第二实施例中一样，以正方形图案配置垂直相位差检测像素。
更具体地，在第一垂直行和第三垂直行的各块中，将第二焦点检测像素对的第一AF像素SVC配置在地址(5，4)处，并且将第二AF像素SVD配置在地址(4，5)处。
在第二垂直行和第四垂直行的各块中，将第一AF像素SVC配置在地址(4，5)处，并且将第二AF像素SVD配置在地址(5，4)处。也就是说，相对于第一垂直行和第三垂直行，切换第一AF像素SVC和第二AF像素SVD的布局。这减小了在由不同像素构成焦点检测像素对时所产生的焦点检测误差。
除步骤S137(图17)中用于生成相位差检测用的图像波形的操作以外，使用包括以上述方式所配置的焦点检测像素对的图像传感器107的摄像设备的调焦和拍摄操作与第一实施例中的相同。
当生成相位差检测用的图像波形时，CPU 121基于从摄像像素所获得的被摄体图像的信息，使用图像处理电路125检测边缘的方向。从与该边缘相交的行中，CPU 121检测第一AF像素和第二AF像素的布局方向成直角相交的一组行。在这组行中，使用从边缘方向与像素阵列方向以接近90°的角度相交的行所获得的图像波形来生成相位差检测用的图像波形。可选地，在不检测这组行的情况下，可以简单地使用从假定对边缘方向具有足够可靠性的行所获得的图像波形。
如上所述，在第四实施例中，在第一实施例的焦点检测像素布局中，设置第一AF像素和第二AF像素的布局方向成直角相交的行。基于被摄体图像的信息，使用从被判断为更可靠的行所获得的图像波形来进行焦点检测。这进一步抑制了焦点检测误差的发生。
第五实施例
接着说明本发明的第五实施例。在第一实施例～第四实施例中，图像传感器包括在水平和垂直方向上排列的矩形像素。作为第五实施例的特性特征，使用具有在倾斜45°的同时排列八边形摄像像素的所谓蜂巢结构的图像传感器。
图22是示出根据本实施例的图像传感器107中的焦点检测像素的布局的例子的图。
在本实施例的图像传感器107中，将具有G(绿色)光谱灵敏度的像素配置为倾斜45°的包括2×2＝4像素的一个单位中的上下两个像素，并且将具有R(红色)和B(蓝色)光谱灵敏度的像素分别配置为左右两个像素。
参考图22，将具有5[像素]×10[像素]大小的区域定义为块。在各块中配置总共四个像素，即水平方向上的相位差检测用的第一焦点检测像素对SHA和SHB以及垂直方向上的相位差检测用的第二焦点检测像素对SVC和SVD。
将垂直方向上最上面的块行上的多个第一焦点检测像素对SHA和SHB称为第一水平行，将从上端开始的第二块行称为第二水平行，将第三块行称为第三水平行，并且将第四块行称为第四水平行。将水平方向上最左边的块行上的多个第二焦点检测像素对称为第一垂直行，将从左端开始的第二块行称为第二垂直行，将第三块行称为第三垂直行，并且将第四块行称为第四垂直行。
将说明第一焦点检测像素对SHA和SHB的布局规则。在第一水平行和第三水平行中，将第一AF像素SHA配置在地址(1，0)处，并且将第二AF像素SHB配置在地址(0，0)处。
在第二水平行和第四水平行中，如第一实施例和第二实施例中一样，切换第一AF像素SHA和第二AF像素SHB的布局。也就是说，将第一AF像素SHA配置在地址(0，0)处，并且将第二AF像素SHB配置在地址(1，0)处。
同样在本实施例中，以这种方式将第一AF像素和第二AF像素配置为邻近。将水平方向上的相位差检测用的各第一焦点检测像素对的第一AF像素SHA和第二AF像素SHB配置在水平方向上的相同位置处。在避开G像素的同时，将它们配置在R像素和B像素的位置处。
还将说明垂直方向上的相位差检测用的第二焦点检测像素对SVC和SVD。在第一垂直行和第三垂直行中，将第一AF像素SVC配置在地址(3，4)处，并且将第二AF像素SVD配置在地址(3，6)处。在第二垂直行和第四垂直行中，切换第一AF像素和第二AF像素的布局。也就是说，将第一AF像素SVC配置在地址(3，6)处，并且将第二AF像素SVD配置在地址(3，4)处。
平均或相加从第一水平行和第三水平行所获得的图像波形与从第二水平行和第四水平行所获得的图像波形，以生成相位差检测最终要使用的图像波形。
另外，平均或相加从第一垂直行和第三垂直行所获得的图像波形与从第二垂直行和第四垂直行所获得的图像波形，以生成相位差检测最终要使用的图像波形。
使用包括以上述方式配置的焦点检测像素对的图像传感器107的摄像设备的调焦和拍摄操作与第一实施例中的相同，并且不再重复对其的说明。
如上所述，本发明还可应用于具有蜂巢结构的图像传感器，并且可以获得与第一实施例中相同的效果。
更具体地，当将具有光瞳分割功能的焦点检测像素对配置在图像传感器中包括的一些像素处时，将各对中的像素配置为相互邻近，从而降低焦点检测误差发生的可能性。另外，将像素对配置在相互邻近的R像素和B像素的位置处。与将像素对配置在G像素的位置处的情况相比，这抑制了对图像质量的影响。
在两个焦点检测像素对中切换第一AF像素和第二AF像素的布局，其中这两个焦点检测像素对在与光瞳分割方向垂直的方向上邻近且其第一AF像素和第二AF像素在相同位置处具有边界。平均或相加从这两个相互邻近的焦点检测像素对所获得的图像波形，从而进一步抑制焦点检测误差发生的可能性。
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2008年7月9日提交的日本专利申请2008-179460号的优先权，其全部内容通过引用包含于此。

Claims (5)

1.一种摄像设备，包括具有光电转换被摄体图像的多个像素的图像传感器，所述摄像设备包括：
多个焦点检测像素对，用于通过相位差检测来检测形成所述被摄体图像的镜头的焦点，其中，所述多个焦点检测像素对以预定间距配置在所述图像传感器中，
其中，以短于所述预定间距的距离来配置构成各焦点检测像素对的第一焦点检测像素和第二焦点检测像素，以及
其中，在与所述相位差检测垂直的方向上邻近的两个焦点检测像素对中，切换所述第一焦点检测像素和所述第二焦点检测像素的布局。
2.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，还包括颜色滤波器，在所述颜色滤波器中，周期性地配置至少包括绿色的多种颜色以限制对所述图像传感器的各像素的入射光的波长，
其中，在配置了所述颜色滤波器的除绿色以外的颜色的像素中，将各焦点检测像素对的所述第一焦点检测像素和所述第二焦点检测像素配置为邻近。
3.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述多个焦点检测像素对至少包括以下其中一个：
第一焦点检测像素对，其包括开口位置在所述图像传感器的水平方向上不同的所述第一焦点检测像素和所述第二焦点检测像素；以及
第二焦点检测像素对，其包括开口位置在所述图像传感器的垂直方向上不同的所述第一焦点检测像素和所述第二焦点检测像素。
4.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，各焦点检测像素对中所包括的所述第一焦点检测像素和所述第二焦点检测像素被配置为邻近。
5.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，还包括检测部件，所述检测部件用于基于第一图像波形和第二图像波形之间的相位差来检测所述镜头的调焦状态，其中，所述第一图像波形和所述第二图像波形分别通过相同垂直位置处的所述多个焦点检测像素对的所述第一焦点检测像素和所述第二焦点检测像素而生成。
CN200980126935.1A 2008-07-09 2009-07-08 摄像设备 Expired - Fee Related CN102089697B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008-179460 2008-07-09
JP2008179460A JP2010020015A (ja) 2008-07-09 2008-07-09 撮像装置
PCT/JP2009/062768 WO2010005105A1 (en) 2008-07-09 2009-07-08 Image-capturing apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102089697A true CN102089697A (zh) 2011-06-08
CN102089697B CN102089697B (zh) 2015-03-04

Family

ID=41507213

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200980126935.1A Expired - Fee Related CN102089697B (zh) 2008-07-09 2009-07-08 摄像设备

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8681261B2 (zh)
EP (1) EP2304486B1 (zh)
JP (1) JP2010020015A (zh)
CN (1) CN102089697B (zh)
WO (1) WO2010005105A1 (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102857692A (zh) * 2011-06-30 2013-01-02 株式会社尼康 摄像装置、图像处理装置和图像处理方法
CN103312980A (zh) * 2012-03-15 2013-09-18 三星电子株式会社 成像设备及其图像传感器
CN105593737A (zh) * 2013-10-02 2016-05-18 奥林巴斯株式会社 焦点检测装置和焦点检测方法
CN106605401A (zh) * 2014-07-21 2017-04-26 迷你尛斯私人有限公司 图像捕获设备及方法
CN110493586A (zh) * 2018-05-15 2019-11-22 财团法人多次元智能It融合系统 用于增加基线的摄像头系统

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6834807B2 (en) 2001-07-13 2004-12-28 Hand Held Products, Inc. Optical reader having a color imager
WO2010061756A1 (en) * 2008-11-27 2010-06-03 Canon Kabushiki Kaisha Solid-state image sensing element and image sensing apparatus
JP5159700B2 (ja) 2009-05-19 2013-03-06 キヤノン株式会社 光学装置及び焦点検出方法
JP2011176715A (ja) * 2010-02-25 2011-09-08 Nikon Corp 裏面照射型撮像素子および撮像装置
JP5453173B2 (ja) * 2010-05-28 2014-03-26 富士フイルム株式会社 撮像装置及び位相差検出画素を持つ固体撮像素子並びに撮像装置の駆動制御方法
JP5493011B2 (ja) 2010-11-30 2014-05-14 富士フイルム株式会社 撮像装置及びその合焦位置検出方法
CN103444185B (zh) * 2011-03-24 2014-10-29 富士胶片株式会社 彩色摄像元件及摄像装置
JP5468177B2 (ja) 2011-03-31 2014-04-09 富士フイルム株式会社 撮像装置及びその合焦制御方法
WO2012132122A1 (ja) * 2011-03-31 2012-10-04 富士フイルム株式会社 撮像装置及びその合焦制御方法
KR101777351B1 (ko) 2011-05-16 2017-09-11 삼성전자주식회사 촬상 소자, 이를 이용한 디지털 촬영 장치, 오토 포커싱 방법, 및 상기 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 판독가능 저장매체
JP5493054B2 (ja) * 2011-06-09 2014-05-14 富士フイルム株式会社 立体動画像及び平面動画像を撮像する撮像素子及びこの撮像素子を搭載する撮像装置
JP2014232899A (ja) * 2011-09-22 2014-12-11 富士フイルム株式会社 固体撮像装置及びデジタルカメラ
EP2762942B1 (en) * 2011-09-28 2016-11-23 Fujifilm Corporation Solid-state image capture element, image capture device, and focus control method
JP2013157883A (ja) * 2012-01-31 2013-08-15 Sony Corp 固体撮像素子およびカメラシステム
EP2848974B1 (en) * 2012-05-07 2018-11-21 Nikon Corporation Focus detection device
CN104521231B (zh) * 2012-08-10 2016-12-21 株式会社尼康 图像处理装置和摄像装置
JP5750550B2 (ja) * 2012-09-06 2015-07-22 富士フイルム株式会社 撮像装置及び合焦制御方法
JP6014452B2 (ja) * 2012-10-16 2016-10-25 キヤノン株式会社 焦点検出装置及びそれを有するレンズ装置及び撮像装置
JP6124564B2 (ja) * 2012-11-21 2017-05-10 キヤノン株式会社 焦点検出装置及び方法、及び撮像装置
EP2963917B1 (en) * 2013-02-27 2021-04-14 Nikon Corporation Electronic apparatus comprising an image sensor
JP6532119B2 (ja) * 2013-04-30 2019-06-19 キヤノン株式会社 撮像装置及びその制御方法
JP6186900B2 (ja) * 2013-06-04 2017-08-30 ソニー株式会社 固体撮像装置、電子機器、レンズ制御方法、および撮像モジュール
WO2015025590A1 (ja) * 2013-08-22 2015-02-26 富士フイルム株式会社 撮像装置及び合焦制御方法
JP6457776B2 (ja) * 2014-10-14 2019-01-23 オリンパス株式会社 撮像装置および撮像装置の制御方法
US9736405B2 (en) * 2015-01-29 2017-08-15 Altasens, Inc. Global shutter image sensor having extremely fine pitch
JP6512989B2 (ja) * 2015-08-04 2019-05-15 キヤノン株式会社 焦点検出装置及び方法、及び撮像装置
US10283538B2 (en) 2016-02-17 2019-05-07 Canon Kabshiki Kaisha Imaging device and method of driving imaging device
KR20180024604A (ko) * 2016-08-30 2018-03-08 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 구동 방법
JP2020113573A (ja) * 2019-01-08 2020-07-27 キヤノン株式会社 光電変換装置

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3592147B2 (ja) * 1998-08-20 2004-11-24 キヤノン株式会社 固体撮像装置
JP4007713B2 (ja) 1999-04-06 2007-11-14 オリンパス株式会社 撮像装置
US6819360B1 (en) 1999-04-01 2004-11-16 Olympus Corporation Image pickup element and apparatus for focusing
JP4908668B2 (ja) 2000-04-19 2012-04-04 キヤノン株式会社 焦点検出装置
JP2003234960A (ja) * 2002-02-06 2003-08-22 Sanyo Electric Co Ltd 撮像装置
JP5034215B2 (ja) * 2005-11-02 2012-09-26 株式会社ニコン 焦点検出用信号の生成機能を有する固体撮像装置
JP4797606B2 (ja) 2005-12-01 2011-10-19 株式会社ニコン 撮像装置
JP5023480B2 (ja) * 2005-12-02 2012-09-12 株式会社ニコン 電子カメラ
US7711261B2 (en) * 2006-04-11 2010-05-04 Nikon Corporation Imaging device, camera and image processing method
JP4935162B2 (ja) 2006-04-11 2012-05-23 株式会社ニコン 撮像装置、カメラおよび画像処理方法
JP4946313B2 (ja) * 2006-09-27 2012-06-06 株式会社ニコン 撮像装置
JP4867552B2 (ja) * 2006-09-28 2012-02-01 株式会社ニコン 撮像装置
JP4802993B2 (ja) * 2006-11-15 2011-10-26 株式会社ニコン 相関演算方法、相関演算装置、焦点検出装置および撮像装置
JP5003132B2 (ja) 2006-12-07 2012-08-15 ソニー株式会社 撮像素子および撮像装置
JP4961993B2 (ja) * 2006-12-18 2012-06-27 株式会社ニコン 撮像素子、焦点検出装置および撮像装置
JP4826507B2 (ja) * 2007-02-27 2011-11-30 株式会社ニコン 焦点検出装置および撮像装置
JP4973273B2 (ja) * 2007-03-28 2012-07-11 株式会社ニコン デジタルカメラ
JP4935544B2 (ja) 2007-07-06 2012-05-23 株式会社ニコン 撮像装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102857692A (zh) * 2011-06-30 2013-01-02 株式会社尼康 摄像装置、图像处理装置和图像处理方法
CN103312980A (zh) * 2012-03-15 2013-09-18 三星电子株式会社 成像设备及其图像传感器
CN103312980B (zh) * 2012-03-15 2018-04-03 三星电子株式会社 成像设备及其图像传感器
CN105593737A (zh) * 2013-10-02 2016-05-18 奥林巴斯株式会社 焦点检测装置和焦点检测方法
CN105593737B (zh) * 2013-10-02 2018-08-28 奥林巴斯株式会社 焦点检测装置和焦点检测方法
CN106605401A (zh) * 2014-07-21 2017-04-26 迷你尛斯私人有限公司 图像捕获设备及方法
CN110493586A (zh) * 2018-05-15 2019-11-22 财团法人多次元智能It融合系统 用于增加基线的摄像头系统

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010005105A1 (en) 2010-01-14
US8681261B2 (en) 2014-03-25
JP2010020015A (ja) 2010-01-28
US20110096212A1 (en) 2011-04-28
EP2304486A4 (en) 2012-04-04
EP2304486B1 (en) 2015-03-18
EP2304486A1 (en) 2011-04-06
CN102089697B (zh) 2015-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102089698B (zh) 摄像设备
CN102089697B (zh) 摄像设备
JP5202289B2 (ja) 撮像装置
CN101971072B (zh) 图像传感器和焦点检测装置
JP5322561B2 (ja) 撮像装置及びその制御方法
JP5028154B2 (ja) 撮像装置及びその制御方法
RU2585235C2 (ru) Устройство захвата изображения
US8576329B2 (en) Focus detection apparatus and control method therefor
CN102105830B (zh) 焦点检测设备
US8730374B2 (en) Focus detection apparatus
CN102292974B (zh) 摄像设备
CN102203655B (zh) 摄像设备
US9462177B2 (en) Focus adjustment apparatus, focus adjustment method, storage medium storing focus adjustment program, and imaging apparatus
CN103843318B (zh) 摄像设备及其控制方法
JP5962830B2 (ja) 焦点検出装置
KR20170015158A (ko) 제어장치, 촬상장치, 및 제어방법
JP2010139624A (ja) 撮像素子および撮像装置
JP2014139675A (ja) 焦点調節装置
JP2014013392A (ja) 撮像装置及びその制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150304

Termination date: 20190708