CN102801929B - 图像传感器和摄像设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种图像传感器和摄像设备。所述图像传感器包括：第一摄像像素和第二摄像像素，其各自用于检测拍摄光学系统所形成的被摄体图像，并生成记录图像。所述第一摄像像素和所述第二摄像像素各自包括沿着第一方向分割得到的多个光电转换单元，并且所述多个光电转换单元具有如下功能：对来自所述拍摄光学系统的光束中的分割光束所形成的多个图像进行光电转换并输出要用于检测相位差的焦点检测信号。所述第一摄像像素所包括的要用于检测相位差的光电转换单元的基线长度比所述第二摄像像素所包括的要用于检测相位差的光电转换单元的基线长度长。

Description

图像传感器和摄像设备

技术领域

本发明涉及一种图像传感器和具有该图像传感器的摄像设备，尤其涉及能够使用二维配置的多个光电转换单元来拍摄静止图像和/或运动图像的图像传感器以及用于使用该图像传感器来进行相位差焦点检测的摄像设备。

背景技术

对于能够记录运动图像或静止图像的电子照相机，已提出了使用用于图像记录的图像传感器来利用相位差检测方法实现焦点检测的技术。在该相位差检测方法中，将已穿过拍摄光学系统的出射光瞳的光束分割成两个光束。分割得到的这两个光束由一组焦点检测用光接收元件组所接收。对作为根据光接收量所输出的两个图像的一对图像的信号波形之间的偏移量、即光束的光瞳分割方向上所产生的相对位置偏移量进行检测，由此获得拍摄光学系统的焦点偏移量(散焦量)。该方法的焦点检测特性依赖于焦点检测像素的排列或者这些像素的光瞳分割特性形状。因而，已提出了与像素内结构或排列有关的各种技术以提高焦点检测特性。

另一方面，期望图像传感器获取噪声很少的高分辨率图像。为此，该图像传感器的各像素优选接收已穿过拍摄光学系统的出射光瞳中尽可能宽的区域的光束。然而，使用较宽光瞳区域中的光束可能与提高相位差焦点检测的性能相冲突。为了满足摄像功能和相位差检测功能这两者，提出了以下技术。

例如，在日本特开2007-158692中，在图像传感器的各像素中，该像素的中央区域配置有第一光电转换单元并且该像素周围配置有第二光电转换单元。使用第一光电转换单元的输出来生成图像信号，并且使用第二光电转换单元的输出来进行相位差焦点检测。

在日本特开2009-015164中，提供了光电转换单元的分割中心位置不同的多个像素组，以确保针对拍摄光学系统的出射光瞳位置的变化的冗余性。根据出射光瞳位置来选择最佳像素组，由此减轻焦点检测信号的光接收量的不均衡。

在日本特开2007-279312中，与摄像像素无关地提供了两种焦点检测像素。使其中一种焦点检测像素的测距光瞳在光瞳排列方向上的重心之间的距离w3不同于另一种焦点检测像素的测距光瞳在光瞳排列方向上的重心之间的距离w3。公开了基于散焦量的大小来选择这两种焦点检测像素的其中一种。

然而，在日本特开2007-158692所公开的技术中，由于像素结构重视摄像特性，因此并非必须获得良好的焦点检测特性。例如，对于f值大、即出射光瞳直径小的拍摄光学系统，向着焦点检测用的光电转换单元的光束发生渐晕，并且可能无法进行焦点检测。另外，在图像传感器的周边部、即像图像高度较大的区域中，出射光瞳直径由于拍摄光学系统的渐晕而变小。渐晕状态根据拍摄光学系统的型号、变焦状态和调焦状态而改变。因而，焦点可检测区域也根据这些状态而改变，从而使得难以进行稳定的焦点检测。

在日本特开2009-015164所公开的技术中，由于光瞳分割在一个方向上受到限制，因此无法对具有仅与该方向垂直的方向上的亮度分布的被摄体进行焦点检测。为了提高图像获取所用的装置灵敏度，需要使光电转换单元的面积较大。然而，在散焦较大的状态下，焦点检测图像的模糊也变大，并且焦点可检测的散焦范围较窄。

在日本特开2007-279312中，两种焦点检测像素并未用作摄像像素，因此在获取图像时变为缺陷像素。

另一方面，当使用具有光瞳分割功能的图像传感器时，可以获取到具有视差信息的3D图像。然而，即使当使用日本特开2007-158692和日本特开2009-015164所述的技术时，也无法获知如何使焦点检测功能和3D图像获取功能这两者都最优化。

发明内容

本发明是考虑到上述情形而作出的，并且使焦点可检测的散焦范围变宽并使近似聚焦状态(nearin-focusstate)下的检测精度提高。

本发明还与被摄体的亮度分布的方向无关地使焦点可检测的散焦范围变宽并使近似聚焦状态下的检测精度提高。

本发明还使焦点检测功能和3D图像获取功能这两者都最优化。

根据本发明的方面，提供一种图像传感器，包括：第一摄像像素和第二摄像像素，其各自用于检测拍摄光学系统所形成的被摄体图像，并生成记录图像，其中，所述第一摄像像素和所述第二摄像像素各自包括沿着第一方向分割得到的多个光电转换单元，多个光电转换单元具有如下功能：对来自所述拍摄光学系统的光束中的分割光束所形成的多个图像进行光电转换，并输出要用于检测相位差的焦点检测信号，以及所述第一摄像像素所包括的多个光电转换单元中的要用于检测相位差的光电转换单元的基线长度比所述第二摄像像素所包括的多个光电转换单元中的要用于检测相位差的光电转换单元的基线长度长。

此外，根据本发明的方面，提供一种图像传感器，包括：摄像像素，用于检测拍摄光学系统所形成的被摄体图像，并生成记录图像，其中，所述摄像像素包括沿着第一方向分割得到的2n个光电转换单元，其中n是不小于2的整数，所述2n个光电转换单元各自具有如下功能：对来自所述拍摄光学系统的光束中的分割光束所形成的图像进行光电转换，并输出要用于检测相位差的焦点检测信号，以及所述图像传感器具有以下两种模式：使用所述摄像像素所包括的2n个光电转换单元中位于内侧的具有较小基线长度的两个光电转换单元来检测相位差的模式；以及使用所述摄像像素所包括的2n个光电转换单元中位于具有较小基线长度的两个光电转换单元外侧的具有较大基线长度的两个光电转换单元来检测相位差的模式。

此外，根据本发明，提供一种包括前述图像传感器的其中一个的摄像设备。

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明显。

附图说明

包含在说明书中并构成说明书一部分的附图示出了本发明的实施例，并和说明书一起用来解释本发明的原理。

图1是示出根据本发明第一实施例的摄像设备的示意结构的框图；

图2是示出根据第一实施例的图像传感器的像素阵列的图；

图3是示出根据第一实施例的图像传感器的读取电路的结构的图；

图4A和4B是当变焦状态为中间(Middle)状态时、位于画面中央的像素的光电转换单元的投影关系的说明图；

图5A~5D是示出当变焦状态为中间状态时、位于画面中央的像素在出射光瞳面上的投影图像的图；

图6A和6B是当变焦状态为中间状态时、位于画面周边的像素的光电转换单元的投影关系的说明图；

图7A~7D是示出当变焦状态为中间状态时、位于画面周边的像素在出射光瞳面上的投影图像的图；

图8A和8B是当变焦状态为广角(Wide)状态时、位于画面周边的像素的光电转换单元的投影关系的说明图；

图9A和9B是当变焦状态为远摄(Tele)状态时、位于画面周边的像素的光电转换单元的投影关系的说明图；

图10A和10B是用于说明画面上的特定位置处的像素的光电转换单元的结构的图；

图11是用于说明当变焦状态为中间状态时、光电转换单元与出射光瞳的投影图像之间的位置关系的图；

图12是用于说明当变焦状态为广角状态时、光电转换单元与出射光瞳的投影图像之间的位置关系的图；

图13是用于说明当变焦状态为远摄状态时、光电转换单元与出射光瞳的投影图像之间的位置关系的图；

图14A~14C是用于说明第一像素和第二像素的输出信号中由散焦所引起的变化的图；

图15A和15B是用于说明第一像素和第二像素的输出信号之间的依赖于焦点检测区域的差异的图；

图16A~16C是用于说明根据第一实施例的在创建3D图像时对光电转换单元的输出进行相加的方法的概念图；

图17A和17B是示出焦点检测时的图像、焦点检测信号和散焦映射的示例的图；

图18是示出根据第一实施例的照相机在拍摄时的主要过程的流程图；

图19是根据第一实施例的焦点检测子例程的流程图；

图20是根据第一实施例的图像记录子例程的流程图；

图21是示出根据第二实施例的图像传感器的像素阵列的图；

图22A~22C是用于说明根据第二实施例的在创建3D图像时对光电转换单元的输出进行相加的方法的概念图；

图23是示出根据第三实施例的图像传感器的像素阵列的图；

图24是示出根据第四实施例的照相机在拍摄时的主要过程的流程图；

图25是根据第四实施例的焦点检测子例程的流程图；

图26A和26B是用于说明根据第五实施例的图像传感器的多个基线长度的图；

图27A和27B是示出根据第五实施例的三种散焦量所用的加权系数的表；

图28是根据第五实施例的焦点检测子例程的流程图；

图29是示出根据第五实施例的变形例的三种散焦量所用的加权系数的表；

图30是示出根据第五实施例的另一变形例的三种散焦量所用的加权系数的表；

图31是示出根据第六实施例的三种散焦量所用的加权系数的表；

图32是根据第六实施例的焦点检测子例程的流程图；以及

图33是示出根据第六实施例的变形例的三种散焦量所用的加权系数的表。

具体实施方式

以下将参考附图来详细说明用于实现本发明的最佳模式。

第一实施例

图1示出用作根据本发明的包括图像传感器的摄像设备的数字照相机的示意结构。图1示出通过使包括图像传感器的照相机本体与拍摄光学系统一体化或相连接所形成的数字照相机。该数字照相机可以记录运动图像和静止图像。参考图1，第一透镜组101配置在拍摄光学系统(摄像光学系统)的端部，并且被保持为可以在光轴方向上往返移动。光圈102调节其开口直径以调节拍摄时的光量，并且在拍摄静止图像时还具有作为曝光时间控制快门的功能。附图标记103表示第二透镜组。光圈102和第二透镜组103与第一透镜组101的往返移动同步地在光轴方向上一体地往返移动，由此实现变倍功能(变焦功能)。

第三透镜组105在光轴方向上往返移动以进行焦点调节。光学低通滤波器106是用于减轻所拍摄图像的伪色或摩尔纹的光学元件。图像传感器107由二维CMOS传感器及其周边电路构成。图像传感器107使用二维单板多色传感器，其中在该二维单板多色传感器中，水平方向上的M个像素和垂直方向上的N个像素排列成矩阵，并且片上原色马赛克滤波器以拜尔排列形成。注意，后面将详细说明图像传感器107的结构。

变焦致动器111手动或者利用致动器使凸轮筒(未示出)转动以使第一透镜组101~第三透镜组105在光轴方向上往返移动，由此进行变倍操作。光圈快门致动器112控制光圈102的开口直径以调节拍摄光量，并且还进行拍摄静止图像时的曝光时间控制。调焦致动器114使第三透镜组105在光轴方向上往返移动以进行焦点调节。

无线通信单元115包括用以经由诸如因特网等的网络与服务器计算机进行通信的天线和信号处理电路。照相机的姿势检测单元116使用电子水准仪来判断照相机的拍摄姿势，即判断是横向姿势拍摄还是纵向姿势拍摄。

照相机内CPU121对照相机本体进行各种控制，并且包括运算单元、ROM、RAM、A/D转换器、D/A转换器和通信接口电路等。CPU121基于ROM内所存储的预定程序来对照相机中所设置的各种电路进行驱动并执行包括AF、拍摄以及图像处理和记录等的一系列操作。

通信控制电路122经由通信单元115将所拍摄图像从照相机发送至服务器计算机或者从服务器计算机接收图像或各种信息。姿势检测电路123基于姿势检测单元116的输出信号来判断照相机的姿势。图像传感器驱动电路124控制图像传感器107的摄像操作，并且还对所获取图像信号进行A/D转换并将其发送至CPU121。图像处理电路125对图像传感器107所获取的图像进行诸如γ转换、颜色插值和JPEG压缩等的处理。

调焦驱动电路126基于焦点检测结果来驱动和控制调焦致动器114以在光轴方向上对第三透镜组105进行往返驱动，由此进行焦点调节。光圈驱动电路128驱动和控制光圈快门致动器112以控制光圈102的开口。变焦驱动电路129根据用户的变焦操作来驱动变焦致动器111。

诸如LCD等的显示装置131显示与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检查用图像、焦点检测时的聚焦状态显示图像以及照相机的姿势信息等。操作开关组132包括电源开关、拍摄开始开关、变焦操作开关和拍摄模式选择开关等。可拆卸的闪速存储器133记录所拍摄图像。

图2示出根据第一实施例的图像传感器107的像素阵列，其中该像素阵列是使用本发明人所应用的日本特开平09-046596所公开的技术而制造出的。图2示出如下状态：从拍摄光学系统侧观察二维CMOS区域传感器的垂直方向(Y方向)上的12行以及水平方向(X方向)上的14列的范围。拜尔排列适用于彩色滤波器。在奇数行的像素上交替配置绿色滤波器和红色滤波器。在偶数行的像素上交替配置蓝色滤波器和绿色滤波器。圆211i表示片上微透镜。配置在片上微透镜211i内侧的多个矩形各自表示光电转换单元。

在本发明中，各像素包括在X方向上进行了m分割并且在Y方向上进行了n分割(m和n是1以上的整数)的多个光电转换单元，并且可以独立读取这些光电转换单元的光电转换信号。应当注意，像素内的光电转换单元的分割图案并不相同，并且该图像传感器包括分割图案不同的多个像素。以下将说明这些像素的特征。注意，在以下说明中，将分割得到的多个光电转换单元相连结并被看作一个光电转换单元的形状称为连结形状，并且以下将该连结形状的中心称为连结中心。

第一像素211具有在X方向上进行了2分割(整数m1＝2)并且在Y方向上进行了2分割(整数n1=2)而得到的总共四个光电转换单元211a~211d。这四个光电转换单元211a~211d被分割成关于穿过像素中心的X轴和Y轴呈线对称。即，分割得到的各个光电转换单元具有平面形状的正方形。这四个光电转换单元的连结形状也为正方形。在像面上的所有位置处第一像素211的分割形状都相同。使用第一像素211的输出来进行记录图像生成以及近似聚焦状态下的焦点检测。记录图像不仅包括由诸如JPEG等格式所定义的普通的2D(2维)图像，还包括由具有视差信息的多个图像所构成的3D(3维)图像。运动图像和静止图像这两者均被包括其内。注意，在下文，将配置在图像传感器107中的具有相同结构的其它像素也称为第一像素211。

第二像素221~223根据预定排列规则而离散地配置在第一像素211之间。各个第二像素具有在X方向上进行了4分割(整数m2=4)并且在Y方向上没有进行分割(整数n2=1)而得到的总共四个光电转换单元。第二像素221~223中的这些光电转换单元的连结形状也为正方形。使用第二像素221~223的输出来进行记录图像生成以及散焦较大的状态下(焦点偏移量较大时)的焦点检测。在图2中，在分割得到的四个光电转换单元中，使用位于中央的两个光电转换单元(由后缀b和c来表示)来进行焦点检测。参考图2，将焦点检测用的光电转换单元表示为实心部分，尽管这些焦点检测用的光电转换单元的基本结构和特性与位于两侧的光电转换单元(由后缀a和b来表示)的基本结构和特性相同。注意，在下文，配置在图像传感器107中的具有相同结构的像素也被称为第二像素221~223。在第二像素221~223中，四个光电转换单元的连结形状也为正方形。然而，如以下将说明的，第二像素221~223根据分割得到的各个光电转换单元之间的平面形状差异而分成三种类型。

在第二像素222中，光电转换单元222b和222c被配置成关于像素中心呈左右对称。即，光电转换单元222a~222d的连结中心与位于中央的光电转换单元222b和222c的连结中心一致。将光电转换单元222b和222c的X方向大小(光电转换单元的宽度)设置为小于(窄于)外侧的光电转换单元222a和222d的X方向大小。该分割形状对于配置在图像面上的所有第二像素222都相同。

将配置在同一行上的预定范围内的第二像素222的光电转换单元222b的输出的组合定义为AF用B图像，并且将光电转换单元222c的输出的组合定义为AF用C图像。通过相关运算来检测AF用B图像和AF用C图像之间的相对偏移量，由此检测预定区域的焦点偏移量、即散焦量。

在第二像素221中，光电转换单元221b和221c的连结中心相对于光电转换单元221a~221d的连结中心在X轴的负方向上偏移。然而，将光电转换单元221b和221c的X方向大小设置为与光电转换单元222b和222c的X方向大小相等。结果，外侧的光电转换单元221a的X方向大小小于光电转换单元222a的X方向大小。其它的光电转换单元221d的X方向大小大于光电转换单元222d的X方向大小。

在第二像素223中，光电转换单元223b和223c的连结中心相对于光电转换单元223a~223d的连结中心在X轴的正方向上偏移。然而，将光电转换单元223b和223c的X方向大小设置为与光电转换单元222b和222c的X方向大小相等。结果，外侧的光电转换单元223a的X方向大小大于光电转换单元222a的X方向大小。其它的光电转换单元223d的X方向大小小于光电转换单元222d的X方向大小。

第二像素221、222和223的光电转换单元221b、221c、222b、222c、223b和223c的X方向大小较小的原因如下所述。在相位差检测型焦点检测系统中，在拍摄光学系统的出射光瞳上进行焦点检测用光束的光瞳分割。如果光瞳分割方向上的光瞳大小较大，则非聚焦状态下的AF图像的模糊较大，并且焦点可检测范围变窄，即散焦较大的状态下的焦点检测能力劣化。另外，当拍摄光学系统的f值较大时，焦点检测用光束显著发生渐晕。这使得一对AF图像信号之间的相似性劣化或者使光量的不均衡增加。由于该渐晕现象依赖于散焦量，因此散焦较大的状态下的焦点检测功能进一步劣化。

拍摄光学系统的出射光瞳上的焦点检测用光瞳与图像传感器的各像素的光电转换单元经由片上微透镜而具有共轭关系。因而，使焦点检测要使用的光电转换单元221b、221c、222b、222c、223b和223c的X方向大小较小，这样允许缩小焦点检测用光瞳的宽度，并由此避免散焦较大的状态下的焦点检测能力的下降。

另一方面，在近似聚焦状态下(即，当散焦量小时)，即使焦点检测用光瞳的大小较大，图像的模糊也较小。因而，在判断近似聚焦状态时，还使用第一像素211的输出来进行焦点检测。这使得能够增加焦点检测要使用的AF图像信号的信息量，降低像素输出的噪声的影响，并由此提高焦点检测精度。后面将说明详细内容。

上述的第二像素221~223是在X方向上进行光瞳分割的像素，并且用于在X方向上具有亮度分布的被摄体、即具有纵向条纹图案的被摄体。另一方面，第三像素224~226是在Y方向上进行光瞳分割的像素，并且用于在Y方向上具有亮度分布的被摄体、即具有横向条纹图案的被摄体。第三像素224~226在Y方向上也被分割成四个光电转换单元。第三像素根据光电转换单元的分割形状而被进一步分成三种类型。这些图案等同于第二像素221~223转动了90°的图案，并且将省略对这些图案的详细说明。根据焦点检测对象被摄体的亮度分布图案来使用第二像素221~223和第三像素224~226中的适当一个，由此降低无法进行焦点检测的可能性。

图3示出根据本发明的图像传感器107的读取电路的结构。附图标记151表示水平扫描电路；并且附图标记153表示垂直扫描电路。各像素的边界处配置有水平扫描线152a~152d以及垂直扫描线154a~154d。经由这些扫描线从外部读取来自光电转换单元的信号。

注意，本发明的图像传感器107具有以下两种读取模式。第一种读取模式被称为用于拍摄高分辨率静止图像的逐行扫描模式。在这种情况下，读取所有像素的信号。第二种读取模式被称为用于记录运动图像或仅显示预览图像的下采样模式。在这种情况下，由于所需像素数小于总像素数，因此读取在X方向和Y方向上都按预定比率进行了下采样的第一像素211。通过读取所有的第二像素221~223以及第三像素224~226来维持焦点检测功能。

图4A和4B是用于说明本发明的照相机中、拍摄光学系统的出射光瞳面与图像高度为0即配置在图像传感器的图像面中央附近的光电转换单元之间的共轭关系的图。图像传感器107内的光电转换单元与拍摄光学系统的出射光瞳面被设计成经由片上微透镜211i而具有共轭关系。通常，拍摄光学系统的出射光瞳面与放置有光量调节用的虹膜光圈102的平面几乎一致。本发明的拍摄光学系统是具有变倍功能的变焦透镜。根据光学类型，进行变倍操作导致出射光瞳的大小或相对于图像面的距离发生改变。图4A和4B所示的拍摄光学系统表示将焦距设置为广角侧和远摄侧的中间的状态、即中间状态。由Zmid来表示这种状态下的出射光瞳距离。假定该距离是标准的出射光瞳距离Znorm，对片上微透镜的形状进行设计。

图4A是示出第一像素211和拍摄光学系统之间的共轭关系的图。注意，在图4A中，与图1相同的附图标记表示相同的组件。参考图4A，镜筒构件101b保持第一透镜组101，并且镜筒构件105b保持第三透镜组105。开口板102a限定全光圈状态下的开口直径，并且光圈叶片102b调节缩小光圈状态下的开口直径。注意，例示出用于限制穿过拍摄光学系统的光束的构件101b、102a、102b和105b，作为从图像面观察时的光学虚像。将光圈102附近的合成开口定义为透镜的出射光瞳，并且如上所述，将相对于图像面的距离定义为Zmid。

参考图4A，第一像素211从最下侧起依次包括光电转换单元211a~211d、配线层211e~211g、颜色滤波器211h以及片上微透镜211i。光电转换单元211a和211b在与图面垂直的方向(Y轴方向)上重叠。光电转换单元211c和211d也以相同方式重叠。将这些光电转换单元经由片上微透镜211i分别投影到拍摄光学系统的出射光瞳面上作为投影图像EP1a~EP1d。

当光圈102处于全光圈状态(例如，F2.8)时，由L(F2.8)来表示穿过拍摄光学系统的光束的最外侧部分。光瞳投影图像EP1a~EP1d没有因光圈开口而发生渐晕。另一方面，当光圈102处于缩小光圈状态(例如，F5.6)时，由L(F5.6)来表示穿过拍摄光学系统的光束的最外侧部分。光瞳投影图像EP1a~EP1d的外侧因光圈开口而发生渐晕。然而，在图像面的中央处，投影图像EP1a~EP1d的渐晕状态关于光轴对称，并且光电转换单元211a~211d所接收到的光量相等。

图4B是示出第二像素222和拍摄光学系统的出射光瞳面之间的共轭关系的图。图4B与用于说明第一像素211的共轭关系的图4A的不同之处仅在于像素的光电转换单元的形状。即，将光电转换单元222a~222d的投影图像作为EP22a~EP22d形成在拍摄光学系统的出射光瞳面上。

结果，在全光圈状态下，充足的光束入射到四个光电转换单元222a~222d上。在缩小光圈状态下，向着光电转换单元222a~222d的光束几乎被遮蔽。然而，预定的光束入射到光电转换单元222b和222c上。由于该原因，即使在缩小光圈状态下也可以进行焦点检测。

图5A~5D示出通过将配置于图像面中央的像素的光电转换单元投影到拍摄光学系统的出射光瞳面上所形成的图像。

图5A是示出第一像素211的光电转换单元211a~211d的投影图像的平面图。TL2(F2.8)表示拍摄光学系统的全光圈状态下的出射光瞳，并且TL2(F5.6)表示缩小光圈状态下的出射光瞳。EP1a~EP1d是第一像素211的光电转换单元211a~211d的投影图像。如参考图4A所述，在配置于图像面中央的像素中，四个光电转换单元211a~211d的连结中心与拍摄光学系统的出射光瞳的中心一致。因而，四个光瞳投影图像EP1a~EP1d根据拍摄光学系统的光圈状态而相对于周边部被均匀遮光。在缩小光圈状态下，光电转换单元211a~211d的光接收量降低，并且降低量相等。

图5B示出沿着图5A的线A-A所截取的截面的光接收特性。横轴表示拍摄光学系统的出射光瞳面上的水平坐标，并且纵轴表示各光电转换单元的光接收效率。如参考图4A和4B所述，像素内所配置的光电转换单元与拍摄光学系统的出射光瞳经由片上微透镜而具有共轭关系。这意味着：仅使穿过出射光瞳面上拍摄光学系统的出射光瞳TL与光电转换单元的投影图像EP的共同区域的光束到达该光电转换单元。因而，投影图像与配置在拍摄光学系统的出射光瞳面上的像素特有的开口光圈相对应，并且图5B的纵轴表示各开口光圈的透过率分布。该透过率分布可被看作各光电转换单元的光束接收效率。为了说明方便，将光束接收效率的分布特性称为“光瞳强度分布”。

如果片上微透镜211i的投影性能从几何光学角度而言无像差，则由仅具有值“0”和值“1”的其中一个的阶跃函数来表示该光瞳强度分布。然而，由于各像素的大小小至约几μm，因此投影到出射光瞳面上的光电转换单元的图像的锐度由于光的衍射而下降。另外，由于片上微透镜211i通常是球面透镜，因此投影图像的锐度也由于球面像差而下降。因而，如图5B所示，像素的光瞳强度分布也以在两侧的上角钝而下摆拉长的方式而变得缓和。

接着将说明光瞳强度分布和焦点检测特性之间的关系。在X轴方向上的一对光瞳强度分布中，在拍摄光学系统的出射光瞳范围中所提取的部分的重心之间的分离距离与相位差焦点检测系统中的基线长度相对应。在这种情况下，由通过将拍摄光学系统的光瞳面上的重心分离距离(单位：mm)除以光瞳距离(单位：mm)所获得的角度θ(单位：弧度)来定义基线长度。设u(单位：mm)是焦点检测时的一对图像的水平偏移量，并且DEF(单位：mm)是此时的散焦量，则通过以下等式来表示该关系。

θ×DEF=u...(1)

针对拍摄光学系统的各f值，角度θ取不同值。在图5B中，分别由θ(F2.8)和θ(F5.6)来表示针对F2.8和F5.6的基线长度。根据等式(1)，基线长度θ越大，针对单位散焦量的焦点检测图像的水平偏移量越大，并且焦点检测精度越高。另一方面，在散焦较大的状态下，该对图像的水平偏移量也增大。因而，如果焦点检测区域窄，则允许进行焦点检测的最大散焦量不期望地减小。

如果光瞳强度分布在X方向上大幅扩散，则各光电转换单元的光接收量增加，这使得当该信号用作图像信号时噪声极少，或者当该信号用作焦点检测信号时低亮度检测界限提高。另一方面，散焦较大的状态下的图像模糊也增加。这使焦点检测信号的对比度下降并且使允许进行焦点检测的最大散焦量不期望地减小。由于光瞳强度分布的扩散宽度大并且基线长度大，因此第一像素211对于散焦量较小时的高精度焦点检测而言是有利的。

图5C是示出第二像素222的光电转换单元222a~222d的投影状态的平面图。与图5A相同，两个圆表示全光圈状态下和缩小光圈状态下的拍摄光学系统的出射光瞳。EP22a~EP22d是第二像素222的光电转换单元222a~222d的投影图像。

图5D示出表示图5C的截面的特性的光瞳强度分布。在第一实施例中，在焦点检测时使用光电转换单元222b和222c的输出。光电转换单元的光瞳强度分布EP22b和EP22c窄于图5B所示的第一像素的光瞳强度分布。因而，即使当散焦量大时，由焦点检测像素所形成的AF图像的模糊也保持较小，并且总是可以进行焦点检测。另外，在光瞳强度分布EP22b和EP22c中，即使在拍摄光学系统的缩小光圈状态下，渐晕的程度也微小。因而，基线长度的变化小，即θ(F2.8)=θ(F5.6)，并且即使在缩小光圈状态下也可以进行焦点检测。即，在第二像素222中，由于光瞳强度分布的扩散宽度小、并且基线长度小，因此即使在缩小光圈状态下或者当散焦量较大时，也可以进行焦点检测。

如上所述，基线长度控制了焦点检测精度和最大检测散焦量，然而这些特性具有互补关系。光瞳强度分布的宽度控制了光接收量和图像模糊，并且这些特性也具有互补关系。在本发明中，根据如后面将说明的焦点检测条件来选择性地使用特性不同的第一像素211和第二像素222，由此提高焦点检测能力。

图6A和6B是示出当变焦状态是中间状态时、周边图像高度处的像素的光电转换单元与拍摄光学系统的出射光瞳面之间的共轭关系的图。各个光束遮蔽构件在周边图像高度部处的虚像与图像面中央处的虚像几乎相等。然而，由于从倾斜方向来观看距离不同的多个虚像开口，因此作为合成开口的出射光瞳形状改变由此导致所谓的渐晕。例如，在全光圈状态下，利用镜筒构件101b来限制被称为下线的外侧光束L(F2.8)，并且利用镜筒构件105b来限制被称为上线的外侧光束L(F2.8)。因而，周边图像高度处的像素的出射光瞳面上的合成开口的X方向大小小于中央图像高度处的像素的开口大小。另一方面，在缩小光圈状态下，在不存在任何渐晕影响的情况下，光圈叶片102b的开口部用作出射光瞳。

接着将说明周边图像高度处图像传感器的结构。配置于图像高度较大的位置处的像素倾斜地接收来自出射光瞳的光束。因而，片上微透镜需要相对于该像素的光电转换区域的连结中心向着图像面中央偏心。最佳偏心量依赖于图像高度以及相对于拍摄光学系统的出射光瞳的距离。对于偏心量的图像高度依赖性，通常赋予与图像高度成比例的偏心量。另一方面，由于出射光瞳的距离根据拍摄光学系统的变焦状态或调焦状态而改变，因此需要唯一地确定代表状态。在第一实施例中，变焦状态的代表状态是中间状态，并且调焦状态的代表状态是无限远被摄体的聚焦状态。将该状态下的出射光瞳距离定义为Znorm。

图6A示出第一像素211的投影关系。将四个光瞳投影图像EP1a~EP1d的连结中心在相对于出射光瞳的中心没有偏心的情况下投影到相对于图像面的距离为Zmid(=Znorm)的出射光瞳面上。

结果，在全光圈状态下，像素的光接收量由于渐晕而下降，并且该下降量在这四个光电转换单元之间几乎相同。在缩小光圈状态下，光量与配置于图4A所示的图像面中央的像素的光量几乎相同。

图6B示出第二像素222和拍摄光学系统的出射光瞳面之间的共轭关系。拍摄光学系统的渐晕以及像素的片上微透镜的偏心状态与图6A相同。因而，将光电转换单元222a~222d的投影图像作为EP22a~EP22d形成在相对于图像面的距离为Zmid的出射光瞳面上。

结果，同样，在全光圈状态下，向着外侧的光电转换单元222a和222d的光束大部分因渐晕而被遮蔽。在缩小光圈状态下，光束几乎全部被遮蔽。另一方面，由于在全光圈状态和缩小光圈状态这两个状态下预定的光束入射到光电转换单元222b和222c，因此即使在缩小光圈状态下也可以进行焦点检测。

图7A~7D示出配置于周边图像高度部处的像素的光电转换单元在拍摄光学系统的出射光瞳面上的投影图像。

图7A是示出第一像素211的光电转换单元211a~211d的投影图像的平面图。TL2(F2.8)表示拍摄光学系统的全光圈状态下的出射光瞳。由于参考图6A和6B所述的渐晕的作用，因而该出射光瞳具有通过组合多个圆弧所形成的形状。TL2(F5.6)表示缩小光圈状态下的出射光瞳。该出射光瞳在不存在任何渐晕影响的情况下具有圆形开口。EP1a~EP1d是第一像素211的光电转换单元211a~211d的投影图像。在周边图像高度处的像素中，光瞳投影图像EP1a~EP1d在缩小光圈状态下和全光圈状态下都发生渐晕。四个光电转换单元211a~211d的连结中心与拍摄光学系统的出射光瞳的中心一致。因而，光瞳投影图像EP1a~EP1d以关于轴对称的方式发生渐晕。由于该原因，光电转换单元211a~211d的光接收量降低，并且降低量相等。

图7B是用于说明图7A的光瞳强度分布的图。光瞳投影图像EP1a~EP1d的光瞳强度分布与图5B相同。另一方面，由于全光圈状态下拍摄光学系统的出射光瞳宽度变小，因此与图5B相比，基线长度θ(F2.8)变短。

图7C是示出第二像素222的光电转换单元222a~222d的投影图像的平面图。图7D示出这些投影图像的光瞳强度分布。同样，在图7D中，光电转换单元222a~222d的光瞳投影图像EP22a~EP22d以及它们的光瞳强度分布与图5D几乎相同。另外，拍摄光学系统的出射光瞳宽度与图7A相同。因而，焦点检测用的光瞳投影图像EP22b和EP22c在全光圈状态和缩小光圈状态下并未因出射光瞳而发生渐晕。因而，基线长度维持θ(F2.8)=θ(F5.6)的关系，并且即使在缩小光圈状态下也可以进行焦点检测。

图8A和8B是示出当变焦状态为广角(广角侧)时、周边图像高度处的像素的光电转换单元与拍摄光学系统的出射光瞳面之间的共轭关系的图。在第一实施例的拍摄光学系统中，相对于图像面的出射光瞳距离根据变焦状态而改变。在广角状态下，图像面和出射光瞳之间的距离短于上述标准距离Znorm。另一方面，如参考图6A和6B所述，基于变焦状态为中间时的出射光瞳距离即Znorm来使片上微透镜的偏心量最优。在广角状态下，片上微透镜的偏心量并不具有最佳值。周边图像高度处的像素的光电转换单元的投影图像的连结中心相对于拍摄光学系统的出射光瞳的中心存在偏心。

图8A示出第一像素211的投影关系。将四个光电转换单元211a~211d的投影图像作为EP1a~EP1d形成在相对于图像面的距离为Zwide的出射光瞳面上。四个光瞳投影图像EP1a~EP1d的连结中心相对于拍摄光学系统的出射光瞳的中心在X轴的负方向上存在偏心。结果，在全光圈状态下，像素的光接收量由于渐晕而降低，并且降低量在四个光电转换单元211a~211d之间不均匀。随着光圈开口直径的降低，光接收量的不均匀性变得更加显著。

图8B是示出第二像素221和拍摄光学系统的出射光瞳面之间的共轭关系的图。当拍摄光学系统的变焦状态为中间时，如图6B所示，使用第二像素222。当变焦状态为广角时，使用第二像素221。关于第二像素221的光电转换单元221a~221d，如图2和8B所示，光电转换单元221b和221c的连结中心在X轴的负方向上偏移。另一方面，拍摄光学系统的出射光瞳距离Zwide短于标准距离Znorm。因而，光电转换单元221b和221c的连结中心在没有偏心的情况下投影到出射光瞳面上。

图9A和9B是示出当变焦状态为远摄(远摄侧)时、周边图像高度处的像素的光电转换单元与拍摄光学系统的出射光瞳面之间的共轭关系的图。在远摄状态下，与图8A和8B所示的广角状态相反，图像面和出射光瞳之间的距离长于标准距离Znorm。因而，周边图像高度处的像素的光电转换单元的投影图像的连结中心相对于拍摄光学系统的出射光瞳的中心存在偏心，并且偏心方向与广角状态下的偏心方向相反。

图9A示出第一像素211的投影关系。将四个光电转换单元211a~211d的投影图像作为EP1a~EP1d形成在相对于图像面的距离为Ztele的出射光瞳面上。四个光瞳投影图像EP1a~EP1d的连结中心相对于拍摄光学系统的出射光瞳的中心在X轴的正方向上存在偏心。结果，在全光圈状态下，像素的光接收量由于渐晕而降低，并且降低量在四个光电转换单元211a~211d之间不均匀。随着光圈开口直径的降低，光接收量的不均匀性变得更加显著。

图9B是示出第二像素223和拍摄光学系统的出射光瞳面之间的共轭关系的图。当拍摄光学系统的变焦状态为远摄时，使用第二像素223。关于第二像素223的光电转换单元223a~223d，如图2和9B所示，光电转换单元223b和223c的连结中心在X轴的正方向上偏移。另一方面，拍摄光学系统的出射光瞳距离Ztele长于标准距离Znorm。因而，光电转换单元223b和223c的连结中心在没有偏心的情况下投影到出射光瞳面上。

图10A~13是用于说明图像传感器107上的五个焦点检测区域中、像素的光电转换单元与拍摄光学系统的出射光瞳之间的投影位置关系的图。

图10A是从拍摄光学系统侧观看的图像传感器107的图。在本发明的图像传感器中，如参考图2所述，焦点检测像素离散地配置在整个摄像区域上。由于该原因，可以在任意位置处进行焦点检测。然而，如参考图4A~9B所述，由于拍摄光学系统的出射光瞳距离根据变焦状态而改变，因此光电转换单元与出射光瞳之间的共轭关系根据图像传感器上的位置(图像高度)而改变。如图10A所示，这里将通过例示图像传感器107上的五个点来说明投影关系。AFW1~AFW5分别表示中央以及上下左右的焦点检测区域的代表位置。

图10B仅示出在图10A所示的五个焦点检测区域AFW1~AFW5中提取出的第一像素211、第二像素221~223以及第三像素224~226的光电转换单元。实心矩形表示焦点检测要使用的光电转换单元。并非同时使用所有的光电转换单元，并且如后面所述，根据拍摄光学系统的变焦状态来选择性地使用这些光电转换单元。

图11示出当拍摄光学系统的变焦状态为中间时、出射光瞳在光电转换单元上的投影图像。图5A和5B以及图7A和7B示出光电转换单元在拍摄光学系统的出射光瞳面上的投影图像。相反，图11示出拍摄光学系统的出射光瞳在光电转换单元的最上面上的投影图像。由于出射光瞳和光电转换单元经由片上微透镜而具有共轭关系，因此这些图实际说明了相同的状况。图5A~5D以及图7A~7D示出拍摄光学系统的F2.8(全光圈状态)和F5.6(缩小光圈状态)这两个f值。图11仅示出f值为F5.6时的出射光瞳。

参考图11，拍摄光学系统的出射光瞳距离Zmid与标准距离Znorm相等。因而，与图像传感器107上的位置无关地，第一像素211的光电转换单元211a~211d的连结中心在没有偏心的情况下与出射光瞳的光瞳投影图像EP1a~EP1d一致。关于焦点检测，在第二像素221~223以及第三像素224~226中，与图像传感器107上的位置无关地，选择焦点检测用的光电转换单元的连结中心没有偏移的第二像素222和第三像素225。

图12示出当拍摄光学系统的变焦状态为广角时、出射光瞳在光电转换单元上的投影图像。在广角状态下，拍摄光学系统的出射光瞳距离Zwide短于标准距离Znorm。因而，出射光瞳在光电转换单元上的投影图像的中心相对于图像传感器的中心位置向着外侧各向同性偏心，并且偏心量与图像高度成比例。例如，在焦点检测区域AFW2中，出射光瞳在Y轴的正方向上偏心。由于该原因，在第二像素221~223中，选择焦点检测用的光电转换单元的连结中心没有偏移的第二像素222。另外，在第三像素224~226中，选择焦点检测用的光电转换单元的连结中心在Y轴的正方向上偏移的第三像素224。在焦点检测区域AFW4中，出射光瞳在X轴的负方向上偏心。由于该原因，在第二像素221~223中，选择焦点检测用的光电转换单元的连结中心在X轴的负方向上偏移的第二像素221。另外，在第三像素224~226中，选择焦点检测用的光电转换单元的连结中心在Y轴方向上没有偏移的第三像素225。

这里，应当注意，从第二像素221~223以及第三像素224~226中所选择的像素根据焦点检测区域的位置而改变。即，在Y坐标相同的焦点检测区域AFW4、AFW1和AFW5中，分别选择不同种类的第二像素221、222和223，作为最佳第二像素。另外，在X坐标相同的焦点检测区域AFW2、AFW1和AFW3中，分别选择不同种类的第三像素224、225和226，作为最佳第三像素。

图13示出当拍摄光学系统的变焦状态为远摄时、出射光瞳在光电转换单元上的投影图像。在远摄状态下，拍摄光学系统的出射光瞳距离Ztele长于标准距离Znorm。因而，出射光瞳在光电转换单元上的投影图像的中心相对于图像传感器的中心位置向着内侧各向同性偏心，并且偏心量与图像高度成比例。例如，在焦点检测区域AFW2中，出射光瞳在Y轴的负方向上偏心。由于该原因，在第二像素221~223中，选择焦点检测用的光电转换单元的连结中心没有偏移的第二像素222。另外，在第三像素224~226中，选择焦点检测用的光电转换单元的连结中心在Y轴的负方向上偏移的第三像素226。在焦点检测区域AFW4中，出射光瞳在X轴的正方向上偏心。由于该原因，在第二像素221~223中，选择焦点检测用的光电转换单元的连结中心在X轴的正方向上偏移的第二像素223。另外，在第三像素224~226中，选择焦点检测用的光电转换单元的连结中心在Y轴方向上没有偏移的第三像素225。

尽管如图12那样所选择的焦点检测像素根据焦点检测区域的位置而改变，但方向相反。即，在Y坐标相同的焦点检测区域AFW4、AFW1和AFW5中，分别选择不同种类的第二像素223、222和221，作为最佳第二像素。另外，在X坐标相同的焦点检测区域AFW2、AFW1和AFW3中，分别选择不同种类的第三像素226、225和224，作为最佳第三像素。

图14A~14C示出焦点检测时的第一像素211和第二像素222的输出波形。横轴表示像素的X坐标，并且纵轴表示像素信号输出。变焦状态为中间。f值为全光圈状态(F2.8)。焦点检测区域是位于图像面中央的AFW1。被摄体具有在X轴方向上存在亮度变化但在Y轴方向上不存在亮度变化的垂直条纹图案。在这种情况下，使用在X轴方向上进行光瞳分割的第二像素222来进行焦点检测。在第二像素222中，如图2或11所示，使用位于中央的光电转换单元222b和222c的输出来进行焦点检测。在图14A~14C中，由AFb和AFc来表示输出波形。在第一像素211中，在Y轴方向上并排配置的光电转换单元211a和211b的总和信号以及光电转换单元211c和211d的总和信号可用作一对焦点检测信号。由IMab和IMcd来表示这对图像信号。

图14A示出散焦量为0时、即聚焦状态下的波形。在聚焦状态下，第一像素211的信号IMab和IMcd以及第二像素222的信号AFb和AFc全部在X方向上同相，而不存在任何横向偏移。信号强度与各像素的光接收量成比例。如参考图5A和5C所述，当f值为F2.8时，第二像素222的光接收量小于第一像素211的光接收量。因而，在图14A中，信号强度保持由以下给出的关系。

IMab=IMcd>AFb=AFc...(2)

图14B示出焦点偏移量相对较小时、例如散焦量为2mm时的波形。从第一像素211所获得的一对图像信号IMab和IMcd产生图像偏移量u1。从第二像素222所获得的一对图像信号AFb和AFc产生图像偏移量u2。由于各个第一像素211的基线长度较大，因此由u1>u2来表示图像偏移量之间的关系。另一方面，当散焦量较小时，由各焦点检测图像的模糊所引起的对比度下降较为微小(对比度等于或高于预定阈值)，并且所有的图像信号都保持充足的对比度信息。因而，如图14B所示，当散焦量较小时，可以利用第一像素211和第二像素222这两者来进行焦点检测。然而，由于各个第一像素211的基线长度较大并且焦点检测精度较高，因此优选优先使用图像偏移量u1来控制聚焦状态。

图14C示出焦点偏移量相对较大时、例如散焦量为10mm时的波形。同样，在这种情况下，从第一像素211所获得的一对图像信号IMab和IMcd产生图像偏移量u1。从第二像素222所获得的一对图像信号AFb和AFc产生图像偏移量u2。由u1>u2来表示这两个图像偏移量之间的关系。然而，由于第一像素211的光瞳强度分布极大地扩散，因此图像模糊较大，并且焦点检测信号的对比度大幅下降(即，对比度低于预定阈值)。因而，用于检测一对图像的横向偏移量的相关运算的可靠性也下降，并且误检测的可能性增大。另一方面，由于第二像素222的光瞳强度分布相对锐度高，因此图像模糊较小，并且焦点检测信号的对比度维持相对较高的值。由于该原因，当散焦量较大时，优选优先使用第二像素222的图像偏移量u2来控制聚焦状态。

已参考图14A~14C说明了焦点检测区域位于中央的情况。当变焦状态为中间时，像素的光电转换单元和拍摄光学系统的出射光瞳之间的投影关系不具有图像高度依赖性。因而，在画面周边的焦点检测区域中，尽管第一像素211的输出波形IMab和IMcd的强度由于因拍摄光学系统的渐晕所引起的光量下降而略微降低，但基本可以获得与图14A~14C相同的特性。

图15A和15B示出当像素的光电转换单元和拍摄光学系统的出射光瞳之间的共轭关系根据图像高度而改变时的输出波形。变焦状态为广角。f值为缩小光圈状态(F5.6)。调焦状态为聚焦(散焦量为0)。作为焦点检测区域，示出了位于中央的AFW1和位于周边的AFW4。

图15A示出位于中央的焦点检测区域AFW1中的输出波形，这与图12所示的焦点检测区域AFW1中从第一像素211和第二像素222输出的信号相对应。在这种情况下，从第一像素211所获得的信号IMab和IMcd一致。从第二像素222所获得的信号AFb和AFc也一致。由各光电转换单元的形状以及与F5.6相对应的出射光瞳在该光电转换单元上的投影图像的面积来确定信号强度之间的关系。在第一实施例中，通过以下给出该关系。

IMab=IMcd≥AFb=AFc...(3)

因而，在这种状态下，可以使用第一像素和第二像素的信号中的任意信号来获得几乎相同的焦点检测精度。

图15B示出位于周边的焦点检测区域AFW4中的输出波形，这与图12所示的焦点检测区域AFW4中从第一像素211和第二像素221输出的信号相对应。在这种情况下，由于选择了拍摄光学系统的出射光瞳的投影图像的偏心最小的第二像素221，因此输出AFb和AFc一致。另一方面，在第一像素211中，无法消除出射光瞳的偏心，并且一对信号IMab和IMcd的强度差异大。因而，关系如下。

IMab>AFb=AFc>IMcd...(4)

即，由于作为从第一像素211所获得的信号的其中一个的信号IMcd的强度极大下降，因此使用该信号的焦点检测计算的可靠性低。因而，在这种状态下，优选使用第二像素221的信号来进行焦点检测。

图16A~16C概念地示出当创建3D图像时对光电转换单元的输出进行相加的方法以及像素插值方法。在第一实施例中，在整个图像传感器107上，各像素均具有多个光电转换单元，这使得可以获得视差图像。因而，可以通过以下方法来创建3D图像。

图16A示出三种像素的结构，并且从左侧起依次例示第一像素211、第二像素222和第三像素225的光电转换单元的形状。

图16B是用于说明当用户保持照相机处于横向姿势时、即当用户保持照相机以使图2所示的图像传感器107的Y轴负方向与重力方向一致时的像素信号处理方法的图。人的眼睛沿着与重力方向垂直的水平方向配置。由于该原因，为了创建3D图像，优选使用于产生视差的基线的延长线与水平轴平行。因而，当图1所示的姿势检测单元116检测照相机的姿势并且结果判断为在图16B中重力方向朝下时，按以下方式来对光电转换单元的信号进行处理。

对于第一像素211，光电转换单元211a和211b的信号的总和用作视差图像的一个信号，并且光电转换单元211c和211d的信号的总和用作另一信号。对于第二像素222，光电转换单元222a和222b的信号的总和用作视差图像的一个信号，并且光电转换单元222c和222d的信号的总和用作另一信号。该操作允许获得与第一像素211等同的3D图像信号。另一方面，在其它的第二像素221和223中，光电转换单元的分割形状在X方向上不对称。因此，无法通过进行与第二像素222相同的相加来获得与第一像素211等同的3D图像信号。对于第二像素221和223，通过与接着要说明的第三像素中的插值计算相同的插值计算来创建3D图像信号。

第三像素225在水平轴方向上不具有视差信息。因而，通过根据在角度为45°的倾斜方向上相邻的四个第一像素211进行插值来创建一对视差信号。这同样适用于其它的第三像素224和226。利用上述处理，在每个像素中均可以获得一对信号。注意，上述所有处理都由照相机的CPU121来执行。

图16C是用于说明当用户保持照相机处于纵向姿势时、即当用户保持照相机以使图2所示的图像传感器107的X轴负方向与重力方向一致时的像素信号处理方法的图。在这种情况下，在与图16B的方向垂直的方向上进行光电转换单元的相加处理。对于第一像素211，光电转换单元211a和211c的信号的总和用作视差图像的一个信号，并且光电转换单元211b和211d的信号的总和用作另一信号。第二像素在水平轴方向上、即在图16C的垂直方向上不具有视差信息。因而，通过根据在角度为45°的倾斜方向上相邻的四个第一像素211进行插值来创建一对视差信号。对于第三像素225，光电转换单元225a和225b的信号的总和用作视差图像的一个信号，并且光电转换单元225c和225d的信号的总和用作另一信号。

利用上述处理，检测作用于照相机的重力方向，并且基于该结果来创建3D图像。注意，用户可以预先选择是否根据重力方向来切换信号相加的组合，并且后面将参考流程图来说明该情况。

图17A和17B是用于说明焦点检测时所获取的图像和焦点检测信号以及根据焦点检测结果所获得的散焦映射的图。参考图17A，形成在摄像面中的被摄体图像包括位于中央的近景的人物、位于左侧的中景的树、以及位于右上侧的远景的山。将说明采用第二像素222的信号作为图17A所示的图像的焦点检测信号的情况。

在图17A中，人物的面部存在于画面中央处。当利用已知的面部识别技术来检测面部是否存在时，以该面部区域为中心获得第二像素222的一对焦点检测信号AFb和AFc。对于除面部区域以外的区域，按预定间距在整个拍摄画面上设置焦点检测区域。图17A的左侧示出与树干相对应的焦点检测区域及其信号。图17A的右侧示出与山脊线相对应的焦点检测区域及其信号。由于各焦点检测区域中所获得的一对信号均横向偏移，因此通过已知的相关运算来计算横向偏移量u，并且使用等式(1)来计算散焦量。

之后，对于主被摄体、即图17A和17B中位于中央的面部区域，对拍摄光学系统的调焦透镜进行驱动，以使得散焦量变为0，并且再次进行焦点检测。

利用上述的焦点调节处理，可以获取整个拍摄画面的焦点偏移信息、即所谓的散焦映射。图17B示出示例。图17B示出如下的例子：基于预定分辨率，将散焦量从散焦量较小的区域起顺次合并为DEF0~DEF3。

图18~20是用于说明根据本发明第一实施例的照相机的焦点调节处理和拍摄处理的流程图。以下还参考上述的图1~17B来说明该处理。

图18是示出根据第一实施例的拍摄处理的过程的流程图。在步骤S101中，用户接通照相机的电源开关。在步骤S102中，CPU121检查照相机内的各致动器和图像传感器107的操作，对存储器内容和执行程序进行初始化，并且执行预拍摄操作。

在步骤S103中，CPU接收拍摄条件设置。更具体地，CPU121接收用户所设置的曝光调节模式、焦点调节模式、图像模式(2D或3D)、以及图像质量(记录像素数和压缩率等)等。

在步骤S104中，判断是否设置了3D记录模式。如果设置了3D记录模式，则在步骤S105中，CPU121将拍摄时的f值固定为全光圈状态。在3D记录的情况下，一对图像需要具有适当的视差信息，并且当将拍摄光学系统的光圈设置为缩小光圈状态以调节光量时，该视差信息减少。因而，在3D记录模式中，使光圈固定为全光圈状态，并且利用图像传感器107的累积时间来调节曝光量。在步骤S104中判断为设置了2D模式时，在步骤S106中，CPU121将f值控制为指定值。这里的指定值是光圈优先AE时用户所选择的f值或者程序AE时基于曝光控制程序的预设f值。

在步骤S107中，检测拍摄光学系统的变焦状态、调焦透镜状态和光圈状态，并且从ROM读出诸如出射光瞳的大小和出射光瞳距离等的信息。在步骤S108中，图像传感器107开始摄像操作并且读取像素信号。在步骤S109中，根据所读取的像素信号来创建显示用的缩小图像，并将该缩小图像显示在照相机的背面上所设置的显示装置131上。用户可以在从视觉上检查预览图像的情况下确定构图或者进行变焦操作。

在步骤S131中，执行后面要说明的焦点检测子例程。在步骤S151中，CPU121判断步骤S131中所计算出的调焦透镜驱动量是否等于或小于预定值。如果该调焦透镜驱动量等于或小于预定值，则CPU121判断为获得了聚焦状态，并且该处理进入步骤S153。如果该调焦透镜驱动量超过预定值，则在步骤S152中对调焦透镜进行驱动。

在步骤S153中，CPU121判断拍摄开关是否接通。如果该开关没有接通，则该处理进入步骤S181。如果该开关接通，则在步骤S161中，CPU执行后面要说明的图像记录子例程。

在步骤S181中，CPU121判断主开关的状态。如果维持了接通状态，则该处理返回至步骤S102以重复执行上述的步骤S102~S161的处理。在步骤S181中判断为主开关断开时，执行从步骤S182起的处理。

在步骤S182中，将步骤S161中所记录的图像经由因特网连接发送至服务器计算机。然后，该服务器计算机执行诸如3D图像的视差信息的重建以及精确的散焦映射计算等的计算规模大的处理。在步骤S183中，接收该服务器计算机处理后的图像。在步骤S184中，针对步骤S161中所记录的原始图像，添加该服务器计算机处理后的修正部分或者进行替换修正。在步骤S185中，该拍摄结束。

图19是图18的步骤S131中要进行的焦点检测子例程的流程图。在步骤S132中，从预览图像中识别被摄体图案，并且进行面部图像判断和整个拍摄画面的对比度分析等。在步骤S133中，基于步骤S132中的识别结果来确定要聚焦的主被摄体。在步骤S134中，基于图18的步骤S107中所获取的镜头信息来计算拍摄光学系统的出射光瞳。更具体地，计算出射光瞳的大小及其相对于图像面的距离，并且计算各图像高度的渐晕。在步骤S135中，基于步骤S134中所计算出的出射光瞳信息，在各焦点检测区域中选择受渐晕的影响较少的要用于进行焦点检测的像素。在步骤S136中，根据所选择的各像素的光电转换单元的输出来创建相关运算要使用的一对图像。注意，在步骤S136中并非必须仅选择一种像素，并且如果多种像素受渐晕的影响均较少，则选择这些像素。

在步骤S137中，对所创建的焦点检测信号进行所谓的遮光校正，以减少由于渐晕所引起的光量不均衡。这样允许减少两个图像之间的强度差异并且提高焦点检测精度。在步骤S138中，进行相关运算，以计算已经过了遮光校正的两个图像的横向偏移量u。在步骤S139中，基于步骤S138的相关运算处理所计算出的两个图像之间的一致程度来判断图像偏移检测结果的可靠性。不采用可靠性低的值。

在步骤S140中，根据步骤S138和S139中所获得的可靠性高的图像偏移量u以及焦点检测所用的像素的基线长度θ，使用等式(1)来计算散焦量。在步骤S141中，创建整个拍摄区域的散焦映射。注意，由于散焦映射的(平面方向和深度方向上的)分辨率越高则计算时间越长，因此将该分辨率设置为不会影响运动图像的记录速率的值。如果需要详细的散焦映射，则如针对图18的步骤S182所述，在高性能的服务器计算机中进行该计算。在步骤S142中，基于步骤S133中所确定的主被摄体区域和步骤S141中所创建的散焦映射来计算调焦透镜驱动量。在步骤S143中，该处理返回至主例程。

图20是图18的步骤S161中要进行的图像记录子例程的流程图。当拍摄开关接通时，在步骤S162中检测照相机的姿势。在步骤S163中，使用参考图16A~16C所述的方法，基于姿势检测结果来进行光电转换单元的相加和像素插值处理。在步骤S164中，创建符合预定格式的3D图像。在步骤S165中，通过从步骤S164中所创建的图像中删除视差信息来创建普通的2D图像。例如，可以通过对一对图像中的同一坐标的像素信息进行相加来获得不存在视差信息的2D图像。在步骤S166中，对步骤S164和S165中所创建的图像进行预定压缩处理，并将这些图像记录在闪速存储器133中。

在步骤S167中，将图19的步骤S141中所创建的散焦映射与这些图像相关联地进行记录。在步骤S168中，该处理返回至主例程。

如上所述，根据第一实施例，第一像素包括在X方向和Y方向上配置的2×2个光电转换单元。第二像素包括仅在X方向上配置的4×1个光电转换单元。第三像素包括仅在Y方向上配置的1×4个光电转换单元。在进行焦点调节时，在焦点检测误差的容许值(聚焦精度标准)较小且需要进行高精度测距的条件下，使用来自第一像素的信号。在使用来自第一像素的信号难以进行焦点检测的条件下，例如当拍摄光学系统的出射光瞳距离不适当或者散焦量较大时，使用来自第二像素和第三像素的信号。因而，根据条件来选择性地使用第一像素、第二像素和第三像素，这样允许降低无法进行焦点检测的概率并且获取到高质量的聚焦图像。

在第一像素、第二像素和第三像素中，光电转换单元的总数都为4个。因而，这些像素的结构差异仅在于光电转换单元的形状以及用于从这些光电转换单元引出电荷的局部电极的形状，并且除这些部分以外可以具有相同的结构。因而，第一像素、第二像素和第三像素的电气特性几乎相同。由于电气特性基本相同，因此可以消除像素之间的灵敏度不均匀等并获得高质量图像。另外，容易设计图像传感器的电路图。

在进行焦点检测时，当使用第一像素的所有光电转换单元时，基线长度增加并且可以进行高精度的焦点检测。这有助于提高聚焦精度。当部分地使用第二像素和/或第三像素的光电转换单元时，可以抑制焦点检测图像的模糊和横向偏移。这有助于使散焦较大的状态下的检测界限变宽。因此，即使当焦点偏移量较大时，也可以防止聚焦位置的丢失并且提高聚焦精度。

在失焦较大的状态下，第二像素和第三像素特别有用。然而，所拍摄场景中的大幅模糊场景与瞬态场景相对应，并且在大部分拍摄时间内都获得了聚焦状态或大致聚焦状态。因此，通过使用第一像素的高密度排列，可以提高占据大部分所拍摄场景的聚焦状态或大致聚焦状态下的焦点检测精度和稳定性，并且可以获得高质量图像。根据本发明的摄像设备可以获取3D图像。为了在3D拍摄模式中获得充足的视差，在近似全光圈状态下经常使用f值较小的拍摄光学系统。同样，在这种情况下，第一像素是有用的。因而，使用第一像素的高密度排列，由此提高主被摄体的聚焦精度并且获得高清晰3D图像。甚至在散焦映射的创建时，第一像素的密度也优选较高。可以将散焦映射的分辨率分割成平面方向上的分辨率和深度方向上的分辨率。在大致聚焦的被摄体区域中，分辨率在平面方向和深度方向这两者上都较高。在极大失焦的区域中，分辨率在这两个方向上都较低。因而，当第一像素的配置密度提高时，可以获得满足上述特性且数据量和信息精度的均衡性良好的散焦映射。

第二实施例

在上述第一实施例中，第一像素211包括在X方向上进行了2分割(整数m1=2)并且在Y方向上也进行了2分割(整数n1=2)而得到的总共四个光电转换单元211a~211d。第二像素221~223各自包括在X方向上进行了4分割(整数m2=4)但在Y方向上没有进行分割(整数n2=1)而得到的总共四个独立的光电转换单元。

在以下要说明的第二实施例中，在第一像素211和第二像素221~223中，X方向上的分割数都增加。以下将参考图21以及22A~22C来说明根据第二实施例的图像传感器107中所包括的像素。注意，由于除光电转换单元的数量以外，结构与第一实施例实际相同，因此将仅说明不同点，并且将省略针对相同或类似部分的说明。

图21示出根据本发明第二实施例的图像传感器107的像素阵列。注意，将省略针对与图2相同的功能的说明。

第一像素311包括在X方向上进行了3分割(整数m1=3)并且在Y方向上进行了2分割(整数n1=2)而得到的总共六个光电转换单元311a~311f。这六个光电转换单元311a~311f被分割为关于穿过像素中心的X轴和Y轴呈线对称。即，分割得到的各光电转换单元均具有Y轴方向为长边的矩形平面形状。这六个区域的连结形状为正方形。这些光电转换单元在图像面上的所有位置处均具有相同的分割形状。与上述第一实施例的第一像素211相同，使用第一像素311的输出来进行记录图像生成以及近似聚焦状态下的焦点检测。注意，在下文，配置在图像传感器107中的具有相同结构的其它像素也被称为第一像素311。

第二像素321根据预定排列规则而离散地配置在第一像素311之间。第二像素321包括在X方向上进行了6分割(整数m2=6)但在Y方向上没有进行分割(整数n2=1)而得到的总共六个光电转换单元321a~321f。第二像素321的光电转换单元321a~321f的连结形状也为正方形。使用第二像素321的输出来进行记录图像生成以及散焦较大的状态下(焦点偏移量较大时)的焦点检测。在图21中，在分割得到的六个光电转换单元中，使用预定的两个光电转换单元来进行焦点检测。如以上参考第一实施例的图11~13所述，投影到光电转换单元321a~321f上的拍摄光学系统的出射光瞳的位置根据拍摄光学系统的出射光瞳距离和关注像素的图像高度(X-Y坐标)而改变。因而，根据预定等式来计算六个光电转换单元321a~321f各自的遮光状态。使用光电转换单元321a~321f中的遮光最小的两个光电转换单元来进行焦点检测，由此进行精确的焦点检测。即，在第一实施例的第二像素221~223中，光电转换单元具有三种分割图案，并且根据遮光状态来选择性地使用最佳的光电转换单元。作为对比，在第二实施例中，第二像素321仅具有一种分割图案，并且简化了像素排列规则。注意，在下文，配置在图像传感器107中的具有相同结构的像素也被称为第二像素321。

第二像素321是在X方向上进行光瞳分割的像素，并且用于在X方向上具有亮度分布的被摄体、即具有纵向条纹图案的被摄体。另一方面，第三像素322是在Y方向上进行光瞳分割的像素，并且用于在Y方向上具有亮度分布的被摄体、即具有横向条纹图案的被摄体。第三像素322包括在Y方向上配置的六个光电转换单元322a~322f。该图案等同于第二像素321转动了90°的图案，并且将省略针对该图案的详细说明。在第一像素～第三像素中，光电转换单元的连结形状都为正方形。根据焦点检测对象被摄体的亮度分布图案来使用第二像素321和第三像素322中的适当一个，由此降低无法进行焦点检测的概率。

图22A~22C概念地示出根据第二实施例的当创建3D图像时对光电转换单元的输出进行相加的方法以及像素插值方法。图22A~22C示出仅关于重力作用于Y轴方向的情况的相加方法。

图22A新示出设置在第一像素311和第二像素321中的光电转换单元的配置。

图22B和22C是用于说明当用户保持照相机处于横向姿势时、即当用户保持照相机以使图21所示的图像传感器的Y轴负方向与重力方向一致时的像素信号处理方法的图。图22B示出当拍摄光学系统的出射光瞳的投影图像的中心相对于光电转换单元的连结中心不存在偏心时的相加方法。在这种情况下，对于第一像素311，配置于左侧的光电转换单元311a和311b的信号的总和用作视差图像的一个信号，并且配置于右侧的光电转换单元311e和311f的信号的总和用作另一信号。由于位于中央的光电转换单元311c和311d并未用于进行视差形成，因此不使用这两者。

对于第二像素321，靠近左侧的光电转换单元321a和321b的信号的总和用作视差图像的一个信号，并且靠近右侧的光电转换单元321e和321f的信号的总和用作另一信号。还可以从靠近中央的两个光电转换单元321c和321d获得视差信息。然而，为了使该视差信息具有与从第一像素311所获得的特性相同的特性，并未使用两个光电转换单元321c和321d的信号。

第三像素322在水平轴方向上不具有视差信息。因而，通过与参考第一实施例的图16A~16C所述的插值处理相同的插值处理来创建视差信号，并且将省略使用这些附图所进行的说明。

图22C示出当拍摄光学系统的出射光瞳的投影图像的中心相对于光电转换单元的连结中心向着左侧即X轴的负方向偏心时的相加方法。在这种情况下，对于第一像素311，配置于左侧的光电转换单元311a和311b的信号的总和用作视差图像的一个信号，并且配置于中央的光电转换单元311c和311d的信号的总和用作另一信号。由于因渐晕导致充足的光量无法入射，因此不使用位于右侧的光电转换单元311e和311f的信号。

对于第二像素321，靠近左侧的光电转换单元321a和321b的信号的总和用作视差图像的一个图像，并且靠近中央的光电转换单元321c和321d的信号的总和用作另一信号。由于因渐晕导致充足的光量无法入射，因此不使用靠近右侧的两个光电转换单元321e和321f的信号。对于第三信号，进行与参考图22B所述相同的处理，并且将省略针对该处理的说明。

注意，当用户保持照相机处于纵向姿势时、即当用户保持照相机以使图21所示的图像传感器107的X轴负方向与重力方向一致时，在与图22B和22C的相加方向垂直的方向上进行各光电转换单元的相加处理。除了反向使用第二像素321和第三像素322以外，该处理与参考图22B和22C所述的处理相同，并且将省略针对该处理的说明。

由于以下原因，将第一像素311中的光电转换单元的X方向分割数m1和Y方向分割数n1之间的关系设置为m1>n1。

在第一实施例的图11~13中，已说明了拍摄光学系统的出射光瞳的投影图像相对于光电转换单元的连结中心的偏心状态。偏心量与相对于拍摄光学系统的出射光瞳距离的标准值的偏差量以及摄像区域的图像高度成比例。由于摄像区域具有X方向为长边的矩形形状，因此最大图像高度的X方向分量较大，并且偏心量的最大值的X方向分量也较大。因而，增加X方向分割数使得可以提高输出相加时的选择自由度并且可在任意图像高度处可靠地获取3D信息。

增加光电转换单元的分割数还允许提高相加时的组合自由度。然而，由于图像信息量也增加，因此图像处理设备需要具有高速处理性能。因而，在第二实施例中，与第一实施例相同，将Y方向分割数设置为2。用于根据在重力作用于X轴方向的姿势下所拍摄的图像来获得3D图像的相加方法与参考第一实施例的图16C所述的相加方法相同，并且将省略针对方法的说明。

如上所述，根据第二实施例，使第一像素的光电转换单元在两个方向上的分割数与拍摄画面大小的方向依赖性一致。这样允许针对矩形摄像区域的任意坐标可靠地获得3D信息并防止图像信息量变得过大。

第三实施例

在上述的第一实施例和第二实施例中，在第一像素～第三像素中，光电转换单元的分割数相同。即，在第一实施例中分割数为4，并且在第二实施例中分割数为6。

然而，在第三实施例中，与第一像素相比，第二像素中的光电转换单元的分割数较小。以下将参考图23来说明根据第三实施例的图像传感器107中所包括的像素。注意，由于除光电转换单元的分割数以外，结构与第一实施例和第二实施例中的结构实际相同，因此将仅说明不同点，并且将省略针对相同或类似部分的说明。

图23示出根据本发明第三实施例的图像传感器107的像素阵列。注意，将省略针对与图2和21相同的功能的说明。

与第二实施例相同，第一像素411包括在X方向上进行了3分割(整数m1＝3)并且在Y方向上进行了2分割(整数n1=2)而得到的总共六个光电转换单元411a~411f。第一像素411的输出的用途与第一实施例和第二实施例所述的第一像素的输出的用途相同。注意，在下文，配置在图像传感器107中的具有相同结构的其它像素也被称为第一像素411。

第二像素421根据预定排列规则而离散地配置在第一像素411之间。第二像素421包括在X方向上进行了4分割(整数m2=4)但在Y方向上没有进行分割(整数n2=1)而得到的总共4个光电转换单元421a~421d。在各第二像素421的光电转换单元421a~421d中，位于中央的两个光电转换单元的区域的X方向的大小较小，并且外侧的两个光电转换单元的区域的X方向的大小较大。光电转换单元421a~421d的连结形状为正方形。第二像素421的输出的用途与第一实施例和第二实施例所述的第二像素的输出的用途相同。注意，在下文，配置在图像传感器107中的具有相同结构的像素也被称为第二像素421。

第二像素421是在X方向上进行光瞳分割的像素，并且用于在X方向上具有亮度分布的被摄体、即具有纵向条纹图案的被摄体。另一方面，第三像素422是在Y方向上进行光瞳分割的像素，并且用于在Y方向上具有亮度分布的被摄体、即具有横向条纹图案的被摄体。第三像素422还包括在Y方向上进行分割的四个光电转换单元422a~422d。该图案等同于第二像素421的转动了90°的图案，并且将省略针对该图案的详细说明。在第一像素～第三像素中，光电转换单元的连结形状都为正方形。根据焦点检测对象被摄体的亮度分布图案来使用第二像素421和第三像素422中的适当一个，由此降低无法进行焦点检测的概率。

第三实施例的图像传感器在所应用的拍摄光学系统的出射光瞳距离的变化较小的情况下特别适合。当镜头更换或变焦操作时发生的拍摄光学系统的出射光瞳距离的变化较小时，参考第一实施例的图11~13所述的位于摄像区域周边的光电转换单元与出射光瞳之间的相对偏心量也较小。因而，即使当第二像素421的分割数较小时，也能够可靠地获得焦点检测用的信号。减少分割数使得允许减少要读取的信息量并且进一步加速像素信号读取。另外，由于像素结构简单，因此制造工艺变得简单，并且可以有效地减少特性的变化。

注意，在第三实施例中，可以使用与参考第二实施例的图22A~22C所述的相加方法基本相同的相加方法来创建3D图像，并且将省略对其的详细说明。

如上所述，根据第三实施例，在第二像素和第三像素中，使光电转换单元的分割数最小化。这样允许减少信息量并由此加速信号读取。另外，由于第二像素和第三像素的像素结构简单，因此可以提高制造工艺的产量，并且可以减少图像传感器的特性的变化。

在上述的第一实施例～第三实施例中，第一像素在X方向上进行了2分割或3分割并且在Y方向上进行了2分割。然而，本发明不限于此。分割数不必总是为2或3，并且可以是大于1的任意整数。

在上述的第一实施例～第三实施例中，第二像素和第三像素的分割数为4或6。然而，本发明不限于此。分割数仅需为第一像素的X方向上的分割数和Y方向上的分割数中的较小一个分割数的至少两倍即可。

在上述的第一实施例～第三实施例中，图像传感器包括第一像素、第二像素和第三像素。然而，为了使焦点可检测散焦范围变宽并提高近似聚焦状态下的检测精度，可以设置仅具有第二像素组和第三像素组的其中一个的图像传感器，并且可以利用第一像素来替换其它的组。例如，当利用第一像素来替换第三像素时，像素阵列的不规则性得以减轻，从而得到更为简单的图像传感器结构。另外，由于第一像素的比率增大，因此在创建3D图像时要进行插值的像素数减少，并且可以提高3D信息的精度。另一方面，不存在第三像素可能会使大幅模糊场景中的焦点检测能力下降。然而，由于可以使用第一像素来进行最终的聚焦判断，因此聚焦精度并未下降。

第四实施例

在上述的第一实施例～第三实施例中，已说明了各像素的光电转换单元的分割图案以及焦点检测时的光电转换单元的选择方法。以下要说明的第四实施例被配置成使用本发明的图像传感器来提高聚焦精度。

图24是表示根据第四实施例的拍摄处理的过程的主要过程的流程图。图25是图24的步骤S431中要进行的焦点检测子例程的流程图。在第四实施例中，使用结构与参考图1~17B所述的第一实施例的结构相同的图像传感器107。然而，可以使用第二实施例或第三实施例的图像传感器。拍摄处理的主要过程和焦点检测子例程与第一实施例中所述的图18的主要过程和图19的焦点检测子例程存在部分不同。因而，相同的步骤编号表示相同的部分，并且将省略针对这些部分的详细说明。

将说明拍摄处理的主要过程。在图24所示的主要过程中，在步骤S101中，用户接通照相机的电源开关。在步骤S102~S109中，CPU121进行照相机内的各构件的操作检查、初始化以及拍摄条件设置等。在步骤S431中，执行图25所示的焦点检测子例程。

在步骤S461中，进行与聚焦判断相对应的聚焦标志状态判断。聚焦标志表示焦点检测计算所计算出的散焦量是否等于或小于状态可被视为聚焦的阈值。聚焦标志可以取“0”、“1”和“2”这三个值。首先将聚焦标志初始化为“0”。如后面在图25所示的焦点检测子例程中将说明的，当使用第一像素组211来进行焦点检测并且判断为处于聚焦状态时，在该聚焦标志中存储“1”。如果使用第二像素组221~223的其中一个来进行焦点检测并且判断为处于聚焦状态，则在该聚焦标志中存储“2”。在第四实施例中，仅当在聚焦标志中存储“1”时，该处理才可以从步骤S461进入步骤S153。另一方面，在步骤S461中进行聚焦标志的状态判断，并且如果判断为值是“0”或“2”，则在步骤S462中对调焦透镜进行驱动。然后，该处理返回至步骤S431的焦点检测子例程以重复进行焦点检测。

如果在步骤S461中判断为聚焦标志为“1”、即判断为处于聚焦状态，则该处理进入步骤S153，以判断拍摄开关是否接通。如果拍摄开关接通，则在步骤S161中执行图像记录。如果拍摄开关没有接通，则该处理在不执行步骤S161的情况下进入步骤S181。在步骤S181中，CPU121判断主开关的状态。如果主开关保持接通，则重复执行步骤S102~S161。如果主开关断开，则执行步骤S182~S184，并且拍摄结束。

将说明第一实施例和第四实施例之间的不同之处。在图18所示的第一实施例中，如根据步骤S131~S153的流程可以看出，即使焦点检测结果表示失焦，在执行了调焦透镜驱动之后该处理也直接进入步骤S153。因而，只要在步骤S153中接通了拍摄开关，即使无法确保聚焦状态，该处理也可以进入拍摄、即步骤S161的图像记录子例程。相反，在图24所示的第四实施例中，如根据步骤S431~S153的流程可以看出，如果焦点检测结果表示失焦，则在执行了调焦透镜驱动之后该处理返回至焦点检测子例程。结果，在焦点检测子例程中确认了聚焦状态之后，该处理进入步骤S161的图像记录子例程。

将参考图25来说明焦点检测子例程。在步骤S432中，从预览图像中识别被摄体图案，并且进行面部图像判断以及整个拍摄画面的对比度分析等。在步骤S433中，基于步骤S432中的识别结果来确定要聚焦的主被摄体。在步骤S434中，基于图24的步骤S107中所获取到的镜头信息来计算拍摄光学系统的出射光瞳。更具体地，计算出射光瞳的大小及其相对于图像面的距离，并且计算各图像高度的渐晕。

在步骤S435中，判断聚焦标志。如针对图24的步骤S461所述，聚焦标志表示聚焦操作时的聚焦状态。在步骤S461中对聚焦标志进行了定义，使得如果没有获得聚焦状态，则存储“0”，如果使用第一像素组211获得了聚焦状态，则存储“1”，并且如果使用第二像素组221~223的其中一个获得了聚焦状态，则存储“2”。如果在一系列聚焦操作中第一次执行步骤S435，则由于聚焦标志被初始化为“0”，因此该处理进入步骤S436。在步骤S436中，在各焦点检测区域中，基于步骤S434中所计算出的出射光瞳信息来选择受渐晕影响较少的适合于焦点检测的像素组。在这种情况下，从第二像素组221~223中选择像素组。例如，如参考第一实施例中所使用的图11~13所述，选择第二像素组221、222和223的其中一个。在步骤S437中，设置表示针对焦点检测所选择的像素组的类型的标志。由于选择了第二像素组221~223的其中一个，因此将像素标志设置为“2”。在步骤S440中，使用所选择的第二像素组的各像素中的靠近中央的两个光电转换单元的输出来创建相关运算要使用的一对图像。

在步骤S441中，对所创建的焦点检测信号进行所谓的遮光校正，以减少由渐晕所引起的光量不均衡。这样允许减少两个图像之间的强度差异并且提高焦点检测精度。在步骤S442中，进行相关运算，以计算已经过了遮光校正的两个图像的横向偏移量u。在步骤S443中，基于步骤S442的相关运算处理所计算出的两个图像之间的一致程度来判断图像偏移检测结果的可靠性。不采用可靠性低的值。

在步骤S444中，根据步骤S442和S443中所获得的可靠性高的图像偏移量u以及焦点检测所用的像素的基线长度θ，使用等式(1)来计算散焦量。

在步骤S445中，判断步骤S444中所计算出的散焦量是否等于或小于聚焦阈值。作为该聚焦阈值，通常采用图像面上的容许深度。设δ是容许弥散圆(permissiblecircleofconfusion)的大小，并且F是拍摄光学系统的f值。在这种情况下，通常使用通过F×δ所计算出的值作为容许深度、即聚焦阈值。因而，如果散焦量超过聚焦阈值，则该处理从步骤S445进入步骤S446以计算调焦透镜驱动量。然后，该处理从步骤S451返回至主例程。

将说明该返回之后主例程的操作。当在执行了步骤S431的焦点检测子例程之后该处理返回至图24所示的主例程时，在步骤S461中判断聚焦标志。此时，聚焦标志为“0”。因而，对调焦透镜进行驱动以消除所检测到的散焦量，并且再次执行步骤S431的焦点检测子例程。

在步骤S445中判断为散焦量等于或小于聚焦阈值时，该处理进入步骤S447。在步骤S447中，判断像素标志。即，判断紧接之前的焦点检测中所使用的像素组的类型。由于在第一次焦点检测时选择了第二像素组221~223的其中一个，因此像素标志为“2”。因而，该处理从步骤S447进入步骤S448以将聚焦标志设置为“2”。即，此时判断为获得了聚焦状态作为使用第二像素组221~223的其中一个的聚焦操作的结果。因而，该处理经由步骤S451返回至主例程。

将再次说明该返回之后主例程的操作。当在执行了步骤S431的焦点检测子例程之后该处理返回至图24所示的主例程时，在步骤S461中判断聚焦标志。此时，聚焦标志为“2”。因而，该处理进入步骤S462。在这种情况下，散焦量等于或小于聚焦阈值、即处于被视为作为使用第二像素组221~223的其中一个的焦点检测的结果获得了聚焦的状态。因而，调焦透镜驱动指示实际被忽略。该处理返回至步骤S431以再次执行焦点检测子例程。

接着将说明当聚焦标志为“2”时执行焦点检测子例程的操作。执行步骤S431~S434，并且在步骤S435中判断聚焦标志。由于聚焦标志为“2”，因此该处理进入步骤S438。在步骤S438中，选择第一像素组211作为焦点检测像素。在步骤S439中，设置表示针对焦点检测所选择的像素组的类型的标志。由于选择了第一像素组211，因此将像素标志设置为“1”。在步骤S440中，在第一像素组211的各像素中对Y轴方向上相邻的两个光电转换单元的输出进行相加，以创建相关运算用的在X方向上进行光瞳分割的一对图像。

在步骤S441中，对所创建的焦点检测信号进行所谓的遮光校正，以减少由渐晕所引起的光量不均衡。这样允许减少两个图像之间的强度差异并提高焦点检测精度。在步骤S442中，进行相关运算，以计算已经过了遮光校正的两个图像的横向偏移量u。在步骤S443中，基于步骤S442的相关运算处理中所计算出的两个图像之间的一致程度来判断图像偏移检测结果的可靠性。不采用可靠性低的值。在步骤S444中，根据步骤S442和S443中所获得的可靠性高的图像偏移量u以及焦点检测所用的像素的基线长度θ，使用等式(1)来计算散焦量。在步骤S445中，判断步骤S444中所计算出的散焦量是否等于或小于聚焦阈值。如果散焦量超过聚焦阈值，则该处理从步骤S445进入步骤S446以计算调焦透镜驱动量。然后，该处理从步骤S451返回至主例程。

另一方面，在步骤S445中判断为散焦量等于或小于聚焦阈值时，该处理进入步骤S447。在步骤S447中，判断像素标志。即，判断紧接之前的焦点检测中所使用的像素组的类型。由于选择了第一像素组211，因此像素标志为“1”。因而，该处理从步骤S447进入步骤S449以将聚焦标志设置为“1”。即，此时判断为获得了聚焦状态作为使用第一像素组211的聚焦操作的结果。在步骤S450中，创建整个拍摄区域中的散焦映射。该处理经由步骤S451返回至主例程。

将说明该返回之后主例程的操作。当在执行了步骤S431的焦点检测子例程之后该处理返回至图24所示的主例程时，在步骤S461中判断聚焦标志。此时，聚焦标志为“1”。因而，该处理可以进入步骤S153。在步骤S153中，判断拍摄开关的状态。如果该开关为接通，则在步骤S161中执行图像记录子例程。进一步执行步骤S182~S184，并且该拍摄操作结束。

如上所述，根据第四实施例，首先使用光瞳分割中的基线长度小并且光瞳宽度也小的第二像素组来进行焦点检测。因而，即使当散焦量在初始状态下较大时，也可以进行焦点检测。接着，使用光瞳分割中的基线长度大的第一像素组来进行焦点检测。因而，可以进行更加精确的焦点检测。在第一像素组中，焦点检测时的光瞳面积大，并且可以获得充足的光量。由于该原因，即使对于低亮度的被摄体也可以进行精确的焦点检测。

另外，由于在使用第一像素组确认了聚焦状态之后允许进行图像记录，因此可以获得高清晰的图像。

注意，在上述第四实施例中，使用第二像素组221~223的其中一个。然而，如果作为步骤S432的被摄体模式识别的结果判断为如同横向条纹图案那样被摄体在垂直方向上具有亮度差，则代替第二像素组221~223，可以使用第三像素组224~226。当使用第三像素组224~226的其中一个时，可以使用“2”作为像素标志，或者可以新设置“3”。另外，可以使用“2”作为聚焦标志，或者可以新设置“3”。在任意情况下，均可以进行相同的处理。

第五实施例

在上述第四实施例中，首先使用基线长度小的第二像素组221~223的其中一个来进行焦点检测，然后使用基线长度大的第一像素组211来进行焦点检测。在以下要说明的第五实施例中，将使用基线长度不同的像素组所获得的多个焦点检测结果与基于这些结果的可靠性的加权系数相乘并进行合成，或者从多个结果中按时间顺序采用可靠性高的结果。

图26A和26B说明根据第五实施例的摄像像素的多个基线长度。除焦点检测过程中的光电转换单元选择方法以外，第五实施例中所使用的图像传感器107的结构与第一实施例的图像传感器的结构相同。

图26A示出第一像素211的光电转换单元。图26B示出第二像素222的光电转换单元。参考图26A，当通过在X轴方向上进行光瞳分割来进行焦点检测时，使用与光瞳投影图像EP1a和EP1b相对应的光电转换单元的总和信号以及与光瞳投影图像EP1c和EP1d相对应的光电转换单元的总和信号来创建相关运算用的一对图像。此时的基线长度(更严格来说，从图像面观看到的角度换算值)为θ2。

另一方面，参考图26B，根据与光瞳投影图像EP22b和EP22c相对应的光电转换单元来创建相关运算所用的一对图像。此时的基线长度为θ1。还可以根据与光瞳投影图像EP22a和EP22d相对应的光电转换单元来创建相关运算所用的一对图像。此时的基线长度为θ3。即，在第五实施例中，使用基线长度不同的三种焦点检测信号来进行焦点检测。这些信号的基线长度保持由以下给出的关系。

θ1<θ2<θ3...(5)

注意，尽管图26B示出第二像素222的光电转换单元，但除光瞳分割方向以外，第一像素211和第三像素225也具有相同的关系，并且如第二像素222那样，可以对这些像素的输出信号进行处理。

接着将说明这三种焦点检测信号的优点和缺点以及基于这些优点和缺点所设置的加权系数。

通常，当光瞳分割中的基线长度大时，针对单位散焦量的一对图像的横向相对偏移量大。因而，焦点检测精度高。另一方面，当基线长度大时，散焦较大的状态下两个图像之间的横向偏移量过大，并且无法进行焦点检测的概率也增加。另外，当基线长度大时，由于拍摄光学系统的渐晕因而在这两个图像之间容易发生灰度差(leveldifference)。根据渐晕的程度而产生焦点检测误差。

图27A示出针对根据三种焦点检测信号所获得的结果、与f值相对应的加权系数。DEF(θ1)~DEF(θ3)表示根据具有参考图26A和26B所述的三种基线长度的焦点检测信号所计算出的散焦量。F2.8~F11是焦点检测时拍摄光学系统的f值。该表中的数值0~7表示针对散焦量和f值的组合的加权系数C(FN)。在第五实施例中，获得了三种散焦量。对与散焦量相对应的三种加权系数进行设置，以使得针对每个f值，加权系数的总和都为10。f值越小、即拍摄光学系统的出射光瞳越大，则针对基线长度大的焦点检测结果的加权系数越大。相反，f值越大、即拍摄光学系统的渐晕越大，则针对基线长度小的焦点检测结果的加权系数越大。

图27B示出针对根据三种焦点检测信号所获得的结果、与散焦量相对应的加权系数。在第五实施例中，根据这些焦点检测信号所计算出的散焦量按绝对值的大小而分成四个区间。该表的最上一行示出这些区间。|Def|表示所检测到的散焦量的绝对值。该表中的数值0~7表示三种散焦量DEF(θ1)~DEF(θ3)所属于的区间内的加权系数C(DF)。同样，在图27B中，对这些系数进行设置，以使得在各散焦区间中系数的总和均为10。当散焦量小时，将基线长度大的光电转换单元所获得的结果的权重设置得大。相反，由于散焦量越大则两个图像的相对横向偏移量越大，因此将基线长度小的焦点检测结果的权重设置得大。

通过使用以下等式将从基线长度不同的焦点检测信号对所获得的三种散焦量与以上述方式所定义的加权系数进行相乘来计算最终的散焦量DEF。

DEF=DEF(θ1)×C1(FN)×C1(DF)

+DEF(θ2)×C2(FN)×C2(DF)

+DEF(θ3)×C3(FN)×C3(DF)...(6)

基于散焦量DEF来进行调焦透镜驱动或聚焦判断。

图28是根据第五实施例的焦点检测子例程的流程图。注意，在第五实施例中，使用与第一实施例～第四实施例中的照相机和图像传感器相同的照相机和图像传感器。照相机的拍摄时的主要过程与第四实施例所述的图24相同，并且将省略针对相同部分的说明。

在图28的焦点检测子例程中，首先，在步骤S532中，从预览图像中识别被摄体图案，并且进行面部图像判断以及整个拍摄画面的对比度分析等。在步骤S533中，基于步骤S532中的识别结果来确定要聚焦的主被摄体。在步骤S534中，基于图24的步骤S107中所获取到的镜头信息来计算拍摄光学系统的出射光瞳。更具体地，计算出射光瞳的大小及其相对于图像面的距离，并且计算各图像高度的渐晕。

在步骤S535中，选择存在于焦点检测区域内的三组焦点检测像素组。这三组表示与参考图26A和26B所述的三种基线长度相对应的光电转换单元的输出组。在步骤S536中，根据所选择的像素的光电转换单元的输出来创建相关运算所用的三对图像。

在步骤S537中，对所创建的三对焦点检测信号进行所谓的遮光校正，以减少由渐晕所引起的光量不均衡。这样允许减少两个图像之间的强度差异并提高焦点检测精度。在步骤S538中，进行相关运算，以计算已经过了遮光校正的两个图像的横向偏移量u。在步骤S539中，基于步骤S538的相关运算处理中所计算出的两个图像之间的一致程度来判断图像偏移检测结果的可靠性。在步骤S540中，根据步骤S538中所获得的图像偏移量u以及焦点检测所使用的像素的基线长度θ，使用等式(1)来计算三个散焦量。在步骤S541中，对所获得的三个散焦量进行等式(6)的加权计算，由此获得最终的散焦量。

在步骤S542中，判断步骤S541中所计算出的散焦量是否等于或小于聚焦阈值。如果散焦量超过聚焦阈值，则该处理从步骤S542进入步骤S543以计算调焦透镜驱动量。然后，该处理从步骤S546返回至主例程。

另一方面，在步骤S542中判断为散焦量等于或小于聚焦阈值时，该处理进入步骤S544以将聚焦标志设置为“1”。在步骤S545中，创建散焦映射。在步骤S546中，该处理返回至主例程。

将说明该返回之后主例程的操作。当在执行了图28的焦点检测子例程之后该处理返回至图24所示的主例程时，在步骤S461中判断聚焦标志。如果聚焦标志不为“1”、即表示失焦，则在步骤S462中对调焦透镜进行驱动。然后，该处理返回至步骤S431以再次执行焦点检测子例程。

另一方面，在步骤S461中判断为聚焦标志为“1”时，该处理进入步骤S153以进行图像记录或图像发送等，并且该拍摄操作结束。

如上所述，根据第五实施例，根据基线长度不同的多种焦点检测信号来计算多个散焦量。基于诸如拍摄光学系统的f值等的拍摄条件或者诸如所计算出的散焦量等的焦点状态来对散焦量进行加权，由此计算最终的散焦量。由于在重视基线长度适合于拍摄条件和焦点状态的焦点检测信号的情况下可以进行焦点检测计算，因此可以总是进行精确的焦点检测。

第五实施例的变形例

在上述第五实施例中，使用通过对多个焦点检测信号进行加权所获得的结果作为最终的焦点检测信息。在以下要说明的第五实施例的变形例中，从多个焦点检测结果中择一地选择出假定为可靠性最高的结果。

图29示出根据变形例的加权系数的示例并且与上述的图27A相对应。在图27A中，根据拍摄光学系统的f值来精细地设置三种焦点检测信号的加权系数。在图29所示的变形例中，将这三种信号的其中一个加权系数设置为“1”，并且将其余两个系数设置为“0”，由此择一地选择出假定为可靠性最高的结果。在本变形例中，由于可以在一对图像的相位差检测计算之前进行择一选择，因此无需进行无用的计算。因而，使焦点检测计算高速化，并且计算程序变得较为简单。

图30示出根据另一变形例的加权系数的示例并且与上述的图27B相对应。在图27B中，根据所计算出的散焦量来精细地设置三种焦点检测信号的加权系数。在图30所示的变形例中，将这三种信号的其中一个加权系数设置为“1”，并且将其余两个系数设置为“0”，由此择一地选择出假定为可靠性最高的结果。同样，在本变形例中，由于加权计算被简化，因此使焦点检测计算高速化，并且计算程序变得较为简单。

在第五实施例及其变形例中，使用与三种基线长度相对应的像素的信号。可以省略使用这三者的其中一种，并且可以仅使用期望的两种信号。相反，该结构可适用于包括与四种以上的基线长度相对应的像素的实施例。例如，在以上参考图26B所述的示例中，可以禁止使用第二像素组221内基线长度为θ3的光电转换单元。

第六实施例

在上述第四实施例中，首先使用基线长度小的第二像素组221~223来进行焦点检测，然后使用基线长度大的第一像素组211来进行焦点检测。在以下要说明的第六实施例中，该概念被扩展为：即使当基线长度的数量超过2时，也按时间顺序适当地选择利用不同的基线长度所获得的多个焦点检测结果或进行合成。

图31示出根据第六实施例的加权系数的示例。在第六实施例中，针对基于这三种焦点检测信号所获得的结果，根据焦点检测的次数来对加权系数进行切换。

DEF(θ1)~DEF(θ3)表示根据具有参考图26A和26B所述的三种基线长度的焦点检测像素所计算出的散焦量。另外，“第1次”~“第3次”表示直到获得了聚焦状态为止所进行的焦点检测的次数。该表中的数值0和1表示针对焦点检测计数的加权系数C(SN)。通过使用以下等式将从基线长度不同的焦点检测信号对所获得的三种散焦量与以上述方式所定义的加权系数进行相乘来计算最终散焦量DEF。

DEF=DEF(θ1)×C1(SN)

+DEF(θ2)×C2(SN)

+DEF(θ3)×C3(SN)...(7)

在第六实施例中，加权系数为0或1。因而，在预定次数的焦点检测中，择一地选择多个焦点检测信息中的预定一个。即，在第1次焦点检测中选择基线长度为θ1的焦点检测信号，在第2次焦点检测中选择基线长度为θ2的焦点检测信号，并且在第3次焦点检测中选择基线长度为θ3的焦点检测信号。

图32是根据第六实施例的焦点检测子例程的流程图。注意，在第六实施例中，使用与第一实施例~第五实施例中的照相机和图像传感器相同的照相机和图像传感器。照相机的拍摄时的主要过程与第四实施例所述的图24相同，并且将省略针对相同部分的说明。

在图32的焦点检测子例程中，首先，在步骤S632中，从预览图像中识别被摄体图案，并且进行面部图像判断以及整个拍摄画面的对比度分析等。在步骤S633中，基于步骤S632的识别结果来确定要聚焦的主被摄体。在步骤S634中，基于图24的步骤S107中所获取到的镜头信息来计算拍摄光学系统的出射光瞳。更具体地，计算出射光瞳的大小及其相对于图像面的距离，并且计算各图像高度的渐晕。

在步骤S635中，选择存在于焦点检测区域中的三组焦点检测像素组。这三组表示与参考图26A和26B所述的三种基线长度相对应的光电转换单元的输出组。在步骤S636中，根据所选择的像素的光电转换单元的输出来创建相关运算所用的三对图像。

在步骤S637中，针对所创建的三对焦点检测信号来进行所谓的遮光校正，以减少由渐晕所引起的光量不均衡。这样允许减少两个图像之间的强度差异并且提高焦点检测精度。在步骤S638中，进行相关运算，以计算已经过了遮光校正的两个图像的横向偏移量u。在步骤S639中，基于步骤S638的相关运算处理中所计算出的两个图像之间的一致程度来判断图像偏移检测结果的可靠性。在步骤S640中，根据步骤S638中所获得的图像偏移量u以及焦点检测所使用的像素的基线长度θ，使用等式(1)来计算三个散焦量。在步骤S641中，识别一系列聚焦操作中直到获得聚焦状态为止的焦点检测计算的执行计数N。当已执行了针对三种基线长度的所有三组焦点检测计算时，将执行计数定义为1。

在步骤S642中，对所获得的三个散焦量进行等式(7)的加权计算，由此获得最终的散焦量。

在步骤S643中，判断步骤S642中所计算出的散焦量是否等于或小于聚焦阈值。如果散焦量超过聚焦阈值，则该处理从步骤S643进入步骤S644以计算调焦透镜驱动量。然后，该处理从步骤S648返回至主例程。

另一方面，在步骤S643中判断为散焦量等于或小于聚焦阈值时，该处理进入步骤S645。在步骤S645中，判断焦点检测计数N的值。在第六实施例中，当N已达到3时，该处理分支到“是”，并且当N为2以下时该处理分支到“否”。即，在第六实施例中，对三种基线长度进行焦点检测，并且顺次采用基线长度小的信号所获得的检测结果。因而，当完成三次焦点检测并且散焦量等于或小于聚焦阈值时，在步骤S646中将聚焦标志设置为“1”。在步骤S647中，创建散焦映射。在步骤S648中，该处理返回至主例程。

接着将说明该返回之后主例程的操作。当在执行了图32的焦点检测子例程之后该处理返回至图24所示的主例程时，在步骤S461中判断聚焦标志。如果该聚焦标志不为“1”、即表示失焦，则在步骤S462中对调焦透镜进行驱动。然后，该处理返回至步骤S431以再次执行焦点检测子例程。

另一方面，当在步骤S461中判断为聚焦标志为“1”时，该处理进入步骤S153以进行图像记录或图像发送等，并且该拍摄操作结束。

如上所述，根据第六实施例，在直到聚焦状态为止的焦点检测的历史中，首先使用基线长度小的像素来进行焦点检测，然后使用基线长度为中间的像素来进行焦点检测，并且最后使用基线长度大的像素来进行焦点检测。由于使用了适合于从散焦量大到散焦量小的各状态的信号，因此不进行无用的计算，并且可以进行精确的焦点检测。

第六实施例的变形例

在上述第六实施例中，根据焦点检测的次数(历史)来择一地选择预定信号。在以下要说明的第六实施例的变形例中，针对多个焦点检测结果设置与该历史相对应的加权系数，并且对多个结果进行合成。

图33示出根据本变形例的加权系数的示例并且与上述图31相对应。在图31中，根据焦点检测历史来择一地使用预定结果。在图33所示的变形例中，三种信号中的至少两种信号使用了预定权重。在这种情况下，即使无法进行使用假定为最优的基线长度的焦点检测，在可以进行使用其它基线长度的焦点检测的情况下，也可以计算散焦量。这样使得可以防止如下现象：直到获得聚焦状态为止的焦点检测的次数没必要地增加。

在第六实施例及其变形例中，使用与三种基线长度相对应的像素的信号。可以省略使用这些信号的其中一个，并且可以仅使用期望的两种信号。相反，该结构可适用于包括与四种以上的基线长度相对应的像素的实施例。

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。

Claims (13)

1.一种图像传感器，包括：

第一摄像像素和第二摄像像素，其各自用于检测拍摄光学系统所形成的被摄体图像，并生成记录图像，

其特征在于，

所述第一摄像像素包括沿着第一方向分割得到的多个光电转换单元，并且所述第二摄像像素包括沿着所述第一方向分割得到的四个以上的光电转换单元，

多个光电转换单元具有如下功能：对来自所述拍摄光学系统的光束中的分割光束所形成的多个图像进行光电转换，并输出要用于检测相位差的焦点检测信号，

其中，对由所述第二摄像像素的光电转换单元中位于中央的两个光电转换单元所检测到的图像进行光电转换，以输出要用于检测相位差的焦点检测信号，以及

所述第一摄像像素所包括的多个光电转换单元中的要用于检测相位差的光电转换单元的基线长度比所述第二摄像像素所包括的光电转换单元中的要用于检测相位差的两个光电转换单元的基线长度长。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，当所获得的散焦量不大于预定的阈值时，使用所述第一摄像像素来检测相位差；以及当所述散焦量超过所述阈值时，使用所述第二摄像像素来检测相位差。

3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，在使用所述第二摄像像素检测相位差之后，使用所述第一摄像像素来检测相位差。

4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第一摄像像素的各个光电转换单元沿着与所述第一方向垂直的第二方向分割成多个部分，并且所述第一摄像像素所包括的光电转换单元的数量等于所述第二摄像像素所包括的光电转换单元的数量。

5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，

所述第二摄像像素包括沿着所述第一方向分割得到的2n个光电转换单元，其中n是不小于2的整数，

在使用所述第二摄像像素所包括的2n个光电转换单元中位于内侧的具有第一基线长度的两个光电转换单元来检测相位差之后，使用所述第一摄像像素所包括的多个光电转换单元中具有第二基线长度的两个光电转换单元来检测相位差，然后使用所述第二摄像像素所包括的2n个光电转换单元中位于具有所述第一基线长度的两个光电转换单元外侧的具有第三基线长度的两个光电转换单元来检测相位差，以及

所述第一基线长度小于所述第二基线长度，并且所述第二基线长度小于所述第三基线长度。

6.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，使用所述第一摄像像素检测相位差所获得的散焦量越小，则将该散焦量所用的加权系数的比率设置得越高于使用所述第二摄像像素检测相位差所获得的散焦量所用的加权系数的比率；以及使用所述第二摄像像素检测相位差所获得的散焦量越大，则将该散焦量所用的加权系数的比率设置得越高于使用所述第一摄像像素检测相位差所获得的散焦量所用的加权系数的比率。

7.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，f值越小，则将使用所述第一摄像像素检测相位差所获得的散焦量所用的加权系数的比率设置得越高于使用所述第二摄像像素检测相位差所获得的散焦量所用的加权系数的比率；以及f值越大，则将使用所述第二摄像像素检测相位差所获得的散焦量所用的加权系数的比率设置得越高于使用所述第一摄像像素检测相位差所获得的散焦量所用的加权系数的比率，其中，所述f值为光圈值。

8.一种摄像设备，其特征在于，包括根据权利要求1所述的图像传感器。

9.一种图像传感器，包括：

摄像像素，用于检测拍摄光学系统所形成的被摄体图像，并生成记录图像，

其特征在于，

所述摄像像素包括沿着第一方向分割得到的2n个光电转换单元，其中n是不小于2的整数，

所述2n个光电转换单元各自具有如下功能：对来自所述拍摄光学系统的光束中的分割光束所形成的图像进行光电转换，并输出要用于检测相位差的焦点检测信号，以及

所述图像传感器具有以下两种模式：使用所述摄像像素所包括的2n个光电转换单元中位于内侧的具有较小基线长度的两个光电转换单元来检测相位差的模式；以及使用所述摄像像素所包括的2n个光电转换单元中位于具有较小基线长度的两个光电转换单元外侧的具有较大基线长度的两个光电转换单元来检测相位差的模式。

10.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于，在使用所述摄像像素所包括的2n个光电转换单元中具有较小基线长度的两个光电转换单元来检测相位差之后，使用所述摄像像素所包括的2n个光电转换单元中具有较大基线长度的两个光电转换单元来检测相位差。

11.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于，使用所述摄像像素所包括的2n个光电转换单元中具有较大基线长度的两个光电转换单元检测相位差所获得的散焦量越小，则将该散焦量所用的加权系数的比率设置得越高于使用所述摄像像素所包括的2n个光电转换单元中具有较小基线长度的两个光电转换单元检测相位差所获得的散焦量所用的加权系数的比率；以及使用所述摄像像素所包括的2n个光电转换单元中具有较小基线长度的两个光电转换单元检测相位差所获得的散焦量越大，则将该散焦量所用的加权系数的比率设置得越高于使用所述摄像像素所包括的2n个光电转换单元中具有较大基线长度的两个光电转换单元检测相位差所获得的散焦量所用的加权系数的比率。

12.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于，f值越小，则将使用所述摄像像素所包括的2n个光电转换单元中具有较大基线长度的两个光电转换单元检测相位差所获得的散焦量所用的加权系数的比率设置得越高于使用所述摄像像素所包括的2n个光电转换单元中具有较小基线长度的两个光电转换单元检测相位差所获得的散焦量所用的加权系数的比率；以及f值越大，则将使用所述摄像像素所包括的2n个光电转换单元中具有较小基线长度的两个光电转换单元检测相位差所获得的散焦量所用的加权系数的比率设置得越高于使用所述摄像像素所包括的2n个光电转换单元中具有较大基线长度的两个光电转换单元检测相位差所获得的散焦量所用的加权系数的比率，其中，所述f值为光圈值。

13.一种摄像设备，其特征在于，包括根据权利要求9所述的图像传感器。