CN103002217B

CN103002217B - 摄像设备和摄像设备的控制方法

Info

Publication number: CN103002217B
Application number: CN201210333722.XA
Authority: CN
Inventors: 中冈宏
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2012-09-10
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2032-09-10
Also published as: CN103002217A; US20130063642A1; JP5850680B2; US8823851B2; JP2013057915A

Abstract

本发明涉及摄像设备和摄像设备的控制方法。一种摄像设备，其包括：光学系统；图像传感器，其具有各自包括能够独立输出图像信号的多个光电转换器的像素；驱动单元，其控制所述图像传感器的驱动；焦点检测单元；以及加法单元，其基于每一像素，相加所输出的图像信号。在各像素中，将所述光电转换器分成各自包括至少两个光电转换器的组，其中，针对各组使电荷累积期错开并在不同的组之间电荷累积期的一部分重叠。所述驱动单元驱动所述图像传感器，从而从所述组顺序读取图像信号，并且所述焦点检测单元基于从所述光电转换器独立输出的所读取的图像信号，使用相位差方法检测焦点状态。

Description

摄像设备和摄像设备的控制方法

技术领域

本发明涉及一种摄像设备及其控制方法。本发明尤其涉及一种使用由各自设置有一个微透镜和多个光电转换器的像素单元所构成的图像传感器、并且使用相位差方法实现焦点检测功能的摄像设备及其控制方法。

背景技术

存在用以使用一个图像传感器来获取焦点检测用信号和记录用图像信号的技术(例如，日本特开2007-325139号公报)。在日本特开2007-325139号公报所述的摄像设备中，在一个微透镜下配置多个光电转换器。该摄像设备使用响应于穿过不同出射光瞳的区域的光束所获取的信号，根据相位差方法进行焦点检测，并且使用所获取的信号生成图像信号。这样，可以使用一个图像传感器获取焦点检测用信号和记录用图像信号两者。

然而，日本特开2007-325139号公报所述的技术存在下面的问题。尽管可以通过从多个光电转换器分别读取信号来获取用于相位差检测的信号，但是为了生成图像信号，必须将所获取的信号相加。该加法增大了噪声量，并且使图像信号的S/N比劣化。此外，随着针对一个微透镜所设置的光电转换器的数量增大，S/N比更加劣化。

另外，日本特开2007-325139号公报说明了在光电转换器中在要相加的信号组合之间进行切换。然而，对要相加的信号的组合存在限制，因此导致自由度降低这一问题。

发明内容

考虑到上述情况做出了本发明，并且利用使用由各自具有多个光电转换器的多个像素所构成的图像传感器的摄像设备，本发明使用相位差方法实现焦点检测功能，并且在保持视频信号的输出速率的同时提高S/N比。

根据本发明，提供一种摄像设备，其包括：光学系统，用于形成被摄体的图像；图像传感器，其包括各自具有多个光电转换器的多个像素，并且能够从所述多个光电转换器独立地输出图像信号，其中，所述多个光电转换器分别接收穿过所述光学系统的不同出射光瞳的区域的多个光束；驱动单元，用于控制所述图像传感器的驱动；焦点检测单元，用于基于从所述图像传感器中的所述多个光电转换器所独立输出的图像信号，使用相位差方法进行焦点检测；以及加法单元，用于以每一像素为单位、将从所述图像传感器中的所述多个光电转换器所独立输出的图像信号相加，其中，在各像素中，将所述多个光电转换器分成各自至少包括两个光电转换器的多个组，针对各组使电荷累积期错开并在不同的组之间电荷累积期的一部分重叠，并且所述驱动单元使用周期性地从所述多个组中的每一个顺序读取图像信号的第一驱动来驱动所述图像传感器，并且所述焦点检测单元基于通过所述第一驱动所读取的图像信号来检测焦点状态。

根据本发明，提供一种摄像设备的控制方法，其中，所述摄像设备包括：光学系统，用于形成被摄体的图像；图像传感器，其包括各自具有多个光电转换器的多个像素，并且能够从所述多个光电转换器独立地输出图像信号，所述多个光电转换器分别接收穿过所述光学系统的不同出射光瞳的区域的多个光束，所述控制方法包括以下步骤：驱动步骤，用于驱动所述图像传感器，从而使得将各像素中的所述多个光电转换器分成各自至少包括两个光电转换器的多个组，针对各组使电荷累积期错开并在不同的组之间电荷累积期的一部分重叠，并且周期性地从所述多个组中的每一个顺序读取图像信号；焦点检测步骤，用于基于所读取的图像信号，使用相位差方法进行焦点检测；以及加法步骤，用于以每一像素为单位、将所读取的图像信号相加。

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

包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图，示出本发明的实施例，并与说明书一起用来解释本发明的原理。

图1是示出根据第一实施例的摄像设备的示意性结构的框图；

图2是示出根据第一实施例的图像传感器的结构的示意图；

图3是根据第一实施例的图像传感器中所包括的一个像素单元的示意性俯视图；

图4是图2所示的像素单元的电路图；

图5A和5B是示出用于从根据第一实施例的图像传感器所包括的像素单元中读取信号的定时的时序图；

图6是示出用于在根据第一实施例的图像传感器的第一行和第二行中累积电荷和读取信号的操作的定时的时序图；

图7是示出根据第一实施例用于检测焦点状态的处理的流程图；

图8是示出根据第一实施例具有光学系统的出射光瞳的图像传感器的断面图的示意图；

图9是示出从根据第一实施例的图像传感器输出的信号所获取的图像的示意图；

图10A和10B是示出用于在根据第一实施例的图像传感器的第一行和第二行中累积电荷和读取信号的操作的定时的另一例子的时序图；

图11是示出光电转换器的组合的示意图，在图10A和10B所示的用于读取信号的操作的定时从该光电转换器的组合读取信号；

图12是示出根据第二实施例的摄像设备的示意性结构的框图；

图13是示出根据第二实施例用于在驱动图像传感器的方法之间进行切换的控制的流程图；

图14是示出根据第二实施例在驱动图像传感器的方法之间进行切换的定时的图；

图15是示出根据第三实施例的摄像设备的示意性结构的框图；

图16是示出根据第三实施例用于在驱动图像传感器的方法之间进行切换的控制的流程图；以及

图17是示出根据第三实施例在驱动图像传感器的方法之间进行切换的定时的图。

具体实施方式

将参考附图详细说明本发明的典型实施例。

第一实施例

图1是示出根据第一实施例的摄像设备的示意性结构的框图。在图1中，附图标记101表示包括变焦透镜、光圈和调焦透镜中的至少一个的光学系统，并且附图标记102表示根据从稍后说明的系统控制单元110所输出的对光学系统101的驱动信息来控制光学系统101的光学驱动电路。

另外，附图标记103表示将通过光学系统101所形成的被摄体的图像光电转换成电信号、并且将该电信号作为图像信号输出的图像传感器，并且附图标记104表示根据从稍后说明的系统控制单元110输出的对图像传感器103的驱动信息来控制图像传感器103的图像传感器驱动电路。当图像传感器103具有电子快门功能时，从图像传感器驱动电路104输出的控制信号使得可以进行用于确保曝光所需的时间段的控制。

附图标记105表示照相机信号处理单元，并且包括显像处理单元106、对比度检测单元107、相位差检测单元108和焦点位置计算单元109。显像处理单元106对从图像传感器103获取的图像信号执行诸如颜色转换、白平衡校正、伽马校正、分辨率转换处理和图像压缩处理等的图像处理。对比度检测单元107从图像信号获取对比度评价值。相位差检测单元108从图像信号检测用于执行相位差方法的焦点控制的相位差评价值。基于从对比度检测单元107所获取的对比度评价值和相位差评价值，焦点位置计算单元109计算用于控制光学系统101中的调焦透镜的位置的焦点控制信息。

附图标记110表示控制整个摄像设备、并且基于从焦点位置计算单元109所获取的焦点控制信息向光学驱动电路102发送光学系统101的驱动信息的系统控制单元。

现参考图2、3和4说明根据第一实施例的图像传感器103的结构。根据第一实施例的图像传感器103是诸如CMOS图像传感器等的X-Y地址型图像传感器。为了便于说明，图2示出以3行×4列所配置的像素单元。然而，实际上，通常配置数十万个至数千万个像素单元。

附图标记201表示像素单元。在实际图像传感器中，以预定高宽比二维配置多个像素单元201。各个像素单元201可以由用于表现R、G和B的色相之一的颜色滤波器覆盖。例如，可以根据拜耳排列来配置R、G和B颜色滤波器。附图标记202表示使用选择脉冲pSEL来选择像素单元201的选择开关。

图3是由例如诸如光电二极管等的将其上入射的光转换成电荷的多个光电转换器所构成的像素单元201的示意性俯视图。图3示出由共用一个微透镜305的四个光电转换器301、302、303和304所构成的像素单元201的例子。注意，图像传感器103中所包括的其它像素单元各自由具有图3所示的位置关系的四个光电转换器构成。

图4是图2所示的像素单元的电路图。注意，在这里，图4中与图2和3共同的构件具有相同附图标记。附图标记405表示用作临时累积在光电转换器301～304中所生成的电荷的累积区域的浮动扩散单元(以下称为“FD”)。附图标记401、402、403和404表示使用传送脉冲pTX1～pTX4将在光电转换器301～304中所生成的电荷传送给FD 405的传送开关。

此外，附图标记406表示用于使用复位脉冲pRES清除累积在FD 405中的电荷的复位开关，并且附图标记407表示发挥源极跟随器功能的MOS放大器。传送开关401～404、复位开关406和选择开关202的栅电极分别连接至以行为单位提供pTX1～pTX4、pRES和pSEL的信号线，并且通过图2所示的垂直扫描电路207进行选择和扫描。复位开关406和MOS放大器407连接至电源线408。通过顺次接通传送脉冲pTX1～pTX4，可以独立地读取光电转换器301～304中的电荷。此外，通过同时接通多个传送脉冲pTX1～pTX4，可以相加并读取连接至处于接通状态的传送开关401～404的光电转换器301～304中的电荷。当独立读取电荷时，通过照相机信号处理单元105将所获取的图像信号以每像素为单位相加，并且使该图像信号在显像处理单元106中经过各种类型的处理。

回到图2，附图标记204表示用作MOS放大器407的负载的固定电流源。像素单元201和固定电流源204经由信号输出线203以列为单位连接至列放大器/读取电路208。FD 405、MOS放大器407和固定电流源204构成浮动扩散放大器。将通过选择开关202所选择的像素单元的信号电荷转换成电压，然后经由信号输出线203将其输出给列放大器/读取电路208。

附图标记205表示通过水平扫描电路209驱动、并且用于选择从列放大器/读取电路208所输出的信号的输出选择开关，并且附图标记206表示将从列放大器/读取电路208所输出的信号输出到图像传感器103外部的输出放大器。

注意，尽管图2示出进行单通道读取的示例性结构，但是可以具有进行多通道读取以提高读取速度的结构。例如，可以具有下面的结构，在该结构中，对两个通道设置读取电路和水平扫描电路，从而在奇数列和偶数列上或者在画面的左侧和右侧分别进行读取操作。不用说，可以定义三个以上的通道。

下面参考图5A、5B和6的时序图说明在第一实施例中所使用的图像传感器103中执行的用于累积电荷和读取信号的操作。

在第一实施例所述的摄像设备中，将从图6所示的垂直同步信号VD的一个下降沿到下一个下降沿的时期定义为垂直同步期。为了方便，将垂直同步期分成两个类型，即奇数场和偶数场。奇数场和偶数场以重复方式交替。图5A是示出在图像传感器103中所执行的奇数场中的信号读取处理的针对一个行的时序图。

在图5A中，t1示出使用选择脉冲pSEL接通要扫描的行的选择开关202的时刻。接通复位脉冲pRES特定时间段，以复位要读取的行的FD 405。在复位FD 405之后，从t2开始接通传送开关pTX1特定时间段，并且将累积的电荷从光电转换器301读入FD 405。通过上述浮动扩散放大器的结构将传送至FD 405的电荷转换成电压，然后将其输出给信号输出线203。接着，在时刻t3再次接通选择开关202，以准备从下一光电转换器读取电荷。以相同方式，从t3开始接通复位脉冲pRES特定时间段，以再次复位FD 405以进行放电。在复位FD 405之后，从t4开始接通传送脉冲pTX2特定时间段，并且将累积的电荷从光电转换器302读入FD 405。通过上述的浮动扩散放大器的结构将传送给FD405的电荷转换成电压，然后将其输出到信号输出线203。在从光电转换器301和302读取了信号之后，在不传送来自其它光电转换器303和304的电荷的情况下，选择下一行。此后，同样地，从各行的像素单元中的光电转换器301～302传送电荷，并且顺次获得信号输出。

图5B是示出在图像传感器103中所执行的偶数场中的信号读取处理的针对一个行的时序图。该定时与用于读取奇数场中的信号的定时的不同之处在于，从在奇数场中不读取信号的光电转换器303和304传送电荷。

在图5B中，t5示出使用选择脉冲pSEL接通要扫描的行的选择开关202的时刻。接通复位脉冲pRES特定时间段，以复位要读取的行的FD 405。在复位FD 405之后，从t6开始接通传送脉冲pTX3特定时间段，并且将累积的电荷从光电转换器303读入FD 405。通过上述的浮动扩散放大器的结构将传送给FD 405的电荷转换成电压，然后将其输出给信号输出线203。接着，在时刻t7再次接通选择开关202，以准备从下一光电转换器读取电荷。以相同方式，从t7开始接通复位脉冲pRES特定时间段，以再次复位FD 405以进行放电。在复位FD 405之后，从t8开始接通传送脉冲pTX4特定时间段，并且将累积的电荷从光电转换器304读入FD 405。通过上述的浮动扩散放大器的结构，将传送给FD 405的电荷转换成电压，然后将其输出给信号输出线203。在从光电转换器303和304读取信号之后，在不从其它光电转换器301和302传送电荷的情况下，选择下一行。随后，同样地，从各行的像素单元中的光电转换器303和304传送电荷，并且顺次获得信号输出。

图6示出用于在第一行和第二行中累积电荷和读取信号的操作的定时。附图标记602表示第一行中的光电转换器301的电荷累积期，并且附图标记603表示第一行中的光电转换器302的电荷累积期。如下驱动图像传感器103。在奇数场中，通过顺次重复行选择，仅从像素单元中的光电转换器301和302读取电荷。在偶数场中，在光电转换器301和302中连续累积电荷，但是完全不从光电转换器301和302中进行读取。对第二行及后续也同样。如附图标记606和607所示驱动图像传感器103，其中，附图标记606表示第二行中的光电转换器301的累积期，并且附图标记607表示第二行中的光电转换器302的累积期。此外，驱动图像传感器103，以使得在一个垂直同步期期间(一个奇数场期间)完成构成图像传感器103的所有行的选择(读取)。还如下驱动图像传感器103。在偶数场中，通过顺次重复行选择，仅从像素单元中的光电转换器303和304读取电荷。在奇数场中，将电荷连续累积在光电转换器303和304中，但是完全不从光电转换器303和304中进行读取。在图6中，附图标记604表示第一行中的光电转换器303的累积期，并且附图标记605表示第一行中的光电转换器304的累积期。在奇数场中不从第一行中的光电转换器303和304读取电荷。对第二行及后续也同样。如附图标记608和609所示驱动图像传感器103，其中，附图标记608表示第二行中的光电转换器303的累积期，并且附图标记609表示第二行中的光电转换器304的累积期。此外，驱动图像传感器103，以使得在一个垂直同步期期间(一个偶数场期间)完成构成图像传感器103的所有行的选择(读取)。

如上所述，从奇数场起经过偶数场，执行用于在光电转换器301和302中累积电荷、并且从其读取所累积的电荷的操作，并且以这两个场为周期重复该操作。另一方面，从偶数场起经过奇数场，执行用于在光电转换器303和304中累积电荷、并且从其读取所累积的电荷的操作，并且以这两个场为周期重复该操作。也就是说，这四个光电转换器在这两个场上各自重复累积电荷。此外，将这四个光电转换器分成两个组，并且将用于从一个组读取电荷的定时相对于用于从另一组读取电荷的定时延迟一个场，从而使得一个组的电荷累积期与另一组的电荷累积期部分重叠。这样，对于各光电转换器可以确保跨越两个场的累积期，并且可以以每一个场为单位获取稍后说明的用于检测相位差的图像信号。

现参考图7、8和9说明用于根据从图像传感器103所获取的图像信号来检测焦点状态的处理。图7是示出第一实施例中用于检测焦点状态的整体处理的流程图。

首先，在步骤S101，对比度检测单元107使用从图像传感器103所获取的图像信号，计算用于检测聚焦状态的对比度评价值。通过使用带通滤波器对所获取的图像信号执行滤波处理、并且累积所获取的滤波输出的绝对值，计算对比度评价值。然而，本发明的对比度评价值的计算方法不局限于上述方法，而可以是对于处于聚焦状态的被摄体产生最大对比度评价值的任何计算方法。在步骤S102，焦点位置计算单元109将驱动调焦透镜所需的焦点控制信息发送给系统控制单元110，以最大化从对比度检测单元107所获取的对比度评价值，也就是说，以实现聚焦状态。通常，将使用上述对比度评价值的自动调焦控制称为爬山。

在步骤S103，相位差检测单元108基于从图像传感器所获取的图像信号，使用相位差检测方法计算与被摄体的距离的信息，并且将所计算出的信息发送给焦点位置计算单元109作为相位差评价值。下面参考图8说明相位差检测方法。

图8示出沿图3的A-A’截取的示意性断面图。附图标记701表示从图像侧观察时、光学系统101中所包括的摄像镜头的出射光瞳。将从聚焦状态下摄像镜头的成像面706到出射光瞳701的距离称为出射光瞳位置。出射光瞳位置根据例如位于镜头光圈后面(朝向成像面)的一组透镜的曲率和该组透镜与光圈之间的位置关系而改变，该组透镜在附图中未示出。不用说，出射光瞳701的大小根据光圈直径而改变。附图标记704和705分别表示通过微透镜305在出射光瞳位置上投影的光电转换器302和301的出射光瞳。将穿过出射光瞳705的光束703设计成入射至光电转换器301，并且将穿过出射光瞳704的光束702设计成入射至光电转换器302。

尽管图8仅示出光电转换器301和302，但是图3所示的光电转换器303和304的位置实际上朝向图8的前侧。附图未示出的穿过摄像镜头的出射光瞳701的左后区域的光束入射至光电转换器304，并且附图中未示出的穿过摄像镜头的出射光瞳701的右后区域的光束入射至光电转换器303。

假定通过光束702，从图像传感器103的像素单元中的光电转换器302获取图像A，并且通过光束703，从图像传感器103的像素单元中的光电转换器303获取图像B，则根据焦点状态，在图像A和图像B之间存在相位差。

图9示出在前焦点状态下所获取的图像信号的一个例子。附图标记712表示图像A，并且附图标记711表示图像B。根据相位差检测方法，根据图像A 712和图像B 711之间的相对位置、这些图像之间的距离713以及从调焦透镜位置处的成像面到出射光瞳的距离，计算与被摄体的距离的信息。相位差检测单元108将以上述方式计算出的与被摄体的距离的信息发送给焦点位置计算单元109，作为相位差评价值。

接着，在步骤S104，焦点位置计算单元109判断当前调焦透镜位置T和根据相位差评价值所计算出的目标调焦透镜位置Tp之间的差的绝对值是否超过阈值Tth。更具体地，焦点位置计算单元109判断图像是否处于绝对值超过阈值Tth的失焦状态的程度。如果绝对值小于或等于阈值Tth，则处理返回到步骤S102，并且通过对比度检测再次执行焦点检测处理。注意，可以基于假定图像处于失焦状态的指标来预先确定阈值Tth，或者可以通过系统控制单元110根据被摄体的状况调整阈值Tth。例如，当摄像条件是与被摄体的距离频繁改变等的条件时，如果阈值Tth小，那么焦点位置频繁变动，因而使得难以看到视频。可以通过将阈值Tth设置成大的值来限制这类变动。

如果在步骤S104，判断为当前焦点位置T和目标焦点位置Tp之间的差的绝对值大于阈值Tth，则处理进入步骤S105。然后，焦点位置计算单元109将用于基于目标焦点位置Tp驱动调焦透镜所需的焦点控制信息发送给系统控制单元110。通过上述流程，可以基于从图像传感器103所获取的图像信号来实现使用对比度检测和相位差检测的焦点检测功能。尽管以上说明了使用经由奇数帧中的读取操作从光电转换器301和302所获取的图像信号的过程，但是在偶数帧中同样执行类似处理。

下面说明用于根据从图像传感器103所获取的图像信号生成视频信号的方法。首先，说明如何使用传统技术生成视频信号。为了方便，假定像素单元包括四个光电转换器来给出以下说明。根据传统技术，通过从像素单元201中所包括的所有四个光电转换器读取信号、并且相加所读取的信号，对于每一像素获取一个信号。可选地，通过在图像传感器103的像素单元201中沿垂直方向将光电转换器中的电荷相加、执行上述焦点检测处理、并且沿水平方向将电荷相加，对于一个像素单元201获取一个信号。假定在一个垂直同步期期间从一个光电转换器所获取的信号量为S，则可以获得下面的公式(1)所示的值作为与一个像素相对应所生成的视频信号的信号电平。

S+S+S+S=4S ...(1)

这里，假定在一个垂直同步期期间在一个光电转换器中产生的噪声量(独立于入射光的量的随机噪声量)为N，则与一个像素相对应所生成的视频信号中包括的噪声量之和等于下面的公式(2)所示的值。

\sqrt{N^{2} + N^{2} + N^{2} + N^{2}} = 2 N . . . (2)

另一方面，当使用本发明所提出的驱动方法驱动图像传感器103时，基于相同思路，与一个像素相对应的视频信号的信号电平等于下面的公式(3)所示的值，也就是说，可以实现传统技术的信号电平。

2×S+2×S=4S ...(3)

在第一实施例中，在一个场期间(一个垂直同步期)，从图像传感器103的像素单元201所包括的四个光电转换器中的两个光电转换器(在图6所示的奇数场的情况下，光电转换器301和302)获取信号。由于累积期跨越两个垂直同步期，所获取的信号电平之和与传统技术的信号电平之和相同。另一方面，与一个像素相对应所生成的视频信号所包括的噪声量之和等于两个光电转换器的噪声量之和，即下面的公式(4)所示的以分贝表示时低3dB的值。

\sqrt{N^{2} + N^{2}} = \sqrt{2} N . . . (4)

如上所述，将各像素中所包括的多个光电转换器分成多个组。在组间使读取定时错开的同时，以每一组为单位顺序从光电转换器读取信号。通过针对各像素将所读取的信号相加，对于各像素获取一个视频信号。这样，可以实现使用相位差方法的焦点检测功能，并且可以在保持视频信号的输出速率的同时提高视频信号的S/N比。

第一实施例说明了下面的例子：在像素单元201的平面图中，将光电转换器在垂直方向上分成各自包括在水平方向上相互相邻的两个光电转换器的两个组，并且每隔一个场交替从这两个组读取信号。然而，当驱动图像传感器103，以使得在水平方向上将光电转换器分成各自包括在垂直方向上相互相邻的两个光电转换器的两个组，并且每隔一个场交替从这两个组读取信号时，可以实现相同效果。

此外，可以如图10A和10B所示，驱动光电转换器301～304。更具体地，在奇数场中，可以驱动光电转换器301和304，以使得在时刻t11从光电转换器301读取电荷，并且在时刻t12从光电转换器304读取电荷。另一方面，在偶数场中，可以驱动光电转换器302和303，以使得在时刻t13从光电转换器302读取电荷，并且在时刻t14从光电转换器303读取电荷。注意，t1、t3、t5和t7与图5A和5B所示的相同，并且省略对其的说明。这样，在各像素单元中在垂直方向和水平方向上分割得到的光电转换器中，如图11所示的组901和902那样，可以使沿对角线所配置的、夹着像素单元201的中心的光电转换器配对，并且可以每隔一个场交替从这两个组读取信号。不用说，在这种情况下同样可以进行相位差检测。该驱动方法的优点在于，在生成视频信号时，在奇数帧和偶数帧之间，通过加法所获取的信号的重心位置不会改变。因此，即使在不校正在奇数帧和偶数帧中所获取的视频信号的重心的移位的情况下，该驱动方法也使得可以容易地生成被摄体的相位在帧间一致的视频。

此外，尽管第一实施例说明了像素单元201包括四个光电转换器(垂直方向2×水平方向2)的例子，但是本发明不局限于此。本申请的发明可应用于下面的结构：像素单元201在垂直方向和水平方向上包括两个以上的光电转换器。

第二实施例

现说明本发明的第二实施例。图12是示出根据第二实施例的摄像设备的示意性结构的框图。注意，以相同附图标记表示图12的与第一实施例中参考图1所述的构件相同的构件，并且省略对其的说明。第二实施例的特征在于，根据从图像信号所获取的被摄体的亮度和摄像设备的摄像模式，来切换图像传感器103的驱动。

如图12所示，除图1所示的构件以外，根据第二实施例的摄像设备还包括用于获取被摄体的亮度的AE评价值计算单元120。AE评价值计算单元120根据从图像传感器103所获取的图像信号，计算通过摄像设备所拍摄的被摄体的亮度水平，并且将所计算出的亮度水平发送给系统控制单元110作为AE评价值。例如，在通过R、G和B这三种颜色的颜色滤波器覆盖图像传感器103的情况下，可以根据加色混合，以合成比1：2：1对R：G：B执行平均处理来计算亮度水平。注意，该计算所使用的公式不局限于此。可选地，可以使用通常已知的RGB亮度转换公式。众所周知，在图像传感器103中使用黄色、品红色、绿色和青色的所谓的补色滤波器的情况下，可以以相同方式计算亮度水平，并且在这种情况下也可以应用本发明。基于从AE评价值计算单元120所获取的AE评价值，系统控制单元110将驱动图像传感器103所需的驱动信息发送给图像传感器驱动电路104。

现参考图13和14说明第二实施例中用于在驱动图像传感器103的方法之间进行切换的过程。图13是用于基于从AE评价值计算单元120所获取的AE评价值来切换图像传感器103的驱动的方法的流程图。

在步骤S201，设置用于确定图像传感器103的切换定时的切换阈值Th_Av。图14示出根据AE评价值Av的图像传感器103的驱动模式。以附图标记1201所标记的实线表示根据AE评价值Av在驱动图像传感器103的方法之间切换。更具体地，实线1201表示根据AE评价值Av在第一驱动和第二驱动之间切换。第一驱动表示根据第一实施例所述的本发明的驱动，而第二驱动表示根据传统技术用于周期性地从所有光电转换器读取信号的驱动。Th1表示AE评价值Av减小的情况下的切换阈值。相反，Th2表示AE评价值Av增大的情况下的切换阈值。在步骤S201，将Th1设置为切换阈值Th_Av。

接着，在步骤S202，AE评价值计算单元120计算AE评价值Av。假定AE评价值计算单元120在从图像传感器103发送图像信号时的定时(即以摄像设备的垂直同步信号的周期)计算AE评价值，给出下面的说明。

在步骤S203，将AE评价值Av与切换阈值Th_Av进行比较，并且如果在正进行第二驱动时，AE评价值Av大于或等于切换阈值Th_Av，则处理返回步骤S202，其中，AE评价值计算单元120在等到下一帧之后，再次计算AE评价值Av。如果AE评价值Av小于切换阈值Th_Av，则处理进入步骤S204。在步骤S204，系统控制单元110向图像传感器驱动电路104发送图像传感器103的驱动信息，从而利用上述第一驱动来驱动图像传感器103，并且图像传感器驱动电路104向图像传感器103发送控制信号。

此后，在步骤S205，将Th2设置为切换阈值Th_Av。当切换阈值Th_Av以上述方式取多个值时，即使AE评价值Av围绕切换阈值Th_Av变动，也不会频繁切换图像传感器103的驱动。因此，可以实现平滑摄像。

在步骤S206，AE评价值计算单元120计算AE评价值Av。在正进行第一驱动时，在步骤S207，将AE评价值Av与切换阈值Th_Av进行比较。如果在正进行第一驱动时，AE评价值Av小于或等于切换阈值Th_Av，则处理返回到步骤S206，其中，AE评价值计算单元120在等到下一帧之后，再次计算AE评价值Av。如果AE评价值Av大于切换阈值Th_Av，则处理进入步骤S208。在步骤S208，系统控制单元110向图像传感器驱动电路104发送图像传感器103的驱动信息，从而使得以上述第二驱动来驱动图像传感器103，并且图像传感器驱动电路104向图像传感器103发送控制信号。

上述控制实现下面的效果。当AE评价值Av大时，也就是说，当被摄体处于足够亮的环境时，如传统技术一样，从图像传感器103中的所有光电转换器读取信号。在这种情况下不使用第一实施例所述的驱动的原因是由于根据本发明的驱动方法延长了图像传感器103中的各光电转换器的累积期，以获得信号电平。也就是说，由于各光电转换器的累积期大于传统技术的累积期，所以由在累积期期间被摄体的移动所导致的运动模糊突出。另一方面，当AE评价值Av小时，也就是说，当在暗环境下拍摄被摄体时，可以通过使用本发明的驱动方法来提高图片信号的S/N比。第二实施例的特征在于，通过根据被摄体的状况，在驱动方法之间、即在传统技术的驱动方法和本发明的驱动方法之间进行适当切换，进一步提高摄像设备的性能。

第二实施例说明了基于从图像传感器103所获取的图像信号确定被摄体的状况的控制。然而，通过根据例如摄像设备的增益设置和快门速度(电荷累积期)、以及光学系统101的光圈来切换图像传感器103的驱动，可以在不使用图像信号的情况下实现相同效果。在这种情况下，认为增益设置越大，快门速度越慢，或者光圈的F值越小，则被摄体的亮度越低，因此可以基于这些值执行图14所示的控制。

第三实施例

现说明本发明的第三实施例。图15是示出根据第三实施例的摄像设备的示意性结构的框图。注意，以相同附图标记表示图15的与第一实施例中参考图1所述的构件相同的构件，并且省略对其的说明。第三实施例的特征在于，根据从图像信号所获取的被摄体的运动量和摄像设备本身的运动量，切换图像传感器103的驱动。

在图15中，设置运动量计算单元131作为用于获取被摄体的运动量的部件。根据从图像传感器103所获取的图像信号，计算摄像设备所拍摄的被摄体的运动量，并且将所计算出的运动量发送给系统控制单元110作为运动量评价值。存储器132用于存储与一个帧相对应的图像信号，并且存储要输入给运动量计算单元131的图像信号。运动量计算单元131对存储在存储器132中的与前一帧相对应的图像信号和输入的图像信号执行相关计算(匹配处理)。在相关计算中，在二维方向上移位的同时，计算这两个图像信号中的像素电平之差的和的绝对值，并且将使该和的绝对值最小的移位量输出给系统控制单元110，作为表示根据图像信号所观察到的被摄体的运动量的运动量评价值。

在本发明中，运动量计算单元131所使用的相关计算的方法不局限于上述方法。例如，众所周知，在预先根据信号电平将图像信号二值化成黑色和白色之后，执行相关计算。这样，代替如上所述的图像信号，通过将二值化后的信号值存储在存储器132中、并且使用二值化后的信号值执行类似的相关计算，可以获得运动量评价值。系统控制单元110基于从运动量计算单元131所获取的运动量评价值，将驱动图像传感器103所需的驱动信息发送给图像传感器驱动电路104。

下面参考图16和17说明第三实施例中用于在驱动图像传感器103的方法之间进行切换的定时。图16是示出用于基于从运动量计算单元131所获取的运动量评价值来切换图像传感器103的驱动方法的流程图。

在S301，设置用于确定图像传感器103的切换定时的切换阈值Th_Mv。图17示出根据运动量评价值Mv的图像传感器103的驱动模式。以附图标记1701标记的实线表示根据运动量评价值Mv在驱动图像传感器103的方法之间切换。更具体地，实线1701表示根据运动量评价值Mv在第一驱动和第二驱动之间切换。第一驱动表示根据第一实施例所述的本发明的驱动，而第二驱动表示根据传统技术、从所有光电转换器读取信号的驱动。Th3表示运动量评价值Mv减小的情况下的切换阈值。相反，Th4表示运动量评价值Mv增大的情况下的切换阈值。在S301，将Th3设置为切换阈值Th_Mv。

接着，在S302，运动量计算单元131计算运动量评价值Mv。在假定运动量计算单元131在从图像传感器103发送图像信号时的定时(即以摄像设备的垂直同步信号的周期)计算运动量评价值Mv的情况下，给出下面的说明。

在S303，将运动量评价值Mv与切换阈值Th_Mv进行比较，并且如果运动量评价值Mv大于或等于切换阈值Th_Mv，则处理返回到S302，其中，运动量计算单元131在等到下一帧之后，再次计算运动量评价值Mv。如果在正进行第二驱动时，运动量评价值Mv小于切换阈值Th_Mv，则处理进入S304。在S304，系统控制单元110向图像传感器驱动电路104发送图像传感器103的驱动信息，从而使得利用上述第一驱动来驱动图像传感器103，并且图像传感器驱动电路104向图像传感器103发送控制信号。

此后，在步骤S305，将Th4设置为切换阈值Th_Mv。当切换阈值Th_Mv以上述方式取多个值时，即使运动量评价值Mv围绕切换阈值Th_Mv变动，也不会频繁切换图像传感器103的驱动。因此，可以实现平滑摄像。

在S306，运动量计算单元131计算运动量评价值Mv。在S307，将运动量评价值Mv与切换阈值Th_Mv进行比较，并且如果运动量评价值Mv小于或等于切换阈值Th_Mv，则处理返回到S306，其中，运动量计算单元131在等到下一帧之后、计算运动量评价值Mv。如果在正进行第一驱动时，运动量评价值Mv大于切换阈值Th_Mv，则处理进入S308。在S308，系统控制单元110向图像传感器驱动电路104发送图像传感器103的驱动信息，从而使用上述第二驱动来驱动图像传感器103，并且图像传感器驱动电路104向图像传感器103发送控制信号。

上述控制实现下面的效果。当运动量评价值Mv大时，也就是说，当被摄体移动程度大时，如传统技术一样，从图像传感器103中的所有光电转换器读取信号。在这种情况下不使用第一实施例所述的驱动的原因是因为根据本发明的驱动方法延长了图像传感器103中各光电转换器的累积期，以获得信号电平。也就是说，由于各光电转换器的累积期大于传统技术的累积期，所以由在累积期期间被摄体的移动所导致的运动模糊突出。另一方面，当运动量评价值Mv小时，即当被摄体的移动小、或者被摄体静止时，通过使用本发明的驱动方法可以提高视频信号的S/N比。第三实施例的特征在于，通过根据被摄体的状况，在驱动方法之间、即传统技术的驱动方法和本发明的驱动方法之间适当进行切换，进一步提高摄像设备的性能。

第三实施例说明了基于从图像传感器103所获取的图像信号来确定被摄体的状况的控制。然而，可以在不使用图像信号的情况下切换图像传感器103的驱动。例如，可以使用诸如安装在摄像设备中的陀螺仪等的振动量检测传感器来检测摄像设备本身的运动量(振动量)。

此外，可以组合第二实施例和第三实施例的操作。也就是说，通过例如组合亮度和运动量的评价值、并且适当设置与Th1或Th3和Th2或Th4相对应的阈值，可以基于被摄体的亮度和运动量来控制第一驱动和第二驱动之间的切换。

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。

Claims

1.一种摄像设备，其包括：

光学系统，用于形成被摄体的图像；

图像传感器，其包括各自具有多个光电转换器的多个像素，并且能够从所述多个光电转换器独立地输出图像信号，其中，所述多个光电转换器分别接收穿过所述光学系统的不同出射光瞳的区域的多个光束；

驱动单元，用于控制所述图像传感器的驱动；

焦点检测单元，用于基于从所述图像传感器中的所述多个光电转换器所独立输出的图像信号，使用相位差方法进行焦点检测；以及

加法单元，用于以每一像素为单位、将从所述图像传感器中的所述多个光电转换器所独立输出的图像信号相加，

其特征在于，在各像素中，将所述多个光电转换器分成各自至少包括两个光电转换器的多个组，针对各组使电荷累积期错开并在不同的组之间电荷累积期的一部分重叠，并且所述驱动单元使用在各预定时间段从所述多个组中的一个组读取图像信号的第一驱动来驱动所述图像传感器，并且所述焦点检测单元基于通过所述第一驱动所读取的图像信号来检测焦点状态。

2.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，所述多个组是在各像素的平面图上垂直配置的两个组。

3.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，所述多个组是在各像素的平面图上水平配置的两个组。

4.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，所述多个组是两个组，并且在各像素的平面图中，以夹着像素的中心的方式垂直配置一个组中所包括的光电转换器，并且以夹着像素的中心的方式水平配置另一组中所包括的光电转换器。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的摄像设备，其中，所述驱动单元使用所述第一驱动或在所述各预定时间段从所有所述多个光电转换器读取图像信号的第二驱动来驱动所述图像传感器，并且根据所述被摄体的状况在所述第一驱动和所述第二驱动之间进行切换，所述被摄体的状况基于从所述图像传感器所获取的图像信号的亮度水平、所述图像传感器的电荷累积期、所述摄像设备的增益设置、所述光学系统的光圈、所述被摄体的运动和所述摄像设备的运动中的至少一个。

6.根据权利要求5所述的摄像设备，其中，当在使用所述第二驱动来驱动所述图像传感器时、所述被摄体的亮度落在预定第一阈值以下的情况下，所述驱动单元切换成所述第一驱动，并且当在使用所述第一驱动来驱动所述图像传感器时、所述被摄体的亮度超过大于所述第一阈值的预定第二阈值的情况下，所述驱动单元切换成所述第二驱动。

7.根据权利要求5所述的摄像设备，其中，当在使用所述第二驱动来驱动所述图像传感器时、所述被摄体或者所述摄像设备的运动量落在预定第一阈值以下的情况下，所述驱动单元切换成所述第一驱动，并且当在使用所述第一驱动来驱动所述图像传感器时、所述被摄体或者所述摄像设备的运动量超过大于所述第一阈值的第二阈值的情况下，所述驱动单元切换成所述第二驱动。

8.一种摄像设备的控制方法，其中，所述摄像设备包括：光学系统，用于形成被摄体的图像；图像传感器，其包括各自具有多个光电转换器的多个像素，并且能够从所述多个光电转换器独立地输出图像信号，所述多个光电转换器分别接收穿过所述光学系统的不同出射光瞳的区域的多个光束，所述控制方法的特征在于包括以下步骤：

驱动步骤，用于驱动所述图像传感器，从而使得将各像素中的所述多个光电转换器分成各自至少包括两个光电转换器的多个组，针对各组使电荷累积期错开并在不同的组之间电荷累积期的一部分重叠，并且在各预定时间段从所述多个组中的一个组读取图像信号；

焦点检测步骤，用于基于所读取的图像信号，使用相位差方法进行焦点检测；以及

加法步骤，用于以每一像素为单位、将所读取的图像信号相加。