CN103460105B - 成像装置及其自动对焦控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种成像装置，包括固态成像元件，在该固态成像元件中，在光接收表面上安装有焦点检测像素(相位差检测像素)，当灰尘附着在光接收表面上时，从相位差检测像素的检测信号计算灰尘存在区域中的相位差量，并且确定相位差量的可靠性，并且当可靠性高时，使用在灰尘存在区域中计算的相位差量来执行相位差AF控制。

Description

成像装置及其自动对焦控制方法
技术领域
本发明涉及诸如数码相机的成像装置及其自动对焦控制方法，成像装置包括具有焦点检测像素(还称为相位差检测像素)的固态成像元件，并且更特别地，涉及基于从相位差检测像素输出的相位差信息来计算达到被摄体的对焦距离的成像装置及其自动对焦控制方法。
背景技术
在相机系统中，例如，如图19中所示，灰尘101可能附着在固态成像元件的光接收表面100上(由于光学低通滤波器被部署在作为固态成像元件的光接收表面的感光像素区域的前表面上，所以实际上在光学低通滤波器上)。可以通过根据相机的型号使光学低通滤波器振动，来去除灰尘，但是具有高粘合属性的灰尘很难被分离。在该情况下，灰尘附着的部分区域被示出为由固态成像元件捕获的被摄体图像中的敏感度降低区域。
专利文献1公开了一种指定存在灰尘101的区域并且使用除了存在灰尘的区域之外的区域的被捕获图像信号来检测焦点的技术。而且，专利文献2公开了一种将从固态成像元件单独提供的AF传感器的表面的多个焦点检测区域分别分割为多个块，并且使由灰尘存在或不存在确定单元确定存在灰尘的块中的焦点量检测单元的输出无效的技术。在这样的情况下，当在存在灰尘的区域中反映主被摄体时，主被摄体不能被对焦。
近年来，在固态成像元件的光接收表面上埋设相位差检测像素开始被分布。例如，可以通过光瞳分割两个邻近像素来配置相位差检测像素。例如，如以下专利文献3中披露的，光屏蔽膜开口具有比另一个普通像素更小的面积，并且更进一步地，两个邻近像素(一对像素)的光屏蔽膜开口被配置成在相反方向上偏心。
甚至在具有相位差检测像素的固态成像元件中，当灰尘附着在固态成像元件的光接收表面上时，不能获得准确相位差信息，并且结果，自动对焦(AF)的精度恶化。特别是，当主被摄体图像移动至灰尘存在区域时，不能捕获主被摄体被对焦的图像。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP-A-2010-14981
专利文献2：JP-A-2009-271428
专利文献3：JP-A-2009-105358
发明内容
技术问题
本发明的目标在于提供一种成像装置及其自动对焦控制方法，即使灰尘图像移动至与具有相位差检测像素的固态成像元件的光接收表面上的主被摄体图像重叠的位置，该成像装置也能够捕获主被摄体被对焦的图像。
问题的解决方案
其是一种成像装置，包括：固态成像元件，该固态成像元件在光接收表面上提供有第一相位差检测像素和第二相位差检测像素的多个集合，第一相位差检测像素和第二相位差检测像素的每个集合相互邻近并且被光瞳分割；灰尘存在或不存在确定单元，该灰尘存在或不存在确定单元确定在光接收表面的AF区域中捕获的图像中，是否存在灰尘图像；焦点偏离量计算单元，当在AF区域中包括灰尘图像时，该焦点偏离量计算单元计算第一相位差检测像素的检测信号和与灰尘图像重叠的第二相位差检测像素的检测信号之间的偏离量；偏离量可靠性确定单元，该偏离量可靠性确定单元判定偏离量的可靠性；以及控制单元，当偏离量的可靠性高时，该控制单元通过使用偏离量的相位差AF方法来执行自动对焦控制，并且当可靠性低时，该控制单元通过除了使用偏离量的相位差AF方法之外的方法来执行自动对焦控制。
其是一种装配有固态成像元件的成像装置的自动对焦控制方法，固态成像元件在光接收表面上提供有第一相位差检测像素和第二相位差检测像素的多个集合，第一相位差检测像素和第二相位差检测像素的每个集合相互邻近并且被光瞳分割，该方法包括：确定在光接收表面的AF区域中捕获的图像中是否存在灰尘图像；当在AF区域中包括灰尘图像时，计算第一相位差检测像素的检测信号和与灰尘图像重叠的第二相位差检测像素的检测信号之间的偏离量；判定偏离量的可靠性；以及当偏离量的可靠性高时，通过使用偏离量的相位差AF方法来执行自动对焦控制，并且当可靠性低时，通过除了使用偏离量的相位差AF方法之外的方法来执行自动对焦控制。
本发明的有益效果
根据本发明，即使灰尘图像定位在具有相位差检测像素的固态成像元件的光接收表面上并且在与主被摄体图像重叠的位置处，也可以捕获主被摄体被对焦的图像。
附图说明
图1是根据本发明的示例性实施例的成像装置的功能框图。
图2是图1中所示的固态成像元件11的表面(surface)示意图。
图3是代替图2的固态成像元件的表面示意图。
图4是代替图2和图3的固态成像元件的表面示意图。
图5是描述通过相位差检测像素的相位差信息的检测原理的视图。
图6是图示灰尘附着到相位差检测像素可用区域的状态的视图。
图7A是图示附着图6中所示的灰尘的状态的放大图，并且图7B是图示灰尘图像的放大图。
图8是图示根据本发明的示例性实施例的自动对焦控制方法的整体处理序列的流程图。
图9是图示当灰尘附着在图4中所示的固态成像元件上时的灰尘边界的状态的视图。
图10是图示排除图8中所示的相位差检测像素的步骤S5的处理的详细处理序列的流程图。
图11是图示图8的获取灰尘存在区域中的相位差检测像素的检测信号的步骤S6的详细处理序列的流程图。
图12是图示图8的获取灰尘不存在区域中的相位差检测像素的检测信号的步骤S10的详细处理序列的流程图。
图13是图示图8的计算焦点偏离量di的步骤S7的详细处理序列的流程图。
图14是图示图8的确定在灰尘存在区域中计算的焦点偏离量di的可靠性的步骤S8的详细处理序列的流程图。
图15是图示图8的计算焦点偏离量dj的步骤S11的详细处理序列的流程图。
图16是图示图8的确定在灰尘不存在区域中计算的焦点偏离量dj的可靠性的步骤S12的详细处理序列的流程图。
图17是图8的对比度AF控制的步骤S14的说明视图。
图18是当执行图8的对比度AF控制的步骤S14时的区域划分的图。
图19是图示灰尘附着在固态成像元件的光接收表面上的状态的图。
具体实施方式
此后，将参考附图描述本发明的示例性实施例。
图1是根据本发明的示例性实施例的成像装置(数码相机)的功能框图。成像装置10包括诸如CCD型或CMOS的固态成像元件11、部署在固态成像元件11的前表面上的光学低通滤波器(OLPF)12、以及部署在光学低通滤波器12的前级的透镜单元13。而且，红外线阻止滤镜平行于光学低通滤波器12布置，但是图示被省略。
透镜单元13适于通过可拆卸地耦合透镜单元中的透镜支架14和相机主体处的透镜支架15，可与未被示出的另一个透镜单元交换。
透镜单元13被提供有具有变焦透镜或聚焦透镜的摄影透镜17、部署在摄影透镜17的后面的光圈18、以及根据以下将描述的系统控制器21的指令来控制摄影透镜17的放大率或者控制焦点位置的微计算机19。
成像装置10进一步包括：模拟信号处理单元16，模拟信号处理单元16处理从固态成像元件11输出的模拟捕获图像信号(例如，相关双采样处理、增益控制处理、以及模拟数字转换处理)；以及信号处理LSI20，信号处理LSI20通过接收模拟信号处理单元16的输出信号来执行各种图像处理。
信号处理LSI20包括：系统控制器(微计算机)21，系统控制器21整体控制成像装置10的全部；相机信号处理单元22，相机信号处理单元22执行用于接收到那里的被捕获图像信号的各种图像处理；压缩和扩展处理单元23，压缩和扩展处理单元23执行例如图像处理后的图像数据的压缩、扩展、或像素数目转换处理；以及AF/AE/AWB处理单元24，AF/AE/AWB处理单元24通过处理从固态成像元件11输出的穿透图像数据并且在计算以下将描述的焦点偏离量的同时确定曝光，执行例如自动对焦(AF)处理、自动曝光(AE)处理、以及自动白平衡(AWB)处理。
信号处理LSI20进一步包括：存储器控制器25，存储器控制器25连接至用作主存储器的SDRAM41；显示系统处理单元26，显示系统处理单元26连接至在相机的后表面上提供的显示单元42或视频放大器43；音频处理单元27，音频处理单元27连接至音频IC44；灰尘检测和去除计算单元28；以及接口单元29，接口单元29具有连接至在其中记录被捕获图像数据的存储器卡45的存储器接口或连接至USB端子46的USB接口。
信号处理LSI20的各个组件(系统控制器21至接口单元29)通过总线30相互连接。麦克风47或扬声器48连接至音频IC44，并且AF接口49连接至视频放大器43和音频IC44。
系统控制器21与透镜单元13中的微计算机19通信，以在执行对焦控制或光圈控制的同时，获取透镜信息。而且，系统控制器21在通过经由驱动器(DR)51执行光学低通滤波器12的微小振动控制来控制灰尘去除的同时，通过定时发生器(TG)52将驱动脉冲提供给固态成像元件11。而且，系统控制器21控制在相机的前表面上的所要求位置处提供的闪光灯53的光发射。在成像装置10中提供电源电路54，以给上述各个组件供电。
图2是图示图1中所示的固态成像元件11的像素阵列和滤色器阵列的实例的视图。倾斜45°的正方形框表示各个像素(光电转换器件：光电二极管)，并且在其上标记的R(=r)、G(=g)、以及B(=b)表示滤色器的颜色。
在所谓的蜂巢式像素阵列中配置所示实例的固态成像元件11，其中，偶数像素行被部署成分别关于奇数像素行偏移1/2像素间距。仅考虑奇数行的像素，它们被布置在正方晶格阵列中，滤色器rgb被拜耳布置(Bayer-array)在其上，并且仅偶数行的像素布置在正方晶格中，并且滤色器RGB被拜耳布置在其上。
邻近像素的光屏蔽膜开口2a和2b被提供为小于另一种类型像素的光屏蔽膜开口(未示出)并且在相反方向上相互偏心，以光瞳分割像素，其中，一个像素和绿色(G和g)滤色器堆叠在水平方向和垂直方向上的四个像素上。具有这样的光屏蔽膜开口2a的像素构成第一相位差检测像素(焦点检测像素)2，并且具有光屏蔽膜开口2b的像素构成形成一对的第二相位差检测像素2。而且，在该实例中，两个邻近像素的光屏蔽膜开口是偏心的，以被光瞳分割。然而，一个公共椭圆形微透镜可以被装配在两个邻近像素上，以光瞳分割像素。
图3是根据另一个示例性实施例的固态成像元件的表面示意图。像素阵列和滤色器阵列与图2的示例性实施例的那些相同，但是示例性实施例与图2的示例性实施例的不同之处在于，所有像素都被设置为相位差检测像素2，并且偏心的光屏蔽膜开口2a和2b分别提供在形成一对的两个邻近像素中。
在图2的示例性实施例中，相位差检测像素仅检测相位差信息，并且通过内插计算一般周围相同颜色的颜色的被捕获图像信号来计算相位差检测像素的位置处的被捕获图像信号，但是在示例性实施例中，所有像素都检测相位差信息，并且使用所有像素的检测信号作为被捕获图像信号来生成被摄体捕获图像。
图4是根据还有的另一个示例性实施例的固态成像元件的表面示意图。图2和图3的示例性实施例中的像素阵列是所谓的像素蜂巢式阵列，但是在示例性实施例中，像素阵列是正方晶格阵列。另外，偏心的光屏蔽膜开口2a和2b分别提供在水平方向上邻近的两个相同颜色像素中，其通过使用所有像素作为相位差检测像素来形成一对。当然，甚至当像素阵列是正方晶格阵列时，类似于图2的示例性实施例，可以在离散位置(和/或循环位置)处提供相位差检测像素。
在图2至图4的示例性实施例中，在固态成像元件的光接收表面(感光像素区域)的整个区域的所有像素或离散像素中提供相位差像素。然而，可以仅在光接收表面的中心区域处提供相位差检测像素。这是因为相位差信息是当执行AF处理时要求的信息，并且存在主被摄体将进入中心区域的高概率。
图5是描绘由相位差检测像素检测到的相位差信息的检测原理的视图。当在移动摄影透镜的焦点位置的同时，绘制具有光屏蔽膜开口2a的第一相位差检测像素的输出信号f(x)和具有光屏蔽膜开口2b的第二相位差检测像素的输出信号g(x)时，实现图5的结果。在此，x表示水平方向(横向)位置。当f(x)和g(x)的值较大时，调节焦点。在图5的情况下，f(x)和g(x)被准确地对焦在偏离了相位差量d的部分处。相位差量d对应于焦点偏离量，以变为达到被摄体的距离的函数。
在焦点偏离量的情况下，当定义S(d)=∫|f(x+d)-g(x)|dx时，可以计算S(d)被最小化的d。
在计算焦点偏离量之后，可以将焦点偏离量转换为诸如对焦透镜的驱动脉冲数目的AF参数(转换表被存储在成像装置的存储区中)，以执行AF控制。
在相位差AF控制中，由于与对比度AF方法相比，高速处理可用，所以不太关心按动快门的时机丢失。然而，为了将AF精度设置为高精度，优选通过将布置在固态成像元件的垂直方向(纵向)上的多个相位差检测像素的检测信号相加和平均化，来计算f(x)和g(x)。当垂直相加数目可能不固定时，存在不能期望AF精度的高概率。
图6是图示灰尘附着到固态成像元件的光接收表面(光学低通滤波器表面)上的状态的视图。图6图示了灰尘101附着在固态成像元件11的光接收表面(感光像素区域)11a的中心区域中的状态。在变为相位差像素可用区域11b的中心区域中，提供图2至图5中描述的相位差检测像素2。
当通过成像装置10捕获被摄体(例如，人)的图像时，主被摄体部分(例如，脸)的图像进入附着灰尘101的区域。摄影师自然想要捕获主被摄体部分(在本实例中，是人的脸)被对焦的图像。
然而，如图7A中所示，当灰尘101附着在相位差像素可用区域116中的所要求部分(允许焦点被调节的AF区域)的相位差检测像素2上时，其上附着灰尘101的灰尘存在区域中的相位差检测像素(通过阴影示出)的敏感度被降低为比灰尘不存在区域中的相位差检测像素的敏感度低了如图7B中所示的灰尘101的所发射光的减少量，并且结果，实现稍微暗的图像。
结果，当在灰尘存在区域中执行相位差AF控制时，AF精度可能恶化。然而，当在灰尘不存在区域中执行相位差AF控制时，可以捕获主被摄体不被对焦的所谓的焦点模糊图像。
因此，在以下描述的示例性实施例中，计算灰尘存在区域中的相位差量di(图5)，并且确定相位差量的可靠性，并且当可靠性高时，通过在灰尘存在区域中计算的相位差量di来执行相位差AF控制。
当灰尘存在区域中的相位差量di的可靠性低时，计算灰尘不存在区域的相位差量dj，并且确定相位差量dj的可靠性，并且当可靠性高时，通过在灰尘不存在区域中计算的相位差量dj来执行相位差AF控制。当灰尘不存在区域中的相位差量dj的可靠性低时，执行对比度AF控制。
图8是图示根据本发明的示例性实施例的AF控制处理序列以及通过使用图1的系统控制器21通过总线30所连接到的每个受控组件执行AF控制处理的流程图。首先，在步骤S1中，获取所安装的透镜单元13的信息，并且获取固态成像元件11的信息。这是因为，当计算相位差量时，使用摄影透镜17的入射光瞳位置或成像元件对角线长度、像素间距等。当透镜单元13不是可替换的而是固定的时，信息是固定值。
在下一个步骤S2中，执行灰尘去除控制，其将指令给予驱动器51并且将微小振动应用至光学低通滤波器12。另外，在步骤S3中，检测是否存在留在光学低通滤波器12的表面上的灰尘。即，由于发送到光学低通滤波器12的入射光被投影到固态成像元件11的光接收表面上，所以通过固态成像元件11捕获灰尘的图像，以检测灰尘图像的存在或不存在。
可以通过分析当成像装置10被启动时的图像来实现灰尘图像的存在或不存在的检测，即，灰尘图像的存在或不存在的检测，并且结果，固态成像元件11输出在运动图像状态下的被捕获图像数据(穿过图像数据)。例如，在该情况下，通过输出穿过图像数据，考虑是否存在敏感度低于周围敏感度的区域，可以检测灰尘图像的存在或不存在，其中，快门速度降低并且曝光量增加。在该情况下，可以通过向用户显示消息“旋转透镜以面对白墙或纸张”或“拍摄天空”，更准确地检测灰尘图像的存在或不存在。
可替换地，在每次拍摄时分析通过一般拍摄操作拍摄的图像，并且当累积数十或数百张图像时，可以准确地检测灰尘的存在或不存在。检测到的灰尘的位置被存储在例如存储器中，并且可以通过使用所存储的位置来执行以下控制。
接下来，在步骤S4中，确定在AF区域中是否存在灰尘，并且当存在灰尘时，处理进行至步骤S5。在步骤S5中，执行在灰尘边界上的相位差检测像素(焦点检测像素)的排除处理。在示例性实施例的相位差检测像素的情况下，在水平方向上邻近的两个像素被设置为如图2至图5中描绘的一对像素，并且例如，如图9中所示，存在一对像素(由矩形框61包围)，其中，该对像素中的一个与灰尘区域重叠，并且另一个像素在灰尘边界上的灰尘区域之外。
如图5中描绘的，由于通过获取第一相位差检测像素的检测信号和构成该对像素的第二相位差检测像素的检测信号之间的差来获得相位差信息，所以当该对像素中的仅一个像素由灰尘覆盖时，该差受灰尘的存在或不存在而不是相位差信息影响，并且结果，不能获得具有高精度的相位差信息。结果，必须排除由灰尘边界上的图9的矩形框61包围的该对像素(相位差检测像素)。
图10是图示排除灰尘边界上的相位差检测像素的处理(图8的步骤S5)的详细序列的流程图。首先，提取定位在灰尘存在区域和灰尘不存在区域之间的边界上的相位差检测像素(步骤S51)。在下一个步骤S52中，确定在相同区域中是否存在构成该对像素的两个邻近相位差检测像素(两个像素都存在于灰尘存在区域中，还是两个像素都存在于灰尘不存在区域中)。
根据步骤S52的判定的结果，在下一个步骤S53中排除并且从图5中描绘的相加和平均化处理的目标排除在相同区域中不存在的该对相位差检测像素，并且此后，处理进行至步骤S54。根据步骤S52的判定的结果，当在相同区域中存在形成一对的相位差像素时，处理进行至步骤S54。
在步骤S54中，确定是否在步骤S51中提取的所有相位差检测像素中执行步骤S52的判定处理，并且当判定的结果为否定(否)时，处理返回到步骤S52，并且当判定的结果是肯定(是)时，图10的处理结束并且处理进行至图8的步骤S6。
在图8的步骤S6中，在AF区域的灰尘存在区域(图7B的阴影区域)中计算图5中描绘的f(x)和g(x)的采样点(光屏蔽膜开口2a和2b的位置)处的信号量fi(x)和gi(x)，并且在下一个步骤S7中，计算灰尘存在区域中的焦点偏离量di。
如图5中所示，从相位差检测像素2的检测信号可以仅检测图表上的下端处的f(x)和g(x)的离散黑点位置(采样点)的信号。通过该对像素的信号检测位置(光屏蔽膜开口2a的位置和光屏蔽膜开口2b的位置)相互稍微偏离，但是信号检测位置可以被认为是相同水平位置x。从f(x)和g(x)两者之间的离散检测位置和位置偏离，获得连续f(x)和g(x)的图表，例如，将峰值位置计算为焦点偏离量di。
在计算灰尘存在区域中的焦点偏离量di之后，处理进行至步骤S8，并且如下所述地确定在灰尘存在区域中计算的焦点偏离量di的可靠性。当可靠性高时，处理进行至步骤S9，基于焦点偏离量di来执行相位差AF控制，并且处理结束。
根据步骤S4的判定结果，当确定不存在灰尘时，处理进行至步骤S10。而且，根据步骤S8的判定结果，当可靠性低时，处理进行至步骤S10。
在步骤S10中，如在步骤S6中和下一个步骤S11中描述的，在AF区域中的灰尘不存在区域(图7B的白色区域)中计算采样点的fj(x)和gj(x)，计算灰尘不存在区域中的焦点偏离量dj。
在下一个步骤S12中，如下所述地确定在灰尘不存在区域中计算的焦点偏离量dj的可靠性，并且当可靠性高时，处理进行至步骤S13，并且利用焦点偏离量dj执行相位差AF控制，并且处理结束。
根据步骤S12中的判定的结果，当可靠性低时，处理进行至步骤S14，并且如下所述地执行对比度AF控制，并且此后，处理结束。
图11是图示图8的步骤S6的详细处理序列的流程图。首先，在步骤S61中，将构成包括在灰尘存在区域中的像素组的相同列上的多对像素的第一相位差检测像素和第二相位差检测像素的检测信号在垂直方向上相加，以计算其平均值。
在下一个步骤S62中，确定在灰尘存在区域中的多对像素列中的第n列上被垂直相加和平均化的第一(或第二)相位差检测像素的总相加和平均化数目是否小于预定阈值A。当总相加和平均化数目等于或大于A时，像素相加数目足够，并且结果，确定可以获得AF精度，并且图8的处理结束。
根据步骤S62中的判定的结果，当总相加和平均化数目小于A时，像素相加数目小，并且从而存在将不获得AF精度的高概率，并且结果，执行下一个步骤S63的处理，并且图8的处理结束。
在步骤S63中，将与多对像素列中第n列邻近的第n+1列(或第n-1列)上的第一相位差检测像素的检测信号的垂直相加和平均值进行相加，并且将第二相位差检测像素的检测信号的垂直相加和平均值进行相加。结果，可以获得利用图5中所示的f(x)和g(x)的黑点标记的位置的信号量。
同样地，在示例性实施例中，当像素相加数目小时，确定垂直相加和平均值的准确度低，并且结果，放弃水平分辨率，并且执行水平像素相加，由此改进AF精度。
图12是图示图8的步骤S10的详细处理序列的流程图。步骤S101、S102和S103的处理内容分别与图11的步骤S61、S62和S63的那些相同，并且两个图的相互不同之处仅在于，图11图示灰尘存在区域中的处理，而图12图示灰尘不存在区域中的处理。因此，将省略重复说明。
图13是图示图8的步骤S7的详细处理序列的流程图。首先，在步骤S71中，确定被垂直相加和平均化的像素数目是否大于关于灰尘存在区域中的多对像素列中的第n列的预定阈值E。
根据判定的结果，当相加像素数目≥E时，处理进行至下一个步骤S72。根据步骤S71中的判定的结果，当相加像素数目<E时，在步骤S73中从焦点偏离计算目标排除第n列，并且处理进行至步骤S72。
在步骤S72中，确定是否对灰尘存在区域的所有列执行步骤S71的判定，并且当存在仍然未被确定的列时，处理进行至步骤S71。当用于所有列的判定结束时，处理进行至步骤S74，以计算图5中和下一个步骤S75中所示的f(x)和g(x)，将f(x)的峰值位置和g(x)的峰值位置之间的相位差量di计算为灰尘存在区域的焦点偏离量di，并且处理进行至图8的步骤S8。
图14是图示确定可靠性的步骤S8(图8)的详细处理序列的流程图。首先，在步骤S81中，确定作为焦点偏离量的计算目标的多对像素列的数目是否大于预定阈值数目F。当多对像素列的数目被计算为<F时，该数目可能不能获得精度，并且结果，确定可靠性低，并且处理进行至图8的步骤S10。
根据步骤S81中的判定的结果，当多对像素列的数目被计算为≥F时，处理进行至步骤S82，以计算多对像素列中的第n列上的第一相位差检测像素的信号量和第二相位差检测像素的信号量之间的差的绝对值。
在下一个步骤S83中，确定该差的绝对值的最小值是否小于预定阈值G。当该差的绝对值的最小值≥G时，即，当该差太大时，确定该差不由时间差(相位差量)而是由另一个原因导致，并且结果，确定焦点偏离量di的可靠性低，并且处理进行至步骤S10。
根据步骤S83中的判定的结果，当该差的绝对值<G时，处理进行至下一个步骤S84。在步骤S84中，将在灰尘存在区域中计算的焦点偏离量di转换为达到被摄体的距离，并且确定该距离是否大于预定阈值B(例如，最短摄影距离MOD)，即，达到被摄体的距离是否>B。
当判定结果是否定，即，达到被摄体的距离≤B时，很难确定该距离小于最短摄影距离，并且结果，确定焦点偏离量di的可靠性低，并且处理进行至步骤S10。
根据步骤S84中的判定的结果，当达到被摄体的距离>B时，处理进行至下一个步骤S85，以判定由灰尘占用的面积或位置，并且确定在灰尘存在区域中存在主被摄体的概率是否高。即，确定灰尘存在区域的面积是否大于预定阈值C，或者确定从成像表面(光接收表面)的中心达到灰尘存在区域的中心的距离是否更小，即，比预定阈值D更接近。
当判定结果是否定时，确定焦点偏离量di的可靠性低，并且从而处理进行至步骤S10，并且当判定结果是肯定时，确定焦点偏离量di的可靠性高，使得处理进行至步骤S9，并且执行使用焦点偏离量di的相位差AF控制。
图15是图示图8的步骤S11的详细处理序列的流程图。步骤S111、S112、S113、S114和S115的处理内容与图13中描述的步骤S71、S72、S73、S74和S75的处理内容相同，并且图13中的处理内容和图15中的处理内容的相互不同之处在于，图15图示灰尘不存在区域的处理。在步骤S115中，计算焦点偏离量dj，并且处理进行至步骤S12。
图16是图示图8的步骤S12的详细处理序列的流程图，并且图示了确定在步骤S11中计算的灰尘不存在区域中的焦点偏离量dj的可靠性的处理序列。在该流程图中，提供三个步骤S121、S122和S123。在三个步骤中，分别执行与图14的步骤S81、S82和S83相同的处理。即，当在步骤S121中，用于计算焦点偏离量的列数目大于F时，处理进行至步骤S122，并且当列数目小于F时，可靠性低，并且结果，处理进行至步骤S14。
在步骤S122中，类似于步骤S82，计算该差的绝对值，并且在步骤S123中，当该差的绝对值的最小值<G时，确定焦点偏离量dj的可靠性高，并且处理进行至步骤S13，并且当该差的绝对值的最小值≥G时，确定焦点偏离量dj的可靠性低，并且处理进行至步骤S14。
在步骤S14中，执行对比度AF控制。当执行对比度AF控制时，例如，将拍摄图像划分为多个区域，以估计每个区域中的对比度值。在该情况下，将包括灰尘的区域设置为灰尘存在区域。在从对比度AF的目标或基于与在计算焦点偏离量时相同的判定准则(例如，当达到被摄体的距离是MODE时，确定为NG)排除灰尘存在区域之后，确定在灰尘存在区域中计算的对比度值的可靠性。
仅通过灰尘存在区域单独执行对比度AF，并且可以将对比度值与另一个区域的对比度值相比较。在该情况下，在灰尘存在区域中，区域被设计成获得最大面积的矩形形状。例如，如图17中所示，确定在获得最大矩形面积的四个边缘处的多对像素63、64、65和66。选择两对像素都包括在灰尘存在区域中。原因在于，第一相位差检测像素和第二相位差检测像素的检测信号被混合，以便补救敏感度不足等。
基于多对像素63、64、65和66的尺寸，将成像区域划分为多个区域。即，当将一对像素63和一对像素64之间的距离(矩形横向尺寸)设置为a并且将一对像素64和一对像素65之间的距离(矩形纵向尺寸)设置为b时，具有横向尺寸a和垂直尺寸b的矩形区域被设置为单位区域。另外如图18中所示，将感光像素区域划分为多个单位区域。将包括甚至一部分灰尘101的区域设置为灰尘存在区域102。圆周单位区域被设置为不可用，其从周围单位区域伸出到感光像素区域的外部不可用像素区域。
通过将感光像素区域划分为多个区域以执行具有高精度的对比度AF控制，来执行对比度AF。当执行对比度AF时，首先计算灰尘存在区域的对比度值，并且执行对比度AF控制，并且结果，甚至当主被摄体图像与灰尘存在区域重叠时，也可以捕获主被摄体被对焦的被摄体图像。
当灰尘存在区域的对比度值的可靠性低时，可以在除了灰尘存在区域之外的灰尘不存在区域中执行对比度AF，或者可以在灰尘不存在区域中首先执行对比度AF。而且，当在成像区域中存在多个灰尘时，可以将灰尘的最小尺寸确定为单位区域的尺寸。
根据前述示例性实施例，相比于对比度AF方法，执行使用相位差检测像素的相位差AF方法，并且更进一步地，甚至当执行相位差AF方法时，即使灰尘与AF区域重叠，也优选灰尘存在区域中的相位差AF方法，并且结果，可以捕获主被摄体被对焦的图像。而且，当AF精度可能不能通过相位差AF方法获得时，至少执行对比度AF方法，并且结果，甚至在任何情况下都可以调节焦点。
其是前述示例性实施例的成像装置和自动对焦控制方法，包括：固态成像元件，该固态成像元件在光接收表面上提供有第一相位差检测像素和第二相位差检测像素的多个集合，第一相位差检测像素和第二相位差检测像素的每个集合相互邻近并且被光瞳分割；灰尘存在或不存在确定单元，该灰尘存在或不存在确定单元确定在光接收表面的AF区域中捕获的图像中，是否存在灰尘图像；焦点偏离量计算单元，当在AF区域中包括灰尘图像时，该焦点偏离量计算单元计算第一相位差检测像素的检测信号和与灰尘图像重叠的第二相位差检测像素的检测信号之间的偏离量；偏离量可靠性确定单元，该偏离量可靠性确定单元判定偏离量的可靠性；以及控制单元，当偏离量的可靠性高时，该控制单元通过使用偏离量的相位差AF方法来执行自动对焦控制，并且当可靠性低时，该控制单元通过除了使用偏离量的相位差AF方法之外的方法来执行自动对焦控制。
并且，在前述示例性实施例的成像装置和自动对焦控制方法中，当可靠性低时，在AF区域中，由焦点偏离量计算单元计算与灰尘图像不重叠的灰尘不存在区域的偏离量，并且确定灰尘不存在区域的偏离量的可靠性，并且当可靠性高时，通过使用灰尘不存在区域的偏离量，通过相位差AF方法来执行自动对焦控制，并且当可靠性低时，通过对比度AF方法来执行自动对焦控制。
并且，在前述示例性实施例的成像装置和自动对焦控制方法中，在光接收表面上存在灰尘图像的区域和不存在灰尘图像的区域中的每个中，执行对比度AF方法。
并且，在前述示例性实施例的成像装置和自动对焦控制方法中，从权利要求1的偏离量的计算目标，排除第一相位差检测像素和第二相位差检测像素的集合，该集合定位在与AF区域中的灰尘图像重叠的区域的边界上，并且其中，第一相位差检测像素和第二相位差检测像素中的一个包括在与灰尘图像不重叠的区域中。
并且，在前述示例性实施例的成像装置和自动对焦控制方法中，作为当计算偏离量时使用的第一相位差检测像素和第二相位差检测像素的检测信号，使用通过将由在垂直方向上布置在光接收表面上的多个相位差检测像素构成的像素列的检测信号相加并且平均化而计算的信号。
并且，在前述示例性实施例的成像装置和自动对焦控制方法中，当被相加和平均化的像素数目小于第一预定阈值时，通过将该像素列的信号和与该像素列邻近的像素列的信号相加并且平均化而获取的信号被用作计算偏离量的检测信号。
并且，在前述示例性实施例的成像装置和自动对焦控制方法中，当被相加和平均化的相加数目小于第二预定阈值时，排除像素列的信号，计算偏离量。
并且，在上述示例性实施例的成像装置和自动对焦控制方法中，当计算偏离量时使用的像素列的数目小于第三预定值时，确定可靠性低。
并且，在前述示例性实施例的成像装置和自动对焦控制方法中，在从第一相位差检测像素的检测信号获取的信号和从当计算偏离量时使用的第二相位差检测像素的检测信号获取的信号之间的差的绝对值被设置为可靠性的估计值。
并且，在前述示例性实施例的成像装置和自动对焦控制方法中，当估计值低时，确定可靠性高，并且当绝对值的最小值大于第四预定阈值时，确定可靠性低。
并且，在前述示例性实施例的成像装置和自动对焦控制方法中，偏离量被转换为达到被摄体的距离，并且当达到被摄体的距离小于第五预定阈值时，确定可靠性低。
并且，在前述示例性实施例的成像装置和自动对焦控制方法中，当灰尘图像的面积大于第六预定阈值，或者灰尘图像的中心和光接收表面的中心之间的距离小于第七预定阈值时，确定可靠性低。
根据上述示例性实施例，即使灰尘图像被定位在固态成像元件的光接收表面上并且在与主被摄体图像重叠的位置处，也可以捕获主被摄体被对焦的图像。
工业应用
由于根据本发明的成像装置可以捕获即使灰尘附着在AF区域上，AF区域中的主被摄体图像也可以被对焦的图像，所以成像装置可以有用地应用至诸如数码相机或安装在蜂窝电话中的相机的成像装置。
虽然已经参考具体示例性实施例详细地描述了本发明，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，作出多种改变或修改。
本申请基于2011年3月30日提交的第2011-076344号日本专利申请，并且其内容通过引用结合于此。
参考标号列表
2相位差检测像素
2a第一相位差检测像素的光屏蔽膜开口
2b第二相位差检测像素的光屏蔽膜开口
10成像装置
11固态成像元件
11a感光像素区域(光接收区域)
11b相位差检测像素可用区域
20信号处理LSI
21系统控制器
101灰尘

Claims (22)

1.一种成像装置，包括：
固态成像元件，所述固态成像元件在光接收表面上被提供有第一相位差检测像素和第二相位差检测像素的多个集合，所述第一相位差检测像素和第二相位差检测像素的每个集合相互邻近并且被光瞳分割；
灰尘存在或不存在确定单元，所述灰尘存在或不存在确定单元用于确定在所述光接收表面的AF区域中捕获的图像中是否存在灰尘图像；
焦点偏离量计算单元，当在所述AF区域中包括所述灰尘图像时，所述焦点偏离量计算单元计算所述第一相位差检测像素的检测信号和与所述灰尘图像重叠的所述第二相位差检测像素的检测信号之间的偏离量；
偏离量可靠性确定单元，所述偏离量可靠性确定单元判定所述偏离量的可靠性；以及
控制单元，当所述偏离量的所述可靠性高时，所述控制单元通过使用所述偏离量的相位差AF方法来执行自动对焦控制，并且当所述可靠性低时，所述控制单元通过除使用所述偏离量的所述相位差AF方法之外的方法来执行自动对焦控制，
其中，从所述偏离量的计算目标中，排除定位在与所述AF区域中所述灰尘图像重叠的区域边界上的第一相位差检测像素和第二相位差检测像素的集合、以及所述第一相位差检测像素和第二相位差检测像素中的一个被包括在与所述灰尘图像不重叠的区域中的第一相位差检测像素和第二相位差检测像素的集合。
2.根据权利要求1所述的成像装置，其中，当所述可靠性低时，在所述AF区域中，由所述焦点偏离量计算单元计算与所述灰尘图像不重叠的灰尘不存在区域的偏离量，以及确定所述灰尘不存在区域的所述偏离量的可靠性，以及当所述可靠性高时，通过使用所述灰尘不存在区域的所述偏离量的所述相位差AF方法来执行所述自动对焦控制，以及当所述可靠性低时，通过对比度AF方法来执行所述自动对焦控制。
3.根据权利要求2所述的成像装置，其中，在所述光接收表面上存在所述灰尘图像的区域和不存在所述灰尘图像的区域中的每个中，执行所述对比度AF方法。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的成像装置，其中，作为当计算所述偏离量时被使用的所述第一相位差检测像素和第二相位差检测像素的所述检测信号，使用通过将像素列的检测信号相加以及平均化而计算的信号，所述像素列由在垂直方向上被布置在所述光接收表面上的所述多个相位差检测像素构成。
5.根据权利要求4所述的成像装置，其中，当被相加和平均化的像素数目小于第一预定阈值时，通过将所述像素列的信号和与所述像素列邻近的像素列的信号相加以及平均化而获取的信号被使用，作为计算所述偏离量的所述检测信号。
6.根据权利要求4所述的成像装置，其中，当在所述相加和平均化中被相加的数目小于第二预定阈值时，排除所述像素列的信号，计算所述偏离量。
7.根据权利要求4所述的成像装置，其中，当计算所述偏离量时使用的所述像素列的数目小于第三预定值时，确定所述可靠性低。
8.根据权利要求4所述的成像装置，其中，当计算所述偏离量时使用的从所述第一相位差检测像素的所述检测信号获取的所述信号和从所述第二相位差检测像素的所述检测信号获取的信号之间差的绝对值被设置为所述可靠性的估计值。
9.根据权利要求8所述的成像装置，其中，当所述估计值低时，确定所述可靠性高，以及当所述绝对值的最小值大于第四预定阈值时，确定所述可靠性低。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的成像装置，其中，权利要求1的所述偏离量被转换为达到被摄体的距离，以及当达到所述被摄体的所述距离小于第五预定阈值时，确定权利要求1的所述可靠性低。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的成像装置，其中，当所述灰尘图像的面积大于第六预定阈值、或者所述灰尘图像的中心和所述光接收表面的中心之间的距离小于第七预定阈值时，确定权利要求1的所述可靠性低。
12.一种装配有固态成像元件的成像装置的自动对焦控制方法，所述固态成像元件在光接收表面上提供有第一相位差检测像素和第二相位差检测像素的多个集合，所述第一相位差检测像素和第二相位差检测像素的每个集合相互邻近并且被光瞳分割，所述方法包括：
确定在所述光接收表面的AF区域中捕获的图像中是否存在灰尘图像；
当在所述AF区域中包括所述灰尘图像时，计算所述第一相位差检测像素的检测信号和与所述灰尘图像重叠的所述第二相位差检测像素的检测信号之间的偏离量；
判定所述偏离量的可靠性；以及
当所述偏离量的所述可靠性高时，通过使用所述偏离量的相位差AF方法来执行自动对焦控制，以及当所述可靠性低时，通过除使用所述偏离量的所述相位差AF方法之外的方法来执行自动对焦控制，
其中，从所述偏离量的所述计算目标中，排除定位在与所述AF区域中所述灰尘图像重叠的区域边界上的第一相位差检测像素和第二相位差检测像素的集合、以及所述第一相位差检测像素和第二相位差检测像素中的一个被包括在与所述灰尘图像不重叠的区域中的第一相位差检测像素和第二相位差检测像素的集合。
13.根据权利要求12所述的成像装置的自动对焦控制方法，其中，当所述可靠性低时，在所述AF区域中，由焦点偏离量计算单元计算与所述灰尘图像不重叠的灰尘不存在区域的偏离量，以及确定所述灰尘不存在区域的所述偏离量的可靠性，以及当所述可靠性高时，通过使用所述灰尘不存在区域的所述偏离量的所述相位差AF方法来执行所述自动对焦控制，以及当所述可靠性低时，通过对比度AF方法来执行所述自动对焦控制。
14.根据权利要求13所述的成像装置的自动对焦控制方法，其中，在所述光接收表面上存在所述灰尘图像的区域和不存在所述灰尘图像的区域的每个区域中，执行所述对比度AF方法。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的成像装置的自动对焦控制方法，其中，作为当计算所述偏离量时被使用的所述第一相位差检测像素和第二相位差检测像素的所述检测信号，使用通过将像素列的检测信号相加以及平均化而计算的信号，所述像素列由在垂直方向上被布置在所述光接收表面上的所述多个相位差检测像素构成。
16.根据权利要求15所述的成像装置的自动对焦控制方法，其中，当被相加和平均化的像素数目小于第一预定阈值时，通过将所述像素列的信号和与所述像素列邻近的像素列的信号相加以及平均化而获取的信号被使用，作为计算所述偏离量的所述检测信号。
17.根据权利要求15所述的成像装置的自动对焦控制方法，其中，当在所述相加和平均化中被相加的数目小于第二预定阈值时，排除所述像素列的信号，计算所述偏离量。
18.根据权利要求15任一项所述的成像装置的自动对焦控制方法，其中，当计算所述偏离量时使用的所述像素列的数目小于第三预定值时，确定所述可靠性低。
19.根据权利要求15所述的成像装置的自动对焦控制方法，其中，当计算所述偏离量时使用的从所述第一相位差检测像素的所述检测信号获取的信号和从所述第二相位差检测像素的所述检测信号获取的信号之间差的绝对值被设置为所述可靠性的估计值。
20.根据权利要求19所述的成像装置的自动对焦控制方法，其中，当所述估计值低时，确定所述可靠性高，以及当所述绝对值的最小值大于第四预定阈值时，确定所述可靠性低。
21.根据权利要求12至14中任一项所述的成像装置的自动对焦控制方法，其中，权利要求12的所述偏离量被转换为达到被摄体的距离，以及当达到所述被摄体的所述距离小于第五预定阈值时，确定权利要求12的所述可靠性低。
22.根据权利要求12至14中任一项所述的成像装置的自动对焦控制方法，其中，当所述灰尘图像的面积大于第六预定阈值、或者所述灰尘图像的中心和所述光接收表面的中心之间的距离小于第七预定阈值时，确定权利要求12的所述可靠性低。
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