CN103916575B

CN103916575B - 摄像元件、摄像设备及其控制方法

Info

Publication number: CN103916575B
Application number: CN201310745423.1A
Authority: CN
Inventors: 大串直人; 渡边忍
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2013-12-30
Publication date: 2018-06-19
Anticipated expiration: 2033-12-30
Also published as: GB201322878D0; DE102013227163A1; US20140184866A1; DE102013227163B4; CN103916575A; GB2529575B; GB2511405B; GB201519148D0; US9609223B2; GB2511405A; GB2529575A

Abstract

本发明涉及一种摄像元件、摄像设备及其控制方法。该摄像元件根据与从多个像素中的第一像素组获得的电压信号相对应的图像信号来生成摄像所要使用的AF评价值。该摄像元件还输出与从多个像素中的第二像素组获得的电压信号相对应的图像信号作为图像显示用实时取景显示信号。根据该AF评价值，控制单元对具有调焦透镜的光学机械单元进行控制，并且根据该实时取景显示信号在图像显示单元上进行实时取景显示。

Description

摄像元件、摄像设备及其控制方法

技术领域

本发明涉及具有层叠结构的摄像元件、包括该摄像元件的摄像设备、以及用于控制该摄像设备的方法和程序。更具体地，本发明涉及可以根据图像信号来检测测光和测距等所用的评价值的摄像设备。

背景技术

存在用于通过使用摄像设备所拍摄到的信号来评价并显示图像的技术。日本特开2009-89105所公开的设备公开了实时取景读出模式和焦点检测自动曝光读出模式。实时取景读出模式用于读出实时取景显示所用的摄像信号，而焦点检测自动曝光读出模式用于从摄像元件读出焦点检测用信号和自动曝光用测光信息所要使用的摄像信号。针对各帧循环地重复这些读出模式。

然而，由于在日本特开2009-89105中以像素为单位从摄像元件读出图像信号(即，电荷)，因此不仅传送电荷所用的时间变长，而且数据传送量也增加，这导致电力消耗增大。

此外，作为摄像元件的输出的图像信号经受利用诸如控制器等的其它设备所进行的图像信号处理。因此，传送数据量大会导致控制器的处理负荷增加。

另外，日本特开2009-89105公开了包括焦点信号检测像素的像素单元，这不可避免地导致针对摄像信号的像素所分配的区域减小。由于在获得摄像信号(图像信号)时不使用这些焦点信号检测像素，因此图像质量劣化。

因此，本发明的目的是提供用于缩短数据传送时间并且抑制图像质量劣化的摄像元件和摄像设备、以及用于控制该摄像设备的方法和程序。

发明内容

为了实现上述目的，根据本发明，一种摄像元件，用于拍摄聚焦于该摄像元件的光学图像、并且输出与所述光学图像相对应的图像信号，所述摄像元件包括：第一元件部件，其包括排列成矩阵的多个像素，用于输出与所述光学图像相对应的电压信号；以及第二元件部件，用于将所述电压信号转换成数字信号以获得所述图像信号，其中，所述第二元件部件包括：控制信息生成部件，用于根据作为从所述多个像素中的第一像素组所获得的图像信号的第一图像信号来生成摄像时要使用的控制信息；以及输出部件，用于输出第二图像信号作为图像显示用的图像显示信号，其中所述第二图像信号是从所述多个像素中的第二像素组所获得的图像信号。提供了上述摄像元件。

在本发明的另一方面中，一种摄像设备，其包括：上述的摄像元件；控制部件，用于在接收到所述控制信息的情况下，根据所述控制信息来控制摄像；以及显示控制部件，用于根据所述图像显示信号来进行实时取景显示。

本发明的另一方面中，一种摄像设备，包括：上述的摄像元件，其中所述控制信息生成部件生成进行自动调焦控制时要使用的自动调焦评价值作为所述控制信息；控制部件，用于在接收到所述自动调焦评价值的情况下，根据所述自动调焦评价值来进行调焦透镜的驱动控制；以及显示控制部件，用于根据所述图像显示信号来进行实时取景显示，其中，在设置了用于进行所述自动调焦控制的自动调焦模式的情况下，所述控制部件进一步控制所述开关部件以将所述第一图像信号提供至所述控制信息生成部件。

本发明的另一方面中，一种摄像设备的控制方法，所述摄像设备包括上述的摄像元件，所述控制方法包括以下步骤：在接收到所述控制信息的情况下，根据所述控制信息来控制摄像；以及根据所述图像显示信号来进行实时取景显示。

通过以下参考附图对实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

图1是示出本发明的第一实施例中的摄像设备的一个示例的结构的框图。

图2A和2B是示出图1所示的摄像元件的结构的说明图。

图3是示出图2A和2B所示的第一片上的列信号线中的像素选择的说明图。

图4是用于说明图1所示的照相机中的AF评价模式时的摄像定时的时序图。

图5是用于说明图1所示的照相机中的控制的流程图。

图6是示出根据本发明的第二实施例的照相机中要使用的摄像元件的一个示例的结构的框图。

图7是用于说明本发明的第二实施例中的测光评价模式时的摄像定时的时序图。

图8是示出根据本发明的第三实施例的照相机中要使用的摄像元件的一个示例的结构的框图。

图9是用于说明本发明的第三实施例中的标准偏差评价模式时的摄像定时的时序图。

图10是示出传统的摄像设备中的实时取景时的自动调焦摄像操作的定时的说明图。

图11是示出根据本发明的第四实施例的摄像设备的结构的框图。

图12A和12B示出根据本发明的第四实施例的摄像设备中所包括的摄像元件的结构。

图13是示出根据本发明的第四实施例的摄像设备中要使用的摄像元件的像素单元的读出结构的说明图。

图14A和14B示出根据本发明的第四实施例的摄像设备的摄像定时。

图15是示出根据本发明的第四实施例的摄像设备中的AF模式下的操作的流程图。

图16示出根据本发明的第五实施例的摄像设备的结构。

图17是示出根据本发明的第五实施例的摄像设备中的AF模式下的操作的流程图。

图18是示出根据本发明的第五实施例的摄像设备中的场景判断的判断表。

图19示出根据本发明的第六实施例的摄像设备的结构。

具体实施方式

以下将参考附图来详细说明本发明的各种实施例、特征和方面。以下将参考附图来说明根据本发明的各实施例的摄像设备的一个示例。

第一实施例

例如，将例示的摄像设备应用于具有运动图像功能的数字静止照相机或摄像机。

摄像设备100具有光学镜筒101、摄像元件102、驱动单元103、信号处理单元104、压缩扩展单元105、控制单元106、发光单元107、操作单元108、图像显示单元109和图像记录单元110。

光学镜筒101包括镜头单元(未示出，以下简称为镜头)和光学机械单元1011。镜头使来自被摄体的光(被摄体图像)集光(成像)到摄像元件102上。

尽管没有示出，但光学机械单元1011包括AF机构、变焦驱动机构、机械快门机构和光圈机构。光学机械单元1011在控制单元106的控制下由驱动单元103进行驱动。

摄像元件102具有后面所述的像素单元201和A/D转换器(未示出)。例如，摄像元件102是所谓的XY读取型CMOS图像传感器。摄像元件102借助于在控制单元106的控制下进行工作的驱动单元103来进行诸如曝光、信号读出和复位等的摄像操作。摄像元件102还输出摄像信号(还称为图像信号)。

摄像元件102具有AF评价值检测单元1021。AF评价值检测单元1021基于根据在摄像元件102中获得的图像信号所获得的对比度信息和相位差信息，按控制单元106所控制的定时来检测AF评价值(自动调焦评价值)。AF评价值检测单元1021将该AF评价值输出至控制单元106。

在控制单元106的控制下，信号处理单元104对作为摄像元件102的输出的图像信号进行诸如白平衡调整处理、颜色校正处理和自动曝光(AE)处理等的信号处理，并且输出该图像信号作为图像数据。

在控制单元106的控制下进行工作的压缩扩展单元105以诸如JPEG(联合图像编码专家组)方法等的预定静止图像数据格式对作为信号处理单元104的输出的图像数据执行压缩编码处理。压缩扩展单元105还对从控制单元106发送来的编码图像数据执行扩展解码处理。

压缩扩展单元105还可以通过使用MPEG(运动图像专家组)方法对运动图像数据进行压缩编码/扩展解码处理。

控制单元106是例如包括中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)的微控制器。CPU执行存储在ROM中的程序，由此综合控制摄像设备100整体。

在由于信号处理单元104所进行的AE处理而判断为被摄体的曝光值低的情况下，发光单元107发光以对被摄体进行照明。例如，可以使用利用氙管的闪光灯设备或LED发光装置作为发光单元107。

例如，操作单元108具有诸如快门释放按钮等的各种操作键、杆和拨盘，以将与用户输入操作相对应的操作信号提供至控制单元106。

图像显示单元109例如包括诸如液晶显示器(LCD)等的显示装置和该LCD所用的接口电路，并且将与从控制单元106发送来的图像数据相对应的图像显示在显示装置上。

图像记录单元110例如是诸如便携型半导体存储器、光盘、硬盘驱动器(HDD)或磁带等的记录介质，以存储利用压缩扩展单元105进行压缩编码后的图像数据作为图像文件。图像记录单元110还读出控制单元106所指定的图像文件，并且将该图像文件输出至控制单元106。

现在说明图1所示的摄像设备100的基本操作。

例如，在拍摄静止图像的情况下，作为摄像所用的准备，在摄像元件102中对从像素201输出的图像信号顺次进行CDS处理和AGC处理。然后，在A/D转换器中将这些图像信号转换成数字图像信号。将所获得的数字图像信号输出至AF评价值检测单元1021和信号处理单元104。

AF评价值检测单元1021根据从数字图像信号所获得的对比度信息来计算AF评价值(控制信息)，并且将该AF评价值输出至控制单元106。控制单元106基于该AF评价值来确定光学机械单元1011的控制量，并且根据该控制量来控制驱动单元103。结果，利用驱动单元103来驱动光学机械单元1011。

信号处理单元104对上述的数字图像信号例如应用图像质量校正处理以生成照相机直通图像信号，并且将该照相机直通图像信号经由控制单元106发送至图像显示单元109。结果，图像显示单元109可以显示与该照相机直通图像信号相对应的照相机直通图像，由此用户可以在观看照相机直通图像的同时进行图像角度调整。

在这种状态下按下操作单元108的快门释放按钮的情况下，在控制单元106的控制下将来自摄像元件102的一帧的摄像信号(数字图像信号)获取到信号处理单元104内。信号处理单元104对该一帧的数字图像信号应用图像质量校正处理，并且将处理后的数字图像信号(图像数据)发送至压缩扩展单元105。

压缩扩展单元105执行图像数据压缩编码，并且将编码后的图像数据经由控制单元106发送至图像记录单元110。结果，将与所拍摄到的静止图像有关的图像文件记录到图像记录单元110上。

在再现图像记录单元110上所记录的图像文件的情况下，控制单元106从图像记录单元110读取根据来自操作单元108的操作输入所选择的图像文件。然后，控制单元106将该图像文件发送至压缩扩展单元105，其中在该压缩扩展单元105中执行扩展解码处理。

将解码后的图像数据经由控制单元106发送至图像显示单元109。结果，在图像显示单元109上再现并显示与该图像数据相对应的静止图像。

在记录运动图像数据的情况下，将在控制单元106的控制下从摄像元件102输出的数字图像信号获取到信号处理单元104内。在压缩扩展单元105中对信号处理单元104中顺次处理后的图像数据进行压缩解码处理。然后，将编码后的运动图像数据从压缩扩展单元105顺次传送至图像记录单元110，其中在该图像记录单元110中，将该数据记录作为运动图像文件。

在再现图像记录单元110上所记录的运动图像文件的情况下，控制单元106根据来自操作单元108的操作输入，从图像记录单元110读取所选择的运动图像文件。然后，控制单元106将该运动图像文件发送至压缩扩展单元105，其中在该压缩扩展单元105中执行扩展解码处理。将解码后的运动图像数据经由控制单元106发送至图像显示单元109。结果，在图像显示单元109上再现并显示与该运动图像数据相对应的运动图像。

现在说明传统的摄像设备中的用于在根据所拍摄图像计算评价值的同时进行显示图像的显示的技术以及与该技术有关的问题。为了获得传统摄像设备中的调焦控制要使用的被摄体的位置信息，根据从摄像元件输出的图像信号来获得该位置信息。还通过将来自被摄体的光学信号直接输入至专用检测器并且使用这些光学信号所表示的图像中的相位差来获得该位置信息。在根据图像信号来获得位置信息的情况下，由于不需要专用检测器，因此可以使摄像设备小型化。

图10是示出传统摄像设备中的实时取景时的自动调焦摄像操作(AF评价摄像)的定时的说明图。

在传统的摄像设备中，利用垂直同步信号(垂直驱动脉冲：VD)来规定摄像定时。在AF控制信号接通的情况下，根据实时取景摄像时间段之后的VD来拍摄AF评价用图像。在AF控制信号断开的情况下，实时取景摄像时间段再次开始。

这样，由于用于获得实时取景用图像的实时取景摄像时间段和用于获得AF评价用图像的AF操作时间段沿着时间轴连续存在，因此无法同时拍摄实时取景用图像和AF评价用图像。

由于该原因，在位于如所示的实时取景时间段(帧)之间的AF操作时间段期间拍摄AF评价用图像。结果，在实时取景用图像和AF评价用图像之间产生时滞。

另外，尽管即使在对AF评价用图像进行摄像期间也进行实时取景显示，但根据AF评价用图像来进行这种情况下的实时取景显示。如图10所示，在拍摄AF评价用图像的情况下，其帧频与实时取景摄像时间段相比变高。这使得摄像元件的读出时的间隔剔除率提高，结果导致不可避免的图像质量劣化。为了避免该问题，例如，一些摄像元件具有例如使焦点信号检测用像素与摄像信号用像素分开设置的像素单元。

考虑到上述问题，本发明提供如图2A和2B所示的摄像元件102。摄像元件102被配置为与显示用的图像信号并行地生成从图像信号所获得的评价值或基于该评价值的控制信息，从而缩短处理时间并减轻处理负荷。

图2A和2B是示出图1所示的摄像元件102的结构的说明图。图2A是示出摄像元件102的构造的立体图，而图2B是示出其结构的框图。

在图2A中，摄像元件102具有第一片(像素单元)20和第二片21。第一片(第一元件单元)20层叠在第二片(第二元件单元)21的上方。具有排列成矩阵形式的多个像素201的第一片20配置在光入射侧(即，位于接收光学图像的一侧)。

第二片21上形成有像素驱动单元，其中该像素驱动单元包括后面所述的列扫描电路213-a和213-b以及行扫描电路212。上述的AF评价值检测单元(控制信息生成单元)1021也形成在第二片21上。

由于如此在第一片20上形成像素201并且在第二片21上形成像素驱动单元和AF评价值检测单元1021，因此可以使摄像元件102的外围电路和像素单元的制造处理分开。结果，外围电路中的向着布线的细线化和高密度化的趋势可以实现高速化、小型化和高功能化。

如图2B所示，在第一片20上，像素201排列成矩阵形式。各像素201在水平方向(行方向)上连接至传送信号线203、复位信号线204和行选择信号线205，并且还在垂直方向(列方向)上连接至列信号线202-a和202-b。注意，列信号线202-a和202-b以要读出的行为单位而在连接目的地方面彼此不同。

如图所示，各像素201具有作为光电转换元件的光电二极管PD、传送晶体管M1、复位晶体管M2、放大晶体管M3、选择晶体管M4和浮动扩散FD。

在例示示例中，各晶体管是n沟道MOS场效应晶体管(MOS FET)。

传送晶体管M1、复位晶体管M2和选择晶体管M4的栅极分别连接至传送信号线203、复位信号线204和行选择信号线205。这些信号线203～205在水平方向上延伸地配置，并且同时驱动同一行的像素。这样，可以对线顺次工作型的卷帘快门的操作进行控制，以使得可以在曝光时间针对预定的各行而改变的状态下进行摄像。或者可选地，可以对整行同时工作型的全局快门的操作进行控制。

此外，选择晶体管M4的源极以行为单位连接至列信号线202-a或202-b。

光电二极管PD累积通过光电转换所生成的电荷。光电二极管PD的P侧接地，而N侧连接至传送晶体管M1的源极。在传送晶体管M1接通的情况下，使光电二极管PD的电荷传送至FD。由于在FD中存在寄生电容，因此使传送至FD的电荷累积。

向放大晶体管M3的漏极施加电源电压Vdd，而放大晶体管M3的栅极连接至FD。放大晶体管M3放大FD的电荷(即，电压)并且将该电荷转换成电压信号(电信号)。选择晶体管M4用于以行为单位选择读出信号所用的像素。选择晶体管M4的漏极连接至放大晶体管M3的源极。选择晶体管M4的源极连接至列信号线202。

在选择晶体管M4接通的情况下，将与FD的电压相对应的电压信号输出至列信号线202。向复位晶体管M2的漏极施加电源电压Vdd，而复位晶体管M2的源极连接至FD。在复位晶体管M2接通的情况下，使FD的电压复位为电源电压Vdd。

第二片21包括列ADC块211，其中该列ADC块211连接至列信号线202-a或202-b。第二片21还包括行扫描电路212、列扫描电路213-a和213-b、定时控制电路214、水平信号线(输出单元)215-a和215-b、选择器开关216、帧存储器217、以及AF评价值检测单元1021。

定时控制单元214在控制单元106的控制下，对行扫描电路212、列扫描电路213-a和213-b以及列ADC块211的工作定时进行控制。分别地，行扫描电路212扫描各行，而列扫描电路213-a和213-b扫描各列。

水平信号线215-a和215-b根据列扫描电路213-a和213-b各自所控制的定时来传送列ADC块211的输出信号(图像信号)。

帧存储器217临时存储从水平信号线215-b输出的图像信号。AF评价值检测单元1021根据存储在帧存储器217中的图像数据进行AF评价，并且将AF评价值发送至控制单元106。

选择器开关216是将输出至水平信号线215-b的图像信号选择性地输出至AF评价值检测单元1021和信号处理单元104中的任一个的开关。

注意，将传送至水平信号线215-a的图像信号赋予至信号处理单元104。

图3是示出图2A和2B所示的第一片20上的列信号线202-a或202-b中的像素选择的说明图。

图3示出各像素根据拜尔阵列排列的8行×6列的像素单元。

在通过操作图1所示的操作单元108来接通调焦控制模式的情况下，控制单元106使摄像元件102中的要读出的行分开(即，控制选择器开关216的切换从而使水平信号线215-b连接至帧存储器217)。结果，可以同时进行实时取景摄像(第二摄像模式)和AF评价值检测摄像(第一摄像模式)。

结果，将实时取景用图像信号(第二图像信号或图像显示信号)输出至列信号线202-a，并且将AF评价检测用图像信号(第一图像信号)输出至列信号线202-b。

在图3中，使用行编号为1和2的行(第一像素组)来进行进行AF评价值检测摄像，而使用行编号为3～8的行(第二像素组)来进行实时取景摄像。在例示示例中，以行为单位顺次进行读取扫描，并且以8行为单位重复扫描以进行读取。

在AF评价值检测摄像中，由于重视帧频，因此执行垂直同色的4个像素中剔除3个像素(从4条线中剔除3条线)的间隔剔除读取。另一方面，在实时取景摄像中，由于重视图像质量，因此间隔剔除剩余的垂直同色4个像素中的1个像素(4条线中剔除1条线)并且相加3个像素。

l_i∈R∈{obj，bkg}

换句话说，在AF评价值检测摄像中，按第一帧频读出第一像素组。在实时取景摄像中，按比第一帧频慢的第二帧频读出第二像素组。

如前面所述，针对所选择的各行，使AF扫描摄像和实时取景摄像分开，由此可以以不同的电荷累积时间按数据大小不同的帧频来获得图像信号。

接着，在图2B所示的列ADC块211中，将输出至列信号线202-a和202-b的电压信号(模拟信号)从模拟信号转换成数字信号(图像信号)。

利用列扫描电路213-a或213-b将作为列ADC块211的输出的图像信号从列ADC块211读取至水平信号线215-a或215-b。将读出至水平信号线215-a的图像信号发送至信号处理单元104。

另一方面，读取至水平信号线215-b的图像信号被输出至开关216，并且根据控制单元106的控制而输出至信号处理单元104或帧存储器217。注意，以帧为单位来对选择器开关216进行切换。

在这种情况下，由于在静止图像的拍摄时在无需进行间隔剔除的情况下读出像素信号，因此将开关216切换至与信号处理单元104相连接的路径。

另一方面，在AF评价模式中(即，在自动调焦控制模式中)，将来自水平信号线215-b的图像信号经由选择器开关216记录在帧存储器217上，并且AF评价值检测单元1021基于记录在帧存储器217上的图像信号中的对比度信息来检测AF评价值。AF评价值是被摄体的调焦信息。该调焦信息包括对比度信息、光学机械单元1011内的AF机构单元中的散焦偏移量、或者AF机构单元的控制信息。与多像素AF评价值图像数据相比，该AF评价值在数据量方面充分小。将该AF评价值从AF评价值检测单元1021发送至控制单元106。

因而，在本实施例中，AF评价值检测单元1021组装在片21内，从而实现省电化、高速处理和低成本设计。在大多数情况下，片21和信号处理单元104或控制单元106配置在单独基板上，这导致片间通信时布线的电阻成分和电容成分增加。因此，与片内布线中的通信相比，通信速度下降。为了发送出高速信号，例如，需要增加驱动电力，由此需要利用放大器的驱动以维持信号波形质量。

在本实施例中，由于AF评价值检测单元1021连同片21一起配置在同一半导体芯片上，因此可以使得用以输出图像数据的线变短并且还可以省略放大器的配置。另外，由于AF评价值自身的数据量小，因此摄像元件102和控制单元106之间的通信所用的时间缩短，由此可以实现电力消耗的降低。

在以下说明中，在进行摄像时，将经由列信号线202-a和水平信号线215-a的输出路径称为通道Ch1，而将经由列信号线202-b和水平信号线215-b的输出路径称为通道Ch2。

图4是用于说明图1所示的照相机100中的AF评价模式时的摄像定时的时序图。

如图4所示，利用垂直同步信号VD来规定摄像定时。在AF评价模式接通的情况下，控制单元106在时刻T0的垂直同步信号VD的下降沿处，同时开始AF控制信号、利用通道Ch1的实时取景摄像、以及利用通道Ch2的AF评价摄像。

在时间段T0～TF1内，将经由通道Ch2从像素单元20读出的AF评价用图像信号经由水平信号线215-b和选择器开关216存储在帧存储器217中。然后，在时间段TF1～TF2内，AF评价值检测单元1021根据帧存储器217中所存储的AF图像信号来检测AF评价值。然后，在时间段TF2～TF3内，AF评价值检测单元1021将该AF评价值输出至控制单元106。

在例示示例中，在一个垂直同步信号VD的时间段内，拍摄一帧的实时取景用图像，而拍摄三帧的AF评价(AF扫描)用图像。在控制单元106使垂直同步信号VD置于L(低)电平时(时刻T1)，AF评价完成。

如前面所述，图1所示的照相机100在AF评价模式中并非必须将图像数据经由信号处理单元104发送至控制单元106来获得AF评价值。换句话说，将数据量小的AF评价值从摄像元件102直接输出至控制单元106。结果，可以减少负荷，由此可以实现电力缩减。

控制单元106将AF评价值与后面所述的预定AF期待值进行比较，并且在AF评价值满足AF期待值的情况下使AF控制信号下降(时刻T1)。一旦AF控制信号下降，则仅终止AF评价摄像并且继续实时取景摄像。

图5是用于说明图1所示的照相机100中的控制的流程图。注意，在控制单元106的控制下进行例示的流程图。

在接通照相机100的电源并且使照相机100置于待机状态(即，处于摄像前的拍摄准备状态)的情况下，控制单元106判断AF评价模式是否处于有效(步骤S502)。简言之，控制单元106判断是否设置了自动调焦模式。

在AF评价模式并非处于有效的情况下(步骤S502中为“否”)，控制单元106开始实时取景摄像(步骤S503)，并且进入后面所述的步骤S515。

在判断为AF评价模式处于有效的情况下(步骤S502中为“是”)，控制单元106接通AF控制信号(H(高)电平)(步骤S504)。接着，控制单元106将0代入变量n以对AF评价摄像的次数进行计数(步骤S505)。

接着，如图4所示，控制单元106开始AF评价摄像(步骤S506)，并且还在步骤S516中开始实时取景摄像。

在开始AF评价摄像之后，控制单元106使变量n增加1(步骤S507)。然后，在控制单元106的控制下，AF评价值检测单元1021根据AF评价摄像中所获得的AF评价用图像信号来检测AF评价值AF_K(步骤S508)。

接着，控制单元106判断AF评价值AF_K相对于AF期待值K_min和K_max是否满足公式(1)、即AF评价值AF_K是否满足预定的评价条件(步骤S509)。

K_min<AF_K<K_max (1)

其中，AF期待值K_min和K_max表示在照相机100的设计阶段或调整阶段预先记录在控制单元106上的AF评价值的预期的最小值和最大值。

在AF评价值AF_K不满足公式(1)的情况下(步骤S509中为“否”)，控制单元106根据上述的AF评价值AF_K来计算反馈控制量。然后，控制单元106根据该反馈控制量来执行驱动单元103的驱动控制，从而沿着光轴驱动光学机械单元1011中所包括的调焦透镜(步骤S510)。

接着，控制单元106判断变量(AF评价值摄像的次数)n是否是预定数(在这种情况下为3)(步骤S511)。在AF评价值摄像的次数小于3次的情况下(步骤S511中为“否”)，控制单元106返回至步骤S506的处理，并且进行AF评价摄像。

在AF评价值摄像的次数为3次的情况下(步骤S511中为“是”)，控制单元106进行实时取景显示(步骤S512)，然后返回至步骤S505的处理以将AF评价值摄像的次数n设置为零。

在AF评价值AF_K满足公式(1)的情况下(步骤S509中为“是”)，控制单元106断开AF控制信号(L电平)(步骤S513)，并且终止摄像元件102中的AF评价摄像(步骤S514)。然后，控制单元106将与所拍摄到的实时取景用图像信号相对应的图像显示在图像显示单元109上(步骤S515)，并且使照相机置于待机状态(步骤S517)。

在图5所示的流程图中，在终止AF评价摄像之后，控制单元106显示与通过步骤S516的实时取景摄像所获得的图像信号相对应的图像。一旦开始了步骤S503的实时取景摄像，则控制单元106进入步骤S515的处理以进行实时取景显示。

如前面所述，在本发明的第一实施例中，AF评价值检测单元1021包括在第二片21内。因此，在拍摄实时取景用图像的同时，以高帧频拍摄AF评价用图像，并且可以计算并输出AF评价值。结果，可以缩短进行AF评价时的时滞。

此外，在AF评价中，仅将数据量小的AF评价值从摄像元件102直接发送至控制单元106，由此减轻了信号输出负荷并且可以降低电力消耗。

尽管在上述实施例中说明了实时取景期间所进行的AF的示例，但不仅在实时取景时可以使用上述方法，而且在其它运动图像拍摄时也可以使用上述方法。

此外，在本实施例中，将AF评价值从摄像元件102直接输出至控制单元106，并且控制单元106根据该AF评价值来利用驱动单元103控制光学机械单元1011。然而，驱动单元103也可以根据该AF评价值来进行光学机械单元1011的驱动控制。

第二实施例

现在说明本发明的第二实施例中的照相机的一个示例。

除了摄像元件102的结构与图2B所示的摄像元件的结构不同以外，第二实施例中的照相机的结构与图1所示的照相机的结构相同。在以下说明中，将说明利用诸如闪光灯等的发光单元进行测光操作时的静止图像拍摄。

注意，在图6中，利用相同的附图标记来指定与图2A所示的摄像元件相同的组成构件，以省略针对这些组成构件的说明。

在图6所示的摄像元件102中，代替AF评价值检测单元1021，第二片21包括测光值评价单元601。测光值评价单元601连接至帧存储器217并且连接至控制单元106。

测光值评价单元601根据经由列信号线202-b和水平信号线215-b(即，通道Ch2)从第一片20读出的图像信号来计算颜色比率和曝光值作为测光值。根据该测光值，测光值评价单元601将诸如白平衡系数和发光单元107的发光控制量等的测光控制数据输出至控制单元106。

控制单元106根据测光控制数据来向信号处理单元104和发光单元107发送控制指示，以控制信号处理单元104中的白平衡校正和发光单元107的发光量。

在测光评价模式中，控制单元106在时刻T70的垂直同步信号VD的下降沿处，与垂直同步信号VD同步地同时开始利用通道Ch1的实时取景摄像和利用通道Ch2的测光评价摄像。在测光评价摄像中，进行针对白平衡系数和发光单元107的发光控制的测光评价摄像。

这里，将白平衡系数计算所用的测光评价摄像称为白平衡系数计算摄像，并且将发光控制所用的测光评价摄像称为发光控制量测光摄像。

首先，在时间段T70～T71内，进行白平衡系数计算摄像。将经由通道Ch2从像素单元20读出的白平衡系数评价用图像信号经由水平信号线215-b和选择器开关216存储在帧存储器217中。

在时间段T71～T72内，测光值评价单元601根据帧存储器217中所存储的白平衡系数评价用图像信号来计算白平衡系数。然后，在时间段T72～T73内，测光值评价单元601将该白平衡系数输出至控制单元106。

接着，在时刻T73处，控制单元106使发光控制信号上升(至H电平)，并且在使发光单元107以预定的发光量发光的同时开始发光控制量测光摄像。然后，在时刻T74处，控制单元106使发光控制信号下降(至L电平)，并且终止发光控制量测光摄像。

结果，在时间段T73～T74内，在静止图像拍摄时进行发光单元107的发光控制量测光摄像，并且将发光控制量评价用图像信号存储在帧存储器217中。

由于在时间段T73～T74内发光控制信号接通，因此进行利用发光单元107的预备发光(即，预发光)，由此进行作为用于计算被摄体的曝光量的摄像的发光控制量测光摄像。

在时间段T74～T75内，测光值评价单元601根据帧存储器217中所存储的发光控制量评价用图像信号来计算与被摄体有关的曝光值。根据该曝光值，测光值评价单元601生成发光控制量。接着，在时间段T75～T76内，测光值评价单元601将该发光控制量输出至发光控制量控制单元106。

在时刻T76处，控制单元106在接通发光控制信号以使发光单元107发光(主发光)的同时，将测光评价模式切换为静止图像拍摄模式。此时，控制单元106根据该发光控制量来控制发光单元107的发光量。

此外，控制单元106切换选择器开关216，以将经由通道Ch2所输出的图像信号输出至信号处理单元104并且将从像素单元20的所有像素读取的图像信号提供至信号处理单元104。

在例示示例中，在一个垂直同步信号VD的时间段内拍摄一帧的实时取景用图像。在该时间段内，进行白平衡系数计算摄像、白平衡系数计算和输出、发光控制量测光摄像、以及发光控制量计算和输出。

如前面所述，在本发明的第二实施例中，测光值评价单元601包括在第二片21内，以使得在拍摄实时取景用图像的同时，可以以高帧频拍摄测光评价图像，并且可以计算并输出测光评价值。结果，可以缩短进行测光评价时的时滞。

此外，在测光评价时，仅将数据量小的测光评价值(白平衡系数和发光控制量)从摄像元件102直接发送至控制单元106。结果，减轻了信号输出负荷并且可以减少电力消耗。

在上述实施例中，将测光评价值从摄像元件102直接输入至控制单元106，并且控制单元106根据该测光评价值来控制信号处理单元104和发光单元107。然而，可以将该测光评价值从摄像元件102发送至信号处理单元104和发光单元107以执行直接控制。

第三实施例

接着，将说明本发明的第三实施例中的照相机的一个示例。

除了摄像元件102的结构与图2B所示的摄像元件的结构不同以外，第三实施例中的照相机的结构与图1所示的照相机的结构相同。

注意，在图8中，利用相同的附图标记来指定与图2A和6所示的摄像元件相同的组成构件，以省略针对这些组成构件的说明。

在图8所示的摄像元件102中，代替AF评价值检测单元1021，第二片21包括图像信号评价单元801。图像信号评价单元801连接至帧存储器217并且连接至控制单元106。

图像信号评价单元801根据经由列信号线202-b从第一片20读取的图像信号来计算表示信号变化的标准偏差(还称为标准偏差值)。然后，图像信号评价单元801将该标准偏差作为图像信号评价值输出至控制单元106。在标准偏差超过预设阈值(标准偏差阈值)的情况下，控制单元106将使增益提高量(gain-up amount)或曝光量(即，曝光时间段)保持在控制下的摄像控制信号发送至驱动单元103。驱动单元103根据该摄像控制信号来驱动摄像元件102以进行曝光控制。这是因为，标准偏差在超过预设阈值的情况下表示图像信号中的S/N比的劣化，由此限制曝光控制对于维持预定的图像质量而言是有效的。

在图8所示的示例中，进行曝光控制以维持预定的图像质量。然而，可以不通过曝光控制而是例如通过切换噪声降低处理中的校正值来维持预定的图像质量。此外，在例示示例中，图像信号评价单元801被配置为输出作为标准偏差的图像信号评价值。然而，图像信号评价单元801还可被配置为将与标准偏差相对应的控制信号输出至驱动单元103、信号处理单元104、或发光单元107，从而维持预定的图像质量。

在使照相机置于标准偏差评价模式的情况下，控制单元106在时刻T90，在垂直同步信号VD1和VD2的下降沿处开始摄像。这里，控制单元106与垂直同步信号VD1同步地开始进行利用通道Ch1的实时取景摄像，并且与垂直同步信号VD2同步地开始进行利用通道Ch2的标准偏差评价摄像(还称为图像信号评价摄像)。

在与垂直同步信号VD1同步的实时取景摄像中，根据实时取景显示所用的帧频来进行摄像操作。在与垂直同步信号VD2有关的1VD时间段(T90～T93)内，进行多个帧的实时取景摄像。

在时间段T90～T91内的图像信号评价摄像中，从摄像元件102读取读出至通道Ch2的标准偏差检测用图像信号。时间段T90～T91内的设置与时刻T93之后的静止图像摄像所用的曝光时间段内的设置相同。根据与从利用操作单元108的用户操作或从摄像元件102获得的图像信号相对应的AE控制来确定时刻T93之后的曝光控制。因此，在通道Ch2中的图像信号评价摄像中，进行与通道Ch1中的实时取景显示所用的曝光控制不同的曝光控制。

此外，可以通过在通道Ch2中进行与时刻T93之后的静止图像拍摄的控制相同的曝光控制来限制由于静止图像拍摄之前导致图像质量劣化的信号放大所引起的S/N的劣化。此外，可以对诸如摄像像素的长累积操作等的摄像控制进行限制。结果，可以防止静止图像的图像质量劣化得超过预定水平。

将作为时间段T90～T91内的摄像结果所获得的通道Ch2的输出、即标准偏差检测用图像信号经由水平信号线215-b和开关216而存储在帧存储器217中。将时间段T91～T92内存储在帧存储器217中的标准偏差检测用图像信号读取至图像信号评价单元801，并且图像信号评价单元801计算作为标准偏差检测用图像信号的信号变化的标准偏差值。

然后，在时间段T92～T93内，图像信号评价单元801仅将在时间段T91～T92内所计算出的标准偏差值从摄像元件102输出至控制单元106。在时刻T93之后，将照相机从标准偏差评价模式切换为静止图像拍摄模式。控制单元106切换开关216以使得能够将图像信号输出至信号处理单元104，由此可以读出所有像素。在这种情况下，控制单元106根据图像信号评价单元801中所计算出的标准偏差值来进行曝光控制。

如前面所述，本发明的第三实施例被配置为同时进行实时取景用图像信号和评价用图像信号的摄像。因此，在进行静止图像摄像之前，可以在实际拍摄之前检测用于控制静止图像摄像中的操作的标准偏差值。

此外，第三实施例被配置为将作为数据量小的图像信号评价值的标准偏差值直接输出至控制单元106。因此，不再需要将数据量大的图像信号从摄像元件102发送至信号处理单元104。结果，由于信号输出所引起的负荷减少能够实现电力缩减。

因而，在本发明的第三实施例中，通过与实时取景摄像操作不同的摄像操作，在与实时取景摄像时间段不同的摄像时间段内，在摄像元件102中同时获得图像信号。根据所获得的图像信号，在摄像元件102中计算作为图像信号评价值的标准偏差值，并且将该标准偏差值输出至控制单元106。结果，在实时取景模式期间可以获得图像信号评价值，由此可以连同省电一起实现时间缩短。

根据第三实施例，说明了要计算与图像信号有关的标准偏差值，可以在图像信号评价单元801中计算如以下所示的评价值，并且可以在控制单元106中进行相应的校正。

(1)可以根据图像信号来计算要用作图像信号基准值的、作为每帧的偏移成分变化量的图像信号偏移校正值。(2)可以以列或行为单位来检测条纹状的固定图案的噪声。(3)可以通过设置与运动图像记录或实时取景显示所用的条件不同的曝光条件、并且通过检测光源输出的变化来检测闪烁。可以通过检测(4)WB系数、(5)对象被摄体的移动量和(6)矢量来计算手抖动校正值或被摄体的运动检测值。可以计算(7)色度遮光评价值、(8)亮度遮光评价值和(9)闪烁评价值，从而通过光学机械单元1011内的光圈机构单元或摄像元件102的快门控制来进行曝光控制。

自然，应当理解，不仅可以利用所公开的方法而且还可以利用其它公知方法来获得并校正上述评价值。

如通过上述说明显而易见，在图1所示的示例中，控制单元106和驱动单元103用作控制单元和读出控制单元。控制单元106和图像显示单元109还用作显示控制单元。

尽管已经基于各实施例说明了本发明，但应当理解，本发明不限于这些特定实施例，并且落在本发明的范围和精神内的各种形式均意图包含在本发明内。

例如，可以使用上述实施例中的功能作为控制方法，并且可以利用摄像设备来执行该控制方法。此外，可以使用具有上述实施例的功能的程序作为控制程序，并且可以利用包括在摄像设备中的计算机来执行该程序。例如，可以将该控制程序记录在计算机可读记录介质上。

上述的控制方法和控制程序各自至少包括控制步骤和显示控制步骤。

本发明还可以通过执行以下所述的处理来实现。也就是说，将实现上述实施例的功能的软件(程序)经由网络或各种类型的记录介质供给至系统或设备。该系统或设备的计算机(或诸如CPU和MPU等的装置)读出并执行该程序。

根据本发明，将诸如调焦控制等的控制专用的控制信息在执行该控制时从摄像元件输出。结果，可以缩短数据传送时间，并且另外可以避免图像质量劣化。

第四实施例

图11是示出根据本发明的第四实施例的摄像设备的结构示例的框图。例如，将例示的摄像设备应用于具有运动图像功能的数字静止照相机或摄像机。

在图11中，摄像设备1100包括镜头1101、图像传感器1102、图像信号处理单元1103、压缩扩展单元1104、镜头驱动控制单元1105、摄像信号评价值检测单元1106、场景判断单元1107和系统控制单元1108。摄像设备1100还包括发光单元1109、操作单元1110、存储单元1111和显示单元1112。

镜头1101是构成拍摄光学系统的透镜组。在镜头1101内包括调焦透镜。调焦透镜是焦点调节透镜。调焦透镜被配置成其位置可以沿着光轴方向改变。镜头驱动控制单元1105具有作为焦点调节单元的功能，其中该焦点调节单元用于基于摄像评价值检测单元1106所检测到的值来进行调焦透镜的驱动控制，并且进行焦点调节处理。使穿过镜头1101的光作为被摄体的光学图像会聚在由CMOS图像传感器等构成的图像传感器1102的成像面上。然后，在后面所述的像素1201中将光学图像转换成像素信号。

图像传感器1102具有像素1201和A/D转换器。例如，图像传感器1102是所谓的XY读取型CMOS图像传感器。在系统控制单元1108的控制下，图像传感器1102进行诸如曝光、信号读出和复位等的摄像操作，并且输出摄像信号(还称为图像信号)。

摄像评价值检测单元1106根据从图像传感器1102输出的图像信号检测摄像评价值。在这种情况下，按照从系统控制单元1108输出的定时来检测摄像评价值。后面将说明其详细操作。

这里，摄像评价值是指进行摄像设备的控制和所拍摄图像的校正等所需的参数。例如，摄像评价值是诸如AF评价值、白平衡(WB)评价值和自动曝光(AE)评价值等的摄像设备的基本操作所需的评价值。AF评价值是用于在摄像时使被摄体聚焦的评价值，其中主要在控制调焦透镜时需要该评价值。WB评价值是在摄像时校正色度所需的评价值，并且还是显影时所需的参数。AE评价值是在拍摄时获得适当曝光所需的评价值。主要在设置光圈、快门速度和感光度时需要该AE评价值。

系统控制单元1108基于作为摄像评价值所获得的参数其中之一的AF评价值来确定镜头1101的控制量，并且将该控制量输出至镜头驱动控制单元1105。镜头驱动控制单元1105通过基于从系统控制单元1108获得的AF评价值的控制量在光轴方向上驱动镜头1101，来进行被摄体的焦点调节。

在系统控制单元1108的控制下，图像信号处理单元1103对作为图像传感器1102的输出的图像信号进行信号处理以生成图像数据。更具体地，基于摄像评价值检测单元中所检测到的摄像评价值，进行诸如白平衡调整处理、颜色校正处理和AE处理等的信号处理，以生成图像数据。

压缩扩展单元1104在系统控制单元1108的控制下进行工作，并且按预定的静止图像数据格式对作为图像信号处理单元1103的输出的图像数据进行压缩编码处理。例如，预定的静止图像数据格式是JPEG(联合图像编码专家组)方法。压缩扩展单元1104还对从系统控制单元1108发送来的编码图像数据进行扩展解码处理。压缩扩展单元1104还可以通过使用MPEG(运动图像专家组)方法等对运动图像数据进行压缩编码/扩展解码处理。

在场景判断单元1107中，基于从系统控制单元获得的拍摄条件来判断拍摄场景。根据所判断出的拍摄场景，将用于改变诸如拍摄时的拍摄参数和图像处理参数等的参数的信息发送至系统控制单元1108。这里，摄像评价值检测单元1106基于与场景判断有关的信息来确定使用如后面所述的摄像评价值检测用图像信号和显示用图像信号中的哪个信号来检测摄像评价值。

系统控制单元1108是例如包括中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)的微控制器。系统控制单元1108的CPU执行存储在ROM中的程序，由此可以综合控制摄像设备1100整体。

在图像信号处理单元1103所进行的AE处理中判断为被摄体的曝光值低的情况下，发光单元1109发光以对被摄体进行照明。例如，可以使用利用氙管的闪光灯设备或LED发光装置作为发光单元1109。例如，操作单元1110具有诸如快门释放按钮等的各种操作键、杆和拨盘，以将与用户输入操作相对应的操作信号赋予至系统控制单元1108。

存储单元1111例如是诸如便携型半导体存储器、光盘、硬盘驱动器(HDD)或磁带等的记录介质，以存储利用压缩扩展单元1104进行压缩编码后的图像数据作为图像文件。存储单元1111还读出系统控制单元1108所指定的图像文件，并且将该图像文件输出至系统控制单元1108。

显示单元1112例如包括诸如液晶显示器(LCD)等的显示装置和该LCD所用的接口电路，以将利用从系统控制单元1108发送来的图像数据所表示的图像显示在显示装置上。

图12A和12B是用于示出图11所示的图像传感器1102的结构的说明图。图12A是该图像传感器的立体图，并且图12B是示出其结构的框图。

在图12A中，图像传感器1102具有第一片(第一元件单元)120和第二片121(第二元件单元)，其中第一片120层叠在第二片121的上方。使具有排列成矩阵形式的多个像素1201的第一片120层叠成像素阵列面向光入射侧(即，位于接收光学图像的一侧)。第二片121上形成有像素驱动单元，其中该像素驱动单元包括后面所述的列扫描电路1213-a和1213-b以及行扫描电路1212。

在如此在第一片120上形成像素1201并且在第二片121上形成像素驱动单元的情况下，可以使图像传感器1102的外围电路和像素单元的制造处理分开。结果，外围电路中的向着布线的细线化和高密度化的趋势可以实现高速化、小型化和高功能化。

如图12B所示，在第一片120上像素1201排列成矩阵形式，并且各像素1201在水平方向(行方向)上连接至传送信号线1203、复位信号线1204和行选择信号线1205。像素1201还在垂直方向(列方向)上连接至列信号线1202-a和1202-b。注意，列信号线1202-a和1202-b各自被配置为以行为单位使像素连接至不同的读取目的地。

如图所示，各像素1201还具有作为光电转换元件的光电二极管PD、传送晶体管M1、复位晶体管M2、放大晶体管M3、选择晶体管M4和浮动扩散FD。在例示示例中，各晶体管是n沟道MOS场效应晶体管(MOS FET)。

传送晶体管M1、复位晶体管M2和选择晶体管M4的栅极分别连接至传送信号线1203、复位信号线1204和行选择信号线1205。这些信号线1203～1205在水平方向上延伸地配置，并且同时驱动同一行的像素。结果，可以对线顺次工作型的卷帘快门或整行同时工作型的全局快门的操作进行控制。此外，选择晶体管M4的源极以行为单位连接至列信号线1202-a或1202-b。

光电二极管PD累积光电转换所生成的电荷。光电二极管PD的P侧接地，而N侧连接至传送晶体管M1的源极。在传送晶体管M1接通的情况下，使光电二极管PD的电荷传送至FD。由于在FD中存在寄生电容，因此使传送至FD的电荷累积。

向放大晶体管M3的漏极施加电源电压Vdd，而放大晶体管M3的栅极连接至FD。放大晶体管M3放大FD的电荷(即，电压)并且将该电荷转换成电压信号。选择晶体管M4用于利用行选择信号线1205以行为单位选择读出信号所用的像素。选择晶体管M4的漏极连接至放大晶体管M3的源极。选择晶体管M4的源极连接至列信号线1202。

在利用行选择信号线1205使选择晶体管M4接通的情况下，将与FD的电压相对应的电压信号输出至列信号线1202。向复位晶体管M2的漏极施加电源电压Vdd，而复位晶体管M2的源极连接至FD。在利用复位信号线1204使复位晶体管M2接通的情况下，使FD的电压复位为电源电压Vdd。

第二片121上设置有列ADC块1211，并且列ADC块1211连接至列信号线1202-a或1202-b。此外，第二片121上设置有行扫描电路1212、列扫描电路1213-a和1213-b、定时控制电路1214、以及水平信号线(输出单元)1215-a和1215-b。

定时控制单元1214在系统控制单元1108的控制下，对行扫描电路1212、列扫描电路1213-a和1213-b、以及列ADC块1211的工作定时进行控制。分别地，行扫描电路1212扫描各行，而列扫描电路1213-a和1213-b扫描各列。

水平信号线1215-a和1215-b基于列扫描电路1213-a和1213-b各自所控制的定时来传送列ADC块1212的输出信号(图像信号)。结果，将实时取景用图像信号(第二图像信号或图像显示信号)输出至列信号线1202-a，并且将摄像评价检测用图像信号(第一图像信号)输出至列信号线1202-b。

在图13中，使用行编号为1和2的行(第一像素组)来进行摄像评价值检测用图像的摄像，而使用行编号为3～8的行(第二像素组)来进行实时取景用图像的摄像。在例示示例中，以行为单位顺次进行读取扫描，并且针对每8行重复扫描以进行读取。

在摄像评价值检测摄像中，由于重视帧频，因此执行垂直同色的4个像素中剔除3个像素的间隔剔除读取。另一方面，在实时取景用图像中，由于重视图像质量，因此间隔剔除垂直同色4个像素中的1个像素并且相加3个像素。换句话说，在摄像评价值检测摄像中，以第一帧频读出第一像素组。在实时取景摄像中，以比第一帧频慢的第二帧频读出第二像素组。

如前面所述，针对所选择的各行，使摄像评价值检测摄像和实时取景摄像分开，由此可以以不同的电荷累积时间按数据大小不同的帧频来获得图像信号。

在图12A和12B所示的列ADC块1211中，将输出至列信号线1202-a和1202-b的电压信号(模拟信号)从模拟信号转换成数字信号(图像信号)。利用列扫描电路1213-a或1213-b将作为列ADC块1211的输出的图像信号从列ADC块1211读取并输出至水平信号线1215-a或1215-b(第一读出单元、第二读出单元)。

接着，将参考图14A和14B来说明用于检测作为摄像评价值的示例的AF操作所用的最佳摄像评价值(AF评价值)的操作。

图14A是用于根据后面所述的场景判断的结果来从摄像评价值检测用图像检测AF评价值(自动调焦评价值)的时序图。如图14A所示，利用垂直同步信号来规定摄像定时。在使照相机置于AF评价模式的情况下，系统控制单元1108在时刻T0的垂直同步信号的下降沿处，使AF控制信号上升(至H电平)。接着，一旦垂直同步信号上升，则系统控制单元1108与该垂直同步信号同步地同时开始进行针对图像显示信号和摄像评价值检测信号这两者的摄像操作。

在时间段T0～TF1内，将经由水平信号线1215-b从像素单元120读取的摄像评价用图像信号输入至摄像评价值检测单元1106。然后，在时间段TF1～TF2内，计算AF评价值。基于从自图像传感器1102输出的摄像评价值检测用图像信号所获得的对比度信息和相位差信息，根据系统控制单元1108所控制的定时来计算AF评价值。然后，在时间段TF2～TF3内，摄像评价值检测单元1106将该AF评价值输出至系统控制单元1108。

在例示示例中，在一个垂直同步信号的时间段内，拍摄一帧的实时取景用图像，而拍摄三帧的AF评价值检测用图像(AF扫描)。在系统控制单元1108使垂直同步信号置于L电平的情况下，完成了一帧的实时取景用图像的时间段内的AF评价。

系统控制单元1108将AF评价值与后面所述的预定AF期待值进行比较。在AF评价值相对于AF期待值满足预定的评价条件的情况下，系统控制单元1108使AF控制信号下降(时刻T1)。一旦AF控制信号下降，则仅终止AF评价摄像并且继续实时取景摄像。

图14B是用于根据后面所述的场景判断的结果来从实时取景用图像检测AF评价值的时序图。

与图14A同样，利用垂直同步信号来规定摄像定时。在设置AF评价模式的情况下，系统控制单元1108在时刻T0的垂直同步信号的下降沿处，使AF控制信号上升(至H电平)。接着，一旦垂直同步信号上升，则系统控制单元1108与该垂直同步信号同步地仅对图像显示用信号进行摄像操作。

在时间段T0～TF4内，将经由1215-a从像素1201读取的实时取景用图像信号输入至摄像评价值检测单元1106和图像信号处理单元1103。在时间段TF4～TF5内，计算AF评价值。摄像评价值检测单元1106基于从自图像传感器1102输出的实时取景用图像的图像信号所获得的对比度信息和相位差信息，根据系统控制单元1108所控制的定时来计算AF评价值。然后，在时间段TF5～TF6内，摄像评价值检测单元1106将该AF评价值输出至系统控制单元1108。

在例示示例中，在一个垂直同步信号期间，拍摄一帧的实时取景用图像，但不拍摄AF评价值检测用图像(AF扫描)。在系统控制单元1108使垂直同步信号置于L电平的情况下，完成了实时取景用图像的一帧的时间段内的AF评价。

系统控制单元1108将从实时取景用图像检测到的AF评价值与后面所述的预定AF期待值进行比较。在AF评价值相对于AF期待值满足预定的评价条件的情况下，使AF控制信号下降(时刻T7)。一旦AF控制信号下降，则终止基于显示图像的AF评价检测操作，但继续实时取景摄像。

如图14A所示，在本实施例中，可以对摄像评价值检测用图像设置比实时取景图像操作快的帧频。因此，可以与之前相比更加快速地控制针对摄像设备的摄像评价值的反映。

然而，摄像设备具有利用程序图所设置的由于曝光控制引起暗场景时的追踪界限。因此，帧频高的摄像评价值检测用图像和帧频低的实时取景用图像在由于曝光控制所引起的暗场景时的追踪界限方面有所不同。在本实施例中，在暗场景的追踪界限中产生三个状态的差。

场景判断单元1107根据拍摄实时取景用图像时基于系统控制单元1108设置为拍摄(曝光)条件的感光度设置值和快门速度等所计算出的曝光量来判断拍摄场景的特征。摄像评价值检测单元1106根据场景判断单元1107的判断结果，从摄像评价值检测用图像和实时取景用图像的任一个来检测摄像评价值。

以下将参考图15的流程图来详细说明根据第四实施例的摄像设备在AF评价模式中的操作。

注意，在系统控制单元1108的控制下进行例示的流程图。为了说明，将摄像评价值检测用图像中检测到的摄像评价值定义为AF_Kα，并且将实时取景用图像中检测到的摄像评价值定义为AF_Kβ。

在用户接通电源并且设置各种初始设置之后(步骤S1502)，照相机的模式转变为诸如实时取景模式和运动图像记录等的操作模式，并且开始拍摄(步骤S1520)。

系统控制单元1108判断AF评价模式是否处于有效(步骤S1503)。简言之，系统控制单元1108判断是否设置了自动调焦模式。在AF评价模式并非处于有效的情况下(步骤S1503中为“否”)，系统控制单元1108仅开始实时取景摄像(步骤S1520)，并且进入后面所述的步骤S1521。

在判断为AF评价模式处于有效的情况下(步骤S1503中为“是”)，系统控制单元1108接通AF控制信号(H电平)(步骤S1504)。接着，系统控制单元1108将0代入n以对AF评价摄像的次数进行计数(步骤S1505)。接着，在步骤S1506中，系统控制单元1108检测进行实时取景拍摄时的摄像条件的曝光量E。

接着，场景判断单元1107将步骤S1506中检测到的曝光量E与曝光量期待值Ev进行比较(摄像条件判断)。系统控制单元1108判断实时取景拍摄时的曝光量相对于曝光设置的期待值Ev是否满足公式(1)、即是否满足预定的感光度条件(步骤S1507)。

E<Ev...(1)

在实时取景曝光量Ev满足公式(1)的情况下(“是”)，该操作进入S1508以开始AF评价值检测摄像。

接着，如图14A所述，系统控制单元1108开始AF评价摄像(步骤S1508)。在开始AF评价摄像之后，系统控制单元1108使变量n增加1(步骤S1509)。然后，在系统控制单元1108的控制下，摄像评价值检测单元1106从AF评价摄像中所获得的AF评价用图像信号检测AF评价值AF_Kα(步骤S1510)。

接着，系统控制单元1108判断AF评价值AF_Kα相对于AF期待值K_minα和K_maxα是否满足公式(2)、即AF评价值AF_Kα是否满足预定的评价条件(步骤S1511)。

K_minα<AF_Kα<K_maxα (2)

其中，将AF评价值期待值K_minα和K_maxα设置为AF评价值的预期的最小值和最大值。这些值是在摄像设备的设计阶段或调整阶段预先记录在系统控制单元1108上的。

在AF评价值AF_Kα不满足公式(2)的情况下(步骤S1511中为“否”)，系统控制单元1108基于上述的AF评价值AF_Kα来计算反馈控制量。然后，系统控制单元1108根据该反馈控制量来执行镜头驱动控制单元1105的驱动控制，以驱动镜头1101内所包括的调焦透镜(步骤S1512)。

接着，系统控制单元1108判断变量(AF评价值摄像的次数)n是否是预定数(在这种情况下为3)(步骤S1513)。在AF评价值摄像的次数小于3次的情况下(步骤S1513中为“否”)，系统控制单元1108返回至步骤S1510的处理，并且进行AF评价摄像。相反，在AF评价值摄像的次数为3次的情况下(步骤S1513中为“是”)，系统控制单元1108返回至步骤S1505的处理，并且将AF评价值摄像的次数n设置为零。

在AF评价值AF_Kα满足公式(2)的情况下(步骤S1511中为“是”)，系统控制单元1108断开AF控制信号(L电平)(步骤S1514)，并且终止摄像元件1102中的AF评价摄像(步骤S1515)。然后，系统控制单元1108使该操作进入步骤S1522。

在步骤S1507中实时取景用图像的曝光量E不满足公式(1)的情况下(“否”)，该操作进入S1516，并且根据所拍摄到的实时取景用图像来检测AF评价值AF_Kβ。接着，系统控制单元1108判断AF评价值AF_Kβ相对于AF期待值K_minβ和K_maxβ是否满足公式(3)、即AF评价值AF_Kβ是否满足预定的评价条件(步骤S1517)。

K_minβ<AF_Kβ<K_maxβ (3)

其中，将AF期待值K_minβ和K_maxβ设置为AF评价值的预期的最小值和最大值。这些值是在摄像设备的设计阶段或调整阶段预先记录在系统控制单元1108上的。

在AF评价值AF_Kβ不满足公式(3)的情况下(步骤S1517中为“否”)，系统控制单元1108根据上述的AF评价值AF_Kβ来计算反馈控制量。然后，系统控制单元1108根据该反馈控制量来执行镜头驱动控制单元1105的驱动控制，以驱动镜头1101内所包括的调焦透镜(步骤S1518)，并且该操作进入步骤S1522。

在AF评价值AF_Kβ满足公式(3)的情况下(步骤S1517中为“是”)，系统控制单元1108断开AF控制信号(L电平)(步骤S1519)，并且该操作进入步骤S1522。在步骤S1522中，在存在实时取景操作完成指示的情况下(“是”)，实时取景操作完成，然后使照相机置于待机状态(步骤S1523)。在继续实时取景运动图像的情况下(“否”)，该操作返回至步骤S1503，并且在进行实时取景操作的同时进行AF操作。

如前面所述，本实施例以摄像设备包括能够在一帧时间段内同时进行实时取景摄像和摄像评价值摄像的摄像元件为前提的。根据基于实时取景摄像时的曝光条件的场景判断的结果，从AF评价值用图像和实时取景用图像中选择用于检测AF评价值的图像。结果，在明场景中拍摄被摄体的情况下，可以缩短进行AF评价时的时滞，而在暗场景中，可以提高AF评价值的精度。此外，在本实施例中，针对AF评价值用图像和实时取景用图像准备了与AF评价值进行比较时要使用的不同的AF期待值。然而，这些期待值也可以相同。

在本实施例中，尽管将AF评价值作为摄像评价值的示例进行了说明，但还可以检测诸如WB评价值(白平衡数据)和AE评价值(曝光控制数据)等的其它摄像评价值作为相同结构下的最佳评价值。在WB评价值或AE评价值的情况下，根据步骤S1507的场景判断的结果来切换摄像评价值检测用图像和实时取景用图像以检测评价值。结果，可以缩短时滞并且可以使WB或AE评价值检测的精度最优化。

第五实施例

本发明的第四实施例说明了如下结构，其中该结构被配置为仅基于曝光信息来判断拍摄场景，并且根据该判断结果来基于AF评价值用图像和实时取景用图像的其中一个检测AF评价值。本实施例被配置为不仅基于曝光信息而且还基于面部信息、亮度信息和色度信息来判断拍摄场景，以利用更充分的精度检测摄像评价值。以下将参考图16～18来说明根据本发明的第五实施例的摄像设备。注意，利用相同的附图标记来指定与第四实施例中的组成构件相同的例示组成构件，以省略针对这些组成构件的说明。

图16是根据本实施例的摄像设备的框图。除了配备有面部信息检测单元1601、亮度信息检测单元1602和色度信息检测单元1603以外，本实施例在结构上与第四实施例相同。

面部信息检测单元1601对从图像传感器1102输出的图像信号进行面部检测处理以在所拍摄的帧图像中检测人物或动物(例如，宠物)的面部。面部信息检测单元1601还将所检测到的面部区域作为面部信息输出至场景判断单元1107。

亮度信息检测单元1602对从图像信号处理单元1103输出的图像数据图像进行亮度检测处理。在该处理中，将图像帧图像分割成多个区域，并且获得各区域的平均亮度。亮度信息检测单元1602通过使用这些平均亮度来计算诸如帧图像的中心部和周边部之间的亮度差以及中心亮度值等的亮度信息。将亮度信息检测单元1602所检测到的亮度信息输出至场景判断单元1107。

色度信息检测单元1603对从图像信号处理单元1103输出的图像数据图像进行色度检测处理，以检测诸如平均色度和高色度区域的面积等的色度信息。将色度信息检测单元1603所检测到的色度信息输出至场景判断单元1107。

场景判断单元1107基于从面部信息检测单元1601、亮度信息检测单元1602和色度信息检测单元1603所输入的各信息，根据图像信号处理单元1103中处理后的图像数据图像来判断拍摄场景的背景和被摄体。注意，从面部信息检测单元1601、亮度信息检测单元1602和色度信息检测单元1603发送来的各信息由场景判断单元1107临时存储并且根据需要进行更新。

接着，将说明根据本实施例的摄像设备中的用以判断拍摄场景的操作。

场景判断单元1107通过使用亮度信息检测单元1602中检测到的亮度信息和色度信息检测单元1603中检测到的色度信息，针对从图像传感器1102输出的实时取景用图像信号来判断拍摄场景的背景。场景判断单元1107还通过使用面部信息检测单元1601中检测到的面部信息来判断拍摄场景中的被摄体。

首先，将说明拍摄场景的背景的判断。

场景判断单元1107对亮度信息检测单元1602中检测到的亮度信息和色度信息检测单元1603中检测到的色度信息进行分析，并且判断图像上的蓝天颜色的区域的面积是否等于或大于阈值。在蓝天颜色的区域的面积等于或大于阈值的情况下，场景判断单元1107判断为拍摄场景的背景是蓝天。场景判断单元1107还对来自亮度信息检测单元1602的亮度信息和来自色度信息检测单元1603的色度信息进行分析。结果，在场景判断单元1107判断为图像上的亮度满足预定的直方图分布或分散的条件的情况下，判断为拍摄场景的背景是夜景。例如，诸如夜景等的暗场景中的图像的亮度大部分被低亮度部分所占据，而单独发现高亮度部分。场景判断单元1107还对来自亮度信息检测单元1602的亮度信息和来自色度信息检测单元1603的色度信息进行分析，并且判断图像上的平均色度和高色度区域的面积这两者是否等于或大于阈值。在这些值等于或大于阈值的情况下，场景判断单元1107判断为拍摄场景是清晰场景。

接着将说明用于判断拍摄场景中的被摄体的操作。

场景判断单元1107分析来自面部信息检测单元1601的面部信息。在根据图像信号已检测到面部的情况下，场景判断单元1107判断为拍摄场景中的被摄体是人物。

场景判断单元1107如上所述对场景的背景和被摄体这两者进行判断，组合这些判断结果，并且将组合后的一个判断结果输出至系统控制单元1108。

接着，将参考图17的流程图来说明根据本实施例的摄像设备中的AF评价模式下的详细操作。为了说明本实施例的详细操作，将从实时取景用图像检测到的面部信息检测值定义为X1，将亮度信息检测值定义为Y1，并且将色度信息检测值定义为Z1。将仅说明与第四实施例不同的操作方面。

场景判断单元1107将所检测到的各信息的检测值与面部信息X、亮度信息Y和色度信息Z的相应期待值进行比较，并且如图18所示选择AF评价值AF_Kα或AF_Kβ。根据该选择结果，确定步骤S1702的分支。

在步骤S1701中，面部信息检测单元1601、亮度信息检测单元1602和色度信息检测单元1603从所获得的实时取景用图像来检测面部信息X1、亮度信息Y1和色度信息Z1。在S1702中，如图18的表所示，根据步骤S1701中利用场景判断单元1107从摄像评价值检测用图像和实时取景用图像所检测到的各信息值来确定要反映到后续拍摄的摄像评价值。

例如，在一个示例中，假定各信息值采用如以下所示的关系。

面部信息值：Xl>X

亮度信息值：Yl>Y

色度信息值：Zl>Z

在这种情况下，在步骤S1702中，开始AF评价值检测摄像(即，“是”分支)，由此该操作进入步骤S1508，并且系统控制单元1108使变量n增加1(步骤S1509)。后续处理与第四实施例的处理相同。

在另一示例中，假定各信息值采用如以下所示的关系。

面部信息值：Xl≤X

亮度信息值：Yl≤Y

色度信息值：Zl≤Z

在这种情况下，在步骤S1702中，不开始AF评价值检测摄像(即，“否”分支)，由此该操作进入S1516以从所拍摄到的实时取景用图像来检测AF评价值AF_Kβ。后续处理与第四实施例的处理相同。对于其它场景判断，使用如图18所示的关系。

如前面所述，本实施例是以摄像设备包括能够在一帧时间段内同时进行实时取景摄像和摄像评价值检测摄像这两者的摄像元件为前提的。根据基于亮度/色度/面部信息的拍摄场景的判断结果，从AF评价值用图像和实时取景用图像的其中一个选择用以检测AF评价值的图像。结果，在明场景中拍摄被摄体时，可以缩短进行AF评价时的时滞，而在暗场景的情况下，可以提高AF评价值的精度。

此外，在本实施例中，在进行场景判断时，从摄像评价值检测用图像和实时取景用图像各自检测面部信息、亮度信息和色度信息。然而，本发明不限于该结构。在检测到第一实施例所述的感光度、并且使用其结果作为场景判断的一个因素的情况下，可以进一步缩短检测AF评价值时的时滞，并且可以进一步使检测AF评价值的速度最优化。

此外，在本实施例中，根据进行场景判断所需的面部信息、亮度信息和色度信息中的至少两个信息是大信息值的情况下的所拍摄图像来确定摄像评价值。然而，本发明不限于此。也可以根据摄像评价值来对各信息值进行加权并且进行比较。

第六实施例

现在说明本发明的第六实施例。本实施例被配置为不是在图像传感器1102的外部而是在诸如图12A的第二片121上的像素驱动单元内等的内部形成摄像评价值检测单元1106。

图19是组装有摄像评价值检测单元的图像传感器1102的框图。在图19中，利用相同的附图标记来指定与图12A和12B的组成构件相同的组成构件。

在该图中，摄像评价值检测单元1901被配置为检测诸如AF评价值(自动调焦数据)等的摄像评价值，并且仅将所检测到的评价值输出至系统控制单元1108。摄像评价值检测单元1901基于从摄像元件1102中获得的图像信号所获得的对比度信息和相位差信息，根据系统控制单元1108所控制的定时来进行工作。

开关1902和1903由系统控制单元1108来控制。开关1902和1903被配置为：在检测摄像评价值时，基于场景判断单元1107的判断结果来切换摄像评价值检测用图像信号和实时取景用图像信号，以使得将这些信号的其中一个选择性地输入至摄像评价值检测单元1901。开关1902用于选择图13所示的与摄像评价值相对应的像素的信号的输出目的地，其中该输出目的地是信号处理单元1103和摄像评价值检测单元1901其中之一。开关1903是用于在针对摄像评价值而使用图13所示的与实时取景所要选择的行相对应的像素的信号的情况下要接通的开关。

将参考图15的流程图来说明图19的图像传感器在用于根据第四实施例的摄像设备的情况下的操作。

在步骤S1503中，开始AF操作。如第四实施例所述，在步骤S1507中实时取景曝光量Ev满足公式(1)的情况下(“是”)，该操作进入步骤S1508，并且开始AF评价值检测摄像。此时，开关1902连接至摄像评价值检测单元1901侧，而开关1903断开。

在开始AF评价摄像之后，系统控制单元1108使变量n增加1(步骤S1509)。然后，摄像评价值检测单元1901从AF评价值用图像中检测AF评价值AF_Kα。

在步骤S1507中实时取景曝光量Ev不满足公式(1)的情况下(“否”)，该操作进入S1516。在S1516中，开关1903接通，并且摄像评价值检测单元1901从实时取景用图像信号中检测AF评价值AF_Kβ。此时，开关1902连接至信号处理单元1103侧，但不进行AF评价值所用的操作，因而没有将像素信号输出至该信号处理单元。此外，由于摄像评价值检测单元1901仅将AF评价值传送至系统控制单元1108，因此与第四实施例相比，可以减少向着外部的数据传送量，由此可以减少电力消耗。由于后续操作与第一实施例的操作相同，因此省略了针对该操作的说明。注意，相同的操作适用于将图19的图像传感器用于根据第五实施例的摄像设备的情况。

在上述的第六实施例中，摄像评价值检测单元形成在图像传感器内，由此可以减少第一实施例和第二实施例中的摄像评价值检测时的数据传送量。结果，可以减少电力消耗。

其它实施例

本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。

尽管已经参考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

1.一种摄像元件，用于拍摄聚焦于该摄像元件的光学图像、并且输出与所述光学图像相对应的图像信号，所述摄像元件包括：

第一元件部件，其包括排列成矩阵的多个像素，用于输出与所述光学图像相对应的电压信号；以及

第二元件部件，用于将所述电压信号转换成数字信号以获得所述图像信号，

其特征在于，所述第二元件部件包括：

控制信息生成部件，用于根据从所述多个像素中的第一像素组所获得的第一图像信号来生成摄像时要使用的控制信息；以及

输出部件，用于输出所述控制信息和从所述多个像素中的第二像素组所获得的图像显示用的第二图像信号，

其中，用于生成所述控制信息的所述第一图像信号是以第一帧频读出的，以及用于显示图像的所述第二图像信号是以小于所述第一帧频的第二帧频读出的。

2.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，所述第一像素组包含来自所述矩阵中的、与包含所述第二像素组的像素的阵列的行不同的阵列的行的像素。

3.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，所述第一元件部件和所述第二元件部件配置成堆叠结构，以及

所述第一元件部件位于接收所述光学图像的一侧。

4.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，所述第二元件部件还包括开关部件，所述开关部件用于将所述第一图像信号选择性地提供至所述控制信息生成部件或所述输出部件，以及

在进行摄像之前的拍摄准备状态下，所述开关部件将所述第一图像信号提供至所述控制信息生成部件。

5.根据权利要求4所述的摄像元件，其中，在进行摄像的情况下，所述开关部件将所述第一图像信号不经由所述控制信息生成部件地提供至所述输出部件。

6.一种摄像设备，其特征在于，包括：

根据权利要求1至5中任一项所述的摄像元件；

控制部件，用于在接收到所述控制信息的情况下，根据所述控制信息来控制摄像；以及

显示控制部件，用于根据所述第二图像信号来进行实时取景显示。

7.根据权利要求6所述的摄像设备，其中，还包括：

读出控制部件，用于从所述摄像元件读出所述第一图像信号并且读出所述第二图像信号。

8.根据权利要求7所述的摄像设备，其中，所述读出控制部件在用于读出所述第一像素组的第一摄像模式和用于读出所述第二像素组的第二摄像模式这两者下进行工作。

9.根据权利要求8所述的摄像设备，其中，所述读出控制部件同时开始所述第一摄像模式和所述第二摄像模式。

10.根据权利要求6所述的摄像设备，其中，所述控制信息生成部件生成进行自动调焦控制时所使用的自动调焦评价值作为所述控制信息，以及

所述控制部件根据所述自动调焦评价值来进行调焦透镜的驱动控制。

11.根据权利要求8或9所述的摄像设备，其中，所述控制信息生成部件生成进行自动调焦控制时所使用的自动调焦评价值作为所述控制信息，

所述控制部件判断所述自动调焦评价值是否满足预定的评价条件，以及

在所述控制部件判断为满足了所述评价条件的情况下，所述读出控制部件终止所述第一摄像模式。

12.根据权利要求6所述的摄像设备，其中，所述控制信息生成部件生成进行白平衡校正时要使用的白平衡系数作为所述控制信息，以及

所述控制部件根据所生成的所述白平衡系数来对从所述摄像元件所输出的所述图像信号进行校正处理。

13.根据权利要求6所述的摄像设备，其中，还包括：

发光部件，用于发光以对被摄体进行照明从而进行摄像，

其中，所述控制信息生成部件生成对所述发光部件的发光量进行控制所用的发光控制量作为所述控制信息，以及

在通过使用所述发光部件进行摄像的情况下，所述控制部件使所述发光部件进行预发光以从所述控制信息生成部件获得所述发光控制量，然后根据所述发光控制量使所述发光部件进行主发光以进行摄像。

14.一种摄像设备，其特征在于，包括：

根据权利要求5所述的摄像元件，其中所述控制信息生成部件生成进行自动调焦控制时要使用的自动调焦评价值作为所述控制信息；

控制部件，用于在接收到所述自动调焦评价值的情况下，根据所述自动调焦评价值来进行调焦透镜的驱动控制；以及

显示控制部件，用于根据所述第二图像信号来进行实时取景显示，

其中，在设置了用于进行所述自动调焦控制的自动调焦模式的情况下，所述控制部件进一步控制所述开关部件以将所述第一图像信号提供至所述控制信息生成部件。

15.一种摄像设备的控制方法，其特征在于，所述摄像设备包括根据权利要求1至5中任一项所述的摄像元件，所述控制方法包括以下步骤：

在接收到所述控制信息的情况下，根据所述控制信息来控制摄像；以及

根据所述第二图像信号来进行实时取景显示。