CN104168416B - 摄像设备及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种摄像设备及其控制方法。所述摄像设备包括：摄像单元，其包括摄像像素和焦点检测像素，所述摄像像素排列成二维的阵列，以及所述焦点检测像素配置在所述摄像像素的所述阵列的一部分中；以及控制单元，用于进行控制，以读出摄像线的像素信号和焦点检测线的像素信号，所述摄像线包括各自用于输出图像生成所使用的信号的摄像像素，以及所述焦点检测线包括所述焦点检测像素，其中，所述控制单元在所述摄像线和所述焦点检测线之间，使间隔剔除方法和相加方法的其中一个方法改变。

Description

摄像设备及其控制方法
技术领域
本发明涉及使用具有基于相位差方法的焦点检测功能的摄像元件的摄像设备。
背景技术
在摄像设备所用的自动焦点检测/调整方法中，传统上已知有对比度检测方法作为使用穿过了摄像镜头的光束的一般方法。该方法使用摄像元件作为焦点检测传感器，并且可以通过评价来自摄像元件的输出信号并移动调焦透镜位置以使对比度最大来调整焦点。然而，在移动摄像镜头的同时，需要评价对比度信息。在作为评价结果检测到对比度最大之后，需要再次使调焦透镜移动至最大对比度的位置。因此，焦点检测需要时间，并且难以进行高速操作。
为了解决该问题，提出了能够通过将相位差检测功能并入摄像元件来在使用该摄像元件作为焦点检测元件的同时直接获得摄像镜头的焦点偏移量的技术。
例如，在日本特开2000-156823中，通过使光接收单元的感光区域相对于片上微透镜的光轴偏心来向摄像元件中的一部分光接收元件赋予光瞳分割功能。这些像素按预定间隔配置在摄像元件中，从而实现相位差检测功能。
日本特开2010-219958公开了以下技术：焦点检测像素配置在间隔剔除读出时进行了间隔剔除的行上。在显示运动图像的情况下，读出并显示间隔剔除后的行以读出运动图像显示所需的行。此外，进行垂直扫描以读出同一帧中配置有焦点检测像素的行。另外，在运动图像显示所需的行和配置有焦点检测像素的行之间切换累积时间。因此，进行累积控制以实现这些行的适当曝光。通过该控制，还可以确保焦点检测像素的高S/N比。
然而，上述日本特开2000-156823所公开的传统技术具有如下三个读出模式：读出所有像素的静止图像模式、读出各自仅包括摄像像素的行的间隔剔除读出模式、以及仅读出焦点检测像素的测距读出模式。在电子取景器模式和运动图像模式中，通过间隔剔除读出来提高运动图像的帧频。然而，由于没有读出焦点检测像素，因此无法进行使用相位差方法的高速焦点检测。
日本特开2010-219958所公开的传统技术公开了在对像素进行间隔剔除的情况下读出这些像素的读出方法中的垂直隔行扫描。在根据针对最近的静止图像最优化的多像素摄像元件生成运动图像的情况下，优选按各种间隔剔除率获取运动图像数据。然而，迄今为止尚未考虑该情况。
例如，将考察如下两种模式：间隔剔除率相对较低以获得记录像素数大的高分辨率运动图像数据的模式；以及间隔剔除率相对较高以获得帧频高的运动图像数据的模式。在这种情况下，如果对配置有焦点检测像素的行进行与针对摄像像素的间隔剔除读出相同的间隔剔除读出，则根据相位差检测像素的配置密度，可以对来自有意配置的焦点检测像素的输出进行间隔剔除但可能无法进行读出。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而做出的，并且在运动图像的显示期间进行基于相位差方法的焦点检测的情况下，通过高效地读出来自焦点检测像素的输出来实现高速焦点检测。
根据本发明的第一方面，提供一种摄像设备，包括：摄像单元，其包括摄像像素和焦点检测像素，所述摄像像素排列成二维的阵列，以及所述焦点检测像素配置在所述摄像像素的所述阵列的一部分中；以及控制单元，用于进行控制，以读出摄像线的像素信号和焦点检测线的像素信号，所述摄像线包括各自用于输出图像生成所使用的信号的摄像像素，以及所述焦点检测线包括所述焦点检测像素，其中，所述控制单元在所述摄像线和所述焦点检测线之间，使间隔剔除方法和相加方法的其中一个方法改变。
根据本发明的第二方面，提供一种摄像设备，包括：摄像元件，其包括用于拍摄被摄体图像的多个摄像像素、以及配置在所述多个摄像像素的排列中的焦点检测像素；以及读出控制单元，其包括第一读出模式和第二读出模式，其中在所述第一读出模式中，按预定间隔剔除率来对所述摄像元件的像素进行间隔剔除并且读出所述像素的信号，以及在所述第二读出模式中，按比所述预定间隔剔除率高的间隔剔除率来对所述摄像元件的像素进行间隔剔除并且读出所述像素的信号，所述读出控制单元用于在所述第一读出模式和所述第二读出模式的图像生成所用的读出中，进行控制以不读出所述摄像元件的配置有所述焦点检测像素的行，其中，所述读出控制单元在所述第一读出模式和所述第二读出模式中，在进行用于进行图像生成所用的读出的第一垂直扫描之前或之后，进行用于读出所述摄像元件的配置有所述焦点检测像素的行的第二垂直扫描。
根据本发明的第三方面，提供一种摄像设备的控制方法，所述摄像设备包括摄像元件，所述摄像元件包括用于拍摄被摄体图像的多个摄像像素以及配置在所述多个摄像像素的排列中的焦点检测像素，所述控制方法包括以下步骤：读出控制步骤，用于进行控制，以在第一读出模式和第二读出模式的图像生成所用的读出中，不读出所述摄像元件的配置有所述焦点检测像素的行，其中所述读出控制步骤包括所述第一读出模式和所述第二读出模式，在所述第一读出模式中，按预定间隔剔除率来对所述摄像元件的像素进行间隔剔除并且读出所述像素的信号，以及在所述第二读出模式中，按比所述预定间隔剔除率高的间隔剔除率来对所述摄像元件的像素进行间隔剔除并且读出所述像素的信号，其中，在所述读出控制步骤中，在所述第一读出模式和所述第二读出模式中，在进行用于进行图像生成所用的读出的第一垂直扫描之前或之后，进行用于读出所述摄像元件的配置有所述焦点检测像素的行的第二垂直扫描。
根据本发明的第四方面，提供一种摄像设备的控制方法，所述摄像设备包括摄像单元，所述摄像单元包括摄像像素和焦点检测像素，所述摄像像素排列成二维的阵列，以及所述焦点检测像素配置在所述摄像像素的所述阵列的一部分中，所述控制方法包括以下步骤：控制步骤，用于进行控制，以读出摄像线的像素信号和焦点检测线的像素信号，所述摄像线包括各自用于输出图像生成所使用的信号的摄像像素，以及所述焦点检测线包括所述焦点检测像素，其中，在所述控制步骤中，在所述摄像线和所述焦点检测线之间，使间隔剔除方法和相加方法的其中一个方法改变。
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
图1是示出根据本发明的第一实施例的摄像设备的框图；
图2A和2B是示出根据本发明的第一实施例的摄像设备的机构的图；
图3是示出根据第一实施例的摄像设备中的DSP的内部块的框图；
图4A和4B是示出摄像元件的像素配置的图；
图5A和5B是各自示出摄像元件的相位差检测像素的构造的图；
图6是示出摄像元件的像素的构造的电路图；
图7是示出摄像元件的结构的图；
图8是示出摄像设备中获得静止图像时的操作的图；
图9A～9C是示出摄像设备中的第一运动图像获得模式时的操作的图；
图10A～10C是示出摄像设备中的第二运动图像获得模式时的操作的图；
图11A～11C是示出摄像设备中的运动图像获得模式时的读出像素的图；
图12A～12C是示出摄像设备中的运动图像获得模式时的读出像素的图；
图13是示出摄像设备的操作的流程图；
图14是示出摄像设备中获得静止图像时的操作的流程图；
图15是示出摄像设备中获得运动图像时的操作的流程图；
图16A～16C是示出根据第二实施例的摄像设备中的运动图像获得模式时的读出像素的图；
图17A和17B是示出第三实施例中所使用的摄像元件的像素配置的图；
图18是用于说明根据第三实施例的全像素读出模式下的读出操作的图；
图19A～19C是用于说明根据第三实施例的针对运动图像的高分辨率模式下的读出操作的图；以及
图20A～20C是用于说明根据第三实施例的针对运动图像的高速模式下的读出操作的图。
具体实施方式
现在将参考附图来详细说明本发明的实施例。
第一实施例
图1是示出根据本发明的第一实施例的摄像设备的框图。根据本实施例的摄像设备包括CMOS摄像元件101、AFE(模拟前端)102、DSP(数字信号处理器)103、时序发生器(TG)104和CPU105。注意，CMOS摄像元件101内置有根据ISO感光度来切换增益的放大电路(未示出)。
AFE102内置有用于将来自摄像元件101的模拟信号转换成数字信号的A/D转换器，并且具有对黑电平偏移进行钳位的功能。DSP103对从AFE102输出的数据信号进行各种校正处理、显影处理和压缩处理。DSP103进行针对诸如ROM106和RAM107等的各种存储器的访问处理、向着记录介质108的图像数据的写入处理、以及针对LCD114的各种数据的显示处理等。DSP103还可以对RAM107上的图像数据进行各种校正处理。
DSP103进行CMOS摄像元件101中所产生的各种噪声成分和缺陷像素的检测、以及缺陷像素和相位差检测像素的校正处理等。此外，DSP103包括用于对相位差检测像素周围的相邻像素进行校正处理的校正块以及用于通过使用来自相位差检测像素的输出来计算自动调焦信息的AF计算块，后面将说明这两者的详情。
TG104在CPU105的控制下将时钟信号和控制信号供给至摄像元件101、AFE102和DSP103。TG104与DSP103协作生成与CMOS摄像元件101的各种读出模式相对应的定时信号。
CPU105进行例如DSP103和TG104的控制、测光、以及使用来自独立于摄像元件(未示出)并且进行相位差AF的测距元件的输出的AF。此外，CPU105控制诸如使用自动调焦信息的AF等的照相机功能，其中该自动调焦信息是使用来自内置于摄像元件101的相位差检测像素的输出所计算出的。
例如，电源开关109、第一级的快门开关SW1110、第二级的快门开关SW2111、模式拨盘112和ISO感光度设置开关113连接至CPU105。CPU105执行与这些开关和拨盘的设置状态相对应的处理。
ROM106存储摄像设备的控制程序(即，CPU105要执行的程序)、以及各种校正数据等。ROM106通常由闪速存储器构成。RAM107被配置成与ROM106相比可以更加快速地进行访问。RAM107用作为工作区域，并且临时存储DSP103要处理的图像数据等。
作为记录介质108，例如，使用用于保存所获得的图像数据的存储卡。记录介质108经由例如连接器(未示出)连接至DSP103。
用户在启动摄像设备时操作电源开关109。在第一级的快门开关SW1接通的情况下，摄像设备执行包括测光处理和测距处理的摄像之前的预处理。在第二级的快门开关SW2接通的情况下，摄像设备开始用以驱动镜和快门(未示出)、并且将摄像元件101所拍摄到的图像数据经由AFE102和DSP103写入记录介质108上的一系列摄像操作。使用模式拨盘112来设置摄像设备的各种操作模式。使用ISO感光度设置开关113来设置摄像设备的摄像ISO感光度。LCD114显示照相机信息，并且重放和显示所获得图像或者显示运动图像数据。
接着，将参考图2A和2B来说明摄像设备的机械结构。图2A和2B是示出用作根据本实施例的摄像设备的数字单镜头反光照相机的结构的侧视截面图。该照相机采用使用光学取景器以获得静止图像的状态、以及在获得运动图像或使用实时取景时镜上升且快门打开的状态。图2A示出使用光学取景器的状态。图2B示出在获得运动图像并且使用实时取景时镜上升且快门打开的状态。
在如图2A所示、使用静止图像所用的光学取景器的情况下，将摄像镜头202安装在照相机本体201的前面。摄像镜头202是可更换的，并且照相机本体201和摄像镜头202经由安装触点组203电连接。在摄像镜头202内配置有光圈204和焦点调整透镜组(调焦透镜)205，并且由镜头控制装置206来控制这两者。
主镜207是半透半反镜。在图2A的光学取景器状态下，主镜倾斜地配置在摄像光路上，并且将来自摄像镜头的光反射至取景器光学系统。透过光经由辅助镜208入射到AF单元209。AF单元209是符合相位差检测方法的AF传感器。尽管将省略针对相位差AF的详细说明，但通过基于检测结果控制摄像镜头202的焦点调整透镜组205来进行AF操作。
附图标记101表示摄像元件；并且附图标记210表示焦平面快门。焦平面快门210通常关闭，并且仅在摄像时所指定的秒数内才打开。附图标记211表示聚焦板；并且附图标记212表示用于改变光路的五棱镜。附图标记213表示用户观察聚焦板并且可以确认被摄体图像所经由的目镜透镜组。
在与释放按钮(未示出)同步地半按下并接通SW1110的情况下，进行诸如AE和AF等的摄像准备操作。在全按下并接通SW2111的情况下，主镜207和辅助镜208工作以从光路退避，然后焦平面快门在预定时间内打开以对摄像元件101进行曝光。
图2B示出使用实时取景或运动图像时的状态。在利用拨盘(未示出)切换模式以设置例如实时取景状态的情况下，与获得静止图像相同，主镜207和辅助镜208工作以从光路退避并且保持该状态。焦平面快门210也保持打开状态以始终对摄像元件101进行曝光。将从摄像元件101获得的信号显示在LCD(未示出)上，从而实现实时取景模式。
可以在该状态下记录运动图像以应对运动图像模式。在这种情况下，由于辅助镜也已退避，因此没有被摄体图像入射到AF单元并且使用AF单元的相位差AF变得不可能。由于主镜也已退避，因此用户无法通过使用光学取景器来确认被摄体图像。
图3是示出DSP103的内部块的框图。除用作上述图像处理的基础的显影块1001和压缩块1002以外，DSP103还包括存储器控制块1003、记录介质控制块1004和LCD显示控制块1005。此外，DSP103包括：AF块1006，用于根据来自相位差检测元件的输出来计算自动调焦信息；以及通信控制块1007，用于将该信息发送至CPU105并且通常进行与CPU105的双方向通信。
DSP103还包括图像校正块1008，其中该图像校正块1008用于在进行图像生成时，数字地校正感光度或黑电平相对于摄像元件的理想状态的误差。另外，DSP103还包括AF校正块1009，其中该AF校正块1009用于在将数据发送至AF块1006之前，数字地校正感光度或黑电平相对于相位差检测像素的理想状态的误差、以及诸如摄像时的摄像镜头的焦距和f值等的光学条件。
接着将说明图1所示的摄像设备中的摄像元件101的像素构造。图4A和4B示出本实施例中所使用的摄像元件101的像素配置。图4A和4B示出摄像元件上的像素的配置。在图4A和4B中，R表示配置有红色滤色器的正常像素(摄像像素)，并且G和B分别表示配置有绿色滤色器和蓝色滤色器的正常像素。这里，提取出摄像元件的水平方向上的24个像素×垂直方向上的15个像素并且进行说明。然而，通过在水平方向和垂直方向上重复该配置模式来基本形成整个摄像元件。
在图4A和4B中，S1和S2表示配置在正常像素的排列中的相位差检测像素(焦点检测像素)。如图5A所示，S1包括微透镜501、下方的平坦化层502、光电二极管504和遮光用布线层503。像素S1是第一相位差检测像素，其中在该像素S1中，在像素上的遮光用布线层503中形成有用于调节入射光的入射方向的狭缝。该狭缝的中心位置相对于该像素的光轴中心505向左偏移了相位506。
如图5B所示，S2是通过如下方式所形成的：使得用于在像素上利用诸如铝布线层等的遮光膜来调节入射光的入射方向的狭缝在与图5A所示的调节方向不同的方向上进行偏移。该狭缝的中心位置相对于该像素的光轴中心505向右偏移了相位507。像素S2中的偏移量的绝对值等于像素S1中的偏移量的绝对值，尽管仅方向是不同的。像素S2是第二相位差检测像素。
如图4A所示，相位差检测像素的狭缝的相位移位方向相同的像素S1的像素组配置在给定行Vn+1上。像素S2的像素组配置在下方的行Vn+2上。这两个行形成一个AF框(AF区域)。可以通过根据从各相位的相位差检测像素组生成的这两组图像数据检测相位差，来计算与相对于被摄体的距离有关的信息。更具体地，像素S1规则地排列在水平方向上，并且将这些像素的组所获取到的被摄体图像定义为A图像。像素S2同样规则地排列在水平方向上，并且将这些像素的组所获取到的被摄体图像定义为B图像。通过检测A图像和B图像的相对位置，可以检测到被摄体图像的焦点偏移量(散焦量)。
接着，将参考图6来说明本实施例中的CMOS摄像元件101的操作。图6示出CMOS摄像元件101的一个像素的电路结构。在图6中，附图标记601表示光电二极管(以下称为PD)；以及附图标记602和603表示用于将累积在PD601中的信号电荷转换成电压的浮动扩散放大器。浮动扩散放大器602是浮动扩散电容器(FD)，并且浮动扩散放大器603是MOS晶体管的放大器。传送门(TX)604用于将PD中的电荷传送至FD。复位门(RES)605用于复位PD601。晶体管(SEL)606用于选择像素，共通信号线607用于控制TX，共通信号线608用于控制RES，垂直输出线609用于输出从FD放大器所输出的电压，并且信号线610用于控制SEL。
图7是示出CMOS摄像元件101的整体结构的图。在像素部701中，图4A和4B所示的基本块重复地配置在水平方向和垂直方向上。图7示出作为像素部701的一部分的从Vn开始的块702和从Vm开始的部分块703。注意，各像素采用图5A或5B所示的构造。图7的阴影像素部分704表示遮光光学黑部(OB部)。该OB部被配置成邻接像素部701，并且用于定义所获得图像的黑色。OB数据基于噪声具有0以上的有效值，并且OB数据的平均值也变为0以上的值。在假定所获得图像中混入与OB数据的噪声相同的噪声的情况下，所获得图像中具有最小值的像素的值不为0而是等于或大于OB数据的平均值。因此，通过从所获得图像中减去OB数据的平均值，可以将没有利用光照射的像素的值校正为近似0。利用来自配置在水平方向上的VOB部的输出信号来校正各列的像素信号的偏差。利用来自配置在垂直方向上的HOB部的输出信号来校正各行的像素信号的偏差。
垂直扫描电路705可以通过顺次输出扫描信号，针对各行来控制累积/读出。这些信号包括用于选择像素块的V1～V24。该垂直扫描电路接收用于控制垂直扫描时的操作的间隔剔除设置信号。
信号选择电路706接收从时序发生器所供给的复位信号RES、传送信号TX和选择信号SEL，并且将上述像素控制信号输出至由从垂直扫描电路705输出的扫描信号所指定的行。在从所选择的行读出信号时，信号累积电路707累积来自各像素的经由垂直输出线的输出。
水平扫描电路708顺次选择信号累积电路中所累积的像素信号，并且将这些像素信号输入至输出放大器709以将这些像素信号输出至CMOS的外部。来自水平扫描电路的输出包含用于选择像素块的各列的H1和H24。将用于进行水平扫描时的间隔剔除操作和跳过扫描的设置信号供给至水平扫描电路。此外，从垂直扫描电路705供给用于对特定行进行切换控制的控制信号710从而控制针对特定行的操作。
图8是用于说明根据本实施例的摄像设备中的读出操作的图。该读出操作假定用于读出静止图像的全像素读出模式下的操作。在图8中，横轴表示时间的经过，并且与各行相对应的框表示进行各行的读出操作的时间。框中的阴影部分表示进行OB部704的读出。
以下说明假定了运动图像模式根据模式拨盘112包括“高分辨率模式”和“高速模式”，其中在该“高分辨率模式”中，在水平方向和垂直方向这两者上针对每三个像素进行间隔剔除读出，以及在该“高速模式”中，在水平方向上针对每三个像素并且在垂直方向上针对每五个像素进行间隔剔除读出。尽管通过摄像元件的读出方法进行定义，但“高分辨率模式”将记录像素数较大的高分辨率运动图像数据作为最终运动图像的输出格式进行处理。“高速模式”通常将帧频较高的运动图像数据作为最终运动图像的输出格式进行处理。
例如，通过在“高分辨率模式”中设置运动图像大小为1920×1080的30fps的输出并且在“高速模式”中设置运动图像大小为1080×720的60fps的输出，来获得适合各读出方法的输出格式。
在用作第一模式的“高分辨率模式”中，在垂直方向上针对每三个像素进行读出，因而在图4A的基本块中读出各自由双重线所包围的像素输出。更具体地，读出水平方向上的列Hn+1、Hn+4、Hn+7、Hn+10、Hn+13、Hn+16、Hn+19和Hn+22的像素以及垂直方向上的行Vn、Vn+3、Vn+6、Vn+9和Vn+12的像素。该关系同样适用于在垂直方向上从Vm开始的块。
在这种情况下，仅通过正常间隔剔除操作，配置有相位差检测像素的第(Vn+1)行和第(Vn+2)行在垂直方向上被间隔剔除但在图像部分中没有被读出。然而，在本实施例中，在用以通过间隔剔除操作读出正常像素的第一垂直扫描结束之后，进行用以再次仅读出各像素块内的配置有相位差检测像素的行的第二垂直扫描操作。图9A～9C示出这种状态。
在图9A～9C中，与图8相同，横轴表示时间的经过，并且与各行相对应的框表示进行各行的读出操作的时间。框中的阴影部分表示进行OB部704的读出。在用以读出直至第(Vend-2)行为止的行的第一扫描结束之后，目标行返回至第(Vn+1)行并且读出操作继续。在用以读出第(Vn+2)行、以及用作下一基本块的相位差检测像素配置行的第(Vm+1)行和第(Vm+2)行的第二扫描完成时，结束一帧的读出所用的垂直扫描。
本实施例例示了从Vn开始的块和从Vm开始的块作为包含相位差检测像素的块的示例。然而，可以任意设置块数和各块内的相位差检测行的配置。在任意配置中，在对行进行间隔剔除的情况下读出正常像素、然后对配置有相位差检测像素的行进行读出扫描，这就足够了。如图9B所示，按读出时间的顺序重排这些像素，并且读出后的像素数据配置为如图9C所示。
配置有相位差检测像素的行的图像数据对于读出运动图像时的图像生成而言是不必要的。DSP103内的显影处理块1001和压缩块1002通过使用间隔剔除读出期间最初从摄像元件读出的图像数据来生成图像。然后，DSP103内的AF块1006通过使用来自后续的相位差检测行的图像数据来仅进行焦点检测处理。
在图9A～9C中，各行的读出时间短于图8所示的读出时间。这表示通过水平间隔剔除操作减少了各行的读出像素数，并且即使以相同的读出速度读出像素，每行的读出时间也缩短。通过利用水平间隔剔除操作和垂直间隔剔除操作减少读出像素数，可以实现运动图像的期望帧频。
接着，将说明利用模式拨盘112选择用作第二模式的“高速模式”的情况。在这种情况下，由于在垂直方向上针对每五个像素进行读出，因此如图4B所示，在图4A的基本块中读出各自由双重线所包围的像素输出。
更具体地，在水平方向上与“高分辨率模式”相同读出列Hn+1、Hn+4、Hn+7、Hn+10、Hn+13、Hn+16、Hn+19和Hn+22的像素，并且在垂直方向上读出行Vn、Vn+5和Vn+10的像素。该关系同样适用于在垂直方向上从Vm开始的块。在这种情况下，与上述的“高分辨率模式”相同，仅通过正常间隔剔除操作，配置有相位差检测像素的第(Vn+1)行和第(Vn+2)行在垂直方向上被间隔剔除但没有被读出。
然而，在本实施例中，在用以通过间隔剔除操作读出正常像素的第一垂直扫描结束之后，进行用以再次仅读出各像素块内的配置有相位差检测像素的行的第二垂直扫描操作。
图10A～10C示出该状态。在图10A～10C中，与图8相同，横轴表示时间的经过，并且与各行相对应的框表示进行各行的读出操作的时间。框中的阴影部分表示进行OB部704的读出。
在用以读出直至第(Vend-5)行为止的行的第一扫描结束之后，目标行返回至第(Vn+1)行并且读出操作继续。在用以读出第(Vn+2)行、以及用作下一基本块的相位差检测像素配置行的第(Vm+1)行和第(Vm+2)行的第二扫描完成之后，结束一帧的读出所用的垂直扫描。如10B所示，按读出时间的顺序重排这些像素，并且读出后的像素数据配置为如图10C所示。
由于与上述的“高分辨率模式”的情况相比、垂直间隔剔除计数较大，因此垂直方向上的读出像素数减少并且图像的分辨率下降。然而，可以在较短时间内读出整个画面。
注意，相位差检测像素配置在“高分辨率模式”和“高速模式”这两者的间隔剔除读出时在第一扫描的时间段内没有进行读出的行上。正常像素部的水平间隔剔除处理与上述相同。将说明针对相位差检测像素配置行的水平扫描。以下示例进行了如下假定：与水平扫描的状态无关地，在无需在水平方向上进行间隔剔除的情况下，始终读出OB部704中的配置在各行开头的水平OB部内的所有像素。
如果对相位差检测像素配置行进行与针对正常行的间隔剔除处理相同的间隔剔除处理，则要实际读出的像素是图11A中各自由粗线框所包围的像素。更具体地，仅配置作为图11A所示的水平方向上的24个像素的一半的12个相位差检测像素S1，但仅读出这12个像素的1/3即四个像素。同样，在下一行上仅配置作为水平方向上的24个像素的一半的12个相位差检测像素S2，但也仅读出这12个像素的1/3即四个像素。图11B示出要从图像整体读出的区域之间的关系。利用各自由粗线框所包围的行来表示正常像素，并且将相位差检测像素配置行表示为各自由阴影双重线框所包围的行。
与正常像素行相同，通过针对每三个像素对画面整体进行间隔剔除和读出，相位差检测像素中的读出像素数减少。然而，可以读出画面整体的相位差检测像素。图11C示出配置所读出的像素的结果。
如图11C所示，在水平方向和垂直方向这两者上将正常像素间隔剔除为1/3，并且在正常像素的下方读出相位差检测像素行。当然，在正常行和相位差检测行上在水平方向上要读出的像素数相等。由于要实际读出的相位差检测像素的数量减少为原来配置的像素数的1/3，因此相位差检测精度大幅下降。
为了增加要实际读出的相位差检测像素的数量，本实施例采用不对相位差检测像素配置行进行水平间隔剔除读出的方法。具体地，使像素跳至水平方向上的任意坐标。然后，如正常读出那样读出所有像素，并且跳过从读出结束位置到最终像素的像素。将说明该读出方法。
在这种情况下，在扫描配置有相位差检测像素的行的情况下，垂直扫描电路705利用设置信号710将表示当前行是否是相位差检测像素配置行的信息供给至水平扫描电路708。如果水平扫描电路708根据设置信号710判断为当前行不是相位差检测像素配置行，则水平扫描电路708按通过间隔剔除设置所设置的间隔剔除率(在这种情况下为针对每三个像素的1/3间隔剔除)来进行水平扫描。如果水平扫描电路708根据设置信号710判断为当前行是相位差检测像素配置行，则水平扫描电路708忽视间隔剔除设置信号，并且切换至如下操作：在由通过跳过设置所设置的读出开始位置和读出结束位置指定的区域内进行全像素扫描，并且跳过针对前后区域的读出。
在这种情况下，在跳过之后读出目标块的情况下，如图12A所示，要实际读出的像素是各自由粗线框所包围的所有像素。可以读出作为图12A所示的水平方向上的24个像素的一半的所有12个相位差检测像素S1、以及同样作为图12A所示的水平方向上的24个像素的一半的所有12个相位差检测像素S2。图12B示出要从图像整体读出的区域之间的关系。利用各自由粗线框所包围的行来表示正常像素，并且将相位差检测像素配置行表示为各自由阴影双重线框所包围的行。
不同于正常像素行，不进行间隔剔除读出。因而，如果在水平方向上要读出画面整体，则像素数变为正常行的像素数的三倍，并且读出时间也变为正常行的读出时间的三倍。在一般的摄像系统中，仅针对特定行改变水平同步时间段是非常困难的。如果调整读出时间以与整行读出时间匹配，则读出时间大幅增加，这导致原来的进行间隔剔除读出以确保高帧频这一优点丢失。
为了减少相位差检测像素读出行的读出像素数，垂直扫描电路705利用用于设置配置有相位差检测行的行的设置信号710来向水平扫描电路708指示配置有相位差检测像素的行。通过跳过设置来指定该行上的水平扫描开始和结束位置，以跳过开始位置之前的像素和结束位置之后的像素，由此不进行水平扫描。此时，对水平扫描电路进行设置，以使得要进行水平扫描的像素数变为水平方向上的像素数的1/3，从而大致等于正常行的读出像素数。在选择画面在水平方向上的中心附近作为这种情况下的读出位置时，如图12B所示读出像素，并且所读出的像素配置为如图12C所示。
如图12C所示，在水平方向和垂直方向这两者上将正常像素间隔剔除为1/3，并且在正常像素的下方读出相位差检测像素行。相位差检测行的在水平方向上要读出的像素数尽管依赖于水平扫描电路的设计，但可以被设置为大致等于正常行的在水平方向上要读出的像素数。然而，即使相位差检测行的在水平方向上要读出的像素数是不同的，也可以调整成与任何水平同步时间段匹配，因此可以在不会对帧频产生极大影响的情况下进行设置。
在这种情况下，尽管作为相位差检测像素所准备的像素局限于画面内的部分区域，但可以在无需进行间隔剔除的情况下读出这些像素。因而，可以获得当初期望的相位差检测性能。
在相位差检测像素配置行上，在水平方向上要一次读出的像素数局限于画面内的一部分。然而，通过切换跳过位置，可以针对每个读出操作读出水平方向上的任意位置处的像素，以进行相位差检测操作。
注意，本实施例以能够跳过直至任意列为止的列和任意列之后的列的水平扫描电路为前提说明了跳过位置的设置。然而，并非必须始终进行针对任意列的跳过位置的设置。例如，在本实施例中，可以以用作本实施例的基本单位的水平方向上的24个像素为单位来确定跳过位置。可选地，可以以各自包括24个像素的24×n个块为单位来设置跳过位置。仅需读出包含要经过相位差检测的区域的相位差检测像素。无需说明，由于针对水平扫描电路、能够选择跳过位置的选择项变少，因此可以抑制水平扫描电路自身的规模以及诸如跳过位置选择电路等的摄像元件的周边电路的规模的增大。
为了便于说明，本实施例采用在水平扫描和垂直扫描中对像素进行间隔剔除并且读出像素的方法。然而，也可以在摄像元件中对多个像素的像素信号进行平均以输出平均值。这样可以降低信号的噪声以及间隔剔除读出所产生的折叠噪声。
在本实施例中，如果可以在正常像素区域中进行像素平均，则该平均是有效的。在对狭缝的相位变化方向相同的像素进行相加的情况下，可以在画面内对来自相位差检测像素的信号进行平均。例如，在本实施例中，在如图4A的行Vn+1那样、S1像素和G像素交替配置的情况下，可以通过水平平均来对S1像素进行平均。
然而，例如，在S1像素的配置密度低并且B摄像像素交替替换S1像素的情况下，通过水平平均来对S1像素和B摄像像素进行平均，并且无法正确地读出相位差检测像素信号。通常，在水平间隔剔除读出、跳过读出和水平平均彼此协作的情况下，电路结构变复杂。
在本实施例中，在正常像素区域内进行像素平均的情况下，设置成不进行以下操作：在画面内对来自相位差检测像素的信号进行平均。因此，可以获得摄像像素的像素相加的优点，并且可以防止电路规模的增大。
这样，在读出正常像素行的第一垂直扫描时间段和读出相位差检测像素配置行的第二垂直扫描时间段之间切换水平扫描方法。因此，尽管像素局限于画面内的部分区域，但可以维持期望的相位差检测性能。通过适当地设置水平方向上的扫描开始位置和扫描结束位置，指定任意位置时的相位差检测成为可能。
在这种情况下，除跳过以外的水平扫描操作是与静止图像的读出类似的全像素读出。因而，可以在无需大幅改变水平扫描电路的情况下相对容易地实现水平扫描操作。
接着，将参考图13的流程图来说明图1所示的摄像设备的摄像操作的概述。如果电源开关109接通(步骤S201)，则CPU105判断电池内是否剩余摄像所需的电能(步骤S202)。
如果电池内没有剩余摄像所需的电能，则CPU105将表示该情况的警告消息显示在LCD114上(步骤S211)，并且返回至步骤S201，以进行等待直到电源开关109再次接通为止。如果电池内剩余摄像所需的电能，则CPU105检查记录介质108(步骤S203)。
通过判断在摄像设备中是否安装有能够记录预定量以上的数据的记录介质108来进行该检查。如果在摄像设备中没有安装能够记录预定量以上的数据的记录介质108，则CPU105将表示该情况的警告消息显示在LCD114上(步骤S211)，并且返回至步骤S201。
如果在摄像设备中安装有能够记录预定量以上的数据的记录介质108，则CPU105进入步骤S204。CPU105判断利用模式拨盘112所设置的摄像模式是静止图像获得模式、运动图像获得模式(高分辨率模式)和运动图像获得模式(高速模式)中的哪个模式(步骤S204)。
如果设置了静止图像获得模式，则CPU105进行静止图像获得处理(步骤S205)。如果设置了运动图像获得模式，则CPU105进行运动图像获得处理(步骤S206)。
首先，将参考图14的流程图来说明图13的步骤S205中的静止图像获得的详情。在静止图像获得处理中，CPU105进行等待，直到快门开关SW1接通为止(步骤S401)。如果快门开关SW1接通，则CPU105进行用于通过使用来自测光控制单元(未示出)的测光信息来确定摄像镜头202的光圈204的f值和快门速度的测光处理。此外，CPU105进行用于通过使用来自AF单元209的测距信息来使摄像镜头202的焦点调整透镜组205聚焦于被摄体位置的自动调焦处理(步骤S402)。
CPU105判断快门开关SW2是否接通(步骤S403)。如果快门开关SW2为OFF(断开)，CPU105判断快门开关SW1的ON(接通)状态是否继续(步骤S404)。如果快门开关SW1的ON状态继续，则CPU105返回至步骤S403以判断快门开关SW2是否接通。如果快门开关SW1的ON状态没有继续，则CPU105返回至步骤S401，以进行等待直到快门开关SW1再次接通为止。如果在步骤S403中CPU105判断为快门开关SW2接通，则CPU105执行摄像处理(步骤S405)。在该摄像处理中，进行全像素读出模式的信号读出，以连续接收来自正常像素和相位差检测像素的信号。
之后，CPU105控制DSP103以对所获得的图像数据执行显影处理(步骤S406)。CPU105控制DSP103以对经过了显影处理的图像数据执行压缩处理，并且将压缩后的图像数据存储在RAM107的空闲区域中(步骤S407)。
CPU105控制DSP103以执行存储在RAM107中的图像数据的读出和向着记录介质108的记录处理(步骤S408)。然后，CPU105检查电源开关109的ON/OFF状态(步骤S409)。
如果电源开关109保持ON，则CPU105返回至步骤S401以准备进行下一摄像。如果电源开关109为OFF，则CPU105返回至图13的步骤S201，以进行等待直到该电源开关再次接通为止。
接着，将说明运动图像获得处理。在本实施例中，在摄像设备转变为运动图像获得模式的情况下，摄像设备进行打开快门、对从摄像元件101读出的图像数据进行显影、并且将该图像数据保持显示在LCD114上的监视操作。在快门开关SW2为ON期间，保持将运动图像数据记录在记录介质108上。为了从运动图像获得模式退出，使模式拨盘112的设置从运动图像获得模式改变，或者断开电源开关109。运动图像模式还包括“高分辨率模式”和“高速模式”，以使得可以切换这两者。在“高分辨率模式”中，在水平方向和垂直方向这两者上针对每三个像素读出摄像元件101上的正常像素。在“高速模式”中，在水平方向上针对每三个像素并且在垂直方向上针对每五个像素读出摄像元件101上的正常像素。可以通过根据来自CPU105的指示改变摄像元件101和TG104的设置，来进行该切换操作。
在任意模式中，在用以垂直扫描正常像素行的第一垂直扫描完成时，进行用以再次垂直扫描相位差检测像素行的第二垂直扫描。在相位差检测像素行的读出中，进行参考图12A～12C所述的读出操作，以在水平方向上执行与各模式相对应的预定跳过操作，并且在无需进行间隔剔除的情况下在除跳过区域以外的区域中执行水平扫描。在这种情况下，读出像素数在“高分辨率模式”中变为约1/9并且在“高速模式”中变为约1/15，从而大幅缩短了读出时间。以下说明是“高分辨率模式”和“高速模式”共通的。
将参考图15的流程图来说明图13的步骤S206中的运动图像获得处理的详情。
CPU105设置利用模式拨盘112所选择的运动图像模式(步骤S300)。CPU105进行主镜207和辅助镜208的镜上升操作以及焦平面快门210的打开操作(步骤S302)。因此，如图2B所示，被摄体图像始终入射到摄像元件101。
然后，CPU105判断快门开关SW2是否已接通(步骤S303)。如果快门开关SW2已接通，则CPU105开始进行用于将运动图像数据写入记录介质108上的记录操作(步骤S305)。如果快门开关SW2为OFF，则CPU105在将运动图像数据写入记录介质108上的记录操作处于执行中的条件下停止该记录操作(步骤S304)。也就是说，CPU105在快门开关SW2为ON期间，继续运动图像数据的记录处理，并且在快门开关SW2断开的情况下，停止运动图像数据的记录处理。为了安全性，即使快门开关SW2没有断开，在经过了预定时间时或者在记录介质108的容量不足的情况下，也可以停止记录操作。
在进行步骤S304或S305的处理之后，CPU105进行曝光调整以进行用于重复向着LCD114的图像数据的监视显示的监视操作(步骤S306)。在该曝光调整中，根据紧挨曝光调整之前所获得的图像数据来判断曝光量，并且设置镜头的光圈204和AFE102的内部增益以获得适当的曝光量。然而，在最初获得运动图像时不存在紧前数据。因而，将镜头的光圈204和AFE102的内部增益设置为初始值。
之后，CPU105进行摄像处理(步骤S307)。在获得运动图像时，摄像元件101根据来自TG104的驱动信号来重复地执行电荷去除、累积和读出。摄像元件101通过在“高分辨率模式”下将正常像素行间隔剔除为1/3、或者在“高速模式”下将正常像素行在垂直方向上间隔剔除为1/5并且在水平方向上间隔剔除为1/3，来读出正常像素行。在正常像素扫描完成时，摄像元件101进行如下操作：跳过直至水平方向上的预定位置为止的相位差检测像素行，然后读出从该位置起直至读出结束位置的所有像素。按预定的帧频来重复进行正常像素的读出和相位差检测像素的读出。在该定时，还指定了相位差检测像素配置行上的跳过位置。该位置是根据进行AF的区域所指定的。此外，仅将在所读出的摄像元件中的第二垂直扫描时间段期间出现的相位差检测像素输出输入至DSP103内的AF校正块1009。AF校正块1009进行各像素的校正和与摄像时的光学条件相对应的校正，并且将校正结果传送至AF块1006。AF校正块1009基于来自形成有不同相位的狭缝的两种像素S1和S2的输出来计算自动调焦信息。CPU105接收该计算结果，并且通过控制摄像镜头202内的焦点调整透镜组205的位置来进行自动调焦控制。
对摄像元件中的第一垂直扫描时间段内出现的正常像素输出进行利用显影块1001的针对摄像元件的缺陷像素的校正处理(步骤S308)、以及显影处理(步骤S309)。此外，压缩块1002进行压缩处理(步骤S310)，并且通过使用LCD显示控制块1005将该处理结果显示在LCD114上(步骤S311)。通过以显示所需的帧频重复该操作，运动图像所用的操作成为可能。
如果电源开关109为OFF(步骤S312)，则CPU105进行运动图像结束处理(步骤S314)，并且返回至图13的步骤S201。如果电源开关109保持ON(步骤S312)，则CPU105检查模式拨盘112(步骤S313)。
如果模式拨盘112保持处于运动图像模式，则CPU105返回至步骤S303。如果将模式拨盘112切换为静止图像模式，则CPU105进行运动图像结束处理(步骤S315)，并且返回至图13的步骤S204。
在步骤S314和S315的运动图像结束处理中，如果记录操作处于执行中，则停止记录操作，停止摄像元件101的驱动，并且停止DSP103的读出处理。此外，关闭焦平面快门210，并且进行主镜207和辅助镜208的镜下降操作。
如上所述，在运动图像模式中，使用通过前半部分的第一垂直扫描所读出的正常像素区域来生成运动图像。另外，使用来自通过后半部分的第二垂直扫描所读出的相位差检测像素的输出来计算自动调焦信息。这样可以在提高图像数据的质量的情况下，实现仅使用来自相位差检测像素的输出的自动调焦控制。
由于按(图像生成用数据)(相位差检测用图像数据)的顺序来输出图像数据，因此也可以使处理内容在时间方向上分离。这样省去了进行用于从图像生成用数据中提取相位差检测像素、并且将这些像素其中之一分配至显影处理并将另一个分配至相位差检测计算所用的AF块的传统处理所需的劳动。对来自相位差检测像素的数据进行校正从而生成图像数据的处理也变得不必要，从而大幅提高处理效率。
在根据本实施例的获得运动图像时的摄像元件的读出方法中，在“高分辨率模式”和“高速模式”这两者中，相位差检测像素被配置成这些相位差检测像素的输出没有出现在运动图像生成区域中。因而，无需担心由于各自展示与正常像素的输出不同的输出的相位差检测像素所引起的图像质量的下降。此外，尽管区域受到限制，但可以以期望的精度检测到相位差。
根据本实施例，在运动图像模式中，通过前半部分的第一垂直扫描来读出来自正常像素的输出以生成运动图像，并且通过后半部分的第二垂直扫描来读出来自相位差检测像素的输出以计算自动调焦信息。然而，可以改变该处理，以使得首先通过第二垂直扫描读出来自相位差检测像素的输出以计算自动调焦信息，然后通过第一垂直扫描读出来自正常像素的输出以生成运动图像。改变后的处理的优点在于：由于首先可以检测到自动调焦信息，因此能够更加快速地驱动镜头。可以通过仅改变垂直扫描电路的扫描顺序来容易地改变该处理。CPU105还可以针对各帧等，来设置并切换首先进行第一垂直扫描和第二垂直扫描中的哪一个。
第二实施例
以下将说明根据本发明的第二实施例的摄像设备。第二实施例与第一实施例的不同之处在于：通过进一步改善获得运动图像时的相位差检测像素配置行的水平扫描方法来提供更加高效的相位差检测像素读出方法。因此，第二实施例与第一实施例的不同之处在于第一实施例中参考图12A～12C所述的部分。除了水平扫描方法以外，第二实施例与第一实施例是共通的，因而将参考图16A～16C来说明与第一实施例中的图12A～12C相对应的操作。
在如图11A～11C所示、与正常像素相同地进行用于在水平方向上将相位差检测像素配置行间隔剔除为1/3的读出操作的情况下，要实际读出的相位差检测像素的数量减少为原本配置的像素数的1/3。结果，相位差检测精度大幅下降。
在第一实施例中，在水平方向上连续读出相位差检测像素，由此不会使相位差检测精度下降。在这种情况下，难以读出水平方向上的所有像素，因而不得不将像素局限于水平方向上的部分区域。
为了进一步增大要读出的相位差检测像素的区域，第二实施例进行使相位差检测像素配置行上的相位差检测像素的配置为最佳的水平间隔剔除读出。因而，可以确保水平方向上的最大可读区域。以下说明假定了在正常像素的读出时使用在垂直方向上将像素间隔剔除为1/3的“高分辨率模式”。
在这种情况下，在扫描配置有相位差检测像素的行的情况下，垂直扫描电路705利用设置信号710将表示当前行是否是相位差检测像素配置行的信息供给至水平扫描电路708。在本实施例中，向该信息进一步添加能够判断配置有像素S1的行和配置有像素S2的行中的哪个行是相位差检测像素配置行的信息。
如果水平扫描电路708根据设置信号710判断为当前行不是相位差检测像素配置行，则水平扫描电路708以通过间隔剔除设置所设置的间隔剔除率(在这种情况下为针对每三个像素的1/3间隔剔除)来进行水平扫描。如果水平扫描电路708根据设置信号710判断为当前行是相位差检测像素配置行，则水平扫描电路708忽视间隔剔除设置信号，并且切换为如下操作：在由跳过设置所设置的读出开始位置和读出结束位置指定的区域内，针对每两个像素进行读出(1/2间隔剔除)。
此外，水平扫描电路708进行如下控制：判断配置有像素S1的行和配置有像素S2的行中的哪个行是相位差检测像素配置行中的目标行，然后对间隔剔除开始像素、即间隔剔除相位进行切换。在这种情况下，在跳过之后读出目标块的情况下，如图16A所示，要实际读出的像素是各自由粗线框所包围的像素。
更具体地，从行Vn+1中读出水平方向上的列Hn+1、Hn+3、Hn+5、...、Hn+21和Hn+23的像素，并且从行Vn+2中读出水平方向上的列Hn、Hn+2、Hn+4、...、Hn+20和Hn+22的像素。通过该操作，可以读出作为图16A所示的水平方向上的24个像素的一半的所有12个相位差检测像素S1和同样作为图16A所示的水平方向上的24个像素的一半的所有12个相位差检测像素S2。
图16B示出要从图像整体读出的区域之间的关系。利用各自由粗线框所包围的行来表示正常像素，并且将相位差检测像素行表示为各自由阴影双重线框所包围的行。不同于正常像素行，相位差检测像素经过1/2间隔剔除读出。如果要在水平方向上读出画面整体，则像素数变为正常行的像素数的3/2倍，并且读出需要正常行的时间的3/2倍。在一般的摄像系统中，仅针对特定行改变水平同步时间段是非常困难的。如果调整读出时间以与全行读出时间匹配，则该读出时间大幅增加，这导致原来的进行间隔剔除读出以确保高帧频这一优点丢失。
为了减少相位差检测像素读出行上的读出像素数，通过跳过设置来指定相位差检测像素行上的水平扫描开始和结束位置，由此不对开始位置之前的像素和结束位置之后的像素进行水平扫描。此时，对水平扫描电路进行设置，以使得要进行水平扫描的像素数变为水平方向上的像素数的约2/3，从而大致等于正常行上的读出像素数。设置信号710还输出表示如下内容的信息：配置有相位差检测像素S1的行和配置有相位差检测像素S2的行中的哪个行是垂直扫描电路当前选择的行。
根据该信息，水平扫描电路进行切换，以开始从例如图16A的Hn开始的水平间隔剔除操作或者从Hn+1开始的水平间隔剔除操作。在选择画面的水平方向上的中心附近作为这种情况下的读出位置时，如图16B所示读出像素，并且所读出的像素配置为如图16C所示。
如图16A～16C所示，将正常像素在水平方向和垂直方向这两者上间隔剔除为1/3，并且在正常像素的下方读出相位差检测像素行。尽管相位差检测行的在水平方向上要读出的像素数依赖于水平扫描电路的设计，但可以将该像素数设置为大致等于正常行的像素数。然而，即使相位差检测行的在水平方向上要读出的像素数是不同的，也可以调整成与任何水平同步时间段匹配，因此可以在不会对帧频产生极大影响的情况下进行设置。
尽管作为相位差检测像素所准备的像素局限于画面内的部分区域，但可以在无需对这些像素进行间隔剔除的情况下读出这些像素。因而，可以获得当初期望的相位差检测性能。
在相位差检测像素配置行上，水平方向上要一次读出的像素数局限于画面的一部分。然而，通过切换跳过位置，可以针对每个读出操作来读出水平方向上的任意位置处的像素以进行相位差检测操作。此外，可以确保该有限区域与第一实施例相比变宽。可以期待如下效果：大幅降低实际使用时切换相位差检测区域的频度。
注意，以上说明是以在正常像素的读出时在垂直方向上将像素间隔剔除为1/3的“高分辨率模式”为前提的。然而，即使在垂直方向上将像素间隔剔除为1/5的“高速模式”中，也可以通过采用相同的措施来实现水平读出。
注意，本实施例是以能够跳过直至任意列为止的列和任意列之后的列的水平扫描电路为前提说明了跳过位置的设置。然而，针对任意列的跳过位置的设置并非始终是必要的。例如，在本实施例中，以用作本实施例的基本单位的水平方向上的24个像素为单位来确定跳过位置。可选地，可以以各自包括24个像素的24×n个块为单位来设置跳过位置。仅需读出包含要经过相位差检测的区域的相位差检测像素。
无需说明，由于针对水平扫描电路、能够选择跳过位置的选项数变少，因此可以抑制水平扫描电路自身的规模以及诸如跳过位置选择电路等的摄像元件的周边电路的规模的增大。
为了便于说明，本实施例采用在水平扫描和垂直扫描中对像素进行间隔剔除并且读出像素的方法。然而，可以在正常像素区域中进行像素平均。在这种情况下，通过设置为不在画面内对来自相位差检测像素的信号进行平均，可以获得像素相加的优点并且可以维持相位差检测精度。
这样，在正常像素行和相位差检测像素配置行之间切换水平扫描方法。尽管像素局限于画面内的部分区域，但可以维持期望的相位差检测性能。通过适当地设置水平方向上的扫描开始位置和扫描结束位置，指定任意位置时的相位差检测成为可能。
如上所述，在运动图像模式中，使用前半部分在垂直方向上扫描的正常像素区域来生成运动图像。另外，使用来自后半部分在垂直方向上扫描的相位差检测像素的输出来计算自动调焦信息。这样可以在提高图像数据的质量的情况下，实现仅使用来自相位差检测像素的输出的自动调焦控制。
与第一实施例相同，由于按(图像生成用数据)(相位差检测用图像数据)的顺序来输出图像数据，因此可以使处理内容在时间方向上分离。这样省去了从图像生成用数据内提取相位差检测像素、并且将这些像素其中之一分配至显影处理并将另一像素分配至相位差检测计算所用的AF块的传统处理。对来自相位差检测像素的数据进行校正以生成图像数据的处理也变得不必要，从而大幅提高了处理效率。
即使在第二实施例中，在获得运动图像时的摄像元件的读出方法中，来自相位差检测像素的像素输出也没有出现在运动图像生成区域中。因而，无需担心由于各自展示与正常像素的输出不同的输出的相位差检测像素所引起的图像质量的下降。此外，尽管区域有限，但可以以期望精度检测到相位差。
以上已经说明了本发明的第一实施例和第二实施例。然而，本发明不限于这些实施例，并且可以在没有背离本发明的范围的情况下进行各种修改和改变。
特别地，上述实施例是以如图4A所示的相位差检测像素的配置为前提，但本发明并非始终局限于该配置。在相位差检测像素在水平方向上的配置密度大大低于水平方向的读出时的间隔剔除率的情况下，无法获得上述实施例的效果。然而，在相位差检测像素在水平方向上的配置密度较高、并且等于或高于特别是针对特定行的水平方向的读出时的间隔剔除率的情况下，提高了上述实施例的效果。
通过利用可以进行与实际配置有相位差检测像素的模式相对应的适当扫描的电路来实现水平扫描方法，可以使这些效果最大化。即使在这种情况下，也难以根据相位差检测像素的配置密度通过一次读出操作来读出所获得图像的整个区域的相位差检测像素，并且需要对该区域进行限制。然而，可以实现高的相位差检测精度和高的读出速度这两者。
此外，可以使图像生成所使用的图像数据的区域和用于检测相位差的数据的区域在时间方向上明确地分离。在后续阶段处理各数据的情况下，无需进行从图像生成用数据内提取相位差检测像素、并且将这些像素其中之一分配至显影处理并将另一像素分配至相位差检测计算所用的AF块的传统处理。对来自相位差检测像素的数据进行校正以生成图像数据的处理也变得不必要，从而大幅提高了处理效率。
第三实施例
接着，将说明根据本发明的第三实施例的摄像设备。不同于第一实施例和第二实施例，第三实施例提供如下方法，其中该方法没有将配置有第二扫描要读出的焦点检测像素的行连续地配置在垂直方向上，由此抑制了由于获得静止图像时的焦点检测像素的影响所引起的图像质量的下降。第三实施例与第一实施例和第二实施例的不同之处在于第一实施例中的参考图4A、4B、8和9A～9C所述的部分。除了焦点检测像素的配置和垂直扫描方法以外，第三实施例与第一实施例是共通的，并且将不重复对共通部分的说明。
图17A和17B是示出本实施例中所使用的摄像元件101的像素配置的图。图17A和17B示出摄像元件上的像素的配置。在图17A和17B中，R表示配置有红色滤色器的正常像素(摄像像素)，并且G和B分别表示配置有绿色滤色器和蓝色滤色器的正常像素。这里，提取出摄像元件的水平方向上的24个像素×垂直方向上的15个像素并且进行说明。然而，通过在水平方向和垂直方向上基本重复该配置模式来形成摄像元件整体。
在图17A和17B中，S1和S2表示配置在正常像素中的相位差检测像素(焦点检测像素)。如图5A所示，S1包括微透镜501、下方的平坦化层502、光电二极管504和遮光用布线层503。像素S1是第一相位差检测像素，其中在该第一相位差检测像素中，在像素上的遮光用布线层503中形成有用于调节入射光的入射方向的狭缝。该狭缝的中心位置相对于该像素的光轴中心505向左偏移了相位506。如图5B所示，S2是通过如下方式所形成的：使得用于在像素上利用诸如铝布线层等的遮光膜来调节入射光的入射方向的狭缝在与图5A所示的调节方向不同的方向上进行偏移。该狭缝的中心位置相对于该像素的光轴中心505向右偏移了相位507。像素S2中的偏移量的绝对值等于像素S1中的偏移量的绝对值，尽管仅方向是不同的。像素S2是第二相位差检测像素。
如图17A所示，相位差检测像素的狭缝的相位移位方向相同的像素S1的像素组配置在给定行Vn+7上。像素S2的像素组配置在下方的行Vn+11上。这两个行形成一个AF框(AF区域)。可以通过根据从各相位的相位差检测像素组所生成的这两组图像数据检测相位差，来计算与相对于被摄体的距离有关的信息。更具体地，像素S1规则地排列在水平方向上，并且将这些像素的组所获取到的被摄体图像定义为A图像。像素S2也规则地排列在水平方向上，并且将这些像素的组所获取到的被摄体图像定义为B图像。通过检测A图像和B图像的相对位置，可以检测到被摄体图像的焦点偏移量(散焦量)。
图18是用于说明根据本实施例的摄像设备中的读出操作的图。该读出操作假定了用于读出静止图像的全像素读出模式下的操作。在图18中，横轴表示时间的经过，并且与各行相对应的框表示进行各行的读出操作的时间。框中的阴影部分表示进行OB部704的读出。
通过静止图像读出所读出的图像数据包含正常像素，并且另外还包括无法用作图像信号的相位差检测像素。DSP103内的图像校正块1008生成相位差检测像素的位置处的图像信号。通常在该校正处理中，通过参考来自校正对象像素(相位差检测像素)附近的正常像素的像素输出并且估计被摄体的模式和信号强度，来插值并生成该校正对象像素。在本实施例中，配置有相位差检测像素的行是按等于或大于滤色器排列周期的间隔所构成的，以使得可以将颜色与校正对象像素的位置处的颜色信号相同的正常像素配置在附近。利用该配置，可以以高精度进行图像信号插值处理。
通过使用DSP103内的显影处理块1001、压缩块1002和存储器控制块1003，根据校正后的图像数据来生成图像。
以下说明假定了运动图像模式根据模式拨盘112包括“高分辨率模式”和“高速模式”。例如，在“高分辨率模式”中，在水平方向和垂直方向这两者上针对每三个像素进行间隔剔除读出。在“高速模式”中，在水平方向上针对每三个像素、并且在垂直方向上针对每五个像素进行间隔剔除读出。尽管通过摄像元件的读出方法进行定义，但“高分辨率模式”将记录像素数较大的高分辨率运动图像数据作为最终运动图像的输出格式进行处理。“高速模式”通常将帧频较高的运动图像数据作为最终运动图像的输出格式进行处理。
例如，通过在“高分辨率模式”中设置运动图像大小为1920×1080的30fps的输出、并且在“高速模式”中设置运动图像大小为1080×720的60fps的输出，来获得适合各读出方法的输出格式。
在用作第一模式的“高分辨率模式”中，在垂直方向上针对每三个像素进行读出，因而在图17A的基本块中读出各自由双重线所包围的像素输出。更具体地，读出水平方向上的列Hn+1、Hn+4、Hn+7、Hn+10、Hn+13、Hn+16、Hn+19和Hn+22的像素以及垂直方向上的行Vn、Vn+3、Vn+6、Vn+9和Vn+12的像素。该关系同样适用于垂直方向上从Vm开始的块。
在这种情况下，仅通过正常间隔剔除操作，配置有相位差检测像素的第(Vn+7)行和第(Vn+11)行在垂直方向上被间隔剔除、但在图像部分中没有被读出。然而，在本实施例中，在用以通过间隔剔除操作读出正常像素的第一垂直扫描结束之后，进行用以再次仅读出各像素块内的配置有相位差检测像素的行的第二垂直扫描操作。图19A～19C示出这种状态。
在图19A～19C中，与图18相同，横轴表示时间的经过，并且与各行相对应的框表示进行各行的读出操作的时间。框中的阴影部分表示进行OB部704的读出。在用以读出直至第(Vend-2)行为止的行的第一扫描结束之后，目标行返回至第(Vn+7)行并且读出操作继续。在完成用以读出第(Vn+11)行、以及用作下一基本块的相位差检测像素配置行的第(Vm+7)行和第(Vm+11)行的第二扫描时，结束一帧的读出所用的垂直扫描。
本实施例例示了从Vn开始的块和从Vm开始的块作为包含相位差检测像素的块的示例。然而，可以任意设置块数和各块内的相位差检测行的配置。在任意配置中，在对行进行间隔剔除的情况下读出正常像素、然后对配置有相位差检测像素的行进行读出扫描，这就足够了。如图19B所示，按读出时间的顺序重排这些像素，并且读出后的像素数据配置为如图19C所示。
配置有相位差检测像素的行的图像数据对于读出运动图像时的图像生成而言是不必要的。DSP103中的显影处理块1001和压缩块1002通过使用间隔剔除读出期间最初从摄像元件所读出的图像数据来生成图像。然后，DSP103中的AF块1006通过使用来自后续的相位差检测行的图像数据来仅进行焦点检测处理。
在图19A～19C中，各行的读出时间短于图18所示的读出时间。这表示通过水平间隔剔除操作减少了各行的读出像素数，并且即使以相同的读出速度读出像素，每行的读出时间也缩短。通过利用水平间隔剔除操作和垂直间隔剔除操作来减少读出像素数，可以实现运动图像的期望帧频。
接着，将说明利用模式拨盘112选择用作第二模式的“高速模式”的情况。在这种情况下，由于在垂直方向上针对每五个像素进行读出，因此如图17B所示，在图17A的基本块中读出各自由双重线所包围的像素输出。
更具体地，在水平方向上如“高分辨率模式”那样读出列Hn+1、Hn+4、Hn+7、Hn+10、Hn+13、Hn+16、Hn+19和Hn+22的像素，并且在垂直方向上读出行Vn、Vn+5和Vn+10上的像素。该关系同样适用于垂直方向上的从Vm开始的块。在这种情况下，如上述的“高分辨率模式”那样，仅通过正常间隔剔除操作，配置有相位差检测像素的第(Vn+7)行和第(Vn+11)行在垂直方向上被间隔剔除但没有被读出。
然而，在本实施例中，在用以通过间隔剔除操作读出正常像素的第一垂直扫描结束之后，进行用以再次仅读出各像素块内的配置有相位差检测像素的行的第二垂直扫描操作。
图20A～20C示出该状态。在图20A～20C中，与图18相同，横轴表示时间的经过，并且与各行相对应的框表示进行各行的读出操作的时间。框中的阴影部分表示进行OB部704的读出。
在结束用以读出直至第(Vend-5)行为止的行的第一扫描之后，目标行返回至第(Vn+7)行并且读出操作继续。在完成用以读出第(Vn+11)行、以及用作下一基本块的相位差检测像素配置行的第(Vm+7)行和第(Vm+11)行的第二扫描时，结束一帧的读出所用的垂直扫描。如图20B所示，按读出时间的顺序重排这些像素，并且读出后的像素数据配置为如图20C所示。
由于与上述的“高分辨率模式”的情况相比、垂直间隔剔除计数较大，因此垂直方向上的读出像素数减少并且图像的分辨率下降。然而，可以在较短时间内读出整个画面。
注意，将相位差检测像素配置在“高分辨率模式”和“高速模式”这两者的间隔剔除读出时的第一扫描的时间段内没有进行读出的行上。正常像素部和相位差检测像素中的水平间隔剔除方法的内容与第一实施例和第二实施例所述的内容是共通的，因此将不重复针对这些内容的说明。
以上已经说明了本发明的第三实施例。然而，本发明不限于该实施例，并且可以在没有背离本发明的范围的情况下进行各种修改和改变。
特别地，上述实施例是以如图17A所示的相位差检测像素的配置为前提，但本发明并非始终局限于该配置。即使在改变相位差检测像素在水平方向上的配置密度的情况下、或者在图17A的相位差检测像素S1和S2配置在同一行上的情况下，也可以获得与上述效果相同的效果。
如上所述，在第三实施例中，配置有第二扫描要读出的相位差检测像素的行并没有连续地配置在垂直方向上。这样可以以高精度来实现如下的插值处理，其中该插值处理用于在获得静止图像的全像素读出时，生成相位差检测像素的位置处的图像信号。特别地，具有要进行插值的颜色的滤色器的正常像素被配置在相位差检测像素的位置的附近。结果，可以实现高精度的插值处理。
此外，在获得运动图像时的读出中，使图像生成所使用的图像数据的区域和用于检测相位差的数据的区域在时间方向上明确地分离。在后续阶段处理各数据的情况下，无需进行从图像生成用数据内提取相位差检测像素、并且将这些像素其中之一分配至显影处理并将另一像素分配至相位差检测计算所用的AF块的传统处理。对来自相位差检测像素的数据进行校正以生成图像处理的处理也变得不必要，从而大幅提高了处理效率。
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 (18)

1.一种摄像设备，包括：
摄像元件，其包括用于拍摄被摄体图像的多个摄像像素、以及配置在所述多个摄像像素的排列中的焦点检测像素；以及
CPU，用于进行控制，以进行图像生成所用的第一垂直扫描，并且在一帧的读出时间段中在所述第一垂直扫描之前或之后，进行焦点检测用的第二垂直扫描，其中，在所述第一垂直扫描中读出不包括所述焦点检测像素的多个行中所包括的像素的信号，以及在所述第二垂直扫描中读出包括所述焦点检测像素的多个行中所包括的像素的信号，
其特征在于，所述摄像设备还包括：
处理器，用于在每一帧中针对包括所述焦点检测像素的多个行中所包括的焦点检测像素的信号，进行与针对所述摄像像素的信号的校正处理不同的校正处理，
其中，所述CPU进行控制，以在第一读出模式中按第一预定间隔剔除率进行所述第一垂直扫描，以及在第二读出模式中按与所述第一预定间隔剔除率不同的第二预定间隔剔除率进行所述第一垂直扫描，来获取多个连续的被摄体图像，以及
所述焦点检测像素配置在所述第一读出模式的所述第一垂直扫描中被间隔剔除的并且也在所述第二读出模式的所述第一垂直扫描中被间隔剔除的多个行中。
2.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，所述CPU在所述第一读出模式中按所述第一预定间隔剔除率和第一间隔剔除相位在垂直方向上读出所述摄像元件的像素的信号，并且在所述第二读出模式中按所述第二预定间隔剔除率和第二间隔剔除相位在垂直方向上读出所述摄像元件的像素的信号。
3.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，所述CPU在所述第一垂直扫描和所述第二垂直扫描之间，切换用于读出所述像素的信号的水平扫描方法。
4.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，所述CPU根据为了获得运动图像所设置的记录像素数，来改变所述第一读出模式和所述第二读出模式。
5.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，所述CPU根据为了获得运动图像所设置的帧频，来改变所述第一读出模式和所述第二读出模式。
6.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，用于在所述第二垂直扫描中在水平方向上读出像素的信号的水平扫描方法包括如下的扫描方法：跳过对水平方向上的特定区域的像素的信号的读出，并且在以比所述第一垂直扫描中在水平方向上读出像素时所使用的间隔剔除率低的间隔剔除率来对像素的信号进行间隔剔除的情况下，或者在对像素的信号不进行间隔剔除的情况下，读出没有跳过的区域的像素的信号。
7.根据权利要求6所述的摄像设备，其中，所述CPU读出没有跳过的区域的所有焦点检测像素的信号。
8.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，配置有所述焦点检测像素的行没有连续配置在垂直方向上。
9.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，所述CPU进行控制以每三行或每五行进行所述第一垂直扫描。
10.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，所述焦点检测像素具有包括布线层的遮光膜。
11.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，所述处理器对信号进行处理以进行与摄像镜头中的光学条件相对应的校正。
12.根据权利要求3所述的摄像设备，其中，所述水平扫描方法包括1/3间隔剔除模式和1/2间隔剔除模式。
13.根据权利要求6所述的摄像设备，其中，所述特定区域是根据进行焦点检测处理的区域来指定的。
14.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，所述CPU针对每一帧来切换首先进行所述第一垂直扫描和所述第二垂直扫描中的哪一个。
15.根据权利要求3所述的摄像设备，其中，所述焦点检测像素以等于或高于所述水平扫描方法的间隔剔除率的预定密度配置在所述多个摄像像素的排列中。
16.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，所述CPU进行控制以进行静止图像生成所用的第三垂直扫描，其中在所述第三垂直扫描中在不进行间隔剔除的情况下读出信号，
其中，所述处理器针对通过所述第三垂直扫描而从所述多个摄像像素和所述焦点检测像素中所包括的缺陷像素读出的信号进行校正处理。
17.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，所述处理器还根据每一帧中的不包括所述焦点检测像素的多个行中所包括的像素的信号来生成运动图像。
18.一种摄像设备的控制方法，所述摄像设备包括摄像元件，所述摄像元件包括用于拍摄被摄体图像的多个摄像像素以及配置在所述多个摄像像素的排列中的焦点检测像素，所述控制方法包括以下步骤：
控制步骤，用于进行控制，以进行图像生成所用的第一垂直扫描，并且在一帧的读出时间段中在所述第一垂直扫描之前或之后，进行焦点检测用的第二垂直扫描，其中，在所述第一垂直扫描中读出不包括所述焦点检测像素的多个行中所包括的像素的信号，以及在所述第二垂直扫描中读出包括所述焦点检测像素的多个行中所包括的像素的信号，
其特征在于，所述控制方法还包括：
在每一帧中仅对包括所述焦点检测像素的多个行中所包括的焦点检测像素的信号进行处理，
其中，在所述控制步骤中，在第一读出模式中按第一预定间隔剔除率进行所述第一垂直扫描，以及在第二读出模式中按与所述第一预定间隔剔除率不同的第二预定间隔剔除率进行所述第一垂直扫描，来获取多个连续的被摄体图像，以及
所述焦点检测像素配置在所述第一读出模式的所述第一垂直扫描中被间隔剔除的并且也在第二读出模式的所述第一垂直扫描中被间隔剔除的多个行中。
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