CN104580851B - 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。在判断为成像光学系统不是处于聚焦状态的情况下，在使用从图像传感器输出的相位差信号所获得的散焦量为预定阈值以上时，将用于获得相位差信号的间隔设置为比第一时间间隔快的第二时间间隔，并且在散焦量小于预定阈值时，将用于获得相位差信号的间隔设置为第一时间间隔。

Description

摄像设备及其控制方法
技术领域
本发明涉及摄像设备及其控制方法。
背景技术
诸如数字照相机、具有照相机的移动电话、游戏机和个人计算机等的具有摄像功能的电子装置通常实现自动调焦功能。
日本特开2010-117679公开了包括焦点检测像素的图像传感器，其中在这些焦点检测像素中，通过具有相对于设置在像素上的微透镜的光轴偏心的开口的遮光膜来控制入射在光电转换区域上的光的范围。由于这些焦点检测像素各自接收来自拍摄镜头的出射光瞳的部分区域的射出光，因此可以基于从焦点检测像素能够获得的一对输出波形之间的相位差来获得成像光学系统的散焦量，其中这些焦点检测像素配置有具有在不同方向上偏心的开口的遮光膜。
此外，还可以使用如日本特开2013-186201所公开的各像素包括一个微透镜和多个光电转换区域的图像传感器来基于相同原理获得成像光学系统的散焦量。这是因为一个像素内的多个光电转换区域经由同一微透镜接收来自成像光学系统的出射光瞳的不同区域的射出光。
因此，代替单独的焦点检测传感器而使用从图像传感器所获得的信号的相位差检测方法的自动调焦检测还被称为摄像面相位差检测AF。
使用经由微透镜接收来自拍摄镜头的出射光瞳的不同区域的射出光的光电转换区域的输出信号的这种焦点检测方法有可能受到拍摄镜头的渐晕的影响。一旦发生拍摄镜头的渐晕，则相位差检测时所使用的一对输出波形的形状改变，这导致相位差检测精度下降、因而焦点检测精度下降。此外，渐晕对相位差检测精度的不利影响随着散焦量的增加而增大。这是因为，由于散焦量越大则对比度越低，因此输出波形的形状由于渐晕而大幅改变。
发明内容
本发明是考虑到这些传统问题而作出的。本发明提高摄像设备和用于控制该摄像设备的方法的焦点检测精度，其中在该摄像设备和用于控制该摄像设备的方法中，使用从图像传感器输出的相位差信号来进行相位差检测方法的焦点检测。
根据本发明的方面，提供一种摄像设备，包括：焦点调节部件，用于使用从图像传感器输出的相位差信号来进行焦点调节；计算部件，用于使用从所述图像传感器输出的所述相位差信号来计算与散焦量有关的信息；以及控制部件，用于控制获得所述相位差信号所利用的帧频，其特征在于，在检测到拍摄所用的准备操作、并且基于与所述散焦量有关的信息而判断为没有获得聚焦状态的情况下，所述控制部件在与所述散焦量有关的信息等于或大于第一阈值时，将所述帧频设置为比检测到所述拍摄所用的准备操作之前的帧频快，以及所述控制部件在与所述散焦量有关的信息小于所述第一阈值时，维持所述帧频。
根据本发明的另一方面，提供一种摄像设备，包括：焦点调节部件，用于使用焦点检测信号来进行焦点调节；计算部件，用于使用所述焦点检测信号来计算与散焦量有关的信息；以及控制部件，用于控制获得所述焦点检测信号所利用的帧频，其特征在于，在检测到拍摄所用的准备操作、并且基于与所述散焦量有关的信息而判断为没有获得聚焦状态的情况下，所述控制部件在与所述散焦量有关的信息等于或大于第一阈值时，将所述帧频设置为比检测到所述拍摄所用的准备操作之前的帧频快，以及所述控制部件在与所述散焦量有关的信息小于所述第一阈值时，维持所述帧频。
根据本发明的又一方面，提供一种摄像设备的控制方法，包括以下步骤：焦点调节步骤，用于使用从图像传感器输出的相位差信号来进行焦点调节；计算步骤，用于使用从所述图像传感器输出的所述相位差信号来计算与散焦量有关的信息；以及控制步骤，用于控制获得所述相位差信号所利用的帧频，其特征在于，在检测到拍摄所用的准备操作、并且基于与所述散焦量有关的信息而判断为没有获得聚焦状态的情况下，所述控制步骤在与所述散焦量有关的信息等于或大于第一阈值时，将所述帧频设置为比检测到所述拍摄所用的准备操作之前的帧频快，以及所述控制步骤在与所述散焦量有关的信息小于所述第一阈值时，维持所述帧频。
根据本发明的还一方面，提供一种摄像设备的控制方法，包括以下步骤：焦点调节步骤，用于使用焦点检测信号来进行焦点调节；计算步骤，用于使用所述焦点检测信号来计算与散焦量有关的信息；以及控制步骤，用于控制获得所述焦点检测信号所利用的帧频，其特征在于，在检测到拍摄所用的准备操作、并且基于与所述散焦量有关的信息而判断为没有获得聚焦状态的情况下，所述控制步骤在与所述散焦量有关的信息等于或大于第一阈值时，将所述帧频设置为比检测到所述拍摄所用的准备操作之前的帧频快，以及所述控制步骤在与所述散焦量有关的信息小于所述第一阈值时，维持所述帧频。
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是示出应用了根据本发明实施例的焦点检测设备的数字照相机的功能结构的示例的框图。
图2是示意性示出在从镜头单元侧观看的情况下、实施例的图像传感器中所包括的像素阵列的状态的图。
图3A和3B是示出实施例的图像传感器中所包括的摄像像素的结构的示例的图。
图4A和4B是示出实施例的在镜头单元的水平方向上进行光瞳分割的焦点检测像素的结构的示例的图。
图5是示出相位差检测方法的焦点检测中所使用的一对焦点检测信号的示例的图。
图6A和6B是示出拍摄范围内的焦点检测区域和被摄体的状态的示例的图。
图7是示出根据第一实施例的数字照相机的焦点检测和拍摄操作的流程图。
图8是示出本实施例的数字照相机的拍摄子例程的流程图。
图9是示出根据第一实施例的焦点检测期间调焦透镜位置和时间段的关系的图。
图10是示出根据第二实施例的数字照相机的焦点检测和拍摄操作的流程图。
图11是示出根据第二实施例的焦点检测期间调焦透镜位置和时间段的关系的图。
图12是示出第一实施例的帧频切换处理的时序图。
图13是示出根据第三实施例的焦点检测期间调焦透镜位置和时间段的关系的图。
具体实施方式
现在将根据附图来详细说明本发明的典型实施例。
第一实施例
以下将说明将根据本发明实施例的焦点检测设备应用于镜头可更换的单镜头反光型数字照相机的示例，但根据本发明实施例的焦点检测设备还可应用于任何其它摄像设备或具有摄像功能的电子装置。
图1是示出应用了本实施例的焦点检测设备的数字照相机的功能结构的示例的框图。该数字照相机包括镜头单元100(镜头设备)和照相机主体120(摄像设备)。镜头单元100经由虚线所示的卡口M以机械、电气和可拆卸方式连接至照相机主体120。
镜头单元100包括第一透镜组101、光圈快门102、第二透镜组103、调焦透镜组(以下简称为“调焦透镜”)104和驱动/控制系统。因此，镜头单元100是包括调焦透镜101并且形成被摄体图像的成像光学系统(摄像光学系统)。
第一透镜组101配置在镜头单元100的前端处，并且被保持成在光轴方向OA上可前后移动。光圈快门102用作快门，其中该快门用于通过调节开口直径来调节拍摄时的光量，并且在拍摄静止图像时控制曝光时间。用作一体组件的光圈快门102和第二透镜组103在光轴方向OA上前后移动，并且与第一透镜组101的前后移动操作协作地实现镜头单元100的变焦功能(可变视角)。调焦透镜104在光轴方向OA上可移动。通过调节调焦透镜104的位置，来调节镜头单元100的焦点状态。
镜头单元100的驱动/控制系统包括以下组件：变焦致动器111、光圈快门致动器112、调焦致动器113、变焦驱动电路114、光圈快门驱动电路115、调焦驱动电路116、镜头MPU117和镜头存储器118。
变焦驱动电路114根据镜头MPU 117的控制来驱动变焦致动器111以驱动第一透镜组101和第二透镜组103，使得这两者在光轴方向OA上前后移动。光圈快门驱动电路115根据镜头MPU 117的控制来驱动并控制光圈快门致动器112，从而控制光圈快门102的开口直径和操作。调焦驱动电路116根据镜头MPU 117的控制来驱动并控制调焦致动器113，从而驱动调焦透镜104以使得其在光轴方向OA上前后移动。此外，调焦驱动电路116将调焦致动器113所检测到的调焦透镜104的位置提供至镜头MPU 117。
镜头MPU 117通过执行预先存储的程序，在进行或不进行与照相机MPU 125的命令和数据的交换的情况下，控制并管理镜头单元100的构成组件。镜头MPU 117将例如以下的镜头信息提供至照相机MPU 125：经由调焦驱动电路116所获得的调焦透镜104的位置、以及基于第一透镜组101和第二透镜组103的位置的当前视角。镜头存储器118存储有利用镜头MPU 117的焦点检测控制所需的光学信息。
照相机主体120包括光学低通滤波器121、图像传感器122和驱动/控制系统。光学低通滤波器121和图像传感器122构成使用来自镜头单元100的光束来形成被摄体图像的成像光学系统的一部分。也就是说，在本实施例中，第一透镜组101、光圈快门102、第二透镜组103、调焦透镜104、光学低通滤波器121和图像传感器122构成成像光学系统。注意，代替驱动调焦透镜104或除驱动调焦透镜104以外，还可以通过使图像传感器122在光轴方向OA上移动来实现镜头单元100的焦点调节。因此，调焦透镜104和图像传感器122用作成像光学系统的焦点调节构件。
光学低通滤波器121减少可能在所拍摄的图像上产生伪色或摩尔纹的空间频率高的成分。图像传感器122由包括横方向上的m个像素和纵方向上的n个像素的诸如CMOS传感器等的光电转换元件及其周边电路构成，并且被配置成所有像素均可以独立进行输出。此外，尽管本实施例的图像传感器122仅需进行摄像面相位差检测AF，但图像传感器122可被配置为包括用于形成被摄体图像的多个摄像像素和用于生成相位差检测方法的焦点检测中所使用的信号的多个焦点检测像素。注意，图像传感器122可以具有如日本特开2013-186201所述、没有区分摄像像素和焦点检测像素的结构。注意，后面将详细说明图像传感器122的结构。
驱动/控制系统包括图像传感器驱动电路123、图像处理电路124、照相机MPU 125、显示装置126、操作开关组(操作SW)127、存储器128、相位差焦点检测单元129和TVAF焦点检测单元130。
图像传感器驱动电路123根据照相机MPU 125的控制来控制图像传感器122的驱动帧频等。此外，图像传感器驱动电路123对从图像传感器122所读取的图像信号进行A/D转换，并将转换得到的信号发送至照相机MPU 125和图像处理电路124。
图像处理电路124根据照相机MPU 125的控制来对从图像传感器122所获得的图像信号进行诸如伽玛校正(色调校正)、去马赛克(颜色插值)和压缩编码等的图像处理。图像处理电路124还进行从存储器128所读取的图像数据的解码。照相机MPU 125执行ROM 125a中所存储的程序以控制并管理由照相机主体120和镜头单元100构成的数字照相机整体的、包括后面所述的自动调焦检测操作的操作。照相机MPU 125还包括例如用作程序执行期间的工作区域的RAM 125b、和存储有各种类型的设置值等的EEPROM 125c。照相机MPU 125通过与经由卡口M的信号线所连接的镜头MPU 117通信命令和数据来控制镜头单元100的操作，并且例如获得诸如光学特性、焦距(视角)、调焦透镜位置和f值等的信息。
此外，由于在焦点检测区域的像高大时、成像光学系统的渐晕对焦点检测的可靠性产生极大影响，因此还可以在向相位差焦点检测单元129供给图像信号之前、在照相机MPU 125和图像处理电路124中进行用于减轻渐晕对图像信号的不利影响的校正。
显示装置126由LCD等构成，并且显示与照相机的拍摄模式有关的信息、拍摄之前的预览图像、拍摄之后的确认图像和用于显示焦点检测期间的聚焦状态的显示画面等。操作开关组127由电源开关、释放(拍摄触发)开关、变焦操作开关和拍摄模式操作开关等构成。
存储器128是记录有拍摄图像的记录介质，并且例如是可拆卸的非易失性存储卡，但存储器128还可以是内置存储器、光学记录介质或磁性记录介质。
相位差焦点检测单元129基于从图像传感器122所获得的焦点检测所用的图像信号来进行利用相位差检测方法的焦点检测，并且获得散焦量。更具体地，相位差焦点检测单元129基于从接收焦点检测区域内的各像素的光电转换区域中的不同光瞳区域的射出光的光电转换元件所获得的一对图像信号之间的相位差来进行焦点检测(散焦量和聚焦方向的计算)。注意，后面将详细说明摄像面相位差检测AF的该焦点检测方法。
TVAF焦点检测单元130进行对比度式焦点检测(TVAF)，其中该TVAF用于搜索图像处理电路124基于图像的高频成分所获得的对比度评价值(AF评价值)具有峰值的调焦透镜104的位置。
因此，本实施例的数字照相机可以进行摄像面相位差检测AF和TVAF这两者，并且可以通过照相机MPU 125的控制而根据状况来选择并使用任一个或以组合方式使用这两者。
以下将详细说明摄像面相位差检测AF。图2是示意性示出在从镜头单元100侧观看的情况下、图像传感器122中所包括的像素阵列的状态的图。图像传感器122包括排列有横方向上的m个像素401和纵方向上的n个像素401的像素阵列400，并且假定在本实施例中像素阵列400整体是拍摄范围。在图2中，为了避免复杂化，仅示出左上部的10×10个像素401，并且省略了其它像素。在像素阵列400上以片上方式形成周期为2×2个像素的原色拜耳阵列的颜色滤波器。因此，各像素401具有颜色R、G和B中的任一颜色的滤波器，并且在以下说明中，将具有X颜色(其中，X是R、G和B)滤波器的像素称为X像素。
如上所述，本实施例的图像传感器122包括多个摄像像素和多个焦点检测像素作为像素401。摄像像素被配置为接收来自成像光学系统的出射光瞳的整个区域的射出光，并且输出具有与接收光量相对应的水平的像素信号。此外，焦点检测像素被配置为接收来自成像光学系统的出射光瞳的部分区域的射出光，并且输出依赖于接收光量的焦点检测信号。注意，焦点检测像素包括被配置为接收来自不同的部分区域的射出光的至少两种类型的焦点检测像素。此外，基于同一类型的一组焦点检测像的输出来生成相位差检测所用的一个图像信号。以下将相位差检测时所使用的两个图像信号称为A图像(信号)和B图像(信号)。
在根据本实施例形成原色拜耳阵列的颜色滤波器的情况下，在2行×2列的颜色滤波器的单位阵列中，对角配置的一对G像素是摄像像素，并且R像素和B像素是焦点检测像素。注意，焦点检测像素不具有颜色滤波器或者具有无色滤波器。这是因为与摄像像素相比，焦点检测像素所接收的光量较小，因而抑制了由于颜色滤波器所引起的衰减。焦点检测像素离散地配置，从而使得能够根据焦点检测区域生成相位差检测所用的图像信号、并防止焦点检测像素的位置处的像素信号的插值精度下降。
图3A～4B分别是示意性示出摄像像素和焦点检测像素的结构的图。本实施例采用如下的原色拜耳阵列，其中，在2行×2列的4个像素中，具有G(绿色)光谱感光度的2个像素呈对角配置，并且其它2个像素是具有R(红色)光谱感光度的像素和具有B(蓝色)光谱感光度的像素。在该拜耳阵列中配置有后面将说明的具有该结构的焦点检测像素。
图3A和4A是示出在从颜色滤波器的上方观看的情况下2行×2列的像素的状态的图。图3B和4B分别是沿着图3A和4A的线A-A所截取的截面图，并且示出来自成像光学系统的光路。在图3B和4B中，示出镜头单元100作为虚拟透镜311，并且省略了像素的结构的说明所不需要的构件。
图3A是从像素阵列400所提取的2行×2列的摄像像素的平面图。像素阵列400包括具有相同模式重复配置的结构的颜色滤波器。在图3B中，ML是指配置在像素的最前面的片上微透镜，CFR是指R(红色)颜色滤波器，并且CFG是指G(绿色)颜色滤波器。光电二极管(PD)示意性示出图像传感器122的光电转换区域。接触层(CL)是指图像传感器122内的形成传输各种信号所经由的信号线的布线层。透镜311是表示镜头单元100的假象透镜的术语，并且具有出射光瞳411。L是指透镜311的光轴。注意，图3B所示的光路是向着位于图像传感器122的中心附近、即与透镜311的光轴L的交点附近的像素的光路。
这里，光电转换元件PD和摄像像素的片上微透镜ML被配置成尽可能高效地获取穿过了透镜31的光束。换句话说，光电转换元件PD和成像光学系统的出射光瞳411与微透镜ML处于共轭关系，并且光电转换区域PD被设计成具有大的有效面积。在图3B中，来自出射光瞳411的整个区域的射出光410入射到光电转换元件PD上。注意，由于图3B已描述了R像素上的入射光，因此这同样适用于G像素和B像素上的入射光。此外，为了便于理解而放大了微透镜ML、颜色滤波器(CFR和CFG)、光电转换区域PD和布线层CL，但实际大小采用微米的量级。
图4A和4B是用于在图像传感器122的水平方向(横方向)上对光瞳进行分割的焦点检测像素的平面图和截面图。这里，“水平方向”是指图2所示的图像传感器122的长边方向。图4A是包括焦点检测像素的2行×2列的像素的平面图。
在本实施例中，如上所述，代替R像素和B像素，配置有焦点检测像素。这是因为，考虑到对亮度信息敏感但对颜色信息不敏感的人类的视觉感知特性，可以通过在无需使用插值的情况下获得与用作为亮度信息的主成分的G像素有关的信息来实现良好的图像质量。在图4A中，像素SHA和SHB是焦点检测像素。
图4B示出沿着图4A的线A-A所截取的截面图。微透镜ML和光电转换区域PD具有与图3B所示的摄像像素的结构相同的结构。注意，图4B所示的光路也是向着位于图像传感器122的中心附近、即与透镜311的光轴L的交点附近的像素的光路。
在本实施例中，由于不使用焦点检测像素的信号来进行图像生成，因此代替颜色分离用颜色滤波器，配置了透明膜CFW。此外，为了在图像传感器122处对出射光瞳411进行分割(为了接收来自出射光瞳411的部分区域的射出光)，因此布线层CL被配置成用作遮光膜，并且布线层CL的开口配置在相对于微透镜ML的中心偏移的位置处。
设置在像素SHA上的布线层CL的开口OPHA相对于微透镜ML的中心线向右侧偏心至421HA的程度。因此，像素SHA接收穿过了透镜311的光轴L的左侧的出射光瞳区域422HA的光束420HA。同样，设置在像素SHB上的布线层CL的开口OPHB相对于微透镜ML的中心线向左侧偏心至421HB的程度。因此，像素SHB接收穿过了透镜311的光轴L的右侧的出射光瞳区域422HB的光束420HB。注意，偏心量421HA等于偏心量421HB。这样，在一对光电转换区域PD上设置有具有相对于微透镜ML的光轴在相反方向上偏心的开口OP的布线层CL。因此，穿过了透镜311的出射光瞳的不同部分区域的光束420HA和420HB可以入射到一对焦点检测像素SHA和SHB上、换句话说可以实现光瞳分割。
具有上述结构的多个焦点检测像素SHA排列在水平方向上，并且将基于该像素组所获得的被摄体图像定义为A图像。此外，焦点检测像素SHB排列在水平方向上，并且将基于该像素组所获得的被摄体图像定义为B图像。此外，通过检测所获得的A图像和B图像之间的相位差，可以检测在水平方向上具有亮度分布的被摄体图像的失焦量(散焦量)。
注意，图4B示出配置在图像传感器122的中心附近、即像高小的位置处的焦点检测像素的结构。另一方面，可以通过随着像高增加、使微透镜ML和布线层CL的开口OPHA和OPHB在不同于图4B的状态下偏心来对出射光瞳411进行分割。例如，微透镜ML和布线层CL的开口OPHA和OPHB被配置成大致球状的微透镜ML的中心位于将开口OPHA的中心连接至出射光瞳411的中心的线上。据此，同样在像高增加的图像传感器122的周边部中，可以以与图4B所示的图像传感器122的中心附近的焦点检测像素相似的方式进行光瞳分割。这同样适用于开口OPHB。注意，还可以对从焦点检测像素所获得的图像信号进行如日本特开2010-117679所公开的校正处理。
另一方面，图4A所示的焦点检测像素SHA和SHB可以针对在拍摄画面的水平方向上具有亮度分布的被摄体、例如纵线进行焦点检测，但无法针对在垂直方向上具有亮度分布的被摄体、例如横线进行焦点检测。为了针对在垂直方向上具有亮度分布的被摄体进行焦点检测，在图像传感器122上设置还在成像光学系统的垂直方向上进行光瞳分割的焦点检测像素就足够了。在本实施例中，如后面将说明的，焦点检测像素被配置成在可以在这两个方向上进行焦点检测。此外，由于从焦点检测像素所获得的信号无法用作R像素或B像素的信号，因此将焦点检测像素视为所谓的缺陷像素，并且通过对存在于该焦点检测像素附近的摄像像素的信号进行插值计算来生成信号。因此，焦点检测像素不是连续而是离散地配置，从而防止插值计算的精度下降。
注意，如上所述，包括用于形成被摄体图像的多个摄像像素和用于生成相位差检测方法的焦点检测中所使用的信号的多个焦点检测像素的结构不是必须的。图像传感器122还可以具有如日本特开2013-186201所公开的、一个像素包括多个光电转换区域的结构。在这种情况下，将一个像素的多个光电转换区域中的一个区域作为焦点检测像素SHA、并将另一区域作为焦点检测像素SHB就足够了。
图5示出通过在图像处理电路124中对多个焦点检测像素SHA和多个焦点检测像素SHB的输出信号进行各种校正所获得的、然后发送至相位差焦点检测单元129的一对焦点检测像素430a和430b的示例。在图5中，横轴表示排列有用于生成焦点检测信号的多个焦点检测像素的方向，并且纵轴表示信号的强度。这里，由于镜头单元100处于相对于图像传感器122呈散焦的状态，因此焦点检测信号430a向着左侧偏移并且焦点检测信号430b向着右侧偏移。通过使用众所周知的相关计算在相位差焦点检测单元129中计算焦点检测信号430a和430b之间的偏移量(相位差)，可以识别镜头单元100的散焦量和散焦方向。
基于从相位差焦点检测单元129所获得的散焦量和散焦方向，照相机MPU 125获得调焦透镜104的驱动量和驱动方向。照相机MPU 125基于从镜头MPU 117发送来的与调焦透镜104的位置有关的信息，来确定为了使成像光学系统聚焦而要将调焦透镜104移动至的位置，并将所确定的位置发送至镜头MPU 117。镜头MPU 117经由调焦驱动电路116和调焦致动器113将调焦透镜104驱动至所指定的位置(聚焦位置)。注意，在通过摄像面相位差检测AF可检测的散焦量小于成像光学系统的最大散焦量的情况下，需要进行多次散焦量检测和调焦透镜104的驱动，从而使调焦透镜104移动至聚焦位置。
图6A示出拍摄范围内的焦点检测区域，并且基于从图像传感器122的像素中的包括在与焦点检测区域相对应的区域内的一些像素所获得的信号来进行摄像面相位差检测AF和TVAF。图6A不仅示出如图4B所示包括要在成像光学系统的水平方向(横方向)上进行光瞳分割的像素的焦点检测区域，而且还示出包括要在垂直方向(纵方向)上进行光瞳分割的像素的焦点检测区域。此外，拍摄范围217是与图2的像素阵列400相对应的区域。
在拍摄范围217中，设置进行了摄像面相位差检测AF的各自在纵方向和横方向上的三个区域、即焦点检测区域218ah、218bh、218ch、218av、218bv和218cv。此外，纵横的焦点检测区域被配置成彼此交叉，从而形成所谓的十字型焦点检测区域。本实施例具有如下结构：将摄像面相位差检测AF所用的十字型焦点检测区域设置在三个区域、即如图所示为拍摄范围217的中央区域和该中央区域的左右两个区域处。此外，将进行TVAF的三个焦点检测区域219a、219b和219c设置成分别包括进行摄像面相位差检测AF的三个区域的焦点检测区域。在进行TVAF的焦点检测区域中，使用图6A和6B的水平方向上的高频成分来检测对比度评价值。
注意，图6A和6B示出将焦点检测区域配置在大致分类的三个区域中的示例，但本发明不限于三个区域，并且可以将多个区域配置在任何位置处。
图7是示出根据本实施例的数字照相机的焦点检测和拍摄操作的流程图。图7示出用于从诸如拍摄待机状态等的实时取景状态(运动图像拍摄状态)开始进行拍摄的实时取景拍摄的操作，其中该操作主要由照相机MPU 125来实现。
在步骤S1中，图像传感器驱动电路123根据照相机MPU 125的控制来驱动图像传感器122，并且获得拍摄数据。这里，该驱动操作用于拍摄实时取景显示所用的运动图像，因而进行使用所谓的电子快门的拍摄，其中在该拍摄中，在与实时取景显示所用的帧频相对应的时间段内累积并读取电荷。这里所进行的实时取景显示是用于拍摄者确认拍摄范围和拍摄条件，并且将帧频例如可以为30帧/秒(拍摄间隔33.3ms)或60帧/秒(拍摄间隔16.6ms)。
在步骤S2中，照相机MPU 125在步骤S1中所获得的拍摄数据中获得从图6A和6B所示的三个焦点检测区域中包括的焦点检测像素所获得的焦点检测数据。照相机MPU 125还获得通过图像处理电路124对步骤S1中所获得的拍摄数据应用颜色插值处理或用于对焦点检测像素进行插值的处理所获得的图像数据。因此，可以利用一次拍摄处理获得图像数据和焦点检测数据。注意，在多个光电转换区域设置在一个像素中的结构中，图像处理电路124无需进行焦点检测像素的插值处理，但另一方面，需要对多个光电转换区域的信号进行求和，从而获得各像素的信号。
在步骤S3中，照相机MPU 125使用图像处理电路124基于步骤S2中所获得的图像数据来生成实时取景显示所用的图像，并将所生成的图像显示在显示装置126上。注意，实时取景显示所用的图像例如根据显示装置126的分辨率而缩小后的图像，并且还可以在步骤S2中生成图像数据时在图像处理电路124中进行缩小处理。在这种情况下，照相机MPU 125使显示装置126显示步骤S2中所获得的图像数据。如上所述，由于在实时取景显示期间利用预定帧频进行拍摄和显示，因此例如拍摄者可以经由显示装置126来调整拍摄时的构图和曝光条件。
在步骤S4中，照相机MPU 125使用相位差焦点检测单元129基于步骤S2中所获得的三个焦点检测区域的焦点检测数据来针对各焦点检测区域获得散焦量和散焦方向。在本实施例中，照相机MPU 125生成焦点检测所用的图像信号，并且相位差焦点检测单元129进行用于计算焦点检测信号的偏移量(相位差)、以及用于基于所计算出的偏移量来获得散焦量和散焦方向的处理。
在步骤S5中，照相机MPU 125检测表示拍摄准备开始的开关Sw1的ON(接通)/OFF(断开)(拍摄所用的准备操作)。作为操作开关组127的开关的释放(拍摄触发)开关可以根据按下量来检测两级的ON/OFF，并且上述的Sw1的ON/OFF与释放(拍摄触发)开关的第一级的ON/OFF相对应。
如果在步骤S5中没有检测到Sw1的ON(或者检测到OFF)，则照相机MPU 125使过程进入步骤S18，并且判断操作开关组127中所包括的主开关是否变为OFF。另一方面，如果在步骤S5中检测到Sw1的ON，则照相机MPU 125使过程进入步骤S6，并且设置(选择)要聚焦的焦点检测区域。这里，焦点检测区域可以是拍摄者所指定的区域、或者可以由照相机MPU125基于与步骤S4中所获得的三个焦点检测区域的散焦量有关的信息以及与焦点检测区域的相对于拍摄范围的中心的距离有关的信息来自动设置。通常，拍摄者想要拍摄的被摄体有可能位于拍摄距离短的位置以及拍摄范围的中央附近，因而在例如存在多个被摄体的情况下，照相机MPU 125考虑到这些条件来选择适当考虑的焦点检测区域。此外，在考虑到存在一个被摄体并且除该被摄体以外是背景的情况下，照相机MPU 125还选择被摄体所位于的焦点区域。
在步骤S7中，照相机MPU 125判断在所选择的焦点检测区域中所检测到的散焦量的绝对值是否是预定容许值以下、换句话说照相机是否处于聚焦状态。如果判断为绝对值是容许值以下、即照相机处于聚焦状态，则照相机MPU 125使过程进入步骤S15，并且将表示使照相机聚焦的标记等显示在显示装置126上。
另一方面，如果判断为在所选择的焦点检测区域中检测到的散焦量的绝对值大于容许值、并且照相机不是处于聚焦状态，则照相机MPU 125使过程进入步骤S8，并且判断所检测到的散焦量的绝对值是否小于阈值1。这里将所设置的阈值1设置为比聚焦判断所使用的容许值大的值。如果所检测到的散焦量的绝对值为阈值1以上，则照相机MPU 125使过程进入步骤S9，并且进行帧频切换处理。具体地，为了以高速进行焦点检测控制，照相机MPU125切换图像传感器驱动电路123的操作，以使得以比实时取景显示的正常帧频高的帧频拍摄图像。之后，尽管在步骤S10～S12的处理循环中没有明确说明，但利用所设置的帧频来执行步骤S1～S3的处理。
在摄像面相位差检测AF中，在相位差检测AF中可检测的最大散焦量小，并且在散焦量大的情况下，图像信号有可能由于渐晕的不利影响而发生变形，因而散焦量的可靠性下降。因此，为了以高速从散焦量大的状态向着聚焦状态进行焦点检测，在调焦透镜104的驱动期间提高获得一对相位差检测信号的频率、并且提高相位差检测的精度是高效的。为了提高获得输出波形的频率，仅需提高拍摄频率(帧频)(这还意味着缩短拍摄的时间间隔)。
注意，可以以相同方式改变显示装置126上所显示的实时取景显示的帧频，但还可以进行原始帧频不变的实时取景显示。在这种情况下，可以在对利用高帧频所获得的图像数据进行间隔剔除的情况下进行显示、或者将多个帧的图像合成为一个帧的图像并显示合成图像。
如果在步骤S8中判断为所检测到的散焦量小于阈值1、或者在进行步骤S9的帧频切换处理之后，照相机MPU 125使过程进入步骤S10。在步骤S10中，照相机MPU 125将所检测到的散焦量和方向转换成透镜驱动量和方向。注意，如果透镜驱动量的符号表示驱动方向，则不必再次获得驱动方向。照相机MPU 125将透镜驱动量(和方向)发送至镜头MPU 117，并且镜头MPU 117驱动调焦透镜104。注意，以下也是可以的：照相机MPU 125从镜头MPU 117获得调焦透镜104的位置，通过将透镜驱动量(和方向)反映在所获得的位置上来获得移动之后的调焦透镜104的目的地位置，并将所获得的位置发送至镜头MPU 117。
然后，照相机MPU 125与步骤S4相同在步骤S11中获得散焦量，并且与步骤S7相同在步骤S12中判断照相机是否聚焦。如果所检测到的散焦量的绝对值大于容许值、并且判断为照相机没有聚焦，则照相机MPU 125使过程返回至步骤S10，并且基于所检测到的散焦量来驱动调焦透镜104。另一方面，如果所检测到的散焦量的绝对值为容许值以下、并且判断为照相机聚焦，则照相机MPU 125使过程进入步骤S13。
如果在步骤S13中、当前帧频是步骤S9中所设置的高帧频，则照相机MPU 125在步骤S14中使高帧频返回为原始帧频。由于利用高帧频的驱动消耗大量电力，因此这样是为了在使照相机聚焦之后节省电力。紧接着在步骤S9中没有改变帧频的情况下、或者在如果在步骤S9中改变了帧频则在步骤S14中将帧频切换为原始帧频之后，照相机MPU 125使过程进入步骤S15，并且在显示装置126上显示照相机聚焦。
在步骤S16中，照相机MPU 125检测表示用以开始拍摄的指示的开关Sw2的ON/OFF。作为操作开关组127的开关的释放(拍摄触发)开关可以根据按下量来检测两级的ON/OFF，并且上述的Sw2的ON/OFF与释放(拍摄触发)开关的第二级的ON/OFF相对应。如果在步骤S16中没有检测到Sw2的ON，则照相机MPU 125维持用于等待用以开始拍摄的指示的待机状态，只要在步骤S17中没有检测到Sw1的OFF即可。如果在步骤S17中检测到Sw1的OFF，则照相机MPU 125使过程进入步骤S18。
如果在步骤S16中检测到Sw2的ON，则照相机MPU 125使过程进入步骤S300，并且执行拍摄子例程。后面将详细说明拍摄子例程。
在步骤S300中拍摄子例程的处理结束之后，照相机MPU 125使过程进入步骤S18，并且判断主开关是否变为OFF，并且如果判断为主开关没有变为OFF，则过程返回至步骤S2，并且如果判断为主开关已变为OFF，则这一系列操作结束。
以下将参考图8所示的流程图来详细说明图7的步骤S300中所执行的拍摄子例程。本子例程的一系列操作也主要由照相机MPU 125来实现。注意，尽管在图7中省略了说明，但与普通的数字照相机相同，本实施例的数字照相机在检测到开关Sw1的ON的情况下，同样不仅进行焦点检测处理而且还进行曝光控制处理，并且确定拍摄条件(快门速度、f值和拍摄感光度)。该曝光控制处理可以由照相机MPU 125基于图像数据的亮度信息来进行，而且可以使用任何众所周知的技术。
在步骤S301中，照相机MPU 125将所确定的f值和快门速度发送至镜头MPU 117，并且控制光圈快门102的操作。此外，照相机MPU 125使图像传感器驱动电路123在经由光圈快门102对图像传感器122进行曝光的时间段内累积电荷。
在经过了曝光时间段的情况下，照相机MPU 125在步骤S302中使图像传感器驱动电路123读取高像素静止图像拍摄所用的图像、即读取所有像素。在步骤S303中，照相机MPU125使图像处理电路124对所读取的图像数据进行缺陷像素校正处理(包括焦点检测像素的缺陷像素)。在本实施例的结构中，焦点检测像素的输出不具有用于拍摄图像的RGB颜色信息，因而焦点检测像素在获得图像方面与缺陷像素相对应，因而通过基于与焦点检测像素的附近的摄像像素有关的信息进行插值来生成图像信号。在步骤S304中，照相机MPU 125使图像处理电路124对进行了缺陷像素校正的图像数据进行诸如去马赛克(颜色插值)处理、白平衡处理、γ校正(色调校正)处理、颜色转换处理、边缘强调处理或编码处理等的图像处理。在步骤S305中，照相机MPU 125将图像数据文件记录在存储器128中。
在步骤S306中，照相机MPU 125将照相机主体120的特性信息与步骤S305中所记录的拍摄图像相关联地记录在存储器128和照相机MPU 125内的存储器中。这里，照相机主体120的特性信息的示例包括以下信息：
-拍摄条件(诸如f值、快门速度和拍摄感光度等)；
-与图像处理电路124所应用的图像处理有关的信息；
-与图像传感器122的摄像像素和焦点检测像素的光接收感光度分布有关的信息；
-与照相机主体120内的要拍摄的光束的渐晕有关的信息；
-与照相机主体120和镜头单元100进行安装的安装面与图像传感器122之间的距离有关的信息；以及
-制造误差信息。
注意，与图像传感器122的摄像像素和焦点检测像素的光接收感光度分布有关的信息是依赖于片上微透镜ML和光电转换区域PD的信息，因而可以记录与这些构件有关的信息。
在步骤S307中，照相机MPU 125将与镜头单元100有关的特性信息与步骤S305中所记录的拍摄图像相关联地记录在存储器128和照相机MPU 125内的存储器中。镜头单元100的特性信息的示例包括与出射光瞳411有关的信息、框信息、与拍摄时的焦距或F值有关的信息、像差信息和制造误差信息等。在步骤S308中，照相机MPU 125将作为与拍摄图像有关的信息的图像相关信息记录在存储器128和照相机MPU 125内的存储器中。图像相关信息可以包括与拍摄之前的焦点检测操作有关的信息、被摄体移动信息和与焦点检测操作的精度有关的信息。
在步骤S308的处理结束的情况下，照相机MPU 125结束步骤S300的拍摄子例程，并且处理进入主例程的步骤S18。
以下将说明在图7的步骤S8中基于所检测到的散焦量和阈值1的关系来判断是否切换(增加)帧频的原因。
图9示出图7的步骤S5～S15的处理期间调焦透镜104的位置和时间的关系。在图9中，横轴表示时间，并且纵轴表示调焦透镜104的位置。假定横轴的原点(t＝0)是在图7的步骤S5中检测到开关Sw1的ON的时刻。
将参考图9和7来说明从焦点检测处理开始时的透镜位置到散焦量大的AF结束时透镜位置1的过程。首先，在时刻T1-1(t＝0)检测到开关Sw1的ON的情况下，在步骤S6中设置焦点检测区域。在步骤S7中，由于步骤S4中所检测到的散焦量大于容许值，因此判断为照相机没有聚焦。如果在时刻T2-2判断为所检测到的散焦量为阈值1以上(步骤S8)，则将帧频切换为高帧频从而以高速进行焦点检测处理。
由于帧频的切换需要进行曝光的复位操作，因此需要特定量的时间段D。在帧频切换处理结束、并且利用高帧频驱动了图像传感器之后，从时刻T2-1开始基于所检测到的散焦量的透镜的驱动(步骤S10)。基于在透镜的驱动期间所获得的图像数据来重复进行焦点检测处理(步骤S11)和聚焦判断(步骤S12)，并且在时刻T3-1处透镜到达AF结束时透镜位置1的情况下，停止透镜的驱动。此时，判断为照相机处于聚焦状态，并且判断是否设置高帧频(步骤S13)。由于如上所述已将帧频切换为高帧频，因此进行用于使帧频返回为原始帧频的处理(步骤S14)并且显示照相机聚焦(步骤S15)。
将参考示出帧频切换处理之前和之后的时序图的图12来进一步说明在切换了帧频的情况下、直到透镜的驱动开始为止所需的时间段D。横轴表示时间，并且V1～V8示出V同步信号的时刻，其中在这些时刻之间帧频增加了两倍。首先，在V1和V2之间利用图像传感器读取在V1的时刻完全累积的信号，并且在V2的时刻开始进行使用所读取的信号的焦点检测。如果在V2之后的T1-1的时刻检测到Sw1的ON、并且在T2-2的时刻判断为散焦量为阈值1以上，则照相机MPU 125开始帧频切换处理，因而不进行使用在V2的时刻所读取的信号的焦点检测。
由于使用在紧接着切换了帧频之后的V3的时刻所读取的信号、复位操作时刻和读取时刻之间的间隔针对各行而改变并且不能进行精确的焦点检测，因此也不进行使用V3的时刻所读取的信号的焦点检测。因此，在帧频切换处理之后最初进行的焦点检测是使用在V4的时刻所读取的信号的焦点检测，并且在V6的时刻获得焦点检测的结果的情况下将进行透镜的驱动。因此，需要特定时间量来进行帧频切换处理并获得切换之后的焦点检测结果。例如，在帧频从30fps改变为60fps的情况下，在图12的T2-2和V3之间最多需要33.3ms，并且在将帧频切换为60fps之后，在V3和V6之间需要16.6×3＝49.8ms，即需要约80ms的时间。
然后，将说明从AF开始时的透镜位置到散焦量小的AF结束时透镜位置2的过程。假定与AF结束时透镜位置1的情况相同、在时刻T2-2处切换帧频，在经过了特定量的时间段D的时刻T2-1处开始进行基于所检测到的散焦量的调焦透镜的驱动，并且在时刻T3-2’处调焦透镜到达AF结束时透镜位置2。
另一方面，在时刻T2-2没有将帧频切换为高帧频的情况下，在时刻T2-2开始进行基于所检测到的散焦量的调焦透镜的驱动，因而在时刻T3-2处调焦透镜到达AF结束时透镜位置2。因此，如果与散焦量无关地将帧频切换为高帧频，则在散焦量不大的情况下，与没有切换帧频的情况相比，可能存在调焦透镜到达聚焦位置需要较长时间的情况。通过不切换帧频，可以在图12的T1-1～V3的时间段内驱动透镜，从而使得能够以较高的速度进行焦点调节。
因此，在本实施例中，基于所检测到的散焦量来判断是否切换为高帧频。因而基于如下的散焦量的最小值来确定在步骤S8中与散焦量进行比较的阈值1，其中针对该散焦量，即使帧频的切换需要时间，在帧频增加的情况下，也可以缩短焦点检测所需的时间。该值根据摄像设备及其驱动电路、以及数字照相机的调焦透镜的驱动特性而改变，因而针对装置的各类型而预先确定。此外，在镜头可更换型数字照相机的情况下，还可以根据镜头的装置类型来校正主体中所存储的标准阈值。注意，根据需要，还可以考虑到在已将调焦透镜驱动至聚焦位置之后使帧频返回为原始值的情况下所需的时间来设置阈值1。
注意，如上所述，还可以单独或者与使用TVAF焦点检测单元130的对比度AF相组合地进行摄像面相位差检测AF。在这种情况下，在焦点检测操作开始时，还可以将对比度评价值与预定阈值进行比较，并且判断是否将帧频切换为高帧频。由于对比度评价值依赖于散焦量，因此甚至还可以使用对比度评价值来进行与步骤S8的评价相同的评价。在如果判断为散焦量小于阈值则不将帧频切换为高帧频这一方面不存在差异。此外，可以组合这两个方法，使得在焦点检测操作开始时，基于通过摄像面相位差检测AF的焦点检测结果来判断是否切换为高帧频，之后使用对比度AF。
此外，本实施例被配置成如下：在将帧频切换为高帧频的情况下，使调焦透镜104移动至聚焦位置，并且在焦点检测处理结束的情况下，使帧频返回(切换)为原始帧频。然而，使帧频返回至原始帧频的时刻不必是使照相机聚焦之后的时刻。也就是说，可以在获得了精度充分高的散焦量时使帧频返回至正常帧频。具体地，在摄像面相位差检测AF的执行期间，随着照相机接近聚焦状态，所检测到的散焦量的精度提高，因而还可以在散焦量小于预定量的时间点处开始用于使帧频返回至原始帧频的处理。该阈值例如可以与阈值1相同，或者还可以是其它阈值。同样，在与摄像面相位差检测AF相组合地使用对比度检测方法的焦点检测的情况下，可以在检测到了对比度评价值(AF评价值)的最大值的时间点处开始用于使帧频返回至原始帧频的处理。据此，该过程可以更加快速地进入拍摄处理。
根据本实施例，如以上已经说明的，进行摄像面相位差检测AF的焦点检测设备基于所检测到的散焦量来判断是否将帧频切换为高帧频。
具体地，在所检测到的散焦量为阈值以上的情况下，将帧频切换为高帧频，并且在所检测到的散焦量小于阈值的情况下，将帧频维持为正常帧频。因此，可以实现在散焦量大的情况下的高速焦点检测、以及由于帧频的切换所用的时间(特别是在散焦量小的情况下)而发生的焦点检测所需的时间的增加的抑制这两者。
注意，为了便于说明和理解，本实施例说明了对正常帧频和高帧频进行切换的结构。然而，还可以配置成对较大量的类型的帧频进行切换。
此外，如下结构也是可以的：代替调焦透镜104，驱动图像传感器122以进行焦点检测。在这种情况下，在照相机主体120上设置用于驱动图像传感器的机构，并且照相机MPU125被配置为控制驱动。
第二实施例
将参考图10和11来说明本发明的第二实施例。第二实施例与第一实施例的主要不同之处在于以下：根据焦点检测信息(散焦量)的更新间隔或拍摄帧频来改变调焦透镜的驱动速度。在第一实施例中，与所检测到的散焦量无关，步骤S10中的调焦透镜的驱动速度是恒定的。因此，在利用与高帧频相比、散焦量的更新间隔较长的正常帧频来进行焦点检测的情况下，散焦量的更新间隔中的透镜的移动量将增大，因此散焦量的精度可能不足。
因此，本实施例的特征在于：在无需切换至高帧频的状态下进行焦点检测操作的情况下，使调焦透镜的驱动速度下降，由此即使帧频不够也抑制焦点检测信息的精度的下降。
注意，在本实施例中，还可以使用数字照相机的框图(图1)、示出使用图像传感器内的焦点检测像素的焦点检测方法的图(图2～5)和示出第一实施例的焦点检测区域的图(图6A和6B)，因而将省略针对这些图的说明。
图10是示出本实施例的数字照相机的焦点检测和拍摄操作的流程图。步骤S1～S9的处理与第一实施例的图7的处理相同，因而省略了针对该处理的说明。
如果在步骤S8中判断为所检测到的散焦量的绝对值小于阈值1，则照相机MPU 125使过程进入步骤S100，并将调焦透镜104的驱动速度设置为驱动速度1。
另一方面，在步骤S9中已将帧频切换为高帧频之后，照相机MPU 125将调焦透镜104的驱动速度设置为驱动速度2。
在本实施例中，将驱动速度1设置为比驱动速度2慢的值。在用于设置驱动速度的方法中，考虑到透镜位置之间的距离来定义确保充足的焦点检测精度所需的更新间隔，并且根据第一更新间隔相对于第二更新间隔的比来将驱动速度1设置为比驱动速度2慢。
步骤S10及其之后的处理与第一实施例的图7的处理相同，因而省略了针对这些处理的说明。
图11是示出图10的步骤S5～S15的处理期间调焦透镜104的位置和时间的关系的图。在图11中，横轴表示时间，并且纵轴表示调焦透镜104的位置。横轴的原点(t＝0)是在图10的步骤S5中检测到开关Sw1的ON的时刻。
图11与图9的不同之处在于在将透镜从AF开始时的透镜位置驱动至AF结束时透镜位置2所利用的透镜驱动速度。图11的从T2-2到T3-2的斜率表示透镜驱动速度1。另一方面，从T2-1到T3-1的斜率表示透镜驱动速度2。由于如斜率所示、透镜驱动速度1比透镜驱动速度2慢，因此如上所述，利用透镜驱动速度1可以进行更加精确的焦点检测。此外，由于焦点检测处理中的透镜驱动时间的百分比不会过高，因此即使将透镜驱动速度设置得低，同与散焦量无关地切换帧频的情况相比，也可以以较高的速度实现焦点检测处理。例如，可以将透镜驱动速度1的下限设置在与切换帧频的情况相比、透镜可以更加快速地到达AF结束时透镜位置2的范围内。此外，可以根据散焦量来动态地设置透镜驱动速度1。
在本实施例中，除第一实施例的效果以外，通过与切换帧频的情况相比、在没有切换帧频的情况下将透镜驱动速度设置为较慢的速度，还可以实现散焦量小时的焦点检测的提高。
变形例1
注意，本实施例被配置成如下：基于第一阈值(容许值)来进行针对所检测到的散焦量的聚焦判断，并且基于第二阈值(阈值1)来进行帧频的设置(改变)和透镜驱动速度的设置。
这是为了在透镜的驱动期间还进行焦点检测的前提下、维持透镜的驱动期间的焦点检测的高精度。另一方面，存在如下情况：在透镜的驱动之前，期望在无需在透镜的驱动期间进行焦点检测的情况下、将通过基于所检测到的散焦量驱动透镜来使照相机进入聚焦状态。在这种情况下，还可以使用阈值2来进行以下处理，其中该阈值2大于聚焦判断时所使用的阈值(容许值)、且小于用于判断是否进行帧频切换处理的阈值(阈值1)。
在所检测到的散焦量为阈值2以下的情况下，判断为在透镜的驱动期间无需进行焦点检测，并且将透镜驱动速度设置为上述的驱动速度2。注意，可以设置的透镜驱动速度不限于驱动速度2，并且可以是包括比驱动速度2高的驱动速度的、比驱动速度1高的任何透镜驱动速度。
另一方面，在所检测到的散焦量大于阈值2且小于阈值1的情况下，帧频没有切换为高帧频并将透镜驱动速度设置为驱动速度1，并且进行焦点检测。此外，在所检测到的散焦量不小于阈值1的情况下，如上所述，将帧频切换为高帧频并将透镜驱动速度设置为驱动速度2，并且进行焦点检测。
利用该结构，在所检测到的散焦量小的情况下，可以在维持焦点检测精度的同时、增加能够以较高的速度进行焦点检测的情形的数量。
变形例2
注意，本实施例被配置成如下：基于第一阈值(容许值)来进行针对所检测到的散焦量的聚焦判断，并且基于第二阈值(阈值1)来进行帧频的设置(改变)和透镜驱动速度的设置。此外，配置成如下：在所检测到的散焦量小于阈值1的情况下，将帧频设置为低帧频并将透镜驱动速度设置为低速，并且在所检测到的散焦量为阈值1以上的情况下，将帧频设置为高帧频并将透镜驱动速度设置为高速。
这是为了在透镜的驱动期间还进行焦点检测的前提下、维持透镜的驱动期间的焦点检测的高精度。然而，在所检测到的散焦量小的情况下，存在如下情况：在透镜的驱动之前，期望在无需在透镜的驱动期间进行焦点检测的情况下、将通过基于所检测到的散焦量驱动透镜来使照相机进入聚焦状态。另一方面，在所检测到的散焦量大的情况下，由于所获得的散焦量的可靠性低，因此可以将散焦量的更新间隔设置得较短。
在这种情况下，可以基于阈值(阈值1)来进行以下处理，其中该阈值用于判断是否进行帧频切换处理，并且其大于聚焦判断时所使用的阈值(容许值)：
在所检测到的散焦量为阈值1以下的情况下，判断为在透镜的驱动期间无需进行焦点检测，并且将透镜驱动速度设置为上述的驱动速度2。注意，可以设置的透镜驱动速度不限于驱动速度2，并且可以是包括比驱动速度2高的驱动速度的、比驱动速度1高的任何透镜驱动速度。
另一方面，在所检测到的散焦量为阈值1以上的情况下，将帧频切换为高帧频，将透镜驱动速度设置为驱动速度1，并且进行焦点检测。
利用该结构，在所检测到的散焦量小的情况下，可以在维持焦点检测精度的同时、增加能够以较高的速度进行焦点检测的情形的数量。另一方面，在所检测到的散焦量大的情况下，可以提高焦点检测精度。
此外，与变形例1相同，可以利用阈值2一起进行以下处理，其中该阈值2大于聚焦判断时所使用的阈值(容许值)、且小于用于判断是否进行帧频切换处理的阈值(阈值1)。
在所检测到的散焦量为阈值2以下的情况下，判断为在透镜的驱动期间无需进行焦点检测，并且将透镜驱动速度设置为上述的驱动速度2。注意，可以设置的透镜驱动速度不限于驱动速度2，并且可以是包括比驱动速度2高的驱动速度的、比驱动速度1高的任何透镜驱动速度。
另一方面，在所检测到的散焦量大于阈值2且小于阈值1的情况下，帧频没有切换为高帧频并将透镜驱动速度设置为驱动速度1，并且进行焦点检测。此外，在所检测到的散焦量不小于阈值1的情况下，如上所述，将帧频切换为高帧频并将透镜驱动速度设置为驱动速度1，并且进行焦点检测。
利用该结构，在所检测到的散焦量小的情况下，可以在维持焦点检测精度的同时、增加能够以较高的速度进行焦点检测的情形的数量。另一方面，在所检测到的散焦量大的情况下，可以提高焦点检测精度。
第三实施例
将参考图13来说明本发明的第三实施例。第三实施例与第一实施例的主要不同之处在于以下：与所检测到的散焦量无关地，在相同时刻开始调焦透镜的驱动。在第一实施例中，在所检测到的散焦量大的情况下，步骤S9中的帧频切换处理完成，然后在步骤S10中进行调焦透镜的驱动。因此，如参考图12已经说明的，在进行帧频切换处理的情况下，在直到获得焦点检测结果为止需要耗费时间，这导致焦点调节时间长。
因此，本实施例的特征在于以下：即使在切换帧频的情况下，也使用先前获得的焦点检测结果来在帧频的切换期间驱动调焦透镜。
注意，还可以使用第一实施例中所使用的以下附图，因而省略了针对这些附图的说明。即：数字照相机的框图(图1)、示出使用图像传感器内的焦点检测像素的焦点检测方法的图(图2～5)、示出焦点检测区域的图(图6A和6B)、以及示出数字照相机的焦点检测和拍摄操作的流程图(图7)。
根据本实施例，在图7的流程图中，开始步骤S9的帧频切换处理并且在该切换处理完成之前过程进入步骤S10，并且驱动调焦透镜。
以下将说明在图7的步骤S10中所进行的用于驱动调焦透镜的方法。
图13是示出在图7的步骤S5～S15的处理期间调焦透镜104的位置和时间的关系的图。在图13中，横轴表示时间，并且纵轴表示调焦透镜104的位置。假定横轴的原点(t＝0)是在图7的步骤S5中检测到开关Sw1的ON的时刻。
将参考图13和7来说明从焦点检测处理开始时的透镜位置到散焦量大的AF结束时透镜位置1的过程。首先，在时刻T1-1(t＝0)检测到开关Sw1的ON的情况下，在步骤S6中设置焦点检测区域。在步骤S7中，由于步骤S4中所检测到的散焦量大于容许值，因此判断为照相机没有聚焦。如果在时刻T2-2判断为所检测到的散焦量为阈值1以上(步骤S8)，则将帧频切换为高帧频，从而以高速进行焦点检测处理。
由于帧频的切换需要进行曝光的复位操作，因此需要特定量的时间段D。在帧频切换期间，使用在Sw1的检测之前获得的焦点检测信息来开始透镜的驱动(步骤S10)。从时刻T2-1起，基于在以高帧频驱动图像传感器的状态下所检测到的散焦量来继续透镜的驱动。也就是说，由于在T2-2和T2-1之间无法获得新的焦点检测结果，因此进行基于在Sw1的检测之前所获得的焦点检测结果的透镜的驱动。通过在透镜的驱动开始时适当地设置驱动速度，可以对透镜进行驱动，使得在T2-1的时刻透镜没有通过聚焦位置。
在可以以高帧频获得焦点检测结果之后，基于在透镜的驱动期间所获得的图像数据来重复进行焦点检测处理(步骤S11)和聚焦判断(步骤S12)，并且在时刻T3-1处透镜到达AF结束时透镜位置1的情况下，停止透镜的驱动。此时，判断为照相机处于聚焦状态，并且判断是否设置高帧频(步骤S13)。由于如上所述、已将帧频切换为高帧频，因此进行用于使帧频返回至原始帧频的处理(步骤S14)，并且显示照相机处于聚焦状态(步骤S15)。
因此，在散焦量大的情况下，在帧频切换处理期间驱动透镜，从而使得可以以较高的速度进行焦点调节。
从AF开始时的透镜位置到散焦量小的AF结束时透镜位置2的过程与第一实施例的过程相同。基于所检测到的散焦量的调焦透镜的驱动在时刻T2-2开始，并且调焦透镜在时刻T3-2处到达AF结束时透镜位置2。在T2-2处开始透镜的驱动之后，到焦点调节完成为止，将需要进行关于透镜是否到达聚焦位置的判断(步骤S12)，其中该判断需要在聚焦位置的附近所获得的焦点检测结果。在切换了帧频的情况下，在切换之后在T2-1的时刻可以获得焦点检测结果，因而在T3-2处不能判断照相机是否处于聚焦状态。在本实施例中，在散焦量小的情况下，不进行帧频切换处理，由此使得可以缩短不能获得焦点检测结果的时间段并快速地完成焦点调节。
其它实施例
还可以通过读出并执行记录在存储介质(例如，非瞬态计算机可读存储介质)上的计算机可执行指令以进行本发明的上述实施例中的一个或多个的功能的系统或设备的计算机和通过下面的方法来实现本发明的实施例，其中，该系统或设备的计算机通过例如从存储介质读出并执行计算机可执行指令以进行上述实施例中的一个或多个的功能来进行上述方法。该计算机可以包括中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)或其它电路中的一个或多个，并且可以包括单独计算机或单独计算机处理器的网络。例如可以从网络或存储介质将这些计算机可执行指令提供至计算机。该存储介质可以包括例如硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算机系统的存储器、光盘(诸如致密盘(CD)、数字多功能盘(DVD)或蓝光盘(BD)TM)、闪速存储装置和存储卡等中的一个或多个。
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，以包含所有修改、等同结构和功能。

Claims (11)

1.一种摄像设备，包括：
焦点调节部件，用于使用从图像传感器输出的相位差信号来进行焦点调节；
计算部件，用于使用从所述图像传感器输出的所述相位差信号来计算与散焦量有关的信息；
判断部件，用于响应于检测到拍摄所用的准备操作，在与所述散焦量有关的信息大于容许值的情况下判断为没有获得聚焦状态，以及在与所述散焦量有关的信息不大于容许值的情况下判断为获得聚焦状态；以及
控制部件，用于控制获得所述相位差信号所利用的帧频，
其特征在于，在所述判断部件判断为没有获得聚焦状态的情况下，如果与所述散焦量有关的信息等于或大于比所述容许值大的第一阈值，则所述控制部件将所述帧频设置为第一帧频，以及如果与所述散焦量有关的信息小于所述第一阈值，则所述控制部件将所述帧频设置为低于所述第一帧频的第二帧频。
2.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，
在所述判断部件判断为没有获得聚焦状态的情况下，如果与所述散焦量有关的信息小于所述第一阈值，则在维持所述帧频的状态下，使所述焦点调节部件移动至与所述散焦量相对应的位置。
3.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，
在检测到所述拍摄所用的准备操作的情况下：
在与所述散焦量有关的信息等于或大于所述第一阈值时，将所述焦点调节部件的驱动速度设置为比第一驱动速度快的第二驱动速度；以及
在与所述散焦量有关的信息小于所述第一阈值且大于所述容许值时，将所述焦点调节部件的驱动速度设置为所述第一驱动速度。
4.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，
在检测到所述拍摄所用的准备操作的情况下：
在与所述散焦量有关的信息等于或小于比所述第一阈值小且比所述容许值大的第二阈值时，在所述焦点调节部件的驱动期间不进行焦点检测，并且将所述焦点调节部件的驱动速度设置为比第一驱动速度快的第二驱动速度；以及
在与所述散焦量有关的信息大于所述第二阈值且小于所述第一阈值时，在所述焦点调节部件的驱动期间进行所述焦点检测，并且将所述焦点调节部件的驱动速度设置为所述第一驱动速度。
5.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，
在检测到所述拍摄所用的准备操作的情况下：
在与所述散焦量有关的信息小于所述第一阈值时，将所述焦点调节部件的驱动速度设置为比第二驱动速度慢的第一驱动速度；以及
在与所述散焦量有关的信息等于或大于所述第一阈值时，将所述焦点调节部件的驱动速度设置为所述第二驱动速度。
6.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，
在将获得所述相位差信号所利用的帧频设置为比检测到所述拍摄所用的准备操作之前的帧频快的帧频的情况下，使所述焦点调节部件根据所述散焦量而移动。
7.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，
所述图像传感器是如下装置，其中该装置拍摄穿过了摄像光学系统的出射光瞳的不同区域的一对光束，并且拍摄记录所用的图像。
8.根据权利要求5所述的摄像设备，其中，
检测到所述拍摄所用的准备操作之前的帧频是根据实时取景显示所用的运动图像拍摄的帧频所确定的。
9.一种摄像设备，包括：
焦点调节部件，用于使用焦点检测信号来进行焦点调节；
计算部件，用于使用所述焦点检测信号来计算与散焦量有关的信息；
判断部件，用于响应于检测到拍摄所用的准备操作，在与所述散焦量有关的信息大于容许值的情况下判断为没有获得聚焦状态，以及在与所述散焦量有关的信息不大于容许值的情况下判断为获得聚焦状态；以及
控制部件，用于控制获得所述焦点检测信号所利用的帧频，
其特征在于，在所述判断部件判断为没有获得聚焦状态的情况下，如果与所述散焦量有关的信息等于或大于比所述容许值大的第一阈值，则所述控制部件将所述帧频设置为第一帧频，以及如果与所述散焦量有关的信息小于所述第一阈值，则所述控制部件将所述帧频设置为低于所述第一帧频的第二帧频。
10.一种摄像设备的控制方法，包括以下步骤：
焦点调节步骤，用于使用从图像传感器输出的相位差信号来进行焦点调节；
计算步骤，用于使用从所述图像传感器输出的所述相位差信号来计算与散焦量有关的信息；
判断步骤，用于响应于检测到拍摄所用的准备操作，在与所述散焦量有关的信息大于容许值的情况下判断为没有获得聚焦状态，以及在与所述散焦量有关的信息不大于容许值的情况下判断为获得聚焦状态；以及
控制步骤，用于控制获得所述相位差信号所利用的帧频，
其特征在于，在所述判断步骤中判断为没有获得聚焦状态的情况下，如果与所述散焦量有关的信息等于或大于比所述容许值大的第一阈值，则所述控制步骤将所述帧频设置为第一帧频，以及如果与所述散焦量有关的信息小于所述第一阈值，则所述控制步骤将所述帧频设置为低于所述第一帧频的第二帧频。
11.一种摄像设备的控制方法，包括以下步骤：
焦点调节步骤，用于使用焦点检测信号来进行焦点调节；
计算步骤，用于使用所述焦点检测信号来计算与散焦量有关的信息；
判断步骤，用于响应于检测到拍摄所用的准备操作，在与所述散焦量有关的信息大于容许值的情况下判断为没有获得聚焦状态，以及在与所述散焦量有关的信息不大于容许值的情况下判断为获得聚焦状态；以及
控制步骤，用于控制获得所述焦点检测信号所利用的帧频，
其特征在于，在所述判断步骤中判断为没有获得聚焦状态的情况下，如果与所述散焦量有关的信息等于或大于比所述容许值大的第一阈值，则所述控制步骤将所述帧频设置为第一帧频，以及如果与所述散焦量有关的信息小于所述第一阈值，则所述控制步骤将所述帧频设置为低于所述第一帧频的第二帧频。
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