CN105120171A - 摄像设备及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种摄像设备及其控制方法，该摄像设备所包括的控制器至少具有混合读出模式。该混合读出模式用于混合并读取图像传感器(107)中的多个像素的输出。当要混合的像素是摄像像素时，混合这些摄像像素。当要混合的像素包含焦点检测像素时，不将摄像像素的信号与焦点检测像素的信号混合。

Description

摄像设备及其控制方法
本申请是申请日为2009年7月7日、国家申请号为200980126937.0、发明名称为“摄像设备及其控制方法”的PCT申请(国际申请号为PCT/JP2009/003149)的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种摄像设备及其控制方法。
背景技术
通过在图像传感器的摄像像素中配置焦点检测像素来进行相位差焦点检测或自动调焦(“AF”)，这是已知的。例如，专利文献1、专利文献2和专利文献3。
在电子取景器模式或运动图像拍摄模式下，帧频比图像质量更加重要。
专利文献4提出了如下的摄像设备：该摄像设备在图像传感器中不配置焦点检测像素，并且可以通过切换跳过读出模式(或间隔剔除读出模式)和混合读出模式来提供输出。由于混合读出模式混合多个像素的信号并且使用由此产生的信号，因此该混合读出模式可以抑制在被摄体的空间频率高时将发生的波纹(moire)。跳过读出模式跳过所有像素中的一部分像素的信号，并且由此可以抑制生成由于高亮度引起的拖尾(smear)。
引文列表
专利文献
专利文献1：日本特开2000-156823
专利文献2：日本特开2000-292686
专利文献3：日本特开2001-305415
专利文献4：日本特开2003-189183
发明内容
发明要解决的问题
传统上，对于使用图像传感器来提供相位差AF的摄像设备而言，在对该摄像设备设置电子取景器模式或运动图像拍摄模式的情况下，不能在抑制图像质量劣化时提供焦点检测。例如，当设置跳过读出模式时，由于焦点检测像素被跳过，因此专利文献1不能提供相位差AF。专利文献2和专利文献3没有记载跳过读出。由于专利文献4在图像传感器中未配置焦点检测像素，因此专利文献4不能使用图像传感器来提供相位差AF。如果将专利文献4的混合读出模式简单应用于专利文献1，则焦点检测像素与摄像像素混合，并且焦点检测像素消失。结果，焦点检测精度劣化，或者相位差AF本身变得不可用。
本发明提供一种在混合或跳过图像信号之后读出这些图像信号时、能够适当地读取诸如摄像像素和焦点检测像素等的功能像素的摄像设备及其控制方法。
用于解决问题的方案
根据本发明的一个方面，一种摄像设备，包括：图像传感器，其包括多个摄像像素和多个进行了光瞳分割的焦点检测像素对；以及控制器，用于控制来自所述图像传感器的像素信号的读取，其中，所述控制器控制读取，以使得在混合并读取来自多个像素的像素信号时，不能将来自进行了光瞳分割的焦点检测像素对的像素信号与来自摄像像素的像素信号混合。
发明的效果
本发明可以提供能够适当地读取来自摄像像素和焦点检测像素这两者的像素输出的摄像设备及其控制方法。
附图说明
图1是(实施例1的)照相机的框图。
图2是图1所示的图像传感器的框图。
图3是用于解释图1所示的图像传感器所使用的摄像像素和焦点检测像素的结构的图。
图4是用于解释图1所示的图像传感器所使用的摄像像素和焦点检测像素的结构的图。
图5是用于解释图1所示的图像传感器所使用的摄像像素和焦点检测像素的结构的图。
图6是示出图1所示的图像传感器的像素的例示配置的平面图。
图7是用于解释(实施例1的)图像传感器中的全画面读出的图。
图8是用于解释(实施例1的)图像传感器中的跳过读出的图。
图9是用于解释(实施例1的)图像传感器中的混合读出的图。
图10是用于解释(实施例2的)第一混合读出的图。
图11是用于解释(实施例2的)第二混合读出的图。
附图标记列表
100数字照相机(摄像设备)
105包括调焦透镜的第三透镜单元
107图像传感器
121CPU(控制器)
205混合单元
208水平扫描器
210垂直扫描器
具体实施方式
以下将参考附图来说明本发明的典型实施例。
实施例1
图1是(实施例1的)数字照相机(摄像设备)100的框图。
在图1中，附图标记101表示位于摄像光学系统的前端处的、并且以在光轴方向上可移动的方式安装的第一透镜单元。附图标记102表示光圈/快门，该光圈/快门102在调整其开口直径时调节摄像时的光量，并且用作为静止图像拍摄时的曝光时间调节快门。附图标记103表示第二透镜单元。光圈/快门102和第二透镜单元103在光轴方向上一体化地移动，并且与第一透镜单元101的移动相关联地提供变倍(变焦)。附图标记105表示在光轴方向上移动以进行调焦的、包括调焦透镜的第三透镜单元。附图标记106表示作为被配置为减轻所拍摄图像的伪色或波纹的光学元件的光学低通滤波器106。附图标记107表示包括CMOS传感器和外围电路的图像传感器。图像传感器107使用二维单板彩色传感器，在该二维单板彩色传感器中，在横向方向上为m个像素并且纵向方向上为n个像素的光接收像素上，形成拜尔(Bayer)阵列的原色马赛克滤波器作为片上结构(on-chiparrangement)。图像传感器107包括多个摄像像素和多个焦点检测像素。
附图标记111表示变焦致动器，该变焦致动器111被配置为使凸轮筒(未示出)转动，并且在光轴方向上驱动第一透镜单元101至第三透镜单元103以进行变倍。附图标记112表示光圈/快门致动器，该光圈/快门致动器112控制光圈/快门102的开口直径以调节摄像光量，并且控制静止图像拍摄时的曝光时间。附图标记114表示被配置为在光轴方向上驱动第三透镜单元105以进行调焦的调焦致动器。附图标记115表示被配置为在摄像时照明被摄体的电子闪光灯。附图标记116表示AF辅助光投射部，该AF辅助光投射部116被配置为通过光投射透镜将具有预定开口图案的掩模图像投影到视野上，并且提高对于暗的被摄体或对比度低的被摄体的焦点检测能力。
附图标记121表示作为用于管理照相机本体的各种控制的控制器的CPU。CPU121包括计算部、ROM、RAM、A/D转换器、D/A转换器和通信接收电路等，根据ROM中存储的程序驱动照相机中的各种电路，并且执行诸如AF、摄像、图像处理和记录等的一系列的操作。附图标记122表示与摄像操作同步地控制电子闪光灯115的点亮和熄灭的电子闪光灯控制器。附图标记123表示与焦点检测操作同步地控制AF辅助光投射部116的点亮和熄灭的辅助光驱动器。附图标记124表示图像传感器驱动器，该图像传感器驱动器124控制图像传感器107的摄像操作，对所获得的图像信号提供模拟到数字转换，并将由此产生的信号发送至CPU121。附图标记125是对由图像传感器107获得的图像提供伽玛转换、颜色插值和诸如JPEG压缩等的其它处理的图像处理器。
附图标记126表示调焦驱动器，该调焦驱动器126在CPU121的控制下，基于焦点检测结果来控制调焦致动器114的驱动，并在光轴方向上驱动第三透镜单元105以进行调焦。附图标记128表示控制光圈/快门致动器112的驱动、并控制光圈/快门102的开口的光圈/快门驱动器。附图标记129表示被配置为根据拍摄者的变焦操作来驱动变焦致动器111的变焦驱动器。
附图标记131表示诸如LCD等的显示器，该显示器131被配置为显示数字照相机100的与摄像模式有关的信息、摄像前的预览图像、摄像后的回放用图像和焦点检测时的聚焦状态表示图像等。附图标记132表示诸如电源开关、释放(摄像触发)开关、变焦操作开关和模式选择开关等的操作开关。模式选择开关用作被配置为设置静止图像拍摄模式、运动图像拍摄模式和电子取景器模式的模式设置部。该模式选择开关在运动图像拍摄模式或电子取景器模式下，可以设置后面将说明的跳过读出模式或混合读出模式(或者第一混合读出模式或第二混合读出模式)。附图标记133表示被配置为记录拍摄到的图像的可拆卸式闪速存储器。
图2是图像传感器107的框图，并且示出解释以下读出操作所需的最低限度的结构，从而省略了像素复位信号等。
在图2中，附图标记201表示可以利用“PDmn”来区别的光电转换部，其中，m(＝0,1,...m-1)是X方向上的地址，并且n(＝0,1,...n-1)是Y方向上的地址。光电转换部201具有光电二极管、像素放大器和复位开关等。图像传感器107按二维方式配置m×n个光电转换部201。为了简便，仅标记了左上方的光电转换部PD00-PD03。添加至光电转换部201的R、G和B表示滤色器，并且这些滤色器被配置为形成拜尔阵列。
附图标记202表示选择光电转换部201的输出的开关，并且垂直扫描器210按每行选择开关202。附图标记203表示成为光电转换部201的像素放大器(未示出)的负载的恒定电流生成器，并且该恒定电流生成器203配置在各垂直输出线上。附图标记204表示被配置为暂时存储光电转换部201的输出的行存储器。行存储器204存储由垂直扫描器210选择的、针对一行的光电转换部201的输出。通常，行存储器204使用电容器。
附图标记205表示被配置为混合水平方向上的多个像素的信号的混合单元。使用混合单元205来在以下的混合读出时混合水平方向上的像素的信号，并且利用要输入至ADD端子和AF端子的两个控制信号来控制混合单元205。供给至ADD端子的控制信号是这种信号：该信号选择混合和非混合中的一个，或者当输入L电平的控制信号时选择非混合、并且当输入H电平的控制信号时选择混合。AF端子是在未混合的情况下选择性地读取图像传感器107中包括的焦点检测像素(焦点检测像素组)所使用的输入端子。实施例1不使用AF端子，并且后面在实施例2中将给出详细说明。与水平扫描器208相同，混合单元205用作被配置为选择输出像素的信号的选择器。
附图标记206表示将行存储器204中存储的光电转换部201的输出顺次输出至水平输出线HOL的开关。水平扫描器208顺次扫描H0～Hm-1开关206，并且读取针对一行的光电转换部的输出。附图标记207表示连接至水平输出线HOL的开关，该开关207被配置为将水平输出线HOL复位至电位VHRST，并且利用信号HRST来控制开关207。
水平扫描器208顺次扫描行存储器204中存储的光电转换部201的输出，并将它们输出至水平输出线HOL。水平扫描器208还用作为被配置为通过CPU121的控制来选择所需的像素的选择器。PHST端子是水平扫描器208的数据输入端子。PH1端子和PH2端子是移位时钟输入端子，并且将输入至PHST端子的H电平数据设置到PH1端子，并且PH2端子对该H电平数据进行锁存。当将移位时钟输入至PH1端子和PH2端子时，使输入至PHST端子的信号顺次移位从而驱动水平扫描器208，并且顺次接通H0～Hm-1开关206。SKIP端子是被配置为在后面的跳过读出或混合读出时允许水平扫描器208进行设置的控制输入端子。当将SKIP端子设置为H电平时，可以通过按诸如H2、H5、H8、…等的预定间隔跳过水平扫描器208的扫描，来在水平方向上跳过并读出水平扫描器208的像素输出。通过与SKIP端子相结合设置AF端子，为读出设置不同的跳过时间段。后面将给出读出操作的详细说明。
附图标记209表示针对从水平输出线HOL顺次输出的图像信号的缓冲放大器。附图标记210表示被配置为通过顺次扫描并输出V0～Vn-1来选择光电转换部201的开关202的垂直扫描器。与水平扫描器208相同，利用数据输入端子PVST(未示出)、移位时钟输入端子PV1和PV2(未示出)以及用于设置跳过读出的SKIP端子(未示出)来控制控制信号。由于垂直扫描器210的操作与水平扫描器208的操作相同，因此将省略对该操作的详细说明。为了简便，将省略垂直方向上的混合功能的说明。
图3和4是用于解释摄像像素和焦点检测像素的结构的图。本实施例设置均接收通过摄像光学系统中的出射光瞳的区域的一部分的光的多个焦点检测像素。本实施例采用以下的拜尔阵列：在4个(2列×2行)像素中，均具有G(绿色)光谱灵敏度的两个像素呈对角配置，并且具有R(红色)光谱灵敏度和B(蓝色)光谱灵敏度的其它两个像素呈对角配置。在下文，X表示列、并且Y表示行，并且将2列×2行表示为2×2。以下的焦点检测像素分散在拜尔阵列中。
图3示出摄像像素的配置和结构。图3(A)是2×2个摄像像素的平面图。众所周知，在拜尔阵列中，在对角方向上配置一对G像素，并且在其它两个像素中配置R像素和B像素，并且重复配置2×2的结构。图3(B)是沿着图3(A)中的线A-A所得的截面图。ML表示各像素的最前侧配置的片上微型透镜。CFR表示R(红色)的滤色器。CFG表示G(绿色)的滤色器。PD(PhotoDiode，光电二极管)示意性示出CMOS传感器的光电转换部201。CL(ContactLayer，接触层)表示形成传递CMOS传感器中的各种信号的信号线所使用的布线层。TL(TakingLens，拍摄透镜)示意性示出摄像光学系统。
摄像像素的片上微型透镜ML和光电转换部PD被配置为尽可能有效地获取已经通过摄像光学系统TL的光束。摄像光学系统TL的EP(ExitPupil，出射光瞳)和光电转换部PD经由片上微型透镜ML呈彼此共轭关系，并且光电转换部PD的有效面积被设计为大面积。尽管在图3(B)中示出R像素的入射光束，但G像素和B(蓝色)像素具有相同的结构。因此，与RGB摄像像素各自相对应的出射光瞳EP的孔径大，高效地获取来自被摄体的光束，并且提高了图像信号的S/N比。因而，多个摄像像素各自接收通过出射光瞳EP的整个区域的光，并且生成被摄体的图像。
图4示出在摄像光学系统TL的水平(或横向)方向上分割光瞳所使用的焦点检测像素的配置和结构。如这里所使用的“水平方向”是，当摄像设备处于摄像光学系统TL的光轴和摄像区域的长边可以与地面平行的姿势时、与光轴垂直并且与在水平方向上延伸的直线平行的方向。图4(A)是包含焦点检测像素的2×2个像素的平面图。在获得记录或欣赏用的图像信号时，使用G像素来获得亮度信息的主要成分。由于人类的图像识别特性对亮度信息敏感，因此由于G像素缺失而有可能识别出图像劣化。另一方面，R像素或B像素是获得颜色信息(色差信息)所使用的像素，并且人类的视觉特性对颜色信息不敏感。因而，即使当获得颜色信息所使用的像素略微缺失时，也不太可能识别出图像劣化。因此，本实施例在2×2个像素中，维持摄像像素用的G像素，并且利用焦点检测像素来替换R像素和B像素。在图4(A)中，将这些焦点检测像素例示为SHA和SHB。
图4(B)是沿着图4(A)中的线A-A所得的截面图。微型透镜ML和光电转换部PD具有与图3(B)所示的摄像元件的结构相同的结构。本实施例不使用焦点检测像素的信号来生成图像，并且代替颜色分解用的滤色器，配置透明(白色)膜CFW。另外，为了在图像传感器107中分割光瞳，布线层CL的开口部相对于微型透镜ML的中心线在一个方向上偏离。更具体地，像素SHA的开口部OPHA向右偏离，并且接收已经通过摄像光学系统TL的左侧的出射光瞳EPHA的光束。像素SHB的开口部OPHB向左偏离，并且接收已经通过摄像光学系统TL的右侧的出射光瞳EPHB的光束。像素SHA在水平方向上规则排列，并且利用这些像素所获得的被摄体图像将被称为A图像。像素SHB在水平方向上规则排列，并且利用这些像素所获得的被摄体图像将被称为B图像。通过检测A图像和B图像的相对位置，可以检测被摄体图像的散焦量。在像素SHA和SHB中，可以检测诸如垂直线等的、在摄像区域的水平方向上具有亮度分布的被摄体的焦点，但不能检测在垂直方向上具有亮度分布的水平线的焦点。因此，为了提供后者的焦点检测，本实施例按在摄像光学系统的垂直方向(纵向方向)上分割光瞳的方式来配置像素。
图5示出在摄像光学系统TL的垂直方向(或纵向方向)上分割光瞳所使用的焦点检测像素的配置和结构。如这里所使用的“垂直方向”表示，当摄像设备处于摄像光学系统TL的光轴和摄像区域的长边可以与地面平行的姿势时、与光轴垂直并且与在垂直方向上延伸的直线平行的方向。图5(A)是包含焦点检测像素的2×2个像素的平面图。与图4(A)相同，保留G像素作为摄像像素，并且利用焦点检测像素来替换R像素和B像素。在图5(A)中，利用SVC和SVD来表示这些焦点检测像素。
图5(B)是沿着图5(A)中的线A-A所得的截面图。图4(B)中的像素被配置为在横向方向上分割光瞳，而图5(B)中的像素被配置为在纵向方向上分割光瞳，但其它的像素结构相同。像素SVC的开口部OPVC向下侧偏离，并且接收已经通过摄像光学系统TL的上侧的出射光瞳EPVC的光束。同样，像素SVD的开口部OPVD向上侧偏离，并且接收已经通过摄像光学系统TL的下侧的出射光瞳EPVD的光束。像素SVC在垂直方向上规则排列，并且利用这些像素所获得的被摄体图像将被称为C图像。像素SVD也在垂直方向上规则排列，并且利用这些像素所获得的被摄体图像将被称为D图像。通过检测C图像和D图像的相对位置，可以检测到在垂直方向上具有亮度分布的被摄体图像的散焦量。
图6是用于解释图像传感器107中的像素配置的一个示例的图。本实施例主要使用2×2的拜尔阵列，并且采用配置有一对焦点检测像素SHA和SHB的12×6的像素图案作为基本单位。该12×6的像素图案是本发明的一个示例应用，并且本发明不限于该像素图案的基本单位。图6将作为相位差AF时的焦点检测用的基准像素的SHA像素配置到地址(0,10)，并且将作为相位差AF用的参考像素的SHB像素配置到地址(3,9)。相位差检测方法的焦点检测需要诸如基准像素和参考像素等的两个焦点检测像素。在图像传感器107的整个表面上的m×n个像素中，12×6的像素图案重复排列，并且本实施例将12×6的像素图案的一对基准像素和参考像素分离。因而，本实施例对12×6的像素图案配置最少数量的焦点检测像素，并且可以设置分布密度高的摄像像素，从而防止图像质量劣化。
表1示出根据实施例1的图像传感器107的读出模式的设置。实施例1的图像传感器107具有全画面读出模式、跳过读出模式和混合读出模式。使用全画面读出模式来读取来自图像传感器107中包含的所有像素的信号，以进行静止图像拍摄。跳过读出模式被配置为跳过一部分摄像像素，并且读取来自其余的摄像像素的信号。本实施例的混合读出模式被配置为混合并读取来自多个摄像像素的信号。在如运动图像拍摄模式或电子取景器模式一样、帧频比图像质量更加重要的情况下，使用跳过读出模式和混合读出模式。
表1
利用从CPU121控制的图像传感器驱动器124供给至SKIP端子和ADD端子的信号来设置表1所示的这三类读出模式。换言之，CPU121基于存储器(未示出)中或CPU121中安装的ROM中存储的信息来进行表1所示的设置。
图7是用于解释全画面读出的图，并且示意性示出在图6所示的配置中最初读出的V0和V1这两行。上部的配置与像素部相对应，并且下部与读出像素相对应。最初，垂直扫描器210选择V0行，并将H0～Hm-1像素信号作为V0行的像素输出而传送至行存储器204。接着，利用PH1端子和PH2端子的传送脉冲对输入至PHST端子的输入进行顺次扫描，从而驱动水平扫描器208，并且顺次接通H0～H11开关206，从而将像素信号经由缓冲放大器209输出到外部。同时，使用PHST来顺次接通H0～Hm-1开关。
当读取V0行结束时，驱动垂直扫描器210以选择V1行，并将H0～Hm-1像素信号作为V1行的像素输出而传送至行存储器204。接着，利用PH1端子和PH2端子的传送脉冲驱动PHST端子的数据，从而使水平扫描器208工作，以顺次接通H0～Hm-1开关206，并且将像素信号经由缓冲放大器209输出到外部。
接着，同样，驱动垂直扫描器和水平扫描器，并且读出图像传感器的所有像素信号。
图8是用于解释跳过读出的图，并且示意性示出在图6所示的配置中最初读出的V0行和V3行这两行。上部的配置与像素部相对应，并且下部与读出像素相对应。
最初，为了进行跳过读出，预先将SKIP端子设置为H电平并将ADD端子设置为L电平，以进行读出。接着，垂直扫描器210选择V0行，并将H0～Hm-1像素信号作为V0行的像素输出而传送至行存储器204。之后，利用PH1端子和PH2端子的传送脉冲对输入至PHST端子的数据进行顺次扫描，从而驱动水平扫描器208。由于SKIP端子的设置，因此水平扫描器208按H2、H5、H8、H10、H11、...的顺序扫描开关206，并且跳过像素信号，并将由此产生的信号经由缓冲放大器209输出到外部。
当读取V0行结束时，垂直扫描器210隔行扫描，选择V3行，并将H0～Hm-1像素信号作为V3行的像素输出而传送至行存储器204。之后，利用PH1端子和PH2端子的传送脉冲对输入至PHST端子的数据进行顺次扫描，以驱动水平扫描器208。此时，水平扫描器208利用SKIP端子的设置，按H2、H5、H8、H9、H11、...的顺序扫描开关206。跳过像素信号，并将由此产生的信号经由缓冲放大器209输出到外部。
接着，同样，当水平扫描器和垂直扫描器隔行扫描时，跳过并读取图像传感器107的所有的m×n个画面。例如，当对于运动图像或电子取景器要求较高的帧频时，使用跳过读出。
本实施例针对V0行读取H10并且针对V3行读取H9，并且可以在跳过读出时提供相位差AF。V3的H9和V0的H10由于隔行扫描而形成图4和5所示的对角关系，并且可以提供相位差AF。之后，CPU121对焦点检测像素的输出进行相位差AF，计算散焦量，并且控制调焦驱动器126，以使得可以使第三透镜单元105移动至聚焦位置。另一方面，专利文献1存在以下问题：在跳过读出时焦点检测像素被跳过，并且采样特性和焦点检测特性劣化或者相位差AF本身失败。本实施例解决了该问题。如果对于跳过读出无需进行相位差AF，则不必从V0中读出H10并且不必从V3中读出H9。
图9是用于解释混合读出的图，并且示意性示出在图6所示的配置中最初读出的V0行和V3行这两行。上部的配置与像素部相对应，并且下部与读出像素的输出相对应。
最初，为了进行混合读出，预先将SKIP端子和ADD端子这两者均设置为H电平，以进行读出。接着，垂直扫描器210选择V0行，并将H0～Hm-1像素信号作为V0行的像素输出而传送至行存储器204。此时，由于ADD端子的设置，混合单元205混合来自多个像素的信号，但是当要混合的像素的数量仅为1个时不进行混合。基本上，以同种颜色的三个像素为单位进行混合。如图9所示，当所有的混合对象均为摄像像素时，混合这三个像素；当这三个像素中包含焦点检测像素时，选择性地混合摄像像素或者仅混合摄像像素。在图9中，在H6、H8和H10中，H6和H8是摄像像素，并且由此将H6和H8彼此混合。不混合H10的焦点检测像素SHA。另外，将H9的摄像像素与H11和(未示出的)H13的摄像像素混合。之后，利用PH1端子和PH2端子的传送脉冲对输入至PHST端子的数据进行顺次扫描，从而驱动水平扫描器208。此时，由于SKIP端子的设置，水平扫描器208按H2、H5、H8、H10、H11、...的顺序扫描开关206。另外，水平扫描器208混合像素信号，并将由此产生的信号经由缓冲放大器209输出到外部，并且单独输出焦点检测像素SHA的信号。
当读取V0行结束时，垂直扫描器210隔行扫描，选择V3行，并将H0～Hm-1像素信号作为V3行的像素输出而传送至行存储器204。此时，由于ADD端子的设置，混合单元205混合像素。基本上，以同种颜色的三个像素为单位进行混合。如图9所示，当所有的混合对象均为摄像像素时，混合所有这些像素；当这三个像素中包含焦点检测像素时，选择性地混合摄像像素或仅混合摄像像素。在图9中，在H9、H11和(未示出的)H13中，仅H11和H13是摄像像素，并且由此将H11和H13彼此混合。不混合H9的焦点检测像素SHB。之后，利用PH1端子和PH2端子的传送脉冲对输入至PHST端子的数据进行顺次扫描，从而驱动水平扫描器208。此时，由于SKIP端子的设置，水平扫描器208按H2、H5、H8、H9、H11、...的顺序扫描开关206。另外，水平扫描器208混合像素信号，并将由此产生的信号经由缓冲放大器209输出到外部。单独输出焦点检测像素SHB的信号。
接着，同样，当水平扫描器和垂直扫描器隔行扫描时，进行图像传感器107的混合读出。与跳过读出相同，例如，当对于运动图像或电子取景器要求较高的帧频时，使用混合读出。另外，混合读出可以抑制当被摄体的空间频率高时将发生的波纹，并且与跳过读出相比，提供更好的图像质量。随着读取像素的数量增多，图像质量提高；当要混合的像素包含焦点检测像素时，混合后的像素的重心位置略微偏移，但由于具有颜色信息的像素中配置有焦点检测像素，因此该偏移不太明显。与当补充焦点检测像素时相比，当混合除焦点检测像素以外的其余的摄像像素、并将这些摄像像素用于图像信号时，图像质量提高。
本实施例针对V0行读取H10并且针对V3行读取H9，并且在混合读出时可以提供相位差AF。V3的H9和V0的H10由于隔行扫描而形成图4和5所示的对角关系，并且可以提供相位差AF。之后，CPU121对焦点检测像素的输出进行相位差AF，计算散焦量，并且控制调焦驱动器126，以使得可以使第三透镜单元105移动至聚焦位置。另一方面，当将专利文献4简单应用于专利文献1时，焦点检测像素与摄像像素混合，并且采样特性和焦点检测特性劣化或者相位差AF本身不可用。本实施例解决了该问题。
如上所述，本实施例使用具有利用被配置为提供相位差AF的像素来替换具有颜色信息的一部分像素的像素结构的图像传感器，从而即使在运动图像中和电子取景器模式下，也在不使图像质量劣化的情况下读取摄像像素和焦点检测像素这两者。
实施例2
表2示出根据实施例2的图像传感器107的读出模式的设置。实施例2的图像传感器107具有与实施例1的全画面读出模式相同的全画面读出模式、以及与实施例1的跳过读出模式相同的跳过读出模式。与实施例1的图像传感器107不同，实施例2的图像传感器107具有用于混合并读取多个像素的第一混合读出模式和第二混合读出模式。使用全画面读出模式来进行静止图像拍摄，并且在如运动图像拍摄模式或电子取景器模式一样、帧频比图像质量更加重要的情形下，使用跳过读出模式以及第一混合读出模式和第二混合读出模式。第一混合读出模式是不使用图像传感器107提供相位差AF的混合读出模式。第二混合读出模式是使用图像传感器107提供相位差AF的混合读出模式。
表2
利用从CPU121控制的图像传感器驱动器124供给至SKIP端子、ADD端子和AF端子的信号，来设置表2所示的这四类读出模式。换言之，CPU121基于CPU121内部或外部的存储器(未示出)中存储的信息来进行表2所示的设置。
全画面读出和跳过读出与实施例1的全画面读出和跳过读出相同，并且将省略对全画面读出和跳过读出的说明。
图10是用于解释第一混合读出的图，并且示意性示出在图6所示的配置中最初读取的V0行和V3行这两行。上部的配置与像素部相对应，并且下部与读出像素相对应。
最初，为了进行混合读出，预先将SKIP端子和ADD端子设置为H电平并将AF端子设置为L电平，以进行读出。接着，垂直扫描器210选择V0行，并将H0～Hm-1像素信号作为V0行的像素输出而传送至行存储器204。此时，由于ADD端子和AF端子的设置，混合单元205混合像素。基本上，以同种颜色的三个像素为单位进行混合。如图10所示，当所有的混合对象均为摄像像素时，混合这三个像素；当这三个像素中包含焦点检测像素时，选择性地混合摄像像素或仅混合摄像像素。在图10中，在H6、H8和H10中，H6和H8是摄像像素，并且由此将H6和H8彼此混合。不混合H10的焦点检测像素SHA。另外，将H9的像素信号与H11和(未示出的)H13的像素信号混合。之后，利用PH1端子和PH2端子的传送脉冲对输入至PHST端子的数据进行顺次扫描，从而驱动水平扫描器208。此时，由于SKIP端子和ADD端子的设置，水平扫描器208按H2、H5、H8、H11、...的顺序扫描开关206，并仅将混合后的摄像像素经由缓冲放大器209输出到外部。
当读取V0行结束时，由于SKIP端子的设置，垂直扫描器210隔行扫描，选择V3行，并将H0～Hm-1像素信号作为V3行的像素输出而传送至行存储器204。此时，由于ADD端子和AF端子的设置，混合单元205混合像素。基本上，以同种颜色的三个像素为单位进行混合。如图10所示，当所有的被摄体像素均为摄像像素时，混合所有这些像素；当这三个像素中包含焦点检测像素时，选择性地混合摄像像素或仅混合摄像像素。在图10中，在H9、H11和(未示出的)H13中，H11和H13是摄像像素，并且由此H11和H13彼此混合。不混合H9的焦点检测像素SHB。之后，利用PH1端子和PH2端子的传送脉冲对输入至PHST端子的数据进行顺次扫描，从而驱动水平扫描器208。此时，由于SKIP端子和ADD端子的设置，水平扫描器208按H2、H5、H8、H11、...的顺序扫描开关206，并且仅将摄像像素的混合输出经由缓冲放大器209输出到外部。
接着，同样，当水平扫描器和垂直扫描器隔行扫描时，进行图像传感器107的混合读出。读出像素的数量与不读出焦点检测像素时的跳过读出的读出像素的数量相同。换言之，由于在不需要焦点检测的帧中不读取拍摄图像所不使用的焦点检测像素，因此可以缩短水平扫描时间段并且可以有效地提高帧频。
第一混合读出模式与简单应用了专利文献4所述的混合读出模式的专利文献1的不同之处在于，第一混合读出模式将焦点检测像素从读出排除。由此，第一混合读出模式可以维持高的图像质量。
图11是用于解释第二混合读出的图，并且示意性示出在图6所示的配置中最初读取的V0行和V3行这两行。上部的配置与像素部相对应，并且下部与读出像素的输出相对应。
最初，为了进行混合读出，预先将SKIP端子、ADD端子和AF端子各自均设置为H电平，以进行读出。接着，垂直扫描器210选择V0行，并将H0～Hm-1像素信号作为V0行的像素输出而传送至行存储器204。此时，由于ADD端子和AF端子的设置，混合单元205混合像素。基本上，以同种颜色的三个像素为单位进行混合。如图11所示，当所有的混合对象均为摄像像素时，混合这三个像素；当这三个像素中包含焦点检测像素时，不混合摄像像素。由于在图11中、在H6、H8和H10中H6和H8是摄像像素并且H10是焦点检测像素SHA，因此不进行混合。之后，利用PH1端子和PH2端子的传送脉冲对输入至PHST端子的数据进行顺次扫描，从而驱动水平扫描器208。此时，由于SKIP端子和AF端子的设置，水平扫描器208按H2、H5、H10、H11、...的顺序扫描开关206。当要混合的所有像素均为摄像像素时，将混合后的摄像像素的输出经由缓冲放大器209输出到外部。当要混合的像素包含焦点检测像素时，仅将该焦点检测像素经由缓冲放大器209输出到外部。
当读取V0行结束时，垂直扫描器210隔行扫描，选择V3行，并将H0～Hm-1像素信号作为V3行的像素输出而传送至行存储器204。此时，由于ADD端子和AF端子的设置，混合单元205混合像素。基本上，以同种颜色的三个像素为单位进行混合。如图11所示，当所有的混合对象均为摄像像素时，混合所有这些像素；当这三个像素中包含焦点检测像素时，不进行混合。在图11中，在H9、H11和(未示出的)H13中H9是焦点检测像素SHB，并且由此不将这三个像素彼此混合。之后，利用PH1端子和PH2端子的传送脉冲对输入至PHST端子的数据进行顺次扫描，从而驱动水平扫描器208。此时，由于SKIP端子和AF端子的设置，水平扫描器208按H2、H5、H8、H9、...的顺序扫描开关206。当要混合的所有像素均为摄像像素时，将混合后的摄像像素的输出经由缓冲放大器209输出到外部。当要混合的像素包含焦点检测像素时，仅将该焦点检测像素经由缓冲放大器209输出到外部。读出像素的数量与不读取焦点检测像素时的跳过读出的读出像素的数量相同。
接着，同样，当水平扫描器和垂直扫描器隔行扫描时，进行图像传感器107的混合读出。为了维持图像质量，需要将焦点检测像素作为缺陷像素来校正。换言之，CPU121在第二混合读出模式下，补充与焦点检测像素相对应的摄像像素。因此，相对于第一混合读出，第二混合读出的图像质量略微劣化，但其优点在于，由于读出像素的数量没有增加，因此与图9所示的实施例1相同，读取速度提高。
本实施例针对V0行读取H10并且针对V3行读取H9，并且可以在第二混合读出时提供相位差AF。V3的H9和V0的H10由于隔行扫描而形成图4和5所示的对角关系，并且可以提供相位差AF。之后，CPU121对焦点检测像素的输出进行相位差AF，计算散焦量，并且控制调焦驱动器126，以使得可以使第三透镜单元105移动至聚焦位置。另一方面，当将专利文献4简单应用于专利文献1时，焦点检测像素与摄像像素混合，并且采样特性和焦点检测特性劣化，或者相位差AF本身不可用。本实施例解决了该问题。
本实施例针对各帧选择第一混合读出和第二混合读出中的一个，并且由此即使在运动图像中和在电子取景器模式下，也可以在不使图像质量劣化的情况下读取摄像像素和焦点检测像素这两者。
实施例1和2中的图像传感器107的跳过读出不限于1/3跳过。
本发明的摄像设备可应用于运动图像拍摄用的摄像机、各种类型的检查照相机、监视照相机、内窥镜照相机和机器人用的照相机、以及电子静止照相机。
本申请要求2008年7月10日提交的日本专利申请2008-179905的优先权，在此通过引用包含其全部内容。
产业上的可利用性
摄像设备可以应用于对被摄体摄像。

Claims (10)

1.一种摄像设备，包括：
图像传感器，其包括多个第一像素和多个第二像素，其中所述多个第一像素各自与预定颜色相对应；以及
控制器，用于读出来自所述图像传感器的信号，并且所述控制器至少具有混合读出模式，
其中，在所述混合读出模式中，所述控制器读出来自所述多个第一像素和所述多个第二像素这两者的像素信号，以及
在所述混合读出模式中，所述控制器混合与相同颜色相对应的预定数量的第一像素的像素信号以产生混合后的摄像信号，并且从所述图像传感器输出混合后的摄像信号，而所述控制器将来自所述图像传感器的各个第二像素的各像素信号在没有与其它像素信号混合的情况下输出。
2.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，
当所述控制器不提供使用所述图像传感器的相位差焦点检测时，所述控制器控制输出，以使得不读出所述多个第二像素，而是彼此混合并读出来自一组所述多个第一像素的信号，以及
当所述控制器提供使用所述图像传感器的相位差焦点检测时，所述控制器控制输出，以使得不将来自所述多个第一像素的信号与来自所述多个第二像素的信号混合。
3.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述控制器通过使用来自与第二像素相对应的第一像素的信号，来补充该第二像素的信号。
4.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述控制器控制来自所述多个第一像素的信号，以使得不将来自一对第二像素的信号与来自第一像素的信号混合。
5.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述控制器控制输出，以使得彼此混合并读出来自所述多个第一像素的信号。
6.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述控制器控制输出，以使得在所述混合读出模式中，混合来自一组所述多个第一像素的信号，而不混合来自所述多个第二像素的信号。
7.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，
所述混合读出模式包括第一模式和第二模式，
所述控制器控制输出，以使得在所述第一模式中，混合来自一组所述多个第一像素的信号，而不混合来自所述多个第二像素的信号，以及
所述控制器控制输出，以使得在所述第二模式中，不混合来自一组所述多个第一像素的信号并且不混合来自所述多个第二像素的信号。
8.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，
所述第二像素的一部分被用于传送信号的部分覆盖。
9.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，
所述控制器在预定帧时间段内顺次读出来自所述图像传感器的信号，
在所述混合读出模式中，所述控制器在同一帧时间段内读出来自所述多个第一像素和所述多个第二像素这两者的像素信号，以及
在所述混合读出模式中，所述控制器针对各帧时间段混合预定数量的第一像素的像素信号并且输出混合后的摄像信号，而所述控制器针对各帧时间段将各个第二像素的各像素信号在没有与其它像素信号混合的情况下输出。
10.一种摄像设备的控制方法，所述摄像设备包括图像传感器，所述图像传感器包括多个第一像素和多个第二像素，所述多个第一像素各自与预定颜色相对应，所述控制方法包括：
控制步骤，用于读出来自所述图像传感器的信号，并且所述控制步骤至少具有混合读出模式，
其中，在所述混合读出模式中，所述控制步骤读出来自所述多个第一像素和所述多个第二像素这两者的像素信号，以及
在所述混合读出模式中，所述控制步骤混合与相同颜色相对应的预定数量的第一像素的像素信号以产生混合后的摄像信号，并且从所述图像传感器输出混合后的摄像信号，而所述控制步骤将来自所述图像传感器的各个第二像素的各像素信号在没有与其它像素信号混合的情况下输出。
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