CN105282431B - 摄像装置及摄像装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供摄像装置及摄像装置的控制方法。所述摄像装置包括摄像单元和控制器，所述摄像单元被构造为采用第一模式和第二模式，所述控制器被构造为在所述第一模式下读出第一行，并在所述第二模式和不同于所述第二模式的模式下读出第二行，在第一读出周期期间，在所述第一模式下读出所述第一行，在第二读出周期期间，在所述第二模式下读出所述第二行，在第三读出周期期间，在所述不同于所述第二模式的模式下读出所述第二行，并且所述第一读出周期至所述第三读出周期具有相同的长度。

Description

摄像装置及摄像装置的控制方法

技术领域

本发明涉及摄像装置及摄像装置的控制方法。

背景技术

近年来，使用诸如CMOS传感器的摄像元件的摄像装置已变得多功能化。基于由摄像元件获得的被摄体信息，不仅执行诸如静止图像或运动图像的获取图像的生成，而且执行诸如聚焦的摄像装置的控制。

例如，在日本特开2001-124984号公报中，公开了如下技术：使用从摄像元件获得的信号，以使得能够进行光瞳分割方式的焦点检测。在日本特开2001-124984号公报中，摄像元件的各像素包括一个微透镜和两个光电二极管，使得光电二极管分别接收通过摄像镜头的不同光瞳的光。将这两个光电二极管的输出信号相互比较，以使得能够进行焦点检测，并将这两个光电二极管的输出信号相加，以使得能够进行获取图像的生成。

然而，当各像素包括多个光电二极管时(如日本特开2001-124984号公报中)，需要长时间段来读出所有像素的信号。

发明内容

本发明旨在提供能够在抑制读出时间的增加的同时获得令人满意的图像质量的摄像装置及其控制方法。

根据实施例的一方面，提供了一种摄像装置，该摄像装置包括摄像单元和控制器，所述摄像单元包括：在行方向和列方向上排列的多个微透镜；以及像素区域，其包括以与所述多个微透镜分别对应的方式在所述行方向和所述列方向上排列的多个单位像素，所述多个单位像素各自包括第一光电转换器和第二光电转换器，所述摄像单元被构造为至少采用：第一模式，在该第一模式下，对与在所述第一光电转换器和所述第二光电转换器中生成的电荷相对应的信号进行合成处理，并读出经历所述合成处理的信号；以及第二模式，在该第二模式下，读出与在所述第一光电转换器中生成的电荷相对应的信号，而不经历所述合成处理，所述控制器被构造为在所述第一模式下，读出位于所述像素区域的第一区域的第一行，并在所述第二模式和不同于所述第二模式的模式下，读出位于所述像素区域的第二区域的第二行，所述第二区域与所述第一区域不同，在第一读出周期期间，在所述第一模式下读出位于所述第一区域的所述第一行，在与所述第一读出周期不同的第二读出周期期间，在所述第二模式下读出位于所述第二区域的所述第二行，在与所述第一读出周期和所述第二读出周期二者不同的第三读出周期期间，在所述不同于所述第二模式的模式下读出位于所述第二区域的所述第二行，当获取图像时，所述第一读出周期、所述第二读出周期和所述第三读出周期具有相同的长度。

根据本发明的一个实施例，能够提供能够在抑制用来获取用于焦点检测的信号的读出时间的增加的同时、获得令人满意的图像质量的摄像装置及其控制方法。

通过以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清楚。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的摄像装置的整体结构图。

图2是用于例示根据本发明的第一实施例的摄像元件的像素布置的示意图。

图3是用于例示像素与从摄像镜头的出射光瞳射出的光束之间的关系的示意图。

图4A和图4B是用于示出聚焦状态与图像信号之间的相关性的图。

图5是根据本发明的第一实施例的摄像元件的整体结构图。

图6是用于例示根据本发明的第一实施例的摄像元件的单位像素的电路结构的图。

图7是用于例示根据本发明的第一实施例的摄像元件的各单位像素列的读出电路的结构的图。

图8是用于例示针对根据本发明的第一实施例的摄像元件的像素阵列设置的聚焦框的图。

图9A、图9B和图9C是根据本发明的第一实施例的摄像装置中的摄像元件的单位像素行的读出操作的时序图。

图10是根据本发明的第一实施例的摄像装置中的摄像元件的狭缝波动操作的时序图。

图11是现有摄像元件的狭缝波动操作的时序图。

图12是不合适的狭缝波动操作的时序图。

图13是用于例示根据本发明的第二实施例的摄像装置中的聚焦框的设置的图。

图14是根据本发明的第三实施例的摄像装置中的静止图像获取操作的流程图。

图15是根据本发明的第三实施例的摄像装置中的静止图像获取操作中的读出操作的时序图。

图16是根据本发明的第四实施例的摄像装置中的狭缝波动操作的时序图。

图17A和图17B是根据本发明的第四实施例的摄像装置中的摄像元件的单位像素行的读出操作的时序图。

具体实施方式

当各像素包括多个光电二极管时(如日本特开2001-124984号公报中)，需要长时间段来读出所有像素的信号。

鉴于此，在要用于焦点检测处理的像素行中，从各像素的各光电二极管中独立地读出信号，而在不要经历焦点检测处理的像素区域中，在各像素中添加光电二极管的信号，从而仅读出用于图像生成的信号。由此，能够抑制读出时间的增加。

然而，在这种情况下，在用于焦点检测的像素行与其他像素行之间，用于读出所需的时间不同。因此，在通常作为实时显示或运动图像获取期间的操作的狭缝波动操作中，产生了如下现象：累积时间在像素行之间不同，从而产生不同的曝光量(在下文中称为“曝光量差异”)。

在下文中将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。

[第一实施例]

参照附图描述根据本发明的第一实施例的摄像装置。图1是根据本实施例的摄像装置100的整体结构图。

如图1所例示，布置在摄像光学系统的前端的第一透镜组101被保持为可在光轴方向上进退。光圈102通过调整其孔径来调整摄像期间的光量。第二透镜组103与第一透镜组101的进退操作连动地执行变倍动作(变焦功能)。第三透镜组104通过在光轴方向上的进退移动执行聚焦。

光学低通滤波器105是用于减少获取图像中的伪色和条纹的光学元件。光学元件(摄像单元)106通过对由透镜组101、103和104成像的被摄体图像进行光电转换(摄像)，来生成摄像信号(像素信号)。在这种情况下，使用拜耳阵列中的CMOS图像传感器作为摄像元件106。

通过模拟前端(AFE)107，将从摄像元件106输出的模拟图像信号转换为数字信号(图像数据)，并将数字信号输入到数字前端(DFE)108以进行预定计算处理。数字信号处理器(DSP)109对从DFE 108输出的图像数据进行校正处理、显影处理等。此外，DSP 109还进行用于从图像数据计算失焦量的自动聚焦(AF)计算。

图像数据被记录在记录介质110上。显示单元111被构造为显示获取的图像、各种菜单画面等，并且液晶显示器(LCD)等用于显示单元111。

RAM 112被构造为临时存储图像数据等，并连接到DSP 109。定时生成器(TG)113将驱动信号提供给摄像元件106。

CPU(控制器，控制单元)114进行AFE 107、DFE 108、DSP 109、TG 113和光圈驱动电路115的控制。此外，CPU 114基于DSP 109的AF计算结果，控制聚焦驱动电路116。通过CPU114执行存储在ROM 119或存储器(未示出)中的控制程序的读出，来实现由CPU 114执行的这些控制。

光圈驱动电路115控制光圈促动器117的驱动，以驱动光圈102。聚焦驱动电路116控制聚焦促动器118的驱动，以在光轴方向上前后移动第三透镜组104。由此，执行聚焦。ROM119存储各种校正数据等。机械快门120在静止图像获取期间控制对摄像元件106的曝光量。机械快门120在实时显示操作或运动图像获取期间保持打开状态，该状态对应于摄像元件106连续曝光的状态。快门驱动电路121控制机械快门120。

图2是用于例示摄像元件106的像素布置的示意图。如图2所示，以行列状(二维)，即以矩阵状排列单位像素200，并且针对各单位像素200以拜耳状布置红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的滤色器。此外，在单位像素200的各个中布置子像素a和子像素b，并在子像素a和b中分别布置光电二极管(下文中各自被称为“PD”)201a和201b。从子像素a和b输出的各摄像信号用于焦点检测，并且作为通过将分别从子像素a和子像素b输出的摄像信号相加而获得的信号的a/b合成信号用于图像生成。

图3是用于例示单位像素200与从摄像镜头(包括第一至第三透镜组101、103和104、以及光圈102)的出射光瞳射出的光束之间的关系的示意图。在图3中，通过相同的附图标记表示与图2中类似的部分。

如图3所例示，在各单位像素200上方形成滤色器301和微透镜302。通过摄像镜头的出射光瞳303的光以光轴304为中心入射单位像素200。通过作为摄像镜头的出射光瞳303的部分区域的光瞳区域305的光束通过微透镜302，以在子像素a处被接收。另一方面，通过作为出射光瞳303的另一部分区域的光瞳区域306的光束通过微透镜302，以在子像素b处被接收。因此，子像素a和子像素b分别接收摄像镜头的出射光瞳303的不同光瞳区域305和306的光。因此，通过将子像素a和子像素b的输出信号相互比较，能够进行相位差方式的焦点检测。

图4A和图4B是用于以不同的焦点状态示出从子像素a获得的图像信号波形401与从子像素b获得的图像信号波形402之间的相关性的图。如图4A所示，在失焦状态的情况下，从各子像素a和b获得的图像信号波形401和402彼此不匹配，并且彼此明显失准。随着接近对焦状态，如图4B所示，降低图像信号波形401和402之间的失准，并且图像信号波形401和402在对焦状态下相互重合。如上所述，基于从各子像素a和b获得的图像信号波形401和402之间的失准量，来检测失焦量(离焦量)，由此执行聚焦。

图5是摄像元件106的整体结构图。像素区域PA包括以行列状(n行×k列)，即以由p11至pkn表示的矩阵状布置的单位像素200。现在，参照图6描述单位像素200的结构。图6是用于例示摄像元件的单位像素的电路结构的图。

在图6中，通过PD(光电转换器)601a和601b对入射上述各子像素a和b的PD 601a和601b的光学信号进行光电转换，并在PD 601a和601b中累积与曝光量相对应的电荷。要被提供给传输门的栅极的信号txa和txb分别被设置为高电平，由此将PD 601a和601b中累积的电荷传输给浮动扩散(FD)部603。FD部603连接到浮动扩散放大器604(下文中称为“FD放大器”)的栅极，并且通过FD放大器604将从PD 601a和601b传输的电荷量转换为电压量。

通过将要被提供给用于重置FD部603的FD重置开关605的栅极的信号res设置为高电平，重置FD部603。此外，当重置PD 601a和601b的电荷时，同时将信号res和信号txa和txb设置为高电平。由此，传输门602a和602b以及FD重置开关605均被打开，以经由FD部603重置PD 601a和601b。通过将要被提供给像素选择开关606的栅极的信号sel设置为高电平，将通过FD放大器604而被转换为电压的像素信号输出给单位像素200的输出vout。

如图5所例示，垂直扫描电路501向各单位像素200提供诸如res、txa、txb和sel的驱动信号，以控制上述单位像素200的各开关。针对各行，共同提供这些驱动信号res、txa、txb和sel。各单位像素200的输出vout经由针对各列的垂直输出线502连接到列公共读出电路503。

现在，参照图7描述列公共读出电路503的结构。

垂直输出线502针对单位像素200的各列布置，并连接到1列中的单位像素200的输出vout。垂直输出线502连接到电流源504。电流源504和连接到垂直输出线502的单位像素200的FD放大器604构成了源极跟随电路。

在图7中，钳位电容器701具有电容C1，反馈电容器702具有电容C2。运算放大器703包括连接到基准电源Vref的非反转输入终端。开关704被构造为使反馈电容器702的两端短路，并由信号cfs控制开关704。

传输开关705至708被构造为将从单位像素200读出的各信号传输至各信号保持电容器709至712。通过稍后描述的读出操作，第一S信号保持电容器709存储从子像素a输出的像素信号Sa。此外，第二S信号保持电容器711存储a/b合成信号Sab，Sab是通过将从子像素a输出的信号与从子像素b输出的信号相互合成(相加)而获得的信号。此外，第一N信号保持电容器710和第二N信号保持电容器712分别存储单位像素200的噪声信号N。信号保持电容器709至712分别连接至列公共读出电路503的输出vsa、vna、vsb和vnb。

如图5所例示，水平传输开关505和506分别连接至列公共读出电路503的输出vsa和vna。水平传输开关505和506各自由水平扫描电路511的输出信号ha*(“*”代表列编号)控制。当将信号ha*设置为高电平时，第一S信号保持电容器709和第一N信号保持电容器710的信号被分别传输至水平输出线509和510。

此外，水平传输开关507和508分别连接至列公共读出电路503的输出vsb和vnb。水平传输开关507和508各自由水平扫描电路511的输出信号hb*(“*”代表列编号)控制。当将信号hb*设置为高电平时，第二S信号保持电容器711和第二N信号保持电容器712的信号被分别传输至水平输出线509和510。水平输出线509和510连接至差动放大器514的输入。差动放大器514获得S信号与N信号之间的差分，并同时应用预定增益，由此将最终输出信号输出给输出终端515。

当要应用到水平输出线重置开关512和513的栅极的信号chres被设置为高时，水平输出线重置开关512和513被打开，并且各水平输出线509和510被重置为重置电压Vchres。

现在，描述图像信号A的读出操作和图像信号AB(图像信号A和图像信号B的合成信号)的读出操作。

图8是用于例示摄像元件106的像素区域PA、与为了执行焦点检测而在像素区域PA中设置的聚焦框801之间的关系的图。通过CPU 114将聚焦框801设置给DSP 109，并通过TG113生成驱动信号来控制聚焦框801。根据预先存储在ROM 119中的设置数据来设置聚焦框801，但是可以根据用户通过操作元件(未示出)的操作而输入的数据，来设置聚焦框801。

在如上所述包括k列、n行的像素的像素区域PA中，由虚线指示聚焦框801。在本实施例中，从被表示为阴影部分的区域Region_i中包括的单位像素的行中，读出用于图像生成和焦点检测计算的图像信号A和图像信号AB。从区域Region_i之外的区域Region_c中包括的单位像素的行中，仅读出不用于焦点检测计算而仅用于图像生成的图像信号AB。

请注意，如图8所例示，当在像素区域的垂直方向设置多个区域Region_i时，在多个区域Region_i之间，可以将各区域Region_i中的单位像素200的行数设置为不同。

接下来，将参照图9A至图9C描述摄像元件106的读出操作。图9A是针对上述区域Region_c的各行执行的读出操作的时序图。

首先，将信号cfs设置为高电平以打开开关704，由此将运算放大器703设置为缓冲状态。接下来，将信号sel设置为高电平以打开单位像素的像素选择开关606。之后，将信号res设置为低电平以关闭FD重置开关605，由此开启FD部603的重置。

随后，将信号cfs返回为低电平以关闭开关704，然后将信号tna和tnb设置为高电平，使得第一N信号保持电容器710和第二N信号保持电容器712分别经由传输开关706和708存储噪声信号N。

接下来，将信号tna和tnb设置为低，并关闭传输开关706和708。之后，将信号tsb设置为高电平以打开传输开关707，并将信号txa和txb设置为高电平以打开传输门602a和602b。利用该操作，通过将在子像素a的PD 601a中累积的电荷信号与在子像素b的PD 601b中累积的电荷信合成而获得的信号，经由FD放大器604和像素选择开关606被输出到垂直输出线502。在运算放大器703中，利用与钳位电容器701的电容C1与反馈电容器702的电容C2之间的电容比相对应的增益来放大垂直输出线502的信号，并经由传输开关707将放大信号存储在第二S信号保持电容器711中(a/b合成信号Sab)。依次关闭传输门602a和602b以及传输开关707，然后将信号res设置为高电平以打开FD重置开关605，由此重置FD部603。

接下来，将水平扫描电路511的输出hb1设置为高电平，由此打开水平传输开关507和508。由此，经由水平输出线509和510以及差动放大器514，将第二S信号保持电容器711和第二N信号保持电容器712的信号输出至输出终端515。水平扫描电路511依次将各列的选择信号hb1、hb2、…、hbk设置为高，由此输出针对一行的a/b合成信号(图像信号AB)。请注意，当通过信号hb1至hbk读出各列的信号时，将信号chres设置为高电平以打开水平输出线重置开关512和513，并将水平输出线509和510一次重置为重置电压Vchres的电平。

以上是区域Region_c中的单位像素的各行的读出操作。由此，读出图像信号AB。

随后，参照图9B和图9C描述区域Region_i的各行的读出操作。图9B是读出图像信号A之前的操作的时序图。从将信号cfs设置为高电平开始、直到将信号tna和tnb设置为低为止使得第一N信号保持电容器710和第二N信号保持电容器712存储N信号的操作，类似于参照图9A描述的操作。

在结束噪声信号N的存储之后，将信号tsa设置为高电平以打开传输开关705，并将信号txa设置为高电平以打开传输门602a。通过该操作，经由FD放大器604和像素选择开关606，将子像素a的PD 601a中累积的信号输出给垂直输出线502。在运算放大器703中，利用与钳位电容器701的电容C1与反馈电容器702的电容C2之间的电容比相对应的增益来放大垂直输出线502的信号，并经由传输开关705将放大信号存储在第一S信号保持电容器709中(像素信号Sa)。

接下来，将水平扫描电路511的输出ha1设置为高电平，由此打开水平传输开关505和506。由此，经由水平输出线509和510以及差动放大器514，将第一S信号保持电容器709和第一N信号保持电容器710的信号输出至输出终端515。水平扫描电路511依次将各列的选择信号ha1、ha2、…、hak设置为高，由此输出一行的子像素a的信号(图像信号A)。

当将信号res维持为低电平并将信号sel维持为高电平时，结束图像信号A的读出。由此，在不被重置的情况下保持FD部603上的图像信号A。

在结束图像信号A的读出之后，处理依次进行到图9C所示的图像信号AB的读出操作。信号tsb被设置为高电平以打开传输开关707，信号txa和txb被设置为高电平以打开传输门602a和602b。通过该操作，子像素b的PD 602b中累积的信号被添加到FD部603中保持的子像素a的信号，并且通过相加而获得的信号经由FD放大器604和像素选择开关606被输出到垂直输出线502。后续部分与参照图9A描述的区域Region_c的操作相同。

通过以上操作，结束区域Region_i中的各行的读出操作。由此，依次读出图像信号A和图像信号AB。

顺便提及，如上所述，在区域Region_i中，读出图像信号A和图像信号AB。因此，与区域Region_c中的图像信号AB的读出相比，需要更多的时间，这会产生曝光量差异。鉴于此，在本发明中，时间长度(即图9B和图9C中的各读出操作所需的读出周期(单位读出周期)的长度)，被设置为与时间长度(即图9A的读出操作所需的读出周期(单位读出周期)的长度)相同。在这种情况下，区域Region_c的一行的读出时间的长度被设置为一个单位读出时间的长度(单位读出周期，单位周期)作为基准，并且由1H来表示。请注意，“H”在这里并不表示小时。图9A中所示的读出操作的读出周期的长度、图9B中所示的读出操作的读出周期的长度以及图9C中所示的读出操作的读出周期的长度均被设置为1H，即一个单位读出周期的长度。当读出区域Region_i的各行时，读出图像信号A和图像信号AB，因此区域Region_i的各行中的读出周期是两个单位读出周期的长度，即2H。当读出区域Region_c的各行时，仅读出图像信号AB，因此区域Region_c的各行中的读出周期是一个单位读出周期的长度，即1H。也就是说，区域Region_i的各行的读出周期是区域Region_c的各行中的读出周期的两倍。由此，在狭缝波动操作中，也能够获得没有曝光量差异的图像。

现在，参照图10描述当区域Region_i的读出周期的长度与区域Region_c的读出周期的长度被设置为相同时的狭缝波动操作。

在狭缝波动操作中，首先开始重置扫描，随后执行读出扫描。由此，利用各行的一定累积时间来获取图像。图10例示了累积时间Tab为4H的操作示例。请注意，如上所述，1H是指区域Region_c的一行的读出时间(单位读出周期，单位周期)。

如图10所示，通过使重置扫描的行编号前进到读出扫描的行编号的前方4行处，来实现该操作。在各行的操作中，虚线框表示PD中累积的电荷的重置，白色框表示PD中累积的电荷的传输(读出)。在这种情况下，第m行和第m+1行位于区域Region_i中。第m-5行至第m-1行、以及第m+2行至第m+5行位于区域Region_c中。第m行和第m+1行中的各行中的图像信号A的读出周期1001的长度为1H。此外，第m行和第m+1行中的各行中的图像信号AB的读出周期1002的长度为1H。第m-5行至第m-1行、以及第m+2行至第m+5行中的各行中的图像信号AB的读出周期1003的长度为1H。可以理解，通过针对区域Region_i中的图像信号A的读出和图像信号AB的读出中的各个，取时间1H，在区域Region_i和区域Region_c的二者中维持恒定的累积时间Tab。为此，在各H中的相同定时输出脉冲txa和txb(特别是，在相同的定时设置关闭传输门的下降沿)是重要的。

当针对位于第m行和第m+1行中的单位像素200执行读出时，在读出周期1001期间读出图像信号A，在读出周期1002期间读出图像信号AB。因此，在读出周期1001期间，PD601a中累积的电荷被传输至FD部603，在读出周期1002期间，PD 601b中累积的电荷被传输至FD部603。

此外，当针对位于第m-5行至第m-1行、以及第m+2行至第m+5行中的单位像素200执行读出时，在读出周期1003期间读出图像信号AB。因此，在读出周期1003期间，PD 601a中累积的电荷以及PD 601b中累积的电荷被传输至FD部603。

在读出周期1003期间，应用第一模式，在第一模式中，与PD 601a和PD 601b中生成的电荷相对应的信号经历合成处理，并读出经历合成处理的信号。

此外，在读出周期1001期间，应用第二模式，在第二模式中，读出与PD 601a中生成的电荷相对应的信号而不经历合成处理。

此外，在读出周期1002期间，应用与在读出周期1001期间应用的第二模式不同的模式。在该实施例中，在读出周期1002期间，应用第一模式，在第一模式中，与PD 601a和PD601b中生成的电荷相对应的信号经历合成处理，并读出经历合成处理的信号。

在这种情况下，图像信号A的累积时间Ta是从重置AB到传输A的时间Ta，因此Ta比图像信号AB的累积时间Tab短1H。取决于被摄体等，该差异可能在DFE 108、DSP 109等中产生焦点检测计算的精度劣化。在这种情况下，可以通过在焦点检测计算之前与增益相乘来执行校正。例如，在DFE 108中，可以将图像信号A与Tab/Ta相乘，以匹配图像信号AB与图像信号A的电平。

请注意，如现有技术中，在重置扫描的行编号与读出扫描的行编号同时前进的电路的情况下，如图11所示，累积时间取决于单位像素的行而存在差异(如Tab、Tab’、Tab”)，因此出现曝光量差异。通过DFE 108和DSP 109中的累积时间差异的增益校正，可以使各行的信号电平相互匹配，但是由于S/N例如根据行而可能不均匀，因此不期望进行该增益校正。此外，如图12所示，即使在与图10类似的操作的情况下，当没有针对区域Region_i中的图像信号A和图像信号AB中的各个的读出或重置，取时间1H时，累积时间仍然取决于行而存在差异，这会产生曝光量差异。

通过上述操作，从摄像元件106中读出信号，由此从DSP 109中的各像素的图像信号AB生成图像，还利用区域Region_i中的各像素的图像信号A和图像信号AB执行AF计算。在本实施例中，针对图8所示的5×5＝25个位置处的各聚焦框801执行AF计算。

如上所述，利用本实施例的结构，在抑制由于用于焦点检测的信号获取而导致的读出时间的增加的同时，能够获得具有较少的曝光量差异的令人满意的图像质量的图像。

[第二实施例]

参照图13描述根据本发明的第二实施例的摄像装置。通过相同的附图标记来表示与根据如图1至图12所示的第一实施例的摄像装置类似的组件，以省略或简化描述。

在第一实施例中，如图8所示，基于一帧的信息，在5×5聚焦框801处执行AF计算，因此在五个位置处设置区域Region_i(下文中，这种聚焦模式被称为“多数框聚焦模式”)。与此相对，在本实施例中，描述了如下示例：限制针对一帧的信息执行的AF计算，以缩短摄像元件106的信号读出时间。请注意，本实施例中的摄像装置的结构类似于在第一实施例中参照图1至图7以及图9A至图10描述的结构，因此省略与第一实施例中类似的结构的描述。第一实施例与本实施例的区别在于：在各帧中，用于焦点检测的图像信号的读出(AF计算)的聚焦框1301的设置。因此，这里主要描述聚焦框1301的设置。

在图13中，针对各帧例示被设置用于获取图像信号A以执行AF计算的聚焦框1301。在帧f中，仅针对与图8所示的5×5聚焦框801中的、最上层的五个聚焦框801相对应的聚焦框1301执行AF计算。因此，假设与五层中的最上层相对应的区域是区域Region_i、其他区域是区域Region_c，来读出像素信号。

接下来，在帧f+1中，仅针对从上数第二层中的五个聚焦框1301执行AF计算。因此，假设与从上数第二层相对应的区域是区域Region_i、其他区域是区域Region_c，来读出像素信号。以上同样适用于后续的帧f+2。AF计算的对象被设置为从上数第三层中的五个聚焦框1301，并且假设与从上数第三层相对应的区域是区域Region_i、其他区域是区域Region_c，来读出像素信号。如上所述，通过在针对各帧改变区域Region_i的位置的同时、从像素区域PA中读出像素信号，来针对五个帧中的5×5＝25个位置执行AF计算。请注意，当执行AF计算的区域取决于被摄体而受限时，并且例如，当仅需要针对中间层中的五个框执行AF计算时，可以在各帧中重复图13的帧f+2的操作。有限的少量聚焦框1301被设置为一帧中的AF计算的对象的设置模式，在这里被称为“有限框聚焦模式”，并且大量聚焦框被设置为图8所示的一帧中的AF计算的对象的设置模式，在这里被称为“多数框聚焦模式”。

通过将来自CPU 114的指令发出给TG 113、并且改变针对从TG 113生成的摄像元件106的驱动信号，来指定和改变区域Region_i的位置。

在如本实施例中的有限框聚焦模式中，单位像素200的少数行位于区域Region_i中，因此，与第一实施例中描述的多数框聚焦模式的情况相比较，能够缩短摄像元件106的信号读出时间。因此，根据本实施例，能够抑制平均功耗或者能够增加帧速率。

请注意，可以根据摄像装置(照相机)的摄像模式、设置、焦点状态等来切换多数框聚焦模式和有限框聚焦模式。例如，可以考虑如下方法：在高帧速率摄像模式下设置有限框聚焦模式，在低帧速率摄像模式下设置多数框聚焦模式。

此外，还可以考虑根据摄像装置的聚焦模式(AF模式)的设置，选择性地执行多数框聚焦模式和有限框聚焦模式。例如，可以考虑以下方法。即，在考虑多个聚焦框的信息的同时确定焦点位置的模式下，使用多数框聚焦模式，而在仅将任意一个聚焦框中的被摄体设置为对焦的模式下，使用有限框聚焦模式。

另选地，还可以考虑如下方法。即，首先，在多数框聚焦模式下对大量的框进行AF计算，然后，基于结果选择一个活少量的聚焦框，之后，在有限框聚焦模式下操作AF计算。

本实施例被描述为在多数框聚焦模式和有限框聚焦模式的各设置模式之间，每个区域Region_i的线数相同，但是当然，在各设置模式下可以改变线数。例如，在多数框聚焦模式下，可以在多个区域中设置具有少量线的区域Region_i，在有限框聚焦模式下，可以仅在一个区域中设置具有大量线的区域Region_i。此外，当改变区域Region_i的位置或每个区域Region_i的线数时，可以在改变之前的设置中，从读出扫描之后的下一个重置扫描改变设置，由此在紧接的下一帧中获得设置改变之后的图像和聚焦信息。

[第三实施例]

参照图14和图15描述根据本发明的第三实施例的摄像装置。通过相同的附图标记来表示与根据图1至图13所示的第一或第二实施例的摄像装置类似的组件，以省略或简化描述。

在第一和第二实施例中，在区域Region_i中的像素信号的读出扫描期间，执行以下操作。针对图像信号A的读出和图像信号AB的读出中的各个取时间1H，并且当读出图像信号A和图像信号AB时，取总时间2H。然而，当不执行狭缝波动操作时，对取时间2H的限制并不总是必要的。例如，在通过机械快门120控制曝光的静止图像获取模式下，不执行狭缝波动操作。因此，在区域Region_i中，能够在比2H短的时间中读出图像信号A和图像信号AB。现在，描述如下示例：在静止图像获取模式与运动图像获取模式之间改变读出操作。运动图像获取模式下的模式类似于上述第一和第二实施例中的操作，因此这里省略其描述。

图14是静止图像获取模式下的摄像装置的摄像模式的流程图。当CPU 114发出静止图像获取指令时，首先，在步骤S1401中，重置摄像元件的所有像素。通过从垂直扫描电路501向所有像素来驱动信号res、txa和txb，来执行该操作。

当垂直扫描电路501将信号txa和txb设置为低以关闭传输门时，开始所有像素的电荷累积(步骤S1402)。在开始电荷累积之后，在步骤S1403中，经由快门驱动电路121将机械快门120设置为打开状态，由此开始对摄像元件106的曝光。CPU 114在随后的步骤S1404中等待预定曝光时间段的经过。然后，在步骤S1405中，将机械快门120设置为关闭状态，以结束曝光。

在结束曝光之后，使用TG 113来开始从摄像元件106的信号读出(步骤S1406)。在步骤S1407中完成最后线的读出之后，结束静止图像获取操作。

如上所述，在静止图像获取中，通过机械快门的曝光控制来控制摄像元件106的光学信号电荷。因此，即使当摄像元件106的累积时间在各像素(各线)之间不同时，也很难影响图像，并且狭缝波动操作不必要。

图15例示了静止图像获取期间的读出操作。该操作不是狭缝波动操作，因此重置扫描不必要(在S1401中，重置像素)。在针对区域Region_i的读出操作中，将图像信号A的读出时间和图像信号AB的读出时间二者匹配为1H是不必要的，并且利用最少的需要时间来执行各读出和扫描。

利用上述结构，在运动图像获取模式下的狭缝波动操作期间，能够在执行焦点检测操作的同时获取没有曝光量差异的图像。另外，即使在静止图像获取模式期间，也能够在执行焦点检测操作的同时，利用最少的读出时间来获取图像。请注意，该实施例的方法适用于第二实施例。

[第四实施例]

参照图16至图17B来描述根据本发明的第四实施例的摄像装置。通过相同的附图标记来表示与根据图1至图15所示的第一至第三实施例的摄像装置类似的组件，以省略或简化描述。

假设在区域Region_i中读出图像信号A和图像信号AB，来描述第一至第三实施例。另选地，可以考虑读出图像信号A和图像信号B的结构。在本实施例中，提出了这种情况的结构。请注意，本实施例中的摄像装置的结构类似于图1至图8中例示的第一实施例中的结构，因此这里省略其描述。本实施例与第一实施例的不同之处在于，在区域Region_i中读出图像信号A和图像信号B的结构，因此这里仅描述该结构。

图16是根据本实施例的狭缝波动操作的时序图。针对与区域Region_i相对应的第m行和第m+1行以外的行的操作，类似于参照图10描述的操作。在针对区域Region_i的读出扫描期间，首先读出PD 601a(图像信号A)，随后读出下一个PD 601b(图像信号B)。以上同样适用于重置扫描。

第m行和第m+1行位于区域Region_i中。第m-5行至第m-1行、以及第m+2行至第m+5行位于区域Region_c中。第m行和第m+1行中的各个中的图像信号A的读出周期1601的长度为1H。此外，第m行和第m+1行中的各个中的图像信号B的读出周期1602的长度为1H。第m-5行至第m-1行、以及第m+2行至第m+5行中的各个中的图像信号AB的读出周期1603的长度为1H。

当针对位于第m行和第m+1行的单位像素200执行读出时，在读出周期1601期间读出图像信号A，在读出周期1602期间读出图像信号B。因此，在读出周期1601期间，PD 601a中累积的电荷被传输至FD部603，在读出周期1602期间，PD 601b中累积的电荷被传输至FD部603。

此外，当针对位于第m-5行至第m-1行、以及第m+2行至第m+5行的单位像素200执行读出时，在各读出周期1603期间，读出图像信号AB。因此，在读出周期1603期间，PD 601a中累积的电荷以及PD 601b中累积的电荷被传输至FD部603。

在读出周期1603期间，应用第一模式，其中，与PD 601a和PD 601b中生成的电荷相对应的信号经历合成处理，并读出经历合成处理的信号。

此外，在读出周期1601期间，应用第二模式，其中，读出与PD 601a中生成的电荷相对应的信号，而不进行合成处理。

此外，在读出周期1602期间，应用与在读出周期1601期间应用的第二模式不同的模式。在本实施例中，在读出周期1602期间，应用第三模式，其中，读出与PD 601b中生成的电荷相对应的信号，而不进行合成处理。

图17A例示了针对图像信号A的读出期间的1H的时序图。图17A与图9B的不同之处仅在于，在噪声信号N的读出期间，不将信号tnb设置为高，并且不将噪声信号N存储在第二N信号保持电容器712中。

接下来，图17B例示了针对图像信号B的读出期间的1H的时序图。图17B与图9C的不同之处在于，首先，将信号res一次设置为高电平以重置FD部603，将信号cfs设置为高电平，以将运算放大器703设置为缓冲状态，接下来，将信号tnb设置为高电平，以将噪声信号N存储在第二N信号保持电容器712中。

针对图像生成，区域Region_i的图像信号AB是必要的，但是可以通过在DSP中将图像信号A与图像信号B相加来生成该图像信号AB。此外，本实施例的方法可以适用于第二实施例和第三实施例。

在本实施例中，具有如下优点：与图10例示的第一实施例的情况不同，图像信号A的累积时间和图像信号B的累积时间相同，用于匹配电平的增益校正是不必要的。

根据上述本发明的实施例，能够提供能够在抑制用来获取用于焦点检测的信号的读出时间的增加的同时，获得具有较少的曝光量差异的、令人满意的图像质量的摄像装置及其控制方法。

[其他实施例]

另外，可以通过读出并执行记录在存储介质(也可更完整地称为“非临时性计算机可读存储介质”)上的计算机可执行指令(例如，一个或更多程序)以执行上述实施例中的一个或更多的功能、并且/或者包括用于执行上述实施例中的一个或更多的功能的一个或更多电路(例如，专用集成电路(ASIC))的系统或装置的计算机，来实现本发明的实施例，并且，可以利用通过由所述系统或装置的所述计算机例如读出并执行来自所述存储介质的所述计算机可执行指令以执行上述实施例中的一个或更多的功能、并且/或者控制所述一个或更多电路执行上述实施例中的一个或更多的功能的方法，来实现本发明的实施例。所述计算机可以包括一个或更多处理器(例如，中央处理单元(CPU)，微处理单元(MPU))，并且可以包括分开的计算机或分开的处理器的网络，以读出并执行所述计算机可执行指令。所述计算机可执行指令可以例如从网络或所述存储介质被提供给计算机。所述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)、分布式计算系统的存储器、光盘(诸如压缩光盘(CD)、数字通用光盘(DVD)或蓝光光盘(BD)^TM)、闪存设备以及存储卡等中的一者或更多。

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。

[变型例]

本发明不限于上述实施例，可以对其进行各种变型。

例如，在上述实施例中，描述了在一个单位像素200中布置两个子像素a和b的情况的示例，但是要在一个单位像素200中布置的子像素的数量不限于两个，而可以被适当地设置。

虽然参照示例性实施例对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不限于所公开的示例性实施例。应当对所附权利要求的范围给予最宽的解释，以使其涵盖所有这些变型例以及等同的结构和功能。

Claims (15)

1.一种摄像装置，所述摄像装置包括摄像单元和控制器，

所述摄像单元包括：

在行方向和列方向上排列的多个微透镜；以及

像素区域，其包括以与所述多个微透镜分别对应的方式在所述行方向和所述列方向上排列的多个单位像素，

所述多个单位像素各自包括第一光电转换器和第二光电转换器，

所述摄像单元被构造为至少采用：

第一模式，在该第一模式下，对与在所述第一光电转换器和所述第二光电转换器中生成的电荷相对应的信号进行合成处理，并读出经历所述合成处理的信号；以及

第二模式，在该第二模式下，读出与在所述第一光电转换器中生成的电荷相对应的信号，而不经历所述合成处理，

所述控制器被构造为在所述第一模式下，读出位于所述像素区域的第一区域的第一行，并在所述第二模式和不同于所述第二模式的模式下，读出位于所述像素区域的第二区域的第二行，所述第二区域与所述第一区域不同，

在第一读出周期期间，在所述第一模式下读出位于所述第一区域的所述第一行，

在与所述第一读出周期不同的第二读出周期期间，在所述第二模式下读出位于所述第二区域的所述第二行，

在与所述第一读出周期和所述第二读出周期二者不同的第三读出周期期间，在所述不同于所述第二模式的模式下读出位于所述第二区域的所述第二行，

当获取图像时，所述第一读出周期、所述第二读出周期和所述第三读出周期具有相同的长度。

2.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，所述不同于所述第二模式的模式是所述第一模式。

3.根据权利要求2所述的摄像装置，其中，所述控制器基于在所述第一模式下从所述多个单位像素当中的第一单位像素中读出的信号、以及在所述第二模式下从所述第一单位像素中读出的信号，来执行焦点检测，所述第一单位像素位于所述第二区域中。

4.根据权利要求2或3所述的摄像装置，其中，所述控制器基于在所述第一模式下从所述多个单位像素中的各个中读出的信号，来生成被摄体的图像。

5.根据权利要求1所述的摄像装置，

其中，所述摄像单元还采用第三模式，在所述第三模式下，读出与在所述第二光电转换器中生成的电荷相对应的信号，而不进行所述合成处理，并且

其中，所述不同于所述第二模式的模式是所述第三模式。

6.根据权利要求5所述的摄像装置，其中，所述控制器基于在所述第二模式下从所述多个单位像素当中位于所述第二区域中的第一单位像素中读出的信号、以及在所述第三模式下从所述第一单位像素中读出的信号，来执行焦点检测。

7.根据权利要求5或6所述的摄像装置，其中，所述控制器基于通过使在所述第二模式下从位于所述第二区域中的所述多个单位像素的各单位像素中读出的信号、以及在所述第三模式下从位于所述第二区域中的所述多个单位像素的各单位像素中读出的信号经历合成处理而获得的信号，并基于在所述第一模式下从位于所述第一区域中的所述多个单位像素的各单位像素中读出的信号，来生成被摄体的图像。

8.根据权利要求1、2、3、5或6所述的摄像装置，

其中，在所述第二读出周期期间，将所述电荷从所述第一光电转换器传输至浮动扩散部，并且

其中，至少在所述第三读出周期期间，将所述电荷从所述第二光电转换器传输至所述浮动扩散部。

9.根据权利要求1、2、3、5或6所述的摄像装置，

其中，所述控制器采用第一设置模式和第二设置模式，在所述第一设置模式下，对所述第一区域的设置添加限制，在所述第二设置模式下，不对所述第一区域的设置添加限制，并且

其中，所述限制包括所述第一区域的数量、所述第一区域的位置以及包括在一个第一区域中的所述多个单位像素的行数中的至少一者。

10.根据权利要求9所述的摄像装置，

其中，所述第一区域与用于检测对焦状态的聚焦框相对应，并且

其中，所述控制器根据所述摄像装置的摄像模式和聚焦模式中的一者，在所述第一设置模式与所述第二设置模式之间切换，所述摄像模式包括高帧速率摄像模式和低帧速率摄像模式，所述聚焦模式包括使用多个聚焦框的聚焦模式和使用一个聚焦框的聚焦模式。

11.根据权利要求10所述的摄像装置，其中，当根据通过在所述第二设置模式下设置的聚集框检测到的对焦状态，在所述第二设置模式下选择所述聚焦框时，所述控制器将所述第二设置模式切换为用于设置所选择的聚焦框的所述第一设置模式。

12.根据权利要求9所述的摄像装置，其中，当在所述第一设置模式下改变所述第一区域的设置时，所述控制器从所述像素区域中的各行的重置扫描改变所述设置。

13.根据权利要求1、2、3、5或6所述的摄像装置，

其中，所述摄像装置采用用于获取运动图像的运动图像获取模式和用于获取静止图像的静止图像获取模式，并且

其中，在所述静止图像获取模式下，所述控制器将所述第二读出周期的长度设置为比所述第一读出周期的长度短。

14.根据权利要求1、2、3、5或6所述的摄像装置，

其中，所述第一区域包括在所述像素区域的垂直方向上设置的多个第一区域，并且

其中，所述多个第一区域中的一个第一区域中包括的所述多个单位像素的行数，与所述多个第一区域中的其他第一区域中包括的所述多个单位像素的行数不同。

15.一种摄像装置的控制方法，所述摄像装置包括摄像单元，

所述摄像单元包括：

在行方向和列方向上排列的多个微透镜；以及

像素区域，其包括以与所述多个微透镜分别对应的方式在所述行方向和所述列方向上排列的多个单位像素，

所述多个单位像素各自包括第一光电转换器和第二光电转换器，

所述摄像单元被构造为至少采用：

第一模式，在该第一模式下，对与在所述第一光电转换器和所述第二光电转换器中生成的电荷相对应的信号进行合成处理，并读出经历所述合成处理的信号；以及

第二模式，在第二模式下，读出与在所述第一光电转换器中生成的电荷相对应的信号，而不经历所述合成处理，

所述摄像装置的所述控制方法包括：

在第一读出周期期间，在所述第一模式下，读出位于所述像素区域的第一区域的第一行；

在与所述第一读出周期不同的第二读出周期期间，在所述第二模式下，读出位于所述像素区域的第二区域的第二行，所述第二区域与所述第一区域不同；以及

在与所述第一读出周期和所述第二读出周期二者不同的第三读出周期期间，在不同于所述第二模式的模式下，读出位于所述第二区域的所述第二行，

当获取图像时，所述第一读出周期、所述第二读出周期和所述第三读出周期具有相同的长度。