CN105933603B - 焦点检测装置、摄像装置、摄像系统及焦点检测方法 - Google Patents

焦点检测装置、摄像装置、摄像系统及焦点检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种焦点检测装置、摄像装置、摄像系统及焦点检测方法。所述焦点检测装置利用包括第一像素和第二像素的摄像元件、通过相位差法进行焦点检测，该焦点检测装置包括：相关数据计算器，其在图像数据的范围中计算由所述第一像素与所述第二像素获得的像素数据之间的相关数据；检测器，其在所述范围的各个中检测具有至少预定值的水平的饱和像素；加法处理器，其基于检测结果对在所述范围的各个中计算出的所述相关数据进行加法处理；以及散焦量计算器，其基于所述加法处理的结果计算散焦量，并且所述加法处理器利用从所述饱和像素的数量低于预定数量的第一范围获得的相关数据来进行所述加法处理。

Description

焦点检测装置、摄像装置、摄像系统及焦点检测方法
本申请是申请日为2013年11月27日、申请号为201310616524.9、发明名称为“焦点检测装置、摄像装置、摄像系统及焦点检测方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及利用包括共用一个微透镜的多个光电转换部的摄像元件，通过相位差法来进行焦点检测的焦点检测装置。
背景技术
在现有技术中熟知如下的焦点检测方法，其中利用包括共用一个微透镜的多个光电转换部的固态摄像元件来进行摄像以及通过相位差法的焦点检测。日本专利特开2001-83407号公报公开了如下结构，其中对一个微透镜划分的两个光电转换部获得光瞳划分图像信号，以通过相位差法进行焦点检测处理。此外，日本专利特开2001-83407号公报还公开了如下结构，其中通过将对应于同一微透镜的两个光电转换部的输出相加获得的值被处理作为像素的输出，来获得作为摄像信号的图像信号。
日本专利特开2007-133087号公报公开了如下结构，其中来自共用一个微透镜的多个光电转换部的图像信号被选择性地读出为A图像或B图像以进行相关计算。日本专利特许4691930号公报公开了如下结构，其中通过非破坏性读出的方式来读出划分的多个光电转换部的一部分，然后读出各光电转换部的合成分量值。然后，通过基于合成分量值与光电转换部的一部分的像素值之差估计划分的其他光电转换部来减少读出像素的数量。
由于在如日本专利特开2001-83407号公报及日本专利特开2007-133087号公报中公开的结构中通过利用划分的多个光电转换部的相加值来生成作为摄像信号的图像信号的输出值，因此被允许在各光电转换部中光电转换的光量的上限值与光电转换部不被划分的结构的上限值相比要小。即，当具有超出饱和水平的强度的光被曝光在仅其中一个光电转换部上时，饱和的电荷不被反映在作为摄像信号的图像信号中，因此没有正确生成作为摄像信号的图像信号。
此外，考虑在利用摄像元件通过相位差法进行焦点检测时，针对多个测距区域的各个计算相关波形，在该相关波形中由各像素的各光瞳划分像素的信号来获得列方向上的相关值的变化。在这种情况下，由多个测距区域计算的多个相关波形被相加，以能够通过基于相加的相关波形获得图像偏移量来计算焦点的偏移量。
然而，当在利用摄像元件通过相位差法进行焦点检测时在包括饱和像素的区域中计算相关波形时，基于相关波形获得的图像偏移量变为0并且计算出错误的焦点偏移量，由此，焦点检测精度劣化。
发明内容
本发明提供一种即使在包括饱和像素的情况下也能够降低焦点检测精度的劣化的焦点检测装置、摄像装置、摄像系统以及焦点检测方法。本发明还提供一种存储使计算机执行焦点检测方法的程序的非暂时性计算机可读存储介质。
作为本发明一方面的焦点检测装置利用包括多个第一像素和多个第二像素的摄像元件、通过相位差法进行焦点检测，所述第一像素和所述第二像素的各对共用一个微透镜，所述焦点检测装置包括：相关数据计算器，其被构造为在由所述摄像元件获得的图像数据的多个范围中，计算由所述多个第一像素获得的像素数据与由所述多个第二像素获得的像素数据之间的相关数据；检测器，其被构造为在所述多个范围的各个中检测具有至少预定值的水平的饱和像素；加法处理器，其被构造为基于所述检测器进行的所述饱和像素的检测结果，对在所述多个范围的各个中计算出的所述相关数据进行加法处理；以及散焦量计算器，其被构造为基于所述加法处理的结果计算散焦量，并且所述加法处理器利用从所述饱和像素的数量低于预定数量的第一范围获得的相关数据来进行所述加法处理。
作为本发明另一方面的摄像装置包括所述焦点检测装置。
作为本发明另一方面的摄像系统包括所述摄像装置以及可移除地安装在所述摄像装置上的镜头装置，并且所述摄像装置基于从所述焦点检测装置获得的信号来进行所述镜头装置的驱动控制。
作为本发明另一方面的焦点检测方法利用包括多个第一像素和多个第二像素的摄像元件、通过相位差法来进行焦点检测，所述第一像素和所述第二像素的各对共用一个微透镜，所述焦点检测方法包括以下步骤：在由所述摄像元件获得的图像数据的多个范围中计算由所述多个第一像素获得的像素数据与由所述多个第二像素获得的像素数据之间的相关数据；在所述多个范围的各个中检测具有至少预定值的水平的饱和像素；基于所述饱和像素的检测结果，对在所述多个范围的各个中计算出的所述相关数据进行加法处理；以及基于所述加法处理的结果计算散焦量，并且利用从所述饱和像素的数量低于预定数量的范围获得的相关数据来进行所述加法处理。
作为本发明的另一方面的非暂时性计算机可读存储介质存储使计算机执行焦点检测方法的各步骤的程序。
根据以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征及方面将变得清楚。
附图说明
图1是各实施例中的摄像元件的示意性结构图。
图2是各实施例中的像素阵列的像素的示意图。
图3是各实施例中的像素阵列的示意图。
图4是各实施例中从摄像镜头的出射光瞳发射的光束进入摄像元件的概念图。
图5是通过各实施例中的焦点检测装置进行的焦点检测的图。
图6A和图6B是各实施例中的摄像元件的测距区域的示意图。
图7是例示各实施例中的测距计算处理的流程图。
图8是例示各实施例中的相关波形的计算处理的流程图。
图9A至图9C是例示各实施例中的相关波形与焦点状态之间的关系的图。
图10A至图10D是例示各实施例中的依据饱和像素的有无的相关波形的图。
图11是例示实施例1中的相关波形的加法处理的流程图。
图12是例示实施例2中的相关波形的加法处理的流程图。
图13是各实施例中的摄像系统的示意图。
具体实施方式
下文中，将参照附图说明本发明的实施例。注意，在各图中相同部件将用相同附图标记表示以避免重复描述。
[实施例1]
首先，参照图1，将描述本发明的实施例1中的摄像元件的结构。图1是本实施例中的摄像元件的示意性结构图。在图1中，摄像元件100包括像素阵列101(像素部分)、选择像素阵列101中的行的垂直选择电路102、以及选择像素阵列101中的列的水平选择电路104。此外，摄像元件100包括读出由垂直选择电路102在像素阵列101的像素中选择的像素的信号的读出电路103，以及从外部确定各电路的操作模式等的串行接口105。
读出电路103针对各列包括诸如用于存储信号的存储器、增益放大器、以及AD转换器等的部件。摄像元件100除了图1所示的部件外，还包括向例如垂直选择电路102、水平选择电路104、或读出电路103提供定时信号的定时生成器或控制电路。典型地，垂直选择电路102顺序地选择像素阵列101的多行，读出电路103读出选择的像素信号。水平选择电路104针对各列顺序地选择由读出电路103读出的多个像素信号。
接着，参照图2，将描述像素阵列101中的像素的结构。图2是像素阵列101中的像素的示意图。附图标记201表示像素阵列101中的一个像素。附图标记202表示微透镜。像素201包括微透镜202。附图标记203及附图标记204表示光电二极管。像素201包括两个光电二极管(下文中称为“PD”)203和204。另外，像素201被构造为除了图2中所示的部件外，还包括例如用于使PD 203和PD 204的信号被读出电路103读出的像素增幅放大器、选择行的选择开关、以及复位PD 203和PD 204的信号的复位开关。
接着，参照图3，将描述像素阵列101的整个结构。图3是像素阵列101的示意图。像素阵列101被构造为使得图2所示的多个像素以二维阵列布置以提供二维图像。附图标记301、302、303及304分别表示像素。附图标记301L、302L、303L及304L分别表示对应于图2中的PD 203的光电二极管(PD)。附图标记301R、302R、303R及304R分别表示对应于图2中的PD204的光电二极管(PD)。
接着，参照图4，将描述具有图3所示的像素结构的摄像元件100中的光接收状态。图4是从摄像镜头的出射光瞳发射的光束进入摄像元件100的概念图。在图4中，例示了像素阵列101的截面。附图标记402表示微透镜，附图标记403表示颜色滤波器。附图标记406表示摄像镜头的出射光瞳。在本实施例中，光轴409是针对共用一个微透镜402的两个光电二极管(PD 203和PD 204)从出射光瞳406发射的光束的中心。从出射光瞳406发射的光围绕光轴409的中心进入摄像元件100。
附图标记407和408分别表示摄像镜头的出射光瞳的相互不同的区域(部分区域)。附图标记410表示通过出射光瞳406的区域407的光的最外部的光线。如图4中所示，关于从出射光瞳406发射的光通量，光轴409上侧的光束(通过区域407的光)进入PD 204，光轴409下侧的光束(通过区域408的光)进入PD 203。换言之，PD 203和PD 204分别接收通过摄像镜头的出射光瞳406的相互不同区域(区域407和区域408)的光。
在本实施例中，如图2和图4中所示，采用了微透镜202(402)共用两个光电二极管(PD 203和PD 204)的结构。然而，本实施例不限于此，甚至在某一像素仅配备一侧PD而相邻像素仅配备对侧PD的结构中，也可以通过相位差法来进行焦点检测。此外，甚至在提供有遮光层等来遮挡从微透镜202的一侧进入的光的情况下，也可以通过相位差法来进行焦点检测。另外，如果摄像元件具有能够单独(独立地)获得关于从摄像镜头的出射光瞳406发射的光束的信息的结构，并且包括二维排列的像素，则本实施例不限于上述结构。
本实施例的摄像装置包括焦点检测装置，摄像装置通过摄像元件100获得摄像镜头中的出射光瞳的相互不同区域的图像，来通过相位差法进行焦点检测。换言之，摄像装置(焦点检测装置)利用包括共用一个微透镜202的第一像素(PD 202)和第二像素(PD 203)的摄像元件100，通过相位差法进行焦点检测。
接着，参照图5及图6A和图6B，将描述基于两个图像的偏移量来驱动摄像镜头的处理。首先，参照图5，将简略描述通过本实施例中的焦点检测装置的焦点检测(测距操作)。图5是通过焦点检测装置进行的焦点检测的图。在图5中，上部例示了像素被布置在摄像元件100的焦点检测区域(测距区域)的一行中的像素布置，下部例示了在横轴是像素位置并且纵轴是信号水平的状态下各焦点位置处的各图像。此外，图5的(a)例示了对焦状态，图5的(b)例示了前焦点状态，图5的(c)例示了后焦点状态。摄像元件100被构造为使得接收从摄像镜头的不同出射光瞳发射的光的A行像素和B行像素以二维阵列被布置。
参照图3，由行305中的PD 301L、PD 302L、PD 303L及PD 304L(A图像像素或第一像素)构成A行(第一像素阵列)。由PD 301R、PD 302R、PD 303R及PD 304R(B图像像素或第二像素)构成B行(第二像素阵列)。如图5中所示，A行和B行的输出根据对焦状态、前焦点状态和后焦点状态中的任一者改变，使得两个图像的间隔(图像间隔)不同。通过移动摄像镜头的聚焦透镜来调节焦点，以使得获得对焦状态下的图像间隔。即，可以通过计算两个图像的偏移量来获得聚焦透镜的移动距离。
接着，参照图6A和图6B，将描述关于摄像元件100的焦点检测区域(测距区域)。图6A和图6B是关于摄像元件100的测距区域的示意图。图6A例示了测距区域。在本实施例中，测距区域(测距计算的范围)被设置为具有围绕测距区域的中心601的X方向(水平方向)和Y方向(垂直方向)，X方向在从第p列至第q列的范围内，Y方向在从第r行到第s行的范围内。此外，偏移量在从-imax到+imax的范围内。在本实施例中，能够测距的测距区域是被构造为还包括偏移量的区域603。在区域603中，焦点检测装置将A行的输出与B行的输出比较。
图6B例示了像素阵列101中的测距区域被设置在与图6A中所示的测距区域不同的位置处的状态。如图6B中所示，通过使测距区域位移(通过移动)可以在画面上的任意位置进行测距计算(焦点检测计算)。
接着，参照图7至图11，将描述本实施例中的测距计算处理(焦点检测方法)。图7是例示测距计算处理的流程图，并例示了从测距计算到镜头(摄像镜头)的驱动的一系列处理。在本实施例中，描述了如图6A中所示的测距计算的范围内的处理。基于来自摄像装置(焦点检测装置)的控制器(例如，控制器1309)的指令来进行图7中的各步骤。
在图7中，当测距计算开始时，首先在步骤S701中，处理进行到计算作为测距计算的范围的测距区域的相关波形Cm(I)的子例程。参照图8，将描述步骤S701的子例程，即相关波形Cm(I)的计算方法。图8是例示基于从摄像元件100获得的图像数据(图像信号)的、图6A所示的测距区域(焦点检测区域)中的相关波形Cm(I)的计算方法的流程图。基于摄像装置(焦点检测装置)的控制器(例如，控制器1309)的指令来进行图8中的各步骤。
在图8中，当相关波形的计算开始时，首先，在步骤S800中初始行被选择为Y＝r。接着，在步骤S801中进行饱和像素检测。基于各像素(各像素的信号值)是否达到预先设置的某一饱和水平来确定饱和像素。此时，控制器1309(检测器)在多个范围的各范围中检测具有至少预定值水平的饱和像素。在步骤S801中，当像素达到饱和水平时，确定像素为饱和像素并且对像素信号赋予饱和位。另外，替代赋予饱和位，可以将像素信号的一部分看作饱和位，并且可以不限制其极性。
接着，在步骤S802中，设置Iy＝-Imax的关系。这里，由于行是Y＝r，因此获得r行的图像偏移量。接着，在步骤S803中，将B图像(B行)的图像数据偏移Iy像素。然后，在步骤S804中，获得A图像(A行的图像数据)及B图像(B行的图像数据)的Iy像素偏移时的相关值(相关波形)。具体地，如以下表达式(1)所表现的，通过获得A行和B行的各像素中的两个图像之间的差(图像数据的差)的绝对值来计算相关值(相关波形Cm(Iy))。
在表达式(1)中，Ax和Bx分别表示在指定行中的A行和B行的x坐标的输出。即，Cm(Iy)是当测距区域“m”中的B行偏移Iy像素时A行的图像数据与B行的图像数据之间的差的绝对值的和。
此外，本实施例中的相关值不限于利用表达式(1)的计算，而可以利用例如以下表达式(2)来计算。
在表达式(2)中，通过不仅将B行的图像数据偏移、而且还将A行的图像数据按相反方向同时偏移，获得这些图像数据之间的差的绝对值的和。在这种情况下，在步骤S803中，A行的图像数据被偏移Iy像素，B行的图像数据被偏移-Iy像素。
此外，除了基于A行的图像数据与B行的图像数据之间的差的绝对值的计算外，如以下表达式(3)所表现的，可以利用各像素的像素值(图像数据)中的较大像素值来计算本实施例中的相关值。
在表达式(3)中，max(A,B)代表选择了A和B的较大值。尽管在此没有描述具体表达式，但是能够利用选择A和B的较小值的计算来获得相关值(相关波形)。这样，在本实施例中，通过使焦点检测区域(从摄像元件100获得的图像数据)的多个范围中包括多个第一像素的第一像素阵列和包括多个第二像素的第二像素阵列相对位移(偏移)，来计算多个范围的各个中的相关波形(相关数据)。换言之，相关数据计算器计算由多个第一像素获得的像素数据与由多个第二像素获得的像素数据之间的相关数据。通过例如图13中的控制器1309(相关数据计算器)来进行相关波形的计算。在本实施例中，不特别限制步骤S804中的相关值的计算方法。
接着，在步骤S805中，通过用Iy+1替代Iy来进行一个像素的位移。接着，在步骤S806中，确定Iy是否大于Imax(Iy>Imax)。当Iy大于Imax时，流程进行到步骤S807。另一方面，当Iy不大于Imax时，流程返回到步骤S803并且重复步骤S803到S805。
接着，在步骤S807中，用Cm(Iy)+Cm(I)替代Cm(I)。换言之，控制器1309(加法处理器)进行在焦点检测区域的多个范围的各个中计算出的相关波形的加法处理。即，加法处理器基于通过检测器对饱和像素的检测结果来进行在多个范围的各个中计算出的相关数据的加法处理。
之后，在步骤S808中，用(Y+1)替代Y来移动一行。然后，在步骤S809中，确定是否满足Y＞s的关系。在满足Y＞s的关系的情况下，结束相关波形的计算。另一方面，在不满足Y＞s的关系的情况下，流程返回到步骤S802并且重复步骤S802至S808。在本实施例的步骤S807中，通过将各行的相关波形Cm(Iy)相加来生成相关波形Cm(I)。然后，从第r行到第s行重复进行该步骤，基于各行的相关波形Cm(Iy)来计算通过对全部行中的值相加获得的相关波形Cm(I)。
接着，参照图9A至图9C来描述相关波形。图9A至图9C是相关波形的图。图9A表示对焦状态，图9B表示前焦点状态，图9C表示后焦点状态。相关波形Cm(I)是通过将行偏移偏移量I获得的A行的图像数据与B行的图像数据之间的相关值。当使用这些图像数据之间的差的绝对值的和来获得相关值时，在相关波形Cm(I)的输出最低的位置的偏移量I是相关被最大化的偏移量I。
如图9A中所示，在对焦状态时在相关波形Cm(I)中相关被最大化的偏移量I是在相关波形Cm(I)的输出最低的位置处的偏移量(I＝0)。另一方面，如图9B和图9C中所示，当焦点状态是散焦状态时，依据焦点偏移量的图像偏移量是偏移量I。换言之，偏移量I相当于图像偏移量，“偏移量I＝图像偏移量I”的关系基本满足。
接着，参照图10A至图10D，将详细描述图8中的步骤S807。图10A例示了在测距计算的范围602中包括饱和像素的行的A图像和B图像的像素值(强度分布)与水平位置之间的关系。由实线表示A图像，由虚线表示B图像。在具有饱和像素的行，A图像和B图像二者的像素值较大。
图10B例示了在测距计算的范围602中包括饱和像素的行的SAD(绝对差的和：按对数标度标出)与散焦量之间的关系。通过控制器1309(散焦量计算器)基于加法处理的结果来计算散焦量。相关值在具有饱和像素的地带增加，并且SAD的值在散焦量为±0的位置变小。然而，不考虑散焦量，SAD的总计值由于饱和像素的影响比没有饱和像素的行(图10D)大。
图10C例示了在测距计算的范围602中不包括饱和像素的行的A图像和B图像的像素值(强度分布)与水平位置之间的关系。图10D例示了在测距计算的范围602中不包括饱和像素的行的SAD与散焦量之间的关系。如图10D中所示，当散焦量为+10时SAD的值小。然而，由于SAD的值不受饱和像素的影响，因此在散焦量为+10的位置处，SAD的值与包括饱和像素的行(图10B)相比较小。因此，由于通过加上包括饱和像素的行的相关波形、散焦量变为零(0)，所以要获得的散焦量是与+10的值不同的值。甚至在一行中，当在包括饱和像素的行进行相关波形的加法处理时，相关波形的值总体增加，由此存在散焦信息的错误检测的可能性。
接着，参照图11，将描述本实施例中的相关波形的加法处理。图11是例示相关波形的加法处理的流程图。基于摄像装置(焦点检测装置)的控制器(例如，控制器1309)的指令来进行图11中的各步骤。
首先，在步骤S1101中，控制器1309(确定单元)确定在焦点检测区域的多个范围的各个中的A行(第一像素阵列)或B行(第二像素阵列)中是否包括饱和像素(饱和行的确定)。即，确定在图8的步骤S801中是否检测到饱和像素。当确定行是饱和行(即，检测到饱和像素)时，在步骤S1101中，流程进行到步骤S1102。
在步骤S1102中，控制器1309(加法处理器)利用从饱和像素的数量低于预定数量的范围中获得的相关数据(相关波形)，来进行加法处理。在本实施例中，当在多个范围中的第一范围(第I行)中的第一像素阵列或第二像素阵列中包括饱和像素时，加法处理器进行加法处理，以减小在第一范围中计算的相关波形的影响。具体地，在本实施例中，利用前一或下一相关波形，对包括饱和像素的相关波形进行饱和行的插值处理。关于饱和行的插值处理，在针对前一行插值相关波形的情况下、即在进行预插值的情况下，如通过以下表达式(4)所表现的，进行插值。
Cm(I)＝Cm(I-1)…(4)
另外，在利用前一行及下一行的相关波形插值饱和行的情况下，如通过以下表达式(5)所表现的，来进行插值。
Cm(I)＝(Cm(I-1)+Cm(I+1))/2…(5)
这样，在本实施例中，当在第一范围中的第一像素阵列或第二像素阵列中包括饱和像素时，加法处理器使用与第一范围邻接的第二范围的第一像素阵列或第二像素阵列的相关波形作为第一范围的相关波形(相关数据)。换言之，加法处理器针对第一像素或第二像素当中的饱和像素的数量是至少预定数量的范围，使用与第一范围邻接的第二范围中的第一像素或第二像素的相关数据作为第一范围的相关数据。例如，当第一范围是第I行时，第二范围是第(I+1)行或第(I-1)行。
在本实施例中，相关波形的插值处理还可以在饱和像素存在的范围内进行。在这种情况下，当在第一范围内的第一像素阵列或第二像素阵列中包括饱和像素时，加法处理器针对第一范围中饱和像素存在的范围，使用邻接第一范围的第二范围中的相关波形作为第一范围中的相关波形。换言之，当在第一像素或第二像素中包括饱和像素时，加法处理器针对第一范围中存在饱和像素的范围，使用邻接第一范围的第二范围中的相关波形作为第一范围中的相关波形。例如，能够利用图10C中的不具有饱和像素的地带的相关波形来对图10A中的具有饱和像素的地带的相关波形插值。
接着，在步骤S1103中，如通过以下表达式(6)所表现的，进行相关波形的加权处理。
Cm(I)＝Cm(I)+k×Cm(Iy)…(6)
在表达式(6)中，k表示加权系数，并取0.0与1.0之间的值。
在这种情况下，当在第一范围中的第一像素阵列或第二像素阵列中包括饱和像素时，加法处理器通过将依据饱和像素数量的系数k(权重)与第一范围中的相关波形相乘来进行加法处理。优选，随着饱和像素的数量越小、系数k变得越接近值1，以及随着饱和像素的数量越大、系数k变得越接近值0。当作为图8的步骤S801中的饱和像素的检测结果，某一行中的全部像素为饱和像素时，系数k也可以为0。
在本实施例中，第一像素(A图像像素)和第二像素(B图像像素)接收通过出射光瞳的沿光瞳划分方向相互不同的区域的光束，以生成要用于相关波形的计算的信号。然后，加法处理器将多个范围的相关波形的各个在与光瞳划分方向正交的方向上相加。在本实施例中，A图像和B图像的光瞳划分方向被定义为行方向，相关波形的相加方向被定义为列方向，但是实施例不限于此。相反，也可以将A图像和B图像的光瞳划分方向定义为列方向，并且也可以将相关波形的相加方向定义为行方向。
当在图7的步骤S701中通过计算相关波形Cm(I)来获得最佳图像偏移量I时(当图8中的相关波形的计算处理结束时)，流程进行到步骤S702。在步骤S702中，对在步骤S701中计算出的最佳图像偏移量I进行转换以获得焦点偏移量L。可以通过将针对各F值(Fnumber)的系数相乘或相加来将图像偏移量I转换为焦点偏移量L。接着，在步骤S703中，摄像装置的镜头驱动部(未例示)基于在步骤S702中计算出的焦点偏移量L来驱动镜头(摄像镜头)，然后结束测距计算处理。
根据本实施例，在将依据检测到饱和像素的各行的相关波形相加时，通过对相关波形的饱和部分进行加权或插值，提高了SN比并且能够计算散焦量。
[实施例2]
接着，将描述本发明的实施例2中的摄像装置及焦点检测装置。在本实施例中，参照图1至图10的描述与实施例1中相同，因此将省略其描述。
参照图12，将描述本实施例中的相关波形的加法处理。图12是例示相关波形的加法处理的流程图。基于摄像装置(焦点检测装置)的控制器的指令来进行图12的各步骤。
首先，在步骤S1201中，进行饱和行的确定。换言之，在图8的步骤S801中，确定是否检测到饱和像素。在步骤S1201中，当确定行不是饱和行时，即，当没有检测到饱和像素时，在步骤S1202中进行相关波形的加法处理，如由以下表达式(7)所表现的。
Cm(I)＝Cm(I)+Cm(Iy)…(7)
另一方面，在步骤S1201中，当确定行是饱和行时，即检测到至少预定数量(预定比例)的饱和像素时，针对饱和行的相关波形的SAD的值大，因此不进行相关波形的加法处理。由此，当至少预定数量(预定比例)的饱和像素被包括在第一范围的第一像素阵列或第二像素阵列中时，控制器1309(加法处理器)在不利用第一范围中的相关波形的情况下进行加法处理。换言之，加法处理器利用从饱和像素的数量低于预定数量的范围中获得的相关数据来进行加法处理。
如上所述，在本实施例中，当根据在包括饱和像素的测距区域中检测到饱和像素的行来对相关波形相加时，通常针对饱和像素的数量(比例)低于预定数量(预定比例)的行将相关波形相加，另一方面，不对饱和像素的数量(比例)不低于预定数量(预定比例)的行将相关波形相加。因此，能够计算饱和行被排除以改善SN比的散焦量。
(针对摄像系统的应用)
接着，参照图13，将描述各实施例中的摄像装置适用的摄像系统。图13是摄像系统1300的示意图。
在图13中，附图标记1301表示在摄像元件1305(固态摄像元件)上形成被摄体的光学图像的镜头部(镜头装置)。镜头部1301利用镜头驱动设备1302进行变焦控制、聚焦控制、孔径光阑控制等。附图标记1303表示机械快门。机械快门1303被快门控制器1304控制。
附图标记1305表示摄取通过镜头部1301成像的被摄体作为图像信号的摄像元件。附图标记1306表示对从摄像元件1305输出的图像信号进行各种校正并压缩数据的摄像信号处理电路。附图标记1307表示作为驱动部的定时生成电路，所述驱动部向摄像元件1305和摄像信号处理电路1306输出各种定时信号。附图标记1309表示控制各种计算操作以及整个摄像装置的控制器。附图标记1308是用于临时存储图像数据的存储器部(存储部)。附图标记1310表示与记录介质之间进行记录及读出的接口。附图标记1311表示被构造为记录或读出图像数据的诸如半导体存储器的可拆装记录介质。附图标记1312表示显示各种信息或快照图像的显示部。
接着，将描述如上所述的结构中的数字照相机(摄像系统1300)的摄像操作。当主电源被开启时，控制系统的电源被开启，并且诸如摄像信号处理电路1306的摄像系统电路的电源被开启。接着，当按下释放按钮(未例示)时，控制器1309基于来自摄像元件1305的数据进行测距计算并基于测距结果计算距对象的距离。然后，镜头驱动设备1302驱动镜头部1301并确定焦点状态是否为对焦状态。当确定焦点状态不是对焦状态时，再次驱动镜头部1301以进行测距(焦点检测)。测距计算通过来自摄像元件1305的数据获得，或者作为选择还可以通过专用测距装置(未例示)来进行。
然后，在对焦状态被确认后开始摄像操作。当摄像操作结束时，摄像信号处理电路1306针对从摄像元件1305输出的图像信号进行图像处理，并且控制器1309将处理后的图像信号写入存储器部1308。摄像信号处理电路1306进行重新布置处理、加法处理、及其选择处理。根据控制器1309的控制，通过记录介质控制I/F部1310将存储器部1308中累积的数据记录在诸如半导体存储器的可拆装记录介质1311上。此外，数据可以通过外部I/F部(未例示)被直接输入到计算机等中以进行图像处理。摄像系统1300被构造为包括摄像装置(摄像装置主体)以及可移除地安装在摄像装置上的镜头部1301(镜头装置)，并且摄像装置基于从各实施例中的焦点检测装置获得的信号来控制镜头部1301的驱动。各实施例不限于此，摄像装置主体以及镜头部可以被构造为一体。
根据各实施例，能够提供即使在包括饱和像素的情况下也能够降低焦点检测精度的劣化的焦点检测装置、摄像装置、摄像系统、以及焦点检测方法。
尤其是，各实施例的摄像装置使用摄像装置的第一像素(A图像像素)和第二像素(B图像像素)的各信号(独立信号)作为图像检测信号，并且使用第一像素和第二像素的相加信号作为摄像信号。为了在这种装置中获得具有较高质量的快照图像，可以通过在第一像素或第二像素的一者接近饱和时主动将电荷移向另一侧来获得具有高质量的快照图像。因此，优选，摄像元件采用被构造为例如降低第一像素与第二像素之间的电势的结构。这种结构增加了第一像素和第二像素二者被饱和的可能性。当第一像素和第二像素二者的光电转换部达到饱和时，这可能是进行焦点检测时的重大错误因素。因此，当在第一像素阵列和第二像素阵列这二者中包括饱和像素时，加法处理器优选进行加法处理以降低在第一范围中计算的相关波形的影响。以这种方式，各实施例对于具有上述结构的摄像装置(摄像元件)尤其有效。
另外，还可以应用以下实施例。基于共用相同微透镜202的划分的PD 203及PD204，能够将累积的电荷相加以读出，并且还可以在各划分的PD 203及PD 204上以非破坏方式选择性地读出累积的电荷。此时，首先，从摄像元件100进行针对一水平行的A图像像素信号的非破坏读出，即来自划分的PD 203的划分像素信号的非破坏读出。接着，从摄像元件100进行对相同行上的A图像像素信号和B图像像素信号的相加信号的读出，即来自划分的PD 203和PD 204的单位像素信号的读出。然后，图13所示的控制器1309进行如步骤S801中的针对预定值或更大的饱和检测以及从摄像元件100对这些信号的读出控制。此时，用作像素信号的A图像信号在A图像像素读出时被输出到摄像信号处理电路1306，摄像信号处理电路1306检测A图像像素的饱和。另一方面，用作像素信号的(A+B)图像信号在拍摄像素的读出时被输出到摄像信号处理电路1306。可以通过由对应于多个颜色滤波器的A图像像素的像素信号获得的亮度信号与(A+B)图像之间的差，来获得B图像像素的亮度信号，并且通过B图像像素的亮度信号的饱和检测来检测B图像像素信号的饱和检测。通过上述饱和检测，能够进行A图像像素信号的饱和检测、B图像像素信号的饱和检测、以及(A+B)图像信号的饱和检测，由此还能够抑制由于任何原因导致的相关波形的误差。
(其他实施例)
即使当以下实施例被应用时，也能够实现本发明的目的。即，本发明为系统或装置提供存储描述有用于实现上述各实施例的功能的步骤的软件的程序代码的非暂时性计算机可读取存储介质。以这种方式，系统或装置的计算机(CPU、MPU等)通过读出存储介质中存储的程序代码来执行操作。
在这种情况下，从存储介质读出的程序代码本身实现了本发明的新颖功能，由此程序以及存储程序代码的存储介质被包括在本发明的结构中。
作为用于提供程序代码的存储介质，例如有软盘、硬盘、光盘、磁光盘等。此外，CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD-R、磁带、非易失性存储卡、ROM等可以用作存储介质。
当通过计算机读出的程序代码可执行时，实现上述各实施例的功能。另外，还包括以下情况：计算机上运行的OS(操作系统)等基于程序代码的指令来进行实际处理的一部分或全部以实现上述各实施例的功能。
此外，还包括以下情况。首先，从存储介质读出的程序代码被写入连接到计算机的功能扩展单元或计算机中插入的功能扩展板中提供的存储器。之后，基于程序代码的指令，功能扩展板及功能扩展单元中提供的CPU等进行实际处理的一部分或全部。
另外，本发明不仅可应用于用于以拍摄为主要目的的诸如数码相机的装置，而且可应用于针对摄像装置被嵌入或连接的诸如移动电话、个人计算机(笔记本式、台式、平板式等)、以及游戏机的任意装置。因此，在本说明书中，“摄像装置”意图包括配备有摄像功能的任意电子装置。
虽然参照示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于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，以使其涵盖所有这种变型例及等同的结构和功能。

Claims (25)

1.一种焦点检测装置，其利用包括多个第一像素和多个第二像素的摄像元件进行焦点检测，所述第一像素和所述第二像素的各对共用一个微透镜，所述焦点检测装置包括：
处理器，所述处理器：
在由所述摄像元件获得的图像数据的多个范围中，计算由所述多个第一像素获得的像素数据与由所述多个第二像素获得的像素数据之间的相关数据；
在所述多个范围的各个中，检测具有至少预定值的水平的饱和像素；并且
基于所述饱和像素的检测结果，对在所述多个范围的各个中计算出的所述相关数据进行加法处理；以及
镜头驱动控制器，所述镜头驱动控制器基于从所述处理器输出的、加法处理后的相关数据，来进行镜头装置的驱动控制，
其中，所述处理器利用从所述饱和像素的数量少于预定数量的所述多个范围获得的相关数据，来进行所述加法处理。
2.根据权利要求1所述的焦点检测装置，其中，所述镜头驱动控制器通过相位差法来进行所述焦点检测，并且
其中，所述镜头驱动控制器还基于所述加法处理的结果来计算散焦量，并且基于所述散焦量来进行所述驱动控制。
3.根据权利要求1所述的焦点检测装置，其中，图像数据的范围对应于从所述摄像元件获得的图像数据的行。
4.根据权利要求1所述的焦点检测装置，其中，所述预定数量为1。
5.一种焦点检测方法，其利用包括多个第一像素和多个第二像素的摄像元件进行焦点检测，所述第一像素和所述第二像素的各对共用一个微透镜，所述焦点检测方法包括以下步骤：
在由所述摄像元件获得的图像数据的多个范围中，计算由所述多个第一像素获得的像素数据与由所述多个第二像素获得的像素数据之间的相关数据；
在所述多个范围的各个中，检测具有至少预定值的水平的饱和像素；
基于所述饱和像素的检测结果，对在所述多个范围的各个中计算出的所述相关数据进行加法处理；以及
基于相加的相关数据，来进行镜头装置的驱动控制，
其中，利用从所述饱和像素的数量少于预定数量的范围获得的相关数据，来进行所述加法处理。
6.根据权利要求5所述的焦点检测方法，其中，通过相位差法来进行所述焦点检测，并且
其中，在进行所述镜头装置的驱动控制的步骤中，基于所述加法处理的结果来计算散焦量，并且基于所述散焦量来进行所述驱动控制。
7.根据权利要求5所述的焦点检测方法，其中，图像数据的范围对应于从所述摄像元件获得的图像数据的行。
8.一种焦点检测装置，其利用包括多个第一像素和多个第二像素的摄像元件进行焦点检测，所述第一像素和所述第二像素的各对共用一个微透镜，所述焦点检测装置包括：
处理器，所述处理器：
在由所述摄像元件获得的图像数据的多个行中，计算由所述多个第一像素获得的像素数据与由所述多个第二像素获得的像素数据之间的相关数据；
在所述多个行的各个中，检测具有至少预定值的水平的饱和像素；并且
基于所述饱和像素的检测结果，对在所述多个行的各个中计算出的所述相关数据进行加法处理；以及
镜头驱动控制器，所述镜头驱动控制器基于从所述处理器输出的、加法处理后的相关数据，来进行镜头装置的驱动控制，
其中，所述处理器利用从所述饱和像素的数量少于预定数量的所述多个行获得的相关数据，来进行所述加法处理。
9.根据权利要求8所述的焦点检测装置，其中，所述镜头驱动控制器通过相位差法来进行所述焦点检测，并且
其中，所述镜头驱动控制器还基于所述加法处理的结果来计算散焦量，并且基于所述散焦量来进行所述驱动控制。
10.根据权利要求8所述的焦点检测装置，其中，所述预定数量为1。
11.一种焦点检测装置，其利用包括多个第一像素和多个第二像素的摄像元件进行焦点检测，所述第一像素和所述第二像素的各对共用一个微透镜，所述焦点检测装置包括：
处理器，所述处理器：
计算由所述多个第一像素获得的像素数据与由所述多个第二像素获得的像素数据之间的相关数据；并且
在所述摄像元件中的多个范围的各个中，检测具有至少预定值的水平的饱和像素；以及
镜头驱动控制器，所述镜头驱动控制器基于根据所述相关数据计算出的散焦量，来进行镜头装置的驱动控制，
其中，基于从所检测到的饱和像素以外的像素数据获得的相关数据，来计算所述散焦量。
12.根据权利要求11所述的焦点检测装置，其中，所述镜头驱动控制器通过相位差法来进行所述焦点检测，并且
其中，所述镜头驱动控制器还根据所述相关数据来计算散焦量，并且基于所述散焦量来进行所述驱动控制。
13.根据权利要求11所述的焦点检测装置，其中，所述范围对应于所述摄像元件中的行。
14.一种焦点检测装置，其利用包括多个第一像素和多个第二像素的摄像元件进行焦点检测，所述第一像素和所述第二像素的各对共用一个微透镜，所述焦点检测装置包括：
处理器，所述处理器：
计算由所述多个第一像素获得的像素数据与从所述多个第二像素获得的图像数据的多个范围中的像素数据之间的相关数据；并且
在所述多个范围的各个中，检测具有至少预定值的水平的饱和像素；以及
镜头驱动控制器，所述镜头驱动控制器基于根据所述相关数据计算出的散焦量，来进行镜头装置的驱动控制，
其中，基于所述多个范围当中的、依据所述多个范围的各个中的所述饱和像素的数量而乘以权重的相关数据，来计算所述散焦量。
15.根据权利要求14所述的焦点检测装置，其中，所述镜头驱动控制器通过相位差法来进行所述焦点检测，并且
其中，所述镜头驱动控制器根据所述相关数据来计算散焦量，并且基于所述散焦量来进行所述驱动控制。
16.根据权利要求14所述的焦点检测装置，其中，图像数据的范围对应于从所述多个第二像素获得的图像数据的行。
17.根据权利要求14所述的焦点检测装置，其中，在范围中的所有像素为饱和像素的情况下，所述权重为零。
18.一种焦点检测方法，其利用包括多个第一像素和多个第二像素的摄像元件进行焦点检测，所述第一像素和所述第二像素的各对共用一个微透镜，所述焦点检测方法包括以下步骤：
在由所述摄像元件获得的图像数据的多个行中，计算由所述多个第一像素获得的像素数据与由所述多个第二像素获得的像素数据之间的相关数据；
在所述多个行的各个中，检测具有至少预定值的水平的饱和像素；
基于所述饱和像素的检测结果，对在所述多个行的各个中计算出的所述相关数据进行加法处理；以及
基于相加的相关数据，来进行镜头装置的驱动控制，
其中，利用从所述饱和像素的数量少于预定数量的所述多个行获得的相关数据，来进行所述加法处理。
19.根据权利要求18所述的焦点检测方法，其中，通过相位差法来进行所述焦点检测，并且
其中，在进行所述镜头装置的驱动控制的步骤中，基于所述加法处理的结果来计算散焦量，并且基于所述散焦量来进行所述驱动控制。
20.一种焦点检测方法，其利用包括多个第一像素和多个第二像素的摄像元件进行焦点检测，所述第一像素和所述第二像素的各对共用一个微透镜，所述焦点检测方法包括以下步骤：
计算由所述多个第一像素获得的像素数据与由所述多个第二像素获得的像素数据之间的相关数据；
在所述摄像元件中的多个范围的各个中，检测具有至少预定值的水平的饱和像素；以及
基于根据所述相关数据计算出的散焦量，来进行镜头装置的驱动控制，
其中，基于从所检测到的饱和像素以外的像素数据获得的相关数据，来计算所述散焦量。
21.根据权利要求20所述的焦点检测方法，其中，通过相位差法来进行所述焦点检测，并且
其中，在进行所述镜头装置的驱动控制的步骤中，根据所述相关数据来计算散焦量，并且基于所述散焦量来进行所述驱动控制。
22.根据权利要求20所述的焦点检测方法，其中，所述范围对应于所述摄像元件中的行。
23.一种焦点检测方法，其利用包括多个第一像素和多个第二像素的摄像元件进行焦点检测，所述第一像素和所述第二像素的各对共用一个微透镜，所述焦点检测方法包括以下步骤：
计算由所述多个第一像素获得的像素数据与从所述多个第二像素获得的图像数据的多个范围中的像素数据之间的相关数据；
在所述多个范围的各个中，检测具有至少预定值的水平的饱和像素；以及
基于根据所述相关数据计算出的散焦量，来进行镜头装置的驱动控制，
其中，基于所述多个范围当中的、依据所述多个范围的各个中的所述饱和像素的数量而乘以权重的相关数据，来计算所述散焦量。
24.根据权利要求23所述的焦点检测方法，其中，通过相位差法来进行所述焦点检测，并且
其中，在进行所述镜头装置的驱动控制的步骤中，根据所述相关数据来计算散焦量，并且基于所述散焦量来进行所述驱动控制。
25.根据权利要求23所述的焦点检测方法，其中，图像数据的范围对应于从所述多个第二像素获得的图像数据的行。
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