CN106030366B - 摄像装置及对焦控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种即使在相位差检测用像素的检测信号电平变低的情况下也能够不依赖于被摄体而提高对焦控制的精度的摄像装置及对焦控制方法。相位差AF处理部(19)从对位于所选择的AF区(53)的组对行(PL1)中的多个相位差检测用像素(52A、52B)的检测信号、及相对于该多个相位差检测用像素(52A、52B)的各个位于作为与X方向交叉的交叉方向从多个方向中选择的方向的组对行(PL2、PL3)的相位差检测用像素(52A、52B)的检测信号进行加法运算而获得的检测信号彼此的相关运算的结果生成散焦量(Df1)。系统控制部(11)根据散焦量(Df1)进行对焦控制。

Description

摄像装置及对焦控制方法
技术领域
本发明涉及一种摄像装置及对焦控制方法。
背景技术
近年来，随着CCD(Charge Coupled Device)图像传感器、CMOS(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor)图像传感器等成像元件的高分辨率化，对数码相机、数码摄像机、智能手机等的移动电话、PDA(Personal Digital Assistant，便携式信息终端)等具有摄影功能的信息设备需求骤增。另外，将如以上的具有摄像功能的信息设备称为摄像装置。
这些摄像装置中，作为对焦于主要被摄体的对焦控制方法，采用相位差AF(AutoFocus)方式(例如，参考专利文献1～3)。
搭载于通过相位差AF方式进行对焦控制的摄像装置的固体成像元件中，例如使用将遮光膜开口相互反方向偏心的相位差检测用像素对离散设置在整个摄像面的元件。
该相位差检测用像素，与遮光膜开口相对于光电转换部没有偏心的常规的摄像用像素相比灵敏度低。因此，被摄体在低照度的情况下，相位差检测用像素的检测信号电平会下降。
为了补偿这种检测信号电平的下降，若以简单的增益处理来进行相关运算，则相关运算结果中会出现误差。因此，通过对相位差检测用像素的检测信号彼此进行加法运算来增加信号量。
专利文献1中记载有对沿斜方向排列的多个相位差检测用像素的检测信号进行加法运算并使用加法运算后的检测信号进行相关运算而计算出散焦量的结构。
并且，专利文献2及3中公开有对水平方向位置相同的多个相位差检测用像素的检测信号进行加法运算并根据加法运算后的检测信号计算出散焦量的结构。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-135191号公报
专利文献2：日本特开2010-152161号公报
专利文献3：日本特开2013-218137号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
专利文献1～3所记载的摄像装置均为对沿特定方向排列的多个相位差检测用像素的检测信号进行加法运算并使用加法运算后的检测信号进行相关运算的装置。
然而，有时这些多个相位差检测用像素的一部分成像有较亮的被摄体部分，而这些多个相位差检测用像素的剩余部分成像有较暗的被摄体部分，即存在与特定方向交叉的被摄体的边缘。此时，通过检测信号的加法运算边缘变得模糊，因此加法运算后的检测信号的相关运算结果中出现误差。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种即使在相位差检测用像素的检测信号电平变低的情况下也能够不依赖于被摄体而提高对焦控制的精度的摄像装置及对焦控制方法。
用于解决技术课题的手段
本发明的摄像装置具备：成像元件，其具有沿一方向排列多个第1信号检测部及第2信号检测部的组对的组对行，且沿与上述一方向正交的方向排列多个上述组对行，所述第1信号检测部检测与通过沿上述一方向分割的摄像光学系统的光瞳区域中的一侧分割区域的光束对应的信号，所述第2信号检测部检测与通过另一侧分割区域的光束对应的信号；散焦量生成部，其从如下两种多个检测信号的相关运算的结果生成散焦量，即，一种为对位于配置有多个上述组对行的区的任意上述组对行中的多个上述第1信号检测部的检测信号、及相对于上述多个第1信号检测部的各个位于与上述一方向交叉的交叉方向的上述区的另一上述组对行的上述第1信号检测部的检测信号进行加法运算而获得的多个检测信号，另一种为对与上述任意组对行的上述多个第1信号检测部的各个组对的上述第2信号检测部的检测信号、及相对于上述第2信号检测部位于上述交叉方向的上述区的另一上述组对行的上述第2信号检测部的检测信号进行加法运算而获得的多个检测信号；方向判定部，其作为上述交叉方向判定多个方向中上述相关运算的结果的可信度成为最大的方向；及对焦控制部，其根据从将通过上述方向判定部判定的方向作为上述交叉方向的上述相关运算的结果通过上述散焦量生成部生成的散焦量进行上述摄像光学系统的对焦控制。
本发明的对焦控制方法具备：散焦量生成步骤，其从如下两种多个检测信号的相关运算的结果生成散焦量，即，一种为对位于配置有多个上述组对行的区的任意上述组对行中的多个上述第1信号检测部的检测信号、及相对于上述多个第1信号检测部的各个位于与上述一方向交叉的交叉方向的上述区的另一上述组对行的上述第1信号检测部的检测信号进行加法运算而获得的多个检测信号，另一种为对与上述任意组对行的上述多个第1信号检测部的各个组对的上述第2信号检测部的检测信号、及相对于上述第2信号检测部位于上述交叉方向的上述区的另一上述组对行的上述第2信号检测部的检测信号进行加法运算而获得的多个检测信号，上述检测信号由成像元件输出，所述成像元件具有沿一方向排列多个第1信号检测部及第2信号检测部的组对的组对行，且沿与上述一方向正交的方向排列多个上述组对行，所述第1信号检测部检测与通过沿上述一方向分割的摄像光学系统的光瞳区域中的一侧分割区域的光束对应的信号，所述第2信号检测部检测与通过另一侧分割区域的光束对应的信号；方向判定步骤，其作为上述交叉方向判定多个方向中上述相关运算的结果的可信度成为最大的方向；及对焦控制步骤，其根据从将通过上述方向判定步骤判定的方向作为上述交叉方向的上述相关运算的结果通过上述散焦量生成步骤生成的散焦量进行上述摄像光学系统的对焦控制。
发明效果
根据本发明，能够提供一种即使在相位差检测用像素的检测信号电平变低的情况下也能够部不依赖于被摄体而提高对焦控制的精度的摄像装置及对焦控制方法。
附图说明
图1是表示用于说明本发明的一实施方式的作为摄像装置的一例的数码相机的概要结构的图。
图2是表示搭载于图1所示的数码相机的成像元件5的整体结构的俯视示意图。
图3是图2所示的一个AF区53的局部放大图。
图4是仅示出图3所示的组对行的相位差检测用像素52A及52B的图。
图5是用于说明判定加法运算后的相关运算的可信度成为最大的方向的方法的图。
图6是用于说明判定加法运算后的相关运算的可信度成为最大的方向的方法的图。
图7是用于说明图1所示的数码相机的自动对焦动作的流程图。
图8是表示图1所示的数码相机的成像元件5的变形例的图。
图9是说明作为摄像装置的智能手机的图。
图10是图9的智能手机的内部框图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示用于说明本发明的一实施方式的作为摄像装置的一例的数码相机的概要结构的图。
图1所示的数码相机具备用于调焦的聚焦透镜、具有包含变焦透镜等的成像透镜1及光圈2的透镜装置。透镜装置构成摄像光学系统。
图1所示的透镜装置固定在相机主体，但可以和别的透镜装置更换。成像透镜1至少包含聚焦透镜即可。聚焦透镜可以是通过移动整个透镜系统进行调焦的单焦点透镜。
数码相机具备通过透镜装置拍摄被摄体的CCD型或CMOS型等成像元件5、进行连接于成像元件5的输出的相关双采样处理等模拟信号处理的模拟信号处理部6及将从模拟信号处理部6输出的模拟信号转换为数字信号的A/D转换电路7。
模拟信号处理部6及A/D转换电路7由系统控制部11控制。模拟信号处理部6及A/D转换电路7有时还内置于成像元件5中。
集中控制数码相机的整个电控制系统的系统控制部11控制透镜驱动部8来控制成像透镜1中包含的聚焦透镜以进行与对焦于主要被摄体的对焦控制，或进行成像透镜1中包含的变焦透镜的位置的调整。而且，系统控制部11经由光圈驱动部9控制光圈2的开口量，由此进行曝光量的调整。
并且，系统控制部11经由成像元件驱动部10驱动成像元件5，将通过成像透镜1拍摄的被摄体像作为摄像图像信号输出。系统控制部11中，输入用户通过操作部14输入的命令信号。该命令信号中，包含命令执行摄像光学系统的对焦控制的命令信号。
而且，该数码相机的电控制系统具备主存储器16；连接于主存储器16的存储器控制部15；对从A/D转换电路7输出的摄像图像信号进行插值运算、伽马校正运算及RGB/YC转换处理等来生成摄影图像数据的数字信号处理部17；相位差AF处理部19；连接装卸自如的记录介质21的外部存储器控制部20；及连接搭载于相机背面等的显示部23的显示控制部22。
存储器控制部15、数字信号处理部17、相位差AF处理部19、外部存储器控制部20及显示控制部22通过控制总线24及数据总线25相互连接，通过来自系统控制部11的指令来控制。
图2是表示搭载于图1所示的数码相机的成像元件5的整体结构的俯视示意图。
成像元件5具有摄像面50，所述摄像面50上配置有沿X方向及与X方向正交的Y方向上二维状排列为的多个像素。在图2的例子中，该摄像面50上设置有9个成为对焦对象的区即AF区53。
AF区53是作为像素包含摄像用像素及相位差检测用像素的区。
摄像面50中，在除了AF区53以外的部分仅配置摄像用像素。另外，AF区53可无间隙地设置于摄像面50上。
图3是图2所示的一个AF区53的放大图。
AF区53中以二维状排列有像素51(图中正方形的框)。各像素51包含光电二极管等光电转换部及形成于该光电转换部上方的滤色器。
图3中，对包含透射红色光的滤色器(R滤波器)的像素51(称为R像素51)标注文字“R”，对包含透射绿色光的滤色器(G滤波器)的像素51(称为G像素51)标注文字“G”，对包含透射蓝色光的滤色器(B滤波器)的像素51(称为B像素51)标注文字“B”。滤色器的排列在整个摄像面50呈拜耳排列。
AF区53中，G像素51的一部分(图3中标注阴影的像素)成为相位差检测用像素52A及52B。图3的例子中，从上第3行、第7行及第11行的像素行中的各G像素51成为相位差检测用像素52A。并且，相对于该各相位差检测用像素52A与列方向Y最近的相同颜色的G像素51成为相位差检测用像素52B。
由位于任意行的所有相位差检测用像素52A及相对于该所有相位差检测用像素52A的各个与列方向Y最近的相同颜色的相位差检测用像素52B来组对。图3中，AF区53中沿Y方向排列有组对行PL1、PL2、PL3，但AF区53中有多个组对行即可。
图4是仅表示图3所示的一个组对行中的相位差检测用像素52A及52B的图。
相位差检测用像素52A为接收通过沿一方向(图3的例子中为X方向)分割的成像透镜1的光瞳区域的一侧分割区域的光束并检测与受光量相应的信号的第1信号检测部。
相位差检测用像素52B为接收通过成像透镜1的光瞳区域的另一侧分割区域的光束并检测与受光量相应的信号的第2信号检测部。
另外，在AF区53中，相位差检测用像素52A及52B以外的多个像素51为摄像用像素。该摄像用像素接收通过成像透镜1的光瞳区域的上述两个分割区域双方的光束并检测与受光量相应的信号。
在各像素51的光电转换部上方设置有遮光膜，该遮光膜上形成有规定光电转换部的受光面积的开口。
摄像用像素51的开口的中心与摄像用像素51的光电转换部的中心一致。相对于此，相位差检测用像素52A的开口(图4的空白部分)的中心相对于相位差检测用像素52A的光电转换部的中心，向右侧偏心。
并且，相位差检测用像素52B的开口(图4的空白部分)的中心相对于相位差检测用像素52B的光电转换部的中心，向左侧偏心。在此所说的右方向为图3所示的X方向的一方向，左方向为X方向的另一方向。
图5是表示相位差检测用像素52A的X方向上的剖面结构的图。如图5所示，相位差检测用像素52A，开口c相对于光电转换部(PD)向右偏心。
如图5所示，通过遮光膜覆盖光电转换部的单侧，能够选择性地遮住从与遮光膜覆盖的方向相反的方向入射的光。
根据该结构，通过由位于任意行的相位差检测用像素52A构成的像素组及由相对于该像素组的各相位差检测用像素52A沿一方向以相同距离配置的相位差检测用像素52B构成的像素组，能够检测分别通过这两个像素组拍摄的图像中的行方向X的相位差。
图1所示的相位差AF处理部19根据被摄体的明度以以下的两个方法中任一种生成散焦量。相位差AF处理部19作为散焦量生成部发挥功能。
(第1方法)
相位差AF处理部19，在通过用户操作等从9个AF区53中选择的AF区53中，对每个组对行进行相位差检测用像素52A及相位差检测用像素52B的检测信号组彼此的相关运算，并运算通过相位差检测用像素52A拍摄的图像及通过相位差检测用像素52B拍摄的图像的相对位置偏离量即相位差。
相位差AF处理部19根据该相位差生成为了使基于成像透镜1的主要被摄体的成像面与成像元件5的摄像面50一致所需的聚焦透镜的移动量即散焦量Dfr。相位差AF处理部19，平均对各组对行计算出的散焦量Dfr，并将平均得到的散焦量Df向系统控制部11通知。
(第2方法)
相位差AF处理部19，在所选择的AF区53(与配置有多个组对行的区对应)中，进行对位于任意组对行的沿X方向排列的多个相位差检测用像素52A(称为第1加法运算基准像素组)的检测信号及相对于该多个相位差检测用像素52A的各个位于与X方向交叉的交叉方向的另一组对行的相位差检测用像素52A的检测信号进行加法运算的第1加法运算处理。
并且，相位差AF处理部19进行对与上述任意组对行的加法运算基准像素组的各相位差检测用像素52A组对的相位差检测用像素52B(称为第2加法运算基准像素组)的检测信号及相对于该相位差检测用像素52B位于上述交叉方向的另一组对行的相位差检测用像素52B的检测信号进行加法运算的第2加法运算处理。
相位差AF处理部19用通过第1加法运算处理得到的相位差检测用像素52A的检测信号组及通过第2加法运算处理得到的相位差检测用像素52B的检测信号组进行相关运算(称为加法相关运算)，从加法相关运算的结果生成散焦量Df1，并将生成的散焦量Df1向系统控制部11通知。
另外，相位差AF处理部19，可将所选择的AF区53沿Y方向框状分割，对每个框，在位于框内的多个组对行中对相位差检测用像素52A及52B的检测信号进行加法运算，并进行加法相关运算，并且也可从该加法相关运算的结果生成散焦量Df1。
此时，相位差AF处理部19使用对于多个框生成的散焦量Df1(例如平均多个散焦量Df1)生成散焦量Df2，并将该散焦量Df2向系统控制部11通知即可。
相位差AF处理部19，在生成散焦量Df1时，作为上述交叉方向从可设定的多个方向中选择一个来进行设定。
可设定的多个方向是指穿过第1加法运算基准像素组中的任一个相位差检测用像素52A且穿过位于AF区53的另一各组对行的相位差检测用像素52A的直线延伸的方向。
相位差AF处理部19，当将可设定的多个方向的各个设定于上述交叉方向而进行加法相关运算时，从上述多个方向中判定加法相关运算的结果的可信度成为最大的方向(称为可信度最大方向)，并选择判定的方向来进行设定。相位差AF处理部19作为方向判定部发挥功能。
相位差AF处理部19从将可信度最大方向设定于上述交叉方向来进行加法相关运算的结果计算出散焦量Df1。
以下，对可信度最大方向的判定方法进行说明。
图6是用于说明判定加法相关运算的可信度成为最大的方向的方法的图。图6中示出有图3所示的AF区53。
将位于图6中处于最上方的组对行PL1的沿X方向排列的多个相位差检测用像素52A(图中粗框包围的像素)设定为第1加法运算基准像素组，将与该多个相位差检测用像素52A的各个组对的相位差检测用像素52B(图中粗框包围的像素)设定为第2加法运算基准像素组。
图6的例子中，对于第1加法运算基准像素组的各相位差检测用像素52A的检测信号，为了在各自的组对行PL2及PL3中对检测信号进行加法运算，作为交叉方向，可设定与Y方向相同方向的方向D1、均与X方向及Y方向交叉的方向D2及D3这三个方向。
相位差AF处理部19对第1加法运算基准像素组的各相位差检测用像素52A的检测信号、相对于该各相位差检测用像素52A位于方向D1的组对行PL2的相位差检测用像素52A的检测信号、及位于方向D1的组对行PL3的相位差检测用像素52A的检测信号进行加法运算。将加法运算后的相位差检测用像素52A的检测信号组设定为SAd1。
并且，相位差AF处理部19对第2加法运算基准像素组的各相位差检测用像素52B的检测信号、相对于该各相位差检测用像素52B位于方向D1的组对行PL2的相位差检测用像素52B的检测信号、及位于方向D1的组对行PL3的相位差检测用像素52B的检测信号进行加法运算。将加法运算后的相位差检测用像素52B的检测信号组设定为SBd1。
接着，相位差AF处理部19对第1加法运算基准像素组的各相位差检测用像素52A的检测信号、相对于该各相位差检测用像素52A位于方向D2的组对行PL2的相位差检测用像素52A的检测信号、及位于方向D2的组对行PL3的相位差检测用像素52A的检测信号进行加法运算。将加法运算后的相位差检测用像素52A的检测信号组设定为SAd2。
并且，相位差AF处理部19对第2加法运算基准像素组的各相位差检测用像素52B的检测信号、相对于该各相位差检测用像素52B位于方向D2的组对行PL2的相位差检测用像素52B的检测信号、及位于方向D2的组对行PL3的相位差检测用像素52B的检测信号进行加法运算。将加法运算后的相位差检测用像素52B的检测信号组设定为SBd2。
接着，相位差AF处理部19对第1加法运算基准像素组的各相位差检测用像素52A的检测信号、相对于该各相位差检测用像素52A位于方向D3的组对行PL2的相位差检测用像素52A的检测信号、及位于方向D3的组对行PL3的相位差检测用像素52A的检测信号进行加法运算。将加法运算后的相位差检测用像素52A的检测信号组设定为SAd3。
并且，相位差AF处理部19对第2加法运算基准像素组的各相位差检测用像素52B的检测信号、相对于该各相位差检测用像素52B位于方向D3的组对行PL2的相位差检测用像素52B的检测信号、及位于方向D3的组对行PL3的相位差检测用像素52B的检测信号进行加法运算。将加法运算后的相位差检测用像素52B的检测信号组设定为SBd3。
相位差AF处理部19用检测信号组SAd1及检测信号组SBd1进行相关运算，用检测信号组SAd2及检测信号组SBd2进行相关运算，用检测信号组SAd3及检测信号组SBd3进行相关运算。
相关运算是指求出将一侧的检测信号组设为A[1]……A[k]，将另一侧的检测信号设为B[1]……B[k]，将使这两个数据偏离“d”时的由以下式(1)求出的两个数据波形所包围的面积S[d]。面积S[d]表示两个检测信号组的相关量，且表示面积S[d]越小两个检测信号组的一致度越高。
[数式1]
d＝-L，…，-2，-1，0，1，2，…，L
相位差AF处理部19比较检测信号组SAd1及检测信号组SBd1的相关运算的结果即S[d]中的最小值、检测信号组SAd2及检测信号组SBd2的相关运算的结果即S[d]中的最小值、及检测信号组SAd3及检测信号组SBd3的相关运算的结果即S[d]中的最小值。而且，方向D1、D2、D3中，将得到S[d]的最小值成为最小的结果的方向判定为加法相关运算的结果的可信度最高的方向。
另外，上述说明中，对方向D1、D2、D3这三个方向分别进行加法相关运算，但设定的方向为多个即可。若将X方向垂直于重力方向的状态设定为数码相机的标准姿势，则作为被摄体沿Y方向延伸的边缘较多，因此优选设定至少包含方向D1及与方向D1交叉的方向的多个方向。
接着，对图1所示的数码相机的自动对焦动作进行说明。
图7是用于说明图1所示的数码相机的自动对焦动作的流程图。
若数码相机被设定为摄像模式，系统控制部11则开始实时取景图像的显示(步骤S1)。
具体而言，系统控制部11反复进行通过成像元件5拍摄被摄体并根据拍摄所获得的摄像图像数据将图像显示于显示部23的控制。
开始实时取景图像的显示后，若通过操作部14中包含的快门按钮的半按操作等执行摄像光学系统的对焦控制的执行命令(以下，称为自动对焦的执行命令，图中称为AF命令)(步骤S2：是)，系统控制部11则使用执行该自动对焦的执行命令的时刻得到的摄像图像信号中最新的图像信号(以下，称为摄像图像信号Ga)，判定通过成像元件5所拍摄的被摄体的明度。例如，系统控制部11将摄像图像信号Ga的亮度值的平均或累计值作为明度来求出。
系统控制部11，若已求出的明度为阈值以下(步骤S3：是)，则使相位差AF处理部19进行步骤S4的处理，若已求出的明度超过阈值(步骤S3：否)，则使相位差AF处理部19进行步骤S9的处理。
在步骤S9中，相位差AF处理部19用摄像图像信号Ga中位于所选择的AF区53的各组对行PL1、PL2、PL3中的相位差检测用像素52A及相位差检测用像素52B的检测信号组彼此进行相关运算，对组对行PL1、PL2、PL3的各个计算出散焦量Dfr。而且，相位差AF处理部19将该散焦量Dfr的平均值作为最终的散焦量Df来计算，并将散焦量Df向系统控制部11通知。
系统控制部11根据由相位差AF处理部19通知的散焦量Df，只以相当于散焦量Df的量来移动聚焦透镜(步骤S10)，并结束自动对焦。
在步骤S4中，相位差AF处理部19，根据图6中说明的方法，判定加法相关运算的结果的可信度成为最大的方向。而且，相位差AF处理部19将所选择的AF区53的任意组对行中包含的多个相位差检测用像素52A作为第1加法运算基准像素组，并该多个相位差检测用像素52A各个的检测信号及相对于该各个的相位差检测用像素52A位于步骤S4中判定的方向的另一组对行的相位差检测用像素52A的检测信号进行加法运算(步骤S5)。
并且，相位差AF处理部19将与第1加法运算基准像素组的各相位差检测用像素52A组对的相位差检测用像素52B作为第2加法运算基准像素组，并对该相位差检测用像素52B的检测信号及相对于该相位差检测用像素52B位于步骤S4中判定的方向的另一组对行的相位差检测用像素52B的检测信号进行加法运算(步骤S6)。
相位差AF处理部19用步骤S5中进行加法运算而得到的相位差检测用像素52A的检测信号组及步骤S6中进行加法运算而得到的相位差检测用像素52A的检测信号组进行相关运算，并从该相关运算的结果计算出散焦量Df1(步骤S7)。
另外，步骤S7的相关运算的结果，在步骤S4中判定方向时也已获得。因此，可省略步骤S5及S6，并在步骤S7中，从步骤S4中已求出的加法相关运算的结果计算出散焦量Df1。
若步骤S7中计算出散焦量Df1，则将该情况被通知到系统控制部11。系统控制部11根据该散焦量Df1，只以相当于散焦量Df1的量来移动聚焦透镜(步骤S8)，并结束自动对焦。系统控制部11作为对焦控制部发挥功能。
如上所述，根据图1的数码相机，即使被摄体较暗，由于在多个行中对相位差检测用像素52A(52B)的检测信号进行加法运算后进行相关运算，因此也能够防止散焦量的计算精度的下降。并且，用位于加法相关运算的结果的可信度成为最大的方向的相位差检测用像素彼此来对检测信号进行加法运算，因此与通常用位于相同方向的相位差检测用像素彼此来对检测信号进行加法运算的情形相比，能够提高散焦量的计算精度。
图7的步骤S4中，相位差AF处理部19将交叉方向分别设定于多个方向而进行加法相关运算，并分别对该多个方向比较加法相关运算的结果，由此判定加法相关运算的可信度成为最大的方向。
相位差AF处理部19可将成像于所选择的AF区53的被摄体像的对比度成为最小的方向判定为可信度最大方向。某一方向的对比度小是指与其方向交叉的边缘少或无。因此，在其方向上进行加法相关运算的结果的可信度也会变高。
例如，在AF区53中，着眼于由相对于组对行PL1的各相位差检测用像素52A位于斜左下方的摄像用像素51构成的第1摄像用像素组、由相对于组对行PL2的各相位差检测用像素52A位于斜左下方的摄像用像素51构成的第2摄像用像素组、及由相对于组对行PL3的各相位差检测用像素52A位于斜左下方的摄像用像素51构成的第3摄像用像素组。
相位差AF处理部19用第1摄像用像素组的各摄像用像素51、相对该各摄像用像素51位于方向D1的第2摄像用像素组的摄像用像素51及第3摄像用像素组的摄像用像素51，及用彼此邻接的摄像用像素51计算出检测信号的差分。而且，将该差分的累计值作为成像于AF区53的被摄体像的方向D1上的对比度来计算。相位差AF处理部19将方向D1变更为方向D2及D3来同样地计算出对比度，并将对比度成为最小的方向作为可信度最大方向即可。
或者，相位差AF处理部19用位于AF区53的组对行PL1的各相位差检测用像素52A(或52B)、相对该各相位差检测用像素52A(或52B)位于方向D1上的组对行PL2及PL3的相位差检测用像素52A(或52B)，及用彼此邻接的相位差检测用像素52A(或52B)计算出检测信号的差分。而且，将该差分的累计值作为成像于AF区53的被摄体像的方向D1上的对比度来计算。相位差AF处理部19也可将方向D1变更为方向D2及D3来同样地计算出对比度，并将对比度成为最小的方向作为可信度最大方向。
根据该结构，由于对比度的计算中使用相位差检测用像素52A或相位差检测用像素52B的检测信号，因此与对比度的计算中使用摄像用像素51的检测信号的方法相比，能够提高可信度最大方向的判定精度。
相位差AF处理部19可将可设定的多个方向中与重力方向最近的方向判定为可信度最大方向。
存在于自然界的被摄体中，存在很多与重力方向平行的边缘。因此，若用组对行PL1的相位差检测用像素52A及52B、相对于此位于与重力方向相同的方向的组对行L2及L3的相位差检测用像素52A及52B进行检测信号的加法运算，则成为沿边缘进行的加法运算。因此，这种情况下加法相关运算的可信度变高的可能性高。
因此，图1的数码相机设置有电子水平仪等用于检测重力方向的重力方向检测部。而且，相位差AF处理部19，在图7的步骤S4中，将通过重力方向检测部检测的重力方向作为加法相关运算的可信度成为最大的方向来判定。由此，能够减少运算量，并能够节能。
根据通过数码相机拍摄的被摄体，能够预先知道向哪个方向延伸的边缘较多。例如，人脸或树木等纵向成分较多。因此，数码相机的主存储器16中将摄像场景与可信度成为最大的方向的信息建立对应关联来存储。
而且，相位差AF处理部19，在图7的步骤S4中，从已设定的摄像场景获取与该摄像场景建立对应关联的方向的信息，并将该方向判定为加法相关运算的可信度成为最大的方向。由此，能够减少运算量，并能够节能。
另外，图7的动作例中，被摄体较暗时进行步骤S4以后的处理。然而，在相位差检测用像素52A及52B的检测信号电平变低的拍摄情况下，需要进行相位差检测用像素的检测信号的加法运算，但并不仅限于被摄体较暗的情形。
例如，当入射于成像元件5的光线角度变大而入射于相位差检测用像素52A及52B的光变少时(广角拍摄时)，可进行步骤S4以后的处理。或者，当相位差检测用像素52A及52B的检测信号电平较小时，可进行步骤S4以后的处理。
并且，成像元件5只要是具有多个第1信号检测部及第2信号检测部的组对即可，并不限定于图2～图5所示的结构。
例如，可以是如下结构，即将成像元件5中包含的所有像素作为摄像用像素51，将各摄像用像素51分为两部分，并将一侧分区作为相位差检测用像素52A，将另一侧分区作为相位差检测用像素52B。
图8是表示将成像元件5中包含的所有像素作为摄像用像素51并将各摄像用像素51分为两部分的结构的图。
图8的结构中，在成像元件5中，将标记R的摄像用像素51分为两部分，并将分割的两部分分别作为相位差检测用像素r1及相位差检测用像素r2。
并且，在成像元件5中，将标记G的摄像用像素51分为两部分，并将分割的两部分分别作为相位差检测用像素g1及相位差检测用像素g2。
并且，在成像元件5中，标记B的摄像用像素51分为两部分，并将分割的两部分分别作为相位差检测用像素b1及相位差检测用像素b2。
该结构中，相位差检测用像素r1、g1、b1分别成为第1信号检测部，相位差检测用像素r2、g2、b2分别成为第2信号检测部。能够从第1信号检测部及第2信号检测部独立地读出信号。
而且，若对第1信号检测部及第2信号检测部的信号进行加法运算，则能够得到没有相位差的常规的摄像用信号。如此，图6的结构中，能够将所有像素用作相位差检测用像素及摄像用像素这两者。
图8的结构中，例如，由位于第1行的相位差检测用像素g1及g2构成组对行，由位于第3行的相位差检测用像素g1及g2构成组对行，由位于第5行的相位差检测用像素g1及g2构成组对行，由位于第7行的相位差检测用像素g1及g2构成组对行。
本说明书中，作为摄像装置以数码相机为例进行了说明，但以下，对作为摄像装置带相机的智能手机的实施方式进行说明。
图9表示作为本发明的摄像装置的一实施方式的智能手机200的外观。图9所示的智能手机200具有平板状框体201，在框体201的一侧的面具备作为显示部的显示面板202与作为输入部的操作面板203成为一体的显示输入部204。并且，这种框体201具备扬声器205、麦克风206、操作部207及相机部208。另外，框体201的结构并不限定于此，例如能够采用显示部与输入部独立的结构，或者采用具有折叠结构或滑动机构的结构。
图10是表示图9所示的智能手机200的结构的框图。如图10所示，作为智能手机的主要的构成要件，具备无线通信部210、显示输入部204、通话部211、操作部207、相机部208、存储部212、外部输入输出部213、GPS(Global Positioning System)接收部214、动态传感器部215、电源部216及主控制部220。并且，作为智能手机200的主要功能，具备经由省略图示的基站装置BS和省略图示的移动通信网NW进行移动无线通信的无线通信功能。
无线通信部210根据主控制部220的命令，对容纳于移动通信网NW的基站装置BS进行无线通信。使用该无线通信，进行语音数据、图像数据等各种文件数据、电子邮件数据等的收发及Web数据或流数据等的接收。
显示输入部204是所谓的触摸面板，其具备显示面板202及操作面板203，所述显示输入部通过主控制部220的控制，显示图像(静态图像及动态图像)和文字信息等来视觉性地向用户传递信息，并且检测用户对所显示的信息的操作。
显示面板202是将LCD(Liquid Crystal Display)、OELD(Organic Electro-Luminescence Display)等用作显示设备的装置。
操作面板203是以能够视觉辨认显示于显示面板202的显示面上的图像的方式载置，并检测通过用户的手指或触控笔来操作的一个或多个坐标的设备。若通过用户的手指或触控笔操作该设备，则将因操作而产生的检测信号输出至主控制部220。接着，主控制部220根据所接收的检测信号检测显示面板202上的操作位置(坐标)。
如图9所示，作为本发明的摄像装置的一实施方式来例示的智能手机200的显示面板202与操作面板203成为一体而构成显示输入部204，配置成操作面板203完全覆盖显示面板202。
采用该配置时，操作面板203可以对显示面板202以外的区域也具备检测用户操作的功能。换言之，操作面板203可具备针对与显示面板202重叠的重叠部分的检测区域(以下，称为显示区域)、及针对除此以外的不与显示面板202重叠的外缘部分的检测区域(以下，称为非显示区域)。
另外，可使显示区域的大小与显示面板202的大小完全一致，但无需一定要使两者一致。并且，操作面板203可具备外缘部分及除此以外的内侧部分这两个感应区域。而且，外缘部分的宽度根据框体201的大小等而适当设计。此外，作为在操作面板203中采用的位置检测方式，可举出矩阵开关方式、电阻膜方式、表面弹性波方式、红外线方式、电磁感应方式或静电电容方式等，还可以采用任意方式。
通话部211具备扬声器205和麦克风206，所述通话部将通过麦克风206输入的用户的语音转换成能够在主控制部220中处理的语音数据来输出至主控制部220、或者对通过无线通信部210或外部输入输出部213接收的语音数据进行解码而从扬声器205输出。并且，如图9所示，例如能够将扬声器205搭载于与设置有显示输入部204的面相同的面，并将麦克风206搭载于框体201的侧面。
操作部207为使用键开关等的硬件键，接受来自用户的命令。例如，如图9所示，操作部207搭载于智能手机200的框体201的侧面，是用手指等按下时开启，手指离开时通过弹簧等的复原力而成为关闭状态的按钮式开关。
存储部212存储主控制部220的控制程序和控制数据、应用软件、将通信对象的名称和电话号码等建立对应关联的地址数据、所收发的电子邮件的数据、通过Web浏览下载的Web数据及已下载的内容数据，并且临时存储流数据等。并且，存储部212由内置于智能手机的内部存储部217及装卸自如且具有外部存储器插槽的外部存储部218构成。另外，构成存储部212的各个内部存储部217与外部存储部218通过使用闪存类型(flash memory type)、硬盘类型(hard disk type)、微型多媒体卡类型(multimedia card micro type)、卡类型的存储器(例如，MicroSD(注册商标)存储器等)、RAM(Random Access Memory)或ROM(ReadOnly Memory)等存储介质来实现。
外部输入输出部213发挥与连结于智能手机200的所有外部设备的接口的作用，用于通过通信等(例如，通用串行总线(USB)、IEEE1394等)或网络(例如，互联网、无线LAN、蓝牙(Bluetooth)(注册商标)、RFID(Radio Frequency Identification)、红外线通信(Infrared Data Association：IrDA)(注册商标)、UWB(Ultra Wideband)(注册商标)或紫蜂(Zig Bee)(注册商标)等)直接或间接地与其他外部设备连接。
作为与智能手机200连结的外部设备，例如有：有/无线头戴式耳机、有/无线外部充电器、有/无线数据端口、经由卡插槽连接的存储卡(Memory card)或SIM(客户标识模块(Subscriber Identity Module))/UIM(用户标识模块(User Identity Module))卡、经由音频/视频I/O(Input/Output)端子连接的外部语音/视频设备、无线连接的外部语音/视频设备、有/无线连接的智能手机、有/无线连接的个人计算机、有/无线连接的PDA、有/无线连接的个人计算机以及PDA、耳机等。外部输入输出部213能够将从这种外部设备接收到传送的数据传递至智能手机200内部的各构成要件、或将智能手机200内部的数据传送至外部设备。
GPS接收部214根据主控制部220的命令，接收从GPS卫星ST1～STn发送的GPS信号，执行基于所接收的多个GPS信号的测位运算处理，检测包括智能手机200的纬度、经度及高度的位置。GPS接收部214在能够从无线通信部210或外部输入输出部213(例如无线LAN)获取位置信息时，还能够利用该位置信息检测位置。
动态传感器部215例如具备三轴加速度传感器等，根据主控制部220的命令，检测智能手机200的物理动作。通过检测智能手机200的物理动作，可检测智能手机200的移动方向或加速度。该检测结果被输出至主控制部220。
电源部216根据主控制部220的命令，向智能手机200的各部供给积蓄在电池(未图示)中的电力。
主控制部220具备微处理器，根据存储部212所存储的控制程序或控制数据进行动作，统一控制智能手机200的各部。并且，主控制部220为了通过无线通信部210进行语音通信或数据通信，具备控制通信系统的各部的移动通信控制功能及应用处理功能。
应用处理功能通过主控制部220根据存储部212所存储的应用软件进行动作来实现。作为应用处理功能，例如有控制外部输入输出部213来与对象设备进行数据通信的红外线通信功能、进行电子邮件的收发的电子邮件功能、浏览Web页的Web浏览功能等。
并且，主控制部220具备根据接收数据或所下载的流数据等图像数据(静态图像或动态图像的数据)在显示输入部204显示影像等的图像处理功能。图像处理功能是指主控制部220对上述图像数据进行解码，对该解码结果实施图像处理并将图像显示于显示输入部204的功能。
而且，主控制部220执行对显示面板202的显示控制及检测通过操作部207、操作面板203进行的用户操作的操作检测控制。通过执行显示控制，主控制部220显示用于启动应用软件的图标或滚动条等软件键，或者显示用于创建电子邮件的窗口。另外，滚动条是指用于使无法落入显示面板202的显示区域的较大图像等，接受使图像的显示部分移动的命令的软件键。
并且，通过执行操作检测控制，主控制部220检测通过操作部207进行的用户操作，或者通过操作面板203接受对上述图标的操作或对上述窗口的输入栏输入字符串，或者接受通过滚动条进行的显示图像的滚动请求。
而且，通过执行操作检测控制，主控制部220具备判定对操作面板203操作的位置是与显示面板202重叠的重叠部分(显示区域)还是除此以外的不与显示面板202重叠的外缘部分(非显示区域)，并控制操作面板203的感应区域或软件键的显示位置的触摸面板控制功能。
并且，主控制部220还能够检测对操作面板203的手势操作，并根据检测到的手势操作执行预先设定的功能。手势操作表示并非以往的简单的触摸操作，而是通过手指等描绘轨迹、或者同时指定多个位置、或者组合这些来从多个位置对至少一个描绘轨迹的操作。
相机部208包含图1所示的数码相机中的外部存储器控制部20、记录介质21、显示控制部22、显示部23及操作部14以外的结构。通过相机部208生成的摄像图像数据记录于存储部212或通过输入输出部213或无线通信部210输出。图9所示的智能手机200中，相机部208搭载于与显示输入部204相同的面，但相机部208的搭载位置并不限定于此，还可搭载于显示输入部204的背面。
并且，相机部208能够利用于智能手机200的各种功能。例如，能够在显示面板202显示通过相机部208获取的图像，或作为显示面板203的操作输入之一来利用相机部208的图像。并且，GPS接收部214检测位置时，还能够参考来自相机部208的图像来检测位置。而且，还能够参考来自相机部208的图像，不使用三轴加速度传感器或与三轴加速度传感器同时使用来判断智能手机200的相机部208的光轴方向或判断当前的使用环境。当然，还能够在应用软件内利用来自相机部208的图像。
另外，还能够在静态图像或动态图像的图像数据上附加通过GPS接收部214获取的位置信息、通过麦克风206获取的语音信息(可通过主控制部等进行语音文本转换而成为文本信息)、通过动态传感器部215获取的姿勢信息等而记录于存储部212或通过输入输出部213或无线通信部210输出。
如上所述的结构的智能手机200中，作为相机部208的成像元件使用成像元件5，主控制部220中进行图7中说明的处理，由此即使在相位差检测用像素的检测信号电平低时，也能够不依赖于被摄体而进行高精度的对焦控制。
如上所述说明，本说明书中公开有以下事项。
所公开的摄像装置具备：
成像元件，其具有沿一方向排列多个第1信号检测部及第2信号检测部的组对的组对行，且沿与上述一方向正交的方向排列多个上述组对行，所述第1信号检测部检测与通过沿上述一方向分割的摄像光学系统的光瞳区域中的一侧分割区域的光束对应的信号，所述第2信号检测部检测与通过另一侧分割区域的光束对应的信号；散焦量生成部，其从如下两种多个检测信号的相关运算的结果生成散焦量，即，一种为对位于配置有多个上述组对行的区的任意上述组对行中的多个上述第1信号检测部的检测信号、及相对于上述多个第1信号检测部的各个位于与上述一方向交叉的交叉方向的上述区的另一上述组对行的上述第1信号检测部的检测信号进行加法运算而获得的多个检测信号，另一种为对与上述任意组对行的上述多个第1信号检测部的各个组对的上述第2信号检测部的检测信号、及相对于上述第2信号检测部位于上述交叉方向的上述区的另一上述组对行的上述第2信号检测部的检测信号进行加法运算而获得的多个检测信号；方向判定部，其作为上述交叉方向判定多个方向中上述相关运算的结果的可信度成为最大的方向；及对焦控制部，其根据从将通过上述方向判定部判定的方向作为上述交叉方向的上述相关运算的结果通过上述散焦量生成部生成的散焦量进行上述摄像光学系统的对焦控制。
所公开的摄像装置中，上述方向判定部可将上述交叉方向分别设定于上述多个方向来进行上述相关运算，分别对上述多个方向比较上述相关运算的结果，由此判定上述可信度成为最大的方向。
所公开的摄像装置中，上述方向判定部可将成像于上述区的被摄体像的对比度成为最小的方向判定为上述可信度成为最大的方向。
所公开的摄像装置中，上述方向判定部可用上述任意组对行的上述多个第1信号检测部或上述多个第2信号检测部的各个、及相对于上述多个第1信号检测部或上述多个第2信号检测部各个分别位于上述多个方向的上述区内的另一上述组对行的上述第1信号检测部或上述第2信号检测部，对邻接的信号检测部彼此的检测信号的差分进行累计来计算出上述对比度。
所公开的摄像装置中，上述方向判定部可将上述多个方向中与重力方向最接近的方向判定为上述可信度成为最大的方向。
所公开的摄像装置的对焦控制方法具备：散焦量生成步骤，其从如下两种多个检测信号的相关运算的结果生成散焦量，即，一种为对位于配置有多个上述组对行的区的任意上述组对行中的多个上述第1信号检测部的检测信号、及相对于上述多个第1信号检测部的各个位于与上述一方向交叉的交叉方向的上述区的另一上述组对行的上述第1信号检测部的检测信号进行加法运算而获得的多个检测信号，另一种为对与上述任意组对行的上述多个第1信号检测部的各个组对的上述第2信号检测部的检测信号、及相对于上述第2信号检测部位于上述交叉方向的上述区的另一上述组对行的上述第2信号检测部的检测信号进行加法运算而获得的多个检测信号，上述检测信号由成像元件输出，所述成像元件具有沿一方向排列多个第1信号检测部及第2信号检测部的组对的组对行，且沿与上述一方向正交的方向排列多个上述组对行，所述第1信号检测部检测与通过沿上述一方向分割的摄像光学系统的光瞳区域中的一侧分割区域的光束对应的信号，所述第2信号检测部检测与通过另一侧分割区域的光束对应的信号；方向判定步骤，其作为上述交叉方向判定多个方向中上述相关运算的结果的可信度成为最大的方向；及对焦控制步骤，其根据从将通过上述方向判定步骤判定的方向作为上述交叉方向的上述相关运算的结果通过上述散焦量生成步骤生成的散焦量进行上述摄像光学系统的对焦控制。
产业上的可利用性
本发明适用于数码相机等时，便利性高且有效。
符号说明
1-成像透镜，2-光圈，5-成像元件，11-系统控制部(对焦控制部)，19-相位差AF处理部(散焦量生成部、方向判定部)，50-摄像面，51-像素，52A、52B-相位差检测用像素，53-AF区。

Claims (6)

1.一种摄像装置，其具备：
成像元件，其具有沿一方向排列多个第1信号检测部及第2信号检测部的组对的组对行，且沿与所述一方向正交的方向排列多个所述组对行，所述第1信号检测部检测与通过沿所述一方向分割的摄像光学系统的光瞳区域中的一侧分割区域的光束对应的信号，所述第2信号检测部检测与通过另一侧分割区域的光束对应的信号；
散焦量生成部，其从如下两种多个检测信号的相关运算的结果生成散焦量，即，一种为对位于配置有多个所述组对行的区的任意所述组对行中的多个所述第1信号检测部的检测信号、及相对于所述多个第1信号检测部的各个位于与所述一方向交叉的交叉方向的所述区的另一所述组对行的所述第1信号检测部的检测信号进行加法运算而获得的多个检测信号，另一种为对与所述任意组对行的所述多个第1信号检测部的各个组对的所述第2信号检测部的检测信号、及相对于所述第2信号检测部位于所述交叉方向的所述区的另一所述组对行的所述第2信号检测部的检测信号进行加法运算而获得的多个检测信号；
方向判定部，其判定多个方向中所述相关运算的结果的可信度成为最大的方向作为所述交叉方向；及
对焦控制部，其根据从将通过所述方向判定部判定的方向作为所述交叉方向的所述相关运算的结果通过所述散焦量生成部生成的散焦量进行所述摄像光学系统的对焦控制。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，
所述方向判定部将所述交叉方向分别设定于所述多个方向来进行所述相关运算，分别对所述多个方向比较所述相关运算的结果，由此判定所述可信度成为最大的方向。
3.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，
所述方向判定部将成像于所述区的被摄体像的对比度成为最小的方向判定为所述可信度成为最大的方向。
4.根据权利要求3所述的摄像装置，其中，
所述方向判定部用所述任意组对行的所述多个第1信号检测部或所述多个第2信号检测部的各个、及相对于所述多个第1信号检测部或所述多个第2信号检测部的各个分别位于所述多个方向的所述区的另一所述组对行的所述第1信号检测部或所述第2信号检测部，对邻接的信号检测部彼此的检测信号的差分进行累计来计算出所述对比度。
5.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，
所述方向判定部将所述多个方向中与重力方向最近的方向判定为所述可信度成为最大的方向。
6.一种对焦控制方法，其具备：
散焦量生成步骤，其从如下两种多个检测信号的相关运算的结果生成散焦量，即，一种为对位于配置有多个组对行的区的任意所述组对行中的多个第1信号检测部的检测信号、及相对于所述多个第1信号检测部的各个位于与一方向交叉的交叉方向的所述区的另一所述组对行的所述第1信号检测部的检测信号进行加法运算而获得的多个检测信号，另一种为对与所述任意组对行的所述多个第1信号检测部的各个组对的第2信号检测部的检测信号、及相对于所述第2信号检测部位于所述交叉方向的所述区的另一所述组对行的所述第2信号检测部的检测信号进行加法运算而获得的多个检测信号，所述检测信号由成像元件输出，所述成像元件具有沿所述一方向排列多个所述第1信号检测部及所述第2信号检测部的组对的所述组对行，且沿与所述一方向正交的方向排列多个所述组对行，所述第1信号检测部检测与通过沿所述一方向分割的摄像光学系统的光瞳区域中的一侧分割区域的光束对应的信号，所述第2信号检测部检测与通过另一侧分割区域的光束对应的信号；
方向判定步骤，其判定多个方向中所述相关运算的结果的可信度成为最大的方向作为所述交叉方向；及
对焦控制步骤，其根据从将通过所述方向判定步骤判定的方向作为所述交叉方向的所述相关运算的结果通过所述散焦量生成步骤生成的散焦量进行所述摄像光学系统的对焦控制。
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