CN108028898B - 图像传感器和摄像设备 - Google Patents

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Abstract

一种图像传感器，包括：像素部，其中在所述像素部中，各自具有一个微透镜和多个光电转换部的多个单位像素以矩阵排列；信号读出部，用于读出光电转换部中所累积的信号并且将所读取的信号转换成数字信号；信息处理器，用于对所述信号读出部所读出的信号进行处理，并且具有摄像信号处理器和焦点检测信号处理器，其中所述摄像信号处理器用于对所述信号读出部所读出的信号进行用于生成拍摄图像的信号处理，以及所述焦点检测信号处理器用于对所述信号读出部所读出的信号进行用于焦点检测的信号处理；以及输出部，用于输出所述信号处理器处理后的信号。

Description

图像传感器和摄像设备
技术领域
本发明涉及图像传感器和摄像设备。
背景技术
近年来，进行了使用CMOS图像传感器等的摄像设备的高功能化和多功能化，以支持各种需求。针对CMOS图像传感器，进行了像素数的增加和摄像高速化，并且对用于使得能够进行像素信号的更快速读出的方法的需求正在增加。
例如，如日本特开2005-278135中所论述的，近年来广泛使用的用于进行高速读出的方法涉及针对每列配置模拟至数字转换电路(以下称为列ADC)并且进行数字化输出。通过引入列ADC，使得可以进行向图像传感器外部的像素信号的数字化传送，并且伴随着数字信号传送的技术改进，变得可以进行高速读出。
另一方面，作为多功能化的示例，提出了例如不仅能够获取光的强度分布、而且还能够获取光的入射方向和距离信息的摄像设备。日本专利3774597论述了能够使用从图像传感器获得的信号来进行焦点检测的图像传感器。该图像传感器具有如下结构：对与一个微透镜相对应的光电二极管(以下称为PD)进行二分割，以使得各PD接收来自摄像镜头的不同光瞳面的光。通过比较两个PD的输出来进行焦点检测。还可以通过将来自构成单位像素的两个PD的输出信号相加在一起来获得正常拍摄图像。
日本特开2009-89105中所论述的摄像设备设置有用于利用相同帧的一个垂直扫描来从固态图像传感器读出用于实时取景显示的焦点检测信号、曝光控制信号和摄像信号的模式。日本特开2009-89105中所论述的摄像设备被描述为能够利用更快的焦点检测控制和曝光控制来进行实时取景显示。
然而，由于在诸如日本专利3774597和日本特开2009-89105等中所论述的图像传感器中进行焦点检测和曝光控制的情况下需要读出所有PD的信号，因此存在读出PD的信号所需的时间增加并且帧频降低的问题。即使通过使用诸如专利文献1等中的列ADC的读出方法来缩短信号读出时间，将来也预期像素数和帧频会进一步增加，因而期望进一步缩短信号读出时间。
发明内容
本发明是考虑到上述问题而作出的，并且提供了能够极大地缩短为了使从图像传感器输出诸如焦点检测信号等的摄像设备的驱动控制中所需的信号所花费的时间的图像传感器。
根据本发明的第一方面，提供一种图像传感器，包括：像素部，其中在所述像素部中，各自具有一个微透镜和多个光电转换部的多个单位像素以矩阵排列；信号保持部，用于保持从所述像素部的整个区域的单位像素输出的信号；信息处理器，用于对所述信号保持部所保持的信号进行处理，并且所述信息处理器具有摄像信号处理器和焦点检测信号处理器，其中，所述摄像信号处理器用于对所述信号保持部所保持的信号进行用于生成拍摄图像的信号处理，以及所述焦点检测信号处理器用于对所述信号保持部所保持的信号进行用于焦点检测的信号处理；以及输出部，用于输出所述信号处理器处理后的信号。
根据本发明的第二方面，提供一种摄像设备，包括：图像传感器；图像处理器，用于处理从所述图像传感器输出的信号并生成图像；以及焦点检测器，用于处理所读取的信号并进行焦点检测，其中，所述图像传感器包括：像素部，其中在所述像素部中，各自具有一个微透镜和多个光电转换部的多个单位像素以矩阵排列；信号保持部，用于保持从所述像素部的整个区域的单位像素输出的信号；信息处理器，用于对所述信号保持部所保持的信号进行处理，并且所述信息处理器具有摄像信号处理器和焦点检测信号处理器，其中，所述摄像信号处理器用于对所述信号保持部所保持的信号进行用于生成拍摄图像的信号处理，以及所述焦点检测信号处理器用于对所述信号保持部所保持的信号进行用于焦点检测的信号处理；以及输出部，用于输出所述信号处理器处理后的信号。
根据本发明的第三方面，提供一种图像传感器，包括：像素部，其中在所述像素部中，配置有用于对来自被摄体的光进行光电转换的多个像素；读出部，用于从所述像素部读出信号；以及输出部，用于从所述读出部所读出的信号中，向所述图像传感器的外部输出所述像素部的整个区域的像素的信号作为用于生成图像的信号，以及向所述图像传感器的外部输出所述像素部的部分区域的像素的信号作为用于计算在驱动控制包括所述图像传感器的设备时所要使用的评价值的信号。
根据本发明的第四方面，提供一种图像传感器，包括：像素部，其中在所述像素部中，配置有用于对来自被摄体的光进行光电转换的多个像素；读出部，用于从所述像素部读出信号；相位差检测部，用于计算在采用相位差检测方法的焦点检测控制时所要使用的相位差评价值；以及输出部，用于从所述读出部所读出的信号中，向所述图像传感器的外部输出所述像素部的整个区域的像素的信号作为用于生成图像的信号，以及向所述图像传感器的外部输出由所述相位差检测部使用所述像素部的部分区域的像素的信号所计算出的所述相位差评价值。
根据本发明的第五方面，提供一种摄像设备，包括：图像传感器，其包括：像素部，其中在所述像素部中，配置有用于对来自被摄体的光进行光电转换的多个像素；读出部，用于从所述像素部读出信号；以及输出部，用于从所述读出部所读出的信号中，向所述图像传感器的外部输出所述像素部的整个区域的像素的信号作为用于生成图像的信号，以及向所述图像传感器的外部输出所述像素部的部分区域的像素的信号作为用于计算在驱动控制包括所述图像传感器的设备时所要使用的评价值的信号，以及选择器，用于选择所述部分区域。
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是示出根据本发明的第一实施例的摄像设备的结构的框图。
图2是示出第一实施例的图像传感器的单位像素的结构的图。
图3是经由摄像镜头的出射光瞳射出的光束入射在单位像素上的概略图。
图4是示出第一实施例的图像传感器的结构的框图。
图5是示出第一实施例的图像传感器的像素电路和读出电路的图。
图6是示出第一实施例的图像传感器的信号读出操作的时序图。
图7是示出第一实施例的图像传感器中的信号处理器的结构的图。
图8A是示出第二实施例的像素区域的焦点检测信号输出区域的图。
图8B是示出第二实施例的像素区域的焦点检测信号输出区域的图。
图9是示出根据本发明的第三实施例的摄像设备的结构的框图。
图10是示出示出第三实施例中的用于摄像面相位差AF的处理的流程的流程图。
图11是示出第三实施例中的用于选择焦点检测区域的画面的图。
图12A是示出第三实施例中的被摄体检测结果画面的图。
图12B是示出第三实施例中的被摄体检测结果画面的图。
图13是示出第四实施例的图像传感器的结构的图。
图14是示出第四实施例的图像传感器的像素电路和读出电路的图。
图15是第五实施例的图像传感器的整体结构图。
图16是第五实施例的图像传感器的整体结构图。
图17是第六实施例的图像传感器的整体结构图。
图18是示出根据第七实施例的摄像设备的结构的框图。
图19是示出根据第八实施例的摄像设备的结构的框图。
具体实施方式
以下将参考附图来详细说明本发明的实施例。
第一实施例
图1是示出具有本发明的第一实施例的图像传感器的摄像设备的结构的框图。图像传感器100被配置为设置有受光部102、读出部103、控制器104、信号处理器105和输出部106。受光部102具有以矩阵配置的多个单位像素，并且接收由摄像镜头101形成的光学图像的光。稍后将讨论受光部102的结构。当接收到控制器104的驱动控制信号时，读出部(A/D转换部)103对从受光部102输出的图像信号进行A/D转换，并且将A/D转换后的图像信号发送至信号处理器105。
信号处理器105针对A/D转换后的图像信号进行诸如信号的相加、相减和相乘等的计算操作处理、以及用于选择要从图像传感器100经由输出部106输出至外部的信号的处理等。此外，信号处理器105进行包括诸如基准水平调整等的各种类型的校正和数据的重新整理的处理。当接收到来自控制器104的控制信号时，进行该处理。稍后将详细讨论的信号处理器105对从受光部102获得的图像信号进行摄像信号处理和焦点检测信号处理，并且将处理后的图像信号发送至输出部106。输出部106将由信号处理器105处理后的图像信号输出至图像传感器100的外部。
图像处理器107从图像传感器100的输出部106接收摄像信号，进行诸如缺陷像素校正、噪声降低、颜色转换、白平衡校正和图像校正、分辨率转换处理以及图像压缩处理等的图像处理，并且生成静止图像或运动图像。当接收到来自输出部106的焦点检测信号时，相位差检测部108计算用于进行焦点检测的相位差评价值。
整体控制/运算单元109进行图像传感器100和整个摄像设备的整体驱动和控制。显示单元110显示拍摄图像、实时取景图像和各种设置画面等。记录介质111和存储器单元112是用于记录和保持从整体控制/运算单元109输出的图像信号等的诸如非易失性存储器或存储卡等的记录介质。操作单元113使用针对摄像设备所设置的操作构件来接收来自用户的命令，并且将该命令输入至整体控制/运算单元109。镜头控制器114基于相位差检测部108所计算出的相位差评价值来计算光学系统驱动信息，并且控制摄像镜头101的调焦透镜的位置。
接着，将说明本实施例的摄像设备中的摄像镜头101和图像传感器100的受光部102之间的关系、像素的定义、以及使用光瞳分割方法的焦点检测的原理。
图2是示出图像传感器100的单位像素200的结构的示意图。在图2中，微透镜202还以像素为单位对利用摄像镜头101在图像传感器100形成图像的光进行聚集。由光电二极管(PD)构成的光电转换部201A和201B接收入射在单位像素200上的光，并且生成并累积依赖于所接收到的光量的信号电荷。作为具有在一个微透镜202下的两个光电转换部的单位像素200的结果，两个光电转换部201A和201B各自能够接收通过了被分割成两个的出射光瞳区域的光。通过以像素为单位将光电转换部201A和201B的两个信号进行组合所获得的信号是用作图像生成像素的一个像素的输出信号。此外，可以以像素为单位将从两个光电转换部获得的信号进行比较来进行摄像镜头101的焦点检测。即，在单位像素200内的特定区域中，可以通过对从光电转换部201A获得的信号和从光电转换部201B获得的信号进行相关运算来进行采用用于沿左右方向进行光瞳分割的相位差检测方法的焦点检测。
图3是从与光轴(Z轴)垂直的方向(Y方向)观看的通过了摄像镜头101的光通过单个微透镜202并且利用图像传感器100的受光部102的单位像素200来接收该光的图。通过了摄像镜头的出射光瞳302和300的光以以光轴为中心的方式入射在单位像素200上。此时，利用镜头光圈301来调节入射光量。如图3所示，通过光瞳区域302的光束通过微透镜202并被光电转换部201A接收，并且通过光瞳区域303的光束通过微透镜202并被光电转换部201B接收。因此，光电转换部201A和201B各自接收来自摄像镜头的出射光瞳的不同区域的光。
从沿X轴方向并排配置的多个单位像素200获取对来自摄像镜头101的光进行光瞳分割的光电转换部201A的信号，并且将由该输出信号组构成的被摄体图像给定为A图像。从沿X轴方向并排配置的多个单位像素200获取同样地对来自摄像镜头101的光进行光瞳分割的光电转换部201B的信号，并且将由该输出信号组构成的被摄体图像给定为B图像。
对A图像和B图像执行相关运算，并且检测图像偏移量(光瞳分割相位差)。此外，通过将图像偏移量与根据摄像镜头101的光学系统和焦点位置所确定出的转换因子相乘，可以计算出与画面内的任何被摄体位置相对应的焦点位置。通过基于这里所计算出的焦点位置信息来控制摄像镜头101的焦点位置，可以进行摄像面相位差AF(自动调焦)。此外，通过将A图像信号和B图像信号相加在一起所获得的信号给定作为A+B图像信号，可以使用该A+B图像信号作为正常拍摄图像。
接着，将使用图4和5来说明图像传感器100的受光部102和读出部103的结构。图4是示出图像传感器100的受光部102和读出部103的典型结构的框图。受光部102具有像素部401和驱动电路部402。在像素部401中，在水平方向(行方向)和垂直方向(列方向)上排列多个单位像素200。尽管图4示出了总共6个单位像素200(2行x 3列)，但是实际上配置了数百万或数千万个单位像素200。驱动电路部402包括用于驱动像素部401的电源电路、时序发生器(TG)和扫描电路等。通过使用驱动电路部402来驱动像素部401，从像素部401向读出部103输出像素部401的整个摄像区域的像素信号。当接收到来自图1的控制器104的控制信号时，驱动驱动电路部402。对来自像素部401的输入至读出部103的像素信号进行模拟至数字转换(A/D转换)。注意，读出部103例如被配置为设置有多个读出电路，诸如每列一个读出电路等。
顺便提及，关于像素部401的驱动方法，在彼此邻接的行在不同条件(帧频、累积时间等)下被驱动时，趋于产生诸如串扰和高光溢出等的噪声。然而，在本实施例中，由于驱动电路部402在相同条件下一致地驱动像素部401的整个区域，因此不会产生这种问题。
图5是示出图像传感器100的单位像素200和构成读出部103的读出电路509的示例的图。在单位像素200中，转换开关502A连接至由光电二极管(PD)构成的光电转换部201A，并且转换开关502B连接至光电转换部201B。通过光电转换部201A和201B所生成的电荷分别经由转换开关502A和502B而传送至共通浮动扩散部(FD)504，并且被暂时保存。在接通选择开关506时，传送至FD 504的电荷作为与该电荷相对应的电压经由构成源极追踪放大器的放大MOS晶体管(SF)505而被输出至列输出线507。
重置开关503将FD 504的电位重置为VDD，并且经由转换开关502A和502B将光电转换部201A和201B的电位重置为VDD。经由连接至周边的驱动电路部402的信号线，分别通过控制信号PTXA、PTXB、PRES和PSEL来控制转换开关502A和502B、重置开关503和选择开关506。
接着，将说明读出电路509的电路结构。放大器510放大列输出线507所输出的信号，并且使用电容器512以保持信号电压。向电容器512的写入是由使用控制信号PSH而接通和断开的开关511来控制的。将从斜坡电压生成电路(未示出)供给的参考电压Vslope输入至比较器513的一个输入，并且将向电容器512写入的放大器510的输出输入至另一输入。比较器513将放大器510的输出和参考电压Vslope进行比较，并且根据它们之间的大小关系来输出两个值(即低电平和高电平)之一。具体地，在参考电压Vslope小于放大器510的输出的情况下，输出低电平，以及在参考电压Vslope较大的情况下，输出高电平，时钟CLK在参考电压Vslope开始转变的同时开始，并且在比较器513的输出是高电平的情况下，计数器514与时钟CLK相对应地计数，并且在与比较器513的输出反转成低电平的同时停止计数的信号。将此时的计数值作为数字信号保持在存储器516和存储器517之一中。
存储器516保持通过对FD 504的重置电平的信号(以下称为“N信号”)进行A/D转换所获得的数字信号，并且存储器517保持通过对将光电转换部201A或光电转换部201B的信号叠加在FD 504的N信号上所获得的信号(以下称为“S信号”)进行A/D转换而获得的数字信号。通过开关515来指派是将计数器514的计数值写入至存储器516中还是写入存储器517。通过利用CDS电路518从S信号减去N信号来计算存储器516和517中所保持的信号之间的差。然后，在驱动电路部402的控制下，将该差经由数字信号输出线519输出至信号处理器105。
注意，针对每个像素列配置一个读出电路509，并且以行为单位读出像素信号。在这种情况下，以行为单位控制选择开关506，并且将所选择的行的像素信号同时输出至各列输出线507。随着读出电路509的数量的增加，可以更快地将像素部401的像素信号读出至信号处理器105。
图6是用于读出来自具有图5所示的电路结构的图像传感器100的单位像素200的电荷的操作的示例的时序图。示意性示出了各驱动脉冲的定时、参考电压Vslope、时钟CLK和水平扫描信号。还示出了列输出线507在各定时的电位V1。
在读出来自光电转换部201A的信号之前，重置开关503的信号线PRES改变成Hi(t600)。SF(源极追踪放大器)505的栅极由此被重置为重置电源电压。在时刻t601，控制信号PSEL被设置为Hi，并且SF 505进入工作状态。通过在t602将控制信号PRES设置Lo来解除FD 504的重置。此时的FD 504的电位作为重置信号电平(N信号)被输出至列输出线507，并且被输入至读出电路509。
通过在时刻t603和t604将控制信号PSH设置为Hi和Lo以接通和断开开关511，在列输出线507所输出的N信号在放大器510中以期望增益被放大之后被保持在电容器512中。将电容器512中所保持的N信号的电位输入至比较器513的一个输入。在时刻t604断开开关511之后，从时刻t605至t607，斜坡电压生成电路(未示出)使参考电压Vslope从初始值起随着时间的经过而减小。伴随着参考电压Vslope开始转变而将时钟CLK供给至计数器514。计数器514的值根据CLK的数量而增加。然后，在输入至比较器513的参考电压Vslope达到与N信号相同的电平时，比较器513的输出COMP改变为低电平，并且计数器514的工作同时也停止(时刻t606)。工作停止时的计数器514的值将是N信号的A/D转换值。然后，通过开关515将计数器514连接至存储器516，并且将N信号的数字值保持在N信号存储器516中。
接着，在将数字化后的N信号保持在N信号存储器516中之后的时刻t607和t608，通过将控制信号PTXA设置为Hi、然后设置为Lo来将光电转换部201A中所累积的光电电荷传送至FD 504。然后，依赖于电荷量的FD 504的电位的变化作为信号电平(光学成分+重置噪声成分(N信号))被输出至列输出线507，并且被输入至读出电路509。在时刻t609和t610，在通过将控制信号PSH设置为Hi、然后设置为Lo来接通和断开开关511的定时，将在放大器510中以期望增益放大后的输入信号(S(A)+N)保持在电容器512中。将电容器512中所保持的电位输入至比较器513的一个输入。在时刻t610断开了开关511之后，从时刻t611至t613，斜坡电压生成电路使参考电压Vslope从初始值起随着时间的经过而减小。伴随着参考电压Vslope开始转变，将CLK供给至计数器514。计数器514的值根据CLK的数量而增大。然后，在输入至比较器513的参考电压Vslope达到与S信号相同的电平的时，比较器513的输出COMP改变为低电平，并且计数器514的工作也同时停止(时刻t612)。工作停止时的计数器514的值是S(A)+N信号的A/D转换值。然后，通过开关515将存储器517连接至计数器514，并且将S(A)+N信号的数字值保持在S信号存储器517中。CDS电路518根据存储器516和存储器517中所保持的信号来计算差分信号电平(光学成分)，并且获取移除了重置噪声成分的S(A)信号。在控制器104的控制下，将S(A)信号顺次发送至信号处理器105。
以上说明了读出来自单位像素200的光电转换部201A的信号的操作。在读出来自单位像素200的另一光电转换部201B的信号的情况下，同样仅需根据图6的时序图来进行驱动。然而，在这种情况下，代替控制信号PTXA，将控制信号PTXB在时刻t607和t608设置为Hi、然后设置为Lo。即，通过在第一次进行图6中的从时刻t600至时刻t613的驱动时将控制信号PTXA设置为Hi和Lo以输出像素信号S(A)、并且在第二次进行图6中的从时刻t600至时刻t613的驱动时将控制信号PTXB设置为Hi和Lo以输出像素信号S(B)，来完成一行的图像信号的输出。通过针对所有行重复该操作，完成所有像素的像素信号S(A)和S(B)的输出。
图7是示出图像传感器100的信号处理器105和输出部106的典型结构的图。信号处理器105具有摄像信号处理器701和焦点检测信号处理器702。将从读出部103输出的像素信号经由数字信号线519而输入至信号处理器105。根据来自控制器104的控制来处理输入信号。注意，假定摄像信号处理器701和焦点检测信号处理器702各自设置有存储器(未示出)。
在摄像信号处理器701中，根据从读出部103输出的信号来计算摄像信号。即，摄像信号处理器701接收单位像素200的光电转换部201A和光电转换部201B的像素信号S(A)和S(B)，并且进行组合处理以计算S(A+B)信号。然后，摄像信号处理器701将像素信号S(A+B)经由摄像信号输出线703发送至输出部106。摄像信号处理器701能够通过组合两个光电转换部的像素信号S(A)和S(B)并将组合信号从输出部106输出至图像传感器100的外部来减少向图像传感器100外部的信号传送量。注意，像素信号S(A)和像素信号S(B)的运算可以在使单位像素的这两个像素信号到一起的阶段来进行。将首先读出的像素信号S(A)保持在存储器中，并且在像素信号S(B)被读出并且被输入至摄像信号处理器701的情况下，顺次进行运算S(A)+S(B)，并且从输出部106输出所得到的信号。
注意，摄像信号处理器701可以进一步进行诸如对单位像素200的信号的组合和平均等的处理。例如，在具有以拜尔阵列设置红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)滤色器的一般结构的像素部中，如果相同颜色的邻接像素的信号在被输出至输出部106之前被组合且被平均，则可以进一步减少信号传送量。此外，除了将整个像素部的信号输出至输出部106以外，还可以仅输出所需区域的信号。通过控制器104来控制该处理。
接着，将说明焦点检测信号处理器702的处理。焦点检测信号处理器702根据从读出部103输出的信号来计算焦点检测信号，并且输出所计算出的焦点检测信号。为了进行相位差检测，如上所述，需要像素信号S(A)和像素信号S(B)这两者。然而，在将像素部401的所有像素的像素信号S(A)和像素信号S(B)从输出部106输出至图像传感器100的外部的情况下，信号传送量是巨大的，并且这会妨碍高速读出。
有鉴于此，在焦点检测信号处理器702中进行计算操作处理，并且从输出部106输出所有减少的信号量。例如，分别对像素信号S(A)和S(B)进行拜尔相加来计算亮度值Y，并且输出亮度信号Y(A)和Y(B)。还可以在将这些信号转换成Y值之后进行焦点检测用的计算操作，并且通过在从图像传感器100进行输出之前将这些信号转换成Y值，可以将信号传送量减少至四分之一。注意，由于在计算Y值时需要拜尔单位的信号，因此将输入至焦点检测信号处理器702的像素信号保持在存储器中，直至使计算所需的信号到一起为止。换句话说，由于在输出了R和G行的信号之后输出G和B行的信号，因此将R和G行的像素信号S(A)和像素信号S(B)保持在存储器中，并且在输出G和B行的信号时，对亮度信号Y(A)和Y(B)顺次进行计算操作，并且从输出部106经由信号线704输出所得到的信号。
此外，焦点检测信号处理器702还可以进行相关运算，并且经由信号线704将所得到的值输出至输出部106。注意，可以通过众所周知的技术来执行使用相关运算的相位差检测。在仅输出相关运算值的情况下，可以极大地减少所输出的信号量，尽管这依赖于相关运算时的分割区域的数量。
如上所述，在设置有摄像信号处理器701和焦点检测信号处理器702的图像传感器100中，进行仅将所需信号输出至图像传感器100的外部的信号处理。由此可以减少信号传送量，并且可以高速获得摄像数据和焦点检测信息这两者。
注意，在本实施例中，采用了在摄像信号处理器701和焦点检测信号处理器702这两者中设置有存储器的结构。然而，可以采用如下结构：在上游设置存储器，并且在使在各处理部的计算操作中所需的信号到一起的阶段将这些信号发送至摄像信号处理器701和焦点检测信号处理器702。
此外，在本实施例的说明中，将亮度信号Y(A)和Y(B)输出为焦点检测信号，但是可以采用从输出部106仅输出亮度信号Y(A)的结构。具体地，从摄像信号处理器701输出摄像信号、即像素信号S(A+B)。因而，可以通过在像素信号S(A+B)已经被输出至图像传感器100的外部之后在相位差检测部108等中根据像素信号S(A+B)计算亮度信号Y(A+B)、并且减去亮度信号Y(A)以计算亮度信号Y(B)，来获得焦点检测信号。因而，可以通过从焦点检测信号处理器702仅输出亮度信号Y(A)来进一步减少信号传送量。
例如，如果没有设置信号处理器，则在像素数是2千万个像素的情况下，需要输出针对所有像素的像素信号S(A)和S(B)、即4千万个数据。另一方面，在通过设置有本实施例的信号处理器的图像传感器计算并输出Y值作为焦点检测信号的情况下，将输出2千万个摄像用数据以及5百万(2千万/5)个焦点检测用数据，从而明显减少信号传送量。结果，可以进行高速读出。此外，在焦点检测信号是相关运算值的情况下，还可以进一步明显减少信号传送量。
在图6的时序图中，还可以通过在时刻t607和t608同时控制控制信号PTXA和PTXB来获得对光电转换部201A的电荷和光电转换部201B的电荷进行组合的单位像素200的信号。具体地，根据图6的时序图，在读出光电转换部201A的信号之后，在通过控制控制信号PTXA和PTXB、以同时改变成Hi和Lo来进行信号读出的情况下，可以获得像素信号S(A+B)。在这种情况下，由于将重置信号的读出减少一次，因此甚至能够进行更快的读出。
在从像素读出像素信号S(A)和S(A+B)的情况下，如果在焦点检测信号处理器702中进行用于从像素信号S(A+B)减去像素信号S(A)的处理，则可以获得像素信号S(B)。可选地，焦点检测部702可以仅处理并输出像素信号S(A)，并且可以在相位差检测部108中计算像素信号S(B)或亮度信号Y(B)。
第二实施例
接着，将说明本发明的第二实施例。在第一实施例中，在像素部的整个区域中进行焦点检测信号的输出，但是如果关于焦点检测信号仅选择并输出所需区域的信号，则可以实现处理速度的进一步提高。
图8A和8B是示出像素区域的焦点检测信号的典型输出区域的图。从阴影区域输出焦点检测信号和摄像信号，并且从其它区域仅输出摄像信号。例如，如图8A所示的示例那样，在像素的宽范围上，仅离散地(选择性地)输出对象区域的焦点检测信号。由此，可以在抑制向图像传感器100的外部输出的信号量的同时，获得整个像素区域上的焦点检测信息。在图8B所示的示例的情况下，可以获得与部分区域有关的详细焦点检测信息，并且还可以抑制向图像传感器100的外部输出的信号量。通过控制器104来控制用以进行输出的这些区域的选择。焦点检测信号处理器702从存储器仅读出输出对象区域的信号，并且对所读取的信号进行计算操作。
注意，诸如图8A和8B所示的部分区域的焦点检测信号的输出可以是Y值信号或者相关运算结果，但是还可以是像素信号S(A)。尽管与Y值信号或相关运算结果相比所发送的信号量增加，但是由于仅从所需区域进行输出，因此实现了对信号传送量的抑制。此外，这甚至可以利用相对小规模的信号处理电路来实现。
注意，在焦点检测信号处理器702中，还可以进行对用于将焦点检测信号进行组合和平均的处理。在这种情况下，对像素信号S(A)和像素信号S(B)进行用于组合和平均的处理。
如上所述，在设置有摄像信号处理器701和焦点检测信号处理器702的图像传感器100中进行用于向图像传感器100外部仅输出所需信号的信号处理。由此可以减少焦点检测信号的传送量，并且可以高速且有效率地获得摄像数据和焦点检测信息这两者。
注意，存在通过如此限制焦点检测中要使用的像素来缩短一帧的读出时间的方法。通常，通过分别输出仅在焦点检测处理中所使用的行中的单位像素内的两个光电转换部的信号、并且在焦点检测处理没有使用的行中将两个光电转换部的信号进行组合并仅输出图像生成信号，来抑制读出时间的增加。在这种情况下，可以将被输出为焦点检测信号的两个光电转换部的各输出信号进行组合并使用组合后的信号作为像素摄像信号。然而，由于信号读出方法和将两个光电转换部的输出信号进行组合的方法根据在焦点检测处理中是否将使用该行而不同，因而发生在噪声水平等方面产生差异的问题，从而导致所获得的摄像图像劣化。然而，通过如本实施例中那样设置焦点检测信号传感器，来自像素部的信号全部是在相同读出定时读出的，并且可以选择焦点检测信号处理器702所要输出的像素。因而，在摄像中所使用的像素信号S(A+B)的噪声量没有根据区域而发生改变，从而使得能够获得高质量的拍摄图像。
第三实施例
接着，将说明本发明的第三实施例。在第二实施例中，说明了焦点检测信号处理器702仅选择并输出焦点检测信号中的所需输出对象区域的信号的示例。在本实施例中，在该方法的进一步追求中，将说明基于用户输入或者被摄体检测部所检测到的被摄体的区域来设置焦点检测信号中的所需区域的示例。
如图9所示，本实施例的摄像设备的结构是添加了被摄体检测部105a的图1所示的第一实施例和第二实施例的摄像设备的结构。其余结构与图1的结构相同，因而省略相同部分的说明，并且将仅说明不同的部分。
在图9中，当从读出部103接收到用于图像生成的数字信号输出时，被摄体检测部105a使用众所周知的模式识别处理电路来检测被摄体，并且确定用于进行焦点检测处理的焦点检测区域。这里例如给定诸如人物或动物的面部或眼睛等的物理特征作为所检测到的被摄体。此外，被摄体检测部105a的内部可以设置用于暂时存储图像生成信号的存储器，以进行被摄体检测处理。
如第一实施例中使用图7已经说明的，信号处理器105具有摄像信号处理器701和焦点检测信号处理器702。摄像信号处理器701的操作与第一实施例相同。
另一方面，在焦点检测信号处理器702中，与第二实施例同样地，选择焦点检测用的数字信号输出中的所需区域，并将该区域输出至输出部106。然而，在手动设置焦点检测区域的情况下，焦点检测信号处理器702选择性输出由用户任意选择的焦点检测区域的焦点检测信号。可选地，在自动设置焦点检测区域的情况下，当接收到被摄体检测部105a的被摄体检测结果时，焦点检测信号处理器702选择性输出检测到被摄体的区域的焦点检测信号。输出部106将从摄像信号处理器701接收到的图像生成用的数字信号以及从焦点检测信号处理器702接收到的焦点检测用的数字信号输出至图像传感器100的外部。
当从输出部106接收到焦点检测用的数字信号时，相位差检测部108计算用于进行采用相位差检测方法的焦点检测的相位差评价值。在本实施例中，输入至相位差检测部108的焦点检测信号是图像传感器100内部所设置的信号处理器105内的焦点检测信号处理器702在选择了区域之后输出的信号。因此，由于图像传感器100的输出部106向相位差检测部108发送的焦点检测信号仅是焦点检测控制所需的信号，因此有效率地使用传送带宽。此外，在相位差检测部108的内部处理中，也无需在焦点检测控制中不会需要的区域中的用于相位差评价值计算的计算操作处理、以及用于提取焦点检测控制中最终会需要的信号的处理。因此，相位差检测部108能够提高计算相位差评价值的处理速度。此外，还可以减小相位差检测部108的处理电路的规模。
注意，图9中的显示单元110不仅用于显示从整体控制/运算单元109接收到的图像信号，而且还用于显示摄像设备的用户能够任意选择的焦点检测区域。还使用显示单元110来显示作为被摄体检测部105a所检测到的被摄体所存在的区域的被摄体区域。此外，操作单元113用于各种类型的输入，并且还用于使摄像设备的用户设置任意的焦点检测区域。然而，如果显示单元110是触摸面板，则可以利用对显示单元110的触摸操作来替代操作单元113的输入操作。
接着，图10是示出本实施例中的用于摄像面相位差AF的处理的流程的流程图。在开始用于摄像面相位差AF的处理的情况下，首先，在步骤S401中，驱动图像传感器100的像素部401，并且分别读取像素部401的整个区域的单位像素200中所包括的多个PD的信号(焦点检测信号)。此时，驱动电路部402可以利用诸如行间隔剔除、行相加读出、行部分读出、列间隔剔除、列相加读出和列部分读出等的读出扫描方法，根据所需帧频来驱动像素部401。然而，如上所述，驱动电路部402在相同条件下一致地驱动像素部401，因而不会产生诸如串扰和高光溢出易于发生等的问题。
之后，各PD的信号在读出部103中经过A/D转换，并且获得焦点检测用的数字信号。此外，读出部103还能够通过针对每个单位像素200对多个PD的数字信号进行组合来生成图像生成信号。
将像素部401的整个区域的焦点检测信号和图像生成信号从读出部103输出至信号处理器105。图像生成信号从输出部106经由信号处理器105而被输出至图像传感器100的外部，并且通过图像处理器107进行处理。之后，通过整体控制/运算单元109将所生成的图像显示在显示单元110上。作为以预定帧频从图像传感器100连续输出图像生成信号的结果，运动图像连续显示在显示单元110上。
接着，在步骤S402中，确认用于选择焦点检测区域的模式。这里，在预先手动设置了焦点检测区域的情况下，为了使用户将摄像镜头101聚焦于任意区域，处理转移至步骤S403。图11示出在该情况下用户选择焦点检测区域时显示在显示单元110上的典型操作画面。如图11所示，在操作画面上显示可以选择的多个焦点检测区域1101。这里，示出了7:5(宽：高)检测框，但是可以将检测框分割成更小区域或更大区域。此外，除了从预定检测框中选择之外，用户还可以从整个拍摄画面指定任意位置。用户例如选择包括人物面部的区域1102作为要聚焦于的区域。将与由用户选择的焦点检测区域1102有关的位置信息经由整体控制/运算单元109从操作单元113输入至信号处理器105。
接着，在步骤S403中，信号处理器105内的焦点检测信号处理器702在步骤S401中从读出部103输出至信号处理器105的像素部401的整个区域的焦点检测信号中选择由用户指定的区域的焦点检测信号。将由焦点检测信号处理器702选择的焦点检测信号经由输出部106而输入至相位差检测部108。此时，在本实施例中，可以进行高速传送，这是因为通过输出部106向相位差检测部108发送的焦点检测信号仅是焦点检测控制所需的信号、即仅是由用户指定的区域的焦点检测信号。
接着，在步骤S404中，当从输出部106接收到焦点检测用的数字信号时，相位差检测部108计算用于进行采用相位差检测方法的焦点检测的相位差评价值。此时，相位差检测部108无需进行在焦点检测控制中不会需要的区域中的用于相位差评价值计算的计算操作处理、或者用于提取在焦点检测控制中最终会需要的信号的处理。因此，可以高速进行焦点检测控制。
接着，在步骤S405中，基于相位差检测部108所计算出的相位差评价值，镜头控制器114计算光学系统驱动信息，并且控制摄像镜头101的调焦透镜位置。
接着，在步骤S406中，确认摄像设备是否应当结束拍摄。如果用户从操作单元113输入了拍摄结束操作，则直接结束拍摄。如果用户未从操作单元113输入拍摄结束操作，则处理转移至步骤S401，并且继续拍摄和摄像面相位差AF处理。
另一方面，在步骤S402中设置被配置成使得通过摄像设备来自动确定使摄像镜头101聚焦于的区域的情况下，处理转移至步骤S407。在步骤S407中，当接收到来自读出部103的图像生成信号时，被摄体检测部105a进行用于自动确定要使摄像镜头101聚焦于的区域的被摄体检测处理。要检测的被摄体例如是人物或动物的面部或眼睛。可以应用各种众所周知的模式识别处理作为被摄体检测处理的方法。例如，给定被称为模板匹配或深度学习的技术作为一般模式识别技术。
图12A示出显示单元110所显示的用于示出被摄体检测部105a所检测到的被摄体区域的典型画面。如图12A所示，显示被摄体检测部105a所检测到的被摄体区域1201作为包括人物面部的区域。被摄体检测部105a将该图像内的所检测到的被摄体区域1201的水平/垂直地址信息输出至信号处理器105。信号处理器105将图像内的被摄体区域1201的水平/垂直地址信息经由输出部106而输出至整体控制/运算单元109，以在显示单元110上显示水平/垂直地址信息作为被摄体区域。整体控制/运算单元109将被摄体区域信息与图像处理器107所处理的生成图像进行合成，并且在显示单元110上显示合成图像。此外，如稍后将详细论述的，信号处理器105使用图像内的被摄体区域1201的水平/垂直地址信息，以选择焦点检测信号。
此外，图12B示出以特定方式框住人物面部的情况作为被摄体检测结果的另一示例。在如图12B的示例中，包括人物面部的区域大，因而如果包括整个面部的宽范围上的区域内的焦点检测信号被输出至相位差检测部108的下游，则通信时间将较长，并且这将妨碍高速焦点检测控制。因此，如图12B所示，在以特写方式检测到人物面部的情况下，优选地，被摄体检测部105a进一步提取面部的特征部分(例如，眼睛)，并且将所提取出的部分设置为被摄体检测区域1202。这是例如通过检测被摄体检测部105a检测到面部的区域的像素数超过预定像素数的情况并且进行控制以使得切换被摄体检测对象来实现的。
接着，在步骤S408中，确认步骤S407中的被摄体检测部105a的检测结果。如果步骤S407中检测到被摄体，则处理转移至步骤S409。
在步骤S409中，信号处理器105在从像素部401的整个区域读出的焦点检测信号中，选择被摄体检测部105a所检测到的区域的焦点检测信号。将从信号处理器105选择性输出的焦点检测信号经由输出部106输入至相位差检测部108。在这种情况下，在本实施例中，通过输出部106向相位差检测部108发送的焦点检测信号仅是焦点检测控制所需的区域的信号，因而可以高速地进行发送。
接着，在步骤S404中，当从输出部106接收到焦点检测用的数字信号时，相位差检测部108计算用于进行采用相位差检测方法的焦点检测的相位差评价值。在这种情况下，相位差检测部108无需进行在焦点检测控制中不会需要的区域中的用于相位差评价值计算的计算操作处理、或者用于提取在焦点检测控制中最终会需要的信号的处理。因此，可以高速进行焦点检测控制。随后，在步骤S405和S406中执行已经说明了的处理。
另一方面，如果在步骤S408中确认为在步骤S407中未检测到被摄体，则处理转移至步骤S410。
在步骤S410中，镜头控制器114进行控制，以使得使摄像镜头101的调焦透镜进行预定量的搜索驱动。此外，在步骤S411中，确认摄像镜头101的调焦透镜位置，并且判断搜索驱动是否已经结束。这里，如果搜索驱动处于进行中，则处理转移至步骤S401。因此，如果步骤S402中的设置是要自动确定焦点检测区域并且是在步骤S407中被摄体检测部105a不能检测到被摄体的状态继续，则继续调焦透镜的搜索驱动。然而，如果在步骤S411中从无限远端至近端的搜索驱动结束，则处理转移至步骤S412。
在步骤S412中，即使在镜头控制器114重复在步骤S410中的用于调焦透镜的搜索驱动的操作的情况下，也进行在步骤S407中被摄体检测部105a不能检测到被摄体的情况下的处理。这里，为了暂时确定摄像镜头101的调焦透镜位置，信号处理器105在从像素部401的整个区域读出的焦点检测信号中选择暂时区域的焦点检测信号。将从信号处理器105选择性输出的焦点检测信号经由输出部106输入至相位差检测部108。
接着，在步骤S404中，当从输出部106接收到焦点检测用的数字信号时，相位差检测部108计算用于进行采用相位差检测方法的焦点检测的相位差评价值。随后，在步骤S405和S406中执行已经说明了的处理。
如上所述，在本实施例中，通过图像传感器100的输出部106向相位差检测部108发送的焦点检测信号仅是焦点检测控制所需的信号，因而可以进行高速传送。相位差检测部108无需进行在焦点检测控制中不会需要的区域中的用于相位差评价值计算的计算操作处理、或者用于提取在焦点检测控制中最终会需要的信号的处理。因此，相位差检测部108能够提高计算相位差评价值的处理速度。因此，可以高速进行利用摄像面相位差AF的焦点检测控制。
第四实施例
将说明本发明的第四实施例。在第四实施例中，像素部402的单位像素200的结构不同。图13是从光轴方向(Z方向)观看到图像传感器100的受光部102和微透镜阵列的图。针对一个微透镜202配置有四个光电转换部901A、901B、901C和901D。由此具有在X轴方向和Y轴方向上各自两个、总共四个的光电转换部，可以分别接收通过了被分割成四个的出射光瞳区域的光。将说明由各自设置有四个光电转换部的这种单位像素的像素部401构成的图像传感器100中的信号读出方法和信号处理器105的处理。
图14是示出单位像素900和读出部103的结构的示例的示意图。图14中的结构设置有各自与光电转换部中的不同光电转换部相对应的读出电路。即，将光电转换部901A的像素信号输出至读出电路1001A。以下，同样地，将光电转换部901B至901D的像素信号分别输出至读出电路1001B至1001D。由于可以利用与图5和6所述的驱动方法大致相同的方法来执行从光电转换部的信号读出操作，因此省略其说明。
将说明利用信号处理器105对从各光电转换部读出的信号的处理。摄像信号处理器701根据已经读出的信号来计算摄像信号。即，当接收到单位像素900的多个光电转换部901A、901B、901C和901D的像素信号S(A)、S(B)、S(C)和S(D)时，摄像信号处理器701进行组合处理，并计算像素信号S(A+B+C+D)。然后，将像素信号S(A+B+C+D)经由摄像信号输出线703发送至输出部106。摄像信号处理器701能够通过将多个光电转换部的信号进行组合并将组合信号从输出部106输出至图像传感器100的外部来减少向图像传感器100的外部的信号传送量。在如单位像素900那样设置有与四个光电转换部的图像传感器中，进一步增强了该效果。
接着，将说明焦点检测信号处理器702的处理。在如图13所示针对每个单位像素900设置有四个光电转换部的图像传感器的情况下，需要单独输出四个光电转换部的信号以进行焦点检测，因而信号传送量是相当大的，这对于高速读出而言是不期望的。如在第一实施例中所述，优选计算并输出Y值，或者仅输出相关运算结果。如果仅输出所需区域的信号，则可以进一步减少信号传送量。
在如图13所示那样单位像素900设置有2x2个光电转换部的结构中，除了左右方向以外，还可以沿上下方向进行相位差检测。例如，组合并输出像素信号S(A)和S(C)，并且组合并输出像素信号S(B)和S(D)。在这种情况下，可以进行采用根据所获得的焦点检测信号来沿左右方向进行光瞳分割的相位差方法的焦点检测。此外，在组合并输出像素信号S(A)和S(B)而且组合并输出像素信号S(C)和S(D)的情况下，可以进行采用根据所获得的焦点检测信号来沿上下方向进行光瞳分割的相位差方法的焦点检测。通过根据被摄体切换并输出这些信号，可以对垂直带宽和水平带宽中的各被摄体进行精确焦点检测。此外，可以根据像素区域来改变输出图案。
此外，焦点检测信号处理器702可以使用所获得的组合信号(例如S(A+C)和S(B+D))来进行相关运算，并且仅输出其结果。如果在焦点检测信号处理器702中进行了相关运算处理，则可以减少从图像传感器100输出的信号传送量。此外，即使在相同区域内进行沿左右方向和水平方向这两者上的相关运算并输出其结果，也可以抑制信号传送量。
在设置有多分割像素的图像传感器中，通过在图像传感器内如此设置焦点检测信号处理器702，可以抑制从图像传感器输出的信号量的增加，并且可以高速获得摄像数据和焦点检测信息。此外，由于可以沿左右方向和上下方向获取到相位差信息，因此可以精确地进行焦点检测。尽管在本实施例中说明了针对每个单位像素具有四个光电转换部的图像传感器作为示例，但是可以采用具有更多的光电转换部的结构。为了添加更多的视差，可以仅输出所需的PD信号，或者可以斜方向地组合并输出信号。
第五实施例
由于诸如第一实施例至第三实施例等所述的图像传感器100的信号处理器105具有大规模电路，因此图像传感器100的面积将会较大的可能性高。有鉴于此，在本实施例中，将说明用于抑制面积的增大的图像传感器100的结构。
图15和16是第五实施例中的图像传感器100的结构图。本实施例的图像传感器具有像素区域芯片1501和信号处理芯片1502层叠的结构(多层结构)。利用众所周知的基板层叠技术，使用微凸块等来电气连接半导体芯片(半导体基板)之间的配线。
像素区域芯片1501设置有像素部401、驱动电路部402和读出部103，其中在像素部401中，各自设置有多个光电转换部的单位像素200以矩阵排列。驱动电路部402将驱动信号发送至像素部401的像素。注意，在图15中，单位像素200具有两个光电转换部，但是光电转换部的数量不限于此。
读出部103例如被配置为针对每个像素列设置一个读出电路509，并且读出像素部401的像素信号。在驱动电路部402的控制下进行读取像素信号的垂直和水平选择，并且将所选择的信号顺次传送至信号处理器105。
信号处理芯片1502设置有控制器104、信号处理器105和输出部106。信号处理器105具有摄像信号处理器701和焦点检测信号处理器702，并且用来处理从读出部103读出的像素信号，并且将处理后的像素信号经由输出部106输出至图像传感器100的外部。由于信号处理器105中的信号处理与第一实施例至第三实施例中所述的处理相同，因此省略其说明。如图16所示，图像传感器100具有像素区域芯片1501和信号处理芯片1502一体化层叠形成的结构。
如上所述，通过设置具有层叠结构的图像传感器，可以确保用于信号处理器105的充足面积，从而使得能够安装大规模电路。在信号处理器105中，可以通过用于仅将所需信号输出至图像传感器100的外部的信号处理来减少信号传送量，并且可以高速获得摄像数据和焦点检测信息这两者。
第六实施例
在由诸如第一实施例至第三实施例等所述的针对每个单位像素设置有多个光电转换部的像素部构成的图像传感器中，读出电路509的数量大是优选地。例如，由于可以在采用针对每个单位像素设置一个读出电路的结构，并且还采用针对每个光电转换部设置一个读出电路的结构的情况下，可以针对所有像素同时输出像素信号，并且以像素为单位对像素信号进行A/D转换，因此可以进行更快速的读出。在这种情况下，需要面积来配置读出电路，因而期望具有层叠结构的图像传感器。
图17是示出第六实施例中的图像传感器100的结构的图。本实施例的图像传感器具有像素区域芯片1301、读出电路芯片1302和信号处理芯片1303层叠的结构。利用众所周知的基板层叠技术，使用微凸块等来电气连接半导体芯片(半导体基板)之间的配线。
像素区域芯片1301设置有像素部401和驱动电路部402，其中在像素部401中，设置有多个光电转换部的单位像素200以矩阵排列。驱动电路部402将驱动信号发送至像素部401的像素。注意，在图17中，单位像素200具有两个光电转换部，但是光电转换部的数量不限于此。
读出电路芯片1302设置有读出部103、垂直选择电路1304和水平选择电路1305。读出部103具有与单位像素或者光电转换部一一对应的大量读出电路509，并且将像素部401的像素信号输出至读出电路509。在垂直选择电路1304和水平选择电路1305的控制下，将输出至读出电路509的像素信号顺次传送至信号处理器105。
信号处理芯片1303设置有控制器104、信号处理器105和输出部106。信号处理器105具有摄像信号处理器701和焦点检测信号处理器702，并且用来处理读出部103所读出的像素信号，并且将处理后的像素信号经由输出部106输出至图像传感器100的外部。由于信号处理器105中的信号处理与第一实施例至第三实施例中所述的处理相同，因此省略其说明。
图像传感器100具有像素区域芯片1301、读出电路芯片1302和信号处理芯片1303一体化地层叠形成的结构。顺便提及，在如本实施例的结构那样采用针对每个光电转换部设置一个读出电路的结构的情况下，可以显著缩短要输出至信号处理器105的像素信号的时间。例如，在将一个光电转换部输出的信号所需的时间表示为α的情况下，在针对每列设置一个读出电路的图像传感器的情况下，为了读出一帧的像素信号所花费的时间是αx行数。另一方面，在针对每个光电转换电路设置一个读出电路的情况下，可以在α的时间内读出一帧的像素信号。然而，在这种情况下，存在信号处理器105中的像素信号的接收和信号处理会确定读出速度的担忧。然而，由于如本实施例那样的具有层叠结构的图像传感器100的信号处理器105可以被配置为具有较大面积，因此可以将来自读出电路芯片1302的信号的传送线的数量设置得大，从而使得能够高速地将像素信号发送至信号处理器105。此外，由于可以在信号处理器105中安装大量的信号处理电路，因此可以进行并行处理，并且还可以缩短信号处理时间。
如上所述，在图像传感器具有层叠结构的情况下，可以针对读出部和信号处理器采用充足的面积。作为从本实施例的图像传感器的像素部的高速信号读出并且信号处理器105进行用于向图像传感器的外部仅输出所需信号的信号处理的结果，可以减少信号传送量，并且可以高速获得摄像数据和焦点检测信息这两者。
第七实施例
图18是示出本发明的第七实施例的摄像设备的结构的框图。在图18中，对与第三实施例同样的构成部分赋予同样的附图标记，并且省略其说明。
在第七实施例中，从作为整体观看的摄像设备包括与第三实施例相同的构成元件，但是图像传感器800内部包括的构成元件与第三实施例不同。第七实施例的图像传感器800被配置为包括受光部801、读出部802、信号处理器803、图像处理器804、被摄体检测部805、相位差检测部806、输出部807和控制器104。
受光部801接收由摄像镜头101形成的光学图像的光。在受光部801中，配置在一个微透镜下各自设置有多个PD的焦点检测像素，以使得各自接收通过摄像镜头101的分割出射光瞳区域的光束。读出部802进行使用A/D转换电路的模拟数字信号处理以及基准电平的调整(钳位处理)。
当接收到从读出部103输出的数字信号时，信号处理器803将这些信号输出至相位差检测部806和图像处理器804(稍后论述)。此时，当接收到被摄体检测部805的被摄体检测结果时，信号处理器803选择性地输出被摄体检测区域的焦点检测信号。
图像处理器804对从信号处理器803接收到的图像生成信号进行诸如缺陷像素校正、噪声降低、颜色转换、白平衡校正和伽马校正、分辨率转换处理以及图像压缩处理等的图像处理。当接收到从图像处理器804输出的数字信号时，被摄体检测部805确定用于焦点检测处理的信号区域。
相位差检测部806针对从信号处理器803接收到的焦点检测信号，计算用于进行采用相位差检测方法的焦点检测的相位差评价值。输出部807将从相位差检测部806和图像处理器804接收到的相位差评价值和用于图像生成的数字信号输出至图像传感器800的外部。因而，还通过本发明的第七实施例的图像传感器获得与第三实施例同样的效果。
顺次提及，在摄像面相位差AF中，通过对从多个像素的多个PD获得的焦点检测信号进行相关运算来计算一个相位差评价值。在第三实施例中，输出部106将计算该相位差评价值时所需的焦点检测用的多个数字信号输出至图像传感器100的外部。另一方面，在第七实施例的情况下，输出部807将相位差检测部806所计算出的相位差评价值输出至图像传感器800的外部。换句话说，与第三实施例相比，在第七实施例中，输出至图像传感器800的外部的信号量甚至更少。因此，与第三实施例相比，图像传感器800的输出部807能够甚至以更少的时间来发送焦点检测控制中所需的信号，并且能够高速地进行利用摄像面相位差AF的焦点检测控制。
此外，利用第七实施例的图像传感器800，被摄体检测部805使用图像处理器804处理后的数字信号来进行被摄体检测。因而，还可以进行如下的被摄体检测处理：除了使用经过了缺陷像素校正和噪声降低的信号以外，该被摄体检测处理还使用颜色信息。因此，与第三实施例相比，可以以更高的精度来进行第七实施例的被摄体检测。
注意，利用第七实施例的图像传感器800，与第三实施例的图像传感器100相比甚至更多的构成元件从内部构成图像传感器800。因此，图像传感器800优选为如图16所示的层叠图像传感器。
第八实施例
在第一实施例至第三实施例中，作为图像传感器选择性地输出/传送焦点检测信号的结果，说明了能够进行高速摄像面相位差AF。然而，本发明的可适用范围不限于摄像面相位差AF，并且本发明还可适用于使用图像传感器的信号的自动曝光控制(摄像面AE)。利用摄像面AE，具体地，在摄像设备自动确定了摄像镜头的光圈、图像传感器的累积时间和图像传感器的感光度(增益)等之后，进行控制。在本发明的第八实施例中，目的是进行更快速的摄像面AE作为图像传感器选择性地输出/传送摄像面AE中要使用的信号的结果。
图19是示出本发明的第八实施例的摄像设备的结构的框图。在图19中，向与第三实施例同样的构成部分赋予同样的附图标记，并且省略其详细说明。本实施例与第三实施例的不同之处在于摄像设备设置有测光部820。
当从读出部103接收到用于图像生成的数字信号时，信号处理器105将这些信号输出至输出部106。信号处理器105根据摄像设备中所设置的测光方法来选择摄像面AE中要使用的用于图像生成的数字信号。此时，例如在所谓的“点测光法”和“部分测光法”的情况下，信号处理器105例如选择画面的中央的部分区域的信号。此外，在所谓的“评价测光法”的情况下，信号处理器105选择整个画面的信号。然而，为了进行更快速的摄像面AE，优选地，不是选择整个画面的所有像素的信号，而是通过在获得测光评价值的计算时所需的信号量的范围内进行行间隔剔除或列间隔剔除来选择信号。此外，与第三实施例相同，可以采用如下结构：选择由用户任意选择的焦点检测区域的图像生成信号和由被摄体检测部105a所检测到的被摄体区域。
当从输出部106接收到用于图像生成的数字信号时，测光部820计算用于进行摄像面AE的测光评价值。输入至测光部820的用于图像生成的数字信号是通过图像传感器100内所设置的信号处理器105所选择的区域的信号。因此，由于图像传感器100的输出部106向测光部820发送的用于摄像面AE的图像生成信号仅是曝光控制所需的信号，因此有效率地使用了通信带宽。在测光部820的内部处理中，也无需摄像面AE中最终不会需要的区域中的用于测光评价值计算的计算操作处理、以及用于提取最终会需要的信号的处理。因此，测光部820能够提高计算测光评价值的处理速度。
当从测光部820接收到测光评价值的输出时，镜头控制器114基于测光评价值来驱动摄像镜头101的光圈。此外，整体控制/运算单元109基于测光评价值来驱动图像传感器100，并且控制图像传感器100的累积时间和感光度(增益)。
根据本发明的第八实施例，如上所述，由于图像传感器100的输出部106向测光部820发送的图像生成信号仅是摄像面AE所需的信号，因此可以进行高速传送。测光部820无需进行摄像面AE中最终不会需要的区域中的用于测光评价值计算的计算操作处理、以及用于提取最终会需要的信号的处理。因此，可以进行更快速的摄像面AE。
注意，在第八实施例的图像传感器100的像素中，不必是如图2所示针对每个像素配置有多个PD的情况。可以采用在每个微透镜下存在一个PD的结构，只要存在用于图像生成的信号(即，以像素为单位将一个微透镜下的多个PD的信号进行组合而获得的信号)以计算测光评价值即可。
尽管在第八实施例中，说明了基于第三实施例的结构来应用摄像面AE的结构，但是同样还可以基于第七实施例的结构来应用摄像面AE。在这种情况下，通过利用测光部替代图18中的相位差检测部806来构成图像传感器800。
尽管以上说明了优选实施例，但是本发明不限于这些实施例，并且可以进行本发明的精神内的各种修改和改变。
其它实施例
还可以通过读出并执行记录在存储介质(还可被更完整地称为“非暂时性计算机可读存储介质”)上的计算机可执行指令(例如，一个或多个程序)以进行本发明的上述实施例中的一个或多个的功能以及/或者包括用于进行上述实施例中的一个或多个的功能的一个或多个电路(例如，专用集成电路(ASIC))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以及/或者控制该一个或多个电路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。该计算机可以包括一个或多个处理器(例如，中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU))，并且可以包括单独计算机或单独计算机处理器的网络，以读出并执行计算机可执行指令。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等)、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，以包含所有这类修改、等同结构和功能。
本申请要求分别于2015年9月16日提交的日本专利申请2015-183246和2015-183247这两者以及2016年7月22日提交的日本专利申请2016-144756的优先权，这里通过引用将其全部内容包含于此。

Claims (20)

1.一种图像传感器，包括：
像素部，其中在所述像素部中，各自具有一个微透镜和多个光电转换部的多个单位像素以矩阵排列；
信号保持部，用于保持从所述像素部的整个区域的单位像素输出的信号；
信号处理器，用于对所述信号保持部所保持的信号进行处理，并且所述信号处理器具有摄像信号处理器和焦点检测信号处理器，其中，所述摄像信号处理器用于对所述信号保持部所保持的信号进行用于生成拍摄图像的信号处理，以及所述焦点检测信号处理器用于对所述信号保持部所保持的信号进行用于焦点检测的信号处理；以及
输出部，用于输出所述信号处理器处理后的信号。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述焦点检测信号处理器从所述信号保持部所保持的所述像素部的整个区域的信号中选择所述像素部的对象区域中的单位像素的信号，并且输出所选择的各单位像素的多个光电转换部的信号中的至少一个光电转换部的信号。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述焦点检测信号处理器分别输出所选择的各单位像素的多个光电转换部的信号。
4.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述焦点检测信号处理器选择性地组合并输出所选择的各单位像素的多个光电转换部的信号。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述焦点检测信号处理器从所述信号保持部所保持的所述像素部的整个区域的信号中选择所述像素部的对象区域中的单位像素的信号，并且对所选择的各单位像素的多个光电转换部的信号进行相关运算，并输出通过所述相关运算所计算出的值。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述信号保持部具有多个保持电路，其中各个保持电路用于保持从各单位像素的光电转换部输出的信号。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述信号保持部具有多个保持电路，其中各个保持电路用于以列为单位保持从各单位像素的光电转换部输出的信号。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述摄像信号处理器具有压缩处理器，所述压缩处理器用于对各单位像素的多个光电转换部的信号进行压缩和输出。
9.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，所述压缩处理器用于对各单位像素的多个光电转换部的信号进行组合和平均。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述图像传感器具有由多个半导体基板形成的层叠结构，
其中，所述像素部和所述信号处理器形成在彼此不同的半导体基板上。
11.一种摄像设备，包括：
图像传感器；
图像处理器，用于处理从所述图像传感器输出的信号并生成图像；以及
焦点检测器，用于处理所读取的信号并进行焦点检测，
其中，所述图像传感器包括：
像素部，其中在所述像素部中，各自具有一个微透镜和多个光电转换部的多个单位像素以矩阵排列；
信号保持部，用于保持从所述像素部的整个区域的单位像素输出的信号；
信号处理器，用于对所述信号保持部所保持的信号进行处理，并且所述信号处理器具有摄像信号处理器和焦点检测信号处理器，其中，所述摄像信号处理器用于对所述信号保持部所保持的信号进行用于生成拍摄图像的信号处理，以及所述焦点检测信号处理器用于对所述信号保持部所保持的信号进行用于焦点检测的信号处理；以及
输出部，用于输出所述信号处理器处理后的信号。
12.一种图像传感器，包括：
像素部，其中在所述像素部中，配置有用于对来自被摄体的光进行光电转换的多个像素；
读出部，用于从所述像素部读出信号；
被摄体检测部，用于检测作为所述像素部中存在被摄体的区域的被摄体区域；以及
输出部，用于从所述读出部所读出的信号中，向所述图像传感器的外部输出所述像素部的整个区域的像素的信号以生成图像，以及向所述图像传感器的外部输出所述像素部的所述被摄体区域的像素的信号以计算在驱动控制包括所述图像传感器的设备时所要使用的评价值。
13.根据权利要求12所述的图像传感器，其中，还包括A/D转换部，所述A/D转换部用于将从所述像素输出的信号转换成数字信号。
14.根据权利要求12所述的图像传感器，其中，各个所述像素具有一个微透镜和多个光电转换部。
15.根据权利要求14所述的图像传感器，其中，所述读出部读取所述多个光电转换部中的全部光电转换部的信号。
16.根据权利要求12所述的图像传感器，其中，所述图像传感器具有通过层叠多个半导体基板所形成的层叠结构。
17.一种图像传感器，包括：
像素部，其中在所述像素部中，配置有用于对来自被摄体的光进行光电转换的多个像素；
测光部，用于使用所述像素部的部分区域的像素的信号来计算测光评价值；
读出部，用于从所述像素部读出信号；以及
输出部，用于从所述读出部所读出的信号中，向所述图像传感器的外部输出所述像素部的整个区域的像素的信号以生成图像，以及向所述图像传感器的外部输出所述测光评价值以进行自动曝光控制。
18.一种图像传感器，包括：
像素部，其中在所述像素部中，配置有用于对来自被摄体的光进行光电转换的多个像素；
读出部，用于从所述像素部读出信号；
相位差检测部，用于计算在采用相位差检测方法的焦点检测控制时所要使用的相位差评价值；以及
输出部，用于从所述读出部所读出的信号中，向所述图像传感器的外部输出所述像素部的整个区域的像素的信号作为用于生成图像的信号，以及向所述图像传感器的外部输出由所述相位差检测部使用所述像素部的部分区域的像素的信号所计算出的所述相位差评价值。
19.一种摄像设备，包括：
图像传感器，其包括：
像素部，其中在所述像素部中，配置有用于对来自被摄体的光进行光电转换的多个像素；
读出部，用于从所述像素部读出信号；
被摄体检测部，用于检测作为所述像素部中存在被摄体的区域的被摄体区域；以及
输出部，用于从所述读出部所读出的信号中，向所述图像传感器的外部输出所述像素部的整个区域的像素的信号以生成图像，以及向所述图像传感器的外部输出所述像素部的所述被摄体区域的像素的信号以计算在驱动控制包括所述图像传感器的设备时所要使用的评价值，以及
选择器，用于选择所述被摄体区域。
20.根据权利要求19所述的摄像设备，其中，还包括：
设置单元，用于设置用户指定所述被摄体区域的模式和自动选择所述被摄体区域的模式其中之一。
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