CN109348148B - 成像元件及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明的成像元件具有：第1成像区域，其以第1成像条件对经由光学系统入射的光进行成像并生成进行光学系统的焦点检测的检测信号；和第2成像区域，其以与第1成像条件不同的第2成像条件对经由光学系统入射的光进行成像并生成图像信号。

Description

成像元件及电子设备
本发明申请是国际申请日为2014年2月27日、国际申请号为PCT/JP2014/054865、进入中国国家阶段的国家申请号为201480010575.X、发明名称为“成像元件及电子设备”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及成像元件及电子设备。
背景技术
提出一种具有将背面照射型成像芯片和信号处理芯片层叠而成的成像元件(以下称为层叠型成像元件)的电子设备(参照专利文献1)。层叠型成像元件将背面照射型成像芯片与信号处理芯片以在每个规定的区域经由微凸点连接的方式层叠。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本国特开2006-49361号公报
发明内容
但是，在具有以往的层叠型成像元件的电子设备中，将图像分在具有一个或两个以上的上述区域的区块中并在每个该区块中获取成像图像的提案并不多，还不能说具有层叠型成像元件的电子设备的使用便利性是充分的。
根据本发明的第1方式，成像元件具有：第1成像区域，其以第1成像条件对经由光学系统入射的光进行成像并生成进行光学系统的焦点检测的检测信号；和第2成像区域，其以与第1成像条件不同的第2成像条件对经由光学系统入射的光进行成像并生成图像信号。
根据本发明的第2方式，成像元件具有：第1成像区域，其以第1成像条件对经由光学系统入射的光进行成像并生成进行光学系统的焦点检测的检测信号；和第2成像区域，其以与第1成像条件不同的第2成像条件对经由光学系统入射的光进行成像并生成用于曝光运算的信号。
根据本发明的第3方式，成像元件具有：第1成像区域，其以第1成像条件对经由光学系统入射的光进行成像并生成进行光学系统的焦点检测的检测信号；和第2成像区域，其以与第1成像条件不同的第2成像条件对经由光学系统入射的光进行成像并生成用于白平衡调整的信号。
根据本发明的第4方式，在第1～第3中的任一方式的成像元件中，优选根据第1成像条件设定的帧率比根据第2成像条件设定的帧率高。
根据本发明的第5方式，在第1～第4中的任一方式的成像元件中，优选第2成像区域的面积比第1成像区域的面积大。
根据本发明的第6方式，电子设备具有：第1～第5中的任一方式的成像元件、和设定第1成像区域的配置位置和第2成像区域的配置位置的设定部。
根据本发明的第7方式，在第6方式的电子设备中，优选还具有对被摄物体的亮度分布进行解析的解析部，设定部基于由解析部解析出的被摄物体的亮度分布来设定第1成像区域的配置位置和第2成像区域的配置位置。
根据本发明的第8方式，在第7方式的电子设备中，优选设定部根据解析部的解析结果在判断成包含主要被摄物体的区域中设定第1成像区域及第2成像区域。
根据本发明的第9方式，在第8方式的电子设备中，优选设定部根据解析部的解析结果在判断成包含主要被摄物体的区域以外的区域中设定第2成像区域。
根据本发明的第10方式，在第6～第9中的任一方式的电子设备中，优选设定部根据解析部的解析结果在超过规定亮度的区域以外的区域中设定第1成像区域及第2成像区域。
根据本发明的第11方式，在第6～第10中的任一方式的电子设备中，优选还具有：记录图像信号的记录部；和对记录部进行指示以使其记录图像信号的指示部，设定部在由指示部对记录部进行指示而使其记录图像信号的情况下，解除第1成像条件的设定和第2成像条件的设定。
发明效果
根据本发明，能够实现可高精度地进行多个正式成像前处理、且使用便利性良好的电子设备。
附图说明
图1是层叠型成像元件的剖视图。
图2是说明成像芯片的像素排列和单位区域的图。
图3是与成像芯片的单位区域相对应的电路图。
图4是表示成像元件的功能结构的框图。
图5是例示成像装置的结构的框图。
图6是例示成像元件中的AF区域及AE区域的配置的图。
图7是例示成像元件中的AF区域及AE区域的配置的图。
图8是例示成像元件中的AF区域及AE区域的配置的图。
图9是说明第一实施方式的控制部所执行的拍摄动作的流程的流程图。
图10是说明第二实施方式中的AF区域及AE区域、与实时显示图像之间的关系的图。
图11是说明对成像元件的三种设定的图。
图12是说明第二实施方式的控制部所执行的拍摄动作的流程的流程图。
具体实施方式
以下参照附图说明用于实施本发明的方式。
(第一实施方式)
＜层叠型成像元件的说明＞
首先，说明搭载在本发明的第一实施方式的电子设备(例如成像装置1)上的层叠型成像元件100。此外，该层叠型成像元件100是在本申请的申请人之前提出申请的日本特愿2012-139026号中记载的元件。图1是层叠型成像元件100的剖视图。成像元件100具有：背面照射型成像芯片113，其输出与入射光相对应的像素信号；信号处理芯片111，其对像素信号进行处理；和存储芯片112，其存储像素信号。这些成像芯片113、信号处理芯片111及存储芯片112层叠，并通过Cu等具有导电性的凸点109而相互电连接。
此外，如图示那样地，入射光主要朝向白色箭头所示的Z轴正方向入射。在本实施方式中，在成像芯片113中，将入射光所入射的一侧的面称为背面。另外，如坐标轴所示，使与Z轴正交的纸面左方向为X轴正方向，使与Z轴及X轴正交的纸面近前方向为Y轴正方向。在之后的几个图中，以图1的坐标轴为基准，以明确各个图的朝向的方式显示坐标轴。
成像芯片113的一个例子是背面照射型的MOS图像传感器。PD层106配置在布线层108的背面侧。PD层106二维地配置，具有蓄存与入射光相应的电荷的多个PD(光电二极管)104、以及与PD104相对应地设置的晶体管105。
在PD层106中的入射光的入射侧经由钝化膜103设有彩色滤光片102。彩色滤光片102具有供相互不同的波长区域透过的多个种类，与各个PD104相对应地具有特定的排列。关于彩色滤光片102的排列将在后叙述。彩色滤光片102、PD104及晶体管105的组形成一个像素。
在彩色滤光片102中的入射光的入射侧，与各个像素相对应地设有微透镜101。微透镜101朝向对应的PD104会聚入射光。
布线层108具有将来自PD层106的像素信号向信号处理芯片111传输的布线107。布线107可以为多层，另外也可以设有无源元件及有源元件。
在布线层108的表面上配置有多个凸点109。通过使该多个凸点109与设在信号处理芯片111的相对面上的多个凸点109对位，并对成像芯片113和信号处理芯片111进行加压等，使对位后的凸点109彼此接合而电连接。
同样地，在信号处理芯片111与存储芯片112的彼此相对的面上，配置有多个凸点109。通过使这些凸点109相互对位并对信号处理芯片111和存储芯片112进行加压等，使对位后的凸点109彼此接合而电连接。
此外，对于凸点109之间的接合，并不限于基于固相扩散的Cu凸点接合，也可以采用基于焊锡熔融的微凸点结合。另外，凸点109例如只要相对于后述的一个单位区域设置一个左右即可。因此，凸点109的大小也可以大于PD104的间距。另外，也可以在排列有像素的像素区域以外的周边区域中，同时设置比与像素区域相对应的凸点109大的凸点。
信号处理芯片111具有将分别设在表背面上的电路相互连接的TSV(硅贯通电极)110。优选TSV110设在周边区域中。另外，TSV110也可以设在成像芯片113的周边区域、存储芯片112上。
图2是说明成像芯片113的像素排列和单位区域131的图。尤其示出成像芯片113的从背面侧观察到的状况。在像素区域中呈矩阵状地排列有例如2000万个以上的像素。在本实施方式中，例如相邻的4像素×4像素的16像素形成一个单位区域131。图中的格子线表示将相邻的像素分组而形成单位区域131的概念。形成单位区域131的像素的数量并不限于此，可以为100个左右、例如32像素×64像素，也可以为其以上或其以下(例如1像素)。
如像素区域的局部放大图所示，单位区域131在上下左右内含四个由绿色像素Gb、Gr、蓝色像素B及红色像素这4像素构成的所谓拜耳排列。绿色像素是作为彩色滤光片102而具有绿色滤光片的像素，接受入射光中的绿色波段的光。同样地，蓝色像素是作为彩色滤光片102而具有蓝色滤光片的像素，接受蓝色波段的光，红色像素是作为彩色滤光片102而具有红色滤光片的像素，接受红色波段的光。
在本实施方式中，以一个区块包含至少一个单位区域131的方式定义多个区块，各区块能够通过彼此不同的控制参数来控制各区块中包含的像素。也就是说，能够通过某区块中包含的像素组、和其他区块中包含的像素组，来获取成像条件不同的成像信号。控制参数的例子为帧率、增益、间除率、将像素信号相加的相加行数或相加列数、电荷的蓄存时间或蓄存次数、数字化的位数等。而且，控制参数也可以是从像素获取图像信号后的图像处理中的参数。
图3是与成像芯片113的单位区域131相对应的电路图。在图3中，作为代表，以虚线包围的矩形表示与1个像素相对应的电路。此外，以下说明的各晶体管的至少一部分与图1的晶体管105相对应。
如上所述，单位区域131由16个像素形成。与各个像素相对应的16个PD104分别与传送晶体管302连接，各传送晶体管302的各栅极与供给传送脉冲的TX布线307连接。在本实施方式中，TX布线307相对于16个传送晶体管302共通连接。
各传送晶体管302的漏极与对应的各重置晶体管303的源极连接，并且传送晶体管302的漏极与重置晶体管303的源极之间的所谓浮动扩散节点(floating diffusion)FD与放大晶体管304的栅极连接。重置晶体管303的漏极与供给电源电压的Vdd布线310连接，其栅极与供给重置脉冲的重置布线306连接。在本实施方式中，重置布线306相对于16个重置晶体管303共通连接。
各个放大晶体管304的漏极与供给电源电压的Vdd布线310连接。另外，各个放大晶体管304的源极与对应的各个晶体管305的漏极连接。选择晶体管的各栅极与供给选择脉冲的译码布线308连接。在本实施方式中，译码布线308相对于16个选择晶体管305而分别独立地设置。并且，各个选择晶体管305的源极与共通的输出布线309连接。负载电流源311向输出布线309供给电流。即，相对于选择晶体管305的输出布线309通过源极跟随器形成。此外，负载电流源311可以设在成像芯片113侧，也可以设在信号处理芯片111侧。
在此，说明从电荷的蓄存开始到蓄存结束后的像素输出为止的流程。当通过重置布线306将重置脉冲施加到重置晶体管303上、同时通过TX布线307将传送脉冲施加到传送晶体管302上时，PD104及浮动扩散节点FD的电位被重置。
当解除传送脉冲的施加时，PD104将接受的入射光转换成电荷并蓄存。然后，当在没有施加重置脉冲的状态下再次施加传送脉冲时，所蓄存的电荷向浮动扩散节点FD传送，浮动扩散节点FD的电位从重置电位变为电荷蓄存后的信号电位。并且，当通过译码布线308将选择脉冲施加到选择晶体管305上时，浮动扩散节点FD的信号电位的变动经由放大晶体管304及选择晶体管305传递到输出布线309。由此，与重置电位和信号电位相对应的像素信号从单位像素输出到输出布线309。
如图3所示，在本实施方式中，相对于形成单位区域131的16个像素，重置布线306和TX布线307是共通的。即，分别相对于所有的16个像素同时施加重置脉冲和传送脉冲。因此，形成单位区域131的所有像素在相同定时开始电荷蓄存，在相同定时结束电荷蓄存。但是，通过对各个选择晶体管305依次施加选择脉冲，而使与所蓄存的电荷相对应的像素信号选择性地从输出布线309输出。另外，重置布线306、TX布线307、输出布线309按每个单位区域131分别设置。
像这样通过以单位区域131为基准来构成电路，能够按单位区域131控制电荷蓄存时间。换言之，能够在单位区域131之间分别输出基于不同帧率的像素信号。进一步而言，在一个单位区域131中进行一次电荷蓄存的期间，在另一个单位区域131中重复进行多次的电荷蓄存且每次输出像素信号，由此，也能够在这些单位区域131之间以不同的帧率输出动态画面用的各帧。
图4是表示成像元件100的功能结构的框图。模拟的复用器(multiplexer)411依次选择形成单位区域131的16个PD104，并使各个像素信号向与该单位区域131对应设置的输出布线309输出。复用器411与PD104一起形成在成像芯片113上。
经由复用器411输出的像素信号通过形成在信号处理芯片111上的、进行相关双采样(CDS)、模拟/数字(A/D)转换的信号处理电路412而进行CDS及A/D转换。A/D转换后的像素信号被交付到复用器413，并存储到与各个像素相对应的像素存储器414中。复用器413及像素存储器414形成在存储芯片112上。
运算电路415对存储在像素存储器414中的像素信号进行处理并交付到后级的图像处理部。运算电路415可以设在信号处理芯片111上，也可以设在存储芯片112上。此外，在图4中示出与一个单位区域131相应的连接，但实际上这些部分在每个单位区域131中均存在，且并行地动作。但是，运算电路415也可以不按每个单位区域131而存在，例如，也可以是，一个运算电路415一边按顺序参照与各个单位区域131相对应的像素存储器414的值一边按时序进行处理。
如上所述，与各个单位区域131相对应地设有输出布线309。由于成像元件100将成像芯片113、信号处理芯片111及存储芯片112层叠，所以通过对这些输出布线309使用利用了凸点109的芯片之间的电连接，能够不使各芯片在面方向上变大地拉绕布线。
＜成像装置的说明＞
图5是例示具有上述的成像元件100的成像装置1的结构的框图。在图5中，成像装置1具有成像光学系统10、成像部20、图像处理部30、工作存储器40、显示部50、记录部60及控制部70。
成像光学系统10由多个透镜构成，将来自被摄视场的光束向成像部20引导。成像光学系统10可以与成像装置1一体地构成，也可以相对于成像装置1能够更换地构成。另外，在成像光学系统10中，可以内置聚焦透镜，也可以内置变焦透镜。
成像部20具有上述的成像元件100、和驱动成像元件100的驱动部21。成像元件100通过从驱动部21输出的控制信号而被驱动控制，由此，能够在上述的区块单位中进行独立的蓄存控制。针对驱动部21的、上述区块的位置、形状、其范围等指示由控制部70进行。
图像处理部30与工作存储器40协动，对通过成像部20拍摄得到的图像数据进行图像处理。在本实施方式中，图像处理部30除了通常的图像处理(颜色信号处理、伽马校正等)，还进行图像中包含的主要被摄物体的检测处理。基于图像处理部30对主要被摄物体的检测能够使用公知的面部检测功能来进行。另外，除了面部检测，例如也可以如在日本国特开2010-16621号公报(US2010/0002940号)中所记载那样地，将图像中包含的人体作为主要被摄物体来进行检测。
工作存储器40暂时存储JPEG压缩前后或MPEG压缩前后的图像数据等。显示部50由例如液晶显示面板51构成，显示通过成像部20拍摄得到的图像(静止画面或动态画面)和各种信息、或者显示操作输入用画面。显示部50具有在液晶显示面板51的显示面上层叠触摸面板52而成的结构。触摸面板52将表示使用者在液晶显示面板51上所触摸的位置的信号输出。
记录部60在存储卡等存储介质中存储图像数据等各种数据。控制部70具有CPU，控制基于成像装置1的整体动作。在本实施方式中，控制部70将成像元件100(成像芯片113)的成像面分为多个区块，并在区块之间通过不同的帧率、增益来获取图像。为此，控制部70向驱动部21指示区块的位置、形状、范围、及各区块用的控制参数。
另外，控制部70通过AF运算部71计算出基于成像光学系统10的焦点调节状态。控制部70进一步通过AE、AWB运算部72进行曝光运算以得到适当曝光。
＜AF区域和AE区域＞
在第一实施方式中，在画面内导入AF区域和AE区域的概念，并使其与上述多个区块对应。图6是例示成像元件100(成像芯片113)中的AF区域及AE区域的配置的图。在图6中，带斜线的部分表示AE区域，白色部分表示AF区域。在第一实施方式中，预先确定为将AF区域及AE区域配置成相间方格图案状。控制部70例如在获取实时显示图像(live view image)时，使用从成像元件100的AF区域输出的信号，通过AF运算部71进行焦点检测处理。
在此，实时显示图像也被称为进行正式成像前的预览图像，是指通过成像元件100以规定的帧率(例如30fps)获取的显示用的图像。焦点检测处理例如通过对比度检测方式来进行。具体而言，以一边移动成像光学系统10的聚焦透镜的位置、一边提高由从AF区域输出的信号构成的图像的对比度的方式调节成像光学系统10的聚焦透镜的位置。
此外，也可以构成为，通过相位差检测方式进行焦点检测处理。在该情况下，在成像元件100(成像芯片113)中的AF区域内，预先设置焦点检测用的像素。并且，通过使用来自焦点检测用的像素的输出信号进行相位差检测运算，来检测基于成像光学系统10的焦点调节状态(具体而言为离焦量)。由于焦点检测用的像素及相位差检测运算例如如日本国特开2009-94881号公报中所记载那样是公知的，所以省略详细的说明。
另外，控制部70在获取上述实时显示图像时，使用从AE区域输出的信号，通过AE、AWB运算部72进行曝光运算处理。AE、AWB运算部72例如以使从AE区域输出的信号的平均电平接近规定电平的方式决定曝光(帧率、增益等)。控制部70也进一步基于从AE区域输出的信号来决定白平衡调整值。另外，控制部70基于从AE区域输出的信号来生成显示用的图像，作为上述实时显示图像而显示在显示部50上。
控制部70在获取实时显示图像时，以将成像元件100(成像芯片113)分为AF区域和AE区域而进行蓄存控制的方式，向驱动部21发送指示。此外，第一实施方式中分为AF区域及AE区域而进行蓄存控制，在基于未图示的释放开关进行的正式成像(静止画面记录或动态画面记录)指示之前。
即，在进行正式成像指示之前，通过在AF区域和AE区域中适用不同的控制参数而得到不同的图像。并且，基于从AF区域获取的图像进行焦点检测处理，基于从AE区域获取的图像进行曝光运算、白平衡运算及实时显示图像的显示。
关于针对AF区域的作为正式成像前处理的控制参数，例如使帧率为120fps，使增益高于AE区域的增益。关于针对AE区域的作为正式成像前处理的控制参数，例如使帧率为低于AF区域的30fps，使增益低于AF区域的增益。像这样，通过在AF区域中适用比AE区域高的帧率来获取用于焦点检测处理的图像，能够提高焦点检测处理的响应性。另外，通过使AE区域的增益低于AF区域的增益来获取用于曝光运算处理、用于决定白平衡调整值的图像，能够避免噪声的影响而进行高精度的运算。
此外，成像元件100(成像芯片113)中的AF区域及AE区域的配置并不限于图6中例示的配置，也可以适当改变AF区域及AE区域各自的大小。可以如图7例示那样改变得比图6的情况小，也可以改变得比图6的情况大。
另外，不仅能改变AF区域及AE区域的大小，也可以如图8例示那样地适当改变AF区域与AE区域的面积比率。图8是与AF区域的面积相比将AE区域的面积设得较大而改变了两者的面积比率的情况的图。由于上述的实时显示图像是将成像元件100的像素的一部分间除而生成的，所以例如只要与所间除的像素部分相对应地设定AF区域，并与实时显示图像的像素部分相对应地设定AE区域，则实时显示图像的画质就不会劣化。此外，在想要将AF区域仅配置在画面的中央部等规定位置上的情况下，也可以将AF区域以规定大小仅配置在画面的规定位置上。
＜流程图的说明＞
图9是说明在第一实施方式中成像装置1的控制部70所执行的拍摄动作的流程的流程图。在对未图示的ON-OFF开关进行接通操作而对成像装置1的各部分进行通电的情况下，控制部70开始图9的处理并重复进行。在图9的步骤S101中，控制部70分别决定AF区域及AE区域用的帧率、增益等控制参数并进入步骤S102。例如，预先从程序数据读出并准备在后述的步骤S102、S104、S105中适用的值。
在步骤S102中，控制部70向驱动部21发送指示，开始基于成像部20的成像。在步骤S102中开始的图像的获取，是例如将成像元件100的成像面的大致全部区域作为AE区域并设定AE区域用的控制参数而进行的。控制部70通过图像处理部30对基于从成像部20输出的信号而成的实时显示图像数据进行图像处理后，将其显示到显示部50上。
在步骤S103中，控制部70判定是否进行了释放按钮半按操作。释放按钮半按操作对于成像装置1被用作开始正式成像前处理(拍摄准备)的指示。在对未图示的释放按钮进行了半按操作的情况下，控制部70肯定判定步骤S103并进入步骤S104，在没有进行半按操作的情况下，控制部70否定判定步骤S103并重复该判定处理。重复判定处理的情况下，等待进行释放按钮半按操作。
此外，在没有在成像装置1上设置释放按钮而检测相对于显示在液晶显示面板51上的释放图标的轻按操作来判断正式成像指示的情况下，也可以省略步骤S103的处理。该情况下的控制部70在接通电源而开始图9的处理后，从步骤S102的成像开始时进行后述的步骤S104及S105的处理，如图6例示那样，在预先确定的AF区域和AE区域中适用不同的控制参数(帧率、增益)。另外，在将指示动态画面成像的开始和结束的动态画面开关设在电子设备1上的情况下，控制部70可以进行与相对于释放图标的轻按操作相同的处理，另外，也可以在接通动态画面开关后的数秒期间进行正式成像前处理(拍摄准备)。
在步骤S104中，控制部70向驱动部21发送指示，在成像元件100的AF区域中适用AF区域用的帧率、增益等控制参数。在步骤S105中，控制部70向驱动部21发送指示，在成像元件100的AE区域中适用AE区域用的帧率、增益等控制参数。由此，控制部70基于从AE区域以上述帧率输出的信号，进行控制参数的微调整、白平衡调整值的决定、和实时显示图像的显示。
在步骤S106中，控制部70开始AF处理。具体而言，通过AF运算部71，基于从AF区域输出的信号开始焦点检测处理并进入步骤S107。由此，能够基于从AF区域以上述帧率输出的信号进行成像光学系统10的焦点调节。
在步骤S107中，控制部70判定AF处理是否结束。控制部70例如在从AF区域得到的图像的对比度为规定值以上的情况下肯定判定步骤S107，在从AF区域得到的图像的对比度不足规定值的情况下否定判定步骤S107。在否定判定的情况下，一边继续焦点检测处理一边重复该判定处理。
在步骤S108中，控制部70基于焦点调节后从AE区域输出的信号，通过AE、AWB运算部72计算出拍摄时适用的曝光条件、白平衡调整值并进入步骤S109。
在步骤S109中，控制部70判定是否进行了释放按钮全按操作。释放按钮全按操作用作对于成像装置1的正式成像指示。在对未图示的释放按钮进行了全按操作的情况下，控制部70肯定判定步骤S109并进入步骤S110，在没有进行全按操作的情况下，控制部70否定判定步骤S109并返回到步骤S108。在返回到步骤S108的情况下，重复上述的处理。此外，在对未图示的释放按钮进行了全按操作的情况下，控制部70解除基于AF区域的控制参数及AE区域的控制参数进行的成像部20的成像。
此外，如上所述，在检测相对于显示在液晶显示面板51上的释放图标的轻按操作来判断正式成像指示的情况下，只要在对显示中的释放图标进行了轻按操作的情况下肯定判定步骤S109即可。
在步骤S110中，控制部70向驱动部21发送指示，设定在步骤S108中计算出的拍摄用(正式成像)的曝光条件所需的控制参数(露光时间、增益等)并进入步骤S111。
在步骤S111中，控制部70执行拍摄处理，并通过记录部60使所获取的图像的数据存储到存储卡等中而结束图9的处理。在拍摄处理中，在成像元件100的所有区域中适用共通(相同)设定的拍摄用的控制参数，获取(正式成像)、记录1张画面的静止图像，并且在获取静止图像后也获取多帧的图像。此外，控制部70也可以在被摄视场的一部分中存在高亮度被摄物体的情况下，改变与高亮度被摄物体相对应的像素的成像条件。并且，基于在释放按钮全按操作的前后规定时间的期间获取的多帧的图像，生成、记录慢速播放动态画面数据。慢速播放动态画面数据是指以比通过成像元件100获取时的帧率(例如30fps)慢的帧率(例如15fps)播放的动态图像的数据。
控制部70如以下那样生成慢速播放动态画面数据。即，基于如下的多个帧图像生成慢速播放动态画面数据：从与释放按钮全按操作时刻(为t1)相比的第1规定时间前(例如0.6秒前)到时刻t1，为了显示上述的实时显示图像而暂时存储在工作存储器40中的基于AE区域的多个帧图像(帧率是指对AE区域设定的帧率。例如以30fps获取的情况下，与0.6秒相应地为18帧)、及从时刻t1到与时刻t1相比的第2规定时间(例如0.4秒后)后存储在工作存储器40中的多个帧图像(帧率与在正式成像指示前对AE区域设定的帧率相同。例如以30fps获取的情况下，与0.4秒相应地为12帧)。由此，基于在隔着时刻t1的1秒之间(从时刻t1的0.6秒前到时刻t1的0.4秒后)存储在工作存储器40中的多个帧图像(共计30幅)，生成播放时间大约2秒钟的慢速播放动态画面数据。像这样，得到基于在释放按钮全按操作前后获取的帧图像的慢速播放动态画面数据。此外，慢速播放动态画面数据通过图像处理部30作为MPEG数据或JPEG数据而生成。
根据以上说明的第一实施方式，得到如下的作用效果。
(1)成像装置1分别以恰当的电平得到用于曝光运算处理的信号和用于焦点调节状态的检测的信号，因此能够迅速地高精度地进行曝光运算和焦点调节。其结果为，能够实现使用便利性良好的电子设备。
(2)控制部70根据未图示的释放开关的全按，来解除基于AF区域的控制参数及AE区域的控制参数进行的成像部20的成像，并以适于正式成像的成像条件驱动成像部20，因此能够得到更良好的静止画面、动态画面。
(3)控制部70在第2区域中适用比第1区域高的帧率来获取用于焦点检测处理的信号，由此能够提高焦点检测处理的响应性。
(4)控制部70使第1区域的增益设定为比第2区域低的增益设定而进行曝光运算处理，因此能够进行抑制了噪声影响的高精度的运算。
(5)控制部70在预先决定了第1区域及第2区域的情况下，能够以画面内的决定了的位置为基准来决定曝光、或以画面内的决定了的位置为基准来进行焦点调节。
(第二实施方式)
在上述的第一实施方式中，说明了预先确定成像元件100(成像芯片113)中的AF区域和AE区域的配置的例子，但在第二实施方式中，经由基于实时显示图像的场景识别来决定成像元件100(成像芯片113)中的AF区域和AE区域的配置。此外，由于成像装置1的结构与在第一实施方式中说明的图5的结构相同，所以省略关于结构的说明。
图10是说明第二实施方式中的AF区域及AE区域、与实时显示图像之间的关系的图。在图10中，在实时显示图像的画面中央近前包含人物，在实时显示图像的画面左上部包含树木，在实时显示图像的画面右上部包含太阳。控制部70向图像处理部30发送指示，对实时显示图像数据进行公知的场景识别处理。图像处理部30通过进行场景识别处理，从实时显示图像抽出高亮度区域A、主要被摄物体区域B及背景区域C。
图像处理部30例如将实时显示图像数据的信号电平超过预先确定的高亮度阈值的范围作为高亮度区域A。另外，图像处理部30将包含如上述那样检测出的人体的范围作为主要被摄物体区域B。此外，也可以不限于人物而检测宠物等动物，并将包含该动物的范围作为主要被摄物体区域B。图像处理部30进一步在除高亮度区域A及主要被摄物体区域B以外的位置中进行边缘检测，并将检测出的边缘的密度超过规定值的范围作为背景区域C。此外，在实时显示图像的数据中不存在超过高亮度阈值的数据的情况下，视为不存在高亮度区域A。
控制部70在上述主要被摄物体区域B中，例如将AF区域及AE区域配置成相间方格图案状。在图10中，在主要被摄物体区域B内带斜线的部分表示AE区域，白色部分表示AF区域。在此，主要被摄物体区域B内的AF区域及AE区域的配置并不限于图10中例示的配置，也可以适当改变AF区域及AE区域各自的大小。另外，不仅能改变AF区域及AE区域的大小，也可以以使AE区域的面积大于AF区域的面积的方式适当改变面积比率。另外，在想要将AF区域仅配置在主要被摄物体区域B内的中央部等规定位置上的情况下，也可以将AF区域以规定大小仅配置在规定位置上。另外，控制部70也可以以使AF区域及AE区域的一部分从主要被摄物体区域B超出的方式配置AF区域及AE区域。
另外，控制部70将上述背景区域C内作为AE区域。在图10中，在背景区域C内带斜线的部分表示AE区域。另外，控制部70对超过高亮度阈值的部分(在图10的例子中为高亮度区域A)不确定AF区域及AE区域。在图10中，在高亮度区域A内带竖线的部分表示既不为AF区域也不为AE区域。
第二实施方式中的控制部70在实时显示图像的画面中将不属于高亮度区域A、主要被摄物体区域B、和背景区域C的部分(在图10中为白底部分)作为AE区域。
在第二实施方式中，在获取实时显示图像时，相对于成像元件100(成像芯片113)进行三种设定。图11是说明三种设定的图。设定1表示对高亮度区域A(即既不为AF区域也不为AE区域)，例如以提高帧率并降低增益等而使输出信号不饱和的方式设定适于高亮度的控制参数(帧率、增益等)。
设定2表示对主要被摄物体区域B中的AF区域，与第一实施方式同样地设定适于焦点检测处理的控制参数(帧率、增益等)，以及对主要被摄物体区域B中的AE区域，与第一实施方式同样地设定适于曝光运算处理的控制参数(帧率、增益等)。
设定3表示对背景区域C、和既不属于高亮度区域A也不属于主要被摄物体区域B的部分(在图10中为白底部分)，设定与上述主要被摄物体区域B中的AE区域相同的、适于曝光运算处理的控制参数(帧率、增益等)。
控制部70向驱动部21发送指示，对成像元件100(成像芯片113)进行上述三种设定。由此，成像元件100(成像芯片113)在获取实时显示图像时，在AF区域、AE区域、和既不是AF区域也不是AE区域的区域中，以各自不同的控制参数(帧率、增益等)进行蓄存控制。这样进行的蓄存控制，例如从基于图像处理部30的场景识别后开始到进行正式成像指示为止。
即，在进行正式成像指示前，通过在AF区域、AE区域、和既不是AF区域也不是AE区域的区域中适用不同的控制参数来得到不同的图像。并且，基于从AF区域获取的图像来进行焦点检测处理，基于从AE区域获取的图像来进行曝光运算及白平衡运算，并基于在AE区域获取的图像和在既不是AF区域也不是AE区域的区域获取的图像来进行实时显示图像的显示。
关于针对AF区域的控制参数，例如使帧率为120fps，使增益高于AE区域的增益。关于针对AE区域的控制参数，例如使帧率为低于AF区域的30fps，使增益低于AF区域的增益。在AF区域中，适用比AE区域高的帧率而获取用于焦点检测处理的图像的原因为，为了提高焦点检测处理的响应性。另外，使AE区域的增益低于AF区域的增益而获取用于曝光运算处理、用于决定白平衡调整值的图像的原因为，为了避免噪声影响而进行高精度的运算。
关于针对既不是AF区域也不是AE区域的区域的控制参数，例如使帧率为60fps，使增益低于AE区域。由此，对于可能产生所谓曝光过度(白飛び；overexposure)那样的高亮度的被摄物体像，也能够不产生曝光过度地获取。
＜流程图的说明＞
图12是说明在第二实施方式中成像装置1的控制部70所执行的拍摄动作的流程的流程图。与图9中例示的第一实施方式中的流程图相比，由于步骤S104B及105B的处理不同，所以以这些不同点为中心进行说明。
在图12的步骤S102中开始的图像的获取是与图9的情况同样地，将成像元件100的成像面的大致全部区域作为AE区域，并设定AE区域用的控制参数而进行的。控制部70将基于通过上述设定从成像部20输出的信号而成的实时显示图像数据作为场景识别对象。在步骤S104B中，控制部70向图像处理部30发送指示，对上述实时显示图像数据进行公知的场景识别处理。图像处理部30通过进行场景识别处理，如上述那样地分割为高亮度区域A、主要被摄物体区域B及背景区域C。
在步骤S105B中，控制部70向驱动部21发送指示，分别在分割区域中进行上述的三种设定。由此，通过在AF区域、AE区域和既不是AF区域也不是AE区域的区域中适用不同的控制参数，得到不同的图像。控制部70能够基于从AE区域获取的图像，来进行控制参数的微调整和白平衡调整值的决定。另外，能够基于在AE区域中获取的图像、和在既不是AF区域也不是AE区域的区域中获取的图像来进行实时显示图像的显示。
根据以上说明的第二实施方式，得到如下的作用效果。
(1)成像装置1能够基于场景解析结果改变在画面中作为曝光运算的对象的位置、及作为焦点调节的对象的位置。
(2)控制部70在上述图像中的通过图像处理部30判断成包含主要被摄物体的范围内分别确定第1区域及第2区域，因此能够在画面内以主要被摄物体为对象而决定曝光，并以主要被摄物体为对象而进行焦点调节。
(3)控制部70在上述图像中的通过图像处理部30判断出的上述范围以外确定第1区域，因此对于主要被摄物体以外的背景也能够包含于曝光运算的对象。
(4)控制部70在上述图像中的、与超过规定亮度的区域不同的区域的范围设定第1区域及第2区域，因此例如在来自成像部20的信号饱和的情况下，能够将这些区域从曝光运算的对象或焦点调节的对象除去。
(变形例1)
也可以通过智能移动电话或平板终端构成上述的第一实施方式及第二实施方式的成像装置1。在该情况下，使用上述层叠型成像元件100构成搭载在智能移动电话(或平板终端)上的成像单元。
(变形例2)
在上述的说明中，说明了基于从AE区域获取的图像来进行控制参数的微调整和白平衡调整值的决定的例子。作为替代，也可以与AF区域及AE区域不同地新设置AWB区域。并且，在获取实时显示图像时，使成像元件100(成像芯片113)在AF区域、AE区域和AWB区域中以各自不同的控制参数(帧率、增益等)来蓄存控制。
在变形例2中控制部70基于从AF区域获取的图像来进行焦点检测处理。控制部70基于从AWB区域获取的图像来进行白平衡调整值的决定。关于控制参数的微调整，则是基于从AE区域获取的图像来进行的。另外，关于实时显示图像的显示，则是基于在AE区域中获取的图像、和在既不是AF区域也不是AE区域的区域中获取的图像来进行的。
在上述中，说明了各种实施方式及变形例，但本发明并不限定于这些内容。也可以适当组合各实施方式及各变形例的结构。在本发明的技术思想范围内能够考虑到的其他方式也包含在本发明的范围内。也能够适当替换各流程图的处理顺序。
附图标记说明
1…成像装置
10…成像光学系统
20…成像部
30…图像处理部
40…工作存储器
50…显示部
51…液晶显示面板
52…触摸面板
60…记录部
70…控制部
71…AF运算部
72…AE、AWB运算部
100…成像元件
109…凸点
111…信号处理芯片
112…存储芯片
113…成像芯片
131…单位区域
下面的作为优先权基础的申请的公开内容作为引用文而组入于此。
日本国专利申请2013年第037617号(2013年2月27日提出申请)。

Claims (16)

1.一种成像元件，其特征在于，具备：
第1半导体基板，其具有在行方向和列方向上分别排列配置有多个像素的像素区域，所述多个像素包含将光转换成电荷的光电转换部；以及
第2半导体基板，其具有对从所述多个像素中的第1像素读出的第1信号进行信号处理的第1信号处理部、和对从所述多个像素中的第2像素读出的第2信号进行信号处理的第2信号处理部，
所述像素区域具有：
第1成像区域，其具有所述第1像素；和
第2成像区域，其相对于所述第1成像区域配置于所述行方向侧的位置，具有所述第2像素，
所述第1像素与输出用于控制所述第1像素的第1控制信号的第1控制线连接，使得以用于焦点检测的第1成像条件进行成像，
所述第2像素与输出用于控制所述第2像素的第2控制信号的第2控制线连接，使得以用于图像生成的第2成像条件进行成像。
2.一种成像元件，其特征在于，具备：
第1半导体基板，其具有在行方向和列方向上分别排列配置有多个像素的像素区域，所述多个像素具有将光转换成电荷的光电转换部；以及
第2半导体基板，其具有对从所述多个像素中的第1像素读出的第1信号进行信号处理的第1信号处理部、和对从所述多个像素中的第2像素读出的第2信号进行信号处理的第2信号处理部，
所述像素区域具有：
第1成像区域，其具有所述第1像素；和
第2成像区域，其相对于所述第1成像区域配置于所述行方向侧的位置，具有所述第2像素，
所述第1像素与输出用于控制所述第1像素的第1控制信号的第1控制线连接，使得以用于焦点检测的第1成像条件进行成像，
所述第2像素与输出用于控制所述第2像素的第2控制信号的第2控制线连接，使得以用于曝光运算的第2成像条件进行成像。
3.一种成像元件，其特征在于，具备：
第1半导体基板，其具有在行方向和列方向上分别排列配置有多个像素的像素区域，所述多个像素具有将光转换成电荷的光电转换部；以及
第2半导体基板，其具有对从所述多个像素中的第1像素读出的第1信号进行信号处理的第1信号处理部、和对从所述多个像素中的第2像素读出的第2信号进行信号处理的第2信号处理部，
所述像素区域具有：
第1成像区域，其具有所述第1像素；和
第2成像区域，其相对于所述第1成像区域配置于所述行方向侧的位置，具有所述第2像素，
所述第1像素与输出用于控制所述第1像素的第1控制信号的第1控制线连接，使得以用于焦点检测的第1成像条件进行成像，
所述第2像素与输出用于控制所述第2像素的第2控制信号的第2控制线连接，使得以用于白平衡调整的第2成像条件进行成像。
4.如权利要求1所述的成像元件，其特征在于，
所述第1像素控制为根据所述第1控制信号以第1帧率进行成像，
所述第2像素控制为根据所述第2控制信号以第2帧率进行成像，
所述第1帧率比所述第2帧率高。
5.如权利要求4所述的成像元件，其特征在于，
所述第1像素在所述第1成像区域中配置多个，
所述第2像素在所述第2成像区域中配置多个。
6.如权利要求5所述的成像元件，其特征在于，
所述第2成像区域的面积比所述第1成像区域的面积大。
7.如权利要求2所述的成像元件，其特征在于，
所述第1像素控制为根据所述第1控制信号以第1帧率进行成像，
所述第2像素控制为根据所述第2控制信号以第2帧率进行成像，
所述第1帧率比所述第2帧率高。
8.如权利要求7所述的成像元件，其特征在于，
所述第1像素在所述第1成像区域中配置多个，
所述第2像素在所述第2成像区域中配置多个。
9.如权利要求8所述的成像元件，其特征在于，
所述第2成像区域的面积比所述第1成像区域的面积大。
10.如权利要求3所述的成像元件，其特征在于，
所述第1像素控制为根据所述第1控制信号以第1帧率进行成像，
所述第2像素控制为根据所述第2控制信号以第2帧率进行成像，
所述第1帧率比所述第2帧率高。
11.如权利要求10所述的成像元件，其特征在于，
所述第1像素在所述第1成像区域中配置多个，
所述第2像素在所述第2成像区域中配置多个。
12.如权利要求11所述的成像元件，其特征在于，
所述第2成像区域的面积比所述第1成像区域的面积大。
13.一种电子设备，其特征在于，具有：
权利要求1至12中任一项所述的成像元件；和设定部，其设定所述像素区域中的所述第1成像区域的配置位置和所述第2成像区域的配置位置。
14.如权利要求13所述的电子设备，其特征在于，
还具有对被摄物体的亮度分布进行解析的解析部，
所述设定部基于由所述解析部解析出的被摄物体的亮度分布来设定所述像素区域中的所述第1成像区域的配置位置和所述第2成像区域的配置位置。
15.如权利要求14所述的电子设备，其特征在于，
所述设定部在所述像素区域中的由所述解析部判断成包含主要被摄物体的区域中设定所述第1成像区域及所述第2成像区域。
16.如权利要求15所述的电子设备，其特征在于，
所述设定部在所述像素区域中的由所述解析部判断成包含主要被摄物体的区域以外的区域中设定所述第2成像区域。
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