專利名稱：攝像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠使用二維布置的多個光電轉(zhuǎn)換器元件進(jìn)行攝像的攝像設(shè)備。
背景技術(shù)：
使用通過拍攝鏡頭的光束來進(jìn)行攝像設(shè)備的自動焦點(diǎn)檢測及調(diào)節(jié)的兩種常用方法為對比度檢測方法(也稱作模糊方法)和相位差焦點(diǎn)檢測方法(也稱作偏移方法)。對比度檢測法廣泛應(yīng)用于運(yùn)動圖像拍攝用攝像機(jī)和靜止電子照相機(jī)，其使用圖像 傳感器作為焦點(diǎn)檢測傳感器。在該方法中，將圖像傳感器的輸出信號中、尤其是高頻分量信 息(對比度信息)集中且該對比度信息的評價(jià)值為最大值處的調(diào)焦透鏡的位置作為對焦位 置。然而，正如它也被稱作登山方法(mountain-climbing method)那樣，該方法涉及在微 小量移動調(diào)焦透鏡時(shí)取得對比度的評價(jià)值，并需要移動透鏡直到判斷出評價(jià)值是最終的最 大值為止，因此，該方法不適于高速焦點(diǎn)控制。相位差焦點(diǎn)檢測方法廣泛應(yīng)用于單鏡頭反光膠片式照相機(jī)，并且是對自動對焦 (AF)單鏡頭反光照相機(jī)的商用化貢獻(xiàn)最大的技術(shù)。在相位差焦點(diǎn)檢測方法中，將通過拍攝 鏡頭的出瞳的光束分離為二，分離出的光束分別由一組焦點(diǎn)檢測傳感器接收。通過根據(jù)所 接收到的光量來檢測輸出信號的偏移量，即，通過檢測在光束的分離方向上的相對位置的 偏移量，能夠直接獲得拍攝鏡頭的離焦量。因此，一旦通過焦點(diǎn)檢測傳感器充電了，即可獲 得鏡頭的離焦量和離焦方向，這使得能夠進(jìn)行高速焦點(diǎn)控制。然而，為了將通過拍攝鏡頭的 出瞳的光束分離為二并獲得每個分離出的光束的信號，通常在攝像光路中設(shè)置諸如快速回 位鏡(quick-return mirror)或半透半反鏡(half-mirror)等的光路分離機(jī)構(gòu)，而焦點(diǎn)檢 測光學(xué)系統(tǒng)和AF傳感器處于末端。結(jié)果，設(shè)備大小和成本增大。然而，與此同時(shí)，即使在單鏡頭反光照相機(jī)中，C⑶和CMOS圖像傳感器現(xiàn)在也廣泛 地取代膠片用作攝像介質(zhì)。結(jié)果，出現(xiàn)了配備有電子取景器模式以及運(yùn)動圖像記錄模式的 機(jī)型，其中，電子取景器模式是通過使快速回位鏡從攝像路徑縮回來實(shí)現(xiàn)的，以在設(shè)置在照 相機(jī)主體中的顯示裝置上顯示被攝體并使得用戶能夠觀看被攝體，運(yùn)動圖像記錄模式用于 同步地將運(yùn)動圖像記錄到記錄介質(zhì)上。這種情況的缺點(diǎn)在于，上述相位差焦點(diǎn)檢測方法的焦點(diǎn)檢測設(shè)備將因快速回位鏡 縮回了而無法操作。為解決上述缺點(diǎn)，公開了一種使圖像傳感器設(shè)置有相位差檢測性能，從而消除了 對專用AF傳感器的需求，并實(shí)現(xiàn)高速相位差A(yù)F的技術(shù)。在日本特開(JPA) 2000-156823號公報(bào)中，通過使光接收部的感測區(qū)域相對于片 上微透鏡(on-chip microlens)的光軸偏移，在圖像傳感器的光接收元件(像素)部中設(shè)置 瞳分割功能。然后，將以預(yù)定間隔布置在攝像像素群之間的像素用作焦點(diǎn)檢測像素，以執(zhí)行 相位差焦點(diǎn)檢測。另外，由于布置了焦點(diǎn)檢測像素的位置對應(yīng)于攝像像素缺失部分，因此， 使用相鄰攝像信息對它們進(jìn)行插值以生成圖像信息。日本特開(JPA) 2000-292686號公報(bào)公開了，通過將圖像傳感器的部分像素的光接收部分割為二來提供瞳分割性能。然后，將以預(yù)定間隔布置在攝像像素群之間的像素用作焦點(diǎn)檢測像素，以執(zhí)行相位差焦點(diǎn)檢測。另外，由于設(shè)置了焦點(diǎn)檢測像素的位置為攝像像 素缺失的位置，因此在該方法中也使用相鄰攝像信息對它們進(jìn)行插值以生成缺失像素的圖 像信息。日本特開(JPA) 2001-305415號公報(bào)公開了，通過將圖像傳感器的部分像素的光 接收部分割為二來設(shè)置瞳分割性能。然后，對來自被分割為二的光接收部的輸出分別執(zhí)行 處理，以執(zhí)行相位差焦點(diǎn)檢測，并且還通過將來自被分割為二的光接收部的輸出相加在一 起用作攝像信號。然而，上述已知技術(shù)有如下缺點(diǎn)。在日本特開(JPA) 2000-156823號公報(bào)、日本特開(JPA) 2000-292686號公報(bào)以及 日本特開(JPA) 2001-305415號公報(bào)中，光接收特性有差別，例如，焦點(diǎn)檢測像素的光接收 部表面區(qū)域比攝像像素的光接收部表面區(qū)域小，或者光接收區(qū)域的重心相對于片上微透鏡 的光軸偏移了。結(jié)果，由于在布置了焦點(diǎn)檢測像素的位置處的像素信息缺失，或者，若被用 作圖像信息則將產(chǎn)生大誤差，因而需要根據(jù)相鄰的攝像像素進(jìn)行插值以生成圖像信號。因此，如果可以減少焦點(diǎn)檢測像素的布置密度，則可以減小上述由于像素缺失 而導(dǎo)致的圖片的劣化，但卻需要付出焦點(diǎn)檢測圖像采樣特性劣化以及焦點(diǎn)檢測性能降低 的代價(jià)。換言之，在本技術(shù)領(lǐng)域，為了既維持焦點(diǎn)檢測性能又防止圖片質(zhì)量劣化，焦點(diǎn) 檢測像素的布置方法非常重要。然而，在日本特開(JPA) 2000-156823號公報(bào)、日本特開 (JPA) 2000-292686號公報(bào)和日本特開(JPA) 2001-305415號公報(bào)中，焦點(diǎn)檢測像素集中在 一個區(qū)域內(nèi)。結(jié)果，焦點(diǎn)檢測區(qū)域局限于攝像區(qū)域的特定位置，并且，在該區(qū)域中，由于此處 的攝像像素的分布密度低，因此圖片質(zhì)量劣化極易被察覺。此外，在電子取景器模式和運(yùn)動圖像模式中，平滑的畫面顯示非常重要。此外，典 型地，還由于分辨率無需比靜止圖像的分辨率高，因而經(jīng)常間除讀出圖像傳感器的輸出來 生成圖像，以增大幀頻。利用日本特開(JPA) 2000-156823號公報(bào)所述的焦點(diǎn)檢測像素的布置，在間除讀 出圖像傳感器的情況下，不讀出焦點(diǎn)檢測像素，從而不能執(zhí)行相位差焦點(diǎn)檢測方法。在日本特開(JPA) 2000-292686號公報(bào)和日本特開(JPA) 2001-305415號公報(bào)所述 的發(fā)明中，由于焦點(diǎn)檢測像素集中在一個區(qū)域內(nèi)，因此在執(zhí)行間除讀出的情況下，焦點(diǎn)檢測 像素也被間除了。結(jié)果，采樣特性劣化并且焦點(diǎn)檢測性能嚴(yán)重劣化。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于在從布置在預(yù)定區(qū)域內(nèi)的部分像素中讀出信號電荷 的情況下，高效地執(zhí)行焦點(diǎn)檢測。根據(jù)本發(fā)明，通過提供一種攝像設(shè)備來實(shí)現(xiàn)上述目的，該攝像設(shè)備包括圖像傳感 器，其具有成對的焦點(diǎn)檢測像素群和多個攝像像素；以及控制部件，其在從布置在所述圖像 傳感器的部分像素內(nèi)的像素部中讀出信號電荷的間除讀出模式下進(jìn)行控制，從而使得至少 所述成對的焦點(diǎn)檢測像素群包括在信號電荷被讀出的所述部分像素中。通過以下(參考附圖)對典型實(shí)施例的說明，本發(fā)明的其它特征將變得清楚。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的攝像設(shè)備的結(jié)構(gòu)的框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的圖像傳感器的框圖；圖3A和圖3B是用于解釋根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的全像素讀出的圖；圖4A和圖4B是用于解釋根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的間除讀出的圖；圖5A和圖5B是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的圖像傳感器的攝像像素的平面圖和剖面 圖；圖6A和6B是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的圖像傳感器的焦點(diǎn)檢測像素的平面圖和剖 面圖；圖7A和7B示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的焦點(diǎn)檢測像素垂直線檢測布置；圖8A和8B示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的焦點(diǎn)檢測像素水平線檢測布置；圖9A和9B示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的焦點(diǎn)檢測像素垂直線/水平線檢測布 置；以及圖IOA和IOB示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的焦點(diǎn)檢測像素垂直線檢測布置。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的攝像設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖，示出將拍攝光學(xué)系統(tǒng)和包括 圖像傳感器的攝像機(jī)主體集成為單個單元的電子攝像機(jī)。在圖1中，附圖標(biāo)記101表示布置 在拍攝光學(xué)系統(tǒng)(調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng))前端的第一透鏡組，支撐第一透鏡組以使其可以沿著光 軸前后移動。附圖標(biāo)記102表示復(fù)用的光圈快門，通過對復(fù)用的光圈快門的開口直徑進(jìn)行 調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)拍攝期間的光量，并且還具有用于在靜止圖像拍攝期間調(diào)節(jié)曝光時(shí)間的功能。 附圖標(biāo)記103表示第二透鏡組。光圈快門102和第二透鏡組103 —起沿著光軸前后移動， 并且協(xié)同第一透鏡組101的前后移動提供倍率改變效果(變焦功能)。附圖標(biāo)記105表示第三透鏡組，其通過沿著光軸前后移動來執(zhí)行焦點(diǎn)調(diào)節(jié)。附圖 標(biāo)記106表示低通光學(xué)濾波器，是用以減少拍攝圖像的偽色和云紋(moir6)的光學(xué)元件。附 圖標(biāo)記107表示由CMOS圖像傳感器和外圍電路構(gòu)成的圖像傳感器。將在m個水平方向和 η個垂直方向的光接收像素上布置了片上拜耳排列(Bayer arrangement)原色馬賽克濾波 器的二維單板彩色傳感器用作圖像傳感器107。附圖標(biāo)記111表示變焦致動器，其通過旋轉(zhuǎn)攝像機(jī)鏡筒(未示出)而使得第一透 鏡組101 第二透鏡組103沿著光軸前后移動，從而執(zhí)行倍率改變操作。附圖標(biāo)記112表 示光圈快門致動器，其控制光圈快門102的開口的直徑并調(diào)節(jié)拍攝的光量，還控制靜止圖 像拍攝期間的曝光時(shí)間。附圖標(biāo)記114表示調(diào)焦致動器，其沿著光軸前后移動第三透鏡組 105并進(jìn)行焦點(diǎn)調(diào)節(jié)。附圖標(biāo)記115表示用于在拍攝期間照明被攝體的電子閃光裝置。優(yōu)選使用氙氣管 的閃光照明裝置，但也可以使用由連續(xù)閃光LED構(gòu)成的照明裝置。附圖標(biāo)記116表示AF輔 助閃光單元，其將具有預(yù)定開孔圖案的掩模的圖像通過投影透鏡投影到被攝體區(qū)域，以改 善針對深色被攝體和低對比度被攝體的焦點(diǎn)檢測能力。附圖標(biāo)記121表示在攝像設(shè)備中以各種方式控制攝像機(jī)主體單元的CPU。例如，CPU 121可以具有計(jì)算單元、ROM、RAM、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器和通信接口電路等。另外， CPU 121基于ROM中存儲的預(yù)定程序來執(zhí)行一系列操作，例如，驅(qū)動攝像設(shè)備的各種電路、 AF、拍攝和圖像處理及記錄等。附圖標(biāo)記122表示電子閃光控制電路，與拍攝操作同步地控制電子閃光裝置115 的接通。附圖標(biāo)記123表示輔助閃光驅(qū)動電路，與焦點(diǎn)檢測操作同步地控制AF輔助閃光單 元116的接通。附圖標(biāo)記124表示圖像傳感器驅(qū)動電路，其控制圖像傳感器107的攝像動 作，以及對所獲取的圖像信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并將轉(zhuǎn)換后的圖像信號傳送至CPU 121。附圖標(biāo) 記125表示圖像處理電路，其對由圖像傳感器107所獲取的圖像進(jìn)行諸如γ轉(zhuǎn)換、顏色插 值以及JPEG壓縮等的處理。附圖標(biāo)記126表示調(diào)焦驅(qū)動電路，其基于焦點(diǎn)檢測結(jié)果來控制調(diào)焦致動器114的 驅(qū)動，以沿著光軸前后移動第三透鏡組105并進(jìn)行焦點(diǎn)調(diào)節(jié)。附圖標(biāo)記128表示光圈快門 驅(qū)動電路，其控制光圈快門致動器112的驅(qū)動并控制光圈快門102的開口。附圖標(biāo)記129 表示變焦驅(qū)動電路，其響應(yīng)于拍攝者的變焦操作驅(qū)動變焦致動器111。附圖標(biāo)記131表示諸如IXD的顯示裝置，其顯示與攝像設(shè)備的拍攝模式有關(guān)的顯 示信息、拍攝前預(yù)覽圖像和拍攝后確認(rèn)圖像以及焦點(diǎn)檢測期間的對焦?fàn)顟B(tài)顯示圖像等。附 圖標(biāo)記132表示操作開關(guān)組，其由電源開關(guān)、釋放(拍攝觸發(fā)器)開關(guān)、變焦操作開關(guān)和拍 攝模式選擇開關(guān)等構(gòu)成。附圖標(biāo)記133表示記錄所拍攝的圖像的可拆卸閃速存儲器。圖2是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的圖像傳感器107的框圖。注意，圖2的框圖示出 用于說明后面將說明的讀出操作所需的最小結(jié)構(gòu)，因而省略了像素重置信號等。在圖2中， 附圖標(biāo)記201表示由光電二極管、像素放大器(pixel amp)和重置開關(guān)等構(gòu)成的光電轉(zhuǎn)換 器單元。下文中，將光電轉(zhuǎn)換器單元稱作PDU(其中，i是水平方向地址且為大于等于1的 整數(shù)，j是垂直方向地址且為大于等于1的整數(shù))。另外，在根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的圖像 傳感器中，二維地布置mXn個光電轉(zhuǎn)換器單元。注意，為了使圖簡單，僅為左上角的光電轉(zhuǎn) 換器單元PDcitl附上針對單個光電轉(zhuǎn)換器單元的附圖標(biāo)記。附圖標(biāo)記202表示用于選擇光電轉(zhuǎn)換器單元PDij輸出的開關(guān)，它們是通過后面將 說明的垂直掃描電路一次一行地選擇的。 附圖標(biāo)記203表示用于臨時(shí)存儲光電轉(zhuǎn)換器單元20 IPDij輸出的行存儲器，其存儲 通過垂直掃描電路207選擇的一行光電轉(zhuǎn)換器單元的輸出?？梢詫㈦娙萜?condenser)用 作行存儲器203。附圖標(biāo)記204表示連接至水平輸出線的開關(guān)，其用于將水平輸出線重置為預(yù)定電 位VHRST，并且通過信號HRST對開關(guān)204進(jìn)行控制。附圖標(biāo)記205表示用于將存儲在行存儲器203中的光電轉(zhuǎn)換器單元PDnm輸出順 次輸出至水平輸出線的開關(guān)。當(dāng)通過下面所述的水平掃描電路206順次掃描開關(guān)Htl Hnrl 時(shí)，讀出一行光電轉(zhuǎn)換器的輸出。附圖標(biāo)記206表示水平掃描電路，用于順次掃描存儲在行存儲器203中的光電轉(zhuǎn) 換器單元輸出以將其輸出至水平輸出線。信號PHST是水平掃描電路206的數(shù)據(jù)輸入，PHl 和PH2是水平掃描電路206的移位時(shí)鐘輸入。水平掃描電路206被配置為當(dāng)PHl為H電 平時(shí)設(shè)置數(shù)據(jù)，并且在PH2時(shí)鎖存數(shù)據(jù)。通過將移位時(shí)鐘輸入至PHl和PH2，PHST順次移位 并順次接通開關(guān)Htl Hnrft5 SKIP是用于在后面將說明的間除讀出期間執(zhí)行設(shè)置的控制端子輸入。通過將SKIP端子設(shè)置為H電平，可以以預(yù)定間隔跳過水平掃描電路206。后面將說 明該讀出操作。附圖標(biāo)記207表示垂直掃描電路。通過順次掃描并輸出V。 Vlri，可以選擇光電轉(zhuǎn) 換器單元PDu選擇開關(guān)202。與水平掃描電路206類似，通過數(shù)據(jù)輸入PVST、移位時(shí)鐘PVl、 移位時(shí)鐘PV2和間除讀出設(shè)置SKIP控制信號來控制垂直掃描電路207。垂直掃描電路207 的操作與水平掃描電路206的操作相同，因此省略其詳細(xì)說明。圖3A和3B是示出讀出圖2所示的圖像傳感器107的所有像素的情況的圖。圖3A 是示出mXη個光電轉(zhuǎn)換器單元201的布置的圖。與圖4Α 圖IOA中相同，圖3Α中描述的 R、G和B符號分別表示應(yīng)用至光電轉(zhuǎn)換器單元PDij的紅色、綠色和藍(lán)色的濾波器。在本實(shí) 施例中，使用拜耳排列作為例子給出說明，其中，在2行X 2列布置的4個像素中，在位于彼 此對角相對的2個像素中布置對G綠色具有光譜敏感度的像素，并且在其它2個像素中分 別布置對R(紅色)和B(藍(lán)色)具有光譜敏感度的1個像素。在圖3Α中，沿上側(cè)的編號是 水平方向編號，沿左側(cè)的編號是垂直方向編號。畫斜線的像素是要讀出的像素。由于圖3Α 示出讀出全部像素的情況，因此在所有像素中畫了斜線。另外，在圖像傳感器107中，通常 設(shè)置有用于檢測黑電平(black level)的遮蔽OB(光黑)像素等，并且也讀出OB像素。然 而，在本實(shí)施例中，不對其進(jìn)行說明以避免使說明變得復(fù)雜。圖3B是示出在讀出圖像傳感器107的所有像素的信號電荷(數(shù)據(jù))的情況下的時(shí) 序圖的圖。CPU 121控制圖像傳感器驅(qū)動電路124，以向圖像傳感器107發(fā)送脈沖?，F(xiàn)在， 參考圖3B給出對于全像素讀出操作的說明。首先，驅(qū)動垂直掃描電路207以使V。有效。此時(shí)，將第0行像素的輸出均輸出至 垂直輸出線。在該狀態(tài)下，使MEM信號有效并將各像素的數(shù)據(jù)采樣保持至行存儲器203。然 后，使PHST有效，輸入PHl和PH2移位時(shí)鐘，使H。 Hnrl順次有效，并且向水平輸出線輸出像 素輸出。像素輸出經(jīng)由放大器208輸出為V0UT，經(jīng)由未示出的AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)， 并且在圖像處理電路125處進(jìn)行預(yù)定圖像處理。然后，垂直掃描電路207使V1有效，向垂直 輸出線輸出第一行的像素輸出，并且類似地通過MEM信號將其臨時(shí)存儲在行存儲器203中。 接下來，以同樣的方式，使PHST有效，輸入PHl和PH2移位時(shí)鐘，使H。 Hnri順次有效，并且 向水平輸出線輸出像素輸出。以這種方式，順次執(zhí)行直到讀出第n-1行為止。圖4A和圖4B是示出對圖2所示的圖像傳感器107的間除讀出的例子的圖。圖4A 是示出布置在圖3A所示的相同的圖像傳感器中的第一預(yù)定區(qū)域內(nèi)的mXn個光電轉(zhuǎn)換器單 元201的圖。畫斜線的像素單元是間除讀出期間要讀出的像素。在本實(shí)施例中，將讀出在 水平方向及垂直方向上均間除至1/3。圖4B是示出間除讀出期間的時(shí)序圖的圖?，F(xiàn)在使用圖4B所示的時(shí)序圖來給出對于間除讀出操作的說明。通過使水平掃描電路206控制端子和SKIP端有效來執(zhí)行間除讀 出設(shè)置。通過使SKIP端子有效，將水平掃描電路206和垂直掃描電路207的操作從對于每 單個像素的順次掃描改變?yōu)閷γ咳齻€像素的順次掃描。實(shí)現(xiàn)的具體方法是已知技術(shù)，因此 省略其詳細(xì)說明。在間除操作中，首先，驅(qū)動垂直掃描電路207以使得V。有效。此時(shí)，將第0行的像 素的輸出均輸出至垂直輸出線。在該狀態(tài)下，使MEM信號有效并將各像素的數(shù)據(jù)采樣保持 至行存儲器203。然后，使PHST有效并輸入PHl和PH2移位時(shí)鐘。此時(shí)，利用使得SKIP端子有效的設(shè)置，改變移位寄存器路徑，以便以每三個像素的方式，例如按HpHyH6…Hm_3將像 素輸出順次輸出至水平輸出線。像素輸出經(jīng)由放大器208輸出為VOUT，經(jīng)由未示出的AD轉(zhuǎn) 換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并且在圖像處理電路125處進(jìn)行預(yù)定圖像處理。接下來，與水平掃描 電路206類似地，垂直掃描電路207跳過V1和V2而使V3有效，并且向垂直輸出線輸出第三 行的像素輸出。然后，通過MEM信號將像素輸出臨時(shí)存儲在行存儲器203中。然后，與第0 行類似地，使PHST有效，輸入PHl和PH2移位時(shí)鐘，使HQ、H3、!V·· Hm_3順次有效，并且向水平 輸出線輸出像素輸出。以這種方式，順次執(zhí)行直到讀出第n-3行為止。這樣，如上所述，在 水平方向和垂直方向上均執(zhí)行了 1/3間除讀出。 圖5A和5B是示出攝像像素的結(jié)構(gòu)的圖，圖6A和圖6B是示出焦點(diǎn)檢測像素的結(jié) 構(gòu)的圖。在本實(shí)施例中，下述結(jié)構(gòu)的焦點(diǎn)檢測像素以預(yù)定的規(guī)則分散在整個上述拜耳排列 中。圖5A和圖5B示出攝像像素的布置和結(jié)構(gòu)。圖5A是2行X2列的攝像像素的平 面圖。已知在拜耳排列中，將G像素布置為彼此對角，將R像素和B像素布置在另外兩個像 素處。重復(fù)該2行X2列結(jié)構(gòu)，以進(jìn)行布置。圖5B中示出沿圖5A的A-A的剖面圖。ML是布置在各個像素前表面上的片上微透 鏡，CFk是R(紅)濾色器，CFe是G (綠)濾色器。PD (光電二極管，PhotoDiode)示意性地 示出圖2所示的CMOS圖像傳感器的光電轉(zhuǎn)換器單元201。CL(接觸層，ContactLayer)是 示出用于形成CMOS圖像傳感器中傳送各種信號的信號線的配線層。TL示意性示出拍攝光 學(xué)系統(tǒng)。這里，攝像像素的片上微透鏡ML和光電轉(zhuǎn)換器元件PD被構(gòu)造為使得有效攝取盡 可能多的通過拍攝光學(xué)系統(tǒng)TL(拍攝鏡頭，Taking Lens)的光束。換言之，微透鏡ML使拍 攝光學(xué)系統(tǒng)TL出瞳EP與光電轉(zhuǎn)換器元件PD成配合關(guān)系，此外，將光電轉(zhuǎn)換器元件PD的有 效表面積設(shè)計(jì)為大的表面積。另外，盡管在圖5B中僅給出了對進(jìn)入R像素的光束的說明， G像素和B(藍(lán)色)像素也具有相同的結(jié)構(gòu)。因此，用于RGB攝像像素的出瞳EP為大直徑， 以便有效攝取來自被攝體的光束(光子)并改善圖像信號S/N比。圖6A和6B示出拍攝光學(xué)系統(tǒng)的用于水平方向(第一方向)上的瞳分割的焦點(diǎn)檢 測像素的布置和結(jié)構(gòu)。通過在水平方向上分割出瞳，可以對水平方向上具有諸如垂直條紋 的亮度分布的被攝體進(jìn)行焦點(diǎn)檢測。圖6A是包括焦點(diǎn)檢測像素的2行X2列像素的平面 圖。在獲得用于記錄或觀看的圖像信號的情況下，在G像素處獲取了亮度信息主成分。這是 因?yàn)?，人體圖像識別特性對亮度信息敏感，并且圖片質(zhì)量劣化在G像素缺失時(shí)容易被察覺。 相比之下，盡管R像素和B像素是獲取顏色信息(色差信息)的像素，但是，由于人視覺特 性對顏色信息不敏感，因此即便獲取顏色信息的像素的有一定量的缺失，也難于識別圖片 質(zhì)量劣化。因此，在本實(shí)施例中，對于2行X2列像素，保留G像素作為攝像像素，而將R像 素和B像素替換為焦點(diǎn)檢測像素。圖6A示出由這些焦點(diǎn)檢測像素構(gòu)成的第一焦點(diǎn)檢測像 素群，作為Sha和Shb。在圖6B中示出沿圖6A所示的A-A的剖面圖。微透鏡ML和光電轉(zhuǎn)換器元件PD具 有與圖5B所示的攝像像素相同的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，由于在圖像生成中不使用焦點(diǎn)檢測 像素信號，設(shè)置透明膜CFw(白色)替代顏色分離濾色器。另外，為了在光電轉(zhuǎn)換器元件PD 處執(zhí)行瞳分割，使配線層CL中的開口相對于微透鏡ML的中心線偏移。具體地，使像素Sha的開口 0PHA(在圖6A和圖6B中朝向右側(cè))水平偏移，以便接收通過拍攝光學(xué)系統(tǒng)TL的左 側(cè)的出瞳EPhaW光束。如像素Sha那樣具有開口 OPhaW像素群是用于檢測相對后面將說明 的像素Shb像素群的圖像偏移量的基準(zhǔn)像素群。類似地，使像素Shb的開口 OPhb沿像素Sha 的相反方向朝向左側(cè)偏移，并且接收通過拍攝光學(xué)系統(tǒng)TL的右側(cè)的出瞳EPhb的光束。如像 素Shb那樣具有開口 OPhb的像素群是用于檢測相對像素Sha像素群的圖像偏移量的基準(zhǔn)像素 群。因此，假定通過規(guī)則排列像素Sha群而使其在一個方向上以相等的間隔隔開所獲取的被 攝體圖像為圖像A。然后，如果假定通過規(guī)則排列像素Shb群而使其在一個方向上以相等的 間隔隔開所獲取的被攝體圖像為圖像B，則通過檢測圖像A和圖像B的相對位置，可以測得 被攝體圖像離焦的量(離焦量，defocus amount)。因此，不能僅根據(jù)圖像A或僅根據(jù)圖像B獲得離焦量，這是因?yàn)橛?jì)算離焦量必需檢 測圖像A相對于圖像B (或反之亦然)的相對位置。此外，如圖7A和7B所示，可通過沿與圖6A和圖6B所示的偏移方向相反的方向偏 移開口 OPh^P OPhb來計(jì)算離焦量，S卩，開口 OPha向左偏移，而開口 OPhb向右偏移。此外，在期望檢測在垂直方向(第二方向)上具有亮度分布的被攝體的離焦量的 情況下，如后面所述，可將排列旋轉(zhuǎn)90度，從而使得像素Sha的開口 OPha朝向底部偏移并且 使像素Shb的開口 OPhb朝向頂部偏移?？蛇x地，可使開口 OPha朝向頂部偏移并且可使開口 OPm朝向底部偏移。圖7A和7B是示出攝像像素和焦點(diǎn)檢測像素的布置的圖。圖7A示出間除后的像 素分布，其中，將像素?cái)?shù)量在水平方向上間除至1/3并且在垂直方向上間除至1/3。在圖7A 中，G、R和B是在間除讀出期間讀出的像素。圖7A中未寫附圖標(biāo)記的空白像素是在間除讀 出期間不讀出的像素。另外，由于焦點(diǎn)檢測用像素不能用于攝像，在本實(shí)施例中，將焦點(diǎn)檢測用像素在水 平方向上和垂直方向上以一定間隔分散布置。此外，優(yōu)選為不在G像素部分布置焦點(diǎn)檢測 用像素，以便圖像的劣化不會變得可察覺。在本實(shí)施例中，將一組像素Sha和像素Shb布置在 圖7A中以粗線表示的4X4像素塊(間除前像素布置中的12X12像素)之內(nèi)。整個圖7B 中所示的BL0CK_H(i，j)表示塊(BLOCK)名稱。進(jìn)行排列，使得按4X4塊完成排列順序。關(guān)于焦點(diǎn)檢測像素的排列，在具有相同水平編號且具有不同垂直編號的塊BL0CK_ H中，使像素Sha和Shb的位置沿水平方向偏移一個像素(間除前像素布置中的三個像素)。 更具體地，在 BL0CK_H(0,0), BL0CK_H(0，1)，BL0CK_H(0，2)和 BL0CK_H(0,3)中，使像素 Sha 和Shb的位置沿水平方向偏移一個像素(間除前像素布置中的三個像素)。通過圖7B中的 箭頭來表示之。如此設(shè)計(jì)以改善分散布置的焦點(diǎn)檢測像素群的采樣特性。即，由于像素Sha 和像素Shb是水平分割瞳的像素群，因而偏移量以1個像素為單位，以增大水平方向上的采 樣密度。 圖7B是示出塊BL0CK_H(i，j)之間的布置順序的圖。圖7B中以粗方框線示出的 部分表示塊BL0CK_H(i，j)。圖7B中的箭頭示意性地表示具有與塊BL0CK_H(0,0)相同的像 素布置的塊為BL0CK_H(1，1)、BL0CK_H(2，2)和BL0CK_H(3，3)。類似地，圖7B中的箭頭還表 示具有與塊BL0CK_H(0，1)相同的像素布置的塊為BL0CK_H(1，2)、BL0CK_H(2，3)和BL0CK_ H(3，0)。相同的說明適用于塊BL0CK_H(0，2)和BL0CK_H(0，3)，并在此省略對這些塊的說 明。通過以塊為單位偏移相位來布置焦點(diǎn)檢測像素，改善了垂直方向上的采樣特性。
與圖7A類似，圖8A是示出攝像像素和焦點(diǎn)檢測像素的布置的圖。與圖7A類似， 圖8A示出間除后的像素分布，其中，將像素?cái)?shù)量在水平方向上間除至1/3并且在垂直方向 上間除至1/3。在圖8A中，G、R和B是在間除讀出期間讀出的像素。圖8A中未寫附圖標(biāo)記 的空白像素表示在間除讀出期間不讀出的像素。圖8A中的像素Svc像素群是通過使像素開 口 OPvc在垂直方向(朝向圖8A的頂部)偏移而形成的焦點(diǎn)檢測像素，并且是用于檢測相對 后面將說明的像素Svd像素群在垂直方向上的圖像偏移量的基準(zhǔn)像素群。像素Svd是通過使 像素開口 OPvd沿與像素Stc相反的方向向下偏移而形成的像素，并且與像素Svc像素群一起 被設(shè)置為用于對垂直方向上的圖像偏移量進(jìn)行檢測。像素\。和Svd構(gòu)成第二焦點(diǎn)檢測像素 群。另外，由于焦點(diǎn)檢測用像素不能用于攝像，在本實(shí)施例中，將焦點(diǎn)檢測用像素沿水 平方向和垂直方向以一定間隔分散地布置。此外，優(yōu)選為不將焦點(diǎn)檢測用像素布置在G像 素位置，以便圖像的劣化不會變得可察覺。在本實(shí)施例中，將一組像素Stc和像素Svd布置在 圖8A中以粗線表示的4X4像素(間除前像素布置中的12X12像素)的各個塊之內(nèi)。整 個圖8B中所示的BL0CK_V(i，j)表示塊名稱。進(jìn)行布置，使得按4X4塊完成排列順序。若 旋轉(zhuǎn)90度以與瞳分割的方向一致，則該布置順序與圖7A和圖7B中所示的順序相同。圖9A和9B示出可在相同視野內(nèi)檢測圖7A、圖7B、圖8A和圖8B的水平方向和垂 直方向上的圖像偏移量的結(jié)構(gòu)。在圖9A和9B中，將BL0CK_H(i，j)(用于檢測水平方向上 的偏移量)和BL0CK_V(i，j)(用于檢測垂直方向上的偏移量)布置為交錯格圖案。圖9A示出還描述了像素部分的詳細(xì)布置。通過使用水平和垂直檢測用的4X4塊 的交錯格圖案結(jié)構(gòu)，以8X8塊完成1個圖案，但是，僅描述了 4X4塊以避免使附圖變得復(fù) 雜，。以BL0CK_C(i，j)給出按交錯格圖案排列的塊名稱。圖9B是示出與圖9A中描述的BL0CK_C(i，j)相對應(yīng)的BL0CK_H(i，j)禾Π BL0CK_ V(i, j)的圖。通過參考圖9B，可以看出交錯格圖案的規(guī)律。圖IOA是進(jìn)一步示出當(dāng)在電子取景器放大模式中以及在運(yùn)動圖像的數(shù)字縮放中， 用于與提取和讀出拍攝畫面的一個區(qū)域相對應(yīng)的垂直線檢測的檢測像素的布置。在圖IOA 中，基本布置是圖7A和圖7B中所示的布置。盡管放大和數(shù)字縮放是部分地讀出拍攝區(qū)域部的模式，在不進(jìn)行間除的情況下讀 出所讀入?yún)^(qū)域內(nèi)的所有像素。因此，在這種情況下，除在間除讀出模式中讀出的第一焦點(diǎn)檢 測像素群之外，還補(bǔ)充設(shè)置像素Sha和像素Shb作為第三焦點(diǎn)檢測像素群，這可以進(jìn)一步改善 焦點(diǎn)檢測精度。與圖7A類似，圖IOA是示出攝像像素和焦點(diǎn)檢測像素的布置的圖。與圖7A類似， 圖IOA示出間除后的像素分布，其中，將像素?cái)?shù)量在水平方向上間除至1/3并且在垂直方向 上間除至1/3。圖IOA中的G、R和B是在間除讀出期間讀出的像素。圖IOA中沒有寫附圖 標(biāo)記的空白像素表示在間除讀出期間不讀出的像素。在放大和數(shù)字縮放期間還讀取、放大 并顯示圖IOA中的空白部分像素。焦點(diǎn)檢測像素布置順序基于與圖7A和圖7B相同的思路，在此省略其詳細(xì)解釋。圖IOA中空心箭頭指示的SA像素是補(bǔ)充設(shè)置的像素，以便改善在全像素讀出期間的采樣。布 置空心箭頭指示的SA像素，作為在間除讀出期間讀出的、以黑箭頭指示的SA像素的補(bǔ)充， 以最小化采樣間距。
如圖7A和圖8A所示的布置那樣，與水平方向相比，垂直方向采樣更分散，以防止 圖像劣化。在圖IOB中，按塊示出布置順序，并且與圖7B的順序相同。另外，針對水平線的焦點(diǎn)檢測，如圖8A和圖8B的水平線檢測像素布置中那樣，優(yōu) 選為在全像素讀出期間，如在圖IOA和圖IOB中，除在間除讀出期間讀出的第二焦點(diǎn)檢測 像素群之外，還補(bǔ)充布置像素Stc和像素Svd作為第三焦點(diǎn)檢測像素群。根據(jù)圖7A和圖IOA 已清楚其布置順序，因此省略其詳細(xì)說明。同樣可以使用如圖9B所示的相同結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)相同視野內(nèi)的垂直和水平線檢測， 因此省略其說明。因此，如上所述，將焦點(diǎn)檢測像素群分散布置在間除讀出期間讀出的像素群中。具 體地，進(jìn)行排列，使得在間除讀出期間分別讀出通過瞳分割而獲得的圖像A和圖像B中一對 像素Sha和像素Shb中的兩者。這是因?yàn)?，需要檢測圖像A和圖像B之間的相對位置以計(jì)算 離焦量。類似地，排列分別用于形成圖像A和圖像B的一對像素Svc和SVD，以在間除讀出期 間將其讀出。在前述方式中，即使對于利用全部像素進(jìn)行拍攝的靜止圖像拍攝，也完全能夠在 抑制間除讀出模式中的圖片質(zhì)量劣化的同時(shí)確保焦點(diǎn)檢測精度。這樣，可以執(zhí)行根據(jù)間除讀出電子取景器模式和運(yùn)動圖像模式的靜止圖像拍攝， 而無需執(zhí)行全像素讀出以及重新進(jìn)行焦點(diǎn)檢測。另外，在讀出攝像像素的一部分而不進(jìn)行間除的情況下，如在電子取景器放大模 式和在運(yùn)動圖像數(shù)字縮放中，焦點(diǎn)檢測像素設(shè)置在在間除讀出期間不被讀出的像素部分 處，從而能夠進(jìn)一步改善焦點(diǎn)檢測精度。應(yīng)當(dāng)注意，以上分別參考圖7A、8A、9A和IOA說明了圖像A和B的像素Sha與像素 Shb或者像素Stc與像素Svd中的每對在水平方向上或者在垂直方向上偏移排列。在計(jì)算離 焦量時(shí)，應(yīng)考慮該偏移。該偏移防止了用于提取亮度信號的G濾色器減少。變形例焦點(diǎn)檢測像素布置僅為示例。因此，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可存在各種布置，并且這些 布置包涵于本發(fā)明中。并且，攝像像素間除讀出中所涉及的比例不局限于1/3，而可以根據(jù) 方便而變化，并且這種變化也包括在本發(fā)明中。此外，通過本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中所用的焦點(diǎn)檢測像素，2個像素形成1組。因此，對 于被分割為二的瞳區(qū)域，一個像素接收通過一個瞳的光束，以及另一像素接收通過另一個 瞳的光束。相比之下，通過如日本特開(JPA) 2003-156677中公開的攝像像素那樣將在片上 微透鏡后面的光電轉(zhuǎn)換器單元分割為多個部分，可以執(zhí)行拍攝鏡頭的瞳分割。在這種情況 下，使用如下構(gòu)成的攝像像素使得分別獲取來自分割后的瞳區(qū)域的光束并輸出這些像素。本發(fā)明的焦點(diǎn)檢測設(shè)備不僅可用于電子照相機(jī)，還可用于例如進(jìn)行運(yùn)動圖像攝像 的攝影機(jī)(攝像機(jī))、各種檢測攝像機(jī)、監(jiān)視攝像機(jī)、內(nèi)窺鏡攝像機(jī)和機(jī)器人攝像機(jī)等。盡管參考典型實(shí)施例說明了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解，本發(fā)明不局限于所公開的典型 實(shí)施例。所附權(quán)利要求書的范圍符合最寬的解釋，以包含所有這類修改、等同結(jié)構(gòu)和功能。本申請要求2007年08月06日提交的日本專利申請2007-204574的優(yōu)先權(quán)，其全 部內(nèi)容通過引用包含于此。
權(quán)利要求
一種攝像設(shè)備，包括圖像傳感器，其具有成對的焦點(diǎn)檢測像素群和多個攝像像素；以及控制部件，其在從布置在所述圖像傳感器的部分像素內(nèi)的像素部中讀出信號電荷的間除讀出模式下進(jìn)行控制，從而使得至少所述成對的焦點(diǎn)檢測像素群包括在信號電荷被讀出的所述部分像素中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像設(shè)備，其特征在于，所述圖像傳感器包括在第一方向上 被瞳分割的成對的焦點(diǎn)檢測像素群和在與所述第一方向垂直的第二方向上被瞳分割的成 對的焦點(diǎn)檢測像素群，其中，所述控制部件進(jìn)行控制，以至少從在所述第一方向上被瞳分割的成對的焦點(diǎn)檢測像素 群和在所述第二方向上被瞳分割的成對的焦點(diǎn)檢測像素群讀取信號電荷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像設(shè)備，其特征在于，除所述焦點(diǎn)檢測像素群之外，所述圖 像傳感器還包括其它的焦點(diǎn)檢測像素群，其中，所述控制部件進(jìn)行控制，從而使得當(dāng)指定了數(shù)字縮放時(shí)，讀出布置在作為放大區(qū)域的 所述圖像傳感器的預(yù)定區(qū)域內(nèi)的所有像素的信號電荷，并且除布置在所述預(yù)定區(qū)域內(nèi)的焦 點(diǎn)檢測像素之外，還從所述其它的焦點(diǎn)檢測像素群讀出信號電荷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像設(shè)備，其特征在于，所述控制部件基于從瞳分割后的所 述成對的焦點(diǎn)檢測像素群中讀出的信號電荷來計(jì)算離焦量。
全文摘要
一種攝像設(shè)備，包括圖像傳感器，其具有成對的焦點(diǎn)檢測像素群和多個攝像像素；以及控制單元，其在從布置在所述圖像傳感器的部分像素內(nèi)的像素部中讀出信號電荷的間除讀出模式下進(jìn)行控制，從而使得至少所述成對的焦點(diǎn)檢測像素群包括在信號電荷被讀出的所述部分像素中。
文檔編號H04N5/335GK101821657SQ20088010227
公開日2010年9月1日 申請日期2008年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月6日
發(fā)明者谷口英則 申請人:佳能株式會社