攝像設(shè)備的制作方法
【專利摘要】一種攝像設(shè)備包括：圖像傳感器，其包括攝像像素和焦點(diǎn)檢測(cè)像素，其中所述攝像像素生成圖像生成用的信號(hào)，所述焦點(diǎn)檢測(cè)像素將攝像鏡頭的光瞳區(qū)域分割成多個(gè)光瞳區(qū)域，并且通過對(duì)來自經(jīng)過分割所獲得的光瞳區(qū)域的被攝體圖像進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，來生成相位差檢測(cè)用的信號(hào)；切換單元，其在全部像素讀出模式和間隔剔除讀出模式之間進(jìn)行切換，其中在所述全部像素讀出模式下，讀出來自所述多個(gè)像素的全部像素的信號(hào)，在所述間隔剔除讀出模式下，間隔剔除并讀出所述多個(gè)像素的信號(hào)；以及控制單元，其在所述切換部件將模式切換成所述間隔剔除讀出模式的情況下，在圖像生成所使用的攝像行和包括所述焦點(diǎn)檢測(cè)像素的焦點(diǎn)檢測(cè)行中彼此獨(dú)立地控制電荷累積。
【專利說明】攝像設(shè)備
[0001](本申請(qǐng)是國(guó)際申請(qǐng)日為2010年2月I日、國(guó)家申請(qǐng)?zhí)枮?01080005180.2、發(fā)明名稱為“攝像設(shè)備”的申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種包括具有以兩維形式配置的多個(gè)像素的圖像傳感器的攝像設(shè)備?！颈尘凹夹g(shù)】
[0003]作為針對(duì)攝像設(shè)備的自動(dòng)焦點(diǎn)檢測(cè)/調(diào)節(jié)方法的、使用穿過了攝像鏡頭的光束的普通技術(shù)，已知對(duì)比度檢測(cè)技術(shù)(還稱為“模糊技術(shù)”)和相位差檢測(cè)技術(shù)(還稱為“偏移技術(shù)”)。對(duì)比度檢測(cè)技術(shù)是拍攝運(yùn)動(dòng)圖像的攝錄裝置(便攜式攝像機(jī))和數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)等中所廣泛使用的技術(shù)，并且在這種情況下，使用其圖像傳感器作為焦點(diǎn)檢測(cè)傳感器。該技術(shù)關(guān)注從圖像傳感器所輸出的信號(hào)，尤其關(guān)注該信號(hào)的高頻成分的信息(對(duì)比度信息)，并且使用該高頻成分信息的評(píng)價(jià)值最高的攝像鏡頭的位置作為聚焦位置。然而，如名稱“爬山技術(shù)”所暗示的那樣，在微小移動(dòng)攝像鏡頭的同時(shí)求得評(píng)價(jià)值，并且最終必須將該透鏡移動(dòng)至可以檢測(cè)到最大評(píng)價(jià)值的位置處，因此該技術(shù)不適合于快速焦點(diǎn)調(diào)節(jié)。
[0004]在使用銀鹽膠片的單鏡頭反光照相機(jī)中通常使用另一技術(shù)、即相位差檢測(cè)技術(shù)，并且該技術(shù)是最有利于在單鏡頭反光照相機(jī)中實(shí)際應(yīng)用自動(dòng)焦點(diǎn)(AF)檢測(cè)的技術(shù)。利用相位差檢測(cè)技術(shù)，將穿過攝像鏡頭的出射光瞳的光束分割成兩部分，并且通過一對(duì)焦點(diǎn)檢測(cè)傳感器接收由此得到的光束；檢測(cè)基于所接收到的光的量而輸出的信號(hào)的偏移量，或者換句話說，檢測(cè)光束在分割方向上的相對(duì)位置偏移量。結(jié)果，直接檢測(cè)攝像鏡頭在調(diào)焦方向上的偏移量。因此，可以通過使用焦點(diǎn)檢測(cè)傳感器進(jìn)行單個(gè)累積操作獲得調(diào)焦偏移的量和方向，因而可以進(jìn)行快速焦點(diǎn)調(diào)節(jié)操作。然而，為了將穿過攝像鏡頭的出射光瞳的光束分割成兩部分并且獲得與由此得到的光束相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，通常在攝像用的光路中設(shè)置諸如快速復(fù)原鏡或半透半反鏡等的用于分割光路的部件，并且通常在其端部設(shè)置焦點(diǎn)檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)和AF傳感器。這樣的缺點(diǎn)在于設(shè)備的尺寸增大并且成本升高。
[0005]為了避免上述缺點(diǎn)，提出了如下的技術(shù)，在該技術(shù)中，向圖像傳感器設(shè)置相位差檢測(cè)功能，以消除對(duì)專用AF傳感器的需要并且實(shí)現(xiàn)高速相位差A(yù)F。
[0006]例如，在日本特開2000-156823(以下稱為“專利文獻(xiàn)I”)中，通過在圖像傳感器的一些光接收元件(像素)中使光接收部的感光區(qū)域相對(duì)于片上微透鏡的光軸偏心來提供光瞳分割功能。通過使用這些像素作為焦點(diǎn)檢測(cè)像素并且將這些焦點(diǎn)檢測(cè)像素以預(yù)定間隔布置在進(jìn)行攝像所使用的像素組中，來實(shí)現(xiàn)進(jìn)行相位差焦點(diǎn)檢測(cè)的結(jié)構(gòu)。由于配置焦點(diǎn)檢測(cè)像素的區(qū)域?qū)?yīng)于不存在攝像像素的區(qū)域，因而使用來自周邊攝像像素的信息通過插值來產(chǎn)生圖像信息。另外，在拍攝運(yùn)動(dòng)圖像時(shí)，在從圖像傳感器進(jìn)行讀出時(shí)，執(zhí)行間隔剔除，而在如運(yùn)動(dòng)圖像一樣、需要特定幀頻的情況下，通過補(bǔ)償由焦點(diǎn)檢測(cè)像素所引起的缺失來產(chǎn)生圖像信息的速度太慢，因此將焦點(diǎn)檢測(cè)像素配置在該間隔剔除讀出期間沒有讀出的行中。
[0007]同時(shí)，日本特開2003-189183(以下稱為“專利文獻(xiàn)2”)公開了如下的攝像設(shè)備，其中該攝像設(shè)備為了提高運(yùn)動(dòng)圖像的圖像質(zhì)量并提高低亮度時(shí)的感光度，能夠在間隔剔除讀出模式和相加讀出模式之間進(jìn)行切換以進(jìn)行輸出。換句話說，專利文獻(xiàn)2提出了:在被攝體的空間頻率高并且可以預(yù)測(cè)出發(fā)生摩爾紋時(shí)，通過在相加模式下進(jìn)行讀出以便減少摩爾紋，或者在亮度高并且可以預(yù)測(cè)出發(fā)生拖尾的情況下使用間隔剔除讀出模式，從而提高運(yùn)動(dòng)圖像的圖像質(zhì)量。
[0008]另外，在日本特開2008-85535(以下稱為“專利文獻(xiàn)3”)中，以與專利文獻(xiàn)I相同的方式，通過在圖像傳感器的一些光接收元件(像素)中使光接收部的感光區(qū)域相對(duì)于片上微透鏡的光軸偏心來提供光瞳分割功能。通過使用這些像素作為焦點(diǎn)檢測(cè)像素并且將這些焦點(diǎn)檢測(cè)像素以預(yù)定間隔配置在進(jìn)行攝像所使用的像素組中，來實(shí)現(xiàn)進(jìn)行相位差焦點(diǎn)檢測(cè)的結(jié)構(gòu)。專利文獻(xiàn)3還提出了:使攝像像素組和焦點(diǎn)檢測(cè)像素組的累積控制信號(hào)獨(dú)立，并對(duì)于這兩個(gè)像素組采用不同的累積時(shí)間，由此增大了所拍攝圖像的幀頻并且提高了焦點(diǎn)檢測(cè)像素組的針對(duì)低亮度被攝體的性能。
[0009]然而，上述已知技術(shù)存在諸如以下所述的問題。
[0010]對(duì)于專利文獻(xiàn)I公開的技術(shù)，有三種類型的讀出模式:靜止圖像模式，其讀出所有像素；間隔剔除讀出模式，其進(jìn)行間隔剔除以僅讀出存在攝像像素組的行；以及測(cè)距讀出模式，其僅讀出焦點(diǎn)檢測(cè)像素組。由于該原因，在使用電子取景器的情況下以及在運(yùn)動(dòng)圖像模式的情況下等，沒有讀出焦點(diǎn)檢測(cè)像素，因而盡管可以提高運(yùn)動(dòng)圖像的幀頻，但是存在的問題是在正顯示運(yùn)動(dòng)圖片時(shí)，無法進(jìn)行使用相位差技術(shù)的高速焦點(diǎn)檢測(cè)。
[0011]專利文獻(xiàn)2公開的發(fā)明涉及根據(jù)對(duì)運(yùn)動(dòng)圖像進(jìn)行讀出時(shí)的場(chǎng)景而在間隔剔除讀出模式和相加讀出模式之間進(jìn)行切換。在圖像傳感器中沒有配置焦點(diǎn)檢測(cè)像素，因而從一開始就沒有考慮使用圖像傳感器的一部分像素來進(jìn)行相位差焦點(diǎn)檢測(cè)。例如，即使存在焦點(diǎn)檢測(cè)像素，然而由于上述原因，這些焦點(diǎn)檢測(cè)像素也不會(huì)被用于圖像信息，因而在相加讀出模式期間，焦點(diǎn)檢測(cè)像素?zé)o法與攝像像素相加。此外，如果試圖使用焦點(diǎn)檢測(cè)像素進(jìn)行焦點(diǎn)檢測(cè)，則即使在相加讀出模式期間，也需要單獨(dú)讀出焦點(diǎn)檢測(cè)像素。
[0012]專利文獻(xiàn)3公開的發(fā)明采用如下的結(jié)構(gòu):在該結(jié)構(gòu)中，使攝像像素組和焦點(diǎn)檢測(cè)像素組的累積控制信號(hào)獨(dú)立，并且可以設(shè)置各像素組的最佳累積時(shí)間，由此使圖像顯示刷新能力和低亮度被攝體的測(cè)距能力并存。然而，存在的問題是:像素之間所配置的信號(hào)線的數(shù)量增加，導(dǎo)致像素的開口率的下降和像素的感光度的降低。同時(shí)，作為這里所述發(fā)明的變形例，專利文獻(xiàn)3公開了使累積控制信號(hào)在攝像像素和焦點(diǎn)檢測(cè)像素之間共通化。優(yōu)點(diǎn)在于:攝像像素和焦點(diǎn)檢測(cè)像素之間的配線減少，從而提高了開口率。然而，這也意味著對(duì)于攝像像素和焦點(diǎn)檢測(cè)像素來說累積控制是相同的。因此，專利文獻(xiàn)3公開了將焦點(diǎn)檢測(cè)像素組的輸出相加多次，以提高焦點(diǎn)檢測(cè)像素的S/N比。然而，問題在于:盡管在讀出之后對(duì)輸出進(jìn)行相加，然而由于也同樣將來自像素放大器或讀出增益放大器等的噪聲相加了多次，因而并沒有如在累積時(shí)間控制的情況下一樣提高S/N比。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明是考慮到上述問題而實(shí)現(xiàn)的，并且在顯示運(yùn)動(dòng)圖片期間使用相位差技術(shù)進(jìn)行焦點(diǎn)檢測(cè)時(shí)，提高焦點(diǎn)檢測(cè)像素的S/N比。
[0014]為了解決上述問題并實(shí)現(xiàn)上述改進(jìn)，根據(jù)本發(fā)明的攝像設(shè)備包括:圖像傳感器，其具有二維配置的多個(gè)像素，所述圖像傳感器包括攝像像素和離散地配置在多個(gè)所述攝像像素之間的焦點(diǎn)檢測(cè)像素，其中，所述攝像像素通過對(duì)攝像鏡頭所形成的被攝體圖像進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換來生成圖像生成用的信號(hào)，所述焦點(diǎn)檢測(cè)像素將所述攝像鏡頭的光瞳區(qū)域分割成多個(gè)光瞳區(qū)域，并且通過對(duì)來自經(jīng)過分割所獲得的光瞳區(qū)域的被攝體圖像進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換來生成相位差檢測(cè)用的信號(hào)；切換部件，其在全部像素讀出模式和間隔剔除讀出模式之間進(jìn)行切換，其中，在所述全部像素讀出模式下，讀出來自所述多個(gè)像素的全部像素的信號(hào)，在所述間隔剔除讀出模式下，間隔剔除并讀出所述多個(gè)像素的信號(hào)；以及控制部件，其在所述切換部件將模式切換成所述間隔剔除讀出模式的情況下，在圖像生成所使用的攝像行和包括所述焦點(diǎn)檢測(cè)像素的焦點(diǎn)檢測(cè)行中彼此獨(dú)立地控制電荷累積。
[0015]通過以下(參考附圖)對(duì)典型實(shí)施例的說明，本發(fā)明的其它特征將變得明顯。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的照相機(jī)的結(jié)構(gòu)的圖；
[0017]圖2A和2B分別是根據(jù)第一實(shí)施例的圖像傳感器中的攝像像素的平面圖和斷面圖；
[0018]圖3A和3B分別是根據(jù)第一實(shí)施例的圖像傳感器中的焦點(diǎn)檢測(cè)像素的平面圖和斷面圖；
[0019]圖4是示出根據(jù)第一實(shí)施例的圖像傳感器中的像素陣列的圖；
[0020]圖5是示出根據(jù)第一實(shí)施例的圖像傳感器中的像素電路的圖；
[0021]圖6是示出根據(jù)第一實(shí)施例的圖像傳感器的總體結(jié)構(gòu)的框圖；
[0022]圖7是示出根據(jù)第一實(shí)施例的整個(gè)畫面的累積和讀出操作的圖；
[0023]圖8是示出根據(jù)第一實(shí)施例在間隔剔除期間的累積和讀出操作的圖；
[0024]圖9是示出根據(jù)第一實(shí)施例在焦點(diǎn)檢測(cè)期間的累積和讀出操作的圖；
[0025]圖10是示出根據(jù)第二實(shí)施例在焦點(diǎn)檢測(cè)期間的累積和讀出操作的圖；
[0026]圖11是示出根據(jù)第三實(shí)施例在焦點(diǎn)檢測(cè)期間的累積和讀出操作的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]第一實(shí)施例
[0028]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的照相機(jī)(攝像設(shè)備)的結(jié)構(gòu)的圖，并且示出將具有圖像傳感器和攝像鏡頭的照相機(jī)主體集成在單個(gè)單元中的數(shù)字照相機(jī)。在圖1中，附圖標(biāo)記101表示配置在攝像光學(xué)系統(tǒng)(圖像形成光學(xué)系統(tǒng))的端部的第一透鏡組，其中，以能夠在光軸方向上前后移動(dòng)的方式來保持第一透鏡組。附圖標(biāo)記102表示光圈/快門，并且控制光圈/快門102的開口直徑使得能夠調(diào)節(jié)攝像期間的光量；在靜止圖像拍攝期間，光圈/快門102還用作曝光時(shí)間調(diào)節(jié)快門。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整體在光軸方向上前后移動(dòng)，從而通過與第一透鏡組101的前后動(dòng)作連動(dòng)地進(jìn)行動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)變倍作用(變焦功能)。
[0029]附圖標(biāo)記105表示通過在光軸方向上前后移動(dòng)進(jìn)行焦點(diǎn)調(diào)節(jié)的第三透鏡組。附圖標(biāo)記106表示作為用于減少所拍攝圖像中的偽色和摩爾紋等的光學(xué)元件的光學(xué)低通濾波器。附圖標(biāo)記107表示包括CMOS傳感器及其外圍電路的圖像傳感器(CMOS圖像傳感器)。對(duì)于圖像傳感器107，使用二維單板彩色傳感器，在該傳感器中，在以水平方向?yàn)閙個(gè)像素且垂直方向?yàn)棣莻€(gè)像素的方式二維排列的光接收像素的上方，將Bayer圖案原色馬賽克濾波器形成在芯片上。附圖標(biāo)記111表示變焦致動(dòng)器，其中，變焦致動(dòng)器111通過轉(zhuǎn)動(dòng)筒形凸輪(未示出)，在光軸方向上前后驅(qū)動(dòng)第一透鏡組101和第二透鏡組103，從而執(zhí)行變倍操作。附圖標(biāo)記112表示光圈/快門致動(dòng)器，其中，光圈/快門致動(dòng)器112控制光圈/快門102的開口的直徑以調(diào)節(jié)攝像光量，并且控制拍攝靜止圖像時(shí)的曝光時(shí)間。附圖標(biāo)記114表示調(diào)焦致動(dòng)器，其中，調(diào)焦致動(dòng)器114在光軸方向上前后驅(qū)動(dòng)第三透鏡組105，從而調(diào)節(jié)焦點(diǎn)。
[0030]附圖標(biāo)記115表示用于在攝像期間照明被攝體的電子閃光燈，盡管優(yōu)選使用氙氣管的閃光燈照明裝置，但是還可以使用設(shè)置有連續(xù)發(fā)射光的LED的照明裝置。附圖標(biāo)記116表示AF輔助光，其中，AF輔助光116經(jīng)由投影透鏡將具有預(yù)定開口圖案的掩模圖像投影在被攝體場(chǎng)上，從而提高對(duì)于暗被攝體或低對(duì)比度被攝體的焦點(diǎn)檢測(cè)能力。附圖標(biāo)記121表示CPU，并且是對(duì)照相機(jī)主體進(jìn)行各種控制的照相機(jī)內(nèi)的CPU。CPU121包括處理單元、ROM、RAM、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器和通信接口電路等；CPU121基于存儲(chǔ)在ROM中的預(yù)定程序驅(qū)動(dòng)照相機(jī)內(nèi)的各種電路，并且執(zhí)行用于進(jìn)行AF、攝像、圖像處理和記錄等的一系列操作。
[0031]附圖標(biāo)記122表示與攝像操作同步控制電子閃光燈115的發(fā)光的電子閃光燈控制電路。附圖標(biāo)記123表示與焦點(diǎn)檢測(cè)操作同步控制AF輔助光116的發(fā)光的輔助光驅(qū)動(dòng)電路。附圖標(biāo)記124表示圖像傳感器驅(qū)動(dòng)電路，其中，圖像傳感器驅(qū)動(dòng)電路124控制圖像傳感器107的攝像操作，并且對(duì)所獲得的圖像信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將這些圖像信號(hào)發(fā)送給CPU121。附圖標(biāo)記125表示對(duì)通過圖像傳感器107所獲得的圖像進(jìn)行諸如Y轉(zhuǎn)換、顏色插值和JPEG壓縮等的處理的圖像處理電路。附圖標(biāo)記126表示調(diào)焦驅(qū)動(dòng)電路，其中，調(diào)焦驅(qū)動(dòng)電路126基于焦點(diǎn)檢測(cè)結(jié)果控制對(duì)調(diào)焦致動(dòng)器114的驅(qū)動(dòng)，從而在光軸方向上前后驅(qū)動(dòng)第三透鏡組105來調(diào)節(jié)焦點(diǎn)。附圖標(biāo)記128表示控制對(duì)光圈/快門致動(dòng)器112的驅(qū)動(dòng)以控制光圈/快門102的開口的光圈/快門驅(qū)動(dòng)電路。附圖標(biāo)記129表示響應(yīng)于用戶做出的變焦操作來驅(qū)動(dòng)變焦致動(dòng)器111的變焦驅(qū)動(dòng)電路。
[0032]附圖標(biāo)記131表示諸如IXD等的顯示單元,其中，顯示單元131顯示與照相機(jī)的攝像模式有關(guān)的信息、攝像前的預(yù)覽圖像和攝像后的確認(rèn)圖像、以及焦點(diǎn)檢測(cè)期間的聚焦?fàn)顟B(tài)顯示圖像等。附圖標(biāo)記132表示包括電源開關(guān)、快門釋放(攝像觸發(fā)器)開關(guān)、變焦操作開關(guān)、以及攝像模式選擇開關(guān)等的可操作開關(guān)組。附圖標(biāo)記133表示存儲(chǔ)所拍攝圖像的可拆卸閃存。
[0033]圖2A?3B是示出本實(shí)施例的圖像傳感器中所使用的圖像生成用攝像像素和相位差檢測(cè)用焦點(diǎn)檢測(cè)像素的結(jié)構(gòu)的圖。本實(shí)施例采用Bayer陣列，其中，在2 X 2排列的四個(gè)像素中，在對(duì)角線上彼此相對(duì)地配置具有G(綠色)光譜感光度的兩個(gè)像素，并且在其余兩個(gè)位置分別配置具有R(紅色)和B(藍(lán)色)光譜感光度的一個(gè)像素。按照預(yù)定規(guī)則在Bayer陣列之間分布具有后述結(jié)構(gòu)的焦點(diǎn)檢測(cè)像素。
[0034]圖2A和2B示出攝像像素的配置和結(jié)構(gòu)。圖2A是示出2X2攝像像素的平面圖。眾所周知，在Bayer陣列中，在對(duì)角線上彼此相對(duì)地配置G像素，并且在其它兩個(gè)像素位置上配置R和B像素。重復(fù)配置該2行X2列的結(jié)構(gòu)。圖2B示出沿圖2A所示的A-A線觀察時(shí)的斷面圖。ML表不布置在每一個(gè)像素的最上表面上的片上微透鏡,而CFk表不R(紅色)顏色濾波器且CFe表示G(綠色)顏色濾波器。H)示意性示出圖像傳感器的光電轉(zhuǎn)換部，而CL表示用于形成發(fā)送CMOS傳感器內(nèi)的各種類型信號(hào)的信號(hào)線的配線層。TL示意性示出攝像光學(xué)系統(tǒng)。
[0035]這里，將攝像像素的片上微透鏡ML和光電轉(zhuǎn)換部H)配置成能夠最大程度地有效捕獲穿過了攝像光學(xué)系統(tǒng)TL的光束。換句話說，攝像光學(xué)系統(tǒng)TL的出射光瞳EP和光電轉(zhuǎn)換部ro由于微透鏡ML而被設(shè)計(jì)成處于共軛關(guān)系，從而使得光電轉(zhuǎn)換部的有效面積是大的面積。此外，盡管圖2B示出被引導(dǎo)至R像素的光束，但相同的結(jié)構(gòu)也適用于G像素和B像素這兩者。因此，對(duì)應(yīng)于攝像用的RGB像素，出射光瞳EP具有大的直徑，從而有效捕獲來自被攝體的光束，由此提高圖像信號(hào)的S/N比。
[0036]圖3A和3B示出用于在水平方向(橫方向)上將攝像鏡頭的光瞳區(qū)域分割成多個(gè)光瞳區(qū)域的焦點(diǎn)檢測(cè)像素的配置和結(jié)構(gòu)。圖3A是示出包括焦點(diǎn)檢測(cè)像素的2行X2列像素的平面圖。在獲得攝像信號(hào)時(shí)，G像素獲得亮度信息的主成分。由于人的圖像識(shí)別特性對(duì)亮度信息敏感，因而當(dāng)存在G像素的缺失時(shí)，圖像質(zhì)量劣化明顯。同時(shí)，盡管R和B像素是獲得顏色信息的像素，但是人對(duì)顏色信息相對(duì)不敏感，因而即使在獲得顏色信息的像素中發(fā)生一定程度的缺損，圖像質(zhì)量劣化也不會(huì)很明顯。因此，在本實(shí)施例中，在2行X2列排列的像素中，保持G像素作為攝像像素，而以焦點(diǎn)檢測(cè)像素替換R像素和B像素。在圖3A中以SA和SB對(duì)此進(jìn)行表示。
[0037]圖3B示出沿圖3A所示的A-A線觀察時(shí)的斷面圖。微透鏡ML和光電轉(zhuǎn)換部H)具有與圖2B所示的攝像像素的微透鏡和光電轉(zhuǎn)換部相同的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，在生成圖像時(shí)不使用來自焦點(diǎn)檢測(cè)像素的信號(hào)，因而代替顏色分離顏色濾波器，布置透明薄膜CFW(白色)或CFe。另外，由于利用圖像傳感器進(jìn)行光瞳分割，因而配線層CL的開口部相對(duì)于微透鏡ML的中心線在一個(gè)方向上偏移。更具體地，像素SA及其開口部OPHA向右偏移，因而接收穿過了攝像鏡頭TL左側(cè)的出射光瞳EPHA的光束。類似地，像素SB及其開口部OPHB向左偏移，因而接收穿過了攝像鏡頭TL右側(cè)的出射光瞳EPHB的光束。因此，在水平方向上規(guī)則地配置像素SA，并且獲取由該像素組所獲得的被攝體圖像作為圖像A。當(dāng)在水平方向上還規(guī)則地配置像素SB并且獲取由該像素組所獲得的被攝體作為圖像B時(shí)，檢測(cè)圖像A和圖像B的相對(duì)位置使得可以檢測(cè)被攝體圖像中偏離焦點(diǎn)的量(離焦量)。
[0038]同時(shí)，在要檢測(cè)垂直方向上偏離焦點(diǎn)的量的情況下，可以采用下面的結(jié)構(gòu):SA及其開口部OPHA向上偏移，并且SB及其開口部OPHB向下偏移。在這種情況下，不用說，將開口部OPHA和OPHB的形狀轉(zhuǎn)動(dòng)90度。
[0039]圖4是示出根據(jù)本實(shí)施例的圖像傳感器中的像素配置的例子的圖。近來，具有從數(shù)百萬像素到上千萬像素的巨大數(shù)量的像素的圖像傳感器已得到實(shí)際應(yīng)用，因而為了簡(jiǎn)化，本實(shí)施例的說明將討論24像素X 24像素的配置。此外，盡管圖像傳感器通常適當(dāng)?shù)卦O(shè)置有用作像素輸出的基準(zhǔn)的遮光光學(xué)黑像素(以下縮寫為“0B像素”)，但是為了簡(jiǎn)化，圖4同樣省略了這些OB像素。
[0040]本實(shí)施例的像素配置是基于2X2Bayer陣列。圖4中的字母G、R和B分別表示綠色、紅色和藍(lán)色濾波器。此外，在Bayer陣列圖像傳感器的一部分中，按照預(yù)定比規(guī)則地混入作為焦點(diǎn)檢測(cè)像素的SA和SB像素。如圖4所示，在行V4上以在光瞳分割方向上彼此相距12個(gè)像素的方式離散地配置作為相位差A(yù)F用的基準(zhǔn)像素的焦點(diǎn)檢測(cè)像素SA,并且在行V5上以在光瞳分割方向上彼此相距12個(gè)像素的方式離散地配置作為相位差A(yù)F用的參考像素的焦點(diǎn)檢測(cè)像素SB。獲得行V4和V5的像素SA和SB的圖像偏移量使得可以獲得攝像鏡頭的離焦量。另外，配置成在行VlO和Vll上同樣以相同的規(guī)則配置像素SA和SB。
[0041]由于將焦點(diǎn)檢測(cè)像素當(dāng)作缺失像素，并且使用周圍正常像素的信息進(jìn)行插值，因而離散地配置像素SA和SB，以使得在焦點(diǎn)檢測(cè)像素的周圍配置插值用的正常像素，從而通過該插值抑制圖像劣化。因此，在光瞳分割方向上離散地配置這些像素，并且在與光瞳分割方向垂直的方向上也離散地配置這些像素，在本實(shí)施例中，與光瞳分割方向垂直的方向?qū)?yīng)于行方向。V4和V5中的基準(zhǔn)和參考像素對(duì)以及VlO和Vll中的基準(zhǔn)和參考像素對(duì)被配置成相距5行。注意，本實(shí)施例中的配置僅是示例性配置，并且本發(fā)明不局限于該配置。
[0042] 接著使用圖5簡(jiǎn)要說明本實(shí)施例中采用的CMOS傳感器的操作。
[0043]圖5示出CMOS傳感器中的單個(gè)像素的電路結(jié)構(gòu)。在圖5中，附圖標(biāo)記501表示光電二極管(以下縮寫為“PD”)，而附圖標(biāo)記502和503表示用于將累積在上述TO501中的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成電壓的浮動(dòng)擴(kuò)散放大器。具體地，附圖標(biāo)記502表示浮動(dòng)擴(kuò)散電容器(以下縮寫為“FD”)，而附圖標(biāo)記503表示MOS晶體管放大器。附圖標(biāo)記504表示用于將Η)501的信號(hào)電荷傳送給浮動(dòng)擴(kuò)散電容器的傳送門(以下縮寫為“ΤΧ”)，而附圖標(biāo)記505表示用于復(fù)位PD501和FD502的復(fù)位門(以下縮寫為“RES”)。附圖標(biāo)記506表示像素選擇MOS晶體管(以下縮寫為“SEL”)。附圖標(biāo)記507表示用于控制TX的通用信號(hào)線；附圖標(biāo)記508表示用于控制RES的通用信號(hào)線；以及附圖標(biāo)記509表示用于輸出FD放大器的電壓輸出的垂直輸出線。最后，附圖標(biāo)記510表示用于控制SEL的信號(hào)線，并且附圖標(biāo)記511表示與垂直輸出線連接的FD放大器的負(fù)載電流源。
[0044]圖6是示出CMOS傳感器的總體結(jié)構(gòu)的框圖。附圖標(biāo)記601表示像素部，在像素部601中，配置圖4所示的各種像素。各像素中的構(gòu)件如圖5所示進(jìn)行構(gòu)造。附圖標(biāo)記602表示垂直掃描單元，垂直掃描單元602能夠通過輸出諸如φ￥?、φν?、(pV2、以及fV 11等的順序掃描信號(hào)，來逐行進(jìn)行累積讀出。附圖標(biāo)記603表示信號(hào)選擇單元，通過時(shí)序生成器電路(以下縮寫為“TG”)(未示出)將在預(yù)定時(shí)刻輸出的復(fù)位信號(hào)RES、傳送信號(hào)TX和選擇信號(hào)SEL輸入至信號(hào)選擇單元603，并且信號(hào)選擇單元603將這些信號(hào)適當(dāng)?shù)剌敵鼋o通過從垂直掃描單兀602輸出的垂直掃描信號(hào)所指定的行。附圖標(biāo)記604表不信號(hào)保持單元，在信號(hào)讀出時(shí)，信號(hào)保持單元604使用采樣保持信號(hào)(未示出)，臨時(shí)存儲(chǔ)通過SEL信號(hào)所選擇出的一個(gè)行的像素輸出。附圖標(biāo)記605表不水平掃描單兀,水平掃描單兀
605通過輸出諸如φΙ 10.(pill、φΗ2、......、以及φΗ23等的順序掃描信號(hào)，使臨時(shí)
存儲(chǔ)在信號(hào)保持單兀605中的像素信號(hào)順次輸入給輸出放大器606并從CMOS傳感器輸出。
[0045]圖7是用于說明由CMOS傳感器所進(jìn)行的累積和讀出的圖，并且示出在全部像素讀出模式下所進(jìn)行的操作。圖7還示意性示出基于已知的卷簾快門的控制。由于這是已知技術(shù)，因而對(duì)此僅進(jìn)行簡(jiǎn)要說明。
[0046]首先，水平軸表示時(shí)間的經(jīng)過，這里，通過卷簾快門操作順次捕獲全部24X12個(gè)像素的像素信號(hào)。垂直方向表示垂直掃描順序，這里，逐行對(duì)VO~Vll行進(jìn)行順次掃描。圖7中的斜的虛線表示在讀出之前所執(zhí)行的卷簾復(fù)位操作，而斜的實(shí)線表示卷簾讀出。卷簾讀出包括從ro向FD的電荷傳送、信號(hào)保持單元中的臨時(shí)存儲(chǔ)、以及通過水平掃描所進(jìn)行的外部輸出操作。累積時(shí)間是通過卷簾復(fù)位和卷簾讀出的時(shí)間間隔而定義的，并且可以通過改變卷簾復(fù)位的定時(shí)而進(jìn)行改變。在期望比圖7所示的累積時(shí)間更長(zhǎng)的累積的情況下，可以將卷簾讀出間隔設(shè)置得更長(zhǎng)。
[0047]在這種情況下，在相同累積時(shí)間下控制正常像素和焦點(diǎn)檢測(cè)像素，并且與正常像素相比，開口被部分遮光的焦點(diǎn)檢測(cè)像素具有更低的信號(hào)電平。如專利文獻(xiàn)3所公開的那樣，無法獲得所需的S/N比，因而需要對(duì)焦點(diǎn)檢測(cè)像素的輸出等進(jìn)行相加，以獲得所需的S/N比。然而，在需要焦點(diǎn)檢測(cè)的實(shí)時(shí)取景模式期間以及在拍攝/記錄運(yùn)動(dòng)圖像時(shí)等(后面說明)，通常不進(jìn)行用于以該方式來捕獲所有像素的卷簾累積。
[0048]近年來，數(shù)字照相機(jī)通常包括用于實(shí)時(shí)取景模式和拍攝/記錄運(yùn)動(dòng)圖像等的規(guī)范，并且在這些情況下，需要以30幀/秒的幀頻來刷新圖像顯示，從而獲得平滑的運(yùn)動(dòng)圖像。由于該原因，進(jìn)行間隔剔除了部分像素的讀出。此外，在實(shí)時(shí)取景模式期間以及在拍攝/記錄運(yùn)動(dòng)圖像等時(shí)等，執(zhí)行焦點(diǎn)檢測(cè)操作，并且基于此時(shí)所檢測(cè)到的焦點(diǎn)檢測(cè)結(jié)果拍攝靜止圖像。因此，在讀出全部像素的靜止圖像的情況下，不需要焦點(diǎn)檢測(cè)。另外，對(duì)于卷簾控制，累積定時(shí)在畫面的上部和下部之間有所不同，因此在拍攝靜止圖像時(shí)，通常使用機(jī)械快門，并且在這種情況下通常不以卷簾模式進(jìn)行控制。
[0049]圖8是示意性示出間隔剔除操作期間的累積和讀出的圖。間隔剔除操作期間的卷簾累積和讀出操作與圖7所示的基本相同。如圖7—樣，水平軸表示時(shí)間的經(jīng)過，并且垂直軸表示在垂直方向上掃描的行。如圖8所示，設(shè)置隔行掃描中使用的行的數(shù)量以使得運(yùn)動(dòng)圖像顯得平滑；例如，設(shè)置1/30秒內(nèi)的讀出，從而使得可以顯示30幀的運(yùn)動(dòng)圖像。當(dāng)然不用說，本發(fā)明不局限于30幀。只要至少大約存在20幀，就可以獲得一定程度的平滑性。
[0050]本發(fā)明說明了垂直掃描是每三行掃描一次的隔行掃描并且讀出了 30幀的例子。因此，在圖8中，對(duì)于在垂直方向上進(jìn)行了間隔剔除的四個(gè)行執(zhí)行讀出，并且如果圖8所示的時(shí)間T大于或等于0，則可以顯示30幀的運(yùn)動(dòng)圖像。另外，在運(yùn)動(dòng)圖像顯示中，讀出沒有配置焦點(diǎn)檢測(cè)像素的行VO、V3、V6和V9，因而不會(huì)發(fā)生圖像劣化。
[0051]圖9是示意性示出執(zhí)行焦點(diǎn)檢測(cè)操作的情況下的在間隔剔除操作期間的累積和讀出的圖。間隔剔除操作期間的卷簾累積和讀出操作與圖8所示的基本相同。如圖8—樣，水平軸表示時(shí)間的經(jīng)過，并且垂直軸表示在垂直方面上掃描的行。
[0052]如圖9所示，在焦點(diǎn)檢測(cè)期間的間隔剔除操作中，通過垂直掃描單元首先掃描如圖8所示的實(shí)時(shí)取景和拍攝/記錄運(yùn)動(dòng)圖像所使用的行VO、V3、V6和V9。此后，連續(xù)垂直掃描焦點(diǎn)檢測(cè)所使用的行V4和V5，從而進(jìn)行累積和讀出控制。在圖9中，斜的實(shí)線表示卷簾讀出操作，并且由于垂直輸出線在不同行之間共用，因而需要在垂直方向上進(jìn)行掃描并且逐行執(zhí)行順序讀出。圖9所示的斜的虛線表示在讀出之前所執(zhí)行的卷簾復(fù)位操作，并且由于對(duì)于實(shí)時(shí)取景/運(yùn)動(dòng)圖像記錄所使用的各行和焦點(diǎn)檢測(cè)所使用的各行都存在RES和TX控制線，因而可以進(jìn)行并行控制。因此，如圖9所示，可以對(duì)攝像行和焦點(diǎn)檢測(cè)行獨(dú)立執(zhí)行卷簾復(fù)位；因此，可以使攝像行和焦點(diǎn)檢測(cè)行具有不同的復(fù)位定時(shí)，由此可以使攝像行和焦點(diǎn)檢測(cè)行具有不同的累積時(shí)間。由于該原因，可以對(duì)攝像行和焦點(diǎn)檢測(cè)行這兩者執(zhí)行累積控制以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)曝光。利用諸如本實(shí)施例所述的這類結(jié)構(gòu)，可以在沒有增加控制信號(hào)線的數(shù)量并且不會(huì)導(dǎo)致諸如像素的開口面積減小等的問題的情況下，提高焦點(diǎn)檢測(cè)像素的S/Nt匕。另外，由于沒有如幀相加那樣多次相加來自像素放大器或讀出放大器等的噪聲，因而本實(shí)施例進(jìn)一步有利于S/N比。[0053]此外，在本實(shí)施例中，假定采用兩行作為30幀的余量時(shí)間T的間隔內(nèi)要讀出的行，并且因此讀出了行V4和V5?？梢曰谟嗔繒r(shí)間T或者基于可允許的運(yùn)動(dòng)圖像幀頻來適當(dāng)確定要附加地讀出的具有焦點(diǎn)檢測(cè)像素的行的數(shù)量，并且即使在沒有可用的余量時(shí)間T的情況下，也可以適當(dāng)確定這樣的行數(shù)量。
[0054]第二實(shí)施例
[0055]圖10是示出根據(jù)第二實(shí)施例的操作的圖，并且是圖9的變形例。在本實(shí)施例中，焦點(diǎn)檢測(cè)行的讀出周期不同，并且將焦點(diǎn)檢測(cè)像素的累積時(shí)間延長(zhǎng)得比圖9中的累積時(shí)間還長(zhǎng)。圖10示出對(duì)于運(yùn)動(dòng)圖像的每?jī)蓚€(gè)幀讀出I個(gè)焦點(diǎn)檢測(cè)行的例子?？梢栽趨⒖冀裹c(diǎn)檢測(cè)像素的輸出結(jié)果的情況下，適當(dāng)確定焦點(diǎn)檢測(cè)像素的讀出周期。
[0056]第三實(shí)施例
[0057]圖11是示出根據(jù)第三實(shí)施例的操作的圖，并且是圖9的另一變形例。本實(shí)施例說明了這樣的例子:在實(shí)時(shí)取景和拍攝/記錄運(yùn)動(dòng)圖像等期間，余量時(shí)間T不足，并且逐幀切換要讀出的焦點(diǎn)檢測(cè)行。在圖11中，從第三幀起，將從焦點(diǎn)檢測(cè)行V4和V5的讀出切換成從行VlO和Vll的讀出；這使得可以在不增加讀出時(shí)間的情況下移動(dòng)焦點(diǎn)檢測(cè)行。
[0058]盡管已經(jīng)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。
[0059]本申請(qǐng)要求2009年3月17日提交的日本專利申請(qǐng)2009-065221的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過引用包含于此。
【權(quán)利要求】
1.一種攝像設(shè)備，包括: 圖像傳感器，其具有二維配置的多個(gè)像素，所述圖像傳感器包括攝像像素和配置在多個(gè)所述攝像像素之間的焦點(diǎn)檢測(cè)像素，其中，所述攝像像素通過對(duì)攝像鏡頭所形成的被攝體圖像進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換來生成圖像生成用的信號(hào)，所述焦點(diǎn)檢測(cè)像素對(duì)所述攝像鏡頭的光瞳區(qū)域進(jìn)行分割，并且通過對(duì)來自經(jīng)過分割所獲得的光瞳區(qū)域的被攝體圖像進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換來生成相位差檢測(cè)用的信號(hào)； 控制部件，其在一幀內(nèi)分出用于圖像生成的攝像行和具有所述焦點(diǎn)檢測(cè)像素的焦點(diǎn)檢測(cè)行，在進(jìn)行控制使得將所分出的所述攝像行和所述焦點(diǎn)檢測(cè)行的一方依次讀出之后，進(jìn)行控制使得將另一方依次讀出；以及 生成部件，其使用讀出所述攝像行所獲得的信號(hào)來生成一幀的顯示用圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像設(shè)備，其特征在于， 連續(xù)進(jìn)行構(gòu)成所述攝像行的像素的信號(hào)的讀出和構(gòu)成所述焦點(diǎn)檢測(cè)行的像素的信號(hào)的讀出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像設(shè)備，其特征在于， 構(gòu)成所述焦點(diǎn)檢測(cè)行的像素的信號(hào)的讀出周期與構(gòu)成所述攝像行的像素的信號(hào)的讀出周期相同或者比構(gòu)成所述攝像行的像素的信號(hào)的讀出周期長(zhǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像設(shè)備，其特征在于， 所述圖像傳感器是CMOS型 的圖像傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像設(shè)備，其特征在于， 在要讀出所述攝像行和所述焦點(diǎn)檢測(cè)行的第一幀以及要讀出所述攝像行和所述焦點(diǎn)檢測(cè)行的第二幀中，對(duì)要進(jìn)行讀出的所述焦點(diǎn)檢測(cè)行進(jìn)行變更。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像設(shè)備，其特征在于， 所述控制部件使所述攝像行與所述焦點(diǎn)檢測(cè)行的像素的累積時(shí)間不同。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的攝像設(shè)備，其特征在于， 所述控制部件通過使所述攝像行和所述焦點(diǎn)檢測(cè)行的像素的復(fù)位定時(shí)不同，來使累積時(shí)間不同。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像設(shè)備，其特征在于， 還具有模式選擇部件，該模式選擇部件基于來自所述圖像傳感器的輸出信號(hào)，選擇靜止圖像模式和運(yùn)動(dòng)圖像模式中的任一個(gè)，該靜止圖像模式生成靜止圖像用的圖像信號(hào)，該運(yùn)動(dòng)圖像模式生成運(yùn)動(dòng)圖像用的多個(gè)幀的圖像信號(hào)， 在通過所述模式選擇部件選擇了所述運(yùn)動(dòng)圖像模式的情況下，所述控制部件在一幀內(nèi)對(duì)用于圖像生成的攝像行和具有所述焦點(diǎn)檢測(cè)像素的焦點(diǎn)檢測(cè)行獨(dú)立地進(jìn)行電荷的累積控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的攝像設(shè)備，其特征在于， 所述靜止圖像模式是讀出所述多個(gè)像素的全部像素的信號(hào)的全部像素讀出模式，所述運(yùn)動(dòng)圖像模式是間隔剔除地讀出所述多個(gè)像素的信號(hào)的間隔剔除讀出模式。
10.一種攝像設(shè)備的控制方法，該控制方法控制具備圖像傳感器的攝像設(shè)備，該圖像傳感器具有二維配置的多個(gè)像素，所述圖像傳感器包括攝像像素和配置在多個(gè)所述攝像像素之間的焦點(diǎn)檢測(cè)像素，其中，所述攝像像素通過對(duì)攝像鏡頭所形成的被攝體圖像進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換來生成圖像生成用的信號(hào)，所述焦點(diǎn)檢測(cè)像素對(duì)所述攝像鏡頭的光瞳區(qū)域進(jìn)行分割，并且通過對(duì)來自經(jīng)過分割所獲得的光瞳區(qū)域的被攝體圖像進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換來生成相位差檢測(cè)用的信號(hào)，該控制方法的特征在于， 在一幀內(nèi)分出用于圖像生成的攝像行和具有所述焦點(diǎn)檢測(cè)像素的焦點(diǎn)檢測(cè)行，進(jìn)行控制使得將所述攝像行分別依次讀出，并且進(jìn)行控制使得將所述焦點(diǎn)檢測(cè)行分別依次讀出，使用讀出所述攝像行所獲得的信`號(hào)來生成一幀的顯示用圖像。
【文檔編號(hào)】H04N5/345GK103501405SQ201310363404
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2010年2月1日 優(yōu)先權(quán)日:2009年3月17日
【發(fā)明者】谷口英則 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社