專利名稱：攝像設(shè)備及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及攝像設(shè)備及其控制方法，尤其涉及包括二維配置了均包括多個(gè)分割出的光電轉(zhuǎn)換單元的像素的圖像傳感器的攝像設(shè)備及其控制方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的攝像設(shè)備基于例如圖9所示的控制線圖來進(jìn)行自動(dòng)曝光控制。在圖9中，0pen、F4和F8表示光圈的開口尺寸。Open是光圈的最大開口尺寸，以及光圈的開口尺寸隨著F值的增大而變小。而且，1/60、1/500和1/2000表示快門速度，以及電荷累積持續(xù)時(shí)間隨著該值減小而變短。在圖9中，在被攝體的亮度高的情況下，通過增大快門速度以縮短電荷累積持續(xù)時(shí)間和/或通過縮小光圈，來抑制入射至傳感器的光量。 隨著近年的圖像傳感器的小型化，由于衍射引起的小的光圈模糊變得更加顯著，因而如果可能的話，需要通過控制電荷累積持續(xù)時(shí)間來調(diào)整高亮度側(cè)的曝光控制。然而，在拍攝運(yùn)動(dòng)圖像時(shí)周期性地輸出圖像信號的情況下，如圖10所示，在各周期tf，如果各像素的電荷累積持續(xù)時(shí)間ta短，則不進(jìn)行累積的持續(xù)時(shí)間tb將變長。因此，特別在拍攝運(yùn)動(dòng)被攝體時(shí)，運(yùn)動(dòng)分辨率減小。如這里所使用的，運(yùn)動(dòng)分辨率意思是運(yùn)動(dòng)圖像中的變化的平滑性。例如，如果運(yùn)動(dòng)分辨率減小，則運(yùn)動(dòng)圖像中被攝體運(yùn)動(dòng)的平滑性減小，導(dǎo)致被攝體的運(yùn)動(dòng)看起來像單個(gè)中貞。為了解決這個(gè)問題，根據(jù)日本特開平02-241281所公開的傳統(tǒng)技術(shù)，當(dāng)拍攝具有高亮度的被攝體時(shí)，進(jìn)行短時(shí)間的累積，之后通過調(diào)整液晶(LCD)快門來進(jìn)行長時(shí)間的累積，并且將通過短時(shí)間的累積所獲得的信號和通過長時(shí)間的累積所獲得的信號進(jìn)行合成，從而不具有非累積持續(xù)時(shí)間。而且，日本特開2006-135479公開了以下技術(shù)在被攝體的亮度變高時(shí)，通過利用ND濾波器來控制曝光，然后控制快門速度，從而降低在拍攝具有高亮度的被攝體時(shí)的運(yùn)動(dòng)分辨率的減小。然而，利用日本特開平02-241281所公開的傳統(tǒng)技術(shù)，在通過短時(shí)間的累積讀出的信號和通過長時(shí)間的累積讀出的信號之間，累積持續(xù)時(shí)間期間的運(yùn)動(dòng)模糊量存在差，結(jié)果，可能將合成圖像看作兩個(gè)圖像。日本特開2006-135479所公開的傳統(tǒng)技術(shù)也存在問題其需要ND濾波器，從而增加了攝像設(shè)備的制造成本并且增大了攝像設(shè)備的尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
考慮以上情況做出本發(fā)明，并且本發(fā)明能夠在拍攝具有高亮度的被攝體的情況下，在利用電荷累積持續(xù)時(shí)間進(jìn)行曝光控制時(shí)，降低由于電荷累積持續(xù)時(shí)間短而引起的運(yùn)動(dòng)分辨率的減小。根據(jù)本發(fā)明，提供一種攝像設(shè)備，包括圖像傳感器，其包括多個(gè)像素，每個(gè)像素具有多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元和微透鏡，所述圖像傳感器能夠拍攝被攝體并且從所述多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元獨(dú)立地周期性地輸出圖像信號；控制單元，用于進(jìn)行控制，以使得在所述圖像傳感器輸出圖像信號的周期內(nèi)，所述圖像傳感器的各像素的所述多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元的電荷累積持續(xù)時(shí)間相互偏移；以及合成單元，用于針對各像素將從所述多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元獨(dú)立輸出的圖像信號進(jìn)行相加。根據(jù)本發(fā)明，提供一種控制攝像設(shè)備的方法，所述攝像設(shè)備包括圖像傳感器，所述圖像傳感器包括多個(gè)像素，每個(gè)像素具有多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元和微透鏡，所述圖像傳感器能夠拍攝被攝體并且從所述多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元獨(dú)立地周期性地輸出圖像信號，所述方法包括利用控制單元進(jìn)行控制，以使得在所述圖像傳感器輸出圖像信號的周期內(nèi)，所述圖像傳感器的各像素的所述多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元的電荷累積持續(xù)時(shí)間相互偏移；以及利用合成單元針對各像素將從所述多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元獨(dú)立輸出的圖像信號進(jìn)行相加。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明顯。


包含在說明書中并構(gòu)成說明書的一部分的附圖示出本發(fā)明的實(shí)施例，并與說明書一起用于說明本發(fā)明的原理。圖I是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的攝像設(shè)備的示意結(jié)構(gòu)的框圖；圖2是示出根據(jù)第一實(shí)施例的圖像傳感器的一些像素的示意結(jié)構(gòu)的平面圖；圖3是示出根據(jù)第一實(shí)施例的在各像素的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元的驅(qū)動(dòng)定時(shí)偏移的情況下用于驅(qū)動(dòng)圖像傳感器的定時(shí)的時(shí)序圖；圖4A和4B是示出根據(jù)第一實(shí)施例的在各像素的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元的驅(qū)動(dòng)定時(shí)相同的情況下用于驅(qū)動(dòng)圖像傳感器的定時(shí)的時(shí)序圖；圖5是示出根據(jù)第一實(shí)施例的根據(jù)被攝體亮度的曝光控制的程序線圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的攝像設(shè)備的示意結(jié)構(gòu)的框圖；圖7是根據(jù)第二實(shí)施例的圖像傳感器的截面圖和示出光學(xué)系統(tǒng)的出射光瞳的示意圖；圖8A 8C是示出根據(jù)第二實(shí)施例的圖像信號和焦點(diǎn)狀態(tài)之間的關(guān)系的圖；圖9是示出傳統(tǒng)的曝光控制的程序線圖；以及圖10是示出傳統(tǒng)的使用高速快門的曝光控制的問題的時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式將根據(jù)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的典型實(shí)施例。第一實(shí)施例圖I是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的攝像設(shè)備的示意結(jié)構(gòu)的框圖。在圖I中，附圖標(biāo)記I表示攝像透鏡，附圖標(biāo)記2表示光圈，附圖標(biāo)記3表示圖像傳感器，附圖標(biāo)記4A 4D表示A/D轉(zhuǎn)換器，以及附圖標(biāo)記5表示像素值合成單元，像素值合成單元用于合成從A/D轉(zhuǎn)換器4A 4D輸出的數(shù)字信號并生成與一個(gè)像素相對應(yīng)的信號。附圖標(biāo)記6表不用于曝光控制的測光單元，附圖標(biāo)記7表示進(jìn)行攝像設(shè)備的整體控制的控制單元，附圖標(biāo)記8表示對來自像素值合成單元5的輸出信號進(jìn)行照相機(jī)信號處理的照相機(jī)信號處理單元，以及附圖標(biāo)記9表示顯示/記錄單元。
圖2是示出第一實(shí)施例的構(gòu)成圖像傳感器3的多個(gè)像素中的2X2像素的示意結(jié)構(gòu)的平面圖。圖像傳感器3在一個(gè)像素內(nèi)包括多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元。附圖標(biāo)記20表示代表一個(gè)像素的區(qū)域。附圖標(biāo)記21表不微透鏡。附圖標(biāo)記A、B、C和D表不光電轉(zhuǎn)換單兀。在圖2中，未示出除微透鏡和光電轉(zhuǎn)換單元以外的元件。而且，圖I中的附加至信號線的附圖標(biāo)記A、B、C和D分別與光電轉(zhuǎn)換單元A、B、C和D相對應(yīng)。第一實(shí)施例的圖像傳感器3具有以下特征其中，可以在一個(gè)像素的光電轉(zhuǎn)換單元A、B、C和D中的各單元中獨(dú)立控制電荷累積和電荷讀出。通過使用圖像傳感器3的該特征，第一實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了以下攝像操作即使電荷累積持續(xù)時(shí)間必須被縮短來控制曝光，以下述方式也不會減小運(yùn)動(dòng)分辨率。接著將說明第一實(shí)施例的攝像設(shè)備所進(jìn)行的操作。圖像傳感器3的光電轉(zhuǎn)換單元A、B、C和D將經(jīng)由攝像透鏡I和光圈2入射至圖像傳感器3的光轉(zhuǎn)換成電荷，并且各光電 轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行電荷累積和讀出控制。然后，將從圖像傳感器3的各光電轉(zhuǎn)換單元A、B、C和D讀出的模擬信號輸出至A/D轉(zhuǎn)換器4A 4D，并且將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。之后，像素值合成單元5針對各像素將作為A/D轉(zhuǎn)換器4A 4D的轉(zhuǎn)換結(jié)果所獲得的數(shù)字信號進(jìn)行相加，并且輸出一個(gè)像素的像素值。將像素值合成單元5的輸出信號順次輸入至照相機(jī)信號處理單元8，其中進(jìn)行諸如亮度、色差信號生成、輪廓補(bǔ)償和伽瑪處理等的處理。經(jīng)由顯示/記錄單元9將照相機(jī)信號處理單元8的輸出顯示在主體中所設(shè)置的顯示面板上并記錄在所設(shè)置的記錄介質(zhì)(未示出)中。還將從像素值合成單元5輸出的信號輸入至測光單元6，以及測光單元6分析所拍攝圖像的信號水平，并將分析的結(jié)果發(fā)送至控制單元7。控制單元7基于測光單元6的結(jié)果來控制光圈2和圖像傳感器3，并且進(jìn)行曝光調(diào)整以獲得入射至圖像傳感器3的適當(dāng)光量。接著將參考圖3說明利用圖像傳感器3的驅(qū)動(dòng)控制和像素值合成單元5的像素值合成處理，在不改變曝光水平的情況下實(shí)現(xiàn)虛擬的長的累積時(shí)間的同時(shí)，降低在利用高速快門進(jìn)行攝像時(shí)的運(yùn)動(dòng)分辨率的減小(運(yùn)動(dòng)圖像的逐幀感)的方法。在圖3中，從VD的下降沿至下一下降沿為止的持續(xù)時(shí)間是運(yùn)動(dòng)圖像的一個(gè)幀的持續(xù)時(shí)間，并且將其定義為tf秒。圖像傳感器3能夠在拍攝運(yùn)動(dòng)圖像時(shí)針對各幀持續(xù)時(shí)間來周期性地輸出圖像信號。而且，A、B、C和D分別表示圖像傳感器3的各像素的光電轉(zhuǎn)換單元A、B、C和D的累積持續(xù)時(shí)間。光電轉(zhuǎn)換單元A、B、C和D的電荷累積持續(xù)時(shí)間(ta秒)是控制單元7為了實(shí)現(xiàn)適當(dāng)曝光所計(jì)算出的時(shí)間。在第一實(shí)施例的攝像設(shè)備中，如圖2所示，將共享微透鏡的四個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元A、B、C和D的輸出相加以生成一個(gè)像素的信號。因此，如果將通過累積ta秒所獲得的光電轉(zhuǎn)換單元A、B、C和D中之一的信號水平假定為L/4，則獲得信號水平L作為一個(gè)像素的信號水平。如果控制單元7為了實(shí)現(xiàn)適當(dāng)曝光所計(jì)算出的電荷累積持續(xù)時(shí)間(ta秒)比運(yùn)動(dòng)圖像的一個(gè)幀的幀持續(xù)時(shí)間(tf秒)短，則通過將一個(gè)像素的各光電轉(zhuǎn)換單元A、B、C和D的累積開始時(shí)刻和讀出開始時(shí)刻偏移預(yù)定時(shí)間來順次進(jìn)行累積。而且，控制驅(qū)動(dòng)定時(shí)以使得一個(gè)像素的光電轉(zhuǎn)換單元A、B、C和D的電荷累積持續(xù)時(shí)間具有相同的長度。可以通過復(fù)位光電轉(zhuǎn)換單元中累積的電荷來控制讀出開始時(shí)刻。因此，在各幀持續(xù)時(shí)間(周期)中，電荷累積持續(xù)時(shí)間ta是從復(fù)位光電轉(zhuǎn)換單元A、B、C和D之一的電荷的時(shí)刻至讀出累積電荷的時(shí)刻為止的持續(xù)時(shí)間。
具體地，如圖3所示，各像素的光電轉(zhuǎn)換單元A在作為與VD的下降沿相同的時(shí)刻的t0開始累積，進(jìn)行電荷累積持續(xù)ta秒，并在t4開始讀出。光電轉(zhuǎn)換單元B在從光電轉(zhuǎn)換單元A的累積開始時(shí)刻t0延遲Λ t秒的時(shí)刻tl開始累積，進(jìn)行電荷累積持續(xù)ta秒，并在t5開始讀出。時(shí)刻t5是從光電轉(zhuǎn)換單元A的讀出開始時(shí)刻t4延遲△ t秒的時(shí)刻。同樣，光電轉(zhuǎn)換單元C在從光電轉(zhuǎn)換單元B的累積開始時(shí)刻tl延遲△ t秒的時(shí)刻t2開始累積，進(jìn)行電荷累積持續(xù)ta秒，并在t6開始讀出。時(shí)刻t6是從光電轉(zhuǎn)換單元B的讀出開始時(shí)刻t5延遲Λ t秒的時(shí)刻。光電轉(zhuǎn)換單元D在從光電轉(zhuǎn)換單元C的累積開始時(shí)刻t2延遲Δ t秒的時(shí)刻t3開始累積，進(jìn)行電荷累積持續(xù)ta秒，并在t7開始讀出。時(shí)刻t7是從光電轉(zhuǎn)換單元C的讀出開始時(shí)刻t6延遲Λ t秒的時(shí)刻。通過以這種方式控制電荷累積，盡管各像素的各光電轉(zhuǎn)換單元A、B、C和D的電荷累積持續(xù)時(shí)間是ta秒，但從光電轉(zhuǎn)換單元A的累積開始時(shí)刻t0至光電轉(zhuǎn)換單元D的讀出開始時(shí)刻為止的持續(xù)時(shí)間是tm秒(ta〈tm)。通過以上述方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制來通過將從像素的光電轉(zhuǎn)換單元A、B、C和D順次讀 取的信號進(jìn)行相加而獲得一個(gè)像素的信號被認(rèn)為與以下相同通過采用比ta秒長的時(shí)間(tm秒)來獲得能夠通過累積ta秒而獲得的信號水平。換句話說，在為了獲得適當(dāng)曝光而設(shè)置的電荷累積持續(xù)時(shí)間比運(yùn)動(dòng)圖像的一個(gè)幀的幀持續(xù)時(shí)間短，并且存在運(yùn)動(dòng)分辨率可能減小的問題的情況下，可以在比所設(shè)置的電荷累積持續(xù)時(shí)間看上去長的電荷累積持續(xù)時(shí)間中獲得期望曝光水平。因此，可以防止運(yùn)動(dòng)分辨率減小。接著將參考圖5的控制線圖以及圖3和圖4A、4B的驅(qū)動(dòng)時(shí)序圖來說明第一實(shí)施例的攝像設(shè)備中所進(jìn)行的根據(jù)被攝體亮度的曝光控制的例子。在第一實(shí)施例的攝像設(shè)備中，利用光圈2的光圈值和圖像傳感器3中的電荷累積持續(xù)時(shí)間的組合來控制曝光。在以下所示的例子中，假定運(yùn)動(dòng)圖像的一個(gè)幀的幀持續(xù)時(shí)間tf是1/60秒，作為運(yùn)動(dòng)分辨率減小的可接受限度的電荷累積持續(xù)時(shí)間是1/500秒，以及對于光圈，如果F值超過F4，則分辨率由于衍射引起的小的光圈模糊而減小。在圖5中，附圖標(biāo)記500表示相對于被攝體亮度的電荷累積持續(xù)時(shí)間的控制特性，以及附圖標(biāo)記501表不相對于被攝體売度的光圈的控制特性。在圖5中，在直到LO的被攝體亮度為止，將電荷累積持續(xù)時(shí)間固定為1/60的情況下，根據(jù)被攝體亮度在從Open至F4的范圍內(nèi)控制光圈，由此調(diào)整入射至圖像傳感器的光量。圖4A示出該情況下的圖像傳感器3的驅(qū)動(dòng)定時(shí)。在圖4A中，在一個(gè)像素的光電轉(zhuǎn)換單元A、B、C和D中，將光電轉(zhuǎn)換單元的累積開始時(shí)刻和讀出開始時(shí)刻設(shè)置為相同，并且在各光電轉(zhuǎn)換單元中，控制驅(qū)動(dòng)以使得電荷累積持續(xù)時(shí)間ta是1/60秒。接著，如果被攝體亮度超過L0，則為了避免小的光圈模糊，在將光圈固定為F4的情況下控制電荷累積持續(xù)時(shí)間，由此調(diào)整入射至圖像傳感器3的光量。圖4B示出在被攝體亮度從LO至LI的情況下，或者換句話說，在電荷累積持續(xù)時(shí)間SS滿足1/60 (秒)>SS ^ 1/500 (秒)的情況下的圖像傳感器3的驅(qū)動(dòng)定時(shí)。在圖4B中，在一個(gè)像素的光電轉(zhuǎn)換單元A、B、C和D中，將電荷累積開始時(shí)刻和讀出開始時(shí)刻設(shè)置為相同，并且控制驅(qū)動(dòng)從而確定電荷累積持續(xù)時(shí)間ta以獲得適當(dāng)?shù)钠毓狻Ｔ诒粩z體亮度在L(TL1的范圍中的情況下，用于獲得適當(dāng)曝光的電荷累積持續(xù)時(shí)間比輸出圖像的一個(gè)幀的幀持續(xù)時(shí)間tf短。因此，如圖4B所示，在一個(gè)幀的幀持續(xù)時(shí)間tf內(nèi)，出現(xiàn)不進(jìn)行累積的持續(xù)時(shí)間，但是這里，因?yàn)樵?/60秒的幀持續(xù)時(shí)間中，只要電荷累積持續(xù)時(shí)間在大約1/500秒以上，運(yùn)動(dòng)分辨率的減小就可接受，所以不會導(dǎo)致問題。而且，在被攝體亮度在Lf L2的范圍中的情況下，為了獲得適當(dāng)曝光而設(shè)置的電荷累積持續(xù)時(shí)間SS滿足1/500 (秒)>SS>l/2000 (秒)，結(jié)果使用運(yùn)動(dòng)分辨率的減小不可接受的電荷累積持續(xù)時(shí)間進(jìn)行攝像。為了解決這個(gè)問題，以參考圖3所述的方式來控制各像素的光電轉(zhuǎn)換單元A、B、C和D的電荷累積開始時(shí)刻和讀出開始時(shí)刻。換句話說，在維持電荷累積持續(xù)時(shí)間ta的情況下，通過在幀持續(xù)時(shí)間內(nèi)(周期內(nèi))將各光電轉(zhuǎn)換單元A、B、C和D的電荷累積持續(xù)時(shí)間偏移At秒來控制圖像傳感器3的驅(qū)動(dòng)，從而確定電荷累積持續(xù)時(shí)間以獲得合適曝光。這里，通過使用一個(gè)像素中包括的光電轉(zhuǎn)換單元的數(shù)量η、控制單元7為了獲得適當(dāng)曝光所確定的電荷累積持續(xù)時(shí)間ta、以及運(yùn)動(dòng)分辨率的減小可接受的電荷累積持續(xù)時(shí)間tm，利用控制 單元7來計(jì)算At。計(jì)算公式如以下公式(I)給出Δ t= (tm-ta) / (n_l) ... (I)通過經(jīng)由上述驅(qū)動(dòng)控制將從光電轉(zhuǎn)換單元A、B、C和D順次讀出的信號相加來獲得各像素的信號，從而即使設(shè)置了運(yùn)動(dòng)分辨率的減小不可接受的短的電荷累積持續(xù)時(shí)間，電荷累積持續(xù)時(shí)間也可以看上去被延長。因此，可以避免運(yùn)動(dòng)分辨率的減小。在圖5所示的控制線圖的情況下，如果為了獲得適當(dāng)曝光而設(shè)置的電荷累積持續(xù)時(shí)間SS滿足1/500 (秒)>SS> 1/2000 (秒)，則看上去的電荷累積持續(xù)時(shí)間可以被認(rèn)為是1/500 (秒)。如上所述，根據(jù)第一實(shí)施例，即使為了獲得適當(dāng)曝光所設(shè)置的電荷累積持續(xù)時(shí)間短并且存在運(yùn)動(dòng)分辨率可能減小的問題，也可以在看上去比所設(shè)置的電荷累積持續(xù)時(shí)間長的電荷累積持續(xù)時(shí)間中獲得期望曝光水平。因此，可以防止運(yùn)動(dòng)分辨率減小。而且，雖然采用在電荷累積持續(xù)時(shí)間SS小于1/500(秒)的情況下以偏移光電轉(zhuǎn)換單元A、B、C和D的電荷累積開始時(shí)刻和讀出開始時(shí)刻的例子說明了第一實(shí)施例，但本發(fā)明不限于此。還可以使用以下結(jié)構(gòu)每當(dāng)電荷累積持續(xù)時(shí)間SS例如小于1/60(秒)或者小于比1/60短的其它預(yù)定時(shí)間段時(shí)，偏移光電轉(zhuǎn)換單元A、B、C和D的電荷累積開始時(shí)刻和讀出開始時(shí)刻。第二實(shí)施例圖6是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的攝像設(shè)備的示意結(jié)構(gòu)的框圖。與參考圖I所述的第一實(shí)施例的攝像設(shè)備的不同之處在于，在第二實(shí)施例中，添加了相位差檢測單元10，并且同時(shí)進(jìn)行攝像處理和使用相位差檢測單元10的焦點(diǎn)檢測處理。除以上以外的組件和圖像傳感器3的各像素的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元的電荷累積的控制與參考圖Γ5所述相同，因此這里不給出其說明。接著將說明根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的攝像設(shè)備的操作的概要。圖像傳感器3中的光電轉(zhuǎn)換單元A、B、C和D將經(jīng)由攝像透鏡I和光圈2入射至圖像傳感器3的光轉(zhuǎn)換成電荷，并且各光電轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行電荷累積和讀出。此時(shí)，在圖像傳感器3中，根據(jù)被攝體亮度以上述方式獨(dú)立控制各像素的各光電轉(zhuǎn)換單元A、B、C和D的驅(qū)動(dòng)，從而可以基于來自控制單元7的控制信號來獲得適當(dāng)曝光。
A/D轉(zhuǎn)換器4A 4D將從圖像傳感器3的各像素的光電轉(zhuǎn)換單元A、B、C和D輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。然后，將從A/D轉(zhuǎn)換器4A 4D輸出的數(shù)字信號分別輸入至像素值合成單元5和相位差檢測單元10。在像素值合成單元5的處理之后所進(jìn)行的處理與上述第一實(shí)施例相同，因此這里省略其說明。另外，相位差檢測單元10基于從A/D轉(zhuǎn)換器4A 4D輸出的數(shù)字信號來進(jìn)行用于調(diào)節(jié)焦點(diǎn)的相位差檢測處理。現(xiàn)在將參考圖7和圖8A 8C說明相位差檢測處理。圖7是沿著圖2所示的線A-A’的示意截面圖。附圖標(biāo)記701表示從圖像側(cè)觀看的攝像透鏡I的出射光瞳。附圖標(biāo)記704和705分別表示由微透鏡21投射至出射光瞳位置的光電轉(zhuǎn)換單元A和B的出射光瞳。光電轉(zhuǎn)換單元A被設(shè)計(jì)為使得穿過出射光瞳705的光束703入射至光電轉(zhuǎn)換單元A，以及光電轉(zhuǎn)換單元B被設(shè)計(jì)為使得穿過出射光瞳704的光 束702入射至光電轉(zhuǎn)換單元B。也同樣地設(shè)計(jì)構(gòu)成圖像傳感器3的其它像素部。在一個(gè)像素的光電轉(zhuǎn)換單元A中，獲得位于攝像透鏡I的出射光瞳701的左前側(cè)的區(qū)域704中出現(xiàn)的圖像。同樣，在一個(gè)像素的光電轉(zhuǎn)換單元B中，獲得位于攝像透鏡I的出射光瞳701的右前側(cè)的區(qū)域705中出現(xiàn)的圖像。雖然僅使用光電轉(zhuǎn)換單元A和B說明了圖7，但是還在圖7的前側(cè)設(shè)置了光電轉(zhuǎn)換單元C和D。穿過位于攝像透鏡I的出射光瞳701的左后側(cè)的區(qū)域(未示出)的光束入射至光電轉(zhuǎn)換單元D，以及穿過位于攝像透鏡I的出射光瞳701的右后側(cè)的區(qū)域的光束入射至光電轉(zhuǎn)換單元C。如果這里假定將基于光束702所獲得的圖像定義為圖像A，以及將在圖像傳感器3上基于光束703所獲得的圖像定義為圖像B，則可以將圖像A和圖像B認(rèn)為是基于穿過攝像透鏡1(攝像光學(xué)系統(tǒng))的不同光瞳區(qū)域的光束的圖像。如果攝像透鏡I對被攝體聚焦，則與不同光瞳區(qū)域相對應(yīng)的兩個(gè)圖像的相關(guān)度高。另一方面，如果攝像透鏡I離焦，則與不同光瞳區(qū)域相對應(yīng)的兩個(gè)圖像的相關(guān)度低。因此，在第二實(shí)施例中，基于根據(jù)穿過不同光瞳區(qū)域的光束所獲得的兩個(gè)圖像之間的相關(guān)度來進(jìn)行焦點(diǎn)調(diào)節(jié)。例如，相位差檢測單元10將從A/D轉(zhuǎn)換器4A和4B的輸出端輸出的、與光電轉(zhuǎn)換單元A相對應(yīng)的圖像A和與光電轉(zhuǎn)換單元B相對應(yīng)的圖像B存儲在內(nèi)部存儲器(未示出)中，并且進(jìn)行圖像A和圖像B之間的相關(guān)運(yùn)算，從而獲得兩個(gè)圖像之間的圖像間隔和位置關(guān)系O圖像A和圖像B之間的關(guān)系例如如圖8A 8C所示，其中，附圖標(biāo)記802表示圖像A，以及附圖標(biāo)記801表示圖像B。圖8A示出前聚焦?fàn)顟B(tài)，圖8B示出后聚焦?fàn)顟B(tài)，以及圖8C示出聚焦?fàn)顟B(tài)。基于圖像A和圖像B之間的像素的位置關(guān)系以及圖像A和圖像B之間的圖像間隔803來進(jìn)行檢測，從而判斷攝像透鏡I當(dāng)前處于聚焦?fàn)顟B(tài)還是離焦?fàn)顟B(tài)，并且還在透鏡處于離焦?fàn)顟B(tài)的情況下判斷前聚焦或后聚焦的程度。利用第二實(shí)施例的攝像設(shè)備，存在當(dāng)被攝體亮度高時(shí)偏移圖像傳感器3的各像素的光電轉(zhuǎn)換單元A、B、C和D的驅(qū)動(dòng)定時(shí)的情況。因此，當(dāng)相位差檢測單元10進(jìn)行根據(jù)穿過不同光瞳區(qū)域的光束所獲得的兩個(gè)圖像之間的相關(guān)運(yùn)算時(shí)，考慮光電轉(zhuǎn)換單元的驅(qū)動(dòng)定時(shí)之間的差來進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算。例如，如果兩個(gè)圖像之間的差小于預(yù)定閾值TH，則相位差檢測單元10判斷為這些圖像相關(guān)。然后，控制單元7進(jìn)行控制以與光電轉(zhuǎn)換單元A、B、C和D的驅(qū)動(dòng)定時(shí)之間的偏移量(At秒)成比例地增大相位差檢測單元10所使用的用于相關(guān)運(yùn)算的閾值TH。以上說明了通過使用構(gòu)成一個(gè)像素的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元中的在水平方向上相鄰的兩個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元A和B來進(jìn)行相位差檢測的情況，但是可以以除上述以外的任意組合來使用光電轉(zhuǎn)換單元A、B、C和D。如上所述，根據(jù)第二實(shí)施例，可以獲得與第一實(shí)施例相同的效果，并且同時(shí)可以進(jìn)行使用相位差檢測的焦點(diǎn)調(diào)節(jié)。 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)和功倉泛。
權(quán)利要求
1.一種攝像設(shè)備，包括 圖像傳感器，其包括多個(gè)像素，每個(gè)像素具有多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元和微透鏡，所述圖像傳感器能夠拍攝被攝體并且從所述多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元獨(dú)立地周期性地輸出圖像信號； 控制單元，用于進(jìn)行控制，以使得在所述圖像傳感器輸出圖像信號的周期內(nèi)，所述圖像傳感器的各像素的所述多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元的電荷累積持續(xù)時(shí)間相互偏移；以及 合成單元，用于針對各像素將從所述多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元獨(dú)立輸出的圖像信號進(jìn)行相加。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的攝像設(shè)備，其特征在于，還包括 測光單元，用于測量被攝體亮度；以及 確定單元，用于基于所述測光單元所測量到的被攝體亮度來確定所述圖像傳感器中的電荷累積持續(xù)時(shí)間， 其中，在所述確定單元所確定的電荷累積持續(xù)時(shí)間比預(yù)設(shè)電荷累積持續(xù)時(shí)間短的情況下，所述控制單元使得在所述圖像傳感器輸出圖像信號的周期內(nèi)，所述圖像傳感器的各像素的所述多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元的電荷累積持續(xù)時(shí)間相互偏移。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的攝像設(shè)備，其特征在于，所述控制單元進(jìn)行控制，以通過使所述多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元各自的電荷累積開始時(shí)刻和電荷讀出時(shí)刻相互偏移來使得所述電荷累積持續(xù)時(shí)間相互偏移。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的攝像設(shè)備，其特征在于，在所述確定單元所確定的電荷累積持續(xù)時(shí)間不比所述預(yù)設(shè)電荷累積持續(xù)時(shí)間短的情況下，所述控制單元進(jìn)行控制，以使得所述圖像傳感器的各像素的所述多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元的電荷累積持續(xù)時(shí)間在所述周期內(nèi)相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的攝像設(shè)備，其特征在于，所述預(yù)設(shè)電荷累積持續(xù)時(shí)間是所述周期內(nèi)作為運(yùn)動(dòng)分辨率減小的可接受限度的電荷累積持續(xù)時(shí)間。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的攝像設(shè)備，其特征在于，還包括 相位差檢測單元，用于確定從所述多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元中的一個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元獲得的圖像信號與從所述多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元中的另一個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元獲得的圖像信號之間的相位差；以及 判斷單元，用于在所述相位差檢測單元所確定的相位差小于預(yù)先確定的閾值的情況下，判斷為實(shí)現(xiàn)了聚焦?fàn)顟B(tài)， 其中，所述控制單元設(shè)置所述閾值，并進(jìn)行控制，以隨著所述控制單元所偏移的電荷累積持續(xù)時(shí)間的偏移量的增大而增大所述閾值。
7.—種控制攝像設(shè)備的方法，所述攝像設(shè)備包括圖像傳感器，所述圖像傳感器包括多個(gè)像素，每個(gè)像素具有多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元和微透鏡，所述圖像傳感器能夠拍攝被攝體并且從所述多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元獨(dú)立地周期性地輸出圖像信號，所述方法包括 利用控制單元進(jìn)行控制，以使得在所述圖像傳感器輸出圖像信號的周期內(nèi)，所述圖像傳感器的各像素的所述多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元的電荷累積持續(xù)時(shí)間相互偏移；以及 利用合成單元針對各像素將從所述多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元獨(dú)立輸出的圖像信號進(jìn)行相加。
全文摘要
本發(fā)明涉及攝像設(shè)備及其控制方法。攝像設(shè)備包括圖像傳感器，圖像傳感器包括多個(gè)像素，每個(gè)像素具有多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元和微透鏡，圖像傳感器能夠拍攝被攝體并且從多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元獨(dú)立地周期性地輸出圖像信號；控制單元，用于進(jìn)行控制以使得在圖像傳感器輸出圖像信號的周期內(nèi)，圖像傳感器的各像素的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元的電荷累積持續(xù)時(shí)間相互偏移；以及合成單元，用于針對各像素將從多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元獨(dú)立輸出的圖像信號進(jìn)行相加。
文檔編號H04N5/351GK102857700SQ20121022804
公開日2013年1月2日 申請日期2012年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月1日
發(fā)明者田島香 申請人:佳能株式會社