摄像装置及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于对比度评价值进行调焦的摄像装置。
【背景技术】
[0002] 日本特开2013-25246号公报公开了如下摄像装置：为了实现作为摄像面相位差 AF的优点的高速调焦以及作为对比度AF的优点的精确调焦，同时执行摄像面相位差AF和 对比度AF。
[0003] 然而，日本特开2013-25246号公报的摄像装置仅基于以下条件：用于计算对比度 评价值的滤波器频带被设置为高于摄像面相位差AF的滤波器频带。因此，可能存在无法获 得足够的聚焦精度、无法聚焦于目标被摄体、无法在散焦状态下正确地输出对焦方向的情 况。
[0004] 例如，当在对焦状态附近需要精确聚焦时，输出低频带的对比度评价值无法实现 足够的聚焦精度。另一方面，当在散焦状态下需要获取聚焦方向时，输出高频带的对比度评 价值无法获得正确的聚焦方向。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了能够进行高精度调焦的摄像装置及其控制方法。
[0006] 作为本发明的一个方面，摄像装置包括：计算器，其被构造为基于合成信号的对比 度评价值来检测散焦量，通过使第一信号和第二信号的通过预定频带的通频带信号的相位 相对地移位并合成所述通频带信号，来获得所述合成信号；以及控制器，其能够改变所述预 定频带。
[0007] 作为本发明的另一方面，摄像装置的控制方法包括：基于合成信号的对比度评价 值检测散焦量的步骤，通过使第一信号和第二信号的通过预定频带的通频带信号的相位相 对地移位并合成所述通频带信号，来获得所述合成信号，并且所述预定频带是可变的。
[0008] 根据以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清楚。
【附图说明】
[0009] 图1是根据本发明的实施例的摄像装置的结构的框图。
[0010] 图2是根据本发明的第一实施例的摄像装置中包括的摄像元件的像素阵列的示 意图。
[0011] 图3A和图3B是根据本发明的第一实施例的摄像装置中包括的摄像元件的像素结 构的示意平面图和示意截面图。
[0012] 图4例示了根据本发明的第一实施例的摄像装置中包括的摄像元件的像素与光 瞳分割区域之间的对应关系。
[0013] 图5例示了根据本发明的第一实施例的摄像装置中包括的摄像光学系统和摄像 元件的光瞳分割。
[0014] 图6例示了根据本发明的第一实施例基于由摄像装置中包括的摄像元件的像素 信号生成的第一焦点检测信号和第二焦点检测信号的、图像的散焦量与图像偏移量之间的 关系。
[0015] 图7是本发明的第一实施例中重新聚焦处理的示意说明图。
[0016] 图8例示了本发明的第一实施例中滤波器频带的示例。
[0017] 图9例示了本发明的第一实施例中由重新聚焦信号计算出的对比度评价值的示 例。
[0018] 图10例示了本发明的第一实施例中第一焦点检测的操作的流程图。
[0019] 图11例示了本发明的第一实施例中第二焦点检测的操作的流程图。
[0020] 图12是本发明的第一实施例中调焦处理的操作的流程图。
[0021] 图13例示了本发明的第一实施例中计算第一评价值的操作的流程图。
[0022] 图14例示了本发明的第二实施例中计算第一评价值的操作的流程图。
[0023] 图15例示了本发明的第三实施例中计算第一评价值的操作的流程图。
[0024] 图16例示了本发明的第四实施例中调焦处理的操作的流程图。
[0025] 图17A至图17C各自例示了本发明的第四实施例中计算第一评价值的操作的流程 图。
[0026] 图18是本发明的第五实施例中像素阵列的示意图。
[0027] 图19A和图19B是本发明的第五实施例中像素的示意平面图和示意截面图。
【具体实施方式】
[0028] 以下将参照附图来描述本发明的示例性实施例。应当理解，参照示例性实施例描 述的发明不限于此。应当对所附权利要求的范围给予最宽的解释，以使其涵盖所有这些变 型例以及等同的结构和功能。
[0029] [实施例1]
[0030] [整体结构]
[0031]图1是根据本发明的第一实施例的包括调焦装置的摄像装置的结构的框图，例示 了作为示例的数字摄像机的结构图。下文中，包括一体形成的照相机主体和镜头装置的镜 头一体型摄像装置例示了根据本发明的本实施例的摄像装置（光学装置），但是本发明不 限于此。例如，作为替代，可以采用包括镜头可更换数字单镜头反光照相机（照相机主体） 和可更换镜头（镜头装置）的镜头可更换摄像装置。如稍后所述，摄像装置包括包含作为 摄像光学系统的出射光瞳的光瞳分割单元的微镜头的摄像元件，并且能够进行摄像面相位 差调焦。
[0032] 在图1中，根据本实施例的数字摄像机100包括作为具有自动聚焦功能的摄像光 学系统的变焦镜头120。变焦镜头120包括第一固定镜头101、在光轴方向上移动以改变倍 率的变倍率镜头102、孔径光阑103、第二固定镜头104以及聚焦补偿器镜头105。聚焦补偿 器镜头（下文中，简称为聚焦镜头）105具有校正由于倍率引起的焦平面的移动的功能，并 且具有聚焦功能。
[0033] 摄像元件106包括二维CMOS光传感器和外围设备，并且被布置在摄像光学系统 (成像光学系统）的摄像面上。
[0034] ⑶S/AGC电路107对摄像元件106的输出进行相关二重抽样和增益调整。
[0035] 照相机信号处理器108对⑶S/AGC电路107的输出信号进行各种图像处理以生成 图像信号。显示单元109包括例如IXD，并显示来自照相机信号处理器108的图像信号。记 录器115将来自照相机信号处理器108的图像信号记录在记录介质（例如磁带、光盘和半 导体存储器）中。
[0036] 变焦驱动电路110在控制器114的控制下移动变倍率镜头102。聚焦镜头驱动电 路111在控制器114的控制下移动聚焦镜头105。变焦驱动电路110和聚焦镜头驱动电路 111各自包括诸如步进电机、DC电机、振动电机和音圈电机等致动器。
[0037] AF门112仅向后段的AF信号处理电路113供给⑶S/AGC电路107的所有像素的 输出信号中的、由控制器114设置的用于焦点检测的区域（焦点检测区域或AF框）中的信 号。
[0038] AF信号处理电路113对从AF门112供给的焦点检测区域中包括的像素的信号应 用滤波器以提取高频分量并生成AF评价值。如稍后所述，本实施例中的AF信号处理电路 113包括具有多个频率特性的滤波器，或者具有可变频率特性的滤波器。利用这种结构，AF 信号处理电路113通过具有根据稍后所述的第一焦点检测器的输出而不同的频率特性的 滤波器来生成AF评价值。以这种方式，AF信号处理电路113用作基于预定频带中的信号 生成AF评价值（对比度评价值）的生成器。第一焦点检测器能够检测摄像光学系统的聚 焦状态，并且作为采用例如相位差检测方法和对比度检测方法的焦点检测器。
[0039] AF评价值被输出到控制器114。AF评价值指示基于摄像元件106的输出信号生成 的图像的清晰度（对比度），并且因为当图像对焦时清晰度高而当图像散焦时清晰度低，所 以能够被用作为表示摄像光学系统的聚焦状态的值。
[0040] 控制器114是例如微型计算机，执行预先存储在ROM(未示出）中的控制程序以控 制数字摄像机100中的各部件，并且控制数字摄像机100的整体操作。控制器114通过基于 由AF信号处理电路113提供的AF评价值控制聚焦镜头驱动电路111来进行AF控制（自 动聚焦控制）操作。控制器114根据来自操作单元116的变焦指示控制变焦驱动电路110 以改变变焦镜头120的倍率。
[0041] 操作单元116包括用户向数字摄像机100输入各种指令和设置的诸如开关、按钮 和拨号盘等输入设备。操作单元116包括摄像开始/停止按钮、变焦开关、静止摄像按钮、 方向按钮、菜单按钮和执行按钮。
[0042] [摄像元件]
[0043] 图2是根据第一实施例的摄像装置中包括的摄像元件的像素阵列的示意图。图 2例示了作为第一实施例中使用的摄像元件的二维CMOS传感器中包括的4X4摄像像素 (8X4焦点检测像素）的像素阵列。
[0044] 在本实施例中，图2中所示的2X2像素组200包括位于左上位置、具有红色（R)光 谱感光度的像素200R。组200包括位于右上和左下位置、具有绿色（G)光谱感光度的像素 200G。组200包括位于右下位置、具有蓝色（B)光谱感光度的像素200B。各像素（各摄像 像素）200a包括第一焦点检测像素201 (第一像素）和第二焦点检测像素202 (第二像素） 的2X1像素的阵列。
[0045] 摄像元件106在摄像面上包括多组图2中所示的4X4摄像像素（8X4焦点检测 像素）以获取图像信号和焦点检测信号。在本实施例中，摄像元件具有以下结构：以4μπι 为周期P布置摄像像素，其像素数N约为5575列X 3725行=20, 750, OOO像素，在列方向 上以2 μπι为周期PAF布置焦点检测像素，其焦点检测像素数NAF约为11150列Χ3725行 =41，500, 000 像素。
[0046] 图3Α是当从摄像元件的受光面侧（正ζ方向）观看时图2中的摄像元件的像素 200G(摄像像素）的平面图，图3Β是当在负y方向上观看时沿图3Α中的线a-a的截面图。
[0047] 如图3A和图3B中所示，在本实施例的像素200G中，在各像素的受光面侧上形成 用于对入射光进行聚光的微镜头305,并且通过X方向上的NH分割（2分割）和y方向上的 NV分割（1分割）来形成光电转换器301和光电转换器302。光电转换器301和光电转换 器302分别对应于第一焦点检测像素201和第二焦点检测像素202。
[0048] 光电转换器301和光电转换器302各自可以是在p型层300与η型层之间包括本 征层的PIN结构光电二极管，或者可以是根据需要省略了本征层的ρη结光电二极管。
[0049] 各像素包括在微镜头305与光电转换器301和光电转换器302之间形成的滤色器 306。根据需要，滤色器可以针对不同的子像素（焦点检测像素）具有不同的光谱透过率， 或者可以省略滤色器。
[0050] 图3Α和图3Β中所示的入射在像素200G上的光通过微镜头305进行聚光，并通过 滤色器306被散射，然后被光电转换器301和光电转换器302接收。光电转换器301和光 电转换器302各自通过光电转换根据接收到的光量来生成电子和空穴对。具有负电荷的电 子通过衰竭层被分离，然后在η型层被累积。另一方面，通过连接到恒压源（未示出）的ρ 型层从摄像元件中排出空穴。光电转换器301和光电转换器302中的各个的η型层中累积 的电子通过传输门被传输到电容器（FD)，并且被转换成要作为像素信号输出的电压信号。
[0051] 图4例示了图3Α和图3Β中所示的本实施例中的像素结构与光瞳分割之间的对应 关系。图4例示了当在正y方向观看时图3Α中所示的第一实施例中的像素结构的沿线a-a 的截面图和摄像光学系统的出射光瞳面。图4的截面图中的X轴和y轴相对于图3A和图 3B中的X和y反转，使得它们各自对应于出射光瞳面的坐标轴。图4利用相同的附图标记 表不与图3A和图3B中相同的部分。
[0052] 如