焦点调节设备 技术领域 本发明涉及用于在诸如数字静态照相机、 摄像机或基于胶片的照相机等的摄像设 备中进行调焦的焦点调节设备。
背景技术 作为在照相机的焦点检测和调节方法中使用穿过拍摄镜头的光束的普通系统， 存 在对比度检测系统和相位差检测系统。
对比度检测系统常常用于摄像机或数字静态照相机， 并且使用图像传感器作为焦 点检测传感器。该系统通过关注图像传感器的输出信号、 尤其是高频成分的信息 ( 对比度 信息 )， 将该对比度信息的评价值最大的拍摄镜头的位置确定为聚焦位置。
然而， 由于被称为爬山方法， 因此该系统必须通过轻微移动拍摄镜头的调焦位置 来获取评价值， 并且在发现评价值为最大之前一直移动调焦位置。 因此， 该系统不适用于高 速焦点检测操作。
相位差检测系统的焦点检测是单镜头反光照相机中经常使用的技术， 这有助于利 用自动调焦 (AF) 检测的单镜头反光照相机的实际应用。例如， 在数字单镜头反光照相机 中， 包括二次成像光学系统的焦点检测单元进行相位差检测系统的 AF。
焦点检测单元包括用于将穿过拍摄镜头的出射光瞳的光束分割成两个区域的光 瞳分割单元。被分割成两个区域的光束经由位于镜箱中的光路分割光学系统， 通过二次成 像光学系统在一组焦点检测传感器上形成图像。然后， 通过检测根据传感器的光接收量所 输出的信号的偏移量， 即光瞳分割方向上的相对位置偏移量， 来直接获取拍摄镜头在调焦 方向上的偏移量。
因此， 通过利用焦点检测传感器的存储操作同时获取散焦量和散焦方向。这使得 能够进行高速焦点调节操作。在焦点检测之后的摄像期间， 光路分割光学系统退回到摄像 光束外部， 并且使图像传感器曝光以获取拍摄图像。
存在这样一种技术， 用于即使在向图像传感器设置相位差检测系统的 AF 功能并 且诸如背侧液晶等的显示单元实时检查图像的电子取景器观察或运动图像拍摄期间， 也能 够实现高速 AF。例如， 研发了用于通过在图像传感器的特定光接收元件 ( 像素 ) 中使光接 收单元的感光区域相对于片上微透镜的光轴偏心来提供光瞳分割功能的技术。
通过使用这些像素作为焦点检测像素并且将这些像素以预定间隔配置在摄像像 素组中， 进行相位差检测系统的 AF。 焦点检测像素的配置位置对应于摄像像素的缺陷部分， 因此对周边摄像像素信息进行插值以生成图像信息。在该例子中， 可以在摄像面上执行相 位差检测系统的 AF。因此， 即使在电子取景器观察或运动图像拍摄期间也可以进行高速且 高精度的焦点检测。
在电子取景器观察或运动图像拍摄期间， 调节到达图像传感器的光量， 或者根据 用户的图像形成意图来调节拍摄图像的模糊量。 这使得可能有必要调节拍摄镜头的光圈开 口直径。希望即使在这样的情况下， 也拍摄通过焦点调节始终处于聚焦状态的图像。然而，
由于利用穿过拍摄镜头的光束来执行焦点检测和调节， 因而上述焦点检测和调节方法受拍 摄镜头的光圈开口直径的变化的影响很大。
为了应对该问题， 日本特开平 7-111614 号公报讨论了一种用于当在对比度检测 系统的焦点调节中调节光圈开口直径时禁止焦点调节操作的技术。 该技术可以防止调节光 圈开口直径时错误的焦点检测操作。
日本特开平 03-214133 号公报讨论了如下技术 ： 在相位差检测系统的焦点检测 中， 当拍摄镜头的光圈使焦点检测所使用的光束遮挡 ( 渐晕 ) 时， 考虑因被遮挡的光束而没 有到达焦点检测单元的光量来校正输出信号。即使在调节光圈开口直径时， 该技术通过根 据焦点检测所使用的光束的渐晕状态来校正输出信号， 仍能够进行高精度的焦点检测。
然而， 在日本特开平 7-111614 号公报所述的技术中， 禁止焦点调节操作产生了在 被摄体移动时该系统将不能跟随该移动的可能性， 从而导致拍摄到散焦图像。即使在预定 时间段之后再次执行焦点调节操作时， 仍可能拍摄到散焦图像。 在这两种情况下， 存在可能 将观察期间感觉不自然的图像记录为运动图像的可能性。
在日本特开平 03-214133 号公报所述的技术中， 基于拍摄镜头侧的设计信息， 进 行考虑拍摄镜头的渐晕对焦点检测信号的光量的校正。然而， 通过包括拍摄镜头的光圈开 口的数个框构件来确定渐晕的程度， 并且各组件在外部形状或配置上均具有制造误差。因 此， 即使在仅基于拍摄镜头的设计信息来校正光量时， 仍存在在焦点检测结果中可能发生 误差的可能性。 换句话说， 在运动图像拍摄期间， 当光圈开口直径的变化伴随渐晕程度的变化时， 焦点检测结果可能由于该误差而在光圈开口直径的变化前后有所改变。然而， 当根据所获 取到的包括该误差的焦点检测结果来驱动拍摄镜头时， 在正拍摄的图像的焦点调节状态中 可能生成不连续的点， 从而发生可能将观察期间感觉不自然的图像记录为运动图像的可能 性。
发明内容 本发明涉及一种焦点调节设备和包括所述焦点调节设备的摄像设备， 其中， 即使 在拍摄镜头的光圈开口直径的变化影响焦点检测和调节结果时， 所述摄像设备也可以在不 会给所述摄像设备的用户任何不自然感觉的情况下显示和记录图像。
根据本发明的一个方面， 一种焦点调节设备包括 ： 光圈开口调节单元， 用于调节拍 摄镜头的光圈开口面积 ； 焦点检测单元， 用于通过使用穿过所述拍摄镜头的不同区域的光 束对， 来检测散焦量 ； 检测结果校正单元， 用于在所述光圈开口面积改变了等于或大于预定 值的值之后的焦点检测期间， 针对所述散焦量计算减小了的散焦量校正值 ； 以及焦点调节 单元， 用于进行控制， 以基于所述散焦量校正值来执行焦点调节。
通过以下参考附图对典型实施例的详细说明， 本发明的其它特征和方面将变得明 显。
附图说明 包含在说明书中并构成说明书一部分的附图示出了本发明的典型实施例、 特征和 方面， 并与说明书一起用来解释本发明的原理。
图 1 是示出根据本发明第一典型实施例的照相机系统的结构的框图。 图 2 是示出从拍摄镜头侧看时形成被摄体图像的图像传感器的光接收像素的平 图 3A 和 3B 示出图像传感器的摄像像素的结构。 图 4A 和 4B 示出图像传感器的焦点检测像素的结构。 图 5 示意性示出图像传感器和图像处理单元中的焦点检测结构。 图 6A 和 6B 示出发送给 AF 单元的焦点检测信号对和摄像范围内的焦点检测区域。 图 7A 和 7B 是示出从光学取景器侧看时图 1 所示的透镜和图像传感器的光学断面 图 8 示出光圈开口调节前后的焦点检测结果的例子。 图 9 是示出根据第一典型实施例的焦点调节操作的流程图。 图 10 是示出根据第二典型实施例的焦点调节操作的流程图。 图 11 是示出根据第三典型实施例的焦点调节操作的流程图。 图 12 示出透镜框和光圈之间的关系。 图 13A 和 13B 示出从图像传感器侧看时的透镜框和光圈。 图 14 是示出根据第四典型实施例的焦点调节操作的流程图。面图。
图。
具体实施方式
下面将参考附图详细说明本发明的各种典型实施例、 特征和方面。
本发明提供如下结构 ： 在光圈开口面积改变预定值以上之后的焦点检测期间， 利 用特定方法针对散焦量计算减小了的散焦量校正值， 并且基于该散焦量校正值进行焦点调 节。
在光圈开口面积的变化之后所检测到的散焦量可能由于各种原因而突然增大或 者包括特定比率的误差， 这种可能性不小。
因此， 根据本发明， 在不基于所检测到的量来执行焦点调节的情况下， 不管所检测 到的量的可靠性如何， 仅计算减小了的散焦量校正值， 并且基于减小了的散焦量校正值， 通 过降低焦点调节状态的不连续性和误差的影响来进行焦点调节。基于该理念， 根据本发明 的焦点调节设备包括以上在本发明的发明内容部分所述的各种组件。
图 1 示出摄像设备即包括可以更换多个拍摄镜头单元的照相机、 拍摄镜头和焦点 调节设备的照相机系统的结构。在图 1 中， 示出照相机 100 和可更换地安装在照相机系统 中的照相机上的拍摄镜头 300， 其中， 该照相机系统包括根据典型实施例的焦点调节设备。 首先说明照相机 100 侧。
照相机 100 可以用于具有多种类型的拍摄镜头 300 的照相机系统， 并且可以安装 类型相同但制造编号不同的镜头。可以安装焦距或开放 F 值不同的拍摄镜头 300 或具有变 焦功能的拍摄镜头 300。无论是相同类型还是不同类型， 拍摄镜头都可以互换。
在照相机 100 中， 已穿过拍摄镜头 300 的光束穿过照相机安装座 106， 并且通过主 镜 130 向上反射以进入光学取景器 104。通过光学取景器 104， 照相机 100 的用户可以在观 察作为光学图像的被摄体时拍摄图像。在光学取景器 104 中， 配置有诸如聚焦显示、 照相机 抖动警告显示、 光圈值显示或曝光校正显示等的显示单元 54 的特定功能。主镜 130 包括半透过性的半透半反镜。进入主镜 130 的光束的一部分穿过半透半 反镜， 并且通过副镜 131 向下反射以进入焦点检测装置 105。
焦点检测装置 105 采用包括二次成像光学系统的相位差检测系统的 AF 机构， 并且 将所获取到的光学图像转换成电信号， 以将该电信号发送给 AF 单元 42。AF 单元 42 基于电 信号进行焦点检测计算。
基于该计算结果， 系统控制电路 50 对拍摄镜头 300 侧的调焦控制单元 342( 下面 说明 ) 进行焦点调节控制。根据本典型实施例， AF 单元 42 还校正焦点检测结果。AF 单元 42 对应于权利要求中的检测结果校正单元。
当在结束拍摄镜头 300 的焦点调节之后进行静止图像拍摄、 电子取景器的观看和 运动图像拍摄时， 主镜 130 和副镜 131 通过快速复原机构 ( 未示出 ) 退回到摄像光束外部。 由此穿过拍摄镜头 300 的光束经由用以控制曝光量的快门 12 进入将光学图像转换成电信 号的图像传感器 14。
在结束这样的摄像操作之后， 主镜 130 和副镜 131 返回至所示位置。
将由图像传感器 14 转换得到的电信号发送给模拟 / 数字 (A/D) 转换器 16， 并且 将模拟输出转换成数字信号 ( 图像数据 )。时序发生电路 18 向图像传感器 14、 A/D 转换器 16 和 D/A 转换器 26 提供时钟信号或控制信号。存储器控制电路 22 和系统控制电路 50 控 制时序发生电路 18。 图像处理电路 20 对来自 A/D 转换器 16 的图像数据或来自存储器控制电路 22 的 图像数据执行预定像素插值或颜色转换。图像处理电路 20 通过使用图像数据执行预定计 算。
图像传感器 14 包括焦点检测单元的一部分， 并且即使在利用快速复原机构使主 镜 130 和副镜 131 退回到摄像光束外部的退回状态下， 仍可以执行相位差检测系统 AF。通 过图像处理电路 20 将所获取到的图像数据中与焦点检测相对应的图像数据转换成焦点检 测图像数据。
然后， 经由系统控制电路 50 将该图像数据发送给 AF 单元 42， 并且焦点调节单元对 拍摄镜头 300 进行调焦。基于利用图像处理电路 20 对图像传感器 14 的图像数据的计算结 果， 可以进行系统控制电路 50 控制拍摄镜头 300 的调焦控制单元 342 以进行聚焦的对比度 系统 AF。
因此， 在电子取景器观察或运动图像拍摄期间， 在主镜 130 和副镜 131 退回到摄像 光束外部时， 可以利用图像传感器 14 进行相位差检测系统 AF 和对比度系统 AF 这两者。特 别地， 由于可以进行相位差检测系统 AF， 因而能够进行高速调焦。
因此， 在根据本典型实施例的照相机 100 中， 对于主镜 130 和副镜 131 处于摄像光 束中的正常静止图像拍摄， 使用利用焦点检测装置 105 的相位差检测系统 AF。
在主镜 130 和副镜 131 退回到摄像光束外部的电子取景器观察或运动图像拍摄期 间， 使用利用图像传感器 14 的相位差检测系统 AF 和对比度系统 AF。这使得在静止图像拍 摄、 电子取景器观察和运动图像拍摄任一个中都能够进行焦点调节。
存储器控制电路 22 控制 A/D 转换器 16、 时序发生电路 18、 图像处理电路 20、 图像 显示存储器 24、 D/A 转换器 26、 存储器 30 和压缩 / 解压缩电路 32。经由图像处理电路 20 和存储器控制电路 22、 或者直接经由存储器控制电路 22， 将 A/D 转换器 16 的数据写入图像
显示存储器 24 或存储器 30 中。
图像显示单元 28 包括液晶监视器， 并且经由 D/A 转换器 26 显示写入图像显示存 储器 24 中的显示图像数据。
通过使用图像显示单元 28 顺次显示所拍摄的图像数据可以实现电子取景器功 能。 图像显示单元 28 可以根据来自系统控制电路 50 的指示， 任意切换显示打开 / 关闭 (ON/ OFF)。当该显示被切换成 OFF 时， 可以大大降低照相机 100 的功耗。
如上所述， 在电子取景器观察或运动图像拍摄期间， 通过快速复原机构使主镜 130 和副镜 131 退回到摄像光束外部。因此， 在这种情况下， 禁止使用利用焦点检测装置 105 的 焦点检测。
因此， 根据本典型实施例的照相机 100 被配置成利用图像传感器 14 中所包括的焦 点检测单元来进行相位差检测系统的 AF。 这使得在光学取景器和电子取景器这两者中都能 够进行拍摄镜头 300 的焦点调节。不用说， 在电子取景器观察或运动图像拍摄期间， 可以进 行对比度系统的焦点检测。
存储器 30 存储所拍摄的静止图像或运动图像， 并且具有足以存储预定数量的静 止图像或预定时间段的运动图像的容量。 因此， 即使在连续摄像或全景摄像的情况下， 也可 以高速将大量图像写入存储器 30 中。 可以使用存储器 30 作为系统控制电路 50 的工作区。压缩 / 解压缩电路 32 具有 用于通过自适应离散余弦变换 (ADCT) 来压缩 / 解压缩图像数据的功能。压缩 / 解压缩电 路 32 读取存储在存储器 30 中的图像以对该图像进行压缩或解压缩， 并且将处理后的图像 数据写入存储器 30 中。
快门控制单元 36 基于来自测光单元 46 的测光信息， 与控制拍摄镜头 300 侧的光 圈 312 的光圈控制单元 344 相关联地控制快门 12。 接口单元 38 和连接器 122 使照相机 100 和拍摄镜头 300 相互电连接。
具有用于在照相机 100 和拍摄镜头 300 之间发送控制信号、 状态信号或数据信号 以及提供各种电压的电流的功能。不仅可以进行电通信， 还可以进行光通信和音频通信。
测光单元 46 进行自动曝光 (AE) 处理。经由照相机安装座 106、 主镜 130 和测光 透镜 ( 未示出 ) 使穿过拍摄镜头 300 的光束进入测光单元 46， 这使得能够测量图像曝光状 态。
测光单元 46 与闪光灯 48 联合具有 FE 处理功能。基于利用图像处理电路 20 对图 像传感器 14 的图像数据的计算结果， 系统控制电路 50 对快门控制单元 36 和拍摄镜头 300 的光圈控制单元 344 进行 AE 控制。闪光灯 48 具有 AF 辅助光的投射功能和闪光灯光控制 功能。
系统控制电路 50 控制整个照相机 100， 并且存储器 52 存储操作系统控制电路 50 用的常数、 变量或程序。显示单元 54 是根据系统控制电路 50 所执行的程序使用文本、 图像 和声音来显示操作状态或消息的液晶显示装置。
一个或多个显示单元 54 被安装在照相机 100 的操作单元附近容易看到的位置处， 并且均包括例如液晶显示器 (LCD) 和发光二极管 (LED) 的组合。 显示单元 54 的显示内容中 要显示在 LCD 上的显示内容包括与诸如拍摄图像的数量或要拍摄的剩余数量等的照片数 量有关的信息以及与诸如快门速度、 光圈值、 曝光校正和闪光灯等的摄像条件有关的信息。
另外， 显示剩余电池电量以及日期和时间。
如上所述， 显示单元 54 具有光学取景器 104 中所设置的一部分功能。非易失性存 储器 56 是电可擦除可记录存储器。例如， 使用电可擦可编程只读存储器 (EEPROM)。操作单 元 60、 62、 64、 66、 68 和 70 输入系统控制电路 50 的各种操作指示， 并且均包括开关或拨盘、 触摸面板、 基于视线检测的指示装置和语音识别装置中的单个或多个的组合。
模式拨盘开关 60 可以切换和设置包括电源断开 (power-off) 模式、 自动摄像模 式、 手动摄像模式、 再现模式和个人计算机 (PC) 连接模式的功能模式。
通过半按下快门按钮 ( 未示出 ) 来接通作为快门开关 SW 1 的操作单元 62， 以指示 开始 AF、 AE、 自动白平衡 (AWB) 处理或 EF 处理。通过全按下快门按钮来接通作为快门开关 SW2 的操作单元 64， 以指示开始一系列摄像处理。
摄像处理包括曝光、 显影和记录处理。在曝光中， 经由 A/D 转换器 16 和存储器控 制电路 22 将从图像传感器 14 读取的信号作为图像数据写入存储器 30 中。
通过使用图像处理电路 20 或存储器控制电路 22 的计算来执行显影。在记录中， 从存储器 30 读取图像数据， 利用压缩 / 解压缩电路 32 进行压缩， 并且将压缩得到的图像数 据写入记录介质 200 或 210。 图像显示 ON/OFF 开关 66 可以将图像显示单元 28 设置成 ON/OFF。该功能在使用 光学取景器 104 执行摄像期间， 通过阻断提供至包括液晶监视器的图像显示单元的电流， 从而能够实现省电。
快速回放 ON/OFF 开关 68 设置用于在摄像之后立即自动再现所拍摄的图像数据的 快速回放功能。操作单元 70 包括各种按钮和触摸面板。各种按钮包括菜单按钮、 闪光灯设 置按钮、 单拍 / 连拍 / 自拍切换按钮、 以及曝光校正按钮。
电源控制单元 80 包括电池检测电路、 直流 (DC)/DC 转换器和用于切换要通电的块 的切换电路。电源控制单元 80 检测是否安装了电池、 电池的类型和电池剩余电量， 基于检 测结果和来自系统控制电路 50 的指示来控制 DC/DC 转换器， 并且在必要时间段内向包括记 录介质的单元提供必要电压。
连接器 82 和 84 将诸如碱性电池或锂电池等的一次电池、 诸如镍镉 (NiCd) 电池或 镍氢 (NiMH) 电池等的二次电池、 以及包括交流 (AC) 适配器的电源单元 86 连接到照相机 100。接口 90 和 94 具有与诸如存储卡或硬盘等的记录介质的连接功能， 并且连接器 92 和 96 与诸如存储卡或硬盘等的记录介质物理连接。
记录介质装载 / 卸载检测单元 98 检测是否在连接器 92 或 96 上安装记录介质。 根 据本典型实施例， 存在两个系统的接口和连接器来装载记录介质。 然而， 可以安装一个或多 个系统的接口和连接器。可以安装不同标准的接口和连接器。
将诸如局域网 (LAN) 卡等的各种通信卡连接到接口和连接器， 这使得能够与诸如 计算机和打印机等的其它外围装置传送图像数据和图像数据所附加的管理信息。 通信单元 110 具有诸如有线通信和无线通信等的各种通信功能。
连接器 112 利用通信单元 110 将照相机 100 连接到其它装置， 并且在无线通信的 情况下用作天线。记录介质 200 和 210 是存储卡或硬盘。记录介质 200 和 210 各自包括记 录单元 202 和 212、 与照相机 100 的接口 204 和 214 以及用于与照相机 100 连接的连接器 206 和 216， 其中， 记录单元 202 和 212 包括半导体存储器或磁盘。
接着说明拍摄镜头 300 侧。可从照相机 100 拆卸掉拍摄镜头 300。经由照相机安 装座 106 将镜头安装座 306 可更换地固定到照相机 100， 其中， 镜头安装座 306 机械连接拍 摄镜头 300 与照相机 100。
照相机安装座 106 和镜头安装座 306 包括用于将拍摄镜头 300 电连接到照相机 100 的连接器 122 和连接器 322 的功能。透镜 311 包括用于对被摄体调节焦点的调焦透镜， 并且光圈 312 控制摄像光束的量。
连接器 322 和接口 338 将拍摄镜头 300 电连接到照相机 100 的连接器 122。连接 器 322 具有用于在拍摄镜头 300 和照相机 100 之间传送控制信号、 状态信号或数据信号、 以 及接收或提供各种电压的电流的功能。
连接器 322 可以被配置为不仅执行电通信还执行光通信和音频通信。变焦控制单 元 340 控制透镜 311 的变焦， 并且调焦控制单元 342 控制透镜 311 的调焦透镜的操作。当 拍摄镜头 300 是不具有变焦功能的单焦点镜头类型时， 可以省略变焦控制单元 340。
光圈控制单元 344 基于来自测光单元 46 的测光信息， 与控制快门 12 的快门控制 单元 36 相关联地控制光圈 312。光圈 312 和光圈控制单元 344 对应于权利要求中的光圈开 口调节单元。
镜头系统控制单元 346 控制整个拍摄镜头 300。镜头系统控制单元 346 具有用于 存储拍摄镜头操作用的常数、 变量或程序的存储器功能。
非易失性存储器 348 存储如下内容 ： 诸如拍摄镜头固有的编号等的识别信息， 管 理信息， 诸如全开口 F 值、 最小光圈值或焦距等的功能信息， 以及当前和过去的设置值。根 据本典型实施例， 非易失性存储器 348 还存储根据拍摄镜头 300 的状态的透镜框信息。该 透镜框信息是与如下内容有关的信息 ： 用于确定穿过拍摄镜头的光束的框开口相对于图像 传感器 14 的距离 ； 以及框开口的半径。
光圈 312 包括在用于确定穿过拍摄镜头的光束的框中， 并且诸如用于保持透镜的 透镜框组件的开口等对应于这些框。用于确定穿过拍摄镜头的光束的框根据透镜 311 的调 焦位置或变焦位置而改变， 因此与透镜 311 的调焦位置和变焦位置相对应地准备多个框。
当照相机 100 通过使用焦点检测单元进行焦点检测时， 选择与透镜 311 的调焦位 置和变焦位置相对应的最佳透镜框信息以将该最佳透镜框信息经由连接器 322 发送给照 相机 100。
说明了包括照相机 100 和拍摄镜头 300 的照相机系统的结构。接着将详细说明包 括在图像传感器 14 中的焦点检测单元。如焦点检测装置 105 的情况一样， 该焦点检测单元 采用相位差检测系统的 AF。将说明该焦点检测单元的结构。
图 2 是示出从拍摄镜头 300 侧观看时、 在图 1 的照相机系统框图所示的图像传感 器 14 中形成被摄体图像的光接收像素的平面图。具体地， 图 2 示出包括图像传感器 14 的 水平方向上的 m 个像素和垂直方向上的 n 个像素的所有像素的摄像范围 400 以及一个像素 部 401。
各像素部均包括以片上拜尔排列所形成的原色滤波器， 并且以 2×2 四个像素的 周期配置像素。在图 2 中， 为了消除复杂性， 仅显示包括 10 个像素 ×10 个像素的左上方像 素部， 而省略其它像素部。
图 3A 和图 3B 以及图 4A 和 4B 示出像素部中所包括的摄像像素和焦点检测像素的结构。图 3B 和 4B 是示出从光学取景器 104 侧观看时、 在图 1 所示的透镜 311 和图像传感 器 14 的光学断面图。省略进行说明时不需要的构件。
本典型实施例采用拜尔阵列， 其中， 2×2 四个像素中的对角的两个像素是具有绿 色 (G) 光谱灵敏度的像素， 并且其它两个像素是分别具有红色 (R) 和蓝色 (B) 光谱灵敏度 的像素。在拜尔阵列中， 配置具有下述结构的焦点检测像素。
图 3A 和 3B 示出摄像像素的配置和结构。图 3A 是示出 2×2 个摄像像素的平面 图。在拜尔阵列中， G 像素位于对角线方向上， 并且其它两个像素是 R 和 B 像素。重复配置 该 2×2 个像素的结构。
图 3B 是沿图 3A 所示的直线 A-A 所截取的断面图， 并且示出位于各像素前面的片 上微透镜 ML、 R 颜色滤波器 CFR 和 G 颜色滤波器 CFG。
光电二极管 (PD) 是互补金属氧化物半导体 (CMOS) 图像传感器的示意性光电转换 元件。 接触层 (CL) 是用以形成用于发送 CMOS 图像传感器中的各种信号的信号线的配线层。 图 3A 和 3B 示出图像传感器 14 的中心附近的像素、 即拍摄镜头 300 的轴附近的像素结构。
将摄像像素的片上微透镜 ML 和光电转换元件 PD 配置成尽可能有效地捕获穿过拍 摄镜头 300 的光束。换句话说， 拍摄镜头 300 的出射光瞳 411 和光电转换元件 PD 因微透镜 ML 而相互处于共轭关系， 并且将光电转换元件的有效面积设计得大。 图 3B 所示的光束 410 示出该状态， 并且通过光电转换元件 PD 捕获出射光瞳 411 的整个区域。参考图 3B 说明了 R 像素的入射光束。G 像素和 B 像素具有相同结构。为了易 于理解， 以放大的方式示出微透镜 ML 周围的构件。实际上， 这些构件是微米级大小。
图 4A 和 4B 示出拍摄镜头 300 的用于水平 ( 横向 ) 光瞳分割的焦点检测像素的配 置和结构。水平方向对应于图 2 中示出的图像传感器 14 的长边方向。图 4A 是示出包括焦 点检测像素的 2×2 个像素的平面图。
为获得用于记录或观看的图像信号， 获取 G 像素中的亮度信息的主成分。人的图 像识别特性对亮度信息敏感， 因此当 G 像素损坏时， 容易识别出到图像质量下降。
R 像素和 B 像素用于获取颜色信息 ( 色差信息 )。人的视觉特性对颜色信息不敏 感， 因此即使在用于获取颜色信息的像素中发生了一些损坏时， 也难以识别到图像质量下 降。
因此， 根据本典型实施例， 在 2×2 个像素中， 以焦点检测像素替换 R 像素和 B 像 素， 而保持 G 像素作为摄像像素。图 4A 示出焦点检测像素 SHA 和 SHB。
图 4B 是沿图 4A 所示的直线 A-A 所截取的断面图。微透镜 ML 和光电转换元件 PD 在结构上与摄像像素的结构相同。示出了图像传感器 14 的中心附近的像素、 即拍摄镜头 300 的轴附近的像素结构。
根据本典型实施例， 不使用焦点检测像素的信号来进行图像生成， 因此代替颜色 分离颜色滤波器， 配置透明膜 CFW( 白色 )。由于通过图像传感器来分割出射光瞳 411， 将配 线层 CL 的开口部设置得相对于微透镜 ML 的中心线在一个方向上偏心。
具体地， 使像素 SHA 的开口部 OPHA 相对于微透镜 ML 的中心线向右偏心了 421HA。因 此， 接收穿过相对于透镜 311 的光轴 L 位于左侧的出射光瞳 422HA 的光束 420HA。类似地， 由 于像素 SHB 的开口部 OPHB 相对于微透镜 ML 的中心线向左偏心了 421HB， 因而接收穿过相对于 透镜 311 的光轴 L 位于右侧的出射光瞳 422HB 的光束 420HB。
通过图 4B 可知， 偏心量 421HA 等于偏心量 421HB。因此， 开口部 OP 和微透镜 ML 之 间的偏心使得能够提取穿过拍摄镜头 300 的不同光瞳区域的光束 420。
在该结构中， 水平配置多个像素 SHA， 并且将像素组中所获取到的被摄体图像设置 为 A 图像。还水平配置像素 SHB， 并且将像素组中所获取到的被摄体图像设置为 B 图像。检 测 A 图像和 B 图像的相对位置， 这使得能够检测被摄体图像的散焦量 ( 离焦量 )。
因此， 图像传感器 14 具有作为第二焦点检测单元的功能， 并同时具有作为第二光 瞳分割单元的功能。
图 4A 和 4B 示出图像传感器 14 的中心附近的焦点检测像素。在该中心以外， 将微 透镜 ML 和配线层 CL 的开口部 OPHA 和 OPHB 设置得以与图 4B 所示的状态不同的状态偏心， 这 使得能够分割光瞳 411。
具体地， 以开口部 OPHA 作为例子， 以使大致为球形的微透镜 ML 的球心与连接开口 部 OPHA 的中心和出射光瞳区域的中心成直线对齐的方式， 偏心设置开口部 OPHA。因此， 即使 在图像传感器 14 的周边， 也可以执行与图 4A 和 4B 所示的中心附近的焦点检测像素的光瞳 分割大致相同的光瞳分割。
在像素 SHA 和 SHB 中， 对于在摄像面的水平方向上具有亮度分布的被摄体、 例如垂直 线可以进行焦点检测。 然而， 对于在垂直方向上具有亮度分布的水平线不能进行焦点检测。 为了能够进行该焦点检测， 可以设置用于垂直分割拍摄镜头的光瞳的像素。根据本典型实 施例， 在垂直方向和水平方向上都配置焦点检测像素结构。 焦点检测像素不具有原始颜色信息。 因此， 为形成拍摄图像， 根据周边的像素信号 来进行插值计算以生成信号。因此在图像传感器 14 中并非连续地而是离散地配置焦点检 测像素。结果， 拍摄图像的图像质量不会下降。
如以上参考图 2、 图 3A 和 3B、 以及图 4A 和 4B 所述， 图像传感器 14 不仅具有摄像功 能， 还具有作为焦点检测单元的功能。对于焦点检测方法， 包含用于接收分割出射光瞳 411 所使用的光束的焦点检测像素， 这使得能够进行相位差检测系统的 AF。
图 5 示意性示出图像传感器 14 和图像处理电路 20 中的焦点检测结构。在图 1 的 框图中示出的照相机系统中， 经由 A/D 转换器 16 将图像传感器 14 中获取到的图像数据发 送给图像处理电路 20。为了便于说明， 在图 5 中， 省略了 A/D 转换器 16。
图像传感器 14 包括多个焦点检测单元 901， 焦点检测单元 901 各自包括光瞳分割 焦点检测像素 901a 和 901b。焦点检测单元 901 对应于图 4A 中示出的部分， 并且焦点检测 像素 901a 对应于像素 SHA， 而且焦点检测像素 901b 对应于像素 SHB。图像传感器 14 包括用 于光电转换通过拍摄镜头所形成的被摄体图像的多个摄像像素。
图像处理电路 20 包括合成单元 902 和连接单元 903。图像处理电路 20 向图像传 感器 14 的摄像面分配多个分区 ( 区域 )CST， 以包括多个焦点检测单元 901。图像处理电路 20 可以适当改变分区 CST 的大小、 配置或数量。
合成单元 902 在分配给图像传感器 14 的多个分区 CST 的每一个中， 对来自焦点检 测像素 901a 的输出信号进行合成， 以获取一个像素的第一合成信号。合成单元 902 在各分 区 CST 中， 对来自焦点检测像素 901b 的输出信号进行合成， 以获取一个像素的第二合成信 号。
连接单元 903 在多个分区 CST 中， 连接像素的第一合成信号以获取第一连接信号，
并且连接第二合成信号以获取第二连接信号。因此， 对于焦点检测像素 901a 和 901b 中的 每一个， 获取将与分区的数量相对应的像素连接在一起的连接信号。
计算单元 904 基于第一连接信号和第二连接信号， 计算拍摄镜头 300 的散焦量。 因此， 为了对来自配置在分区内的同一光瞳分割方向上的焦点检测像素的输出信号进行合 成， 即使当各焦点检测单元的亮度小时， 也可以充分检测被摄体的亮度分布。
图 6A 示出由图 5 所示的焦点检测单元 901、 合成单元 902 和连接单元 903 所形成 的并被发送给 AF 单元 42 的焦点检测信号对。在图 6A 中， 横轴表示连接信号的像素排列和 方向， 并且纵轴表示信号强度。
分别通过焦点检测像素 901a 和焦点检测像素 901b 生成焦点检测信号 430a 和焦 点检测信号 430b。拍摄镜头 300 相对于图像传感器 14 处于散焦状态， 因此焦点检测信号 430a 向左偏移， 而焦点检测信号 430b 向右偏移。
AF 单元 42 基于众所周知的相关计算来计算焦点检测信号 430a 和 430b 的偏移量， 这使得能够判断拍摄镜头 300 的散焦程度。因此， 焦点调节单元可以进行调焦。
图 6B 示出摄像范围内的焦点检测区域。图像传感器 14 在该焦点检测区域中执行 相位差检测系统的 AF。 除包括图 5 所示的用于拍摄镜头的水平光瞳分割的像素的焦点检测 单元以外， 图 6B 所示的焦点检测区域还包括具有用于拍摄镜头的垂直光瞳分割的像素的 焦点检测单元。 在图 6B 中， 虚线矩形 217 表示形成图像传感器 14 的像素的摄像范围。在该摄像 范围内， 分别形成三个水平焦点检测区域 218ah、 218bh 和 218ch、 以及三个垂直焦点检测区 域 218av、 218bv 和 218cv。将垂直焦点检测区域和水平焦点检测区域配置成相互相交， 从 而构成十字型焦点检测区域。根据本典型实施例， 十字型焦点检测区域总共位于摄像范围 217 的中心以及左侧和右侧这三个地方。
在该结构中， 图像传感器 14 实现相位差检测系统的 AF。在相位差检测系统的 AF 中， 通过使用穿过拍摄镜头 300 的出射光瞳 411 的光束中的穿过两个不同地方的光束来执 行焦点检测。
这可能根据光圈 312 的开口大小而引起遮挡 AF 所使用的光束的渐晕。下面将说 明光圈 312 的开口调节对图像传感器 14 的相位差 AF 的影响。
图 7A 和 7B 是在图 1 的照相机系统框图中从光学取景器 104 侧观看时透镜 311 和 图像传感器 14 的光学断面图， 并且示出用于在图像传感器 14 的中心处形成图像的摄像光 束和由图像传感器 14 所执行的相位差检测系统的 AF 的焦点检测光束。省略了除透镜 311 和图像传感器 14 以外的进行说明所不需要的构件。
在图 7A 中， 实线光束 401 是如下的摄像光束， 该摄像光束穿过拍摄镜头 300 的透 镜 311 和光圈 312， 并在图像传感器 14 的光接收面的中心附近形成图像。对角线光束对 440a 和 440b 是由图 5 所示的焦点检测像素 901a 和 901b 所接收到的调焦光束中的用于在 图像传感器 14 的光接收面的中心附近形成图像的焦点检测光束。在图 7A 中， 焦点检测光 束没有因为光圈 312 而发生渐晕。
图 7B 示出使图 7A 所示的光圈 312 缩窄以减小开口面积的状态。如图 7A 所示的 情况一样， 实线光束 401 是如下的摄像光束， 该摄像光束穿过拍摄镜头 300 的透镜 311 和光 圈 312， 并在图像传感器 14 的光接收面的中心附近形成图像。
相对于图 7A 所示的焦点检测光束， 通过光圈 312 遮挡图 7B 所示的对角线光束对 440a-2 和 440b-2。在图 7B 中， 虚线光束表示图 7A 所示的焦点检测光束 440a 和 440b、 即没 有发生渐晕的焦点检测光束。
在电子取景器观察或运动图像拍摄期间， 对光圈 312 始终进行开口扩大或缩小控 制， 以根据包括拍摄期间的被摄体的环境的亮度来调节图像传感器 14 的光接收量， 或者表 现用户想要的被摄体图像的模糊水平。
参考图 7A 和 7B 说明了由于光圈 312 引起的图像传感器 14 的中心附近的像素的 渐晕状态。然而， 根据光圈 312 的开口状态， 通过光圈 312 以及用于保持镜头 311 的机械框 组件均能产生渐晕， 并且渐晕的程度从图像传感器 14 的一个像素位置到另一像素位置而 不同。
因此， 在根据本典型实施例的焦点调节设备中， 将透镜框信息从拍摄镜头 300 发 送给照相机 100。照相机 100( 例如， AF 单元 42 中所包括的渐晕量计算单元 ) 基于该信息， 来计算与图像传感器 14 的像素位置相对应的渐晕校正值。
通过使用该渐晕校正值来校正来自各像素的输出信号。 在摄像设备中该校正公知 为周边光量校正， 因此省略对其的说明。
如上所述， 每当在电子取景器显示或运动图像显示期间同时执行焦点检测和光圈 开口调节时， 都必须计算渐晕校正值来校正像素输出。 然而， 在该校正中， 对数据进行简化， 减少计算量， 并且不增加制造误差。结果， 可能产生校正误差。
每当调节光圈开口时， 焦点检测结果可能丢失其连续性， 并且变为不连续的。 在静 止图像拍摄期间， 通常发生这类校正误差。然而， 由于这类校正误差十分小， 因而该校正误 差在满足静止图像的质量方面不会引起任何问题。
然而， 在电子取景器观察或运动图像拍摄期间， 实时显示和拍摄图像， 因此由于焦 点检测结果的不连续性， 不自然的动作变得明显。图 8 示出光圈开口调节前后的焦点检测 结果的例子， 并且说明了焦点检测结果的不连续性。
在图 8 中， 纵轴表示焦点检测结果。在 (X 轴上的 )0 的情况下， 该结果不是散焦状 态， 而是聚焦状态。 横轴表示时间， 并且结果 601 ～ 610 是顺次执行的焦点检测操作的结果。
在图 8 中， 焦点检测结果 601 ～ 604 接近 0， 从而维持聚焦状态。在焦点检测结果 604 和 605 之间改变光圈。焦点检测结果 605 表示 AF 单元 42 判断为散焦的状态。因此必 须驱动透镜 311 中所包括的调焦透镜来调节焦点。
对于 AF 单元 42 在焦点检测结果 605 中的散焦判断， 可考虑诸如由光圈改变所引 起的校正误差和被摄体的移动等的一些原因。然而， 无法识别是哪一原因。结果， 当基于焦 点检测结果 605 驱动镜头时， 在电子取景器显示或所记录的运动图像中可能生成聚焦状态 不连续的点。
对于静止图像记录， 该焦点检测结果中所包括的误差十分小。 因此， 在电子取景器 显示或运动图像记录期间， 基于该焦点检测结果来驱动镜头不会发生任何问题。 然而， 在电 子取景器显示或运动图像记录期间， 显示或记录时间上连续的图像。 结果， 当生成聚焦状态 不连续的点时， 不自然变得明显。
因此， 根据本典型实施例， 光圈开口调节之后的焦点检测结果在用于减小根据该 焦点检测结果所计算出的镜头驱动量的方向上进行校正。 这可以使得在电子取景器显示或所记录的运动图像中所生成的聚焦状态不连续的点变得不大明显， 并且降低不自然。
可以采用无论光圈开口是否改变都在用于减小镜头驱动量的方向上始终执行校 正的结构。然而， 利用该结构， 由于即使在被摄体移动时也没有充分驱动镜头， 因而丢失了 对被摄体的移动的跟随性。 根据本典型实施例， 通过在光圈的开口改变前后改变处理， 聚焦 状态的不连续性的降低和对被摄体的移动的跟随性都可得以实现。
图 8 示出相对于焦点检测结果 605 在将透镜大约驱动了根据焦点检测结果 605 所 计算出的镜头驱动量的 40％之后的焦点检测结果 606。焦点检测结果 606 表示相对于焦点 检测结果 605 在聚焦方向上的变化。然而， 仍需要驱动调焦透镜以调节焦点。
同样， 焦点检测结果 607 和 608 是用于将透镜大约驱动了根据前次检测到的焦点 检测结果所计算出的镜头驱动量的 40％的结果， 并且表示在聚焦方向上的渐进变化。
焦点检测结果 609 和 610 接近 0， 因而维持聚焦状态。因此， 对光圈变化之后的焦 点检测结果在用于减小根据该焦点检测结果所计算出的镜头驱动量的方向上进行校正， 这 使得能够实现电子取景器显示或所记录的运动图像的聚焦状态的渐进变化。因此， 可以降 低观看期间的不自然。
接着说明照相机 100 中的操作。图 9 是示出存储在系统控制电路 50 中的焦点调 节操作的流程图。该流程图示出在主镜 130 和副镜 131 退回到摄像光束外部并且图像传感 器 14 进行相位差检测系统的 AF 的电子取景器显示或运动图像拍摄期间的焦点调节操作。 换句话说， 该焦点调节操作与电子取景器显示或运动图像显示并行进行。
首先， 在步骤 S501， 判断是否通过操作快门开关 SW1 或操作单元 70 按下了焦点检 测开始按钮。当按下了焦点检测开始按钮时 ( 步骤 S501 为 “是” )， 处理进入步骤 S502。在 这种情况下， 基于焦点检测开始按钮来执行该判断。 然而， 可以响应于电子取景器显示或运 动图像记录的变化而开始焦点检测。
在步骤 S502， 经由接口单元 38 和 338 以及连接器 122 和 322 获取诸如拍摄镜头 300 的透镜框信息或调焦透镜位置等的各种镜头信息。
在步骤 S503， 图像处理电路 20 的合成单元 902 和连接单元 903 根据顺次读取的图 像数据生成焦点检测信号对。将焦点检测信号发送给 AF 单元 42， 然后处理进入步骤 S504。
AF 单元 42 执行光量校正或渐晕校正以降低渐晕的影响。 根据本典型实施例， 图像 传感器 14 在电子取景器显示或运动图像拍摄期间进行焦点检测， 因此与间隔剔除读取相 对应地离散配置焦点检测像素 901a 和 901b。
在步骤 S504， AF 单元 42 通过使用众所周知的相关计算单元来计算这对焦点检测 信号之间的偏移量， 并且将计算出的偏移量转换成散焦量。
在步骤 S505， 判断光圈开口调节单元调节后的光圈开口面积相对于之前的焦点检 测时的光圈开口面积是否改变了至少预定值。 为了判断焦点检测光束的渐晕状态的变化是 否大， 基于光圈开口面积的变化来进行该判断。
当渐晕状态的变化大时， 将渐晕误差估计得相对较大。 当渐晕状态的变化小时， 将 渐晕误差估计得相对较小。 因此， 通过设置用于判断光圈开口面积的变化的特定阈值， 可以 仅在渐晕校正误差可能大时才校正焦点检测结果。
可以仅基于前次焦点检测时的信息来判断是否存在光圈开口面积的变化。然而， 可以基于以前的多次焦点检测操作时的信息来判断该变化。当仅基于前次焦点检测时的信息判断是否存在光圈开口面积的变化时， 在光圈 开口面积改变之后， 在第二次焦点检测时以及在第二次焦点检测之后， 在步骤 S505 选择 “否” ， 并且相对较快地驱动调焦透镜。为增强对被摄体的移动的跟随性， 优选该结构。
当基于多次焦点检测操作时的信息判断是否存在光圈开口面积的变化时， 在光圈 开口面积改变之后， 在多次焦点检测操作时， 在步骤 S505 选择 “是” ， 并且相对较慢地驱动 调焦透镜。
当使电子取景器显示或运动图像记录期间的聚焦状态的连续性优先时， 优选该结 构。当光圈开口面积改变了预定值以上时， 处理进入步骤 S506。当光圈开口面积没有改变 预定值以上时， 处理进入步骤 S507。
在步骤 S506， 校正焦点检测结果。通过下面的表达式 (1) 计算校正后的焦点检测 结果 P′。
P′＝ K×P (1)
P： 作为校正前的焦点校正结果的散焦量
K： 作为小于 1 的正数的系数， 对应于权利要求中的校正系数
因此， 在不改变符号的情况下， 校正焦点检测结果以使得值可以接近 0。 可以降低对由光圈开口改变所引起的焦点检测误差敏感的镜头驱动， 并且可以减 少聚焦状态不连续的电子取景器显示或运动图像记录。例如， 为进行以上参考图 8 所述的 驱动， 通过将 K 设置为 0.4 来进行校正。
在步骤 S507， 基于在步骤 S504 计算出的焦点检测结果或在步骤 S506 计算出的校 正后的焦点检测结果， 计算拍摄镜头 300 的镜头驱动量。在步骤 S508， 经由接口单元 38 和 338 以及连接器 122 和 322， 将镜头驱动量发送给拍摄镜头 300 的调焦控制单元 342， 并且驱 动调焦透镜以调节拍摄镜头 300 的焦点。
根据本典型实施例， 确定一个阈值来识别光圈开口面积的变化的大小， 并且使用 一种类型的校正系数。然而， 校正系数的数量不局限于一个。通过设置用于判断光圈开口 面积的变化的大小的多个阈值并使用相应的校正系数， 可以进行与更精细的状况相对应的 校正。说明了根据本典型实施例的照相机 100 的焦点调节操作。
如上所述， 根据本典型实施例， 进行该处理以根据光圈开口面积的变化来校正焦 点检测结果， 并且减小基于校正之前的焦点检测结果所计算出的镜头驱动量。 结果， 即使在 电子取景器观察或运动图像拍摄期间， 也可以进行聚焦状态的不连续性极小的自然显示或 记录。
通过以图像传感器 14 所执行的相位差检测系统的 AF 作为例子说明了本典型实施 例。然而， 本典型实施例可应用于焦点检测装置 105 所执行的相位差检测系统的 AF。
本典型实施例应用于电子取景器观察和运动图像拍摄这两者。然而， 本典型实施 例可仅应用于运动图像拍摄。具体地， 在电子取景器观察期间禁止进行检测结果校正单元 的校正， 而在运动图像拍摄期间执行检测结果校正单元的校正。 因此， 在电子取景器观察期 间， 可以使对被摄体的移动的跟随性优先。 在运动图像拍摄期间， 可以优先聚焦状态的连续 性。
说明了通过驱动拍摄镜头 300 的调焦透镜进行调焦的例子。然而， 图像传感器 14 可被配置为在拍摄镜头 300 的光轴方向上前后移动， 并且可以通过驱动图像传感器 14 来调
节焦点。 特别地， 当向照相机 100 安装了不擅长微小量驱动或低速驱动的拍摄镜头时， 可 以通过驱动图像传感器 14 来进行平滑的调焦。换句话说， 基于散焦量校正值， 可以通过驱 动拍摄镜头和图像传感器中至少一个来调节焦点。
用于在光圈开口面积改变了至少预定值之后的焦点检测期间针对散焦量来计算 减小了的散焦量校正值的方法不局限于与固定校正系数相乘的方法。
例如， 可以获取与散焦量的大小成比例的校正系数， 并且可以将散焦量乘以该校 正系数。然后， 当散焦量大时， 可以设置极大减小散焦量的校正值。根据本发明， 可以采用 用于计算散焦量校正值的任何方法， 只要该方法可以减小焦点检测结果的散焦量即可。
本发明的第二典型实施例是本发明的第一典型实施例的变形例， 并且涉及聚焦状 态的变化根据光圈开口面积的变化是否处于扩大方向而改变的情况。 与第一典型实施例的 不同在于 ： 根据光圈开口面积的变化是否处于扩大方向来改变焦点检测结果的校正系数。
第二典型实施例的结构使得能够根据景深的变化来改变镜头驱动量， 并且实现聚 焦状态的不连续性的降低和对被摄体的移动的跟随性。
根据第一典型实施例的示出摄像设备的结构的框图的图 1、 示出焦点检测执行方 法的图 2 ～图 6A 和 6B、 示出光圈开口面积变化时的焦点检测光束的变化的图 7A 和 7B、 以 及示出光圈开口面积变化前后的焦点检测方法的图 8 可以应用于第二典型实施例。
参考图 10 说明根据第二典型实施例的照相机 100 的操作。图 10 是示出系统控制 电路 50 中存储的焦点调节操作的流程图。
在该流程图中， 焦点调节操作与电子取景器显示或运动图像记录并行进行。在后 缀与图 9 所示的第一典型实施例相同的步骤中， 执行相同处理， 因此省略对其的说明。
当判断为光圈开口面积改变了至少预定值时 ( 步骤 S505 为 “是” )， 执行步骤 S1000。在步骤 S1000 判断光圈开口面积是否增大。
通常， 当光圈开口面积增大时， 缩小景深以使聚焦状态的变化明显。与此相反， 当 光圈开口面积减小时， 聚焦状态的变化不明显。因此， 根据本典型实施例， 根据光圈开口面 积的扩大或缩小来改变焦点检测结果的校正水平。
在步骤 S1001， 校正焦点检测结果。 通过下面的表达式 (2) 计算校正后的焦点检测 结果 P′。
P′＝ Ka×P (2)
Ka ： 作为小于 1 的正数的系数
因此， 在不改变符号的情况下， 校正焦点检测结果从而使得值可以接近 0。Ka 对应 于权利要求中的第一校正系数。
在步骤 S1002， 校正焦点检测结果。 通过下面的表达式 (3) 计算校正后的焦点检测 结果 P′。
P′＝ Kb×P (3)
Kb ： 作为小于 1 的正数的系数
因此， 在不改变符号的情况下， 校正焦点检测结果从而使得值可以接近 0。Kb 对应 于权利要求中的第二校正系数。
说明 Ka 和 Kb 之间的关系。在步骤 S1001， 光圈开口面积增大， 从而使得聚焦状态
的变化明显。 因此， 在电子取景器显示或运动图像记录期间， 突然的镜头驱动容易生成聚焦 状态中的不连续点。在步骤 S1002， 由于缩小的光圈开口面积而发生与此相反的情况。
因此， 根据第二典型实施例， 将 Ka 设置成比 Kb 的值小的值 ( 接近 0 的值 )。因此， 当光圈开口面积变化之后的聚焦状态的变化明显时， 可以更缓慢地驱动镜头。当光圈开口 面积变化之后的聚焦状态的变化不明显时， 使对被摄体的移动的跟随性优先， 并且可以较 快地驱动镜头。说明了根据本发明第二典型实施例的照相机 100 的焦点调节操作。
如上所述， 根据本典型实施例， 基于扩大或缩小的光圈开口面积， 改变用于校正焦 点检测结果的系数， 并且当聚焦状态的变化明显时， 以更慢地驱动镜头的方式来校正焦点 检测结果。 结果， 即使在电子取景器观察或运动图像拍摄期间， 也可以进行聚焦状态的不连 续性极小的自然显示或记录。
根据第二典型实施例， 仅基于光圈开口面积的扩大或缩小来选择焦点检测结果用 的校正系数。然而， 可以通过使用其它信息来选择该校正系数。
例如， 景深根据镜头焦距而改变。因此， 可以考虑在步骤 S502 所获取的多个镜头 信息中的焦距来选择焦点检测结果用的校正系数。结果， 可以更精确地选择与景深的变化 相对应的校正值。
本发明的第三典型实施例是本发明第一典型实施例的变形例， 并且涉及聚焦状态 的变化根据所检测到的散焦量而改变的情况。与第一典型实施例的不同在于 ： 根据所检测 到的散焦量来改变焦点检测结果的校正系数。
第三典型实施例的结构使得能够根据所检测到的散焦量来改变镜头驱动量， 并且 实现聚焦状态的不连续性的降低和对被摄体的移动的跟随性这两者。 作为示出根据第一典 型实施例的摄像设备的结构的框图的图 1 可应用于第三典型实施例。
参考图 11 说明根据第三典型实施例的照相机 100 的操作。图 11 是示出存储在系 统控制电路 50 中的焦点调节操作的流程图。
在该流程图中， 焦点调节操作与电子取景器显示或运动图像记录并行进行。在后 缀与图 9 所示的第一典型实施例相同的步骤中， 执行相同处理， 因此省略对其的说明。
当判断为光圈开口面积改变了至少预定值时 ( 步骤 S505 为 “是” )， 执行步骤 S1100。判断在步骤 S504 计算出的散焦量是否大于预定值。
通常， 当所计算出的散焦量大时， 所需的镜头驱动量也大。 当在该状态下驱动镜头 时， 聚焦状态的变化变得明显。因此， 根据本典型实施例， 根据所检测到的散焦量来改变焦 点检测结果的校正水平。
在步骤 S1101， 通过下面的表达式 (4) 来计算校正后的焦点检测结果 P′。
P′＝ Kc×P (4)
Kc ： 作为小于 1 的正数的系数
因此， 在不改变符号的情况下， 校正焦点检测结果从而使得值可以接近 0。Kc 对应 于权利要求中的第三校正系数。
在步骤 S1102， 校正焦点检测结果。 通过下面的表达式 (5) 计算校正后的焦点检测 结果 P′。
P′＝ Kd×P (5)
Kd ： 作为小于 1 的正数的系数因此， 在不改变符号的情况下， 校正焦点检测结果， 从而使得值可以接近 0。Kd 对 应于权利要求中的第四校正系数。
说明 Kc 和 Kd 之间的关系。在步骤 S1101， 当在步骤 S504 检测到的散焦量等于或 大于预定值 ( 步骤 S1100 为 “是” )， 并且在不进行任何校正的情况下驱动镜头时， 镜头驱动 量变得相对大。 当镜头驱动量大时， 由于聚焦状态的变化明显， 因而在电子取景器显示或运 动图像记录期间， 突然的镜头驱动容易生成聚焦状态中的不连续点。
在步骤 S1102， 当在步骤 S504 检测到的散焦量小于预定值 ( 步骤 S1100 为 “否” )， 并且在不进行任何校正的情况下仍驱动镜头时， 镜头驱动量相对小。 因此， 根据第三典型实 施例， 将 Kd 设置成比 Kc 的值小的值 ( 接近 0 的值 )。因此， 当光圈开口面积变化之后的聚 焦状态的变化明显时， 换句话说， 当所检测到的散焦量大时， 更缓慢地驱动镜头。
当聚焦状态的变化不明显时， 换句话说， 当所检测到的散焦量小时， 使对被摄体的 移动的跟随性优先， 并且较快地驱动镜头。 说明了根据本发明第三典型实施例的照相机 100 的焦点调节操作。
如上所述， 根据本典型实施例， 基于所检测到的散焦量的大小， 改变用于校正焦点 检测结果的系数， 并且在聚焦状态的变化明显时， 以更缓慢地驱动镜头的方式来校正焦点 检测结果。
结果， 即使在电子取景器观察或运动图像拍摄期间， 也可以进行聚焦状态的不连 续性极小的自然显示或记录。 根据第三典型实施例， 确定一个阈值来识别散焦量的大小， 并 且使用两种类型的校正系数。然而， 校正系数的数量不局限于两个。
通过设置用于判断散焦量的大小的多个阈值并使用相应的校正系数， 可以进行与 更精细的状况相对应的校正。
本发明的第四典型实施例是本发明第一典型实施例的变形例， 并且涉及下面的情 况： 在渐晕校正期间所生成的误差的大小由于焦点检测光束对之间的渐晕状态的差异而不 同。与第一典型实施例的不同在于 ： 基于焦点检测光束对之间的渐晕状态的比率来改变焦 点检测结果的校正系数。
第四典型实施例的结构使得能够根据预期的渐晕校正误差的大小来改变镜头驱 动量， 并且实现聚焦状态的不连续性的降低和对被摄体的移动的跟随性这两者。作为示出 根据第一典型实施例的摄像设备的结构的框图的图 1 可应用于第四典型实施例。
参考图 12 和 1， 说明了焦点检测光束的渐晕状况。图 12 示出用于在拍摄镜头 300 的特定状态下确定渐晕状况的透镜框。
一个透镜框 EntW 生成焦点检测光束中的渐晕。透镜框 EntW 与作为出射光瞳的光 圈 312 相关联地生成与图像传感器 14 上的像素位置相对应的渐晕。拍摄镜头 300 具有光 轴 L。图 12 示出图 6B 所示的十字焦点检测区域之间的交点 218a、 218b 和 218c。交点 218a 位于焦点检测区域 218av 和 218ah 之间， 类似地， 交点 218b 和 218c 也位于各个焦点检测区 域之间。
透镜框 EntW 和光圈 312 在相对于图像传感器 14 的距离以及开口直径上有所不 同， 并且到达图像传感器 14 的光束必须穿过这两个开口。因此， 到达除图像传感器 14 的交 点 218a 附近以外的像素部的光束不仅受到光圈 312 的影响， 还受到透镜框 EntW 的影响。
图 13A 和 13B 示意性示出图像传感器 14 上的位置之间的焦点检测光束的渐晕状况的差异。图 13A 示出图像传感器 14 的交点 218a 附近的像素， 并且图 13B 示出图像传感 器 14 的交点 218b 附近的像素。图 13A 和 13B 均示出用于在图像传感器 14 的长边方向上 分割光瞳的焦点检测像素。
图 13A 示出如图 12 所示的情况一样的影响渐晕的两个透镜框 EntW 和 312 以及与 图 4A 和 4B 所示的出射光瞳区域相同的出射光瞳区域 422HA 和 422HB， 其中， 焦点检测光束对 穿过出射光瞳区域 422HA 和 422HB。穿过焦点检测区域的光束到达像素 SHA 和 SHB。
然而， 通过光圈 312 部分地遮挡出射光瞳区域以生成渐晕， 并且仅穿过图 13A 所示 的对角线部分的光束到达了该像素。 在这种情况下， 如阴影区域的面积所示， 这对焦点检测 光束的光量大致相等。
在图 13B 中， 光圈 312 和透镜框 EntW 如何遮挡光束在焦点检测区域 422HA 和 422HB 之间有所不同。类似地， 在图 13B 中， 穿过阴影区域的光束到达图像传感器 14， 而不会发生 渐晕。
在焦点检测区域 422HA 中， 由于透镜框 EntW 而发生焦点检测光束渐晕。在焦点检 测区域 422HB 中， 由于光圈 312 而发生焦点检测光束渐晕。在这种情况下， 如阴影区域的面 积所示， 这对焦点检测光束在区域 422HA 的光量小于在区域 422HB 的光量。
如上所述， 当发生渐晕时， 基于从拍摄镜头 300 向照相机 100 所发送的透镜框信 息， 计算与图像传感器 14 的像素位置相对应的渐晕校正值， 并且校正来自各像素的输出信 号。
图 13B 所示的焦点检测区域 422HA 中的阴影区域的面积小于图 13A 所示的焦点检 测区域 422HA 中的阴影区域的面积。因此， 通常， 未处于图像传感器 14 的中心附近的像素相 对于处于图像传感器 14 的中心附近的像素， 发生更多的渐晕以减少光量。
因此， 为校正光量， 在未处于该中心附近的像素中， 与处于图像传感器 14 的中心 附近的像素相比， 该像素输出的值的增幅必须更大以校正该值。
在由于生成渐晕的光圈 312 和其它透镜框的形状或者组装时的制造误差而使像 素输出包含误差的情况下， 当值的增幅更大并校正该值时， 像素输出中所包含的误差也被 放大。这样在获取到的这对焦点检测信号之间生成差。如上所述， 在相位差检测系统的 AF 中， 通过相互比较从焦点检测光束对所获取到的这对焦点检测信号， 进行焦点检测。
因此， 当形状的一致度在这对焦点检测信号之间较低时， 生成焦点检测误差。 换句 话说， 与如图 13A 所示发生均匀渐晕的图像传感器 14 的中心附近的像素相比， 如图 13B 所 示发生不均匀渐晕的未处于图像传感器 14 的中心附近的这对像素在焦点检测结果中更容 易包含误差。
因此， 根据本典型实施例， 考虑这对焦点检测光束之间的渐晕状况的差来校正焦 点检测结果。透镜框信息对应于权利要求中的镜头信息。
参考图 14， 说明了根据第四典型实施例的照相机 100 的操作。 图 14 是示出存储在 系统控制电路 50 中的焦点调节操作的流程图。
在该流程图中， 焦点调节操作与电子取景器显示或运动图像记录并行进行。在后 缀与图 9 所示的第一典型实施例相同的步骤中， 执行相同处理， 因此省略对其的说明。
当判断为光圈开口面积的变化等于或大于预定值时 ( 步骤 S505 为 “是” )， 执行 步骤 S1200。在这种情况下， 判断步骤 S503 计算出的用于校正渐晕的光量校正值对的比率( 即， 通过渐晕量计算单元所计算出的光束对的渐晕量的比率 ( 通过将大的渐晕量除以小 的渐晕量所获得的值 )) 是否等于或大于预定值。
将各像素的输出乘以这对焦点检测光束的光量校正值来执行校正。因此， 这对光 量校正值的比率表示这对焦点检测光束之间的渐晕状况的差。
如上所述， 当这对焦点检测光束之间的渐晕状况的差较大时， 获取到的焦点检测 结果容易包含误差。 因此， 根据本典型实施例， 根据焦点检测光束之间的渐晕状况的差来改 变焦点检测结果的校正水平。
在步骤 S1201， 校正焦点检测结果。 通过下面的表达式 (6) 计算校正后的焦点检测 结果 P′。
P′＝ Ke×P (6)
Ke ： 作为小于 1 的正数的系数
因此， 在不改变任何符号的情况下， 校正焦点检测结果从而使得值可以接近 0。Ke 对应于权利要求中的第五校正系数。
在步骤 S1202， 校正焦点检测结果。 通过下面的表达式 (7) 计算校正后的焦点检测 结果 P′。
P′＝ Kf×P (7)
Kf ： 作为小于 1 的正数的系数
因此， 在不改变任何符号的情况下， 校正焦点检测结果从而使得值可以接近 0。Kf 对应于权利要求中的第六校正系数。
将说明 Ke 和 Kf 之间的关系。 在步骤 S1201， 焦点检测光束之间的渐晕状况的差较 大， 从而产生焦点检测结果可能包含误差的可能性。 因此， 当基于根据获取到的焦点检测结 果所计算出的镜头驱动量来驱动镜头时， 在电子取景器显示或运动图像记录期间， 在聚焦 状态下容易生成不连续的点。
在步骤 S1202， 焦点检测光束之间的渐晕状况的差较小， 因而焦点检测结果可能包 含误差的可能性低， 因此状况正好相反。因此， 根据第四典型实施例， 将 Ke 设置成比 Kf 的 值小的值 ( 接近 0 的值 )。
当焦点检测结果容易包含误差时， 更缓慢地驱动镜头。当焦点检测结果不容易包 含任何误差时， 使对被摄体的移动的跟随性优先， 并且可以较快地驱动镜头。 说明了根据本 发明第四典型实施例的照相机 100 的焦点调节操作。
如上所述， 根据本典型实施例， 基于焦点检测光束之间的渐晕状况的差， 改变用于 校正焦点检测结果的系数， 并且在焦点检测结果容易包含误差时， 以更缓慢地驱动镜头的 方式来校正焦点检测结果。 结果， 即使在电子取景器观察或运动图像拍摄期间， 也可以进行 聚焦状态的不连续性极小的自然显示或记录。
根据第四典型实施例， 确定一个阈值来判断渐晕校正量的比率， 并且使用两种类 型的校正系数。然而， 校正系数的数量不局限于两个。通过设置用于判断渐晕校正量的比 率的多个阈值并使用相应的校正系数， 可以进行与更精细的状况相对应的校正。
根据第四典型实施例， 当光圈开口面积变化等于或大于预定值时， 始终校正焦点 检测结果。然而， 这不是必需的。即使当光圈开口面积变化等于或大于预定值时， 如果渐晕 校正值的比率接近 1， 则由于焦点检测结果中包含的误差小， 因而可以不必进行校正。 因此，可以跟随被摄体以较高速度进行调焦。
以上说明了本发明的典型实施例。然而， 实施例决不局限于这些典型实施例。可 以在本发明的主旨内做出各种改变和修改。
尽管已经参考典型实施例说明了本发明， 但是应该理解， 本发明不局限于所公开 的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释， 以包含所有修改、 等同结构和功 能。