專利名稱：圖像傳感器和攝像設備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠基于從能夠拍攝靜止圖像和運動圖像的圖像傳感器所獲得的信號、通過相位差檢測方法來進行焦點檢測的圖像傳感器和攝像設備。
背景技術(shù)：
在用于攝像設備的自動焦點檢測/調(diào)節(jié)方法中，使用穿過攝像透鏡的光束的一般方法包括對比度檢測方法(也稱為基于模糊的方法)和相位差檢測方法(也稱為偏移檢測方法)。通常在用于拍攝動畫的攝像機和電子靜止照相機中使用對比度檢測方法，并且對比度檢測方法使用圖像傳感器作為焦點檢測傳感器。該方法關(guān)注圖像傳感器的輸出信號，尤其是高頻成分中所包含的信息(對比度信息)，并且將使輸出信號的評價值最大化的攝像透鏡的位置當作聚焦點。然而，由于需要也被稱為爬山法的方法來通過微小移動攝像透鏡來尋找評價值、并且持續(xù)移動攝像透鏡直到評價值達到最大值為止，因而該方法被認為不適于高速焦點調(diào)節(jié)操作。在利用鹵化銀膠卷的單鏡頭反光照像機中經(jīng)常使用另一種方法，S卩，相位差檢測方法，并且相位差檢測方法是對自動調(diào)焦(AF)單鏡頭反光照像機的商業(yè)化作出了巨大貢獻的技術(shù)。在相位差檢測方法中，首先，穿過攝像透鏡的出射光瞳的光束被分割為兩個光束，并且之后被一對焦點檢測傳感器接收。然后，通過檢測基于焦點檢測傳感器所接收的光量而輸出的信號之間的偏移量，即，光束的分割方向上的相對偏移量，相位差檢測方法直接判斷聚焦方向上的攝像透鏡的偏移量。因而，在焦點檢測傳感器積累數(shù)據(jù)時，獲得散焦量和散焦方向，這使得能夠進行高速焦點調(diào)節(jié)操作。然而，為了將穿過攝像透鏡的出射光瞳的光束分割為兩個光束并且獲得與所生成的兩個光束相對應的信號，通常將快速返回鏡或半透半反鏡等的光分割單元安裝在攝像光學路徑上，并且將焦點檢測光學器件和AF傳感器安裝在光分割部后面。這具有增大設備的大小和成本的缺點。為了克服上述缺點，公開了用于向圖像傳感器提供相位差檢測功能、無需專用AF傳感器、并且進行高速相位差AF的技術(shù)。例如，日本特開2000-292686公開了用于通過將圖像傳感器的部分像素的受光單元分割為兩部分來對圖像傳感器提供光瞳分割功能的技術(shù)。該技術(shù)通過將作為焦點檢測像素的這些像素以預定間隔配置在攝像像素中來進行相位差焦點檢測。由于攝像像素在配置焦點檢測像素的位置缺失，因而該技術(shù)使用基于周圍攝像像素所獲得的信息、通過插值來生成圖像信息。另一方面，即使在單鏡頭反光照像機的情況下，也代替鹵化銀膠卷，而通常將CXD和CMOS傳感器等的固態(tài)圖像傳感器用作攝像介質(zhì)。結(jié)果，設置有電子取景器模式和/或動畫記錄模式以及光學取景器的產(chǎn)品出現(xiàn)在市場上。電子取景器模式通過使快速返回鏡從攝像光學路徑退避來拍攝運動圖像，在安裝于主體內(nèi)的顯示裝置(近年來，一般使用液晶顯示裝置)上顯示所拍攝的運動圖像，從而允許用戶觀看被攝體。另外，這種照相機不僅能夠?qū)㈧o止圖像，而且還能夠?qū)⑦\動圖像以動畫記錄模式記錄在記錄介質(zhì)上。在重視幀率以使得能夠?qū)崿F(xiàn)平滑的畫面顯示的動畫拍攝期間，用于靜止圖像的部分像素沒有被讀出以提高幀率。另一方面，為了提高動畫顯示期間的圖像質(zhì)量并且提高低亮度處的感光度，日本特開2003-189183提出能夠通過在像素間隔剔除模式和像素合并模式之間切換來產(chǎn)生輸出的圖像傳感器。即，為了提高運動圖像的圖像質(zhì)量，提出在由于被攝體的高空間頻率而可能出現(xiàn)摩爾紋時以像素合并模式進行讀取以減少摩爾紋，而在由于被攝體的高亮度而可能出現(xiàn)拖尾時使用像素間隔剔除模式。然而，上面所述的已知技術(shù)有以下缺點。正常情況下，電子取景器和動畫模式不需要比靜止圖像的分辨率高的分辨率，并且平滑的畫面顯示是重要的。因此，在電子取景器和動畫模式中，通常通過像素間隔剔除或像素合并而讀取固態(tài)圖像傳感器來生成圖像，從而提高幀率。在此情況下，在日本特開2000-292686所記載的焦點檢測像素的配置中，可能存在通過像素間隔剔除來讀取固態(tài)圖像傳感器時沒有讀取焦點檢測像素從而導致不能夠使用相位差方法來檢測焦點的情況。可以想到的是將焦點檢測像素配置在不被剔除的行(或列)中，從而確保即使利用像素間隔剔除也可以讀取焦點檢測像素。然而，在讀取運動圖像期間根據(jù)場景在像素間隔剔除模式和像素合并模式之間切換的技術(shù)，諸如日本特開2003-189183所提出的技術(shù)，存在以下問題。即，能夠通過像素間隔剔除來適當讀取的焦點檢測像素不能夠通過像素合并來適當讀取，其中，在該像素合并中，將正常像素相加至焦點檢測像素。另外，即使在像素合并模式中，也可以想到在包含正常像素和焦點檢測像素的組合的像素組的情況下僅讀取焦點檢測像素。然而，這存在控制線的配線布局將變得復雜的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是考慮到上述情形而作出的，并且能夠在不會導致配線布局復雜的情況下在像素合并期間與來自正常像素的信號分開地讀取來自焦點檢測像素的信號。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種圖像傳感器，包括:多個像素，其被顏色濾波器覆蓋并且在第一方向和與所述第一方向垂直的第二方向上被二維地配置；以及讀出部件，其能夠通過在第一讀出方法和第二讀出方法之間切換來進行讀取，所述第一讀出方法用于讀取來自所述多個像素中的各個像素的信號，所述第二讀出方法用于通過在由相同顏色的顏色濾波器所覆蓋的預定數(shù)量的像素構(gòu)成的各像素組內(nèi)在所述第一方向上對信號進行相加來進行讀取，其中，所述多個像素包括離散地配置的第一焦點檢測像素的多個像素組和第二焦點檢測像素的多個像素組，以及所述第一焦點檢測像素和所述第二焦點檢測像素在所述第二方向上的不同側(cè)被部分地遮光以接收穿過不同出射光瞳區(qū)域的光。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種攝像設備，包括:如上所述的圖像傳感器；檢測部件，用于基于分別根據(jù)從所述第一焦點檢測像素和所述第二焦點檢測像素讀出的信號而獲得的兩個圖像之間的相位差來檢測焦點狀態(tài)；以及焦點調(diào)節(jié)部件，用于基于所檢測的焦點狀態(tài)來調(diào)節(jié)焦點。通過以下(參考附圖)對典型實施例的說明，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)明的實施例、特征和方面，并和說明書一起用來解釋本發(fā)明的原理。圖1A至IC是示出根據(jù)第一實施例的圖像傳感器的部分像素的典型像素配置的圖；圖2是示出根據(jù)第一實施例的圖像傳感器的部分像素的配線的圖；圖3是根據(jù)第一實施例的圖像傳感器的部分像素單元的詳細圖；圖4是示出根據(jù)第一實施例的列電路的詳細結(jié)構(gòu)的圖；圖5是根據(jù)第一實施例的圖像傳感器的驅(qū)動時序圖；圖6是根據(jù)第一實施例的圖像傳感器的另一驅(qū)動時序圖；圖7A至7C是示出根據(jù)第二實施例的圖像傳感器的部分像素的典型像素配置的圖；圖8是根據(jù)第二實施例的圖像傳感器的驅(qū)動時序圖；圖9A至9C是示出根據(jù)第三實施例的圖像傳感器的部分像素的典型像素配置的圖；圖10是示出根據(jù)第三實施例的列電路的詳細結(jié)構(gòu)的圖；圖11是根據(jù)第三實施例的圖像傳感器的驅(qū)動時序圖；圖12是示出根據(jù)第四實施例的攝像設備的示意性結(jié)構(gòu)的框圖；圖13是根據(jù)第四實施例的攝像設備所進行的拍攝處理的流程圖。
具體實施例方式將根據(jù)附圖詳細說明本發(fā)明的典型實施例。實施例所示的組成部分的大小、形狀及相對位置可以根據(jù)各種條件和用于本發(fā)明的設備的結(jié)構(gòu)而適當?shù)馗淖?，本發(fā)明不限于此處所述的實施例。第一實施例圖1A至IC是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的圖像傳感器的部分像素的典型像素陣列，更具體地，CMOS固態(tài)圖像傳感器的典型像素配置的圖。如圖1A所示，此處假定在以拜耳圖案在各像素上配置R(紅)、G(綠)和B(藍)顏色濾波器的情況下，分別在X方向(水平方向)和I方向(垂直方向)上二維地配置17個像素O 16和14個像素O 13。在包含光學黑(OB)像素等的實際圖像傳感器上配置了比圖1A至IC所示的更多的像素，但是為了便于說明，此處假定如上述配置17X14個像素。在圖1A的典型像素配置中，具有x、y坐標(4，6)、(4,8)和(4，10)的像素原本是R像素，而具有x、y坐標(7，9)、(7，11)和(7，13)的像素原本是B像素。根據(jù)第一實施例，這些像素用作焦點檢測像素并且優(yōu)先設置G顏色濾波器或者不設置顏色濾波器。然而，原本表示拜耳陣列中的顏色的符號(R和B)出現(xiàn)在本實施例中所參考的圖上。這些像素通過在水平方向上部分地遮擋這些像素的受光部設置有水平光瞳分割功能。然后，當在攝像像素中以預定間隔配置焦點檢測像素時，焦點檢測像素能夠提供相位差焦點檢測所需的信號。在圖1A至IC的例子中，為了檢測水平方向上的相位差，在水平方向上以預定間隔配置用于接收穿過不同出射光瞳區(qū)域的光的多對焦點檢測像素。為了接收穿過不同出射光瞳區(qū)域的光，對于被遮光的區(qū)域，具有x、y坐標(4，6)、(4,8)和(4，10)的像素與具有x、y坐標(7,9)、(7，11)和(7，13)的像素相反。這些對焦點檢測像素組離散地配置在圖像傳感器中。圖1B是示出通過考慮拜耳配置中的顏色重心來如何將圖1A的17X 14像素配置圖中的第4和第7列的三個相同顏色的像素的電荷在垂直方向上相加(以下稱為垂直相同顏色三像素相加)的圖。另外，圖1C是示出通過考慮拜耳配置中的顏色重心，在垂直相同顏色三像素相加之后在第6、第8和第10像素行和第9、第11和第13像素行中如何讀取水平方向上的1/3像素的電荷的圖(以下稱為水平1/3讀取)。在本例中，在垂直像素相加和水平像素間隔剔除之后從圖像傳感器讀取信號(水平和垂直像素數(shù)均被減少到1/3)。此處值得注意的是，經(jīng)過垂直相同顏色像素相加的所有三個像素是焦點檢測像素(針對相位差檢測在相同側(cè)具有遮光部)。該結(jié)構(gòu)可以防止在垂直相同顏色三像素相加期間正常像素的信號和焦點檢測像素的信號被混合。另一方面，假定將水平相同顏色像素相加應用于第6、第8和第10行的R像素，通過考慮拜耳配置中的顏色重心來將第2、第4和第6列的像素相加。雖然可以想到如上述垂直像素相加情況那樣，在第2和6列的像素被焦點檢測像素替換的情況下將第2、第4和第6列的像素相加，但是從檢測水平相位差的角度并不期望這種水平像素相加。因此，根據(jù)本實施例在水平方向上進行像素間隔剔除操作。即，為了檢測水平相位差，在垂直方向上配置焦點檢測像素并對其進行相加。從由于垂直像素相加和水平像素間隔剔除而產(chǎn)生的像素輸出，提取來自焦點檢測像素的像素輸出并將其用于攝像透鏡的焦點檢測，使用來自除焦點檢測像素之外的像素的像素輸出來生成被攝體圖像。此時，根據(jù)周圍攝像像素的信號來對來自焦點檢測像素位置的圖像信號進行插值。上述說明所使用的術(shù)語“相加”包括“算術(shù)平均”、“加權(quán)平均”等，但是用于通過包括多個像素信號來生成單位像素信號的技術(shù)不限于這些方法。圖2是示出包含配置為圖1A至IC所示的部分像素和像素讀出電路的圖像傳感器的配線的圖。此處示出具有x、y坐標(2，6)至(7，15)的像素。與圖1A至IC相同地，具有x、y坐標(4，6)、(4,8)和(4，10)的像素以及具有x、y坐標(7，9)、(7，11)和(7，13)的像素是焦點檢測像素。為了進行垂直三像素相加，對虛線所表示的各像素組a、b、c和d的像素進行相加。在這些像素組中，將參考圖3詳細說明來自各像素組a、b和c的像素信號的相加。來自經(jīng)過垂直三像素相加的各像素組的像素信號分別或者作為相加信號經(jīng)由選擇晶體管Tsel輸出至垂直輸出線Vline。圖2所示的配線中，同列的不同顏色的像素連接至不同的垂直輸出線、作為垂直輸出線負載的電流源200以及列電路230和231，并且被垂直掃描電路421控制。結(jié)果，將來自兩行的信號同時讀取至不同垂直輸出線Vline。將列電路230和231所讀取的像素信號通過水平掃描電路400和401順次傳送至讀取放大器216和217并且向外輸出。圖3詳細示出圖2所示的像素組a、b和c，S卩，圖1A至IC的具有x、y坐標(2，6)、(2,8)和(2，10) ;(4，6)、(4,8)和(4，10)以及(6，6)、(6,8)和(6，10)的像素。可以經(jīng)由各傳送晶體管TxOO Tx44將來自各像素的光電二極管rooo至TO44的信號傳送至浮動擴散部Cfd，其中，垂直方向上的三個像素的組共享各浮動擴散部CfcL經(jīng)由漏極連接至電源VDD的源極跟隨器放大器Tsf并且經(jīng)由選擇晶體管Tsel，將傳送至浮動擴散部Cfd的信號讀取至垂直輸出線Vline。在像素I3DOO PD44通過經(jīng)由各傳送晶體管TxOO Tx44與復位晶體管Tres連接至電源VDD而被復位的情況下，浮動擴散部Cfd通過經(jīng)由復位晶體管Tres連接至電源VDD而被復位。從圖2所示的垂直掃描電路421輸出的Pres024、Psel024、Ptx_0、Ptx_2和Ptx_4以行為單位來控制復位晶體管Tres、選擇晶體管Tsel和傳送晶體管TxOO Tx44。在圖3的結(jié)構(gòu)中，例如，如果僅Τχ02、Τχ22和Τχ42被Ptx_2接通，則將來自第8行的像素H)02、PD22和TO42的信號獨立地傳送至各浮動擴散部Cfd。另外，例如，如果TxOO Tx44全部被Ptx_0、Ptx_2和Ptx_4接通，則將來自垂直方向上的三個像素的信號傳送至各浮動擴散部Cfd，從而實現(xiàn)允許垂直三像素相加。圖4是詳細示出圖2所示的列電路230的圖。列電路231具有與列電路230相同的結(jié)構(gòu)。為了便于說明，圖4僅示出讀取來自圖2的配置為拜耳陣列的像素中的包含像素組a、b和c的R像素的信號的列電路230。來自像素的輸出經(jīng)由連接至電流源負荷200的垂直輸出線輸入至列電路230中的電容器201。附圖標記203表·示與各反饋電容器202和電容器201 —起構(gòu)成反相放大器的運算放大器。在反饋電容器202通過pcOr信號(未示出)所控制的模擬開關(guān)(未示出)而在兩端被短路時，電容器201和202以及保持電容器210和211在隨后的階段被復位。經(jīng)由pts和ptn脈沖所驅(qū)動的模擬開關(guān)208和209在各保持電容器210和211中保持來自運算放大器203的輸出。假定將緊接在浮動擴散部Cfd復位之后產(chǎn)生的信號保持在保持電容器211中，而將緊接在來自像素的信號被傳送至浮動擴散部Cfd之后產(chǎn)生的信號保持在保持電容器210中。當以列為單位在保持電容器210和211中保持一行的像素信號時，水平掃描電路400順次驅(qū)動ph(η)脈沖，使得模擬開關(guān)214和215打開和關(guān)閉。結(jié)果，像素信號在隨后的階段被輸入至差分讀取放大器216并被向外輸出。模擬開關(guān)241 244用于連接針對相鄰列的相同顏色的像素的保持電容器并且被phadd脈沖驅(qū)動。如果接通模擬開關(guān)241 244而后將其斷開，則利用相鄰列的平均電位來更新保持在保持電各器210和211中的電位。水平掃描電路400被設計為能夠在通過檢查mode信號發(fā)現(xiàn)可以進行列像素間隔剔除的情況下，通過對Ph (η)信號進行間隔剔除而從讀取放大器216僅讀取預定列的信號。預先設置如下改變讀取操作:例如，如果mode信號表示逐行掃描，則水平掃描電路400順次輸出信號至第O、第2、第4、第6、第8…列，以及如果mode信號表示像素間隔剔除或像素相加，則水平掃描電路400輸出信號至第4、第10、第16…列。使用上述結(jié)構(gòu)和驅(qū)動從不同的讀出電路中讀取不同顏色的信號，但是在隨后的階段(未示出)通過處理電路來將不同顏色的信號重新配置為與圖像傳感器中的相同的像素配置。圖5是用于驅(qū)動圖2至4所示的圖像傳感器的驅(qū)動時序圖，其示出用于在不使用像素相加和像素間隔剔除的情況下掃描所有像素的定時。然而，為了便于說明，通過省略用于復位所有像素并開始累積來自所有像素的信號的定時來僅示出用于圖2的像素組a、b和c的掃描操作的定時。另外，在圖5中假定當信號處于Hi狀態(tài)時接通相關(guān)晶體管和開關(guān)，而當信號處于Low狀態(tài)時斷開相關(guān)晶體管和開關(guān)。首先，當pres_024從Hi變?yōu)長ow時，斷開復位晶體管，斷開包含像素組a、b和c的行的浮動擴散部Cfd與電源VDD的連接，從而解除復位。之后，Psel_024從Low變?yōu)镠i，使得包含像素組a、b和c的行的源極跟隨器輸出連接至各垂直輸出線。然后，pcOr信號變?yōu)镠i，以接通用于將列電路反饋電容器(未示出)的兩端短路的開關(guān)。同時，pts和ptn信號被設置為Hi，以接通模擬開關(guān)208和209，從而復位保持電容器210和211、反饋電容器202和電容器201。然后，pts和ptn信號被設置為Low并且pcOr信號被設置為Low,從而使電容器解除復位。隨后，ptn信號從Low變?yōu)镠i，接著變?yōu)長ow以在保持電容器211中保持來自包含像素組a、b和c的行的浮動擴散部Cfd的輸出。另外，pts信號被設置為Hi以在保持電容器210中保持像素信號，ptx_0信號從Low變?yōu)镠i，接著變?yōu)長ow以將第6行的像素信號傳送至浮動擴散部Cfd。之后，pts信號被設置為Hi以在保持電容器210中保持來自第6行的像素信號。接著，Psel_024被設置為Low并且PreS_024被設置為Hi以再次復位包含像素組a、b和c的行的浮動擴散部Cfd。之后，水平掃描電路400順次輸出ph (η)信號，并且來自第6行的所有像素的信號被順次讀取至讀取放大器216。此時，phadd信號保持為Low，因而沒有對輸出信號進行平均。上述是第6行的信號傳送和水平掃描。之后，通過重復上述操作，諸如將Pres_024從Hi變?yōu)長ow以及將Psel_024從Low變?yōu)镠i等，當在保持電容器210中保持像素信號時pts信號被設置為Hi。另外，通過將ptx_2信號從Low變?yōu)镠i,接著變?yōu)長ow,可以將第8行的像素信號傳送至浮動擴散部Cfd并將其保持在保持電容器210中。同理，通過在下一次重復中將ptx_4信號從Low變?yōu)镠i，接著變?yōu)長ow，可以讀出第10行的像素信號。盡管迄今為止所述的僅是偶數(shù)行，但是對于奇數(shù)行，可以使用與參考圖2所述的相同的控制來從列電路231讀取信號。由此結(jié)束包含像素組a、b和c的行的掃描的說明，通過以相同方式掃描隨后的像素可以從所有行中讀取信號。圖6是用于實現(xiàn)對圖2至4所示的圖像傳感器的垂直三像素相加和水平1/3讀取的驅(qū)動時序圖。在圖5所示的驅(qū)動時序中，為了獨立地掃描所有像素，S卩，為了從像素組中獨立地讀取三行像素信號，需要分別地驅(qū)動Ptx_0、Ptx_2和Ptx_4。另一方面，在圖6所示的驅(qū)動時序中，同時驅(qū)動Ptx_0、Ptx_2和Ptx_4，以將垂直方向上的三像素的信號傳送至單個浮動擴散部，從而實現(xiàn)垂直三像素相加。由此無需以行為單位來傳送信號，因而減少了掃描線的實際數(shù)量，從而減少了掃描時間。另外，水平掃描電路400僅將ph (η)信號輸出至第4、第
10、第16…行，從而也通過減少水平方向上的像素數(shù)量來進行掃描。其余操作與圖5所示的驅(qū)動時序相同。也可以通過使用與同時驅(qū)動Ptx_ 0、Ptx_2和Ptx_4時相同的定時僅驅(qū)動Ptx_2來實現(xiàn)垂直1/3讀取和水平1/3讀取。如參考圖1A至6所述的，在本實施例中，經(jīng)過垂直相同顏色像素相加的所有三個像素(像素組)被設置為焦點檢測像素(針對相位差檢測在相同側(cè)具有遮光部)。該結(jié)構(gòu)使得在沒有復雜配線的情況下可以防止在垂直相同顏色三像素相加期間正常像素的信號和焦點檢測像素的信號被混合，并且實現(xiàn)逐行掃描。第二實施例圖7A至7C是示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的圖像傳感器的部分像素的典型像素陣列，更具體地，本實施例的CMOS固態(tài)圖像傳感器的典型像素配置的圖。在圖7A中，與圖1A的情況相同，假定在以拜耳圖案在各像素上配置R (紅)、G (綠)和B (藍)顏色濾波器的情況下，分別在X方向(水平方向)和y方向(垂直方向)上二維地配置17個像素O 16和14個像素O 13。在包括光學黑(OB)像素等的實際圖像傳感器中配置了比圖7A至7C所示的更多的像素，但此處為了便于說明，假定如上所述配置17X14個像素。在圖7A的典型像素配置中，具有x、y坐標(2，8)、(4，8)和(6，8)的像素原本是R像素，而具有x、y坐標(5,11)、(7,11)和(9,11)的像素原本是B像素。根據(jù)第二實施例，這些像素用作焦點檢測像素并且優(yōu)選設置G顏色濾波器或者不設置顏色濾波器。然而，原本表示拜耳陣列中的顏色的符號(R和B)出現(xiàn)在本實施例中所參考的圖上。這些像素通過在垂直方向上部分地遮擋這些像素的受光部設置有水平光瞳分割功能。然后，當在攝像像素中以預定間隔配置焦點檢測像素時，焦點檢測像素能夠提供相位差焦點檢測所需的信號。在圖7A至7C的例子中，為了在垂直方向上檢測相位差，在垂直方向上以預定間隔配置用于接收穿過不同出射光瞳區(qū)域的光的多對焦點檢測像素。為了接收穿過不同出射光瞳區(qū)域的光，對于被遮光的區(qū)域，具有X、y坐標(2，8)、(4,8)和(6，8)的像素與具有x、y坐標(5，11)、(7，11)和(9，11)的像素相反。這些對焦點檢測像素組離散地配置在圖像傳感器中。圖7B是示出通過考慮拜耳配置中的顏色重心來在圖7A的17X14像素配置圖的第2、第4和第6列以及第5、第7和第9列中如何進行垂直1/3像素間隔剔除的圖。圖7C是示出通過考慮拜耳配置中的顏色重心來如何在水平方向上將第8和第11行的三個相同顏色的像素的電荷相加的圖。在本例中，在垂直像素間隔剔除和水平像素相加之后從圖像傳感器讀取信號(水平和垂直像素數(shù)均減少到1/3)。此處值得注意的是，經(jīng)過水平相同顏色像素相加的所有三個像素是焦點檢測像素(針對相位差檢測在相同側(cè)具有遮光部)。該結(jié)構(gòu)可以防止在水平相同顏色三像素相加期間正常像素的信號和焦點檢測像素的信號被混合。另一方面，假定將垂直相同顏色像素相加應用于第2、第4和第6列的R像素，通過考慮拜耳配置中的顏色重心來將第6、第8和第10行的像素相加。雖然可以想到如上述水平像素相加情況那樣，在第6和第10行的像素被焦點檢測像素替換的情況下將第6、第8和第10行的像素相加，但是從檢測垂直相位差的角度并不期望這種垂直像素相加。因此，根據(jù)本實施例，在垂直方向上進行像素間隔剔除操作。即，為了檢測垂直相位差，在水平方向上配置焦點檢測像素并對其進行相加。從由于垂直像素間隔剔除和水平像素相加而產(chǎn)生的像素輸出，提取來自焦點檢測像素的像素輸出并將其用于攝像透鏡的焦點檢測，使用來自除焦點檢測像素之外的像素的像素輸出來生成被攝體的圖像。此時，根據(jù)周圍攝像像素的信號來對來自焦點檢測像素位置的圖像信號進行插值。上述說明所使用的術(shù)語“相加”包括“算術(shù)平均”、“加權(quán)平均”等，但是用于通過包括多個像素信號來生成單位像素信號的技術(shù)不限于這些方法。根據(jù)第二實施例的圖像傳感器、像素和列電路的結(jié)構(gòu)與圖2、3和4所示的大致相同，并且焦點檢測像素代替具有x、y坐標(2，8)、(4，8)和(6，8)的像素以及具有x、y坐標(5，11)、(7，11)和(9，11)的像素。在第二實施例中，用于在不使用像素相加和像素間隔剔除的情況下掃描所有像素的定時與圖5所示的定時相同。圖8是用于實現(xiàn)對第二實施例所述的圖像傳感器的垂直1/3下采樣和水平三像素平均的驅(qū)動時序圖。在圖8的與圖6所示的大致相同的時序圖中，代替同時驅(qū)動Ptx_0、Ptx_2和Ptx_4,僅驅(qū)動Ptx_2以僅讀取圖7A至7C的第6、第8和第10行中的第8行的像素信號(垂直1/3讀取)。另外，通過將phadd信號從Low變?yōu)镠i，隨后變?yōu)長ow，來在圖4所示的保持電容器210和211上對來自第2、第4和第6列以及第8、第10和第12列的信號進行算術(shù)平均。另外，無需以行為單位傳送信號，因而減少了要被掃描的線的實際數(shù)量，從而減少了掃描時間。另外，水平掃描電路400可以僅將ph (η)信號輸出至第4、第10和第16…行，從而也通過在水平方向上減少像素數(shù)量來讀取水平三像素平均信號。也可以通過將phadd信號保持為Low來實現(xiàn)垂直1/3像素間隔剔除和水平1/3像素間隔剔除。如參考圖7A至8所述的，在第二實施例中，將經(jīng)過水平相同顏色像素相加的所有三個像素(像素組)配置為焦 點檢測像素(針對相位差檢測在相同側(cè)具有遮光部)。該結(jié)構(gòu)使得在沒有復雜配線的情況下可以防止在水平相同顏色三像素相加期間正常像素的信號和焦點檢測像素的信號被混合，并且實現(xiàn)逐行掃描。第三實施例圖9A至9C是示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的圖像傳感器的部分像素的典型像素陣列，更具體地，本實施例的CMOS固態(tài)圖像傳感器的典型像素配置的圖。圖9A至9C所示的圖像傳感器與圖1A至IC所示的圖像傳感器的不同在于:用于圖9C所示的第6、第8和第10行以及第9、第11和第13行的掃描方法不同于圖1C所示的掃描方法。除此以外，圖9A至9C所示的圖像傳感器與圖1A至IC所示的圖像傳感器相同。根據(jù)本實施例，對于包含焦點檢測像素的列，應用水平像素間隔剔除，以在包含焦點檢測像素以及焦點檢測像素的左右側(cè)的像素的三個相同顏色的像素中，僅讀取焦點檢測像素。對于沒有包含焦點檢測像素的列，對包含該列的像素以及左右側(cè)的像素的三個相同顏色的像素應用相加。例如，對于經(jīng)過垂直相同顏色像素相加并且包含在第6、第8和第10行中的像素，由于第4列的R像素是焦點檢測像素，因而僅掃描第4列的像素而沒有掃描左右側(cè)的第2和6列的相同顏色的像素。對于沒有包含焦點檢測像素的其它像素列，通過考慮拜耳配置的顏色重心來應用水平三像素相加。對經(jīng)過垂直相同顏色三像素相加并且包含在第9、第11和第13行中的像素進行同樣的處理。
根據(jù)第三實施例的圖像傳感器和像素的結(jié)構(gòu)與圖2和3所示的相同。在圖10中示出根據(jù)第三實施例的列電路230的結(jié)構(gòu)，并且其不同于圖4的結(jié)構(gòu)。圖10與圖4的不同在于:將用于水平三像素相加的驅(qū)動信號分割為Phadd和phadd2、以及phadd2信號驅(qū)動包含焦點檢測像素的像素列。在本例中，phadd2用作用于在第2、第4和第6列的水平三像素相加的驅(qū)動信號。圖11是用于實現(xiàn)對根據(jù)具有這種結(jié)構(gòu)的第三實施例的圖像傳感器的垂直三像素相加和部分水平三像素相加的驅(qū)動時序圖。在圖11的與圖8所示的大致相同的時序圖中，通過同時驅(qū)動Ptx_0、Ptx_2和Ptx_4來進行垂直三像素相加。通過不斷地將phadd信號從Low變?yōu)镠i，接著變?yōu)長ow，來在保持電容器210和211中對來自沒有包含焦點檢測像素的像素列(圖10的第8、第10和第12列)的信號進行水平三像素相加。根據(jù)要被掃描的行是否包含焦點檢測像素來改變Phadd2的驅(qū)動方法。例如，在掃描包含焦點檢測像素的第6、第8和第10行時，進行水平像素間隔剔除操作以在Phadd2保持為Low的情況下僅從第4行讀取信號。另一方面，在掃描沒有包含焦點檢測像素的行時，通過將phadd2與phadd —起從Low變?yōu)镠i,接著變?yōu)長ow(圖11中的虛線所表示的)，來進行水平二像素相加。在第三實施例中值得注意的有兩點。一點是經(jīng)過垂直相同顏色像素相加的所有三個像素是焦點檢測像素(針對相位差檢測在相同側(cè)具有遮光部)。另一點是在沒有包含焦點檢測像素的像素列進行水平三像素相加的情況下通過在水平方向上的像素間隔剔除來讀取焦點檢測像素列。由此，通過使所間隔剔除的像素的數(shù)量最小化，可以即使在被攝體具有高空間頻率的情況下也使摩爾紋的發(fā)生最少化。另外，可以在沒有復雜配線的情況下防止在垂直像素相加期間正常像素的信號和焦點檢測像素的信號被混合，并且實現(xiàn)逐行掃描。另外，在本例中，可以通過使用與在同時驅(qū)動Ptx_0、Ptx_2和Ptx_4時相同的定時而僅驅(qū)動Ptx_2并且將phadd和phadd2信號保持在Low，來實現(xiàn)垂直1/3讀取以及水平1/3讀取。上述第一至第三實施例使用MOS固態(tài)圖像傳感器。然而，可選地，也可以使用包含，例如，CXD圖像傳感器、CdS-Se接觸型圖像傳感器、Si (非晶硅)接觸型圖像傳感器和雙極接觸型圖像傳感器的圖像傳感器中的任一個。另外，已說明通過以拜耳陣列配置的顏色濾波器來覆蓋圖像傳感器，顏色濾波器的類型和陣列不限于此并且可以視情況而改變。例如，可選地，可以使用補色濾波器或除拜耳陣列之外的陣列。另外，在上述第一至第三實施例中，三個焦點檢測像素在列方向或行方向的R像素或B像素處連續(xù)。然而，本發(fā)明不限于三個焦點檢測像素，可以連續(xù)地配置并且通過像素相加和/或像素間隔剔除來讀取兩個或多于三個的焦點檢測像素。例如，如果連續(xù)地配置兩個焦點檢測像素，則要被掃描的像素數(shù)量在垂直和水平方向上均減少至以逐行掃描所掃描的像素數(shù)量的1/2，以及如果連續(xù)地配置四個焦點檢測像素，則要被掃描的像素數(shù)量減少至1/4。即，基于整體像素數(shù)量、以及用于EVF顯示的像素數(shù)量/動畫拍攝所需要的像素數(shù)量、或者所期望的像素大小之間的關(guān)系來確定連續(xù)的焦點檢測像素數(shù)量。第四實施例
接下來，將說明通過應用具有第一至第三實施例所述的結(jié)構(gòu)的圖像傳感器而進行的諸如數(shù)字照相機的攝像設備的操作。圖12是示出諸如數(shù)字照相機的攝像設備的結(jié)構(gòu)的框圖。在圖12中，圖像傳感器801具有在第一至第三實施例中所述的結(jié)構(gòu)中的任一個。信號處理電路(AFE) 802從時序發(fā)生器電路(TG) 804接收定時信息等，并基于定時信息對從圖像傳感器801所接收到的信號進行放大和Α/D轉(zhuǎn)換。數(shù)字信號處理器(DSP) 803對來自信號處理電路802的數(shù)據(jù)進行各種校正處理。另外，DSP803控制諸如R0M806和RAM807的各種存儲器，并將視頻數(shù)據(jù)寫入記錄介質(zhì)808。TG804向圖像傳感器801、信號處理電路802和DSP803提供時鐘信號和控制信號，并由CPU805控制TG804。CPU805控制DSP803和TG804以及使用包括測光單元和焦點控制單元(未示出)的各部分來進行的各種照相機功能。CPU805與各開關(guān)809至811相連接，并根據(jù)開關(guān)809至811的狀態(tài)進行處理。R0M806存儲照相機控制程序、校正表等。RAM807臨時存儲DSP803所處理的視頻數(shù)據(jù)和校正數(shù)據(jù)。與R0M806相比，RAM807允許更快的訪問。附圖標記808表示用于保存所拍攝的視頻圖像并且經(jīng)由連接器(未示出)連接至數(shù)字照相機的諸如CompactFlash (注冊商標)卡(以下稱為CF卡)的記錄介質(zhì)。附圖標記809表示用于啟動照相機的電源開關(guān)(SW)，810表示用于提供命令以開始用于拍攝的諸如測光處理和焦點控制處理等的準備操作的快門開關(guān)SW1。附圖標記811表示用于提供命令以開始用于通過驅(qū)動鏡(未示出)和快門來將從圖像傳感器801所讀取的信號經(jīng)由信號處理電路802和DSP803寫入記錄介質(zhì)808的一系列攝像操作的快門開關(guān)SW2。附圖標記812表示用于指定諸如摩爾紋減少動畫模式(像素相加)和拖尾減少模式(像素間隔剔除)的數(shù)字照相機的拍攝模式的模式撥盤開關(guān)。附圖標記814表示用于測量被攝體亮度的測光電路，以及附圖標記815表示用于向外部顯示所拍攝的視頻圖像的顯示單元。圖13是示出圖12所示結(jié)構(gòu)的攝像設備進行的拍攝操作的流程圖，其中，該結(jié)構(gòu)包括參考圖1A至11所述的圖像傳感器中的任一個。首先，在步驟S901中，攝像設備判斷電源開關(guān)809是否接通。如果電源開關(guān)809為斷開，則攝像設備重復步驟S901。如果電源開關(guān)809為接通，則攝像設備在步驟S902中判斷用于開始拍攝準備操作的開關(guān)SWl (810)是否接通。如果開關(guān)SWl (810)為斷開，則攝像設備返回至步驟S901。如果開關(guān)SWl (810)為接通，則攝像設備進入到步驟S903。在步驟S903中，攝像設備使用測光電路814測量被攝體的亮度。在步驟S904中，攝像設備打開機械快門(未示出)以允許光連續(xù)進入圖像傳感器801。隨后，在步驟S905中，攝像設備檢查模式撥盤開關(guān)812以判斷攝像設備處于何種模式，摩爾紋減少動畫模式(像素相加)或拖尾減少模式(像素間隔剔除)。如果發(fā)現(xiàn)攝像設備處于摩爾紋減少動畫模式(像素相加)，則攝像設備進入到步驟S907。在步驟S907中，在累積信號之后，攝像設備使用如第一至第三實施例所述的垂直像素相加和水平1/3讀取、垂直1/3讀取和水平三像素相加或者垂直三像素相加和部分水平三像素相加來讀取信號，然后進入到步驟S908。另一方面，如果在步驟S905中發(fā)現(xiàn)攝像設備處于拖尾減少模式(像素間隔剔除)，則攝像設備進入到步驟S906，其中，在累積信號之后攝像設備使用垂直1/3讀取和水平1/3讀取來讀取信號，然后進入到步驟S908。在步驟S908中，攝像設備通過使用所讀出的像素信號以及通過基于周圍像素信號對用于焦點檢測像素的圖像信號進行插值來在顯示單元815上顯示視頻。在步驟S909中，使用插值之前的焦點檢測像素信號，攝像設備檢測被攝體的焦點狀態(tài)并且通過驅(qū)動攝像透鏡來調(diào)節(jié)焦點以對被攝體聚焦。在步驟S910中，攝像設備判斷用于開始拍攝靜止圖像的開關(guān)SW2(811)是否接通。如果開關(guān)SW2為斷開，則攝像設備返回至步驟S902以進行針對下一幀的操作。即，在步驟S902至S910中，攝像設備進行包含連續(xù)地執(zhí)行拍攝和顯示、焦點檢測以及透鏡驅(qū)動的所謂的EVF操作。如果在步驟S910中發(fā)現(xiàn)開關(guān)SW2(811)為接通，則攝像設備進入步驟S911，以開始基于步驟S903中所獲得的測光信息以及步驟S909中所獲得的焦點位置信息，在最佳鏡頭光圈和焦點位置下針對靜止圖像來累積圖像傳感器中的電荷。當達到預定量的曝光時，攝像設備在步驟S912中關(guān)閉機械快門(未示出)。之后，攝像設備在步驟S913中進行逐行掃描，在步驟S914中通過使用所讀出的像素信號以及通過基于周圍像素信號對用于焦點檢測像素的圖像信號進行插值，來在顯示單元815上顯示圖像,在步驟S915中將靜止圖像信號記錄在記錄介質(zhì)808上,從而完成拍攝操作。由此，可以將根據(jù)第一至第三實施例中的任一個的圖像傳感器應用于諸如數(shù)字照相機的攝像設備。盡管已經(jīng)參考典型實施例說明了本發(fā)明，但是應該理解，本發(fā)明不限于所公開的典型實施例。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。本申請要求2010年10月20日提交的日本專利申請2010-235877的優(yōu)先權(quán)，在此通過引用包含該申請的全部內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器,包括: 多個像素，其被顏色濾波器覆蓋并且在第一方向和與所述第一方向垂直的第二方向上被二維地配置；以及 讀出部件，其能夠通過在第一讀出方法和第二讀出方法之間切換來進行讀取，所述第一讀出方法用于讀取來自所述多個像素中的各個像素的信號，所述第二讀出方法用于通過在由相同顏色的顏色濾波器所覆蓋的預定數(shù)量的像素構(gòu)成的各像素組內(nèi)在所述第一方向上對信號進行相加來進行讀取， 其中，所述多個像素包括離散地配置的第一焦點檢測像素的多個像素組和第二焦點檢測像素的多個像素組，以及 所述第一焦點檢測像素和所述第二焦點檢測像素在所述第二方向上的不同側(cè)被部分地遮光以接收穿過不同出射光瞳區(qū)域的光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中，當通過所述第二讀出方法進行讀取時，所述讀出部件通過在所述第二方向上間隔剔除預定數(shù)量的信號，讀取通過在所述第一方向上相加而被讀出的信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中，當通過所述第二讀出方法進行讀取時，所述讀出部件通過在所述第二方向上間隔剔除預定數(shù)量的像素以讀取所述第一焦點檢測像素和所述第二焦點檢測像素的信號、并且通過在所述第一方向上將該信號進行相加來進行讀取。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中，當通過所述第二讀出方法進行讀取時，所述讀出部件通過在所述第二方向上一起讀取預定數(shù)量的信號，讀取通過在所述第一方向上相加而被讀出的信號，其中，如果所述預定數(shù)量的信號沒有包含來自所述第一焦點檢測像素或所述第二焦點檢測像素的信號，則將所述預定數(shù)量的信號相加，而如果所述預定數(shù)量的信號包含來自所述第一焦點檢測像素或所述第二焦點檢測像素的信號，則不將所述第一焦點檢測像素或所述第二焦點檢測像素相加。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的圖像傳感器，其中，所述讀出部件以行為單位將信號讀取至共用垂直輸出線，并且在水平方向上順次傳送讀取至所述共用垂直輸出線的信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像傳感器，其中，所述第一方向是垂直方向，并且所述讀出部件在將像素信號讀取至所述共用垂直輸出線之前對該信號進行相加。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像傳感器，其中，所述第一方向是水平方向，并且所述讀出部件在將像素信號讀取至所述共用垂直輸出線之后對該信號進行相加。
8.一種攝像設備，包括: 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的圖像傳感器； 檢測部件，用于基于分別根據(jù)從所述第一焦點檢測像素和所述第二焦點檢測像素讀出的信號而獲得的兩個圖像之間的相位差來檢測焦點狀態(tài)；以及 焦點調(diào)節(jié)部件，用于基于所檢測的焦點狀態(tài)來調(diào)節(jié)焦點。
全文摘要
圖像傳感器包括多個像素，其被顏色濾波器所覆蓋并且在第一方向和與第一方向垂直的第二方向上被二維地配置；以及讀出部件，其能夠通過在第一讀出方法和第二讀出方法之間切換來進行讀取，第一讀出方法用于讀取來自多個像素中的各個像素的信號，第二讀出方法用于通過對由相同顏色的顏色濾波器所覆蓋的預定數(shù)量的像素構(gòu)成的各像素組內(nèi)的第一方向上的信號進行相加。多個像素包括離散地配置的第一焦點檢測像素的多個像素組以及第二焦點檢測像素的多個像素組，以及第一焦點檢測像素和第二焦點檢測像素在第二方向上的不同側(cè)被部分地遮光以接收穿過不同出射光瞳區(qū)域的光。
文檔編號G03B13/36GK103168463SQ201180050280
公開日2013年6月19日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月20日
發(fā)明者大門照幸 申請人:佳能株式會社