具有攝像裝置的攝像設備及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種能夠兼顧焦點檢測性能及攝像性能的攝像設備及其控制方法。多個攝像像素檢測由成像光學系統(tǒng)形成的被攝體圖像，并生成攝像用圖像；以及針對各個攝像像素而設置的透鏡，將入射光會聚到各個攝像像素上。攝像像素各自包括在第一方向上以及與第一方向垂直的第二方向上進行分割的多個光電轉換部。各個光電轉換部對穿過所述成像光學系統(tǒng)的出射光瞳中的與各個光電轉換部相對應的部分光瞳區(qū)域的各個被攝體圖像進行光電轉換，并輸出用于檢測被攝體圖像之間的相位差的焦點檢測信號。所述透鏡在所述第一方向上的第一曲率和所述透鏡在所述第二方向上的第二曲率不同。
【專利說明】具有攝像裝置的攝像設備及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有諸如圖像傳感器的攝像裝置的攝像設備及其控制方法。
【背景技術】
[0002]作為一種檢測諸如數(shù)字照相機的攝像設備中的攝像鏡頭的焦點狀態(tài)的方法，通常已知有使用針對各個像素設置微透鏡的二維攝像裝置的光瞳分割相位差法(光入射面相位差法)。
[0003]例如，根據(jù)美國專利US4410804所述，使用二維攝像裝置并利用光入射面相位差法來檢測攝像鏡頭的焦點狀態(tài)，在該二維攝像裝置中，針對一個像素，設置有一個微透鏡并形成多個光電轉換部件。這里，多個光電轉換部件經(jīng)由一個微透鏡接收攝像鏡頭的出射光瞳的不同區(qū)域中的光。通過根據(jù)從多個光電轉換部件中輸出的信號獲取圖像偏移量，使用光入射面相位差法來進行焦點檢測。
[0004]另外，根據(jù)美國專利US4410804所述，將來自多個光電轉換部件的輸出信號進行相加，來獲得攝像信號(圖像信號)。此外，將由各個像素的左側和右側的光電轉換部件所獲得的視差信號作為立體圖像，以分別針對右眼和左眼而顯示在顯示器上。
[0005]另一方面，根據(jù)JP特開2000-156823A所述，二維攝像裝置具有多個攝像像素和一對部分設置的焦點檢測像素，這對焦點檢測像素經(jīng)由具有開口的遮光層接收攝像鏡頭的出射光瞳的不同區(qū)域中的光。根據(jù)JP特開2000-156823A所述，通過根據(jù)來自攝像像素的輸出信號和來自焦點檢測像素的輸出信號(焦點檢測信號)獲取圖像偏移量，以進行焦點檢測。
[0006]如上所述，在美國專利US4410804和JP特開2000-156823A描述的攝像裝置中，利用一個攝像裝置來獲得用于使用光入射面相位差法進行焦點檢測的焦點檢測信號以及用于生成拍攝圖像的攝像信號。
[0007]然而，在如上所述要使用光入射面相位差法來精確檢測攝像鏡頭的焦點狀態(tài)的情況下，會出現(xiàn)如下問題:即，在要提高焦點檢測性能的情況下，將不可避免地發(fā)生用于獲取圖像的攝像性能的下降。
[0008]換言之，根據(jù)光入射面相位差法，具有良好焦點檢測性能的微透鏡的曲率與具有良好攝像性能的微透鏡的曲率并不總是相同。因此，難以兼顧焦點檢測性能與攝像性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明提供了一種能夠兼顧焦點檢測性能以及攝像性能的攝像設備及其控制方法。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種攝像設備，包括:成像光學系統(tǒng)；多個攝像像素，用于檢測由所述成像光學系統(tǒng)形成的被攝體圖像，并生成攝像用圖像；以及透鏡，其針對所述多個攝像像素中的各個攝像像素進行設置，并用于將入射光會聚到所述多個攝像像素中的各個攝像像素，其中，所述多個攝像像素各自包括在第一方向上以及與所述第一方向垂直的第二方向上進行分割的多個光電轉換部，所述多個光電轉換部各自對穿過所述成像光學系統(tǒng)的出射光瞳中的與所述多個光電轉換部的各個光電轉換部相對應的部分光瞳區(qū)域的多個被攝體圖像的各個被攝體圖像進行光電轉換，并輸出用于檢測所述多個被攝體圖像之間的相位差的焦點檢測信號，以及所述透鏡在所述第一方向上的第一曲率和所述透鏡在所述第二方向上的第二曲率不同。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種攝像設備，包括:成像光學系統(tǒng)；多個攝像像素，用于檢測由所述成像光學系統(tǒng)形成的被攝體圖像，并生成攝像用圖像；以及透鏡，其針對所述多個攝像像素中的各個攝像像素進行設置，并用于將入射光會聚到所述多個攝像像素中的各個攝像像素，其中，所述多個攝像像素各自包括在第一方向上以及與所述第一方向垂直的第二方向上進行分割的多個光電轉換部，所述多個光電轉換部各自對穿過所述成像光學系統(tǒng)的出射光瞳中的與所述多個光電轉換部的各個光電轉換部相對應的部分光瞳區(qū)域的多個被攝體圖像的各個被攝體圖像進行光電轉換，并輸出用于檢測所述多個被攝體圖像之間的相位差的焦點檢測信號，以及所述透鏡在所述第一方向上的焦點位置和所述透鏡在所述第二方向上的焦點位置不同。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種攝像設備，包括:成像光學系統(tǒng)；多個攝像像素，用于檢測由所述成像光學系統(tǒng)形成的被攝體圖像，并生成攝像用圖像；以及透鏡，其針對所述多個攝像像素中的各個攝像像素進行設置，并用于將入射光會聚到所述多個攝像像素中的各個攝像像素，其中，所述多個攝像像素各自包括在第一方向上以及與所述第一方向垂直的第二方向上進行分割的多個光電轉換部，所述多個光電轉換部各自對穿過所述成像光學系統(tǒng)的出射光瞳中的與所述多個光電轉換部的各個光電轉換部相對應的部分光瞳區(qū)域的多個被攝體圖像的各個被攝體圖像進行光電轉換，并輸出用于檢測所述多個被攝體圖像之間的相位差的焦點檢測信號，以及所述透鏡在所述第一方向上的第一曲率比所述透鏡在所述第二方向上的第二曲率大。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種攝像設備，其包括:成像光學系統(tǒng)；多個攝像像素，用于檢測由所述成像光學系統(tǒng)形成的被攝體圖像，并生成攝像用圖像；以及透鏡，其針對所述多個攝像像素中的各個攝像像素進行設置，并用于將入射光會聚到所述多個攝像像素中的各個攝像像素，其中，所述多個攝像像素各自包括在第一方向上以及與所述第一方向垂直的第二方向上進行分割的多個光電轉換部，所述多個光電轉換部各自對穿過所述成像光學系統(tǒng)的出射光瞳中的與所述多個光電轉換部的各個光電轉換部相對應的部分光瞳區(qū)域的多個被攝體圖像的各個被攝體圖像進行光電轉換，并輸出用于檢測所述多個被攝體圖像之間的相位差的焦點檢測信號，以及所述透鏡在所述第一方向上的焦點位置位于相對于所述多個光電轉換部的光接收面的被攝體側，所述透鏡在所述第二方向上的焦點位置位于所述多個光電轉換部的光接收面。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種攝像設備的控制方法，所述攝像設備包括:成像光學系統(tǒng)；多個攝像像素，用于檢測由所述成像光學系統(tǒng)形成的被攝體圖像，并生成攝像用圖像，所述多個攝像像素各自具有在第一方向上以及與所述第一方向垂直的第二方向上進行分割的多個光電轉換部；以及透鏡，其針對所述多個攝像像素中的各個攝像像素進行設置，并用于將入射光會聚到所述多個攝像像素中的各個攝像像素，所述控制方法包括:設置步驟，用于使所述透鏡在所述第一方向上的第一曲率和所述透鏡在所述第二方向上的第二曲率互不相同；光電轉換步驟，用于對穿過所述成像光學系統(tǒng)的出射光瞳中的與所述多個光電轉換部的各個光電轉換部相對應的部分光瞳區(qū)域的多個被攝體圖像進行光電轉換；輸出步驟，用于基于進行了光電轉換的多個被攝體圖像來輸出焦點檢測信號；以及相位差檢測步驟，用于基于所輸出的焦點檢測信號來檢測所述多個被攝體圖像之間的相位差。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，在光入射面相位差法中，能夠使得高的焦點探測性能與高的攝像性能彼此兼顧。
[0016]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顯而易見?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0017]圖1是示意性示出根據(jù)本發(fā)明實施例的具有攝像裝置的典型攝像設備的結構的框圖。
[0018]圖2是用于說明圖1中出現(xiàn)的攝像裝置的示例性像素陣列的圖。
[0019]圖3A至3D是用于說明圖2中出現(xiàn)的一個像素的圖。圖3A是從攝像裝置的光接收面?zhèn)?+z側)觀察時該像素的平面圖，圖3B是從-y側觀察時沿著圖3A的a_a線的截面圖。圖3C是從+X側觀察時沿著圖3A的b-b線的截面圖，圖3D是從攝像裝置的光接收面?zhèn)?+z側)觀察時該像素內(nèi)設置的微透鏡的等高線圖。
[0020]圖4是用于說明圖3A至3D中出現(xiàn)的像素結構與光瞳分割之間對應關系的圖。[0021 ] 圖5A至5C是用于說明微透鏡如何會聚圖3A至3D中出現(xiàn)的一個像素內(nèi)的光的圖。圖5A示出了微透鏡如何會聚圖3B中出現(xiàn)的橫截面中的光，圖5B示出了微透鏡如何會聚圖3C中出現(xiàn)的橫截面中的光。圖5C是光電轉換部的光接收面上的微透鏡的會聚光斑的圖。
[0022]圖6A至6C是用于說明在圖2中出現(xiàn)的攝像裝置的周邊圖像高度上，子像素的部分光瞳區(qū)域與成像光學系統(tǒng)的出射光瞳之間的關系的圖。其中，圖6A是用于說明在成像光學系統(tǒng)的出射光瞳距離與攝像裝置的設置光瞳距離相同的情況下，成像光學系統(tǒng)的出射光瞳距離與攝像裝置的設置光瞳距離之間的關系的圖。圖6B是用于說明在成像光學系統(tǒng)的出射光瞳距離小于攝像裝置的設置光瞳距離的情況下，成像光學系統(tǒng)的出射光瞳距離與攝像裝置的設置光瞳距離之間的關系的圖。圖6C用于說明在成像光學系統(tǒng)的出射光瞳距離大于攝像裝置的設置光瞳距離的情況下，成像光學系統(tǒng)的出射光瞳距離與攝像裝置的設置光瞳距離之間的關系的圖。
[0023]圖7是示出根據(jù)實施例和比較例的攝像裝置的示例性光瞳強度分布的圖。
[0024]圖8是示出根據(jù)實施例和比較例的攝像裝置的其它示例性光瞳強度分布的圖。
【具體實施方式】
[0025]以下將參考示出本發(fā)明實施例的附圖來詳細說明本發(fā)明。
[0026]圖1是示意性示出根據(jù)本發(fā)明實施例的具有攝像裝置的典型攝像設備的結構的框圖。
[0027]圖中示出的攝像設備例如為數(shù)字照相機，其具有在成像光學系統(tǒng)的末端的第一透鏡組101。第一透鏡組101可以在光軸方向上前后移動。光圈快門102設置在第一透鏡組101的后側，光圈快門102通過調節(jié)其孔徑來調節(jié)拍攝期間的光量，并還在拍攝靜止圖像期間用作曝光時間調節(jié)快門。[0028]第二透鏡組103設置在光圈快門102的后側。光圈快門102和第二透鏡組103在光軸方向上整體前后移動，以響應于第一透鏡組101的前后移動來實現(xiàn)放大率改變動作(變焦功能)。
[0029]第三透鏡組105能夠在光軸方向上前后移動，并且第三透鏡組通過這種前后移動來調節(jié)焦點。設置于第三透鏡組105的后側的光學低通濾波器106，是用于減少拍攝圖像的偽彩色和摩爾紋的光學裝置。在光學低通濾波器106的后側，由二維CMOS光傳感器及其外圍電路所組成的攝像裝置107設置在成像光學系統(tǒng)的成像面。光學圖像形成在攝像裝置107上，并且攝像裝置107依次輸出對應于光學圖像的圖像信號。
[0030]當凸輪筒(未示出)旋轉時，變焦致動器111使第一透鏡組101和第二透鏡組103在光軸方向上前后移動，并進行變焦。光圈快門致動器112通過控制光圈快門102的孔徑來調節(jié)拍攝時的光量，并且還在拍攝靜止圖像期間控制曝光時間。調焦致動器114通過在光軸方向上前后移動第三透鏡組105來調節(jié)焦點。
[0031]在拍攝期間，照明電子閃光燈115在必要時照亮被攝體。優(yōu)選將使用氙氣燈的閃光燈照明裝置用作照明電子閃光燈115，但也可以使用具有能夠持續(xù)發(fā)光的LED的照明裝置。自動調焦(AF)補光單元116將一個具有預定開口圖案的掩膜圖像經(jīng)由投光透鏡投射到被攝體上。這提高了針對暗的被攝體或對比度低的被攝體的焦點檢測性能。
[0032]CPU121用于控制整個照相機，其具有計算單元、R0M、RAM、A/D轉換器、D/A轉換器、通信接口電路等等，盡管它們在圖中沒有示出。CPU121通過根據(jù)存儲在ROM中的預定程序控制照相機來使照相機執(zhí)行如下順序操作，包括:例如，自動調焦、拍攝、圖像處理、以及記錄。
[0033]電子閃光控制電路122在CPU121的控制下，與拍攝操作相同步地控制照明電子閃光燈115的接通和斷開。補光驅動電路123在CPU121的控制下，與焦點檢測操作相同步地控制自動調焦補光單元116的接通和斷開。攝像裝置驅動電路124在CPU121的控制下，控制攝像裝置107的攝像操作，并對從攝像裝置107獲得的圖像信號進行A/D轉換，并將由此得到的圖像信號發(fā)送到CPU121。圖像處理電路125在CPU121的控制下，對從攝像裝置107獲得的圖像信號進行諸如Y變換、顏色插值和JPEG壓縮等圖像處理。
[0034]調焦驅動電路126在CPU121的控制下，基于焦點檢測結果來對調焦致動器114進行驅動控制(如后所述)，使第三透鏡組105在光軸方向上前后移動并進行焦點調節(jié)。光圈快門驅動電路128在CPU121的控制下對光圈快門致動器112進行驅動控制，由此控制光圈快門102的孔徑。變焦驅動電路129在CPU121的控制下，響應于用戶的變焦操作，驅動變焦致動器111。
[0035]顯示器131例如是IXD，CPU121在顯示器131上顯示與照相機的拍攝模式有關的信息、拍攝前的預覽圖像、拍攝后的確認圖像、表示檢測焦點時的對焦狀態(tài)的顯示圖像等等。操作開關組132包括電源開關、釋放(拍攝觸發(fā))開關、變焦操作開關以及拍攝模式選擇開關，用戶通過對操作開關組132進行操作來向CPU121發(fā)出各種指示。閃存133能夠被附加到照相機中并且能夠從照相機中移除，CPU121將拍攝到的圖像(圖像數(shù)據(jù))記錄在閃存133中。
[0036]圖2是用于說明圖1中出現(xiàn)的攝像裝置107的示例性像素陣列的圖。
[0037]圖1中出現(xiàn)的攝像裝置107具有多個以二維矩陣形式排列的像素。這里，示出了二維CMOS傳感器(攝像裝置)中的4行4列的像素陣列以及8列4行的子像素陣列。多個圖2中示出的4行4列的像素組設置在攝像裝置的表面，并且，攝像裝置107輸出與光學圖像相對應的圖像信號。應當注意，如上所述，在圖中所示出的例子中，各個像素由兩個子像素組成。
[0038]這里，攝像裝置107的像素周期是4 μ m，具有5575水平行X3725垂直列即大約2000萬的有效像素以及寬22.3mm、長14.9mm的攝像畫面。
[0039]參見圖2，在2行2列的像素組200中，具有R(紅)光譜靈敏度的像素200R設置在左上，具有G(綠)光譜靈敏度的像素200G被設置在右上和左下。具有B(藍)光譜靈敏度的像素200B設置在右下。另外，N1XN2(1X2)子像素201和子像素202在各個像素中二維排列，其中，NI為第一方向(y軸方向)上的第一分割數(shù)，N2是第二方向(X軸方向)上的第二分割數(shù)。
[0040]圖3A至3D是用于說明圖2中出現(xiàn)的一個像素200G的圖。圖3A是從攝像裝置的光接收面?zhèn)?+z側)觀察時像素200G的平面圖，圖3B是從-y側觀察時沿著圖3A的a_a線的截面圖。圖3C是從+X側觀察時沿著圖3A的b-b線的截面圖，圖3D是從攝像裝置的光接收面?zhèn)?+z側)觀察時像素200G內(nèi)設置的微透鏡的等高線圖。
[0041]參見圖3A至3C，在第一方向(y軸方向)上利用第一分割數(shù)對像素200G進行分割(這里，Nl=I，Nl=I代表未進行分割)，在與第一方向垂直的第二方向(X軸方向)上，利用第二分割數(shù)對像素200G進行分割(這里，N2=2)，從而形成包括光電轉換部301和光電轉換部302的N1XN2(1X2)光電轉換部。應當注意，光電轉換部301和光電轉換部302對應于圖2中的子像素201和子像素202。這里，其它像素也以相同的方式進行分割。
[0042]另外，參見圖3B至3D，在像素200G設置有用于會聚入射光的微透鏡305。微透鏡305在與光電轉換部相關的分割數(shù)小(第一分割數(shù)Nl=I)的第一方向(y軸方向)上的第一曲率，小于微透鏡305在與光電轉換部相關的分割數(shù)大(第二分割數(shù)N2=2)的第二方向(X軸方向)上的第二曲率。在這里需要注意的是，在其它各個像素中也設置了微透鏡，并且這些微透鏡的第二曲率比第一曲率大。
[0043]在圖中示出的攝像裝置107中，各個像素都具有微透鏡、以及在第一方向上利用第一分割數(shù)NI進行分割和在第二方向上利用第二分割數(shù)N2進行分割的N1XN2光電轉換部。第二分割數(shù)N2等于或者大于第一分割數(shù)NI (第一分割數(shù)以上)，并且微透鏡在第二方向上的第二曲率大于微透鏡在第一方向上的第一曲率。
[0044]在圖中示出的例子中，可以使用本征層插入P型層和η型層之間的p-1-n結構的光電二極管作為光電轉換部301和光電轉換部302，在必要時，也可以使用去掉了本征層的p-n結光電二極管。
[0045]在各個像素中，微透鏡305與光電轉換部301和光電轉換部302之間設置有濾色器(未示出)。此外，在必要時，濾光器的光譜透射率可以根據(jù)子像素而不同，而且，濾色器也可以去掉。
[0046]入射到圖3A至3D中所出現(xiàn)的像素200G上的光由微透鏡305會聚，由濾色器分光，然后由光電轉換部301和光電轉換部302接收。
[0047]圖4是用于說明圖3A至3D中出現(xiàn)的像素結構與光瞳分割之間對應關系的圖。
[0048]在圖4中示出了在從+y側觀察圖3A中出現(xiàn)的像素的a-a橫截面的情況下成像光學系統(tǒng)的出射光瞳面，為了與出射光瞳面的坐標軸一致，將圖3A中X軸和y軸反轉。
[0049]將攝像裝置107設置為接近于攝像鏡頭(即，成像光學系統(tǒng))的成像面，來自被攝體的光束穿過成像光學系統(tǒng)的出射光瞳400而入射到各個像素。由于微透鏡305,部分光瞳區(qū)域501和部分光瞳區(qū)域502與被分割成NlX N2 (I X 2)的光電轉換部301和光電轉換部302(即，子像素201和202)的光接收面之間是大致共軛的關系，并表示能夠針對各個光電轉換部(子像素)而接收光的部分光瞳區(qū)域。
[0050]在將分割成NI X N2 (I X 2)的光電轉換部301和光電轉換部302結合起來的情況下，光瞳區(qū)域500能夠在整個像素200G上接收光。
[0051]微透鏡305的直徑為數(shù)微米，而光瞳距離一般為數(shù)十毫米。因此，微透鏡305的光圈值為數(shù)萬，并且出現(xiàn)由于數(shù)十毫米的衍射而導致的模糊。由于這個原因，在光電轉換部301和光電轉換部302的光接收面上的圖像，不是清晰的光瞳區(qū)域或部分光瞳區(qū)域，而是光瞳強度分布(光接收面上的入射角分布)。
[0052]參見圖4，由于微透鏡305，導致子像素201 (第一焦點檢測像素)的部分光瞳區(qū)域501與重心在-X方向上偏移的光電轉換部301的光接收面存在大致共軛的關系，并表示能夠在子像素201上接收光的光瞳區(qū)域。子像素201的部分光瞳區(qū)域501的重心在光瞳面上的+X側偏移。
[0053]參見圖4，由于微透鏡305，導致子像素202 (第二焦點檢測像素)的部分光瞳區(qū)域502與重心在+X方向上偏移的光電轉換部302的光接收面存在大致共軛的關系，并表示能夠在子像素202上接收光的光瞳區(qū)域。子像素202的部分光瞳區(qū)域502的重心在光瞳面上的側偏移。
[0054]這里，假設從構成設置在攝像裝置107的像素200G(200R或200B)的子像素201中獲得的信號是圖像A。同樣地，假設從構成設置在攝像裝置107的像素200G(200R或200B)的子像素202中獲得的信號是圖像B。可以使用如下的光入射面相位差法來進行焦點檢測:計算圖像A與圖像B之間的圖像偏移量(相對位置)，并將計算的量轉換為散焦量(離焦量，out-of-focus amount)。
[0055]另一方面，將作為子像素201和子像素202的組合的像素200G (攝像像素)的光瞳區(qū)域500配置為盡可能的大，以接收穿過成像光學系統(tǒng)的出射光瞳400的大量光束。此外，確定光瞳區(qū)域500的重心，以使其在預定的光瞳距離上與成像光學系統(tǒng)的光軸基本一致。
[0056]通過針對設置在攝像裝置107中的各個像素200G(200R或200B)對從子像素201中獲得的像素信號和從子像素202中獲得的像素信號進行相加，來生成分辨率與有效像素數(shù)相對應的拍攝圖像。
[0057]圖5A至5C是用于說明微透鏡305如何會聚圖3A至3D中出現(xiàn)的像素200G內(nèi)的光的圖。圖5A示出了微透鏡305如何會聚圖3B中出現(xiàn)的橫截面中的光，圖5B示出了微透鏡305如何會聚圖3C中出現(xiàn)的橫截面中的光。圖5C是光電轉換部的光接收面上的微透鏡305的會聚光斑的圖。
[0058]由于如前所述，微透鏡305在分割數(shù)大(第二分割數(shù)N2=2)的第二方向(x軸方向)上的曲率較大(第二曲率〉第一曲率)，微透鏡305的焦點位于相對于光電轉換部的光接收面的前焦點側(在光接收側，即前側)。另一方面，在分割數(shù)小(第一分割數(shù)Nl=I)的第一方向(y軸方向)上，微透鏡305的曲率較小，因此，如圖5B所示，微透鏡305的焦點接近光電轉換部的光接收面。
[0059]因此，如圖5C所示，光電轉換部的光接收面上的微透鏡305的會聚光斑，在分割數(shù)較大(第二分割數(shù)N2=2)的第二方向(X軸方向)上長，在分割數(shù)較小(第一分割數(shù)Nl=I)的第一方向(y軸方向)上短。
[0060]在這里，將說明在上述攝像裝置107中的光瞳偏移。
[0061]圖6A至6C是用于說明在圖2示出的攝像裝置的周邊圖像高度上，子像素201的部分光瞳區(qū)域501、子像素202的部分光瞳區(qū)域502,以及成像光學系統(tǒng)的出射光瞳之間的關系的圖。圖6A是用于說明在成像光學系統(tǒng)的出射光瞳距離Dl與攝像裝置的設置光瞳距離Ds相同的情況下，Dl和Ds之間的關系的圖。圖6B是用于說明在成像光學系統(tǒng)的出射光瞳距離Dl小于攝像裝置的設置光瞳距離Ds的情況下，Dl和Ds之間的關系的圖。圖6C是用于說明在成像光學系統(tǒng)的出射光瞳距離Dl大于攝像裝置的設置光瞳距離Ds的情況下，Dl和Ds之間的關系的圖。
[0062]在圖6A中，子像素201的部分光瞳區(qū)域501和子像素202的部分光瞳區(qū)域502幾乎均勻地對成像光學系統(tǒng)的出射光瞳400進行光瞳分割。另一方面，參見圖6B，在攝像裝置的周邊圖像高度上，成像光學系統(tǒng)的出射光瞳與成像光學系統(tǒng)的入射光瞳之間發(fā)生光瞳偏移，導致對成像光學系統(tǒng)的出射光瞳401進行了不均勻的光瞳分割。
[0063]同樣地，在圖6C中，在攝像裝置的周邊圖像高度上，成像光學系統(tǒng)的出射光瞳與成像光學系統(tǒng)的入射光瞳之間發(fā)生光瞳偏移，導致對成像光學系統(tǒng)的出射光瞳402進行了不均勻的光瞳分割。
[0064]隨著不均勻的光瞳分割，圖像A和圖像B的強度也變得不均勻；圖像A和圖像B之中，一個強度增加，另一個強度減小。由于這個原因，在圖像A和圖像B的強度在周邊圖像高度等上的不均衡的程度大的情況下，與圖像A和圖像B中的一個相關的信號無法以足夠的強度來獲取，導致焦點檢測性能降低。
[0065]以下將要說明焦點檢測性能和攝像性能的兼顧。
[0066]如前所述，由于在根據(jù)本實施例的攝像裝置107中，微透鏡305在與光電轉換部相關的分割數(shù)較大(第二分割數(shù)N2=2)的第二方向(X軸方向)上的曲率較大(第二曲率〉第一曲率)，微透鏡305的焦點位于相對于光電轉換部的光接收面的前焦點側(在光接收側上)。
[0067]此外，由于微透鏡305在分割數(shù)較小(第一分割數(shù)Nl=I)的第一方向(y軸方向)上的曲率較小，微透鏡305的焦點接近光電轉換部的光接收面。
[0068]這里，為了與根據(jù)本實施例的攝像裝置107進行比較，將如下的攝像裝置作為比較例1:在各個像素中，微透鏡305在第二方向(X軸方向)和第一方向(y軸方向)上的曲率均為第一曲率(小于第二曲率)。應當注意，比較例I的其它特征與根據(jù)本實施例的攝像裝置107相同。
[0069]在比較例I中，為了通過提高像素200的光接收效率來提高攝像靈敏度，將微透鏡的焦點設置為接近光電轉換部的光接收面，從而給予與攝像性能相關的攝像靈敏度以較高的優(yōu)先級。
[0070]此外，將如下的攝像裝置作為比較例2:在各個像素中，微透鏡305在第二方向(X軸方向)和第一方向(y軸方向)上的曲率均為第二曲率(大于第一曲率)。應當注意，比較例2的其它特征與根據(jù)本實施例的攝像裝置107相同。
[0071]在比較例2中，為了通過響應于周邊圖像高度上的光瞳偏移使得光瞳分割松散以減少圖像A和圖像B之間的不均勻性，將微透鏡的焦點移至相對于光電轉換部的光接收面的前焦點側(光接收側)，使得給予與焦點檢測性能相關的光瞳偏移響應性以較高優(yōu)先級。
[0072]圖7是示出根據(jù)本實施例以及比較例I和2的攝像裝置的示例性光瞳強度分布的圖。
[0073]在圖7中,橫軸表不相對于光軸的光入射角，縱軸表不光接收率。根據(jù)本實施例的攝像裝置107的子像素201 (202)中的光瞳強度分布501a(502a)用實線表示，比較例I的子像素201 (202)中的光瞳強度分布501b (502b)用虛線表示，比較例2的子像素201 (202)中的光瞳強度分布501c (502c)用點劃線表示。
[0074]另外，在圖7中，周邊圖像高度上未發(fā)生光瞳偏移的入射角范圍400’，對應于在圖6A中出現(xiàn)的成像光學系統(tǒng)的出射光瞳距離Dl與攝像裝置的設置光瞳距離Ds相同的情況下周邊圖像高度上的成像光學系統(tǒng)的出射光瞳400。周邊圖像高度上發(fā)生光瞳偏移的入射角范圍401’，對應于在圖6B中出現(xiàn)的成像光學系統(tǒng)的出射光瞳距離Dl小于攝像裝置的設置光瞳距離Ds的情況下周邊圖像高度上的成像光學系統(tǒng)的出射光瞳401。
[0075]圖8示出根據(jù)本發(fā)明實施例以及比較例I和比較例2的攝像裝置的其它示例性光瞳強度分布的圖。
[0076]在圖8中，示出了上述作為子像素201和子像素202的結合的像素200中的光瞳強度分布的圖。在圖8中,橫軸表不相對于光軸的光入射角，縱軸表不光接收率。根據(jù)本實施例的攝像裝置107的像素200中的光瞳強度分布500a以實線表示，比較例I的像素200中的光瞳強度分布500b以虛線表示。比較例2的像素200中的光瞳強度分布500c以點劃
線表示。
[0077]參見圖7，在周邊圖像高度上發(fā)生光瞳偏移的入射角范圍401’中，比較例2中的子像素的光瞳強度分布501c和502c之間的光接收率之差,小于比較例I中的子像素的光瞳強度分布501b和502b之間的光接收率之差。因此，在比較例2中，可以在更大程度上降低圖像A和圖像B的強度的不均勻性，并且與焦點檢測性能相關的光瞳偏移響應性相對于比較例I要高。
[0078]另一方面，如圖8所示，比較例I中像素的光瞳強度分布500b中的光接收率的最大值大于比較例2中像素的光瞳強度分布500c中的光接收率的最大值。因此，與光瞳偏移響應性相反，比較例I中的與攝像性能相關的攝像靈敏度大于比較例2中的攝像靈敏度。
[0079]通過上述描述可以容易地知道，用于實現(xiàn)與光入射面相位差法的焦點檢測性能相關的高光瞳偏移響應性的微透鏡曲率和用于實現(xiàn)與攝像性能相關的良好攝像靈敏度的微透鏡曲率不同。
[0080]在本實施例中，在光電轉換部的分割數(shù)較大的方向上，微透鏡的焦點位置被移至相對于光電轉換部的光接收面的前焦點側(光接收側)。另一方面，在光電轉換部的分割數(shù)較小的方向上，微透鏡的焦點位置接近光電轉換部的光接收面。
[0081]結果，如圖7所示，在周邊圖像高度上發(fā)生光瞳偏移的入射角范圍401’中，能夠使得根據(jù)本實施例的子像素的光瞳強度分布501a和502a之間的光接收率之差等于比較例2中的子像素的光瞳強度分布501c和502c之間的光接收率之差。[0082]而且，如圖8所示，可以使得根據(jù)本實施例的攝像裝置107中的像素的光瞳強度分布500a中的光接收率的最大值等于比較例I中的像素的光瞳強度分布500b中的光接收率的最大值。
[0083]結果，通過使用根據(jù)本實施例的攝像裝置107，能夠使得與使用光入射面相位差法的焦點檢測性能相關的光瞳偏移響應性以及與攝像性能相關的攝像靈敏度相互兼顧。
[0084]應當注意，在將微透鏡的形狀從比較例I和比較例2中的球形改變?yōu)楸緦嵤├械念惽蛐螘r，優(yōu)選通過減小對角間距(diagonal gap)來增加微透鏡的開口率，以提高攝像裝置的靈敏度。這就是在圖8中光瞳強度分布500a中的光接收率的最大值略微大于比較例I中的光瞳強度分布500b中的光接收率的最大值的原因。
[0085]如上所述，根據(jù)本實施例，由于將光電轉換部的第二分割數(shù)設置為等于或大于第一分割數(shù)，并且將在第二方向上利用第二分割數(shù)進行分割的微透鏡的第二曲率設置為大于在第一方向上利用第一分割數(shù)進行分割的微透鏡的第一曲率，因此能夠使得與使用光入射面相位差法的焦點檢測性能相關的光瞳偏移響應性以及與攝像性能相關的攝像靈敏度相
互兼容。
[0086]其它實施例
[0087]還可以通過讀出并執(zhí)行記錄在存儲器裝置上程序以進行上述實施例的功能的系統(tǒng)或設備的計算機(或者諸如CPU或MPU等的裝置)、以及通過下面的方法來實現(xiàn)本發(fā)明的方面，其中，通過系統(tǒng)或設備的計算機例如讀出并執(zhí)行記錄在存儲器裝置上的程序以進行上述實施例的功能，來進行所述方法的步驟。為此，例如經(jīng)由網(wǎng)絡或者通過用作為存儲器裝置的各種類型的記錄介質(例如，計算機可讀介質)將該程序提供給計算機。
[0088]盡管參考典型實施例說明了本發(fā)明，但是應該理解，本發(fā)明不局限于所公開的典型實施例。所附權利要求書的范圍符合最寬的解釋，以包含所有這類修改、等同結構和功倉泛。
[0089]本申請要求2012年9月11日提交的申請?zhí)枮?012-199363的日本專利申請的優(yōu)先權,在此通過引用將其全部內(nèi)容合并于此。
【權利要求】
1.一種攝像設備，包括: 成像光學系統(tǒng)； 多個攝像像素，用于檢測由所述成像光學系統(tǒng)形成的被攝體圖像，并生成攝像用圖像；以及 透鏡，其針對所述多個攝像像素中的各個攝像像素進行設置，并用于將入射光會聚到所述多個攝像像素中的各個攝像像素， 其中，所述多個攝像像素各自包括在第一方向上以及與所述第一方向垂直的第二方向上進行分割的多個光電轉換部， 所述多個光電轉換部各自對穿過所述成像光學系統(tǒng)的出射光瞳中的與所述多個光電轉換部的各個光電轉換部相對應的部分光瞳區(qū)域的多個被攝體圖像的各個被攝體圖像進行光電轉換，并輸出用于檢測所述多個被攝體圖像之間的相位差的焦點檢測信號，以及所述透鏡在所述第一方向上的第一曲率和所述透鏡在所述第二方向上的第二曲率不同。
2.一種攝像設備，包括: 成像光學系統(tǒng)； 多個攝像像素，用于檢測由所述成像光學系統(tǒng)形成的被攝體圖像，并生成攝像用圖像；以及 透鏡，其針對所述多個攝像像素`中的各個攝像像素進行設置，并用于將入射光會聚到所述多個攝像像素中的各個攝像像素， 其中，所述多個攝像像素各自包括在第一方向上以及與所述第一方向垂直的第二方向上進行分割的多個光電轉換部， 所述多個光電轉換部各自對穿過所述成像光學系統(tǒng)的出射光瞳中的與所述多個光電轉換部的各個光電轉換部相對應的部分光瞳區(qū)域的多個被攝體圖像的各個被攝體圖像進行光電轉換，并輸出用于檢測所述多個被攝體圖像之間的相位差的焦點檢測信號，以及所述透鏡在所述第一方向上的焦點位置和所述透鏡在所述第二方向上的焦點位置不同。
3.一種攝像設備，包括: 成像光學系統(tǒng)； 多個攝像像素，用于檢測由所述成像光學系統(tǒng)形成的被攝體圖像，并生成攝像用圖像；以及 透鏡，其針對所述多個攝像像素中的各個攝像像素進行設置，并用于將入射光會聚到所述多個攝像像素中的各個攝像像素， 其中，所述多個攝像像素各自包括在第一方向上以及與所述第一方向垂直的第二方向上進行分割的多個光電轉換部， 所述多個光電轉換部各自對穿過所述成像光學系統(tǒng)的出射光瞳中的與所述多個光電轉換部的各個光電轉換部相對應的部分光瞳區(qū)域的多個被攝體圖像的各個被攝體圖像進行光電轉換，并輸出用于檢測所述多個被攝體圖像之間的相位差的焦點檢測信號，以及所述透鏡在所述第一方向上的第一曲率比所述透鏡在所述第二方向上的第二曲率大。
4.根據(jù)權利要求3所述的攝像設備，其中，在所述第一方向上利用第一分割數(shù)對所述多個光電轉換部進行分割，在所述第二方向上利用第二分割數(shù)對所述多個光電轉換部進行分割，以及 所述第一分割數(shù)等于或大于所述第二分割數(shù)。
5.一種攝像設備，包括: 成像光學系統(tǒng)； 多個攝像像素，用于檢測由所述成像光學系統(tǒng)形成的被攝體圖像，并生成攝像用圖像；以及 透鏡，其針對所述多個攝像像素中的各個攝像像素進行設置，并用于將入射光會聚到所述多個攝像像素中的各個攝像像素， 其中，所述多個攝像像素各自包括在第一方向上以及與所述第一方向垂直的第二方向上進行分割的多個光電轉換部， 所述多個光電轉換部各自對穿過所述成像光學系統(tǒng)的出射光瞳中的與所述多個光電轉換部的各個光電轉換部相對應的部分光瞳區(qū)域的多個被攝體圖像的各個被攝體圖像進行光電轉換，并輸出用于檢測所述多個被攝體圖像之間的相位差的焦點檢測信號，以及所述透鏡在所述第一方向上的焦點位置位于相對于所述多個光電轉換部的光接收面的被攝體側，所述透鏡在所述第二方向上的焦點位置位于所述多個光電轉換部的光接收面。
6.根據(jù)權利要求5所述的攝像設備，其中，在所述第一方向上利用第一分割數(shù)對所述多個光電轉換部進行分割，在所述第二方向上利用第二分割數(shù)對所述多個光電轉換部進行分割，以及 所述第一分割數(shù)等于或大于所述第二分割數(shù)。
7.一種攝像設備的控制方法，所述攝像設備包括:成像光學系統(tǒng)；多個攝像像素，用于檢測由所述成像光學系統(tǒng)形成的被攝體圖像，并生成攝像用圖像，所述多個攝像像素各自具有在第一方向上以及與所述第一方向垂直的第二方向上進行分割的多個光電轉換部；以及透鏡，其針對所述多個攝像像素中的各個攝像像素進行設置，并用于將入射光會聚到所述多個攝像像素中的各個攝像像素， 所述控制方法包括: 設置步驟，用于使所述透鏡在所述第一方向上的第一曲率和所述透鏡在所述第二方向上的第二曲率互不相同； 光電轉換步驟，用于對穿過所述成像光學系統(tǒng)的出射光瞳中的與所述多個光電轉換部的各個光電轉換部相對應的部分光瞳區(qū)域的多個被攝體圖像進行光電轉換； 輸出步驟，用于基于進行了光電轉換的多個被攝體圖像來輸出焦點檢測信號；以及相位差檢測步驟， 用于基于所輸出的焦點檢測信號來檢測所述多個被攝體圖像之間的相位差。
【文檔編號】H04N5/232GK103685916SQ201310411259
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月11日 優(yōu)先權日:2012年9月11日
【發(fā)明者】福田浩一 申請人:佳能株式會社