CN103238098A - 成像设备和对焦位置检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是，无论拍摄对象的状态如何，都实现高速度和高精度的相位差自动聚焦。提供的是一种成像设备，包括控制装置，该控制装置在光接收表面中的相位差检测区域内布置和形成光瞳分割的第一和第二相位差检测像素（x,y），并且基于在像素（x,y）的每一个检测信息之间的相位差来将在图像捕捉元件的前端处的聚焦镜头驱动和控制到焦点位置。该控制装置：基于拍摄对象的状态（例如，是广角还是长焦、是否是脸部检测模式、或是否是夜景模式等等）确定应当将相位差检测区域的分割数目设置成第一分割数目n（包括n=1）还是设置成大于n的第二分割数目m；通过对于通过将相位差检测区域分割成n份或m份而形成的每一个分割区域，算术上找到第一信息与第二信息之间的相关性并且计算分割的区域评估曲线；对于每一个分割的区域的分割的区域评估曲线执行指定的算术处理并且找到总评估曲线；以及从总评估曲线找到用于驱动的散焦量以将聚焦镜头控制到对焦位置。

Description

成像设备和对焦位置检测方法

技术领域

本发明涉及一种图像捕捉设备和该图像捕捉设备的对焦位置检测方法，该图像捕捉设备被配置成检测到对象的距离并且执行拍摄镜头的焦点位置控制。

背景技术

关于检测到主对象的距离的对焦位置检测方法，存在对比法或相位差自动聚焦（“AF”）方法。在单镜头反光照相机中频繁地采用相位差AF方法，这是因为它与对比法相比能够以高速度和高精度执行对焦位置检测。

常规单镜头反光照相机中所采用的相位差AF方法（例如，如在下文的专利文献1中公开的）设置有独立于固态图像捕捉元件部署在左侧和右侧的两个相位差检测线传感器，该固态图像捕捉元件捕捉对象的图像并且基于在第一线传感器的检测信息与第二线传感器的检测信息之间的相位差来检测到主对象的距离。

在专利文献1中公开的相位差AF方法的问题在于，需要使用于在检测相位差中使用的检测线传感器独立于固态图像捕捉元件，并且因此，组件成本和制造成本增加，并且此外，设备的尺寸变得更大。

因此，如下文专利文献2中所公开的，已经提出将相位差检测像素安装在固态图像捕捉元件的光接收表面上。就捕捉对象的图像的固态图像捕捉元件而言，由于采用了利用相位差检测像素形成的固态图像捕捉元件，所以外部相位差检测传感器变得不必要，并且可实现成本降低。

引用列表

专利文献

专利文献1：JP-A-2010-8443

专利文献2：JP-A-2010-91991

发明内容

技术问题

然而，在专利文献2中公开的常规技术的目标在于单镜头反光照相机并且前提是安装大型固态图像捕捉元件。如在专利文献2中公开的，通过使一对相邻的像素中的每一个的光屏蔽膜孔径很小并且将光屏蔽膜孔径定位成朝在一侧和另一侧中的相位差检测方向（通常左右）偏移，相位差检测像素被配置为检测相位差。

即使使光屏蔽膜孔径减小一点，大型（大面积）固态图像捕捉元件（其中，每个像素具有大光接收面积）仍然能够以高速度和高精度获得相位差信息。然而，在每个像素的大光接收面积不大且其被安装在例如紧凑型照相机中的固态图像捕捉元件中，原始的光屏蔽膜孔径是小的。因此，如果通过将光屏蔽膜孔径设置成小的并且将光接收时间设置为短来以高速度获得相位差信息，则发生问题，因为取决于对象的状态，相位差信息的精度（也就是，对焦位置检测的精度）降低。

本发明的目的是提供一种图像捕捉设备和检测该图像捕捉设备的对焦位置的方法，即使当采用小面积的固态图像捕捉元件时，无论照相机的设置状态如何，该图像捕捉设备也能够通过以高速度和高精度获取相位差信息来计算对焦位置。

问题的解决方案

本发明的图像捕捉设备和对焦位置检测方法的特征在于，该图像捕捉设备包括：图像捕捉元件，其中成对像素二维地布置在相位差检测区域中，所述成对像素由光瞳分割的第一相位差检测像素和第二相位差检测像素配置，所述相位差检测区域被设置在捕捉对象的图像的光接收表面上；聚焦镜头，所述聚焦镜头被部署在所述图像捕捉元件的光路的前端处并且在所述光接收表面上形成对焦在对象上的光学图像；以及控制装置，所述控制装置计算在从所述第一相位差像素输出的关于所述成对像素的一侧布置方向的第一检测信息的第一分布曲线与从所述第二相位差检测像素输出的关于所述一侧布置方向的第二检测信息的第二分布曲线之间的相位差，并且基于所述相位差驱动所述聚焦镜头并且将所述聚焦镜头控制到所述对焦位置，其中所述对焦位置检测方法包括：基于所述图像捕捉设备的设置状态来确定将所述相位差检测区域在垂直于所述相位差的检测方向的方向上被分割成的分割数目设置成第一分割数目n还是设置成大于n的第二分割数目m，通过对于通过将所述相位差检测区域分割成所述n份或所述m份而形成的分割的区域中的每一个，计算所述第一检测信息与所述第二检测信息之间的相关性来为每个分割的区域计算相关运算曲线，以及从通过在所述多个分割的区域的相关运算曲线上进行所需的计算处理而获得的总评估曲线获取散焦量，以驱动所述聚焦镜头并且将所述聚焦镜头控制到所述对焦位置。

发明的有益效果

根据本发明，即使当使用了小固态图像捕捉元件时，也可以获得与具有高速度和高精度的单镜头反光照相机的AF操作性能相当的AF操作性能，无论将对对象进行拍摄的照相机的设置状态如何（例如，它是广角侧拍摄还是长焦侧拍摄，它是否是夜景模式，它是静止图像拍摄还是活动图像拍摄，以及记录像素的数目是否是高清晰度）。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的图像捕捉设备的功能框图。

图2是设置在图1中所示的固态图像捕捉元件的光接收表面上的相位差检测区域的解释性视图。

图3是在图2的虚线方形框内的表面的放大示意图。

图4是用于描述通过提取仅图3的相位差检测像素而获取的相位差量和相位差检测像素所检测到的信号的概念的视图。

图5是每个分割的区域的评估曲线和总评估曲线的解释性视图。

图6是图示根据本发明的第一实施例的AF处理序列的流程图。

图7是图示根据本发明的第二实施例的AF处理序列的流程图。

图8是图示根据本发明的第三实施例的AF处理序列的流程图。

图9是图示根据本发明的第四实施例的AF处理序列的流程图。

图10是图示根据本发明的第五实施例的AF处理序列的流程图。

图11是图示根据本发明的第六实施例的AF处理序列的流程图。

图12是图示根据本发明的第七实施例的AF处理序列的流程图。

图13是图示根据本发明的第八实施例的AF处理序列的流程图。

图14是图示根据本发明的第九实施例的AF处理序列的流程图。

图15是图示根据本发明的第十实施例的AF处理序列的流程图。

图16是图示根据本发明的第十一实施例的AF处理序列的流程图。

图17是图示根据本发明的第十二实施例的AF处理序列的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图作出本发明的实施例的描述。

图1是根据本发明的实施例的数字照相机的功能框图。本发明的数字照相机10对对象的静止图像或活动图像进行拍摄并且具有在照相机10的内部对捕捉的图像信号进行数字处理的功能，其中该数字照相机包括：拍摄镜头20，该拍摄镜头20装备有长焦镜头和聚焦镜头；固态图像捕捉元件21，该固态图像捕捉元件21放置在拍摄镜头20的后面并且部署在拍摄镜头的图像形成表面上；模拟信号处理单元22，该模拟信号处理单元22对于从固态图像捕捉元件21的每个像素输出的模拟图像数据执行模拟处理，诸如例如，自动增益控制（“AGC”）或相关双采样处理等；模拟数字（A/D）转换单元23，该模拟数字（A/D）转换单元23将从模拟信号处理单元22输出的模拟图像数据转换成数字图像数据；驱动单元24，该驱动单元24响应于来自下文描述的系统控制单元（“CPU”）29的命令，驱动并且控制A/D转换单元23、模拟信号处理单元22、固态图像捕捉元件21、以及拍摄镜头20；以及闪光灯25，该闪光灯25响应于来自CPU29的命令，发出光。

本发明的数字照相机10进一步包括：数字信号处理单元26，该数字信号处理单元26通过获得从A/D转换单元23输出的数字图像数据进行例如插值处理或白平衡补偿、RGB/YC转换处理；压缩/扩展处理单元27，该压缩/扩展处理单元27将图像数据压缩或扩展成JPEG格式等的图像数据；显示单元28，该显示单元28显示例如菜单和直通图像（through image）或捕捉的图像；系统控制单元（“CPU”）29，该系统控制单元29执行整个数字照相机的综合控制；内部存储器30，诸如例如帧存储器；介质接口（“I/F”）31，该介质接口处理在存储例如JPEG图像数据的存储介质32与介质接口之间的接口；以及总线39，该总线39连接上文所描述的所有组件。另外，操作单元33连接到系统控制单元29，在该操作单元33中，执行从用户输入的命令。

用户的命令输入包括以下的输入命令，例如由用户确定的拍摄镜头的焦距（例如，它是广角拍摄还是长焦拍摄）、拍摄模式是否是脸部检测模式、它是静止图像拍摄模式还是活动图像拍摄模式、它是否是夜景拍摄模式、它是否是活动对象拍摄模式、记录像素的数目、以及ISO灵敏度，而不是按下快门释放按钮。

系统控制单元29对从固态图像捕捉元件21输出的活动图像状态下的并且使用诸如如下所述的数字信号处理单元26的其附属组件在数字信号处理单元26中被处理的捕捉的图像数据（直通图像）进行解释，以便计算评估曲线和检测到主对象的距离。此外，系统控制单元29执行被部署在固态图像捕捉元件21的光路的前端处的拍摄镜头20的聚焦镜头的位置控制，并且通过驱动单元24使得对焦在对象上的光学图像形成在固态图像捕捉元件21的光接收表面上。

固态图像捕捉元件21在本实施例中是CMOS型。虽然固态图像捕捉元件21的输出信号在模拟信号处理单元（AFE：模拟前端）22处被处理，但是AFE部（例如，进行相关双采样处理或钳位的电路、执行增益控制的信号放大电路）通常被安装为固态图像捕捉元件芯片上的外围电路。而且，诸如水平偏转电路、竖直偏转电路、噪声降低电路、以及同步信号产生电路的其它电路作为外围电路被形成在围绕光接收部的固态图像捕捉元件21的芯片上。在一些情况下，还形成图1的A/D转换单元23。此外，即使固态图像捕捉元件21是CCD型，下述实施例实际上也是适用的。

图2是固态图像捕捉元件21的光接收表面的解释性视图。在附图中未图示的多个像素（光接收元件：光二极管）被布置并且被形成在固态图像捕捉元件21的光接收表面上的二维阵列中。在本实施例中，所述多个像素被布置并且被形成在方格网布置中。而且，像素布置并不限于方格网布置并且可以是所谓的蜂巢布置，在所谓的蜂巢布置中，偶数行的像素行被布置成相对于奇数行的像素行分别偏移1/2像素节距。

矩形形状的相位差检测区域40被设置在光接收表面上的局部区域的位置处（在所图示的示例中的中央位置处）。虽然仅一个相位差检测区域40被设置在光接收表面上，但是多个相位差检测区域可以被设置，使得在拍摄屏幕中的任何地方实现AF。可以将光接收表面的整个区域用作相位差检测区域。

本实施例的特征在于基于图像捕捉设备10的设置状态（由用户输入的命令的内容）彼此切换如下两种情况：如下所述通过在垂直于相位差检测方向（左右方向，即，在本示例中x方向是相位差检测方向）的方向（上下方向y）上将相位差检测区域40分割成4份来检测到对象的对焦位置的情况；以及到对象的对焦位置被检测为一个区域而不分割相位差检测区域40的情况。而且，分割数目并不限于4，并且它可以是6、7并且可以被分割成任意数目。

图3是被图示为相位差检测区域40内的图2的虚线矩形形状的框41的那部分的表面的放大示意图。多个像素被布置为固态图像捕捉元件21的光接收表面上的方格网布置，对于相位差检测区域40而言，该方格网布置也是相同的。

在示出的示例中，每个像素由R（红）、G（绿）、或B（蓝）指示。R、G、和B分别指示堆叠在像素上的滤色器的颜色。虽然在本示例中例示了拜耳布置，但是滤色器的布置并不限于拜耳布置，并且它可以是另一个滤色器布置，诸如条纹布置。

虽然在相位差检测区域40内的像素布置和滤色器布置与相位差检测区域40之外的光接收表面的那些是相同的，但是在相位差检测区域40内彼此倾斜地相邻的成对的像素分别由1x和1y指示。用于相位差检测目的的成对像素被设置在相位差检测区域40内的离散且周期性位置（在示出的实施例中在检查位置处）。

而且，对在图示的示例中的拜耳布置而言，滤色器布置具有相互倾斜地相邻的相同颜色的像素。关于水平条纹布置，由于相同颜色的像素被布置在水平方向上，所以形成一对的两个像素与宽同向地彼此相邻。替代地，形成一对的两个像素可以不被设置在水平条纹布置中的相同颜色的过滤器行中，而是可以彼此分离并且分别被设置在竖直方向上离彼此最近的相同颜色的过滤器行中。上述情况也适用于竖直条纹布置。

在本实施例中，相位差检测像素1x、1y被安装在安装有G过滤器的像素上，该安装有G过滤器的像素是R、G、和B当中最多的并且在水平方向（x方向）上以八个像素的间隔且在竖直方向（y方向）上以八个像素的间隔被布置，并且此外，整体上将被定位在检查位置处。因此，当在相位差方向（水平方向）上被观察时，相位差检测像素1x以4个像素的间隔被布置。

图4是示意性地图示从图3提取的仅相位差检测像素1x、1y的视图。关于形成成对像素的相位差检测像素1x、1y，如在专利文献2中，相位差检测像素的光屏蔽孔径2x、2y被形成为小于其它像素（相位差检测像素之外的像素）。而且，像素1x的光屏蔽孔径2x在左方向上被偏心地设置，并且像素1y的光屏蔽孔径2y在右方向上被偏心地设置（相位差方向）。

在图4的下部处图示的曲线X是绘制出在一个水平行中对齐的相位差检测像素1x的检测信号量的图形，并且曲线Y是绘制出与像素1x形成对的相位差检测像素1y的检测信号量的图形。

认为成对像素1x和1y中的像素从相同的对象接收光，因为它们是相邻的像素并且彼此非常近。由于这个原因，认为曲线X和曲线Y成为相同的形式，并且左右方向（相位差方向）的偏差变成在光瞳分割的成对像素的一侧的像素1x处观察到的图像与在另一侧的像素1y处观察的图像之间的相位差量。

通过执行曲线X和曲线Y的相关运算，可以计算相位差量（水平偏差量），并且可以基于该相位差量来计算到对象的距离。关于计算曲线X和曲线Y的相关量的评估值的方法，可以采用已知的方法（例如，在专利文献1中描述的方法或在专利文献2中描述的方法）。例如，在形成曲线X的点X（i）中的每一个与在形成曲线Y的点Y（i+j）中的每一个之间的差的绝对值的积分值被设置为评估值，并且提供最大评估值的值j被设置为相位差量（水平偏差量）。

然而，在每个像素的光接收面积小的情况下，每个信号量变得小并且噪音比增加，并且因此，即使执行了相关运算，也变得难以精确地检测相位差。因此，如果为在竖直方向上的多个像素添加从在相同的水平位置上的像素1x检测到的信号，并且为在水平方向上的在图2的相位差检测区域40内的多个像素添加从在相同的水平位置上的像素1y检测到的信号，则噪音的影响降低并且可以增强检测精度（AF精度）。

然而，增加用于像素添加的像素的数目并不总是好事。当用于像素添加的像素的数目增加时，随着用于像素添加的像素的数目增加，作为在相位差检测区域40中的像素添加的目标的相位差检测像素的布置区域沿竖直方向（垂直的方向）延伸。关于对象的图案，在相位差检测区域40的上部处捕捉的图案图像、在中部处捕捉的图案图像、以及在下部处捕捉的图案图像通常相互不同。由于这个原因，如果相位差检测区域40被设置为一个区域，并且基于对象在其像素上执行像素添加，则可能存在如下情况：由于对象的图案在像素添加之后在相位差检测方向（水平方向）上被均衡，所以用于计算相位差的评估值减小。

因此，在本实施例中，要针对哪个对象进行拍摄作为图像捕捉设备10的设置状态被事先知道，并且对于需要高精度AF的对象，相位差检测区域40被分割成四份，并且像素添加的范围被限制于每个分割的区域的内部，使得在分割的区域之外不执行像素添加。也就是，通过对分割的区域I、Ⅱ、III、IV中的每一个执行像素添加而获得分割的区域评估曲线（相关运算曲线），并且通过相加单独的分割的区域评估曲线而获得相位差检测区域40的总体评估曲线（总评估曲线）。

图5是图示分割的区域中的每一个的分割的区域评估曲线（每个分割的区域的相关运算曲线）I、Ⅱ、III、IV和通过对四个分割的区域中的每一个的评估曲线上执行运算过程（其在本实施例中是“通过相加的总数”，但可以是相加平均处理或相乘）而获得的总评估曲线（整个区域的评估曲线）V的图形。

分割的区域评估曲线I通过对图4的曲线X和图4的曲线Y上执行相关运算而获得，图4的曲线X通过对于在竖直方向上（例如，图3的符号45）的在分割的区域I内的相位差检测像素1x的检测信号执行像素添加而获得，图4的曲线Y通过对于在竖直方向上（例如，图3的符号46）的在分割的区域I内的相位差检测像素1y的检测信号执行像素添加而获得。在该示例中，最大评估值作为最小值被获得。

同样，分割的区域评估曲线Ⅱ是从分割的区域Ⅱ获得的评估曲线，分割的区域评估曲线III是从分割的区域III获得的评估曲线，并且分割的区域评估曲线IV是从分割的区域IV获得的评估曲线。

对于布置在相位差检测区域40的竖直方向上的相位差检测像素1x的像素数目而言，由于用以获得四个分割的区域的四条评估曲线I、Ⅱ、III、IV中的每一条的像素添加的像素的数目在分割的区域的数目上变为大致1，所以对象的图案被均衡是不太可能的，并且精确地计算评估值成为可能。

然后，通过求和四个分割的区域评估曲线I、Ⅱ、III、IV来获得总评估曲线V并且此外在该总评估曲线V中执行子像素插值来计算用于将聚焦镜头调节至对焦位置的相位差量（散焦量）。因此，在维持对象的分割的区域中的每一个的评估值的同时，对噪音具有鲁棒性的相位差的高度精确的计算的执行成为可能。

在图5中，由于横坐标轴的一个单位是图3的相位差检测像素的像素间隔（由于它是以八个像素为间隔的检查布置，所以它变成4个像素的间隔），所以，通过考虑例如总评估曲线V的最小值的位置和对于该最小值延伸至右侧的曲线以及延伸至左侧的曲线的每个斜率执行子像素插值来计算提供最小真值（最大评估值）的位置，即相位差量。因此，通过图3的一个像素单元来计算相位差量成为可能。

如上文所描述的，通过将相位差检测区域分割成多个区域并且为分割的区域中的每一个执行相关运算来以高精度计算对焦位置成为可能。然而，由于相关运算花费时间，所以分割数目的增加充当妨碍AF加速的因素。

因此，在本实施例中，在可以确定即使通过基于图像捕捉设备的设置状态将相位差检测区域40设置为一个区域而不对相位差检测区域40进行分割来执行相位差检测像素的像素添加，AF精度也很高的情况下，通过获得最佳值来计算对焦位置。并且通过对于在竖直方向上在相位差检测区域40内的相位差检测像素1x和1y执行像素添加以及对于用于像素1x的添加信号的图4的曲线X和用于像素1y的添加信号的图4的曲线Y执行相关运算来获得最佳值。因此，促进了AF操作的加速。

而且，当从图像捕捉设备的设置状态得知要针对哪个对象进行拍摄并且认为可能期望分割相位差检测区域40以增加AF精度时，通过图5中描述的方法来计算对焦位置。

图6是图示根据本发明的第一实施例的AF处理序列的流程图，所述第一实施例是通过使用下级单元（例如，数字信号处理单元26）执行的系统控制单元29。

当AF操作开始，首先在步骤S1中确定焦距是否比某个值更短（步骤S1）。例如，当用户输入长焦侧拍摄设置时，由于焦距变长，所以接着是步骤S2，其中，相位差检测区域40被分割成多个区域。在本示例中，它被分割成4个区域。

然后，在下一个步骤S3中通过对分割的区域中的每一个执行相关运算来计算分割的区域评估曲线I、Ⅱ、III、IV，并且在下一个步骤S4中通过对分割的区域评估曲线I、Ⅱ、III、IV求和来获得总评估曲线V。

然后，接着是步骤S7，其中，通过执行子像素插值来为总评估曲线V获得最佳评估值，并且计算提供最佳评估值的相位差量（散焦量）。然后，在下一个步骤S8中通过控制聚焦镜头的位置来执行对焦控制，并且终止该处理。

例如，当用户输入广角侧拍摄设置时，由于作为步骤S1的确定的结果焦距是短的，所以在步骤S1后接着是步骤S5。在步骤S5将相位差检测区域40作为不被分割的一个区域对待，并且在步骤S6中，对于在相位差检测区域40中添加的相位差检测像素1x中获得的图4的曲线X和在相位差检测像素1y中获得的曲线Y执行相关运算。并且然后，基于作为相关运算的结果而获得的总评估曲线来计算散焦量（步骤S7），并且执行聚焦镜头的对焦控制（步骤S8）。

在利用不同的焦距对相同的对象进行拍摄的情况下，具有短焦距的对象图像具有许多高频分量，并且具有长焦距的对象图像具有许多低频分量。当在AF精度的方面中被考虑时，由于当许多高频分量存在时相位差AF一般是高度可靠的，所以可以获得足够的精度而不分割区域。相反，当许多低频分量存在时，可以通过分割区域来提高AF精度。

分割数目的增加充当妨碍AF的加速的因素，因为执行相关运算花费时间。因此，在本实施例中，当在短焦距（其中，认为AF精度本来是高的）中进行拍摄时，避免了相位差检测区域40的分割，并且仅当在长焦距中进行拍摄时，对相位差检测区域40进行分割，以便促进AF精度的提高。因此，在本实施例中，甚至利用设置有小图像捕捉元件的图像捕捉设备，也可以获得相当于单镜头反光照相机的高速度AF和高精度AF的高速度AF和高精度AF。

图7是图示根据本发明的第二实施例的处理序列的流程图。对与图6中的处理步骤相同的处理步骤分配相同的步骤编号，并且将省略这些处理步骤的详细的描述。

在本实施例中，在步骤S1中确定焦距。当在长焦距中拍摄时，接着是步骤S2a，在步骤S2a中，将区域分割数目设置为“4”。而且，当在短焦距中拍摄时，接着是步骤S2b，在步骤S2b中，将区域分割数目设置为“2”。并且然后，接着是步骤S3、S4、S7、S8，并且终止该处理。

在图6的实施例中，虽然进行了“分割区域”和“不分割区域”的情况分类，但是，不要求总是选择不对区域进行分割的分割数目“1”。通过如图7的实施例中那样减少区域切割数目，可以促进相关运算处理时间的缩短和AF操作的加速。

图8是图示根据本发明的第三实施例的处理序列的流程图。对与图6中的处理步骤相同的处理步骤分配相同的步骤编号，并且将省略这些处理步骤的详细的描述。

在本实施例中，在步骤S11中，确定图像捕捉设备10是否被设置在脸部检测模式中。在设备被设置在脸部检测模式中的情况下，接着是步骤S2，在步骤S2中，对相位差检测区域40进行分割。然后，接着进行下列处理步骤S6、S7、S8。

在设置了脸部检测模式的情况下，可以确定主对象是人。由于人脸大体是低频图像，所以难以确定焦点位置。因此，接着进行步骤S2以分割相位差检测区域40，从而提高AF精度。在未设置脸部检测模式的情况下，可以确定主对象是不同于人的对象。即使人被反映在该对象中，它也仅是背景的一部分，并且不需要聚焦在人上。因此，在步骤S5中将相位差检测区域40作一个区域对待，并且促进了AF操作的加速。

图9是图示根据本发明的第四实施例的处理序列的流程图。对与图7中的处理步骤相同的处理步骤分配相同的步骤编号，并且将省略这些处理步骤的详细的描述。

在本实施例中，在步骤S11中，确定图像捕捉设备10是否被设置在脸部检测模式中。在设备被设置在脸部检测模式中的情况下，接着执行步骤S2a以将相位差检测区域40分割成4份，并且然后接着执行后续步骤S3、S4、S7、S8。在设备未被设置在脸部检测模式中的情况下，接着执行步骤S2b以将相位差检测区域40分割成2份，并且然后接着执行后续步骤S3、S4、S7、S8。以这种方式，如本实施例中图8那样，取决于设备是否像被设置在脸部检测模式中来选择AF精度的提高或AF操作的加速。

图10是图示根据本发明的第五实施例的处理序列的流程图。对与图8中的处理步骤相同的处理步骤分配相同的步骤编号，并且将省略这些处理步骤的详细的描述。

在本实施例中，在步骤S12中，确定图像捕捉设备10是否被设置在活动图像拍摄模式中。在设备被设置在静止图像拍摄模式中的情况下，相位差检测区域40被分割成多个区域（步骤S2），并且在设备被设置在活动图像拍摄模式中的情况下，通过将相位差检测区域40设置成一个区域来促进AF操作的加速（步骤S5）。

通常，要求对焦高清晰度图像用于静止图像，并且在活动图像中所要求的清晰度低于静止图像的清晰度。因此，在静止图像拍摄模式中进行区域分割以增加AF精度，并且优选的是，在活动图像拍摄模式中不进行用于AF操作的加速的区域分割。

图11是图示根据本发明的第六实施例的处理序列的流程图。对与图9中的处理步骤相同的处理步骤分配相同的步骤编号，并且将省略这些处理步骤的详细的描述。

在本实施例中，在步骤S12中，确定图像捕捉设备10被设置在静止图像拍摄模式还是活动图像拍摄模式中。在设备被设置在静止图像拍摄模式中的情况下，相位差检测区域40被分割成4份（步骤S2a）以提高AF精度。在设备被设置在活动图像拍摄模式中的情况下，相位差检测区域被分割成2份（步骤S2b）以通过减少分割数目来促进AF操作的加速。

图12是图示根据本发明的第七实施例的处理序列的流程图。对与图8中的处理步骤相同的处理步骤分配相同的步骤编号，并且将省略这些处理步骤的详细的描述。

在本实施例中，在步骤S13中，确定图像捕捉设备10是否被设置在夜景拍摄模式中。在设备被设置在夜景拍摄模式中的情况下，执行步骤S2，并且在设备未被设置在夜景拍摄模式中的情况下，执行步骤S5。

关于夜景，由于通常对象一般是黑暗的，所以难以获得AF精度。由于这个原因，在设备被设置在夜景拍摄模式中的情况下，执行步骤S2以分割相位差检测区域，从而有助于AF操作的加速。

图13是图示根据本发明的第八实施例的处理序列的流程图。对与图8中的处理步骤相同的处理步骤分配相同的步骤编号，并且将省略这些处理步骤的详细的描述。

在本实施例中，在步骤S14中，确定图像捕捉设备10是否被设置在活动对象拍摄模式中。在设备被设置在活动对象拍摄模式中的情况下，执行步骤S5，并且在设备未被设置在活动对象拍摄模式中的情况下，执行步骤S2。

在拍摄该活动对象的情况下，即，在拍摄活动目标的情况下，可以计算AF速度。因此，在活动对象拍摄模式中，接着是步骤S5，其中在认真查看AF速度而不分割区域的情况下在相位差AF中检测对焦位置。

图14和图15分别是图示本发明的第九和第十实施例的AF处理序列的流程图。对与图8和图9中的处理步骤相同的处理步骤分配相同的步骤编号，并且将省略这些处理步骤的详细的描述。在这些实施例中，在步骤S15中，确定记录像素的数目的设置是否大于某个数目。

AF（自动聚焦）所需的精度取决于像素的节距。随着存储像素的数目的增加，AF所需的精度增加。因此，在存储像素的数目大的情况下，执行步骤S2（或图15的步骤S2a）以增加区域分割数目，并且在存储像素的数目小的情况下，执行图14的步骤S5（或图15的步骤S2b）以减少区域分割数目。

图16和图17分别是图示本发明的第十一和第十二实施例的处理序列的流程图。对与图8和图9中的处理步骤相同的处理步骤分配相同的步骤编号，并且将省略这些处理步骤的详细的描述。在上文描述的实施例中，在步骤S16中，确定在图像捕捉设备10中设置的ISO灵敏度是否高于某个灵敏度。

随着ISO灵敏度的下降，噪音变得更少，并且AF所需的精度变得更高。因此，在ISO灵敏度低的情况下，执行图16的步骤S2（或图17的步骤S2a）以增加区域分割数目。而且，在ISO灵敏度高的情况下，执行图16的步骤S5（或图17的步骤S2b）以减少区域分割数目。

如上文所描述的，在上文描述的实施例中的每一个中，基于诸如图像捕捉设备10的拍摄模式的设置信息等来确定对象是否需要AF精度以及对象是否需要高速度AF，并且然后确定相位差检测区域的分割数目。因此，可以通过根据对象图像使用适当的区域分割数目来进行相位差AF处理，并且甚至利用安装有小图像捕捉元件的图像捕捉设备，也可以获得相当于单镜头反光照相机的高速度AF和高精度AF的高速度AF和高精度AF。

而且，虽然已经使用图6至图12单独描述了实施例中的每一个，但是明显的是，可以组合多个实施例。例如，关于夜景拍摄模式，已经描述的是，在设备未被设置在夜景拍摄模式中的情况下，不分割区域。然而，在设备未被设置在夜景拍摄模式中的情况下，确定设备是否被设置在另一个拍摄模式中，并且当设备被设置在另一个拍摄模式中时，确定是否需要高速AF或确定是否需要高精度AF，使得可以切换区域分割的存在/不存在或区域分割数目。

此外，在上文描述的实施例中的每一个中，虽然照相机侧已经基于诸如拍摄模式等的设置信息来自动地确定对象是否需要高速度AF，但是它可以被配置成使得高速度AF/高精度AF可以由用户设置和输入，并且区域分割数目可以由用户指定和输入。

此外，虽然在上文描述的实施例中，已经通过使用其中由于光瞳分割的像素对形成相位差检测像素并且被部署成在相对的方向上偏移,光线屏蔽孔径被形成为小的示例做出了本描述，但是通过光瞳分割来形成相位差检测像素的方法并不限于此。例如，可以通过安装微型镜头到成对像素上来对该成对像素进行光瞳分割。

此外，虽然在上文描述的实施例中已经通过相加所有的分割的区域评估曲线获得了总评估曲线，但是不必将所有分割的区域评估曲线作为将被相加的对象（通过运算处理来处理的对象），而是可以对于不可靠或具有在很大程度上与其它分割的区域评估曲线的最小值的位置不同的最小值的位置的分割的区域评估曲线之外的分割的区域评估曲线，执行相加并且计算多个区域的相关的运算曲线，可以进一步促进AF精度的提高。

此外，虽然在上文描述的实施例已经围绕其中检测相位差的成对像素被安装在离散的、周期性的位置上的示例做出了本描述，但是所述成对像素不一定安装在离散的、周期性的位置并且可以在随机位置上（即使安装在相同行中的相位差检测像素是在随机位置处，也可计算曲线X、Y）。而且，所有像素可以被设置为相位差检测像素。

上述实施例的图像捕捉设备和对焦位置检测方法的特征在于，该图像捕捉设备包括：图像捕捉元件，其中成对像素二维地布置在相位差检测区域中，所述成对像素由光瞳分割的第一相位差检测像素和第二相位差检测像素配置，所述相位差检测区域被设置在捕捉对象的图像的光接收表面上；聚焦镜头，所述聚焦镜头被部署在所述图像捕捉元件的光路的前端处并且在所述光接收表面上形成对焦在对象上的光学图像；以及控制装置，所述控制装置计算在从所述第一相位差检测像素输出的关于所述成对像素的一侧布置方向的第一检测信息的第一分布曲线与从所述第二相位差检测像素输出的关于所述一侧布置方向的第二检测信息的第二分布曲线之间的相位差，并且基于所述相位差驱动所述聚焦镜头并且将所述聚焦镜头控制到所述对焦位置，其中所述对焦位置检测方法包括：基于所述图像捕捉设备的设置状态来确定将所述相位差检测区域在垂直于所述相位差的检测方向的方向上被分割成的分割数目设置成第一分割数目n还是设置成大于n的第二分割数目m，通过计算在通过将所述相位差检测区域分割成所述n份或所述m份而形成的分割的区域中的每一个的所述第一检测信息与所述第二检测信息之间的相关性来为每个分割的区域计算相关运算曲线，以及从通过对于所述多个分割的区域的相关运算曲线进行所需的计算处理而获得的总评估曲线获取散焦量以驱动所述聚焦镜头并且将所述聚焦镜头控制到所述对焦位置。

并且，所述图像捕捉设备和所述对焦位置检测方法的特征在于，所述第一分割数目n包括1，并且当n=1时，所述分割的区域的相关运算曲线被设置为所述多个分割的区域的相关运算曲线。

并且，实施例的所述图像捕捉设备和所述对焦位置检测方法的特征在于，基于焦距来确定所述图像捕捉设备的设置状态，使得当所述焦距小于临界值时，选择第一分割数目n，并且当所述焦距大于所述临界值时，选择所述第二分割数目m。

并且，实施例的所述图像捕捉设备和所述对焦位置检测方法的特征在于，基于是否设置脸部检测模式来确定所述图像捕捉设备的设置状态，使得当设置所述脸部检测模式时，选择所述第一分割数目n，并且当未设置所述脸部检测模式时，选择所述第二分割数目m。

并且，实施例的所述图像捕捉设备和所述对焦位置检测方法的特征在于，基于是否设置静止图像拍摄模式或是否设置活动图像拍摄模式来确定所述图像捕捉设备的设置状态，使得当设置所述活动图像拍摄模式时，选择所述第一分割数目n，并且当设置所述静止图像拍摄模式时，选择所述第二分割数目m。

并且，实施例的所述图像捕捉设备和所述对焦位置检测方法的特征在于，基于是否设置夜景模式来确定所述图像捕捉设备的设置状态，使得当未设置所述夜景模式时，选择所述第一分割数目n，并且当设置所述夜景模式时，选择所述第二分割数目m。

并且，实施例的所述图像捕捉设备和所述对焦位置检测方法的特征在于，基于是否设置活动对象拍摄模式来确定所述图像捕捉设备的设置状态，使得当设置所述活动对象拍摄模式时，选择所述第一分割数目n，并且当未设置所述活动对象拍摄模式时，选择所述第二分割数目m。

并且，实施例的所述图像捕捉设备和所述对焦位置检测方法的特征在于，基于所设置的记录像素的设置数目来确定所述图像捕捉设备的设置状态，使得当存储像素的数目小于某个值时，选择所述第一分割数目n，并且当记录像素的数目大于该值时，选择所述第二分割数目m。

并且，实施例的所述图像捕捉设备和所述对焦位置检测方法的特征在于，根据设置的拍摄灵敏度来确定所述图像捕捉设备的设置状态，使得当所述拍摄灵敏度大于某个值时，选择所述第一分割数目n，并且当所述拍摄灵敏度小于该值时，选择所述第二分割数目m。

根据上文描述的实施例，由于照相机侧基于照相机的设置状态来确定哪个对象将被拍摄以便确定是否以高速度AF拍摄或以高精度AF进行拍摄，所以甚至利用小图像捕捉元件，也可以实现相当于单镜头反光照相机的高速度AF和高精度AF的高速度AF和高精度AF。

工业实用性

根据本发明的对焦位置检测方法当被应用于例如数字照相机尤其是紧凑型数字照相机、安装有照相机的便携式电话、安装有照相机的电子设备、以及用于内窥镜的图像捕捉元件时是有用的，因为可以获得高速度和高精度AF性能，而无论对象的状态。

本申请是基于2010年11月30日提交的日本专利申请No.2010-267934并且该日本专利申请的公开内容通过引用整体并入本文。

附图标记清单

1x、1y：相位差检测像素

2x、2y：相位差检测像素的孔径

10：图像捕捉设备

20：拍摄镜头

21：固态图像捕捉元件

24：驱动单元

26：数字信号处理单元

29：系统控制单元

40：相位差检测区域

I,II,III,IV：分割的区域

Claims (18)

1.一种图像捕捉设备，包括：

图像捕捉元件，其中成对像素二维地布置在相位差检测区域中，所述成对像素的每一个由光瞳分割的第一相位差检测像素和第二相位差检测像素来配置，所述相位差检测区域被设置在捕捉对象的图像的光接收表面上；

聚焦镜头，所述聚焦镜头被部署在所述图像捕捉元件的光路的前端处并且在所述光接收表面上形成对焦在所述对象上的光学图像；以及

控制装置，所述控制装置计算在从所述第一相位差检测像素输出的关于所述成对像素的一侧布置方向的第一检测信息的第一分布曲线与从所述第二相位差检测像素输出的关于所述一侧布置方向的第二检测信息的第二分布曲线之间的相位差，并且基于所述相位差驱动所述聚焦镜头并将所述聚焦镜头控制到对焦位置，其中所述控制装置包括：

装置，用于基于所述图像捕捉设备的设置状态来确定将所述相位差检测区域在垂直于所述相位差的检测方向的方向上被分割成的分割数目设置成第一分割数目n还是大于n的第二分割数目m，

装置，用于通过对于通过将所述相位差检测区域分割成所述n份或所述m份而形成的分割的区域中的每一个，计算所述第一检测信息与所述第二检测信息之间的相关性，来为每个分割的区域计算相关运算曲线，以及

装置，用于从通过对于所述多个分割的区域的相关运算曲线进行所需的计算处理而获得的总评估曲线获取散焦量，以驱动所述聚焦镜头并且将所述聚焦镜头控制到所述对焦位置。

2.根据权利要求1所述的图像捕捉设备，其中所述第一分割数目n包括1，并且当n=1时，所述分割的区域的相关运算曲线被设置为所述多个分割的区域的相关运算曲线。

3.根据权利要求1或2所述的图像捕捉设备，其中基于焦距来确定所述图像捕捉设备的设置状态，使得当所述焦距小于临界值时，选择所述第一分割数目n，并且当所述焦距大于所述临界值时，选择所述第二分割数目m。

4.根据权利要求1或2所述的图像捕捉设备，其中基于是否设置了脸部检测模式来确定所述图像捕捉设备的设置状态，使得当设置了所述脸部检测模式时，选择所述第一分割数目n，并且当未设置所述脸部检测模式时，选择所述第二分割数目m。

5.根据权利要求1或2所述的图像捕捉设备，其中基于设置了静止图像拍摄模式还是设置了活动图像拍摄模式来确定所述图像捕捉设备的设置状态，使得当设置了所述活动图像拍摄模式时，选择所述第一分割数目n，并且当设置了所述静止图像拍摄模式时，选择所述第二分割数目m。

6.根据权利要求1或2所述的图像捕捉设备，其中基于是否设置了夜景模式来确定所述图像捕捉设备的设置状态，使得当未设置所述夜景模式时，选择所述第一分割数目n，并且当设置了所述夜景模式时，选择所述第二分割数目m。

7.根据权利要求1或2所述的图像捕捉设备，其中基于是否设置了活动对象拍摄模式来确定所述图像捕捉设备的设置状态，使得当设置了所述活动对象拍摄模式时，选择所述第一分割数目n，并且当未设置所述活动对象拍摄模式时，选择所述第二分割数目m。

8.根据权利要求1或2所述的图像捕捉设备，其中基于所设置的记录像素的设置数目来确定所述图像捕捉设备的设置状态，使得当所述记录像素的数目小于某个值时，选择所述第一分割数目n，并且当所述记录像素的数目大于该值时，选择所述第二分割数目m。

9.根据权利要求1或2所述的图像捕捉设备，其中基于所设置的拍摄灵敏度来确定所述图像捕捉设备的设置状态，使得当所述拍摄灵敏度大于某个值时，选择所述第一分割数目n，并且当所述拍摄灵敏度小于该值时，选择所述第二分割数目m。

10.一种图像捕捉设备的对焦位置检测方法，所述图像捕捉设备包括图像捕捉元件，其中成对像素二维地布置在相位差检测区域中，所述成对像素由光瞳分割的第一相位差检测像素和第二相位差检测像素来配置，所述相位差检测区域被设置在捕捉对象的图像的光接收表面上；聚焦镜头，所述聚焦镜头被部署在所述图像捕捉元件的光路的前端处并且在所述光接收表面上形成对焦在所述对象上的光学图像；以及控制装置，所述控制装置计算在从所述第一相位差检测像素输出的关于所述成对像素的一侧布置方向的第一检测信息的第一分布曲线与从所述第二相位差检测像素输出的关于所述一侧布置方向的第二检测信息的第二分布曲线之间的相位差，并且基于所述相位差驱动所述聚焦镜头并且将所述聚焦镜头控制到所述对焦位置，其中所述方法包括：

基于所述图像捕捉设备的设置状态来确定将所述相位差检测区域在垂直于所述相位差的检测方向的方向上被分割成的分割数目设置成第一分割数目n还是设置成大于n的第二分割数目m，

通过对于通过将所述相位差检测区域分割成所述n份或所述m份而形成的分割的区域中的每一个，计算在所述第一检测信息与所述第二检测信息之间的相关性，来为每个分割的区域计算相关运算曲线，以及

从通过对于所述多个分割的区域的相关运算曲线进行所需的计算处理而获得的总评估曲线获取散焦量，以驱动所述聚焦镜头并且将所述聚焦镜头控制到所述对焦位置。

11.根据权利要求10所述的图像捕捉设备的对焦位置检测方法，其中所述第一分割数目n包括1，并且当n=1时，所述分割的区域的相关运算曲线被设置为所述多个分割的区域的相关运算曲线。

12.根据权利要求10或11所述的图像捕捉设备的对焦位置检测方法，其中基于焦距来确定所述图像捕捉设备的设置状态，使得当所述焦距小于临界值时，选择第一分割数目n，并且当所述焦距大于所述临界值时，选择所述第二分割数目m。

13.根据权利要求10或11所述的图像捕捉设备的对焦位置检测方法，其中基于是否设置了脸部检测模式来确定所述图像捕捉设备的设置状态，使得当设置了所述脸部检测模式时，选择所述第一分割数目n，并且当未设置所述脸部检测模式时，选择所述第二分割数目m。

14.根据权利要求10或11所述的图像捕捉设备的对焦位置检测方法，其中基于设置了静止图像拍摄模式还是设置了活动图像拍摄模式来确定所述图像捕捉设备的设置状态，使得当设置了所述活动图像拍摄模式时，选择所述第一分割数目n，并且当设置了所述静止图像拍摄模式时，选择所述第二分割数目m。

15.根据权利要求10或11所述的图像捕捉设备的对焦位置检测方法，其中基于是否设置了夜景模式来确定所述图像捕捉设备的设置状态，使得当未设置所述夜景模式时，选择所述第一分割数目n，并且当设置了所述夜景模式时，选择所述第二分割数目m。

16.根据权利要求10或11所述的图像捕捉设备的对焦位置检测方法，其中基于是否设置了活动对象拍摄模式来确定所述图像捕捉设备的设置状态，使得当设置了所述活动对象拍摄模式时，选择所述第一分割数目n，并且当未设置所述活动对象拍摄模式时，选择所述第二分割数目m。

17.根据权利要求10或11所述的图像捕捉设备的对焦位置检测方法，其中基于所设置的记录像素的设置数目来确定所述图像捕捉设备的设置状态，使得当存储像素的数目小于某个值时，选择所述第一分割数目n，并且当所述记录像素的数目大于该值时，选择所述第二分割数目m。

18.根据权利要求10或11所述的图像捕捉设备的对焦位置检测方法，其中根据设置的拍摄灵敏度来确定所述图像捕捉设备的设置状态，使得当所述拍摄灵敏度大于某个值时，选择所述第一分割数目n，并且当所述拍摄灵敏度小于该值时，选择所述第二分割数目m。

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