CN101952758B - 图像拾取设备和图像拾取元件 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于具有相差检测功能的成像元件的技术，以便即使出射光瞳位置相对于成像元件改变时也精确执行聚焦检测。成像设备中布置的成像元件包括用于接收对象的光通量的AF像素对(11g)，所述对象的光通量已经通过具有在位于距成像元件距离(Hm)的位置的出射光瞳中的相等面积的一对部分区域(Qc和Qd)。AF像素对(11g)包括具有单独用于限定成对的部分区域(Qc和Qd)的光学透明部分的阴影部分(131和132)。此外，除了AF像素对(11g)，成像元件还包括另一AF像素对，其中使得阴影部分(131和132)中的光学透明区域的安排不同，使得成对的部分区域的面积可以在不同于距成像元件距离(Hm)的位置处的出射光瞳中相等。因此，即使通过镜头互换等改变出射光瞳位置，也可以通过选择匹配出射光瞳位置的像素对精确执行相差检测***的聚焦检测。

Description

图像拾取设备和图像拾取元件
技术领域
本发明涉及能够接收透射通过拍摄光学***的物体光束的图像拾取元件的技术。
背景技术
在如镜头置换(lens-replacement)型的单反射数字相机的图像拾取设备中，提出了图像拾取元件(以下也可以称为相差检测图像拾取元件)的使用。图像拾取元件包括多对像素(以下也可以称为“AF像素对”)，并且能够通过相差检测方法执行聚焦检测。每个AF像素对通过接收通过可互换镜头(拍摄光学***)的出射光瞳中的一对部分区域(如左光瞳部分/右光瞳部分)透射的对象光束，生成相应的像素信号。
在相差检测图像拾取元件中，在与其中心分离的每个AF像素对处，由于拍摄光学***的渐晕(vignetting)，可能限制聚焦检测中使用的物体光束。在此情况下，在AF像素对处生成的像素信号中可能出现不平衡。例如，如在日本未审专利申请公开No.2004-191629中所公开的，可以通过作为基于光瞳宽度和相对于由渐晕限制的光瞳的光轴的偏移量之间的比率，对在AF像素对生成的像素信号执行校正计算的结果，减少不平衡来减轻该问题。
然而，在前述日本未审专利申请公开No.2004-191629中讨论的技术中，如果在AF像素对处生成的像素信号中的不平衡变得过度，则即使执行校正计算，以通过适当校正来防止不平衡，也不能完全校正不平衡。具体地，例如，即使当安装其中出射光瞳相对于图像拾取元件的位置显著地不同于假定位置的可互换镜头时，在AF像素对处生成的像素信号中的不平衡也是过度的。即使在这样的情况下，也难以通过执行前述日本未审专利申请公开No.2004-191629中描述的校正计算来消除不平衡、以及精确地检测焦点。
鉴于前述问题实现了本发明，并且具有提供相差检测图像拾取元件的技术作为其目标，该相差检测图像拾取元件即使出射光瞳的位置相对于图像拾取元件改变也可以精确地执行焦点检测。
发明内容
本发明的第一方面提供一种图像拾取设备，其特征在于包括：(a)拍摄光学***；以及(b)图像拾取元件，其接收透射通过图像拾取光学***的对象光束，其中所述图像拾取元件包括一组像素对，其接收透射通过在所述拍摄光学***的出射光瞳中的相对方向上倾斜的第一部分区域和第二部分区域的对象光束，其中所述像素对包括第一和第二像素，每个第一像素包括光拦截部分，其中提供限定所述出射光瞳中的第一部分区域的光透射部分，每个第二像素包括光拦截部分，其中提供限定所述出射光瞳中的第二部分区域的光透射部分，并且其中该组像素对包括多个类型的像素对，其光拦截部分中的光透射部分的布置不同，并且所述多个类型的像素对使得所述出射光瞳相对于所述图像拾取元件的位置相互不同，其中所述第一部分区域的面积和所述第二部分区域的面积变得相互相等。
本发明的第二方面提供一种能够接收透射通过拍摄光学***的对象光束的图像拾取元件。所述图像拾取元件包括：一组像素对，其接收透射通过在所述拍摄光学***的出射光瞳中的相对方向上倾斜的第一部分区域和第二部分区域的对象光束，其中所述像素对包括第一和第二像素，每个第一像素包括光拦截部分，其中提供限定所述出射光瞳中的第一部分区域的光透射部分，每个第二像素包括光拦截部分，其中提供限定所述出射光瞳中的第二部分区域的光透射部分，并且其中该组像素对包括多个类型的像素对，其光拦截部分中的光透射部分的布置不同，并且所述多个类型的像素对使得所述出射光瞳相对于所述图像拾取元件的位置相互不同，其中所述第一部分区域的面积和所述第二部分区域的面积变得相互相等。
根据本发明，图像拾取元件包括：一组像素对，其接收透射通过在所述拍摄光学***的出射光瞳中的相对方向上倾斜的第一部分区域和第二部分区域的对象光束，其中所述像素对包括第一和第二像素，每个第一像素包括光拦截部分，其中提供限定所述出射光瞳中的第一部分区域的光透射部分，每个第二像素包括光拦截部分，其中提供限定所述出射光瞳中的第二部分区域的光透射部分，并且其中该组像素对包括多个类型的像素对，其光拦截部分中的光透射部分的布置不同，并且所述多个类型的像素对使得所述出射光瞳相对于所述图像拾取元件的位置相互不同，其中所述第一部分区域的面积和所述第二部分区域的面积变得相互相等。结果，即使例如通过镜头的置换改变出射光瞳相对于图像拾取元件的位置，也可以从多个类型的像素对中选择根据出射光瞳的位置的像素对，使得可以通过相差检测方法精确地执行聚焦检测。
附图说明
图1示出根据本发明实施例的图像拾取设备1的外部结构。
图2示出图像拾取设备1的外部结构。
图3是图像拾取设备1的纵断面视图。
图4是图像拾取设备1的电子结构的框图。
图5是用于图示图像拾取元件101的结构的视图。
图6是用于图示图像拾取元件101的结构的视图。
图7是用于图示AF像素对11f的结构的纵断面视图。
图8示出当焦平面散焦到距图像拾取元件101的图像拾取面200μm的近侧时的模拟结果。
图9示出当焦平面散焦到距图像拾取面100μm的近侧时的模拟结果。
图10示出在焦平面匹配图像拾取面时的聚焦状态下的模拟结果。
图11示出当焦平面散焦到距图像拾取面100μm的远侧时的模拟结果。
图12示出当焦平面散焦到距图像拾取面200μm的远侧时的模拟结果。
图13图示示出散焦量和一对图像序列中的重心位置之间的差之间的关系的曲线图Gc。
图14图示根据可互换镜头2的出射光瞳的位置出现的光瞳划分中的不平衡。
图15是用于图示AF像素对11g的结构的概念图。
图16是用于图示根据可互换镜头2的出射光瞳的位置的距离测量控制的视图。
图17是用于图示AF像素对11j的结构的概念图。
图18是用于图示AF像素对11k的结构的概念图。
图19图示远光瞳、中间光瞳和近光瞳AF线Lj、Lg和Lk的每一个。
图20是图像拾取设备1的基本操作的流程图。
图21是用于图示根据本发明的修改的AF像素对11fa的结构的视图。
具体实施方式
<图像拾取设备的主要部分的结构>
图1和2示出根据本发明实施例的图像拾取设备1的外部结构。这里，图1和2分别是前视图和后视图。
图像拾取设备1例如形成为单反射数字静态相机，并且包括相机体10和用作可从相机体10移除的拍摄镜头的可互换镜头2。
在图1中，相机体10的前侧提供有安装部分301、镜头互换按钮302、抓握部分303、模式设置转盘305、控制值设置转盘306和快门按钮307。安装部分301具有安装到其的可互换镜头2，并且基本上提供在前表面的中心。镜头互换按钮302布置在安装部分301的右侧。可以抓握抓握部分303。模式设置转盘305布置在前表面的左上部分。控制值设置转盘306布置在前表面的右上部分。快门按钮307布置在抓握部分303的上表面。
此外，在图2中，相机体10的后侧提供有LCD(液晶显示器)311、设置按钮组312、箭头键314和按钮315。设置按钮组312布置在LCD 311的左边。箭头键314布置在LCD 311的右边。按钮315布置在箭头键314的中心。相机体10的后侧还提供有EVF(电子取景器)316、眼罩321、主开关317、曝光校正按钮323和AE锁定按钮324、以及闪光部分318和连接端子部分319。EVF 316布置在LCD 311上面。眼罩321围绕EVF 316。主开关317布置在EVF 316左侧。曝光校正按钮323和AE锁定按钮324布置在EVF316的右边。闪光部分318和连接端子部分319布置在EVF 316上面。
安装部分301提供有用于与安装的可互换镜头2电连接的连接器Ec(见图4)和用于与安装的可互换镜头2机械耦合的耦合器75(见图4)。
镜头互换按钮302是当移除安装到安装部分301的可互换镜头2时按压的按钮。
抓握部分303是当执行拍摄时用户抓握的图像拾取设备1的一部分，并且具有根据手指的形状的不均匀表面用于增加舒适性。此外，电池容纳舱和卡容纳舱(未示出)提供在抓握部分303中。电池容纳舱容纳作为相机的电源的电池69B(见图4)。卡容纳舱可移除地容纳用于记录拍摄图像的图像数据的存储卡67(见图4)。此外，抓握部分303可以提供有抓握传感器，用于检测用户是否已经抓握了抓握部分303。
模式设置转盘305和控制值设置转盘306基本上是盘形部件，其可在基本上平行于相机体10的顶面的平面中旋转。提供模式设置转盘305，用于交替选择图像拾取设备1中提供的功能或模式，如自动曝光(AE)控制模式或自动聚焦(AF；自动聚焦)控制模式、或各种拍摄模式(如用于拍摄一个静态图像的静态图像拍摄模式或用于执行连续拍摄的连续拍摄模式)、或用于再现记录的图像的再现模式。相反，提供控制值设置转盘306，用于设置图像拾取设备1的各种功能的控制值。
快门按钮307是这样的按钮，其可以***作以便被部分按压(处于部分按压状态)，并且其可以***作以便处于通过进一步按压快门按钮307达到的完全按压状态。当在静态图像拍摄模式中部分按压快门按钮307时，执行用于拍摄对象的静态图像的准备操作(如设置曝光控制值或检测焦点)。当完全按压快门按钮307时，执行拍摄操作(包括一系列操作，其中曝光图像拾取元件101(见图3)、对通过曝光获得的图像信号执行预定图像处理操作、以及将图像信号记录在例如存储卡上)。
LCD 311包括能够显示图像的彩色液晶面板。LCD 311例如再现和显示记录的图像，或者显示由图像拾取元件101(见图3)拾取的图像，并且显示图像拾取设备1的功能或模式设置屏幕。此外，代替LCD 311，还可以使用有机EL或等离子体显示设备。
设置按钮组312包括用于执行图像拾取设备1的各种功能的按钮。设置按钮组312包括例如用于在LCD 311上显示的菜单屏幕处确认选择的内容的选择确认开关、选择取消开关、用于切换菜单屏幕的内容的菜单显示开关、显示开/关开关、以及显示放大开关。
箭头键314包括提供有在圆周方向上以恒定间隔布置的多个处理部分(图2中的三角形部分)的环形部件，并且形成箭头键314使得检测到通过对应于各个按压部分提供的触点(开关)的按压部分的按压。此外，按钮315布置在箭头键314的中心。提供箭头键314和按钮315用于输入例如设置拍摄条件(如光阑值、快门速度、闪光生成的存在/不存在)、前进例如由LCD 311再现的记录图像的帧、以及改变拍摄放大率(在广角方向或远摄方向上移动变焦透镜212(见图4))的指令。
EVF 316包括液晶面板310(见图3)，并且，例如，再现和显示记录的图像或显示由图像拾取元件101(见图3)拾取的图像。在EVF 316和LCD 311，用户可以在实际拍摄(用于图像记录的拍摄)之前，通过执行其中基于由图像拾取元件101连续生成的图像信号动态地显示对象的实时视图(预览)显示，视觉地识别由图像拾取元件101实际拍摄的对象。
主开关317是向左右滑动的两触点滑动开关。当主开关317设到左边时，接通图像拾取设备1的电源，而当其设到右边时，断开图像拾取设备1的电源。
闪光部分318形成为弹出型内置闪光部分。另一方面，例如当外部闪光部分安装到相机体10时，其通过连接端子部分319连接。
眼罩321是C形光拦截部件，具有光拦截特性并且限制外部光进入到EVF 316。
曝光校正按钮323是用于手动调整曝光值(光阑值或快门速度)的按钮。AE锁定按钮324是用于固定曝光的按钮。
可互换镜头2用作接受来自对象的光(光学图像)的镜头窗口，并且作为用于将对象光引导到相机体10中布置的图像拾取元件101的拍摄光学***。通过按压前述镜头互换按钮302，可以从相机体10移除可互换镜头2。
可互换镜头2提供有包括沿着光轴LT连续布置的多个透镜的透镜组21(见图4)。透镜组21包括用于聚焦的聚焦透镜211(见图4)和用于改变放大率的变焦透镜212(见图4)。通过在光轴LT(见图3)的方向上驱动聚焦透镜211和变焦透镜212，执行聚焦或改变放大率。此外，在可互换镜头2的***的合适位置处提供可以围绕镜头筒的***表面旋转的操作环。通过手动或自动操作，根据操作环的旋转的方向和量移动变焦透镜212，使得根据其目的地的位置设置变焦放大率(拍摄放大率)。
<图像拾取设备1的内部结构>
接下来，将描述图像拾取设备1的内部结构。图3是图像拾取设备1的纵断面视图。如图3所示，在相机体10中提供图像拾取元件101、EVF 316等。
图像拾取元件101垂直于安装到相机体10的可互换镜头2的透镜组的光轴LT布置。使用CMOS颜色区域传感器(也就是说，CMOS图像拾取元件)作为图像拾取元件101。在CMOS图像拾取元件中，例如，以矩阵二维布置包括光电二极管的多个像素。图像拾取元件101生成通过可互换镜头2接收的对象光束的相应颜色分量(R(红)、G(绿)和B(蓝))的模拟电信号(图像信号)，并且输出相应颜色R、G和B的图像信号。下面将详细描述图像拾取元件101的结构。
快门单元40沿着光轴布置在图像拾取元件101前面。快门单元40形成为机械焦平面快门，其包括垂直移动帘部件，并且通过打开和关闭帘部件的操作打开和关闭沿着光轴LT引导到图像拾取元件101的对象光的光学路径。此外，当图像拾取元件101是允许使用完全电子快门的一种时，快门单元40可以省略。
EVF 316包括液晶面板310和目镜106。液晶面板310例如形成为能够显示图像的彩色液晶面板，并且可以显示由图像拾取元件101拾取的图像。目镜106将在液晶面板310上显示的对象图像引导到EVF 316的外部侧。通过EVE 316的这样结构的优点，用户可以观看用图像拾取元件101拍摄的对象。
<图像拾取设备1的电子结构>
图4是图像拾取设备1的电子结构的框图。例如，给予与图1到3中示出的那些部件对应的部件相同的参考标号。为了说明方便，首先将描述可互换镜头2的电子结构。
除了前述拍摄光学***的透镜组21外，可互换镜头2提供有透镜驱动机构24、透镜位置检测部分25、透镜控制部分26和光阑驱动机构27。
在透镜组21中，在镜头筒中沿着光轴LT(见图3)保持聚焦透镜211和变焦透镜212、以及光阑23，光阑23用于在相机体10中提供图像拾取元件101时调整入射的光量。透镜组21接受对象的光学图像，并且将其聚焦在图像拾取元件101。在AF控制中，在光轴LT的方向上，通过由布置在可互换镜头2中的AF致动器71M驱动聚焦透镜211来执行聚焦。
基于通过透镜控制部分26从主控制部分62施加的AF控制信号，聚焦驱动控制部分71A生成移动聚焦透镜211到其聚焦位置所需的驱动控制信号到AF致动器71M。AF致动器71M例如通过步进马达形成，并且施加透镜驱动功率到透镜驱动机构24。
透镜驱动机构24例如包括螺旋面和旋转螺旋面的传动装置(未示出)。透镜驱动机构24从AF致动器71M接收驱动功率，并且例如在平行于光轴LT的方向驱动聚焦透镜211。此外，聚焦透镜211的方向和移动量分别根据AF致动器71M的旋转方向和旋转数。
透镜位置检测部分25包括编码盘和编码刷，并且当聚焦透镜组21时检测透镜组21的移动量。在编码盘中，在透镜组21的可移动范围内，在光轴LT的方向以预定间隔形成多个代码图案。在沿着编码盘滑动和接触编码盘的同时，编码刷与透镜一起移动。此外，由透镜位置检测部分25检测到的透镜的位置例如输出为脉冲数。
透镜控制部分26例如包括具有例如存储控制程序的存储器(如ROM)或存储关于条件信息的数据的闪存的微计算机。关于可互换镜头2的出射光瞳的位置的信息(稍后描述)存储在透镜控制部分26中的ROM中。
透镜控制部分26具有通信功能，用于通过连接器Ec与相机体10中的主控制部分62通信。这使得可能将例如如焦距(focal length)、出射光瞳位置、光圈光阑值、焦点距离(focus distance)、以及透镜组21的***区域的光量的条件信息数据、以及由透镜位置检测部分25检测到的聚焦透镜211的位置的信息发送到主控制部分62。此外，这使得可能例如从主控制部分62接收聚焦透镜211的驱动量的数据。
光阑驱动机构27通过耦合器75从光阑驱动致动器76M接收驱动功率，并且改变光阑23的光阑直径。
接下来，将描述相机体10的电子结构。除了之前描述的图像拾取元件101、快门单元40等外，相机体10包括AFE(模拟前端)5、图像处理部分61、图像存储器614、主控制部分62、闪光电路63、操作部分64、VRAM 65(65a、65b)、卡接口(I/F)66、存储卡67、通信接口(I/F)68、电源电路69、电池69B、快门驱动控制部分73A和快门驱动致动器73M、光阑驱动控制部分76A、以及光阑驱动致动器76M。
图像拾取元件101由如上所述的CMOS颜色区域传感器形成。定时控制电路51(稍后描述)控制如读出像素信号、选择图像拾取元件101的每个像素的输出、以及开始(和结束)图像拾取元件101的曝光操作的图像拾取操作。
AFE 5施加使得图像拾取元件101执行预定操作的定时脉冲，对从图像拾取元件101输出的图像信号(也就是说，对在CMOS颜色区域传感器的每个像素处接收的模拟信号组)执行预定的信号处理操作，将图像信号转换为数字信号，并且将数字信号输出到图像处理部分61。AFE 5例如包括定时控制电路51、信号处理部分52和A/D转换部分53。
基于从主控制部分62输出的参考时钟，定时控制电路51生成预定定时脉冲(其例如使得生成垂直扫描脉冲
Figure GSB00000521646900091
Vn、水平扫描脉冲
Figure GSB00000521646900092
Vm和重置信号
Figure GSB00000521646900093
Vr)，输出预定定时脉冲到图像拾取元件101，并且控制图像拾取元件101的图像拾取操作。此外，通过输出预定定时脉冲到信号处理部分52和A/D转换部分53，控制信号处理部分52和A/D转换部分53的操作。
信号处理部分52对从图像拾取元件101输出的模拟图像信号执行预定模拟信号处理操作。信号处理部分52例如包括CDS(相关双采样)电路、自动增益控制(AGC)电路和箝位电路。基于从定时控制电路51输出的定时脉冲，A/D转换部分53将从信号处理部分52输出的模拟R、G和B图像信号转换为多位(如12位)的数字图像信号。
图像处理部分61对从AFE 5输出的图像数据执行预定信号处理操作，并且形成图像文件。图像处理部分61例如包括黑电平校正电路611、白平衡控制电路612、以及伽玛校正电路613。此外，由图像处理部分61接受的图像数据与图像拾取元件101的读出同步写到图像存储器614一次。然后，访问写到图像存储器614的图像数据，使得在图像处理部分61的每个块中执行操作。
黑电平校正电路611将经由通过A/D转换部分53的A/D转换的R、G和B数字图像信号的每一个的黑电平校正为参考黑电平。
基于对应于光源的白标准，白平衡控制电路612对相应的R(红)、G(绿)和B(蓝)颜色分量的数字信号执行电平转换(白平衡(WB)调整)。也就是说，基于从主控制部分62施加的WB调整数据，白平衡控制电路612例如从颜色饱和数据和拍摄对象的亮度指定推测为实际白色的部分；确定该部分的R、G和B颜色分量的平均值；确定G/R比和G/B比；并且校正这些电平作为R和B的校正增益。
伽玛校正电路613校正经历WB调整的图像数据的灰度特性。更具体地，伽玛校正电路613使用伽玛校正表执行非线性转换和偏置调整，在伽玛校正表中为每个颜色分量在先设置图像数据电平。
在拍摄模式中，图像存储器614是用作工作区域的存储器，工作区域临时存储从图像处理部分61输出的图像数据，并且用于通过主控制部分62对图像数据执行预定操作。此外，在再现模式中，图像存储器614临时存储从存储卡67读出的图像数据。
主控制部分62例如包括微计算机并且控制图像拾取设备1的每个部分的操作，微计算机中内建如存储控制程序的ROM或临时存储数据的RAM的存储部分。
在闪光拍摄模式中，闪光电路63将闪光部分38或连接到连接端子部分319的外部闪光部分的发光量控制为由主控制部分62设置的发光量。
操作部分64例如包括模式设置转盘305、控制值设置转盘306、快门按钮307、设置按钮组312、箭头键314、按钮315和主开关317。操作部分64输入操作信息到主控制部分62。
VRAM 65a和65b是分别在主控制部分62和LCD 311之间以及主控制部分62和EVF 316之间提供的缓冲存储器，并且其具有用于存储对应于LCD311和EVF 31的像素数的图像信号的存储容量。卡I/F 66是使得能在存储卡67和主控制部分62之间进行信号传输和接收的接口。存储卡67是存储由主控制部分62生成的图像数据的记录介质。通信I/F 68是用于使得例如到个人计算机或到其他外部设备的图像数据的传输可能的接口。
电源电路69例如是恒压电路，并且生成用于驱动整个图像拾取设备1(如控制部分，也就是说，主控制部分62等、图像拾取元件101、以及各种驱动部分)的电压。此外，基于从主控制部分62施加到电源电路69的控制信号执行到图像拾取元件101的电流的施加的控制。电池69B是一次电池(如碱性干电池)或二次电池(如镍金属氢可充电电池)，并且是提供电功率到整个图像拾取设备1的电源。
基于从主控制部分62施加的控制信号，快门驱动控制部分73A生成到快门驱动致动器73M的驱动控制信号。快门驱动致动器73M是执行用于打开和关闭快门单元40的驱动操作的致动器。
基于从主控制部分62施加的控制信号，光阑驱动控制部分76A生成到光阑驱动致动器76M的驱动控制信号。光阑驱动致动器76M通过耦合器75施加驱动功率到光阑驱动机构27。
相机体10还包括相差AF计算电路77，其基于从黑电平校正电路611输出并且在黑电平校正之后提供的图像数据，执行在使用图像拾取元件101的自动聚焦(AF)控制期间所需的计算。
将详细描述使用相差AF计算电路77的图像拾取设备1的相差AF操作。
<图像拾取设备1的相差AF操作>
形成图像拾取设备1，使得其可以通过接收透射过(通过)图像拾取元件101中的出射光瞳的不同部分的透射光，执行相差AF。下面将描述图像拾取元件101的结构和利用图像拾取元件101的相差AF的原理。
图5和6每个图示图像拾取元件101的结构。
形成图像拾取元件101，使得其可以在图像拾取面101f中以矩阵排列的多个AF区域Ef的每个处执行使用相差检测方法的聚焦检测(见图5)。
每个AF区域Ef提供有包括R像素111、G像素112和B像素113的普通像素(以下也可以称为“普通像素”)110，在像素处各个滤色镜(R(红)滤色镜、G(绿)滤色镜和B(蓝)滤色镜)布置在光电二极管上；并且像素对(以下也可以称为“AF像素对”)包括较低遮光掩模12a和12c(阴影部分；未示出)并且用于执行相差AF(见图6)。
此外，每个AF区域Ef提供有Gr线L1和Gb线L2。Gr线L1和Gb线L2是普通像素110的水平线。Gr线L1具有交替水平布置的G像素112和R像素111。Gb线L2具有交替水平布置的B像素113和G像素112。通过交替垂直布置Gr线L1和Gb线L2，形成Bayer排列。
此外，在AF区域Ef中，周期性垂直形成AF线(聚焦检测像素行)Lf，在该AF线Lf处重复水平布置AF像素对11f。
接下来，将描述AF像素对11f的结构。
图7是用于图示AF像素对11f的结构的纵断面视图。图7中示出的AF像素对11f提供在位于接近图像拾取面101f的中心的AF区域Ef(例如，图5中示出的AF区域Efo)中。
AF像素对11f包括提供有两个遮光掩模(光拦截板)12a和12b和两个遮光掩模(光拦截板)12c和12d的一对像素11a和11b，其中开口OPa和OPb以及OPc和OPd的位置用作镜面。开口OPa和OPb以及OPc和OPd分离来自与可互换镜头2相关联的出射光瞳的左部分Qa的光束Ta和来自与可互换镜头2相关联的出射光瞳的右部分Qb的光束Tb。通过水平布置两个或多AF像素对11f，形成AF线Lf。
更具体地，在像素(以下也可以称为“第一AF像素”)11a中，在较低遮光掩模12a中形成相对于光电转换器(光电二极管)PD朝右布置的矩形(缝形)开口OPa，并且在较高遮光掩模12b中形成相对于光电转换器(光电二极管)PD朝左布置的缝形开口OPb。此外，通过每个开口OPa和OPb形成包括遮光掩模12a和遮光掩模12b的光拦截部分121的光透射部分。此外，通过光透射部分限定在出射光瞳处的左部分Qa。另一方面，在像素(以下也可以称为“第二AF像素”)11b中，在较低遮光掩模12c中形成相对于光电转换器(光电二极管)PD朝左布置的缝形开口OPc，并且在较高遮光掩模12d中形成相对于光电转换器(光电二极管)PD朝右布置的缝形开口OPd。此外，通过每个开口OPc和OPd形成包括遮光掩模12c和遮光掩模12d的光拦截部分122的光透射部分。此外，通过光透射部分限定在出射光瞳处的右部分Qb。第一AF像素11a和第二AF像素11b交替布置在AF线Lf，如图6所示。
通过具有上述结构的AF像素对11f，执行在出射光瞳处的光瞳划分。也就是说，来自出射光瞳的左部分Qa的光束Ta通过微透镜ML、滤色镜FR和各个遮光掩模12a和12b的开口(光透射部分)OPa和OPb，并且由第一AF像素11a的光电转换器PD接收；并且来自出射光瞳的右部分Qb的光束Tb通过微透镜ML、滤色镜FR和各个遮光掩模12c和12d的开口(光透射部分)OPc和OPd，并且由第二AF像素11b的光电转换器PD接收。换句话说，在AF像素对11f中，接收透射通过左部分(第一部分区域)Qa和右部分(第二部分区域)Qb的对象的光束Ta和Tb，左部分Qa和右部分Qb在可互换镜头2的出射光瞳中以相对方向朝左和朝右布置。
以下，在每个第一AF像素11a处获得的接收数据称为“A系列数据”，并且在每个第二AF像素11b处获得的接收数据称为“B系列数据”。将例如参照图8到12描述相差AF的原理，在图8到12中通过曲线图图示从在一个AF线Lf(见图6)中布置的一组AF像素对11f获得的A系列数据和B系列数据。
图8示出当焦平面散焦到距图像拾取元件101的图像拾取面101f有200μm的近侧时的模拟结果。图9示出当焦平面散焦到距图像拾取面101f有100μm的近侧时的模拟结果。此外，图10示出在焦平面匹配图像拾取面101f时的聚焦状态下的模拟结果。此外，图11示出当焦平面散焦到距图像拾取面101f有100μm的远侧时的模拟结果。图12示出当焦平面散焦到距图像拾取面101f有200μm的远侧时的模拟结果。这里，在图8到12中，水平轴代表在AF线Lf的方向中第一AF像素11a和第二AF像素11b的位置，并且垂直轴代表来自各个第一AF像素11a和第二AF像素11b的光电转换器PD的输出。此外，在图8到12中，曲线图Ga1到Ga5(由实线图示)代表A系列数据，并且曲线图Gb1到Gb5(由虚线图示)代表B系列数据。
在图8到12中，当相互比较由A系列曲线图Ga1到Ga5代表的A系列数据的图像序列和由B系列曲线图Gb1到Gb5代表的B系列数据的图像序列时，可见的是，散焦量越大，在A系列数据的图像序列和b系列数据的图像序列之间出现的AF线Lf的方向(水平方向)中的偏移量(位移量)越大。
在该对图像序列(即，A系列数据的图像序列和B系列数据的图像序列)中散焦量和偏移量之间的关系由图13示出的曲线图Gc代表。在图13中，水平轴代表B系列数据的图像序列的重心位置与A系列数据的图像序列的重心位置的差(即，像素间距)，并且垂直轴代码散焦量(μm)。此外，例如使用以下公式(1)获得图像序列的重心位置Xg：
[公式1]
X g = X 1 Y 1 + X 2 Y 2 + - - - - - + X n Y n Y 1 + Y 2 + - - - - - + Y n &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 1 )
这里，在上述公式(1)中，X1到Xn例如代表在AF线Lf中从左端起的像素位置，并且Y1到Yn代表第一AF像素11a和第二AF像素11b的输出值。
如由图13中示出的曲线图Gc所示，散焦量和该对图像序列的重心位置之间的差相互成比例。该关系由以下公式(2)代表：
[公式2]
D F＝k×C    …(2)
其中散焦量是DF(μm)，并且重心位置之间的差是C(μm)。
这里，公式(2)中的系数k代表图13中示出的曲线图Gc的斜率Gk(由虚线图示)，并且可以例如通过工厂中的测试预先获得。
因此，在相差AF计算电路77获得从AF像素对11f获得的A系列数据和B系列数据的重心位置之间的差(相差)之后，可能使用公式(2)计算散焦量，并且通过对应于计算的散焦量的驱动量驱动聚焦透镜211，以便执行其中将聚焦透镜211移动到检测到的聚焦位置的自动聚焦(AF)控制。此外，散焦量和聚焦透镜211的驱动量之间的关系基于安装到相机体10的可互换镜头2的设计值唯一确定。
在包括图像拾取元件(相差检测图像拾取元件)101的这种图像拾取设备1中，执行根据安装到相机体10的可互换镜头2的出射光瞳的位置的距离测量控制以执行具有高精度的相差AF。以下将详细描述距离测量控制。
<根据可互换镜头2的出射光瞳的位置的距离测量控制>
图14图示根据可互换镜头2的出射光瞳的位置出现的光瞳划分中的不平衡。在图14中，水平轴代表出射光瞳相对于图像拾取设备101的位置，并且垂直轴代表距离可互换镜头2的光轴(也就是说，图像拾取面101f的中心)的距离(图像高度)。此外，在图14中，关于在图像高度α[mm]的位置处布置的像素的微透镜ML的入射光瞳(OCL入射光瞳)的范围由角度θ代表。
在图像拾取设备101中，即使在位于远离图像拾取面101f的中心位置的AF区域Ef(例如，图5中示出的AF区域Efa)处提供的处于图像高度α[mm]的AF像素对中，也可以在位于距图像拾取面101f距离Hm(如大约80到90mm)的标准出射光瞳位置Pm执行适当的光瞳划分。更具体地，如图15中的概念图所示，例如，在AF区域Efa中的AF像素对11g中，向右距光电转换器PD的中心Co距离Ea提供右像素11gb中的较低遮光掩模11c的左端，使得通过各个左和右部分Qc和Qd的光束Tc和Td可以由各个光电转换器PD接收，所述左和右部分Qc和Qd由在具有光瞳直径Ro并且在距图像拾取设备101距离Hm处形成的两个出射光瞳中均等划分所获得。通过此，如图14所示，在图像高度α[mm]的位置处布置的AF像素对11g中，设置相对于到图像拾取面101f的垂直线倾斜延伸的光瞳划分线Dm。因此，可以在位于距离图像拾取面101f距离Hm的位置Pm(以下也称为“中间位置”)的出射光瞳处均等划分光瞳。
另一方面，在可互换镜头2中，存在其位置显著不同于前述位置Pm的出射光瞳。例如，如图14所示，在其中在位于距图像拾取面101f相对大距离Ha处的位置Pa(以下也可以称为“远位置”)形成出射光瞳的可互换镜头中，或者在其中在位于距图像拾取面101f相对小距离Hb处的位置Pb(以下也可以称为“近位置”)形成出射光瞳的可互换镜头中，当通过光瞳划分线Dm执行统一的出射光瞳划分时，出现划分的各个区域的大小的差别。这里，因为不能通过AF像素对以平衡方式生成A系列和B系列像素信号，所以没有频繁地用高精度执行距离测量(聚焦检测)。
这里，在根据实施例的图像拾取设备1中，如图16所示，如果其出射光瞳位于远位置Pa的可互换镜头2安装到相机体10，则使用AF像素对11j执行距离测量，在AF像素对11j规定根据镜头2的出射光瞳位置的光瞳划分线Da。更具体地，如图17中的概念图所示，在AF像素对11j中，例如，在右像素11jb处的较低遮光掩模13c的左端设为向右距光电转换器PD的中心Co距离Eb(这里，Eb＜Ea)。在由两个遮光掩模13a和13b形成的光拦截部分131中的光透射部分和由两个遮光掩模13c和13d形成的光拦截部分132中的光透射部分具有不同于前述AF像素对11g的结构的结构。通过此，可以通过各个光电转换器PD接收通过各个左和右部分Qe和Qf的光束Te和Tf，所述左和右部分Qe和Qf通过在距图像拾取面101f距离Ha处形成的两个出射光瞳中均等划分获得。通过此，如图16所示，在图像高度α[mm]的位置处布置的AF像素对11j中，设置其倾斜比光瞳划分线Dm的倾斜更平缓的光瞳划分线Da。因此，可以为位于远位置Pa的出射光瞳均等划分光瞳。
这里，在根据实施例的图像拾取设备1中，如图16所示，如果其出射光瞳位于近位置Pb的可互换镜头2安装到相机体10，则使用AF像素对11k执行距离测量，在AF像素对11k指定根据镜头2的出射光瞳位置的光瞳划分线Db。更具体地，如图18中的概念图所示，在AF像素对11k中，例如，在右像素11kb中的较低遮光掩模13c的左端设为向右距光电转换器PD的中心Co距离Ec(这里，Ec＜Ea)。此外，在左像素11ka中的较低遮光掩模13a的右端设为向右距光电转换器PD的中心Co距离Ed。光拦截部分131中的光透射部分和光拦截部分132中的光透射部分具有不同于前述AF像素对11g的结构的结构。通过此，可以通过各个光电转换器PD接收通过各个左和右部分Qg和Qh的光束Tg和Th，所述左和右部分Qg和Qh通过在距图像拾取面101f距离Hb处形成的两个出射光瞳中均等划分获得。通过此，如图16所示，在图像高度α[mm]的位置处布置的AF像素对11k中，设置其倾斜比光瞳划分线Dm的倾斜更陡峭的光瞳划分线Db。因此，可以为位于近距离Pb的出射光瞳均等划分光瞳。
关于具有上述结构的AF像素对11g、11j和11k的每个，在位于远离图像拾取面101f的中心位置的AF区域Efa(图5)中，例如，如图19所示，在普通像素110的4条水平线之间周期性地和垂直地布置远光瞳AF线Lj、中间光瞳AF线Lg、以及近光瞳AF线Lk。在AF线Lj中，对应于在远位置Pa的出射光瞳的AF像素对11j水平布置。在AF线Lg中，对应于在中间位置Pm的出射光瞳的AF像素对11g水平布置。在AF线Lk中，对应于在近位置Pb的出射光瞳的AF像素对11k水平布置。执行距离测量控制，其中根据可互换镜头2的出射光瞳的位置使用AF线Lg、Lj和Lk线的每个。更具体地，如图16所示，距图像拾取面101f的距离Ps(如110mm)和距图像拾取面101f的距离Pt(如60mm)设为阈值，并且当安装其出射光瞳位置变为大于或等于距离Ps的可互换镜头2时，选择远光瞳AF线Lj。此外，当安装其出射光瞳位置变为小于或等于距离Pt的可互换镜头2时，选择近光瞳AF线Lk，然而，当安装其出射光瞳位置在距离Pt和距离Ps之间的可互换镜头2时，选择中间光瞳AF线Lg。使用选择的AF线执行距离测量。
也就是说，在AF区域Efa处提供的AF线Lg、Lj和Lk包括三种像素对11g、11j和11k，其通过改变光拦截部分131和132中的光透射区域的部署，相对于出射光瞳具有不同相对角。在三种像素对11g、11j和11k中，相对于图像拾取元件101的(图像拾取面101f)出射光瞳的位置Pm、Pa和Pb(图16)相互不同，在该位置Pm、Pa和Pb，与光瞳划分相关联的左部分区域的面积和与光瞳划分相关联的右部分区域的面积变得相互相等。因此，即使通过替换可互换镜头2改变输出光瞳的位置，也从三种像素对11g、11j和11k选择根据出射光瞳的位置的AF像素对，使得可能以不平衡的方式执行光瞳划分，并且通过具有高精度的相差检测方法执行聚焦检测。
接下来，将描述根据出射光瞳的位置使用中间光瞳AF线Lg、远光瞳AF线Lj和近光瞳AF线Lk的图像拾取设备1的特定操作。
<图像拾取设备1的操作>
图20是图像拾取设备1的基本操作的流程图。通过主控制部分62执行图像拾取设备1的操作。
当由用户通过主开关317的操作接通图像拾取设备1的电源时，确定可互换镜头2的出射光瞳的位置是否距图像拾取面101f小于60mm(步骤ST1)。更具体地，通过相机体10中的主控制部分62获得透镜控制部分26中的ROM中存储的关于可互换镜头2的出射光瞳的位置的信息，以便确定出射光瞳的位置是否小于60mm。这里，如果出射光瞳的位置小于60mm，则处理进到步骤ST3，然而，如果不是小于60mm，则处理进到步骤ST2。
在步骤ST2中，确定互换镜头2的出射光瞳的位置是否距图像拾取面101f在60到110mm内。这里，如果出射光瞳的位置在60到110mm内，则处理进到步骤ST4，然而，如果出射光瞳的位置大于110mm，则处理进到步骤ST4。
在步骤ST3，选择其中布置图18中示出的AF像素对11k的近光瞳AF线Lk。
在步骤ST4，选择其中布置图15中示出的AF像素对11g的中间光瞳AF线Lm。
在步骤ST5，选择其中布置图17中示出的AF像素对11j的远光瞳AF线Lj。
在步骤ST6，确定是否已经由用户部分按压快门按钮307。这里，如果已经部分按压快门按钮307，则处理进到步骤ST7，然而，如果还没有部分按压快门按钮307，则处理进到步骤ST1。
在步骤ST7，使用步骤ST3到ST5中选择的AF线执行距离测量。也就是说，根据相对于图像拾取元件101的出射光瞳的位置，从三种像素对11g、11j和11k选择一种像素对，并且基于在一种像素对生成的像素信号通过相差检测方法执行聚焦检测。通过此，可能根据每个可互换镜头不同的出射光瞳的位置执行好的聚焦检测。
在步骤ST8，确定是否已经由用户完全按压快门按钮307。这里，如果已经完全按压快门按钮307，则处理进到步骤ST10，然而，如果还没有完全按压快门按钮307，则处理进到步骤ST9。
在步骤ST9，确定是否已经由用户部分按压快门按钮307。这里，如果已经部分按压快门按钮307，则处理进到步骤ST8，然而，如果还没有部分按压快门按钮307，则处理返回步骤ST1。
在步骤ST10，执行拍摄。也就是说，在图像拾取元件101执行生成记录拍摄图像数据的实际拍摄操作。
上述图像拾取设备1提供有图像拾取元件101，其包括可以在图16中示出的各个位置Pm、Pa和Pb处的两个出射光瞳中均等划分的AF像素对11g、11j和11k。因此，即使通过替换可互换镜头2改变出射光瞳的位置，也可以通过相差检测方法精确执行聚焦检测。
<修改>
关于前述实施例中的AF像素对，不需要照图7中示出的AF像素对11f原样提供包括两个遮光掩模12a和12b的像素11a和包括两个遮光掩模12c和12d的像素11b。包括具有开口OPe的一个遮光掩模12e的像素11c和包括具有开口OPf的一个遮光掩模12f的像素11d可以形成为图21中示出的AF像素对11fa。
因此，当即使由每个提供有一个遮光掩模的两个像素11c和11d形成的AF像素对11fa布置在例如位于远离图像拾取面101f的中心附近的AF区域Efa(图5)时，其中设置图16中示出的光瞳划分线Dm的中间光瞳AF像素对提供为AF像素对11g(图15)；其中设置图16中示出的光瞳划分线Db的远光瞳AF像素对提供为AF像素对11j(图17)；并且其中设置图16中示出的光瞳划分线的近光瞳AF像素对提供为AF像素对11k(图18)。此外，如果根据如上所述的可互换镜头的出射光瞳的位置选择近光瞳AF像素对、中间光瞳AF像素对或远光瞳AF像素对，则可以用高精度执行聚焦检测。
在上述实施例中，出射光瞳不需要分为两个半圆。可以执行光瞳划分，使得在划分的位置出现重叠。
在上述实施例中，三种AF像素对11g、11j和11k不需要根据可互换镜头使用。它们可以根据变焦透镜的变焦状态使用。也就是说，可以根据随着可互换镜头2的变焦放大率改变的出射光瞳的位置使用中间光瞳AF像素对11g、远光瞳AF像素对11j和近光瞳AF像素对11k。
上述图像拾取元件不需要包括三种AF像素对(中间光瞳AF像素对、远光瞳AF像素对和近光瞳AF像素对)。其可以包括两种或四种或多种AF像素对。

Claims (3)

1.一种图像拾取设备，其特征在于包括：
(a)拍摄光学***；以及
(b)图像拾取元件，其接收透射通过拍摄光学***的对象光束，
其中所述图像拾取元件包括一组像素对，其接收透射通过在所述拍摄光学***的出射光瞳中的朝左和朝右的相对方向上倾斜的第一部分区域和第二部分区域的对象光束，
其中所述像素对包括第一和第二像素，每个第一像素包括其中提供限定所述出射光瞳中的第一部分区域的光透射部分的光拦截部分，每个第二像素包括其中提供限定所述出射光瞳中的第二部分区域的光透射部分的光拦截部分，并且
其中该组像素对包括多个类型的像素对，其光拦截部分中的光透射部分的布置不同，并且所述多个类型的像素对使得所述出射光瞳相对于所述图像拾取元件的位置相互不同，其中所述第一部分区域的面积和所述第二部分区域的面积变得相互相等。
2.如权利要求1所述的图像拾取设备，其特征在于还包括(c)：通过根据所述出射光瞳相对于所述图像拾取元件的位置从所述多个类型的像素对中选择一个像素对类型，基于由该一个像素对类型生成的像素信号通过相差检测方法执行聚焦检测的部件。
3.一种能够接收透射通过拍摄光学***的对象光束的图像拾取元件，所述图像拾取元件特征在于包括：
一组像素对，其接收透射通过在所述拍摄光学***的出射光瞳中的朝左和朝右的相对方向上倾斜的第一部分区域和第二部分区域的对象光束，
其中所述像素对包括第一和第二像素，每个第一像素包括其中提供限定所述出射光瞳中的第一部分区域的光透射部分的光拦截部分，每个第二像素包括其中提供限定所述出射光瞳中的第二部分区域的光透射部分的光拦截部分，并且
其中该组像素对包括多个类型的像素对，其光拦截部分中的光透射部分的布置不同，并且所述多个类型的像素对使得所述出射光瞳相对于所述图像拾取元件的位置相互不同，其中所述第一部分区域的面积和所述第二部分区域的面积变得相互相等。
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