CN108802961B - 焦点检测设备和成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焦点检测设备和成像系统。一种焦点检测设备，包括：场透镜；二次图像形成透镜，被配置为捕获来自场透镜的光通量并且根据来自不同光瞳位置的光通量形成一对图像；以及包括像素区域的光电转换设备，像素区域包括检测图像对的至少一个焦点检测区域对。光电转换设备包括按矩阵布置在像素区域中的多个像素。光电转换设备包括控制线以及输出线，每条控制线将控制信号供给到对应行上的至少一部分像素，每条输出线接收来自对应列上的至少一部分像素的信号。连接到公共控制线或公共输出线的至少一对像素形成至少一个焦点检测区域对并且输出要用于焦点检测的信号。

Description

焦点检测设备和成像系统

技术领域

本发明涉及焦点检测设备和成像系统。

背景技术

在固态成像设备与焦点检测设备之间选择性地切换经由成像透镜接收的光并执行图像捕获和焦点检测的成像系统是已知的。作为用于这种成像系统的焦点检测设备，执行物体图像的相位差检测以执行焦点检测的设备是已知的。可以基于通过划分来自成像透镜的入射光通量并使用二次成像透镜再次成像的两个图像的间距来检测物体图像的相位差，并且可以根据检测到的相位差来计算用于聚焦的成像透镜的驱动方向和量。

由于增加的像素数量和增加的固态成像设备速度，期望焦点检测设备有更高的精度和更高的速度。日本专利申请公开第2005-300844号公开了通过以交错方式布置光电转换设备的线性传感器来提高焦点检测精度的焦点检测设备。

但是，由于日本专利申请公开第2005-300844号中公开的焦点检测设备旨在通过布置在对准方向上相对移位的两个线性传感器的位置来提高焦点检测精度，因此焦点检测精度依赖于两个线性传感器的移位量和移位方向。并且，一般而言，虽然缩小的像素节距可以提高焦点检测精度，但是因为焦点检测速度由于像素数量的增加而降低，所以难以同时实现焦点检测精度的提高和焦点检测速度的增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种焦点检测设备，其能够同时实现焦点检测精度的提高和焦点检测速度的增加。

根据本发明的一方面，提供了一种焦点检测设备，包括：场透镜，二次图像形成透镜，二次图像形成透镜被配置为捕获已穿过场透镜的光通量并且根据已穿过成像透镜的不同光瞳位置的光通量形成一对图像，以及光电转换设备，光电转换设备包括像素区域，像素区域包括检测图像对的至少一个焦点检测区域对，其中，光电转换设备包括被布置在像素区域中以形成多行和多列的矩阵的多个像素，其中，所述多个像素中的每个像素包括光电转换器、放大器晶体管以及将电荷传送到放大器晶体管的传送晶体管，其中，光电转换设备包括与所述多行对应地布置的多条控制线，所述多条控制线中的每一条控制线将控制信号供给到所述多行中对应行上的至少一部分像素，其中，光电转换设备包括与所述多列对应地布置的多条输出线，所述多条输出线中的每一条输出线接收来自所述多列中对应列上的至少一部分像素的信号，以及其中，连接到所述多条控制线中的公共控制线或连接到所述多条输出线中的公共输出线的至少一对像素形成至少一个焦点检测区域对并输出要用于焦点检测的信号。

并且，根据本发明的另一方面，提供了一种驱动光电转换设备的方法，所述光电转换设备包括：布置在第一方向上的多条控制线，布置在与第一方向交叉的第二方向上的多条输出线，以及像素区域，所述像素区域包括多个像素，所述多个像素分别设置在多条控制线和多条输出线的交点处、输出基于由光电转换器根据被供给到控制线的控制信号生成的电荷的信号，并且所述像素区域包括用于检测第一方向的视差的第一焦点检测区域对和用于检测第二方向的视差的第二焦点检测区域对，所述方法包括：将像素区域划分成在其中布置第一焦点检测区域对的第一分割区域、在其中布置第二焦点检测区域对的一个焦点检测区域的第二分割区域和在其中布置第二焦点检测区域对的另一个焦点检测区域的第三分割区域，以及对于第一分割区域、第二分割区域和第三分割区域中的每一个执行来自像素的信号的读出。

通过参考附图对示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。

附图说明

图1是例示根据第一实施例的焦点检测设备的总体配置的透视图。

图2是例示根据第一实施例的光电转换设备的总体配置的框图。

图3是例示根据第一实施例的光电转换设备的像素的配置例子的电路图。

图4是例示根据第一实施例的光电转换设备的像素区域的配置例子的图。

图5是例示根据第一实施例的光电转换设备的像素区域的另一个配置例子的图。

图6是例示根据第一实施例的光电转换设备中的分割区域和焦点检测区域之间的关系的示意图。

图7是例示根据第一实施例的光电转换设备的像素区域的另一个配置例子的图。

图8是例示根据第二实施例的光电转换设备的像素区域的配置例子的图。

图9是例示根据第二实施例的光电转换设备中的分割区域与焦点检测区域之间的关系的示意图。

图10和图11是例示根据第三实施例的光电转换设备中的分割区域和焦点检测区域之间的关系的示意图。

图12是例示根据第四实施例的成像系统的总体配置的框图。

具体实施方式

现在将根据附图详细描述本发明的优选实施例。

[第一实施例]

将参考图1至图7描述根据本发明第一实施例的焦点检测设备。

首先，将通过使用图1来描述根据本实施例的焦点检测设备的总体配置。图1是例示根据本实施例的焦点检测设备的总体配置的透视图。

如图1中所示，根据本实施例的焦点检测设备100包括光电转换设备10、场透镜30以及二次图像形成透镜32、34、36和38。光电转换设备10具有像素区域12，像素区域12包括焦点检测区域42、44、46和48。场透镜30布置在成像透镜110的计划成像平面附近。二次图像形成透镜32、34、36和38被布置成在焦点检测区域42、44、46和48上使已穿过场透镜30的光通量再次成像。

为了简化说明，这里假设光电转换设备10的成像平面位于成像透镜110的光轴的延长线上，并且使用图1中所示的坐标系来说明。即，来自物体的光通量基本上沿-Z方向传播，并经由成像透镜110、场透镜30以及二次图像形成透镜32、34、36和38进入光电转换设备10。X-Y平面平行于光电转换设备10的成像平面。在光电转换设备10的成像平面上，X方向是例如水平方向，并且Y方向是例如垂直方向。

假设在成像透镜110上存在四个光瞳位置112、114、116和118，如图1中所示。光瞳位置112和114是在沿着Y方向的方向上关于成像透镜110的中心的对称位置。光瞳位置116和118是在沿着X方向的方向上关于成像透镜110的中心的对称位置。

来自穿过成像透镜110的光瞳位置112的物体的光通量中的光通量经由场透镜30和二次图像形成透镜32被光电转换设备10引导并进入焦点检测区域42。由此，已穿过光瞳区域112的光通量以由场透镜30和二次图像形成透镜32定义的捕获倍率被再次成像，并且在焦点检测区域42上形成物体图像。并且，已穿过成像透镜110的光瞳位置114的来自物体的光通量中的光通量经由场透镜30和二次图像形成透镜34被光电转换设备10引导并进入焦点检测区域44。从而，已穿过光瞳区域114的光通量以由场透镜30和二次图像形成透镜34定义的成像倍率被再次成像，并且在焦点检测区域44上形成物体图像。

光电转换设备10的成像平面被布置在相对于成像透镜110在光学上等于(未示出的)固态成像设备的成像平面的位置，并且焦点检测区域42和44具有作为在固态成像设备的成像平面上暴露的屏幕的一部分或等于所述屏幕的视场。这种配置允许在与固态成像设备相同的视场中获得在Y方向上具有视差的一对图像。

类似地，已穿过成像透镜110的光瞳位置116和118的来自物体的光通量中的光通量经由场透镜30和二次图像形成透镜36和38在光电转换设备10的焦点检测区域46和48上形成物体图像。由此，可以获得在X方向上具有视差的一对图像。

通过基于具有视差的图像对来执行已知的相关性计算，有可能测量距图像中拍摄的物体的距离或散焦量。

注意，在本说明书中，用于获取在预定方向上具有视差的一对图像的两个焦点检测区域可以被称为焦点检测区域对。例如，在图1的例子中，焦点检测区域42和44形成一个焦点检测区域对，并且焦点检测区域46和48形成另一个焦点检测区域对。

接下来，将通过使用图2和图3更详细地描述根据本实施例的光电转换设备的结构。图2是例示根据本实施例的光电转换设备的总体配置的框图。图3是例示根据本实施例的光电转换设备的像素的配置例子的电路图。

如图2中所示，根据本实施例的光电转换设备10包括像素区域12、行选择电路20、读出电路22、列选择电路24、输出电路26和控制电路28。

在像素区域12中，布置在行方向(图2中的X方向)延伸的多条控制线14和在列方向(图2中的Y方向)延伸的多条输出线16。例如，控制线14是连接到包括在像素P中的晶体管的栅极的信号线。通常，输出线16是连接到像素P的放大器晶体管或选择晶体管的漏极或源极的信号线。像素P分别被设置在多条控制线14和多条输出线16的交点处。多个像素P在多行和多列上按矩阵布置。每个像素P包括光电转换元件，所述光电转换元件根据入射光的光量将入射光转换成电荷。布置在像素区域12中的像素阵列的行数和列数没有特别限制。

包括在单行中的多个像素P中的至少一些连接到控制线14中的一条。并且，包括在单列中的多个像素P中的至少一些连接到输出线16中的一条。每行上的控制线14分别连接到在行方向上对准的像素P，并且形成这些像素P公共的信号线。并且，每列上的输出线16分别连接到在列方向上对准的像素P并且形成这些像素P公共的信号线。在本说明书中，将布置连接到一条控制线14的多个像素P的方向称为行方向。并且，在本说明书中，将布置连接到一条输出线16的多个像素P的方向称为列方向。

控制线14连接到行选择电路20。行选择电路20是驱动电路，其经由以像素阵列的行为基础设置的控制线14向像素P供给用于在从相应像素P读出信号时驱动像素P内的读出电路22的控制信号。行选择电路20可以使用移位寄存器或地址解码器来配置。从像素P读出的信号经由以像素阵列的列为基础设置的输出线16输入到读出电路22。

读出电路22是对从像素P读出的信号执行预定处理(例如，相关双采样(CDS)处理或诸如放大处理之类的信号处理)的电路单元。读出电路22可以包括信号保持单元、CDS电路、列放大器等。

列选择电路24是向读出电路22供给用于将在读出电路22中处理的信号以列为基础顺序地传送到输出电路26的控制信号的电路单元。可以通过使用移位寄存器或地址解码器来配置列选择电路24。输出电路26是由缓冲放大器或差分放大器形成的电路单元，以放大并输出由列选择电路24选择的列上的信号。

注意，在本说明书中，行选择电路20在关注其功能时可以被称为像素控制单元。并且，读出电路22、列选择电路24和输出电路26可以被统称为信号处理单元。

控制电路28是向列选择电路20、读出电路22和列选择电路24供给控制其操作或其定时的控制信号的电路单元。可以从光电转换设备10的外部提供被供给到行选择电路20、读出电路22和列选择电路24的控制信号中的一些或全部。

图3是例示形成像素区域12的像素电路的例子的电路图。虽然图3绘出了形成像素区域12的像素P中布置成3行×3列的9个像素P，但形成像素区域12的像素P的数量没有特别限制。

多个像素P中的每个包括光电转换器PD、传送晶体管M1和M2、重置晶体管M3、放大器晶体管M4、选择晶体管M5和溢出晶体管M6。光电转换器PD例如是光电二极管。光电转换器PD的光电二极管的阳极连接到地电压线，并且阴极连接到传送晶体管M1的源极和溢出晶体管M6的源极。传送晶体管M1的漏极连接到传送晶体管M2的源极。传送晶体管M1的漏极和传送晶体管M2的源极的连接节点包括电容部件并形成电荷保持部分C1。在图3中，保持部分C1被表示为电容器，其一个端子连接到节点。形成保持部分C1的电容器的另一个端子接地。

传送晶体管M2的漏极连接到重置晶体管M3的源极和放大器晶体管M4的栅极。传送晶体管M2的漏极、重置晶体管M3的源极和放大器晶体管M4的栅极的连接节点是所谓的浮置扩散(FD)部分。FD部分包括电容部件(浮置扩散电容器)并形成电荷保持单元C2。在图3中，保持部分C2被表示为电容器，其一个端子连接到FD部分。形成保持部分C2的电容器的另一个端子接地。

重置晶体管M3的漏极、放大器晶体管M4的漏极和溢出晶体管M6的漏极连接到电源电压线(VDD)。注意，供给重置晶体管M3的漏极的电压、供给放大器晶体管M4的漏极的电压和供给溢出晶体管M6的漏极的电压中的任何两个或三个可以是相同的，或者它们全部可以不相同。放大器晶体管M4的源极连接到选择晶体管M5的漏极。选择晶体管M5的源极连接到输出线16。

在图3的像素配置的情况下，布置在像素区域12中的每条控制线14包括信号线TX1、TX2、OFG、RES和SEL。信号线TX1分别连接到属于对应行的像素P的传送晶体管M1的栅极，并形成这些像素P公共的信号线。信号线TX2连接到分别属于对应行的像素P的传送晶体管M2的栅极，并形成这些像素P公共的信号线。信号线RES分别连接到属于对应行的像素P的重置晶体管M3的栅极，并形成这些像素P公共的信号线。信号线SEL分别连接到属于对应行的像素P的选择晶体管M5的栅极，并形成这些像素P公共的信号线。信号线OFG分别连接到属于对应行的像素P的溢出晶体管M6的栅极，并形成这些像素P公共的信号线。注意，在图3中，向每条控制线的名称提供对应的行号(例如，TX1(n-1)、TX1(n)、TX1(n+1))。

作为用于控制传送晶体管M1的驱动脉冲的控制信号从行选择电路20输出到信号线TX1。作为用于控制传送晶体管M2的驱动脉冲的控制信号从行选择电路20输出到信号线TX2。作为用于控制重置晶体管M3的驱动脉冲的控制信号从行选择电路20输出到信号线RES。作为用于控制选择晶体管M5的驱动脉冲的控制信号从行选择电路20输出到信号线SEL。作为用于控制溢出晶体管M6的驱动脉冲的控制信号从行选择电路20输出到信号线OFG。当每个晶体管由n沟道晶体管形成时，对应的晶体管在被供给来自行选择电路20的高电平控制信号时导通。而且，对应的晶体管在被供给来自行选择电路20的低电平控制信号时截止。

布置在像素区域12的每一列上的输出线16分别连接到在列方向上对准的像素P的选择晶体管M5的源极，并且形成这些像素P公共的信号线。注意，像素P的选择晶体管M5可以省略。在这种情况下，输出线16连接到放大器晶体管M4的源极。电流源18连接到每条输出线16。

光电转换器PD根据入射光的光量将入射光转换(光电转换)成电荷并且累积生成的电荷。溢出晶体管M6根据电源电压线的电压将光电转换器PD重置到预定电位。传送晶体管M1将保持在光电转换器PD中的电荷传送到保持部分C1。保持部分C1将由光电转换器PD生成的电荷保持在与光电转换器PD不同的位置中。传送晶体管M2将保持在保持部分C1中的电荷传送到保持部分C2。保持部分C2保持从保持部分C1传送的电荷，并将也是放大器单元的输入节点(放大器晶体管M4的栅极)的FD部分的电压设置为根据保持部分C2的电容和所传送的电荷量的电压。重置晶体管M3是根据电源电压线VDD的电压将保持部分C2重置到预定电位的重置单元。选择晶体管M5选择输出信号到输出线16的像素P。在放大器晶体管M4中，漏极被供给电源电压，并且源极被供给经由选择晶体管M5来自电流源18的偏置电流，放大器晶体管M4形成栅极是输入节点的放大器单元(源极跟随器电路)。由此，放大器晶体管M4将基于由入射光生成的电荷的信号Vout输出到输出线16。注意，在图3中，对应的列号被提供给信号Vout(例如，Vout(m-1)、Vout(m)、Vout(m+1))。

根据图3中所示的像素配置，在保持部分C1保持电荷期间由光电转换器PD生成的电荷可以被累积在光电转换器PD中。这使得成像操作能够实现曝光时段在多个像素P之间匹配，即，所谓的全局电子快门操作。通过曝光时段在输出焦点检测信号的光电转换设备10的多个像素P之间匹配，可以提高焦点检测精度。注意，电子快门意味着以电的方式控制由入射光生成的电荷的累积。当不执行全局电子快门操作时，可以省略保持部分C1和传送晶体管M1或M2。

图4是更详细地例示像素区域12的配置例子的图。在这里作为例子，例示了在作为像素区域12的短边方向的Y方向上布置12个像素P并且在作为像素区域12的长边方向的X方向上布置25个像素P的情况。在图4中，将Y方向上的对准定义为行，将X方向上的对准定义为列。即，12行×25列的像素P被布置在像素区域12中。在本说明书中，当描述特定位置处的像素P时，行号和列号被附加到像素的标号P。例如，将第一行第一列的像素表示为像素P1-1，将第三行第一列的像素表示为像素P3-1，并将第12行第25列的像素表示为像素P12-25。

像素区域12包括至少一对焦点检测区域。像素区域12可以包括多对焦点检测区域，以便获得更多测距点或检测多个方向上的轮廓。作为例子，焦点检测区域对42和44每个被示出为由四行三列的像素阵列形成的区域。在焦点检测区域42和44中，光学成对像素P是例如像素P2-13和像素P11-13，像素P5-13和像素P8-13等，并且用于Y方向的视差检测。焦点检测区域42和44中的光学成对像素P连接到公共输出线16。

并且，作为例子，焦点检测区域对46和48每个被示为由四行三列的像素阵列形成的区域。光学成对像素P是例如像素P7-9和像素P7-17，像素P7-11和像素P7-15等，并且用于X方向的视差检测。焦点检测区域46和48中的光学成对像素P连接到公共控制线14。

图5是例示像素区域12的另一个配置例子的图。在图5所示的配置例子中，每个包括在X方向上成对的焦点检测区域和在Y方向上成对的焦点检测区域的三个焦点检测块在X方向上对准。即，包括焦点检测区域42、44、46和48的焦点检测块，包括焦点检测区域52、54、56和58的焦点检测块以及包括焦点检测区域62、64、66和68的焦点检测块被布置在像素区域12中。焦点检测块在多个不同区域中的布置使得能够分别在多个区域中进行焦点检测。

在图5中，包括焦点检测区域42、44、46和48的焦点检测块与图4的情况中的焦点检测块相同，并且布置在从第9列到第17列的区域中。包括焦点检测区域52、54、56和58的焦点检测块布置在从第2列到第7列的区域中。包括焦点检测区域62、64、66和68的焦点检测块布置在从第19列到第24列的区域中。

作为例子，焦点检测区域52、54、56、58、62、64、66和68每个被示为由四行两列的像素阵列形成的区域。焦点检测区域52和54是成对焦点检测区域，焦点检测区域56和58是成对焦点检测区域，焦点检测区域62和64是成对焦点检测区域，并且焦点检测区域66和68是成对焦点检测区域。焦点检测区域52和54用于Y方向的视差检测，并且焦点检测区域62和64用于Y方向的视差检测。焦点检测区域56和58用于X方向的视差检测，并且焦点检测区域66和68用于X方向的视差检测。

以与图4所示的配置例子的情况类似的方式，焦点检测区域52和54中的光学成对像素P连接到公共输出线16，并且焦点检测区域62和64中的光学成对像素P连接到公共输出线16。并且，焦点检测区域56和58中的光学成对像素P连接到公共控制线14，并且焦点检测区域66和68中的光学成对像素P连接到公共控制线14。

接下来，将通过使用图6来描述根据本实施例的光电转换设备的驱动方法。图6是例示根据本实施例的光电转换设备中的分割区域与焦点检测区域之间的关系的示意图。在这个例示中，将针对像素区域12具有图5中所示的三个焦点检测块的情况作为例子来描述驱动光电转换设备的方法。

在根据本实施例的驱动光电转换设备的方法中，根据焦点检测块的分割区域在像素区域12中被定义，并且像素P以分割区域为基础被驱动。例如，如图5中所示，当像素区域12包括三个焦点检测块时，如图6中所示，像素区域12以列为单位在行方向上被划分为三个分割区域40、50和60。分割区域40是包括焦点检测区域42、44、46和48的区域。分割区域50是包括焦点检测区域52、54、56和58的区域。分割区域60是包括焦点检测区域62、64、66和68的区域。

由行选择电路20对像素P进行的驱动是按照与典型区域传感器的情况相同的方式以行为基础顺序地执行的。由此，所选行上的相应像素P的信号经由输出线16被输出到读出电路22。列选择电路24顺序地选择与要被读出的分割区域对应的列，并且将像素信号作为输出信号SOUT顺序地输出到列。由此，与所有列上的像素信号都被输出的情况相比，要输出的像素信号的数量减少，这使得能够高速读出焦点检测信号。

例如，假设首先执行来自属于图6的三个分割区域40、50和60中的分割区域40的像素P的信号的读出。在这种情况下，所有列中由分割区域40占据的列大约为1/3，因此当读出相应行时的列扫描时段可以减少到大约1/3。从分割区域40获得的像素信号包括X方向和Y方向的视差信息，并且在来自分割区域40的像素信号的读出完成之前的时间的减少使得能够更早开始焦点检测计算。这使得能够对成像透镜等的自动聚焦调节快速反馈。

如果必要，那么可以在从分割区域40读出像素信号之后执行来自分割区域50和60的像素信号的读出。基于从分割区域40获取的焦点检测信号，可以与焦点检测计算并行地执行来自分割区域50和60的像素信号的读出。

并且，当如图4的配置例子中那样设置单个焦点检测块时，通过以与从分割区域40读出的方式相同的方式从属于焦点检测区域42、44、46和48布置在其上的列的像素选择性地执行像素信号的读出，可以获得相同的效果和优点。

为了执行上述操作，列选择电路24被配置为能够分别选择性地读出属于分割区域40、50和60的像素P的像素信号。例如，当使用解码器配置列选择电路24时，可以根据输入地址信息选择性地输出与分割区域40、50和60中的任一个对应的列上的信号。并且，当使用移位寄存器配置列选择电路24时，可以设置与分割区域40相关联的列选择电路、与分割区域50相关联的列选择电路以及与分割区域60相关联的列选择电路。

注意，属于相应分割区域的像素P可以被分开驱动。例如，当设置如图6中所示的三个分割区域40、50和60时，如图7中所示，在每一行上布置与分割区域的数量对应的三条控制线141、142和143的集合。控制线141是连接到分割区域40的像素P的控制线14。控制线142是连接到分割区域50的像素P的控制线14。控制线143是连接到分割区域60的像素P的控制线14。这使得能够独立控制分割区域40、50和60的像素P的曝光时段或读出操作。

当执行这种操作时，行选择电路20被配置为能够以与列选择电路24相同的方式选择性地读出属于分割区域40、50和60的像素P的像素信号。例如，当使用解码器配置行选择电路20时，可以根据输入地址信息选择性地驱动与分割区域40、50和60对应的控制线141、142和143中的任何一条。并且，当使用移位寄存器配置行选择电路20时，可以设置驱动控制线141的行选择电路、驱动控制线142的行选择电路和驱动控制线143的行选择电路。

如上所述，在根据本实施例的光电转换设备中，形成与Y方向的视差检测对应的焦点检测区域的一对像素P连接到公共输出线16。并且，形成与X方向的视差检测对应的焦点检测区域的一对像素P连接到公共控制线14。因此，可以为根据光学条件确定的焦点检测区域布置更多的像素P，因此所捕获的图像的分辨率可以提高。并且，由于可以共享像素控制单元和信号处理单元，因此可以扩大焦点检测区域或者可以设置更多的焦点检测区域。这可以提高焦点检测精度。

并且，在根据本实施例的光电转换设备中，可以为分割区域40、50和60中的每个输出像素信号。与整个像素区域12的像素信号被顺序输出的情况相比，这使得能够更早地获取要从其获取信息的区域的视差信息，因此可以增加焦点检测速度。

注意，在本实施例中，已经例示了像素区域12被划分为3个分割区域40、50和60的例子，但分割区域的数量不限于三。例如，其上没有布置焦点检测区域的列被设置为另一个分割区域，以减少要读出的列的数量，这使得能够进一步增加焦点检测速度。

如上面所讨论的，根据本实施例，可以实现焦点检测精度的提高和焦点检测速度的增加。

[第二实施例]

将参考图8和图9来描述根据本发明第二实施例的焦点检测设备。与图1至图7中所示的根据第一实施例的焦点检测设备的部件相似的部件标记有相同的标号，并且其描述将被省略或简化。图8是例示根据本实施例的光电转换设备的像素区域的配置例子的图。图9是例示根据本实施例的光电转换设备中的分割区域与焦点检测区域之间的关系的示意图。

除了光电转换设备10的配置不同之外，根据本实施例的焦点检测设备与上述第一实施例中的焦点检测设备相同。

首先，关于说明书中使用的方向的定义，将描述与第一实施例的不同之处。在第一实施例中的描述中，控制线14延伸的方向是X方向。即，包括在单行中的多个像素P在X方向上对准。并且，在第一实施例中的描述中，输出线16延伸的方向是Y方向。即，包括在单列中的多个像素P在Y方向上对准。

相反，在本实施例中，控制线14延伸的方向是Y方向。即，包括在单行中的多个像素P在Y方向上对准。并且，在本实施例中，输出线16延伸的方向是X方向。即，包括在单列中的多个像素P在X方向上对准。注意，关于第一实施例中的行和列的描述以相同的方式适用于本实施例。

在本实施例的光电转换设备10中，行选择电路20连接到在Y方向上延伸的控制线14，并且从在X方向上对准的多行中选择要从其读出信号的一行。读出电路22连接到在X方向上延伸的输出线16。列选择电路24连接到读出电路22，并且从在Y方向上对准的多列中选择要从其读出信号的列。

图8是例示根据本实施例的光电转换设备10的像素区域12的配置例子的图。在这里作为例子，作为例子例示了在Y方向上对准12个像素P并且在X方向上对准25个像素P的情况。在图8中，将X方向上的对准定义为行，并且将Y方向上的对准定义为列。即，25行×12列的像素P布置在像素区域12中。

作为例子，中心焦点检测块中的焦点检测区域对42和44每个被示为由三行四列的像素阵列形成的区域。焦点检测区域对42和44用于Y方向的视差检测。焦点检测区域42和44中的光学成对像素P连接到公共控制线14。并且，作为例子，焦点检测区域对46和48每个被示为由三行四列的像素阵列形成的区域。焦点检测区域对46和48用于X方向的视差检测。焦点检测区域46和48中的光学成对像素P连接到公共输出线16。

其它焦点检测块中的焦点检测区域52、54、56、58、62、64、66和68中的每一个与焦点检测区域42、44、46和48相似。作为例子，焦点检测区域52、54、56、58、62、64、66和68中的每一个被示为由2行×4列的像素阵列形成的区域。焦点检测区域52和54用于Y方向的视差检测，并且焦点检测区域62和64用于Y方向的视差检测。焦点检测区域56和58用于X方向的视差检测，并且焦点检测区域66和68用于X方向的视差检测。

在本实施例的光电转换设备中，虽然交换了行和列的定义，但是焦点检测区域42、44、46、48、52、54、56、58、62、64、66和68相对于X方向和Y方向的布置与第一实施例的光电转换设备的情况相同。

接下来，将通过使用图9来描述根据本实施例的驱动光电转换设备的方法。在这个例子中，将以像素区域12具有图8中所示的三个焦点检测块的情况为例来描述驱动光电转换设备的方法。

在根据本实施例的驱动光电转换设备的方法中，根据焦点检测块的分割区域在像素区域12中被定义，并且像素P以分割区域为基础被驱动。例如，如图8中所示，当像素区域12包括三个焦点检测块时，如图9中所示，像素区域12被以行为单位划分成三个分割区域40、50和60。分割区域40是包括焦点检测区域42、44、46和48的区域。分割区域50是包括焦点检测区域52、54、56和58的区域。分割区域60是包括焦点检测区域62、64、66和68的区域。

由行选择电路20对像素P进行驱动是以行为单位以分割区域为基础顺序执行的。由此，所选行上的相应像素P的信号经由输出线16被输出到读出电路22。列选择电路24顺序地选择列并且以与典型区域传感器的情况相同的方式顺序地输出所选列上的像素信号作为输出信号SOUT。由此，与输出所有列上的像素信号的情况相比，要输出的像素信号的数量减少，这使得能够高速读出焦点检测信号。

例如，假设首先执行来自属于图9的三个分割区域40、50和60中的分割区域40的像素P的信号的读出。在这种情况下，所有行中由分割区域40占据的行大约为1/3，因此行扫描时段可以减少到大约1/3。从分割区域40获得的像素信号包括X方向和Y方向的视差信息，并且在来自分割区域40的像素信号的读出完成之前的时间的减少使得能够更早开始焦点检测计算。这使得能够对成像透镜等的自动聚焦调节快速反馈。

如果必要，那么可以在从分割区域40读出像素信号之后执行来自分割区域50和60的像素信号的读出。基于从分割区域40获取的焦点检测信号，可以与焦点检测计算并行地执行来自分割区域50和60的像素信号的读出。

如上所述，在根据本实施例的光电转换设备中，形成与X方向的视差检测对应的焦点检测区域的一对像素P连接到公共输出线16。并且，形成与Y方向的视差检测对应的焦点检测区域的一对像素P连接到公共控制线14。因此，可以为根据光学条件确定的焦点检测区域布置更多的像素P，因此所捕获的图像的分辨率可以提高。并且，由于可以共享像素控制单元(行选择电路20)和信号处理单元(读出电路22、列选择电路24)，因此可以扩大焦点检测区域或者可以设置更多的焦点检测区域。这可以提高焦点检测精度。

并且，在根据本实施例的光电转换设备中，控制线14对用于X方向的视差检测的焦点检测区域中的每对焦点检测区域是独立的。同样，控制线14对用于Y方向的视差检测的焦点检测区域中的每对焦点检测区域是独立的。并且，不存在用于X方向的视差检测的焦点检测区域和用于Y方向的视差检测的焦点检测区域公共的控制线14。即，能够针对每对焦点检测区域控制像素P的像素信号的曝光时段或读出操作。因此，能够根据与每个焦点检测区域对应的物体的亮度或暗度来设置合适的曝光时间，这可提高焦点检测精度。

并且，由于分割区域40、50和60被按行分割，因此能够通过使用行选择电路20简单地控制选择行的次序来顺序地输出相应分割区域的信号。因此，与第一实施例的情况相比，电路尺寸能够被减小。

如上面所讨论的，根据本实施例，能够实现焦点检测精度的提高和焦点检测速度的增加。

[第三实施例]

将参考图10和图11来描述根据本发明第三实施例的焦点检测设备。与图1至图8中所示的根据第一和第二实施例的焦点检测设备的部件相似的部件标记有相同的标号，并且其描述将被省略或简化。图10和图11是例示根据本实施例的光电转换设备中的分割区域与焦点检测区域之间的关系的示意图。X方向和Y方向的定义与第二实施例中的定义相同。

除了光电转换设备10中的像素区域12的分割区域的设置范围不同之外，根据本实施例的焦点检测设备与第二实施例中的焦点检测设备相同。即，在本实施例的光电转换设备中，像素区域12被划分为包括用于X方向的视差检测的单个焦点检测区域的分割区域和包括用于Y方向的视差检测的成对的两个焦点检测区域的分割区域。

在与第二实施例相关地描述本实施例时，分割区域40进一步被划分为包括焦点检测区域42和44的分割区域401、包括焦点检测区域46的分割区域402以及包括焦点检测区域48的分割区域403。并且，分割区域50进一步被划分为包括焦点检测区域52和54的分割区域501、包括焦点检测区域56的分割区域502以及包括焦点检测区域58的分割区域503。并且，分割区域60进一步被划分为包括焦点检测区域62和64的分割区域601、包括焦点检测区域66的分割区域602以及包括焦点检测区域68的分割区域603。

利用这种配置，可以首先仅输出来自用于Y方向的视差检测的成对的两个焦点检测区域中的像素P的像素信号。特别地，用于Y方向的视差检测的成对的两个焦点检测区域在同一行上对准，并且可以同时控制像素P的像素信号的曝光时间或读出操作。例如，在图8中所示的像素配置中，能够通过仅驱动来自第12行到第14行的控制线14来控制属于焦点检测区域42和44的像素P的像素信号的曝光时间或读出操作。因此，能够在更早的时间开始Y方向的焦点检测计算，并且这使得能够对成像透镜等的自动聚焦调节快速反馈。

如果必要，那么可以在来自用于Y方向的视差检测的焦点检测区域中的像素P的像素信号的读出之后执行来自用于X方向的视差检测的焦点检测区域中的像素P的像素信号的读出。来自用于X方向的视差检测的焦点检测区域中的像素P的像素信号的读出可以与焦点检测计算并行地执行，其中焦点检测计算基于从用于Y方向的视差检测的焦点检测区域中的像素P获取的用于焦点检测的信号。

并且，在从分割区域402、403、502、503、602和603的像素P读出像素信号之前执行从分割区域401、501和601的像素P读出像素信号是有效的。利用这种配置，例如，当对于物体等需要宽范围的焦点检测计算时，可以比第一实施例和第二实施例的情况下更快地进行焦点检测。

图11例示了分割区域的另一个设置例子。在图11中，从包括焦点检测区域的分割区域中排除了图10的配置中包括与焦点检测区域不重叠的行的区域。在图11中，分割区域72、74、76和78是包括不与焦点检测区域重叠的行的区域。行选择电路20被配置为能够选择与分割区域401、402、403、501、502、503、601、602和603对应的行。并且，行选择电路20被配置为能够控制用于分割区域401、402、403、501、502、503、601、602和603中的每一个的像素P的像素信号的曝光时间或读出操作。并且，列选择电路24被配置为能够选择与焦点检测区域对应的列82。利用这种配置，输出信号SOUT可以仅由来自包括焦点检测区域的行的像素信号形成，焦点检测速度可以进一步增加。

如上面所讨论的，根据本实施例，能够实现焦点检测精度的提高和焦点检测速度的增加两者。

[第四实施例]

将参考图12来描述根据本发明第四实施例的成像系统。与图1至图11中所示的根据第一至第三实施例的焦点检测设备的部件相似的部件标记有相同的标号，并且其描述将被省略或简化。图12是例示根据本实施例的成像系统的配置例子的框图。

如图12中所示，根据本实施例的成像系统200具有屏障201、透镜202、光圈203、固态成像设备204和AF传感器205。透镜202是光学系统，用于捕获物体的光学图像。屏障201保护透镜202。光圈203调节穿过透镜202的光的光量。固态成像设备204获取由透镜捕获的物体的光学图像作为图像信号。AF传感器205是第一至第三实施例中描述的焦点检测设备100。

并且，成像系统200还具有模拟信号处理单元206、A/D转换器207和数字信号处理单元208。模拟信号处理单元206处理从固态成像设备204和AF传感器205输出的信号。A/D转换器207对从模拟信号处理单元206输出的信号执行模数转换。数字信号处理单元208对从A/D转换器207输出的图像数据执行各种校正或执行压缩数据的处理。

并且，成像系统200还具有存储器单元209、外部I/F电路210、定时生成单元211、总控制/操作单元212以及存储介质控制I/F单元213。存储器单元209临时存储图像数据。外部I/F电路210与诸如外部计算机215之类的外部设备通信。定时生成单元211将各种定时信号输出到数字信号处理单元208等。总控制/操作单元212控制各种计算和整个相机。存储介质控制I/F单元213与用于存储所获取的图像数据或执行图像数据的读出的诸如半导体存储器之类的可移动存储介质214交换数据。

当屏障201打开时，来自物体的光学图像经由透镜202和光圈203进入AF传感器205。总控制/操作单元212基于来自AF传感器205的输出信号、通过使用上述相位差检测来计算到物体的距离。基于计算结果，总控制/操作单元212然后执行自动对焦控制以驱动透镜202，再次确定是否对焦，并且当确定为离焦时再次驱动透镜202。

随后，在确认被对焦之后，开始固态成像设备204的电荷累积操作。在完成固态成像设备204的电荷累积操作后，从固态成像设备204输出的图像信号在模拟信号处理单元206中经受预定处理，然后通过A/D转换器207被数字转换。数字转换后的图像信号经由数字信号处理单元208由总控制/操作单元212写入存储器单元209。

然后，由总控制/操作单元212经由存储介质控制I/F单元213将累积在存储器单元209中的数据存储在存储介质214中。可替代地，可以将累积在存储器单元209中的数据经由外部I/F电路210直接输入到外部计算机215。

如在第一至第三实施例中所描述的，通过使用上述实施例中任一个中所示的焦点检测设备100配置AF传感器205，能够在提高焦点检测精度的同时增加焦点检测速度。因此，根据使用这种AF传感器205的本实施例的成像系统，能够快速获取更高清晰度的图像。

[修改实施例]

本发明不限于上述实施例，并且各种修改是可能的。

例如，其中任何实施例的配置的一部分被添加到另一个实施例的例子、或者其中任何实施例的配置的一部分被另一个实施例的配置的一部分取代的例子是本发明的实施例之一。

并且，在第一至第三实施例的光电转换设备10中，形成每个像素P的像素电路不限于图3中所示的像素电路。例如，像素P不一定需要具有支持全局电子快门操作的配置，并且可以不设置传送晶体管M2和溢出晶体管M6。在这种情况下，光电转换器PD中累积的电荷通过传送晶体管M1被传送到FD部分(保持部分C2)。

并且，虽然在上述第一至第三实施例中已经描述了在像素区域12中布置两对或六对焦点检测区域的例子，但是布置在像素区域12中的焦点检测区域的对的数量不限于此。并且，划分像素区域12的分割区域的数量不限于上述实施例的例子。

并且，上述第四实施例中示出的成像系统例示了可以对其应用本发明的焦点检测设备的成像系统的例子，但是本发明的焦点检测设备可以应用的成像系统不限于图12中所示的配置。

虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解的是，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应当被赋予最宽泛的解释，以涵盖所有此类修改以及等同的结构和功能。

Claims (14)

1.一种焦点检测设备，其特征在于，包括：

场透镜；

二次图像形成透镜，二次图像形成透镜被配置为捕获已穿过场透镜的光通量并且根据已穿过成像透镜的不同光瞳位置的光通量形成一对图像；以及

光电转换设备，光电转换设备包括像素区域，像素区域包括检测图像对的至少一个焦点检测区域对，

其中，光电转换设备包括被布置在像素区域中以形成多行和多列的矩阵的多个像素，

其中，所述多个像素中的每个像素包括光电转换器、放大器晶体管以及将电荷传送到放大器晶体管的传送晶体管，

其中，光电转换设备包括与所述多行对应地布置的多条控制线，所述多条控制线中的每一条控制线将控制信号供给到所述多行中对应行上的至少一部分像素，

其中，光电转换设备包括与所述多列对应地布置的多条输出线，所述多条输出线中的每一条输出线接收来自所述多列中对应列上的至少一部分像素的信号，以及

其中，连接到所述多条控制线中的公共控制线或连接到所述多条输出线中的公共输出线的至少一对像素形成至少一个焦点检测区域对并输出要用于焦点检测的信号，

其中，光电转换设备的像素区域包括用于检测第一方向的视差的第一焦点检测区域对和用于检测与第一方向相交的第二方向的视差的第二焦点检测区域对；

其中，在第一焦点检测区域对中，输出要用于焦点检测的信号的像素对连接到沿第一方向延伸的公共控制线，

其中，在第二焦点检测区域对中，输出要用于焦点检测的信号的成对的像素连接到沿第二方向延伸的公共输出线，

其中，光电转换设备还包括连接到布置在像素区域中的所述多条输出线的信号处理单元，

其中，信号处理单元被配置为顺序地选择并输出所述输出线的信号，

其中，像素区域包括在第一方向上划分的多个分割区域，

其中，所述多个分割区域包括第一分割区域，所述第一分割区域包括第一焦点检测区域对和第二焦点检测区域对，以及

其中，信号处理单元在读出另一个分割区域中的像素的信号之前读出被包括在第一分割区域中的第一行上的像素的信号，然后读出被包括在第一分割区域中的第二行上的像素的信号。

2.如权利要求1所述的焦点检测设备，其中，被包括在单行中的多个像素连接到对于所述多个分割区域中的每个分割区域不同的控制线。

3.如权利要求1或2所述的焦点检测设备，

其中，所述多个分割区域还包括第二分割区域和第三分割区域，以及

其中，第一分割区域布置在第二分割区域与第三分割区域之间。

4.如权利要求1或2所述的焦点检测设备，其中，所述多行的数量少于所述多列的数量。

5.一种焦点检测设备，其特征在于，包括：

场透镜；

二次图像形成透镜，二次图像形成透镜被配置为捕获已穿过场透镜的光通量并且根据已穿过成像透镜的不同光瞳位置的光通量形成一对图像；以及

光电转换设备，光电转换设备包括像素区域，像素区域包括检测图像对的至少一个焦点检测区域对，

其中，光电转换设备包括被布置在像素区域中以形成多行和多列的矩阵的多个像素，

其中，所述多个像素中的每个像素包括光电转换器、放大器晶体管以及将电荷传送到放大器晶体管的传送晶体管，

其中，光电转换设备包括与所述多行对应地布置的多条控制线，所述多条控制线中的每一条控制线将控制信号供给到所述多行中对应行上的至少一部分像素，

其中，光电转换设备包括与所述多列对应地布置的多条输出线，所述多条输出线中的每一条输出线接收来自所述多列中对应列上的至少一部分像素的信号，

其中，连接到所述多条控制线中的公共控制线或连接到所述多条输出线中的公共输出线的至少一对像素形成至少一个焦点检测区域对并输出要用于焦点检测的信号，

其中，光电转换设备的像素区域包括用于检测第一方向的视差的第一焦点检测区域对和用于检测与第一方向相交的第二方向的视差的第二焦点检测区域对；

其中，在第一焦点检测区域对中，输出要用于焦点检测的信号的像素对连接到沿第一方向延伸的公共控制线，

其中，在第二焦点检测区域对中，输出要用于焦点检测的信号的成对的像素连接到沿第二方向延伸的公共输出线，

其中，光电转换设备还包括连接到布置在像素区域中的所述多条控制线的像素控制单元，

其中，像素控制单元被配置为顺序地选择控制线，以向所选的控制线供给控制信号，

其中，像素区域包括在第二方向上划分的多个分割区域，以及

其中，所述多个分割区域包括：其中布置有第一焦点检测区域对的第一分割区域，其中布置有第二焦点检测区域对中的一个焦点检测区域的第二分割区域，以及其中布置有第二焦点检测区域对中的另一个焦点检测区域的第三分割区域。

6.如权利要求5所述的焦点检测设备，其中，像素控制单元被配置为在执行来自布置在第一分割区域中的第一焦点检测区域对的像素的信号的读出之后执行来自布置在第二分割区域和第三分割区域中的第二焦点检测区域对的像素的信号的读出。

7.如权利要求5或6所述的焦点检测设备，其中，第一分割区域布置在第二分割区域与第三分割区域之间。

8.如权利要求5或6所述的焦点检测设备，其中，像素控制单元被配置为从布置在像素区域中的所述多条控制线当中仅选择连接到形成第一焦点检测区域对或第二焦点检测区域对的像素的控制线。

9.如权利要求5或6所述的焦点检测设备，

其中，光电转换设备还包括连接到布置在像素区域中的所述多条输出线的信号处理单元，以及

其中，信号处理单元被配置为从布置在像素区域中的所述多条输出线当中仅选择连接到形成第一焦点检测区域对或第二焦点检测区域对的像素的输出线。

10.如权利要求5或6所述的焦点检测设备，其中，第一方向是像素区域的短边方向，并且第二方向是像素区域的长边方向。

11.如权利要求5或6所述的焦点检测设备，其中，所述多行的数量大于所述多列的数量。

12.如权利要求1或2所述的焦点检测设备，其中，在像素区域中布置多个块，所述多个块中的每个块都包括第一焦点检测区域对和第二焦点检测区域对。

13.如权利要求1或2所述的焦点检测设备，其中，所述多个像素中的每个像素还包括电荷保持部分，所述电荷保持部分保持从光电转换器传送的电荷，并且传送晶体管将由电荷保持部分保持的电荷传送到放大器晶体管。

14.一种成像系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至4和6至13中任一项所述的焦点检测设备；

固态成像设备，固态成像设备获取物体的光学图像作为图像信号；

计算单元，计算单元基于来自焦点检测设备的输出信号来计算距所述物体的距离；以及

控制单元，控制单元基于由计算单元计算出的距离输出控制光学系统以使得物体的光学图像聚焦在固态成像设备的成像平面上的控制信号。

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