CN100335964C

CN100335964C - 聚焦装置

Info

Publication number: CN100335964C
Application number: CNB038010143A
Authority: CN
Inventors: 丰村浩一
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-08-07
Filing date: 2003-08-04
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2023-08-04
Also published as: US7593054B2; CN1646964A; WO2004015476A1; EP1528419A4; EP1528419A1; WO2004015476A8; EP1528419B1; US20040257461A1

Abstract

由于振荡引起图像扰动等，已经很难摄取高精度的移动图像和高分辨力的静止图像。本发明提供一种聚焦装置，所述聚焦装置包括：聚焦信号检测电路4，产生表示聚焦程度的聚焦信号；焦点对准方向判定电路502，在预定时间间隔内用所述产生的聚信号产生焦点对准方向信号，所述焦点对准方向信号表示：从所述焦点对准位置看，移动聚焦的聚焦透镜1a是位于远侧，还是位于近侧；焦点对准方向存储器504，用于储存在预定时间间隔产生的所述焦点对准方向信号；及含有透镜控制量计算电路503和焦点对准区判定电路505的装置，所述装置按照某一预定规则，依据一个存储的瞬间先前预定的焦点对准方向信号个数来控制所述聚焦透镜1a的移动。

Description

聚焦装置

技术领域

本发明涉及聚焦装置，聚焦方法，程序及记录介质，能自动地将由摄像装置拍摄的目标图像调整到最佳焦点位置，这些摄像装置例如为摄像机和数字照相机。

背景技术

对于如摄像机和数字照相机的摄像装置，自动调焦功能是改善操作性的一种重要功能。实现该功能的一种典型方法称作为“爬山法”(hill-climbing)。该方法从通过图像捕获而得的图像信号中提取中/高频率成分和控制镜头位置，使信号电平达到最大值。该系统是基于原理：当透镜移离焦点位置时，弥散圆增大，并且当它移离焦点位置时，通过透镜形成的目标对比度减少。图像信号的中/高频率成分是相应于该目标图像对比度程度的一种信号。

这种系统归类为无源系统，因为带有有源系统例如“红外系统”，它不要求专用的发光装置，并且进一步含有能高精度聚焦的功能，因为它从离目标的距离中接收的影响较少。此外，因为爬山方法本身使用图像信号，它不需要其他光学系统，这些光学系统是由称为“相位差检测系统”的另一种无源系统所需的。为此，该系统适合于成本的降低及微型化。

另一方面，该系统基本上不能很好地处理下列目标和景物：例如：低对比度的目标，它的聚焦信号电平相对地减少；远和近目标混合的景物，具有多个最大聚焦信号点；及低照度的景物，对图像信号中的噪声较敏感；等等。

克服低对比度目标或低照明度景物的一种可能措施是这样一种方法：从图像信号中提取中/高频率成分作为不同频带的两种聚焦信号，并通过依据信号电平等判断目标情况，有选择地使用这两种信号，作为爬山操作的信号。

此外，克服含有远近目标混合景物的一种措施是这样一种方法：将聚焦信号检测区域限制在部分屏幕范围并因此避免远近目标混合的状态。此外，避免噪声的一种可能措施是这样一种方法：依据前述的聚焦信号，当不存在对比度时指定为噪声电平，当聚焦信号等于或低于噪声电平时将镜头移动得更多，或产生精密振动(下文中称为“摆动”)，提取聚焦信号的振动成分并识别焦点对准方向。

将参考附图解释爬山型自动聚焦装置的一种传统配置。

图7示出一种传统自动聚焦装置的配置。

摄像镜头1由含有聚焦透镜1a的多面透镜构成。该摄像镜头1是由透镜驱动部件6(例如，步进马达和它的驱动电路)进行位置控制。目标的光学图像穿过摄像镜头1形成在图像摄取部件2(例如，CCD)，该图像摄取部件2变成图像摄取装置。

图像拍摄部件2对所形成的目标图像进行光电转换并输出该信号，作为时间序列信号。图像信号产生电路3对图像拍摄部件2的输出进行各种类型的信号处理，并输出某一预定图像信号CO(例如，NTSC信号)。这里，各种类型的信号处理涉及模/数转换，增益控制，γ校正，亮度信号产生处理，色差信号产生处理等等，并可根椐需要，进一步包括光圈校正，噪声衰减等。

聚焦信号检测电路4用低通滤波器41(下文中称为“LPF”)对从图像信号产生电路3输出的时间序列信号中的亮度信号YE进行积分，除去噪声成分并输出BP信号，该信号已经过高通滤波器42(下文中儿为“HPF”)的微分。

峰值检测电路43将该信号转换成绝对值，检测出每个水平扫描期内相应于预置区(例如，图像拍摄屏幕中间的50％区域)的一个信号的峰值(PK信号)，而加法电路44对垂直扫描期的这些峰值进一步进行累加以产生聚焦信号VF。这个聚焦信号VF变成相应于目标图像对比度程度的区段代表值。

这里，图8示出原理视图，描述聚焦信号检测电路4工作原理的图像，用于从图像摄取屏幕中检测聚焦信号VF。同图示出含有“白，黑，白”垂直条纹的一个目标的例子。图8(a)示出目标焦点未对准的情况，而图8(b)示出目标焦点对准的情况。

在图8(a)中，当目标未对准焦点时，如从左边第1张插图所示，由HPF42在水平扫描期内对检测区32的信号电平进行检测和微分，合成的BP信号如同从左边第2张插图中所示，该检测区基本上是图像摄取屏幕31中间的50％区域。当由峰值检测电路43将这个信号转换为绝对值时，该合成信号如同从左边第3张插图所示，并将那时的峰值(PK信号)输出到加法电路44。从左边的第4张插图由细线箭头表示该峰值而其上的长度表示该峰值的幅度。同样地，在检测区32内检测每个水平扫描期的峰值，而加法电路44对水平扫描期的这些峰值进行累加，以获得聚焦信号VF。聚焦信号VF的幅度由从左边第4张插图中的粗线箭头表示。粗线箭头的长度表示聚焦信号VF的幅度。

然后，在焦点对准情况，当目标位于焦点对准时，如同图8(b)中从左边第1张插图所示，通过由HPF42在水平扫描期内对检测区32的信号电平进行检测及微分所获得的BP信号如同从左边第2张插图所示，该检测区32基本是图像摄取屏幕31中间的50％区域。当峰值检测电路43将这个信号转换为绝对值时，合成信号如同从左边第3张插图所示，并将那时的峰值(PK信号)输出到加法电路44。从左边第4张插图用细线箭头表示该峰值，而它的长度表示该峰值的幅度。同样地，在检测区32检测每个水平扫描期的峰值，并且加法电路44对水平扫描期的峰值进行累加，以获得一个聚焦信号VF。由从左边第4张插图中用粗线箭头表示该聚焦信号VF的幅度。这个粗线箭头的长度表示聚焦信号VF的幅度。

这样，由HPF42检测的信号电平在焦点未对准情况和焦点对准情况之间存在一个差异，并且从该信号峰值的累加中所得的聚焦信号自然也存在差异。如这张图所示的，焦点对准情况的聚焦信号VF大于焦点未对准情况的聚焦信号。

返回到图7，透镜控制电路5通过计算这个聚焦信号VF和前一个聚焦信号之间的差值产生偏差成分(variation component)ΔVF，该前一个聚焦信号例如为一个时间区段前由微分电路501获得的聚焦信号。见该偏差成分ΔVF的符号，焦点对准方面判定电路502确定焦点对准方向是否位于相对于实际点的远侧或近侧，或者它是否与瞬间先前移动方向相同或相反。透镜控制量计算电路503将一个预定的移动量加到这个移动方向上，并将该结果作为透镜控制量输出到透镜驱动部件6。透镜驱动部件6依据该控制量驱动聚焦透镜1a。通过这些配置和操作自动地进行聚焦。

这里，将详细解释透镜控制电路5中的透镜控制量计算电路503的透镜移动量。

当聚焦透镜1a的移动量增加时，聚焦透镜1a的移动速度就增加。然而，当移动速度太高时，步进马达不能保持透镜控制量和移动位置之间的加速轨迹，可能引起所谓的不同步现象。另外，当聚焦透镜1a的移动量太大时，振荡现象(hunting)就变得很明显，在振荡现象中，透镜频繁地在焦点对准位置附近来回移，严重地恶化了图像的质量。相反，当移动量太少时，要化相当长的时间达到焦点对准位置，恶化了响应性。

因此，要设想一种依据聚焦信号VF电平确定透镜移动量的方法。图9示出聚焦信号VF随目标变化的爬山曲线。X轴显示聚焦透镜1a的透镜位置并示出基本在中间的焦点位置。Y轴显示聚焦信号VF的电平。目标A的特性示出当图像摄取条件良好时(当对比度和照明度充足时)的特性，而目标B的特性示出目标的摄取条件较差(低对比度，低照明度等)的情况。LEV1和LEV2示出示出阀值电平，而MV1到MV3示出透镜的移动量。例如，如图9所示，预先指定阀值电平LEV1和阀值电平LEV2(LEV2＞LEV1)，并且如果阈值电平LEV1，阀值电平LEV2和聚焦信号VF之间的关系为VF＜LEV1，那么将移动量假定为MV1，如果LEV1≤VF＜LEV2，移动量假定为MV2，并且如果LEV2≤VF，移动量假定为MV3。这里，假设移动量MV1到MV3之间的关系为MV1＞MV2＞MV3。图9由箭头的长度表示MV1到MV3的移动量。

在图9中，例如在目标A的情况中，当透镜位置为P1时，聚焦信号VF小于LEV1，并因此，使透镜向焦点对准位置移动移动量MV1。当透镜移向焦点对准位置并且聚焦信号VF的电平增加并超过LEV1(这时的透镜位置为P2)时，通过由移动量小于MV1的MV2替代MV1，使透镜移向焦点对准位置。此外，当聚焦信号VF电平超过LEV2(这时的透镜位置为P3)时，通过由移动量小于MV2的MV3替代MV2，使透镜再移动。然后，当透镜越过焦点对准位置移到P4时，聚焦信号VF的电平减少，因此透镜向后移动，并将透镜带回到更接近于焦点对准位置。聚焦信号VF电平达到最高点的位置就是焦点对准位置。这样，依据聚焦信号VF电平来改变聚焦透镜的移动量能解决上面所述问题。

然而，即使当离目标的距离相同时，聚焦信号VF的电平随目标体的条件(对比度和照明度)而变化。因此，例如用图9中的目标B，即使聚焦透镜1a在焦点对准位置附近，移动量变为比MV3大的MV2并可能由于振荡损坏图像(移动图像)的质量。

此外，当由数字照相机或摄像机的静止图像摄取功能拍摄高分辨率静止图像时，较佳地从分辨力等观点等，快门释放时所拍摄的目标图像是透镜停止时曝光的目标图像。此外，因为静止图像的像素增加，要求更高的分辨率，并因此要求更高的对焦精度。

图10是图9所示目标B情况中透镜移动工作情况的原理图，水平轴显示直到透镜停止时的时间而垂直轴显示透镜的位置。在传统的配置中，透镜停止时的精度强烈地取决于透镜的预定移动量(MV1到MV3)，并因为与移动图像相同的理由不可能减少移动量，并因此可能恶化停止的精度并可能恶化静止图像的质量(特别是分辨力)。

在传统配置中，透镜是在经过某一预定时间后停止。

作为一种改善摄取静止图像时的聚焦精度的方法，有可能采用允许按两个阶段检测的所谓的“扫描系统”；当释放按钮按下一半时以及释放按钮全按下时，并且当释放按钮按下一半时移动透镜搜索聚焦信号的最大值，但在这种情况，在用户按下按钮后直到实际摄取了目标图像时产生一个时间延迟，并因此用户可能丢失正在释放快门时的瞬间。

发明描述

鉴于上面所述的传统问题，已经实现了本发明，而本发明的一个目的是提供一种聚焦装置，聚焦方法，程序及记录介质，用于减少由振荡引起的图像扰动等以及摄取高清晰度移动图像和高分辨力静止图像。

第1个方面是聚焦装置，包括：

聚焦信号产生装置，用于产生表示聚焦程度的聚焦信号；

焦点对准方向信号产生装置，用于在预定时间间隔内，用所述产生的聚焦信号产生一个焦点对准方向信号，该信号表示：从聚焦对准位置看，移动聚焦的聚焦透镜是位于远侧还是位于近侧；

焦点对准方向信号储存装置，用于储存在预定时间间隔内产生的所述焦点对准方向信号；及

聚焦透镜移动控制装置，用于按预定规则，依据所述储存的瞬间先前预定的焦点对准方向信号的个数来控制所述聚焦透镜的移动。

第2个方面是按照第1个方面的聚焦装置，其中，所述预定规则是：因为在下面(1)和(2)焦点对准方向信号个数之间差别的减少，减少所述聚焦透镜移动速度的规则：(1)从焦点对准位置看，所述储存的瞬间先前预定的焦点对准方向信号个数中的，表示所述移动聚焦透镜位于远侧的所述焦点对准方向信号的个数，及(2)从焦点对准位置看，所述储存的瞬间先前预定的焦点对准方向信号个数中的，表示移动聚集透镜位于近侧的焦点对准方向信号的个数。

第3个方面是依据第2个方面的聚焦装置，其中，所述聚焦透镜移动在下列情况时停止：(a)在所述差别降到低于某一预定值后再经过某一预定时间后，或(b)在所述差别降到低于某预定值后连接地经过某一预定次数后。

第4个方面是依据第3个方面的聚焦装置，进一步包括：

聚焦信号电平数据储存装置，用于当产生所述储存的焦点对准方向信号时，储存聚焦信号的聚焦信号电平上的聚焦信号电平数据；

聚焦透镜位置数据储存装置，用于储存所述聚焦透镜位置上的聚焦透镜位置数据，在该聚焦透镜位置上产生含有聚焦信号电平的聚焦信号，储存所述聚焦信号电平上的所述聚焦信号电平数据；及

聚焦透镜位置校正装置，用于校正能产生含有所述聚焦信号电平中最高聚焦信号电平的聚焦信号的所述聚焦透镜位置，储存所述聚焦信号电平上的所述聚焦信号电平数据，所述聚焦透镜的移动停到所述聚焦透镜位置，储存所述聚焦透镜位置上的所述聚焦透镜位置数据。

第5个本方面是依据第3个方面的聚焦装置，其中，只有当所述产生的聚焦信号的聚焦信号电平等于或高于预定值时，按照所述预定规则，依据所述储存的瞬时先前预定的焦点对准方向信号个数，控制所述聚焦透镜的移动。

第6个方面是按照第3个方面的聚焦装置，进一步包括聚焦透镜位置检测装置，用于检测所述移动聚焦透镜的位置，

其中，鉴于聚焦透镜的所述检测位置，控制所述聚焦透镜移动。

第7个方面是一种聚焦方法，包括：

聚焦信号产生步骤，产生一个表示聚焦程度的聚焦信号；

焦点对准方向信号产生步骤，在预定时间间隔内，用所述产生的焦点信号产生一个焦点对准方向信号，所述焦点对准方向信号表示：从焦点对准位置看，移动聚焦的聚焦透镜是位于远侧还是位于近侧；

焦点对准方向信号储存步骤，用于储存在预定时间间隔内产生的所述焦点对准方向信号；及

聚焦透镜移动控制步骤，用于按照预定规则，依据所述储存的瞬时先前预定的焦点对准方向信号个数，控制所述聚焦透镜的移动。

第8个方面是一个程序，用于使计算机执行按照第7个方面的聚焦方法，包括：聚焦信号产生步骤，用于产生一个表示聚焦程度的聚焦信号；焦点对准方向信号产生步骤，用于在预定时间间隔内用所述产生的聚焦信号产生一个焦点对准方向信号，该焦点对准方向信号表示：从焦点位置看，移动聚焦的聚焦透镜是位于远侧还是位于近侧；焦点对准方向信号储存步骤，用于储存在预定时间间隔内产生的所述焦点对准方向信号，及聚焦透镜移动控制步骤，用于按照预定规则，依据所述储存的瞬间先前预定的焦点方向信号，控制所述聚焦透镜的移动。

第9个方面是记录介质，用于储存按照第9个方面的程序并能由计算机进行处理。

附图简述

图1是框图，示出按照本发明实施例1的自动聚焦装置的配置；

图2是经过按照本发明实施例1的透镜移动量控制的爬山操作视图；

图3是原理图，示出按照本发明实施例的透镜1a在本发明实施例1目标B情况中的工作情况；

图4是框图，示出按照本发明实施例2的自动聚焦装置的配置；

图5是框图，示出按照本发明实施例3的自动聚焦装置的配置；

图6是原理图，示出按照本发明实施例3的透镜1a的工作情况；

图7是框图，示出一种传统自动聚焦装置的配置；

图8(a)是传统聚焦信号检测操作的原理图(No.1)；

图8(b)是传统聚焦信号检测操作的原理图(No.2)；

图9是经过传统透镜移动量控制的爬山操作视图；

图10是传统目标B情况中的透镜1a的原理图。

(符号说明)

1 image-taking lens：图像摄取透镜

2 focusing lens：聚焦透镜

3 image signal generation circuit：图像信号产生电路

4 focus signal detection circuit：聚焦信号检测电路

5 lens control circuit：透镜控制电路

502 in-focus direction decision circuit：焦点对准方向判定电路

503 lens control amount calculation circuit：透镜控制量计算电路

504 in-focus direction memory：焦点对准方向存储器

505 in-focus vicinity decision circuit：焦点对准区判定电路

506 in-focus vicinity data memory：焦点对准区数据存储器

6 lens driving section：透镜驱动部件

实现本发明的最佳方式

现在参考附图，下面将解释本发明的实施例。

(实施例1)

首先，参考附图1主要解释这个实施例的自动聚焦装置的配置。

图1是框图，示出按照本发明实施例1的自动聚焦装置的配置。

在图1中，含有与那些在已经解释的传统自动聚焦装置(见图7)中相同配置和功能的部件赋予相同的参考数字。

如同下面要详细解释的，焦点对准方向存储器504和焦点对准区判定电路505是执行这个实施例中重要功能的装置，不能用于传统的自动聚焦装置内。

参考数字1表示由多个透镜单元构成的图像摄取透镜，它包括：放置在光轴上的变焦透镜，聚焦透镜等。参考数字1a表示构成图像摄取透镜1一部分的聚焦透镜(在本说明中，聚焦透镜简称为“透镜”)并将它按光轴的方向移动该透镜能够实现聚焦。

参考数字2表示图像摄取部件，它是图像摄取装置，将经过图像摄取透镜1进入的目标形成该目标的光信号图像，将它转换为电信号并输出作为时间序列信号，该图像摄取装置包括例如CCD(电荷耦合装置)的固体图像摄取部件。

参考数字3表示图像信号产生电路，它是能将各种类型的信号处理应用于来自图像摄取部件2的输出信号的一种图像信号产生装置，而各种类型的信号处理涉及模/数转换，增益控制，校正，亮度信号产生处理，色差信号产生处理等，并根据需要，也能施加光圈校正，噪声衰减等。

参考数字4表示聚焦信号检测电路，它是聚焦信号检测装置，并包括低通滤波器(下文中称为“LPF”)41，高通滤波器(下文中称为“HPF”)，峰值检测电路43和加法电路44。LPF41对从图像信号产生电路3输出的时间序列信号的亮度信号进行积分，并除去噪声成分。HPF42输出BP信号，它是通过对来自LPF41的输出信号进行微分获得的输出信号。峰值检测电路43将来自HPF42的信号转换成绝对值并检测出每个水平扫描期内相应于预定区域(例如图像摄取屏幕中间的50％)的信号的峰值(PK信号)。加法电路44对垂直扫描期内来自峰值检测电路43的信号的峰值进行累加，并产生聚焦信号VF。

参考数字5表示透镜控制电路，它是透镜控制装置并通过计算这个聚焦信号VF和前一个聚焦信号之间的差别，产生偏差成分VF，该前一个聚焦信号例如为由微分电路501在一个时间区段前获得的一个聚焦信号，该微分电路501是微分装置。焦点对准方向判定电路502是焦点对准方向判定装置，确定焦点对准方向是位于相对于实际焦点的远侧还是位于近侧或者通过观看这个偏差成分VF符号确定它是与瞬间先前移动方向相同或相反。在这时，当透镜驱动伴随有摆动操作以决定方向时，如果摆动频率为30Hz，两个时间区段(field)相应于一个周期的振荡，并因此在一个时间区段前获得的聚焦信号中计算一个差别后，交替地为每个时间区段反转其符号并用于决定焦点对准的方向。在决定方向过程中，当符号是正时，决定远侧为焦点对准方向，而当符号为负时，决定近侧为焦点对准方面。

焦点对准方向存储器504储存由按时间序列次序在焦点方向判定电路502的确定中产生的多个(例如20个)焦点对准方向信号。当信号的个数超过20时，数据从最老的数据开始重写，并因此总可以储存最近的20个数据。

焦点对准区判定电路505是焦点对准区判定装置，计算这些20条焦点对准方向数据，并确定焦点对准位置的接近与否。如同判定方法一样，例如，对这20条数据进行方向计数并当每种方向的数据为预定阀值时(例如5条或更多条数据位于远侧和5条或更多条数据位于近侧)时，确定透镜已经接近焦点对准位置。

透镜控制量计算电路503是透镜控制量计算装置，从由焦点对准方向判定电路502获得的结果中确定透镜移动的方向，从聚焦信号VF电平和焦点对准区判定电路505的结果中确定透镜移动量，并将透镜移动量输出到透镜驱动部件6。透镜驱动部件6由这个控制量驱动并移动聚焦透镜1a。由这些配置和操作自动地实现聚焦。

这样，有可能按照焦点对准位置是否接近适当地改变透镜1a的移动量。微分电路501，焦点对准方向判定电路502，透镜控制量计算电路503，焦点对准方向存储器504和焦点对准区判定电路505构成透镜控制电路5。

然后，将解释这个实施例的自动聚焦装置的工作原理。当解释这个实施例的自动聚焦装置的工作原理时，也将解释本发明聚焦方法的一个实施例(相同的原理将应用于其他实施例)。

由多面含有聚焦透镜1a的透镜构成的图像摄取透镜1是由透镜驱动部件6(例如线性马达和它的驱动电路)进行位置控制的。

目标的光学图像经过图像摄取透镜1形成在图像摄取部件2(例如CCD)上，该图像摄取部件2变成图像摄取装置。图像摄取部件2对所形成的目标图像进行光电转换并将它输出作为时间序列信号。图像信号产生电路3对图像摄取部件2的输出施加各种类型信号处理并输出预定图像信号CO(例如NTSC信号)。这里，各种类型信号处理涉及模/数转换，增益控制，校正，亮度信号产生处理，色差信号产生处理等，并根据需要，进一步包括光圈校正，噪声衰减等。

聚焦信号检测电路4用LPF41对从图像信号产生电路3输出的时间序列信号中的亮度信号YE进行积分，消除噪声信号并然后输出已由HPF42经过微分的BP信号，峰值检测电路43将这个信号转换为绝对值，检测出相应于在每个水平扫描期内的预置区域(例如图像摄取屏幕中间的50％区域)的信号峰值，加法电路44进一步对水平扫描期的这些峰值(PK信号)进行累加，以产生聚焦信号VF。这个聚焦信号VF变成相应于目标图像对比度程度的代表值，并输入到透镜控制电路5。

这里，将详细地解释怎样确定在透镜控制电路5的透镜控制量计算电路503中的透镜移动量。

如同依据聚焦信号VF确定透镜1a移动量的方法，例如，预先指定阀值电平LEV1和阀值电平LEV2(LEV1＞LEV2)，如果VF＜LEV1，假定移动量为MV1，如果LEV1 VF＜LEV2，假定移动量为MV2及如果LEV2 VF，假定移动量为MV3。此外，当焦点对准区判定电路505确定接近焦点对准位置时，移动量假定为MV4。这里，假设移动量MV1，MV2，MV3和MV4之间的关系为MV1＞MV2＞MV3＞MV4。例如MV4假定为最小的单元量。

然后，用图2解释聚焦信号VF和透镜移动之间的关系。

在图2中，X轴示出聚焦透镜1a的透镜位置并示出基本上在中间的焦点位置。Y轴示出聚焦信号VF的电平。目标A的特性示出图像摄取条件良好(当对比度和照明度充足时)时的特性，而目标B的特性示出目标的图像摄取条件较差的情况(低对比度，低照明度等)。LEV1和LEV2示出阀值电平而MV1到MV4示出透镜移动量。由箭头的长度表示MV1到MV4的移动量。

在图2中，例如在目标A的情况中，当透镜位置为P1时，聚焦信号VF小于LEV1，并因此将透镜1a向焦点对准位置移动移动量MV1。当透镜1a向焦点对准位置移动并且聚焦信号VF电平增加并超过LEV1时(这时的透镜位置为P2)，通过由移动量小于MV1的MV2替代MV1，使透镜移向焦点对准位置。此外，当聚焦信号VF电平超过LEV2时(这时的透镜位置为P3)，通过由移动量小于MV2的MV3替代MV2，移动透镜。然后，当透镜达到P4的位置时，焦点对准区判定电路505确定实际透镜位置接近焦点对准位置并将移动量变为小于MV3的MV4。后面用图3描述确定焦点对准位置区的方法。然后，当将透镜1a移动MV4移动量并且透镜1a越过焦点对准位置移动到P5时，聚焦信号VF电平减少并因此使透镜1a反向移动并将透镜带回到更接近焦点对准位置。聚焦信号VF电平达到最高点的位置就是焦点对准位置。

然后，在目标B的情况，当透镜位置为Q1时，聚焦信号VF小于LEV1，并因此使透镜1a向焦点对准位置移动移动量MV1。透镜移1a移向焦点对准位置并当聚焦信号VF电平增加并超过LEV1时(这时的透镜位置为Q2)，通过由移动量小于MV1的MV2替代MV1，使透镜移向焦点对准位置。当透镜位置达到Q3时，焦点对准区判定电路505确定当前的透镜位置接近焦点对准位置，并将移动量从MV2改变为MV4。后面将用图3描述确定焦点对准位置区的方法。然后，使透镜1a移动移动量MV4并使透镜1a越过焦点对准位置移到Q4时，聚焦信号VF电平减少，并因此使透镜1a反向移动并带回到更接近于焦点对准位置。聚焦信号VF达到最高点的位置就是焦点对准位置。

这样，按照这个实施例，透镜1a的移动量不依赖于目标，变为焦点对准位置区的最小值，并因此有可能使由振荡引起的图像扰动减少到最小。

此外，当MV4设置为0时，当透镜接近焦点对准位置时立刻停止，并因此有可能提供无振荡的稳定图像。

此外，给焦点对准位置区提供MV4移动量使它有可能设置成比MV1，MV2和MV3的传统值更大的值。这使它有可能在未接近焦点对准位置时，增加透镜1a的移动速度并改善了响应性。

此外，当执行爬山控制伴随着摆动操作时，如果焦点对准区判定结果显示透镜接近焦点对准位置，通过减少摆动幅度量，还有可能减少接近焦点对准位置时的图像摆动。

此外，如果透镜不在焦点对准位置区，能将摆动幅度量能设置成比传统量更大的值，并因此易于提取聚焦信号的偏差成分并易于确定焦点对准方向。即使用低照明度下的传统景物和目标并且用爬山法不能良好处理的低对比度时，使它有能达到具有良好响应性的聚焦。

将摆动幅度量加到透镜移动量并输出到透镜驱动部件6，作为透镜控制量。

然后，用图3以及用图2中的目标B作为例子，解释焦点对准区判定电路505确定透镜位置接近于焦点对准位置的处理过程细节以及透镜1a的工作情况。

在图3中，X轴显示时间而Y轴显示透镜位置。当按时间顺序解释工作原理时，首先使透镜1a向焦点对准位置移动移动量MV1。因为在移动开始后这时的焦点对准方向是正方向，符号为正(+方向)。因此，记录在焦点对准方向存储器504内的符号个数也为20个“+”及0个“-”。

然后，当聚焦信号VF超过LEV1时，移动量从MV1变为MV2，并当透镜1a进一步继续移动并超过焦点对准位置时，焦点对准方向变为负方向，并因此从焦点对准方向判定电路502输出“-”号。焦点对准方向存储器504存储-号并当储存了4个-号时，透镜1a又越过焦点对准位置。然后，从焦点对准方向判定电路502输出的符号又变为+，并增加+号的个数。

通过重复这样的操作，当在焦点对准方向存储器504内储存了5个-号时，就确定透镜1a已经达到接近焦点对准位置，并将移动量从MV2改变为MV4。然后，使透镜1a向焦点对准位置移动移动量MV4。

在焦点对准区判定电路505不顾聚焦透镜1a的透镜位置，确定透镜接近焦点对准位置时的时限(图3中的Z1)后的某一预定时间的时限(图3中的Z2)，透镜控制量计算电路503停止运行。

当然，在焦点对准的情况中，当透镜1a停止时，透镜位置可能停止在稍微偏离焦点对准位置，但是紧接在透镜停止前的透镜移动量极其小。为此，聚焦透镜1a能够停在极其接近焦点对准位置的一个位置上，并由此图像可能稍微偏离焦点，但这样小的电平不会出现质量方面的问题。

如上所述，依据这个实施例，因为使透镜在未接近焦点对准位置的位置时移动最大的移动量MV1，有可能增大透镜1a的移动速度，并且使透镜移向接近焦点对准位置时，移动较小的移动量MV4，并因此有可能控制透镜缓慢地移动(精细地)，这使它可能实现具有高响应性，稳定性，精度及高质量的性能。

此外，因为移动图像和静止图像是依据不同图像摄取风格摄取的并也需要不同精度级别，有可能在移动图像和静止图像之间提供不同的移动量，并将聚焦性能的均衡定制在它们各自的最佳状态。

储存在焦点对准方向存储器504中的数据个数不限制在上面所述的值(20)。如果数据个数小于20，存储器的比例能够减少，相反，增加数据个数将增大移动量MV2及移动量MV3，使它们在焦点对准位置摆动，并且即使扩展了判定方向的周期，还具有能稳定地确定透镜是否位于焦点对准位置区的优点。

此外，用于焦点对准区判定电路505的阀值不固定在上面的值(每个方向为5或更大值)。例如，如果阀值个数大于5，有可能减少噪声的影响并也易于吸收由目标对比度差异引起的焦点对准判定信号周期内的差异，这增加了焦点对准判定的精度。相反，减少阀值个数改善焦点对准区判定的速度，导致响应性的改善。

简而言之，因为在下面(1)和(2)的焦点对准方向信号个数之间的差别减少了，有可能控制聚焦透镜1a的移动，以减少聚焦透镜1a的移动速度：(1)从焦点对准位置看，储存的瞬间先前预定的焦点对准方向信号个数中的，表示移动聚焦透镜1a位于远侧的焦点对准方向信号的个数，及(2)从焦点对准位置看，所述储存的瞬间先前预定的焦点对准方向信号个数中的，表示移动透镜1a位于近侧的焦点对准方向信号的所述个数。

此外，经过从焦点对准区判定时限Z1到Z2的时间控制，透镜1a在图3中的时限Z2停止，但当经过例如摄取移动图像的摆动达到焦点对准状态时，也有可能继续摆操作。然而，当摄取静止图像时，透镜停止时进行摆动操作会使质量恶化变得很明显，并因此中止摆动操作。

此外，从焦点对准区判定时限Z1到透镜停止时限Z2的周期控制是经过时间控制执行的，但也有可能执行存储器计数控制，这样当从焦点对准区判定时限Z1连续向前某一预定时间次数时，在焦点对准方向存储器504内储存至少含有某一预定个数(在这个实施例中为5)的“+”号和“-”号的聚焦信号时，就能确定透镜的停止时限。

简而言之，在下述两种情况能够停止聚焦透镜1a：(a)在上述差别降到低于某个预定值后已经过某一预定时间以后，或者(b)在上述差别降到低某一预定值后连续经过某一预定次数以后。

本发明的聚焦信号产生装置相应于聚焦信号检测电路4，本发明的焦点对准方向信号产生装置相应于焦点对准方向判定电路502，本发明的焦点对准方向信号存储装置相应于焦点对准方向存储器504而本发明的聚焦透镜移动控制装置相应于含有透镜控制量计算电路503和焦点对准区判定电路505的装置。

(实施例2)

然后，主要参考图4，解释这个实施例的自动聚焦装置的配置和工作原理。

图4描述本发明实施例2的配置。

作为整个配置，这个实施例与上述的实施例1的不同之处在于：它配备有透镜位置检测部件7，以及聚焦信号VF也连接到焦点对准区判定电路505。这里将省略赋予相同参考数字的部件描述。

参考数字7表示透镜位置检测部件，它是透镜位置检测装置并能检测透镜在聚焦透镜1a光轴上的当前位置，并且包括：例如，MR传感器(磁阻元件传感器)和它的检测电路。由透镜位置检测部件7检测的透镜当前位置的信息输入到透镜控制量计算电路503。

透镜位置检测部件7检测当前透镜位置，以及透镜控制电路5控制下一个透镜移动方向及移动量，同时反馈当前透镜位置。

因为透镜位置控制是经过反馈控制实现的，减少了所谓的未同步现象可能性，并有可能对透镜1a进行更快地和更精确的位置控制。如果由线性马达构成透镜驱动部件6，这个配置更加有效。即，线性马达比步进马达驱动更快，并因此有可能使用一种这样的控制方法：透镜控制电路5执行爬山控制达到聚焦信号VF的最大值，同时连续地应用摆动并检测焦点对准方向。

连续应用摆动的一个优点是它改善了有关目标移动及景物振动的跟踪性，并由此极大地改善了图像摄取配置改变时的响应性。

在这样一种配置中，由本发明焦点对准区判定对移动量的适当控制是极其有效的。改善了响应性，改善了稳定性并且也提高了精度。

此外，聚焦信号VF也输入到这个实施例的焦点对准区判定电路。这改善了焦点对准区判定的精度和可靠性。例如，当聚焦信号低于噪声信号电平时，有可能确定噪声显著地影响到焦点对准方向判定结果，以及数据的可靠性较低，并由此避免做出任何焦点对准区的判定。

本发明的聚焦透镜位置检测装置相应于透镜位置检测部件7。

(实施例3)

然后，主要参考图5解释这个实施例的自动聚焦装置的配置。

图5示出本发明实施例3的配置。

整个配置与前述的实施例2的不同之处在于它配备有焦点对准区数据存储器506。这里将省略赋予相同参考数字的部件解释。

参考数字5表示透镜控制电路，它是透镜控制装置，配备有微分电路501，焦点对准方向判定电路502，透镜控制量计算电路503，焦点对准方向存储器504，焦点对准区判定电路505以及焦点对准区数据存储器506。透镜控制量计算电路503依据焦点对准方向判定电路502的输出，聚焦信号VF电平，焦点对准区判定电路505的结果以及焦点对准区数据存储器506的数据来计算聚焦透镜1a的移动方向和移动量，并将透镜控制量的信息输出到透镜驱动部件6。焦点对准区数据存储器506不仅储存聚焦信号VF，而且储存相应于多次过去的透镜移动(例如20次)的透镜控制量。如用聚焦信号一样，这储存的数据也从最老的数据开始顺序地重写，以这样一种方式，总是能储存相应于最近20次透镜移动的数据。

然后，将解释这个实施例自动聚焦装置的工作原理。

由含有聚焦透镜1a的多面透镜构成的图像摄取透镜1是由透镜驱动部件6(例如，线性马达和它的驱动电路)进行位置控制。透镜位置检测部件7(例如，MR传感器和它的检测电路)检测透镜在聚焦透镜光轴上的当前位置。

聚焦信号检测电路4用LPF41对从图像信号产生电路3输出的时间序列信号中的亮度信号YE进行积分，消除噪声成分并输出经过HPF42微分的BP信号。峰值检测电路43将这个信号转换为绝对值，检测出相应于每次水平扫描期的预置区(例如图像摄取屏幕中间的50％)的一个信号的峰值，加法电路44进一步对垂直扫描期的这些峰值(PK信号)进行累加并产生聚焦信号VF。这个聚焦信号VF变成相应于目标图像的对比度程度的代表值。将相应于在过去储存许多次(例如20次)的这个聚焦信号VF储存在焦点对准区数据存储器506，作为焦点对准区聚焦信号。这个储存的数据从最老的数据开始重写，以这样一种方式，总是能储存相应于最近20次储存的数据。

此外，焦点对准区数据存储器506不仅储存聚焦信号VF，而且储存来自透镜控制量计算电路503的相应于在过去储存的许多次数(例如20次)的透镜控制量(将在后面描述)。如同用聚焦信号一样，这个储存数据也是从最老的数据开始顺序地重写，以这样一种方式，总是能储存相应于最近20次储存的数据。

这里，需要按时间序列将储存在焦点对准区数据存储器506内的焦点对准区聚焦信号与在焦点对准位置区的透镜控制量联系在一起。作为一个特殊例子，例如，假定按1个区段的时间间隔储存数据，以及从透镜控制部件5的透镜控制量的输出时限到聚焦信号VF至透镜控制部件5的输入时限的时间延迟例如为2个区段，调整时序，以使焦点对准区数据存储器506的记录时限相对于焦点对准区数据存储器506的输入时限延迟2个区段。因为这个延迟相应于2条数据，如果通过将存储器地址位移2个地址单元后记录数据，储存的数据与相同的地址联系在一起。

透镜控制量计算电路503依据焦点对准方向判定电路502的输出，聚焦信号VF电平，焦点对准区判定电路505的结果及焦点对准区数据存储器506的数据来计算透镜1a的移动方向和移动量，并将控制量输出到透镜驱动部件6。

当焦点对准区判定电路505没有确定透镜是在焦点对准位置区内，就不能使用焦点对准区数据存储器506的数据，并依据焦点对准方向判定电路502的输出结果及聚焦信号VF电平确定透镜1a的移动方向和移动量。此外，当焦点对准区判定电路505确定透镜是在焦点对准位置区内，它查看透镜在焦点对准位置区期间的焦点对准区数据存储器506的数据，并当焦点对准区聚焦信号的电平达到最大值时，将透镜位置看作为焦点对准位置。然后，当这个透镜1a停止时，焦点对准区判定电路505用与这个焦点对准区聚焦信号最大值相关的焦点对准位置区内的透镜控制量确定透镜1a的最终移动方向和移动量。

当依据透镜是否在焦点对准位置区适当地改变透镜1a的移动量，并依据这种配置和工作原理停止透镜1a时，通过用透镜在焦点对准位置区期间的过去的聚焦信号电平中取最大值的透镜控制量来校正透镜1a的位置，有可能达到精确聚焦。

当然，可用各种内插算法精确地计算聚焦信号电平变成最大值的透镜1a的位置。

认为聚焦信号电平变为最大值的透镜1a的位置经常出现在接近于从焦点对准方向判定电路502输出符号所在的信号透镜1a位置，因为焦点对准方向信号改变了。

这里，将解释停止透镜1a的时序与响应性及焦点对准精度(透镜停止振动)之间的关系。

储存在焦点对准区数据存储器内的焦点对准位置区的透镜控制量的步长间隔取决于那时的透镜1a的移动量。因此，当在焦点对准区判定电路505确定透镜是在焦点对准位置区内后立即停止透镜1a时，响应性是良好的，但关于透镜1a停止的精度，焦点对准位置区内的透镜控制量变成由不同于移动量MV4的移动量指定的步长间隔。

与这形成对比，通过在确定透镜位于焦点对准位置区内后将透镜移动量减少到MV4并当已经过某一预定时间(例如20个区段)时停止该透镜，就可减少步长间隔，减少透镜停止时的振动并有可能达到更精确的停止控制。

然后，参考图6，用图2的目标B以及透镜1a的工作情况作为例子，解释在焦点对准区判定电路505确定透镜位置是在焦点对准位置区内的处理过程细节。

在图6的透镜移动原理图中，X轴表示时间，Y轴表示透镜位置。用图按时间序列解释其工作原理。在图6中，首先将透镜1a向焦点对准位置移动移动量MV1。因为移动开始后在这时的焦点对准方向是正方向，符号为正(+方向)，如图6所示。因此，记录在焦点对准方向存储器504内的符号数也是20个“+”号和0个“-”号。然后，当聚焦信号VF超过LEV1时，移动量从MV1改变为MV2，并当透镜1a进一步继续移动并超过焦点对准位置时，焦点对准方向变为负方向，并因此焦点方向检测电路502输出“-”号。“-”号储存在焦点对准方向存储器504内，并在4个“-”号储存在该存储器内的时限，透镜1a又越过焦点对准位置。然后，从焦点对准方向判定电路502输出的符号又变为+号，并累加+号的个数。重复这种操作并当5个-号储存在焦点对准方向存储器504内时，确定透镜1a接近于焦点对准位置并将移动量从MV2改变到MV4。然后，透镜1a向焦点对准位置移动移动量MV4。

然后，透镜控制量计算电路503试图在时限(图6中的Z2)停止运行，该时限是在时限(图6中的Z1)后的某一预定时间，在该时限Z1，焦点对准区判定电路505不顾聚焦透镜1a的透镜位置确定透镜接近焦点对准位置。当透镜1a停止时，储存在焦点对准区数据存储器506的焦点对准区聚焦信号电平达到最大值(当透镜1a越过焦点对准位置时)时的透镜位置看作为焦点对准位置，并有可能用这个焦点对准区聚焦信号的最大值和焦点对准位置区内的相关控制量确定透镜1a的移动方向和移动量，并最后将透镜1a停止在该焦点对准位置。

通过确定透镜是在焦点对准位置区还是没有经过上面描述的配置和操作，并通过用焦点对准位置区内的数据停止该透镜，有可能改善不同于焦点对准位置区的区域内的响应性，并改善焦点对准位置区内的质量和精度。

而且，因为依据不同的图像摄取风格拍摄移动图像和静止图像并且也要求不同的精度级别，有可能在移动图像和静止图像之间提供不同的移动量并将聚焦性能的均衡定制到它们各自的最佳状态。

此外，如上面描述的，通过在聚焦信号VF电平未超过某一预定值的周期内确定焦点对准方向数据受噪声的影响并具有较低的可靠性，以及将焦点对准区判定结果看作为非法的或自己中止焦点对准区判定，以及总认为透镜不在焦点对准位置区内，有可能做出精确的焦点对准区判定。

储存在焦点对准区数据存储器506内的透镜控制量不一定是输出到透镜驱动装置的数据，并且不必说它也有可能储存相应于透镜1a位置信息(例如目标位置和当前位置)的数值以及将该数据转换成透镜控制量。

此外，这个实施例倾向于通过提供透镜位置检测电路进行位置反馈控制来改善响应性和焦点对准的精度，但是使用，例如，步进马达进行开路控制也能够达到改善精度的相似效果，并且假若这样，不再需要透镜位置检测电路，并这样有可能实现成本的降低。

本发明的聚焦信号电平数据储存装置相应于焦点对准区数据存储器506，本发明的聚焦透镜位置数据存储装置相应于焦点对准区数据存储器506以及本发明的聚焦透镜位置校正装置相应于含有透镜驱动部件6和透镜控制量计算电路503的装置。

如上所述，已经详细解释了实施例1到3。

本发明的程序是一个这样程序：使计算机能执行上面描述的本发明的聚焦方法的全部步骤或一些步骤(或过程，操作或动作等)；并是一个能与计算机协同工作的程序。

此外，本发明的记录介质是能储存程序的记录介质，使计算机执行上面描述的本发明聚焦方法的全部步骤或一些步骤(或过程，操作或动作等)的所有或一些操作，并且也可以是计算机可读的记录介质，允许与计算机协同读出程序，以执行上面描述的操作。

上面描述的本发明术语“一些步骤(或过程，操作或动作等)”涉及那些众多步骤中的一个或几个步骤。

上面描述的本发明术语“步骤操作(或过程，操作或动作等)”涉及上面描述步骤的全部操作或一些操作。

使用本发明程序的方式也可以是一种记录在计算机可读记录介质并且与计算机一起运行的方式。

使用本发明程序的方式也可以是一种经过传输介质传输的，由计算机读出的并且与计算机一起运行的方式。

此外，记录介质包括ROM(只读存储器)等，而传输介质包括例如因特网，光，无线电波及声波等的传输介质。

此外，上面描述的本发明的计算机不限制于纯硬件，例如CPU，但也可以包括固化硬件，OS或外围设备。

如上所述，本发明的配置也可由软件或由硬件实现。

如上所述，上面描述的配置已经使它有可能确定透镜是位于焦点对准位置区，还是不具有极其高的精度，并且适当地改变透镜的移动量，因此实现稳定，高响应及高精度地聚焦，而不会在宽目标条件下引起任何故障，并能产生极其好的自动聚焦效果。

为摄像机或数字照相机提供这样一种自动聚焦装置使得它有可能获得总是稳定的移动图像以及高质量的静止图像，具有较高的分辨力而不会丢失正在释放快门的瞬间。

工业应用

本发明具有能减少由于振荡引起的图像扰动等，并能摄取高精度移动图像及高分辨力静止图像的优点。

Claims

1、一种聚焦装置，其特征在于，包括：

聚焦信号产生装置，用于产生表示聚焦程度的聚焦信号；

焦点对准方向信号产生装置，用于以某一预定的时间间隔用所述产生的聚焦信号产生一个焦点对准方向信号，该焦点对准方向信号表示：从焦点对准位置看，移动聚焦的聚焦透镜是在远侧还是在近侧；

焦点对准方向信号存储装置，用于储存以所述预定时间间隔产生的所述焦点对准方向信号；及

聚焦透镜移动控制装置，用于按照一预定规则，依据所述储存的焦点对准方向信号中预定数量的瞬时先前储存的焦点对准方向信号，控制所述聚焦透镜的移动，

其中所述预定规则为：随着从所述焦点对准位置看，所述预定数量的瞬间先前储存的焦点对准方向信号中表示移动的聚焦透镜位于所述远侧的焦点对准方向信号个数与从所述焦点对准位置看，所述预定数量的瞬间先前储存的焦点对准方向信号中表示移动的聚焦透镜位于所述近侧的焦点对准方向信号个数之间差别的减少，而减少所述聚焦透镜的移动速度。

2、按照权利要求1所述的聚焦装置，其特征在于，所述聚焦透镜的所述移动在所述差别降到低于某一预定值后已经过某一预定时间后，或在所述差别连续某一预定次数地降到低于某一预定值后停止。

3、按照权利要求2所述的聚焦装置，其特征在于，进一步包括：

聚焦信号电平数据存储装置，用于当产生所述储存的焦点对准方向信号时，储存聚焦信号的聚焦信号电平上的聚焦信号电平数据；

聚焦透镜位置数据存储装置，用于储存所述聚焦透镜位置上的聚焦透镜位置数据，在所述聚焦透镜位置产生含有聚焦信号电平的聚焦信号，储存所述聚焦信号电平上的所述聚焦信号电平数据；及

4、按照权利要求2所述的聚焦装置，其特征在于，只有当所述产生的聚焦信号的聚焦信号电平等于或高于预定值时，按照所述预定规则，依据所述预定数量的瞬间先前储存的焦点对准方向信号的个数，控制所述聚焦透镜的所述移动。

5、按照权利要求2所述的聚焦装置，其特征在于，进一步包括聚焦透镜位置检测装置，检测所述移动聚焦透镜的所述位置，

其中，鉴于所述聚焦透镜的所述检测位置控制所述聚焦透镜的所述移动。

6、一种聚焦方法，其特征在于，包括：

聚焦信号产生步骤，产生表示所聚焦程度的聚焦信号；

焦点对准方向信号产生步骤，以预定时间间隔用所述产生的聚焦信号产生焦点对准方向信号，所述焦点对准方向信号表示：从焦点对准位置看，移动聚焦的聚焦透镜是位于远侧还是位于近侧；

焦点对准方向信号存储步骤，用于储存以所述预定时间间隔产生的所述焦点对准方向信号；及

聚焦透镜移动控制步骤，按照某预定规则依据所述储存的焦点对准方向信号中预定数量的瞬间先前储存的焦点对准方向信号，控制所述聚焦透镜的移动，