CN101126833A - 自动聚焦设备和摄像设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自动聚焦设备和摄像设备。该自动聚焦设备用于使用第一自动聚焦方法和第二自动聚焦方法进行聚焦，在第一自动聚焦方法中，从摄像单元的输出信号得到与图像的对比度相对应的焦点信号，并基于该焦点信号进行镜头驱动控制以将聚焦镜头移动到对好焦的点，在所述第二自动聚焦方法中，得到对应于被摄体距离的信息，并基于所述信息进行镜头驱动控制以将聚焦镜头移动到对好焦的点。比较聚焦镜头向根据所述第二自动聚焦方法的对好焦的点移动的方向与聚焦镜头向根据所述第一自动聚焦方法的对好焦的点移动的方向，并基于比较结果判断是否进行根据第二自动聚焦方法的镜头驱动控制。

Description

自动聚焦设备和摄像设备
技术领域
本发明涉及一种自动聚焦设备，其使用不同的自动聚焦方法，并进行用于将聚焦镜头移动到对好焦的点的镜头驱动控制；本发明还涉及例如摄像机等的摄像设备。
背景技术
近年来，摄像机的自动聚焦设备主要使用这样的聚焦方法：从来自摄像装置的输出信号检测图像的锐度(对比度)，将锐度作为焦点评价值(焦点信号)，并控制聚焦镜头位置以使该焦点评价值达到最大。该方法被称为爬山(hill-climbing)AF方法(下文中称为对比度AF方法)。
一般地，将通过确定带的带通滤波器提取的、摄像装置的输出信号的高频分量的电平用作对比度AF中的焦点评价值。其理由是：当拍摄到正常的被摄体图像时，如图7所示，焦点评价值随着聚焦而增加，且其电平最高的点为对好焦的点。
AF方法还包括在卤化银胶卷单镜头反射照相机中通用的内部测距相位差AF方法。在该方法中，将通过摄像镜头的出摄光瞳的光束分割为两束光束，用一对测距传感器分别接收各光束。检测根据接收光的量来输出的信号的偏离量，也就是说，检测沿束分割方向(beam splitting direction)的相对位置偏离量。由此，直接得到摄像镜头的沿聚焦方向的偏离量。因此，如果测距传感器进行一次积累操作，则可以得到聚焦偏离的量和方向，且可以进行高速聚焦操作。
还有另一种相位差AF方法，其中，测距传感器与摄像镜头独立地设置。该方法称为外部测距相位差AF方法。在外部相位差AF方法中，将从被摄体接收到的光束分割为两束光束，并用一对测距传感器分别接收各光束。检测根据接收光的量来输出的信号的偏离量，也就是说，检测沿束分割方向的相对位置偏离量。由此，通过三角测量得到被摄体距离。使用外部测距传感器的AF方法还包括：使用超声波传感器测量传播速度的方法，以及小型照相机通用的、使用红外传感器进行三角测量的方法。在这些方法中检测与被摄体距离相对应的信息。
例如，可以用内部测距相位差AF方法移动聚焦镜头以靠近对好焦的点，然后，用对比度AF方法将聚焦镜头驱动到对好焦的点(例如，见日本特开平第5-64056号公报)。
在上述已知设备中，首先将聚焦镜头移动到由对比度AF方法之外的AF方法确定的对好焦的点。仅当焦点评价值大于预定量时，各设备将它们的AF方法改变为对比度AF方法。然后，用对比度AF方法进行到对好焦的点的驱动控制(镜头驱动控制)。这样设置的原因是对比度AF方法可以使聚焦更准确。
因此，根据对比度AF方法的对好焦的点通常与根据基于对应于被摄体距离的信息进行镜头驱动控制的、例如相位差AF方法的其它AF方法的对好焦的点不同。另外，用对比度AF方法进行焦点检测的摄像区域不需要与进行相位差AF方法的检测的摄像屏幕上的区域相对应。因此，可以按对比度AF方法和相位差AF方法分别计算不同被摄体的对好焦的点。
在已知设备由于使用了多个AF方法而具有不同对好焦的点的情况下，它们具有下述缺点。尽管聚焦镜头到达了根据可以进行准确对焦的对比度AF方法的对好焦的点，但是聚焦镜头经常不慎移动到用例如相位差AF方法得到的对好焦的点，从而发生离焦。另外，可能发生称为振荡(hunting)的现象，其中，聚焦镜头在按各方法得到的对好焦的点之间往复运动。这些在静止图像的AF设备的情况下，即在AF操作期间不进行记录的情况下不要紧。然而，在运动图像的AF设备的情况下，因为记录了不自然的动作，这些会引起问题。
焦点评价值在平转操作期间或当平转完成时显著波动且不稳定。非常有可能用AF方法进行的聚焦的方向是错的，且用相位差AF方法检测到的对好焦的点经常与用对比度AF方法检测到的对好焦的点不同。因此，当平转完成时的聚焦会花费很长时间。
发明内容
本发明改进了使用不同自动聚焦方法且执行用于将聚焦镜头移动到对好焦的点的镜头驱动控制的自动聚焦设备的聚焦、以及例如摄像机等的摄像设备的聚焦的质量和准确性。
根据本发明的一方面，一种自动聚焦设备，用于使用第一自动聚焦方法和第二自动聚焦方法进行聚焦，在所述第一自动聚焦方法中，从摄像单元的输出信号得到与图像的对比度相对应的焦点信号，并基于所述焦点信号进行镜头驱动控制以将聚焦镜头移动到对好焦的点，在所述第二自动聚焦方法中，得到对应于被摄体距离的信息，并基于所述信息进行镜头驱动控制以将聚焦镜头移动到对好焦的点，所述自动聚焦设备包括：第一控制单元，用于比较聚焦镜头向根据所述第二自动聚焦方法的对好焦的点移动的方向与聚焦镜头向根据所述第一自动聚焦方法的对好焦的点移动的方向，并基于比较结果判断是否进行根据第二自动聚焦方法的镜头驱动控制；以及第二控制单元，用于基于所述第一控制单元的判断来控制聚焦镜头的驱动。
根据本发明的另一方面，一种自动聚焦设备，用于使用第一自动聚焦方法和第二自动聚焦方法进行聚焦，在所述第一自动聚焦方法中，从摄像单元的输出信号得到与图像的对比度相对应的焦点信号，并基于所述焦点信号进行镜头驱动控制以将聚焦镜头移动到对好焦的点，在所述第二自动聚焦方法中，得到对应于被摄体距离的信息，并基于所述信息进行镜头驱动控制以将聚焦镜头移动到对好焦的点，所述自动聚焦设备包括：平转状态完成检测单元，用于检测平转状态是否完成；以及控制单元，用于当所述平转状态完成检测单元检测出平转状态完成时，基于所述对应于被摄体距离的信息与对应于当前聚焦镜头位置的被摄体距离之间的差是否大于预定值，来判断是否进行根据所述第二自动聚焦方法的镜头驱动控制。
根据下面(参考附图)对典型实施例的说明，本发明的其它特征和各方面将变得明显。
附图说明
图1示出根据本发明第一实施例的摄像机的示例系统结构。
图2是示出本发明第一实施例中示例AF控制处理的流程图。
图3是示出本发明第一实施例中示例镜头驱动处理的流程图。
图4A和图4B示出本发明第一实施例中的微小驱动；尤其是，图4A示出垂直同步信号，图4B示出显示关于时域的镜头位置的图。
图5示出本发明第一实施例中平转之前和之后陀螺仪传感器的示例输出。
图6示出根据本发明第二实施例的摄像设备的示例系统结构。
图7示出聚焦镜头位置和焦点评价值之间的关系。
具体实施方式
第一典型实施例
图1示出根据本发明第一实施例的摄像机的示例系统结构。在图1中，附图标记101表示固定的第一镜头单元，附图标记102表示变焦镜头，附图标记103表示光圈，附图标记104表示固定的第二镜头单元。附图标记105表示聚焦补偿镜头(下文中称为聚焦镜头)，其具有校正与变焦一同发生的焦平面的移动的功能和聚焦的功能。附图标记106表示例如CCD传感器等摄像装置。附图标记107表示CDS(相关双采样)/AGC(自动增益控制)电路，其对摄像装置106的输出信号进行采样并调整增益。附图标记108表示照相机信号处理电路，其将来自CDS/AGC电路107的输出信号处理为对应于下述记录装置109的信号。附图标记109表示使用磁带、光盘、磁盘或半导体存储器的记录装置。
附图标记110表示用于移动变焦镜头102的变焦驱动源(马达)。附图标记111表示用于移动聚焦镜头105的聚焦驱动源(马达)。附图标记112表示AF门。在CDS/AGC电路107的输出信号中，只有用于焦点检测的区域中的信号被允许通过AF门112。附图标记113表示焦点信号处理电路，其从通过AF门112的信号中提取高频分量，并使其成为焦点评价值(焦点信号)。附图标记114表示照相机/镜头控制微型计算机。基于焦点信号处理电路113的输出信号，微型计算机114控制聚焦驱动源111来驱动聚焦镜头105，并向记录装置109输出图像记录指令。附图标记115表示监视装置，其以图像的形式显示照相机信号处理电路108的输出信号，使用该监视装置，使得摄影者可以监视图像。附图标记116表示变焦开关。当进行变焦时，摄影者操作变焦开关116。响应该操作，照相机/镜头控制微型计算机114控制变焦镜头102和聚焦镜头105。附图标记121表示外部测距单元，其使用例如相位差AF方法、超声波传感器方法或红外传感器方法等已知方法，检测根据被摄体距离的信息。在本实施例中，外部测距单元121代表性地使用相位差AF方法。
附图标记131表示陀螺仪传感器，其检测摄像机的抖动状态。附图标记132表示放大器，其放大陀螺仪传感器131的输出信号。该信号被带到照相机/镜头控制微型机算计114中。基于该信号，进行图像稳定性控制。省略图像稳定性控制的细节。可以根据放大器132的输出信号判断平转是否完成。
图2是示出照相机/镜头控制微型计算机114中AF处理的示例操作的流程图。下面参考该流程图给出简要说明。
首先，在步骤S401中，确认聚焦镜头105是否在对好焦状态。例如，将在进行对好焦判断时的焦点评价值与当前焦点评价值相比较。如果差大于或等于预定值，则判断为聚焦镜头105焦点没对好，流程进行到步骤S402。在步骤S402中，用相位差AF方法和对比度AF方法进行聚焦镜头105的驱动控制。下文中将进行详细说明。
在通过镜头驱动控制将聚焦镜头105移动到对好焦的点之后，流程进行到步骤S403，在该步骤进行对好焦状态的确认。例如，在用对比度AF方法将镜头移动到对好焦的点之后，将聚焦镜头105在焦点评价值的峰位置附近慢慢地往复运动，或如下文中所述微小地驱动聚焦镜头105。通过该操作，确认聚焦镜头是否位于对好焦的点。如果确认了对好焦状态，则流程进行到步骤S404。停止聚焦镜头105，且流程返回到步骤S401。
通过重复上述操作实现AF处理。
图3是示出步骤S402中执行的镜头驱动处理的流程图。下面参考该流程图给出详细说明。
首先，在步骤S201中，微小地驱动聚焦镜头105以判断对好焦方向。将参考图4A和图4B说明该微小驱动。
图4B示出微小驱动期间聚焦镜头105的移动。横轴代表时间，纵轴代表聚焦镜头105的位置(镜头位置)。图4A示出摄像装置106的输出信号(图像信号)的垂直同步信号。
在图4B中，在与垂直同步信号同步的时刻TA取入相对于在A期间摄像装置106中积累的电荷(椭圆形)的焦点评价值EVA。在时刻B取入相对于在B期间摄像装置106中积累的电荷(椭圆形)的焦点评价值EVB。在时刻TC，比较焦点评价值EVA和焦点评价值EVB。如果EVB＞EVA，则移动振动中心(驱动振幅＝振动振幅+中心移动振幅)。如果EVA＞EVB，则不移动振动中心(驱动振幅＝振动振幅)。如果接连将振动中心移动到相同方向预定次，则判断为该方向是对好焦方向。如果通过该操作检测到焦点评价值的峰，可以判断为该峰是对好焦的点。
现在将注意力返回到图3。在步骤S201中判断出对好焦方向之后，流程进行到步骤S202，来计算与聚焦镜头105的当前位置相对应的被摄体距离。接下来，在步骤S203中，用距离传感器检测被摄体距离。步骤S202和S203判断用于对被摄体聚焦的镜头驱动方向。
接下来，在步骤S204中，判断平转是否完成。将参考图5说明平转期间的陀螺仪传感器131的输出。
图5示出平转期间陀螺仪传感器131的输出。横轴代表时间，纵轴代表陀螺仪传感器的输出。基于平转的方向，陀螺仪的输出是正或是负。图5示出进行平转以使输出为正的情况下的输出。当摄相机持在摄影者的手中，照相机抖动的频率分量叠加在图5所示的信号上。然而，将照相机抖动信号去除以使说明更容易理解。
陀螺仪131是角速度检测传感器。输出在平转期间出现，并当平转完成时几乎为零。当平转快时，输出大。当平转慢时，输出小。通过使用该输出，可以判断出平转的完成。例如，图5中所示平转判断值被设定。当输出落到该平转判断值之下时，可以判断出平转完成。
注意力再回到图3。如果在步骤S204中没有经过预定时间，则流程进行到步骤S205。在步骤S205中，判断从当前聚焦镜头位置出发，根据相位差AF的对好焦聚焦镜头位置(对好焦的点)的方向是否与通过对比度AF聚焦镜头105移动的方向相同。如果对好焦聚焦镜头位置是在相同方向，则流程进行到步骤S206。在步骤S206中，判断与当前聚焦镜头位置相对应的被摄体距离和与通过相位差AF检测的相位差相对应的被摄体距离之间的差是否大于预定值Th1。如果被摄体距离的差大于Th1，则流程进行到步骤S207，在该步骤中，计算与被摄体距离相对应的聚焦镜头105的移动量。接下来，在步骤S208中，将聚焦镜头105移动所计算的移动量。在聚焦镜头105的移动完成后，流程进行到步骤S209，执行对比度AF的镜头驱动控制来将聚焦镜头105驱动到对好焦的点。其理由是：对比度AF的对好焦精度比如上所述的相位差AF的对好焦精度高。
如果在步骤S205中判断为对好焦聚焦镜头位置不在同一方向，聚焦镜头不被移动到相位差AF的对好焦聚焦镜头位置，且在步骤S209中进行对比度AF的镜头驱动控制。此外，在步骤S206中与当前聚焦镜头位置相对应的被摄体距离和与通过相位差AF检测的相位差相对应的被摄体距离之间的差不大于预定值Th1的情况下，聚焦镜头不移动到相位差AF的对好焦聚焦镜头位置，且在步骤S209中进行对比度AF的镜头驱动控制。
如上所述，基于对到根据相位差AF的对好焦聚焦镜头位置的移动方向与在对比度AF的镜头驱动控制中聚焦镜头被驱动的方向的比较结果，改变聚焦操作(是否将聚焦镜头移动到根据相位差AF的对好焦聚焦镜头位置)。这可以防止聚焦镜头被不慎移动到根据相位差AF的对好焦聚焦镜头位置，并可以防止导致图像模糊或振荡的AF操作。
如果在步骤S204中判断为在平转完成后没有经过预定时间，则跳过步骤S205的处理。如果在与当前聚焦镜头位置相对应的被摄体距离和与通过相位差AF检测的相位差相对应的被摄体距离之间没有差值时，则立即执行对比度AF的镜头驱动控制。然而，如果存在距离差，也就是说，如果在平转后聚焦镜头显著离焦，则在步骤S207和S208中进行到通过相位差AF检测出的对好焦的点的镜头驱动控制。在没有距离差的情况下，可以通过对比度AF进行高质量聚焦操作。在由于平转使焦点评价值包括大误差的显著离焦状态的情况下，可以进行相位差AF的高速聚焦操作。
在上面的第一实施例中，基于陀螺仪传感器131的输出信号进行平转的判断。然而，本发明不限于此。可以用例如加速度传感器的任何传感器实现相同的优点，只要其可以检测平转的完成。
还可以根据焦点评价值检测平转的完成。因为图像在平转期间移动，所以通过AF门112的焦点评价值充分均一。然而，因为在平转完成后图像停止，所以在焦点评价值中发生电平差。通过检测该电平差，可以检测出平转的完成。通过使用该信息，可以得到相同的优点。
在上述第一实施例中，基于对到根据相位差AF的对好焦聚焦镜头位置的移动方向和通过对比度AF聚焦镜头105被驱动的方向的比较结果，判断是否将聚焦镜头移动到根据相位差AF的对好焦聚焦镜头位置。这可以防止聚焦镜头被不慎移动到根据相位差AF的对好焦聚焦镜头位置，并可以防止导致图像模糊或振荡的AF操作。
当平转完成时，如果聚焦镜头显著离焦，则将聚焦镜头移动到根据相位差AF的对好焦的点。从而，即使由于平转使焦点评价值不均一，也可以增加平转后的聚焦速度。
第二典型实施例
图6示出根据本发明第二实施例的摄像设备的系统结构。在第二实施例的说明中，相同的附图标记用于指定与第一实施例中的组件相同的组件，以便省略其说明。
在第一实施例中使用外部测距单元121，而在本发明的第二实施例中使用TTL(穿过镜头)相位差AF方法。
在图6中，附图标记321表示半棱镜，其分割光用于自动聚焦。附图标记322表示子镜(submirror)，附图标记323表示AF用成像镜头。附图标记324表示相位差AF用AF传感器，附图标记325表示AF电路。附图标记326表示照相机/AF微型计算机，其从经由AF电路325的AF传感器324的输出检测偏离的量和方向。
在具有该结构的摄像设备的情况下，光圈103在拍摄运动图像期间进行操作。因此，输入光需要在光圈103之前用半棱镜321进行分割。
代替第一实施例中的外部测距方法，在本发明的第二实施例中使用内部测距相位差AF方法来对被摄体进行测距。第一实施例中说明的AF控制算法可以用于第二实施例。
基于对到根据内部测距相位差AF的对好焦聚焦镜头位置的移动方向和通过对比度AF聚焦镜头105被驱动的方向的比较结果，判断是否将聚焦镜头移动到根据相位差AF的对好焦聚焦镜头位置。在平转后，通过将聚焦镜头105移动到根据相位差AF的对好焦的点，可以得到与第一实施例相同的优点。
根据第一和第二实施例，当例如相位差AF的基于对应于被摄体距离的信息进行镜头驱动控制的AF的驱动方向、与对比度AF的驱动方向相同时，进行相位差AF的镜头驱动控制。因此，可以改进聚焦的精度和质量。
在完成平转后的预定时间内，通过相位差AF驱动聚焦镜头，即使在平转后，当焦点评价值不均一时，也可以进行更快的聚焦。
虽然参考典型实施例说明了本发明，应当理解，本发明不局限于所公开的典型实施例。所附权利要求的范围符合最宽的解释，从而包含全部变形、等同结构和功能。

Claims (7)

1.一种自动聚焦设备，用于使用第一自动聚焦方法和第二自动聚焦方法进行聚焦，在所述第一自动聚焦方法中，从摄像单元的输出信号得到与图像的对比度相对应的焦点信号，并基于所述焦点信号进行镜头驱动控制以将聚焦镜头移动到对好焦的点，在所述第二自动聚焦方法中，得到对应于被摄体距离的信息，并基于所述信息进行镜头驱动控制以将聚焦镜头移动到对好焦的点，所述自动聚焦设备包括：
第一控制单元，用于比较聚焦镜头向根据所述第二自动聚焦方法的对好焦的点移动的方向与聚焦镜头向根据所述第一自动聚焦方法的对好焦的点移动的方向，并基于比较结果判断是否进行根据第二自动聚焦方法的镜头驱动控制；以及
第二控制单元，用于基于所述第一控制单元的判断来控制聚焦镜头的驱动。
2.根据权利要求1所述的自动聚焦设备，其特征在于，当聚焦镜头按所述第二自动聚焦方法的移动方向与按所述第一自动聚焦方法的移动方向不同时，所述第一控制单元判断为根据所述第一自动聚焦方法进行镜头驱动控制，而不根据所述第二自动聚焦方法进行镜头驱动控制。
3.根据权利要求2所述的自动聚焦设备，其特征在于，当聚焦镜头按所述第二自动聚焦方法的移动方向与按所述第一自动聚焦方法的移动方向相同，且对应于被摄体距离的所述信息与对应于当前聚焦镜头位置的被摄体距离之间的差大于预定值时，所述第一控制单元根据所述第二自动聚焦方法进行镜头驱动控制，然后，根据所述第一自动聚焦方法进行镜头驱动控制。
4.一种自动聚焦设备，用于使用第一自动聚焦方法和第二自动聚焦方法进行聚焦，在所述第一自动聚焦方法中，从摄像单元的输出信号得到与图像的对比度相对应的焦点信号，并基于所述焦点信号进行镜头驱动控制以将聚焦镜头移动到对好焦的点，在所述第二自动聚焦方法中，得到对应于被摄体距离的信息，并基于所述信息进行镜头驱动控制以将聚焦镜头移动到对好焦的点，所述自动聚焦设备包括：
平转状态完成检测单元，用于检测平转状态是否完成；以及
控制单元，用于当所述平转状态完成检测单元检测出平转状态完成时，基于所述对应于被摄体距离的信息与对应于当前聚焦镜头位置的被摄体距离之间的差是否大于预定值，来判断是否进行根据所述第二自动聚焦方法的镜头驱动控制。
5.根据权利要求4所述的自动聚焦设备，其特征在于，当所述对应于被摄体距离的信息与对应于当前聚焦镜头位置的被摄体距离之间的差大于所述预定值时，所述控制单元根据所述第二自动聚焦方法进行镜头驱动控制，然后，根据所述第一自动聚焦方法进行镜头驱动控制。
6.根据权利要求5所述的自动聚焦设备，其特征在于，当所述对应于被摄体距离的信息与对应于当前聚焦镜头位置的被摄体距离之间的差小于或等于所述预定值时，所述控制单元根据所述第一自动聚焦方法进行镜头驱动控制，而不根据所述第二自动聚焦方法进行镜头驱动控制。
7.一种具有根据权利要求1或4所述的自动聚焦设备的摄像设备。
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