CN101135828B

CN101135828B - 焦点调节设备、摄像设备和控制方法

Info

Publication number: CN101135828B
Application number: CN2007101476814A
Authority: CN
Inventors: 森本庸介
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-09-01
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2027-08-31
Also published as: EP1895768A2; EP1895768B1; CN101135828A; US20080055751A1; US7518807B2; EP1895768A3; JP2008058788A

Abstract

一种焦点调节设备、摄像设备和控制方法。焦点调节设备包括：移动部件，用于移动聚焦镜头；焦点调节部件，用于通过移动聚焦镜头来进行焦点调节，使得从摄像部件获得的图像的锐度增加；以及对好焦位置测量部件，用于以与焦点调节部件不同的方式测量对好焦位置，当图像锐度增加的聚焦镜头的移动方向、与聚焦镜头的当前位置相对于由对好焦位置测量部件测量的对好焦位置的方向匹配时，焦点调节部件沿由对好焦位置测量部件测量的对好焦位置的方向移动聚焦镜头，而当两个方向互相不匹配时，焦点调节部件或是不沿由对好焦位置测量部件测量的对好焦位置的方向移动聚焦镜头，或是不向由对好焦位置测量部件测量的对好焦位置全程移动镜头。

Description

焦点调节设备、摄像设备和控制方法

技术领域

本发明涉及一种在各种摄像设备中使用的焦点调节技术。

背景技术

近来，摄像机的自动聚焦装置主要是所谓的TV-AF型，即，如下进行焦点调节：例如，从通过使用摄像装置对被摄体图像进行光电转换得到的图像信号检测图像锐度作为AF评价值，并控制聚焦镜头位置，从而使AF评价值最大。

TV-AF型中使用的AF评价值一般给定为由允许确定带通过的带通滤波器所提取的图像信号中的高频分量的电平。换种方式表述，如图7中所示，当采集普通被摄体图像时，AF评价值随着聚焦镜头靠近对好焦的点而增加，且其在对好焦的点达到最大。

作为另一种AF技术，公知一种在很多单镜头反射照相机中使用的内部相位差检测技术。使用该内部相位差检测技术，将通过了成像镜头的出射光瞳的光束分为两部分，由焦点检测传感器组分别接收两部分分开的光束。检测根据接收到的光束的量输出的信号之间的偏差，即沿光束分开的方向的相对位置偏差。基于检测到的偏差，直接确定成像镜头沿聚焦方向的偏差。换言之，通过利用焦点检测传感器的帮助进行一次数据积累操作，可以得到焦点偏离的量和方向，并可以高速实现焦点调节操作。

作为另一种相位差检测技术，还公知外部相位差检测技术，其中，测距传感器与成像镜头独立地设置。使用该外部相位差检测技术，将从被摄体接收到的光束分为两部分，并用焦点检测传感器组分别接收两部分分开的光束。检测根据接收到的光束的量输出的信号之间的偏差，即沿光束的分开方向的相对位置偏差。基于检测到的偏差，通过三角测量确定被摄体距离。使用外部测距传感器的AF技术的其它例子包括：使用超声波传感器测量传播速度的类型，以及在很多小型照相机中使用的、使用红外传感器进行三角测量的类型。

此外，公知一种作为上述自动聚焦技术的结合的自动聚焦技术。在一个例子中，在将聚焦镜头移动到根据内部相位差检测技术的对好焦位置的附近之后，将模式改变为TV-AF技术以进一步接近对好焦位置。(见日本特开平第5-64056号公报(第4页和图1))

然而，上述公知技术具有下面的缺点。

一般来说，用TV-AF型之外的技术得到的对好焦位置与用TV-AF技术得到的对好焦位置不同。此外，用TV-AF技术进行焦点检测的摄像区域不总是与用上述相位差检测技术检测到的图像平面上的区域相匹配。因此，在一些情况下，针对同一被摄体，用TV-AF技术和相位差检测技术计算出不同的对好焦位置。当在这种情况下多种AF技术提供不同的对好焦位置时，如果不管聚焦镜头被保持在由TV-AF技术得到的对好焦位置，而将聚焦镜头不正确地移动到由相位差检测技术得到的对好焦位置，则引起模糊。还可能发生另一种不期望的操作，例如振荡，从而聚焦镜头在不同的对好焦位置之间重复往复运动。

发明内容

根据本发明的一方面，提供一种焦点调节设备，包括：移动部件，用于移动聚焦镜头；焦点调节部件，用于通过移动聚焦镜头来进行焦点调节，使得从摄像部件获得的图像的锐度增加；以及对好焦位置测量部件，用于以与所述焦点调节部件不同的方式测量对好焦位置，当图像锐度增加的聚焦镜头的移动方向、与聚焦镜头的当前位置相对于由所述对好焦位置测量部件测量的对好焦位置的方向匹配时，所述焦点调节部件沿由所述对好焦位置测量部件测量的对好焦位置的方向移动聚焦镜头，而当两个方向互相不匹配时，所述焦点调节部件或是不沿由所述对好焦位置测量部件测量的对好焦位置的方向移动聚焦镜头，或是不向由所述对好焦位置测量部件测量的对好焦位置全程移动所述镜头。

根据本发明的另一方面，提供一种包括上述焦点调节设备和用于拍摄被摄体图像的摄像单元的摄像设备。

根据本发明的再一方面，提供一种焦点调节设备的控制方法，所述焦点调节设备包括：移动部件，用于移动聚焦镜头；焦点调节部件，用于通过移动聚焦镜头来进行焦点调节，使得从拍摄被摄体图像的摄像部件获得的图像的锐度增加；以及对好焦位置测量部件，用于以与所述焦点调节部件不同的方式测量对好焦位置，所述控制方法包括如下步骤：如果图像锐度增加的聚焦镜头的移动方向与聚焦镜头的当前位置相对于由所述对好焦位置测量部件测量的对好焦位置的方向匹配，则向由所述对好焦位置测量部件测量的对好焦位置移动聚焦镜头；以及当两个方向互相不匹配时，当两个方向互相不匹配时，不将聚焦镜头移动到由所述对好焦位置测量部件测量的对好焦位置。

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。

根据具有上述特征的自动聚焦技术，聚焦镜头可以避免不必要的移动，从而防止模糊和振荡的发生。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的摄像机的框图。

图2是AF控制处理的流程图。

图3是TV-AF控制处理的流程图。

图4是用于说明微小驱动的图。

图5是用于说明登山(hill-climbing)驱动的图。

图6是根据本发明第二实施例的摄像机的框图。

图7是用于说明由TV-AF技术得到的AF评价值和聚焦镜头的对好焦位置之间的关系的曲线图。

具体实施方式

现在将参考附图说明本发明的优选实施例。下述每个实施例将有助于从一般到特殊理解各种概念。

应该注意的是，本发明的技术范围由权利要求限定，而不局限于下述每个实施例。另外，实施例中说明的各特征的全部组合对本发明并不总是必不可少的。

第一实施例

图1示出根据本发明第一实施例的摄像设备(摄像机)的结构。摄像机包括：固定的第一镜头单元101、用于变焦的变焦镜头102、光圈103、固定的第二单元镜头104、以及补偿变焦引起的焦平面移动并还具有聚焦功能的聚焦补偿镜头(下文中称为“聚焦镜头”)105。摄像机还包括：摄像装置(CCD)106、用于对CCD 106的输出进行采样并调整增益的CDS/AGC 107。此外，照相机信号处理电路108将来自CDS/AGC 107的输出信号处理为适于记录设备113的信号。记录设备113可以由磁带、光盘、磁盘或半导体存储器等构成。

马达110用作移动变焦镜头102的驱动部件。马达111用作移动聚焦镜头105的驱动部件。AF门112允许CDS/AGC 107的输出信号中用于焦点检测的信号通过。AF评价值(或AF信号)处理电路114从通过了AF门112的信号中提取高频分量。照相机AF微计算机115控制用于根据来自AF评价值处理电路114的输出信号驱动聚焦镜头105的马达111，且照相机AF微计算机115还向记录设备113输出图像记录命令。监视设备109显示来自照相机信号处理电路108的输出信号并由照相机用户使用来监视图像。响应于变焦开关的操作，照相机AF微计算机115控制变焦镜头102和聚焦镜头105。此外，外部测距单元116可与在现有技术中一样，以例如外部相位差检测传感器、超声波传感器或红外传感器的形式设置。

现在将参考图2～图5详细说明照相机AF微计算机115执行的AF控制。首先参考图2说明AF操作。

在步骤201中，处理开始。

步骤202表示使用TV-AF技术进行AF控制。稍后将参考图3说明该步骤的细节。

在步骤203中，得到由外部测距单元116检测出的被摄体距离，并计算与被摄体距离相对应的、基于相位差的聚焦镜头对好焦位置。

在步骤204中，设定焦点位移量阈值，该阈值用于判断是否要将聚焦镜头移动到基于相位差的聚焦镜头对好焦位置。期望焦点位移量阈值可以基于变焦位置变化。这是因为，在后聚焦镜头系统的情况下，与被摄体距离的差相对应的聚焦镜头对好焦位置的差根据焦距而改变。例如，1米的被摄体距离和无穷远被摄体距离之间的聚焦镜头对好焦位置的差随着焦距接近射远侧而增加。在这里假设，例如，设定了焦点位移量阈值，在该值处考虑到归因于相位差的聚焦准确性，基于从相位差得到的信息，可靠地判断摄远侧的被摄体距离的改变。在这种情况下，如果在广角侧也使用相同的设定值，则不能得到相同的焦点位移量，除非被摄体距离的改变大于从1米到无穷远的差。因此，无法做出正确的判断，且基于相位差的AF操作不能用于广角侧。

在步骤205中，将在步骤203中得到的基于相位差的聚焦镜头对好焦位置与当前镜头位置之间的差、与在步骤204中设定的焦点位移量阈值相比较。如果焦点位移量大于该阈值，则处理前进到步骤206。另一方面，如果焦点位移量小于该阈值，则处理返回到步骤202以继续TV-AF操作。不立即将聚焦镜头移动到基于相位差的聚焦镜头对好焦位置的原因是：防止当聚焦镜头不必要地移动时，可能因TV-AF技术和其它AF技术之间的对好焦位置的差引起的模糊或振荡。

在步骤S 206中，判断基于相位差的聚焦镜头对好焦位置是否相对于当前镜头位置位于与此时聚焦镜头由TV-AF控制操作移动的方向相同的方向。如果聚焦镜头沿在TV-AF控制下当前AF评价值增加的方向移动，则判断出聚焦镜头对好焦位置位于该方向。如果用相位差控制和TV-AF控制得到的聚焦镜头对好焦位置都位于同一方向，则在步骤207中将聚焦镜头移动到基于相位差的聚焦镜头对好焦位置。如果完成了聚焦镜头的移动，则处理返回到步骤202以执行用TV-AF技术进一步接近对好焦位置的控制。这是因为，如上所述，TV-AF技术具有更高的聚焦精度。

另一方面，如果在步骤206中判断为两个聚焦镜头对好焦位置不位于同一方向，则不将聚焦镜头移动到基于相位差的聚焦镜头对好焦位置。处理返回到步骤202以继续用TV-AF操作进行聚焦控制。

因此，根据步骤206中聚焦镜头朝着基于相位差的聚焦镜头对好焦位置移动的方向、与在TV-AF控制下聚焦镜头的驱动方向的比较结果来改变焦点调节操作(即，是否将聚焦镜头移动到基于相位差的聚焦镜头对好焦位置)。因此，可以避免聚焦镜头向基于相位差的聚焦镜头对好焦位置不必要地移动，并可以防止导致图像模糊或振荡的AF操作。

现在将参考图3说明步骤202中的TV-AF控制。

在步骤301中处理开始。

在步骤302中，得到由AF信号处理电路114检测的AF评价值。

在步骤303中，判断当前的操作模式是否是微小驱动模式。如果该模式是微小驱动模式，则处理前进到步骤304。如果不是，则处理前进到步骤311。

在步骤304中，执行微小驱动操作以判断聚焦镜头是否处于对好焦的点。如果聚焦镜头没有处于对好焦的点，则进一步判断相对于当前位置，对好焦的点位于哪个方向。稍后将参考图4详细说明微小驱动操作。

在步骤305中，判断是否可以判断准确聚焦。如果可以判断准确聚焦，则处理前进到步骤308，在步骤308中停止镜头。然后在步骤309中保持在对好焦的点的AF评价值。此外，在步骤310中，将模式转换为重启模式。

如果在步骤305中判断聚焦还没有完成，则处理前进到步骤306。

在步骤306中，判断在微小驱动模式下是否可以判断出对好焦的点所处的方向。如果可以判断出对好焦的点的方向，则处理前进到步骤307以进行到登山(hill-climbing)模式的转换。如果不能判断出对好焦的点的方向，则在微小驱动模式下继续进行AF操作。

在步骤311中，判断当前模式是否为登山模式。如果该模式是登山模式，则处理前进到步骤312。如果不是，则在将模式调整为重启模式后，处理前进到步骤318。

在步骤312中，以预定速度通过登山驱动移动聚焦镜头。稍后将参考图5详细说明登山操作。

在步骤313中，判断AF评价值是否超过登山模式的峰值。如果超过了峰值，则处理前进到步骤314。如果没有超过峰值，则在登山模式下继续进行AF操作。

在步骤314中，聚焦镜头返回到在登山模式下的操作期间AF评价值取得峰值的聚焦镜头位置。在步骤315中，判断聚焦镜头是否返回到与AF评价值的峰值相对应的聚焦镜头位置。如果聚焦镜头已经返回，则处理前进到步骤316以转换到微小驱动模式。如果聚焦镜头还没返回，则在登山模式下继续将聚焦镜头返回到与AF评价值的峰值相对应的聚焦镜头位置的操作。

如果在步骤311中判断出的当前模式不是登山模式，则在将模式调整为重启模式之后使处理前进到步骤318。在步骤318中，将在步骤309中保持的AF评价值与最新的AF评价值相比较，并判断AF评价值的变化是否很大。如果AF评价值的变化很大，则处理前进到步骤320以转换为微小驱动模式。如果AF评价值没有变化，则处理前进到步骤319，在步骤319中，聚焦镜头被停止在其位置。

现在将参考图4说明微小驱动模式下的操作。图4示出相对时间的微小驱动模式下的聚焦镜头的操作。在图4中，横轴代表时间，纵轴代表聚焦镜头的位置。图上方所示脉冲序列代表图像信号的垂直同步信号。在时刻T_A得到在时段A期间CCD中所积累的电荷(由椭圆形表示)的AF评价值EV_A。在T_B时刻得到在时段B期间CCD中所积累的电荷(由椭圆形表示)的AF评价值EV_B。在时刻T_C将AF评价值EV_A和EV_B相互比较。如果EV_B＞EV_A，则移动振动中心(驱动振幅＝振动振幅+中心移动振幅)。另一方面，如果EV_A＞EV_B，则不移动振动中心(驱动振幅＝振动振幅)。因此，在移动振动中心的同时，执行微小驱动模式下的操作以找到AF评价值最大时镜头的位置。当接连预定次数判断为振动中心的移动方向相同时，将该方向判断为是朝向对好焦的点的聚焦方向。在图2中的步骤206中使用该判断结果以判断朝向基于相位差的聚焦镜头对好焦位置的方向是否与TV-AF控制操作下聚焦镜头的移动方向相同。此外，上述判断结果用于TV-AF控制中，即图3的步骤306中，用来判断模式是否要转换为登山模式。

现在参考图5说明登山模式下的操作。在登山模式下，高速驱动聚焦镜头，以基于此时的AF评价值找到AF评价值的峰值。图5示出登山模式下的操作期间镜头的移动。在图5中，A代表AF评价值超过峰值然后减小的情况。这意味着在前面的行程中存在对好焦的点。因此，聚焦镜头返回到峰值位置，登山模式下的操作结束，接下来转换到微小驱动模式。另一方面，B代表AF评价值持续减小而没有超过峰值的情况。这意味着聚焦镜头沿错误的方向移动。因此，在聚焦镜头的移动方向反向后继续进行登山模式下的操作。

根据第一实施例，如上所述，根据聚焦镜头朝向基于相位差的聚焦镜头对好焦位置的方向、与TV-AF控制下聚焦镜头的移动方向的比较结果，判断是否将聚焦镜头朝基于相位差的聚焦镜头对好焦的点移动。因此，可以避免聚焦镜头向基于相位差的聚焦镜头对好焦的点不必要地移动，并可以防止引起图像模糊或振荡的AF操作。

尤其是，上述第一实施例的技术可以解决如下问题：在即使在AF操作期间也连续记录的运动图片(motion picture)的AF操作中，记录使观看者感到不舒服的动作。

第二实施例

图6是示出根据本发明第二实施例的摄像设备的系统结构的框图。

在该第二实施例中，与第一实施例共用的组件用与第一实施例中相同的附图标记表示，这里不再重复这种组件的说明。虽然第一实施例采用外部测距单元，但是第二实施例采用TTL相位差检测技术。

根据第二实施例的摄像设备包括：分割光束用于自动聚焦(AF)的半棱镜621、子镜(sub-mirror)反射镜622和用于AF的成像镜头623。附图标记624表示相位差检测型的焦点检测传感器，附图标记625表示AF电路。

照相机AF微计算机115基于通过AF电路625的从焦点检测传感器624输出的信号，检测焦点偏离的量和方向。

在具有上述结构的摄像设备中，因为光圈103实际在拍摄运动图片期间工作，所以输入光需要在光圈103之前用半棱镜621进行分割。

第二实施例中，使用内部相位差检测技术代替外部测距技术，且检测焦点偏离的量和方向，代替第一实施例中说明的图2的步骤203中的被摄体距离。因此，第一实施例中说明的AF控制算法也可应用于第二实施例。

更具体地说，在图2的流程图中的步骤203中，检测焦点偏离的量和方向，并根据检测的结果计算基于相位差的聚焦镜头对好焦位置。

在步骤206中，进行比较以判断焦点偏离的方向和TV-AF控制下聚焦镜头的移动方向是否相同。

如上所述，即使当使用内部相差检测技术代替外部测距技术时，通过判断是否要将聚焦镜头移动到基于相位差的聚焦镜头对好焦的点，也可以得到与第一实施例中相似的优点。该判断是根据聚焦镜头朝向基于内部相位差检测的聚焦镜头对好焦的点的移动方向、和TV-AF控制操作下聚焦镜头的驱动方向的比较结果进行的。

其它实施例

在上述实施例中，如果使用图像锐度的焦点调节部件要求的移动聚焦镜头的方向与其它对好焦位置测量部件要求的方向一致，则使用图像锐度的焦点调节部件将聚焦镜头移动到该其它对好焦位置测量部件判断出的位置。作为可选实施例，可以调整该设备，使其只沿该方向部分移动。此外，如果判断为方向不同，则可以调整焦点调节部件以只沿其它对好焦位置测量部件判断出的方向移动聚集镜头小段距离，而不是完全不移动聚焦镜头。作为优选实施例，聚焦镜头向由对好焦位置测量部件测量的对好焦位置的移动进行得比由焦点调节部件进行的、不使用对好焦位置测量部件的测量结果的聚焦镜头的移动更快。

上述实施例中说明的处理可以通过向可编程系统或设备提供存储实现上述功能的软件程序代码的存储介质来实现。通过用系统或设备的计算机(或CPU或MPU)读取存储在存储介质中的程序代码并执行这些代码，可以实现上述实施例的功能。在这种情况下，从存储介质读取的程序代码实现根据实施例的功能，且存储程序代码的存储介质构成本发明。例如软盘、硬盘、光盘、磁光盘等的存储介质可用于提供程序代码。此外，可以使用CD-ROM、CD-R、磁带、非易失性存储卡、ROM等。

此外，不仅通过执行由计算机读取的程序代码实现根据上述实施例的功能。本发明还包含下面的情况：运行于计算机上的OS(操作系统)等根据程序代码的指定执行部分或全部的处理，并实现根据上述实施例的功能。

此外，从存储介质读取的程序代码可以写入插入计算机的功能扩展卡，或写入连接到计算机的功能扩展单元中所设置的存储器。因此，包含在功能扩展卡或功能扩展单元中的CPU等可以根据程序代码的指定执行部分或全部处理，并可以实现上述实施例的功能。

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

1.一种焦点调节设备，包括：

移动部件，用于移动聚焦镜头；

焦点调节部件，用于通过移动聚焦镜头来进行焦点调节，使得从摄像部件获得的图像的锐度增加；以及

对好焦位置测量部件，用于以与所述焦点调节部件不同的方式测量对好焦位置，

当图像锐度增加的聚焦镜头的移动方向、与聚焦镜头的当前位置相对于由所述对好焦位置测量部件测量的对好焦位置的方向匹配时，所述焦点调节部件沿由所述对好焦位置测量部件测量的对好焦位置的方向移动聚焦镜头，当两个方向互相不匹配时，所述焦点调节部件或是不沿由所述对好焦位置测量部件测量的对好焦位置的方向移动聚焦镜头，或是不向由所述对好焦位置测量部件测量的对好焦位置全程移动所述镜头。

2.根据权利要求1所述的焦点调节设备，其特征在于，聚焦镜头向由所述对好焦位置测量部件测量的对好焦位置的移动进行得比由所述焦点调节部件进行的、不使用所述对好焦位置测量部件的测量结果的聚焦镜头的移动更快。

3.根据权利要求1或2所述的焦点调节设备，其特征在于，所述对好焦位置测量部件基于来自被摄体的一对光束之间的相位差测量对好焦位置。

4.一种摄像设备，其包括用于拍摄被摄体图像的摄像部件，所述摄像设备还包括：

移动部件，用于移动用来沿所述摄像部件的方向引入被摄体图像的聚焦镜头；

焦点调节部件，用于通过移动聚焦镜头来进行焦点调节，使得从所述摄像部件获得的图像的锐度增加；以及

5.一种焦点调节设备的控制方法，所述焦点调节设备包括：移动部件，用于移动聚焦镜头；焦点调节部件，用于通过移动聚焦镜头来进行焦点调节，使得从拍摄被摄体图像的摄像部件获得的图像的锐度增加；以及对好焦位置测量部件，用于以与所述焦点调节部件不同的方式测量对好焦位置，所述控制方法包括如下步骤：

如果图像锐度增加的聚焦镜头的移动方向与聚焦镜头的当前位置相对于由所述对好焦位置测量部件测量的对好焦位置的方向匹配，则向由所述对好焦位置测量部件测量的对好焦位置移动聚焦镜头；以及

当两个方向互相不匹配时，不将聚焦镜头移动到由所述对好焦位置测量部件测量的对好焦位置。