CN101191980A

CN101191980A - 自动对焦方法

Info

Publication number: CN101191980A
Application number: CNA2006101639840A
Authority: CN
Inventors: 吴东颖
Original assignee: Asia Optical Co Inc
Current assignee: Asia Optical Co Inc
Priority date: 2006-11-27
Filing date: 2006-11-27
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2026-11-27
Also published as: CN101191980B

Abstract

本发明涉及一种自动对焦方法，适用于调整一光学系统与一感光组件之相对位置，使成像面落在景深范围内，所述光学系统包含一对焦镜片组。本发明所提供的自动对焦方法先使得所述对焦镜片组及所述感光组件归零，然后改变所述对焦镜片组及所述感光组件的相对距离，以预估出成像面落在景深范围内的评价值，最后朝向所述评价值趋近，直到感光组件上的成像面落在景深范围内，即完成自动对焦。进行对焦时，由于只需要作一次的折返移动，所以速度能增快很多，并且能达到对焦迅速、机械磨损小、使用寿命长及故障低的使用效果。

Description

自动对焦方法

技术领域

本发明涉及一种对焦方法，特别是一种自动对焦方法。

背景技术

如图1、2、3所示，自动对焦功能常出现在例如数码照相机的摄像系统100中，藉此以便于让使用者能迅速得到成像面落在景深范围内的取像状态，该摄像系统100主要包含一具有对焦镜片组101的镜头10、一感光组件11、一信号处理器12(DSP)、一带动该对焦镜片组101相对感光组件11移动的驱动单元13，及一电连接信号处理器12与驱动单元13的控制单元15。

摄像系统100是通过一自动对焦方法来得到成像面落在景深范围内的影像结果，该方法包含以下步骤：

(A)当数码相机激活后，无论该激活位置A(如图3所示)为何，都会先使对焦镜片组101移动到一近拍位置B处，藉此完成归零调整的工作。

(B)接着，再通过驱动单元13使对焦镜片组101以一第一速度朝向远拍位置F移动，并同时连续取得多个感光信号，且将这些感光信号转换成多个评价值。

(C)通过控制单元15持续比较多个评价值而取出一最大值，并在评价值下降至该最大值的70％时暂停驱动单元13的运作，此时对焦镜片组101暂停在一粗调起始位置C。

(D)使驱动单元13以一小于第一速度的第二速度逆向转动，使对焦镜片组101朝向近拍位置B移动，并持续取得评价值直到评价值产生下降就暂停运作，此时表示对焦镜片组101已越过最大值而回到前一区，且位于一精调起始位置D。

(E)再使驱动单元13改以一小于第二速度的第三速度再返回转动，直到取得一实质上的最高峰值才停止，此时对焦镜片组101位于一最佳位置E，即对焦完成。

于是，通过上述自动对焦的方法，就可以帮助使用者在取景时，无论是要远拍或近拍，都能尽快得到成像面落在景深范围内的影像效果，而不需要使用者凭肉眼观察作手动调焦，能达到避免耗时以及避免人为误差的功用。

然而，虽然上述方法能达到自动对焦的功用，但是仍有不尽理想的使用效果，诸如：

1、从图2的流程图以及图3的曲线图中可以得知，对焦镜片组101的移动是以“折返跑”的方式运作，其移动位置依序为A、B、C、D、E，这种方式每到达转折的位置(例如B、C、D)而需要往回跑时，驱动单元13都必须先暂停才能逆向转动，耗时会较久，机械磨损也较大，导致寿命较低、故障率较高。

2、从图3的移动顺序可以看出，使用折返跑的方式会在位置E、D之间重复往返，移动的总距离较长，导致对焦时间较长。

3、当每一次要拍照进行对焦时，都一律回到近拍位置B归零，此时，如果上一张照片是远拍，激活位置A势必会靠近远拍位置F，而下一张照片也要远拍，对焦镜片组101就无法在远拍位置F作近距离的归零动作，而必须先回到近拍位置B，如此，反而造成行程长、耗时长、对焦速度慢的结果。

另外，在实务中，由于对焦镜片组101移动时存有背隙(Back lash)因素，所以每次往返移动时会有空行程产生，导致对焦镜片组101须要多移动一些距离作弥补，而折返次数越多则背隙影响的也就越多。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种速度更快、精度更高的自动对焦方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种自动对焦方法，适用于摄像装置中，以调整光学系统与感光组件的相对位置，以得到影像，所述方法包含以下步骤：(A)通过驱动单元使所述光学系统的对焦镜片组及所述感光组件相对移动至成像面落在近、远拍位置的其中一者；(B)再通过所述驱动单元使所述对焦镜片组及所述感光组件以第一速度相对移动，使成像面朝向所述成像面落在近、远拍位置的另一者相对移动，并同时取得多个感光信号的多个评价值；(C)通过控制单元持续比较多个评价值而取出相对最大值，并在评价值下降至粗调起始值时暂停所述驱动单元的运作；(D)使所述驱动单元逆向转动，使对焦镜片组或感光组件以第二速度相对移动，并持续取得评价值直到评价值上升到精调起始值；及(E)再使所述驱动单元持续驱动对焦镜片组或感光组件以第三速度相对移动，并同时比较评价值，直到取得一实质上的最高峰值才停止，此时即对焦完成。

在本发明所述的自动对焦方法中，步骤(B)中的感光组件是以一取样速率连续取得多个感光信号。

在本发明所述的自动对焦方法中，步骤(B)中经所述多个感光信号转换成的这些评价值可由调制转换函数计算得到。

在本发明所述的自动对焦方法中，步骤(C)中的所述粗调起始值为所述最大值乘以一第一比例参数。

在本发明所述的自动对焦方法中，步骤(D)中的所述第二速度小于或等于所述第一速度。

在本发明所述的自动对焦方法中，步骤(D)中的所述精调起始值设定为最大值乘以一第二比例参数。

在本发明所述的自动对焦方法中，步骤(D)中的所述第二比例参数大于所述第一比例参数。

在本发明所述的自动对焦方法中，步骤(E)中的所述第三速度小于所述第二速度。

在本发明所述的自动对焦方法中，还包含一步骤(A)之前的步骤(A0)，其中，所述步骤(A0)是判断所述对焦镜片组与所述感光组件的一相对激活位置与成像面落在近、远拍位置的哪一个较近，再朝向较近的一者移动。

在本发明所述的自动对焦方法中，步骤(A0)是通过一电连接于所述控制单元的位置编码模块来判断所述对焦镜片组与所述感光组件的一相对激活位置与近、远拍位置何者较近，所述位置编码模块包括：近拍感应器，设置于所述镜头的固定镜筒；远拍感应器，与所述近拍感应器沿环向间隔设置；及探测片，沿环向设置于带动对焦镜片移动的转动镜筒，所述探测片具有邻近所述近拍感应器的第一端、与所述第一端相反且邻近所述远拍感应器的第二端，及介于所述第一、二端之间的穿孔，所述穿孔至所述第一端的距离等于远、近拍感应器的间距，并且也等于所述穿孔至所述第二端之距离的两倍；其中，所述穿孔对准近拍感应器时，近拍感应器能输出穿透信号，则所述控制单元判断对焦镜片位于近拍位置；其中，所述穿孔对准所述远拍感应器时，远拍感应器能输出穿透信号，则所述控制单元可判断对焦镜片位于远拍位置；其中，所述穿孔位于所述远、近拍感应器之间，且所述第一、二端均位于远、近拍感应器之外时，远、近拍感应器均输出遮蔽信号，则所述控制单元判断对焦镜片较靠近远拍位置；其中，所述穿孔位于所述远、近拍感应器之间，且所述第二端也位于远、近拍感应器之间时，远、近拍感应器分别输出穿透信号及遮蔽信号，则控制单元判断对焦镜片组较靠近近拍位置。

实施本发明的自动对焦方法，具有以下有益效果：当要进行自动对焦时，由于驱动单元只要作逆向转动一次，对焦镜片组及感光组件就能使成像面落到景深范围内，所以能够大幅缩短重复移动的行程，提升对焦的速度，并且减少往返过程中的背隙误差，进而达到精度更高的调焦效果。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是一示意图，说明现有一摄像装置的结构；

图2是一流程图，说明上述摄像装置的对焦步骤；

图3是一曲线图，说明上述摄像装置在对焦时，一对焦镜片组的移动位置与一评价值的关系；

图4是一示意图，说明本发明的自动对焦方法应用在一光学系统中的较佳实施例；

图5是一流程图，说明上述较佳实施例的对焦步骤；

图6是一曲线图，说明上述较佳实施例中，一对焦镜片组的移动位置与一评价值的关系；

图7是一示意图，说明上述较佳实施例中，对焦镜片位于一远拍的状态；

图8是一示意图，说明上述较佳实施例中，对焦镜片位于一近拍的状态；

图9是一示意图，说明上述较佳实施例中，对焦镜片位于一较靠近远拍的状态；及

图10是一示意图，说明上述较佳实施例中，对焦镜片位于一较靠近近拍的状态。

200摄像装置； 272远拍感应器；

21镜头； 28探测片；

211对焦镜片组； 281第一端；

22感光组件； 282第二端；

23信号处理器； 283穿孔；

24驱动单元； A相对激活位置；

26控制单元； B近拍位置；

261微控制器； C粗调起始位置；

262存储器； D精调起始位置；

27位置编码模块； E最佳位置；

271近拍感应器； F远拍位置。

具体实施方式

有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合附图的较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。

如图4、5、6所示，本发明自动对焦方法适用于一摄像装置200中，以调整一光学系统与一感光组件22的相对位置，得到一成像面落在景深范围内的影像，摄像装置200包含上述光学系统、用以成像的感光组件22、一接收感光组件22信号的信号处理器23、一驱动对焦镜片组211与感光组件22相对移动的驱动单元24，及一电连接信号处理器23与驱动单元24的控制单元26。其中，所述光学系统由一具有一对焦镜片组211的镜头21所构成。

感光组件22可以采用CCD(Charge-Coupled Device)或CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)等光电组件来摄取影像并转换成电子信号。

信号处理器23接收处理感光组件22的电子信号，藉此使控制单元26来判断成像面是否落在景深范围内。驱动单元24可采用步进马达、线圈(coil)驱动单元或压电促进器(piezoelectric actuator)之一驱动对焦镜片组211或感光组件22以对焦。

控制单元26更包括一微控制器261及一电连接于微控制器261的存储器262。

位置编码模块27包括一设置于镜头21的一固定镜筒212的近拍感应器271、一与近拍感应器271沿环向间隔设置的远拍感应器272，及一沿环向设置于镜头21的一转动镜筒的探测片28。

近、远拍感应器271、272采用光发射、接收的方式配合探测片28的遮蔽与穿透来完成感应的工作。

探测片28具有一邻近近拍感应器271的第一端281、一与第一端281相反且邻近远拍感应器272的第二端282，及一介于第一、二端281、282之间的穿孔283，穿孔283至第一端281的距离实质上等于远、近拍感应器272、271的间距，并且也等于穿孔283至第二端282之距离的两倍，当驱动单元24带动对焦镜片211在一近拍位置B与一远拍位置F之间移动时，会同时带动转动镜筒213与探测片28沿环向转动。

如图4、8所示，当穿孔283对准近拍感应器271时，近拍感应器271能输出一穿透信号，则控制单元26判断对焦镜片211是位于近拍位置B。

如图4、7所示，当穿孔283对准远拍感应器272时，远拍感应器272能输出一穿透信号，则控制单元26能判断对焦镜片211是位于远拍位置F。

如图4、9所示，当穿孔283位于远、近拍感应器272、271之间，且第一、二端281、282均位于远、近拍感应器272、271之外时，远、近拍感应器272、271均输出一遮蔽信号，则控制单元26判断对焦镜片211较靠近远拍位置F。

如图4、10所示，当穿孔283位于远、近拍感应器272、271之间，且第二端282也位于远、近拍感应器272、271之间时，远、近拍感应器272、271分别输出一穿透信号及一遮蔽信号，则控制单元26判断对焦镜片211较靠近近拍位置B。

如图4、5、6所示，摄像装置200是通过本发明自动对焦方法来得到成像面落在景深范围内的影像结果，并达到速度更快、精度更高的使用效果，该方法包含以下步骤：

(A0)判断对焦镜片组211与感光组件22的相对激活位置A与成像点的近、远拍位置B、F中的哪一个较近。

举例而言，在本发明中，摄像装置200中还包括一近拍感应器271与一远拍感应器272。控制单元26通过近拍感应器271或远拍感应器272所输出的信号，判断对焦镜片组211是位于近拍位置B或是位于远拍位置F。

(A)通过驱动单元24使对焦镜片组211与感光组件22相对移动，使成像面移动至近、远拍位置B、F较近的一者，借此迅速完成归零的工作，在本较佳实施例中，图6所示是相对激活位置A更靠近近拍位置B，则对焦镜片组211或感光组件22会相对移动，使成像面落在近拍位置B，同样地，如果相对激活位置A更靠近远拍位置F，则使成像面落在远拍位置F，本较佳实施例只就图6的举例来说明以下动作。

(B)通过驱动单元24使对焦镜片组211或感光组件22以一第一速度相对移动，使成像面落在远拍位置F，并同时通过感光组件22连续取得多个感光信号，这些感光信号被信号处理器23(DSP)转换成多个评价值并储存于控制单元26中。

举例而言，第一速度可预设为600pps；感光组件22可以1/30秒为一取样速率，以采取感光信号；且经信号处理器23转换成的这些评价值可由利用调制转换函数(Modulation Transfer Function，MTF)计算得到，但并不用以限定本发明。

(C)由控制单元26持续比较多个评价值而取出一最大值，并在评价值下降至粗调起始值时暂停驱动单元24运作。

举例而言，粗调起始值可设定为最大值乘以一第一比例参数η₁，第一比例参数η₁可预设为70％～80％，但并不用以限定本发明。此时对焦镜片组211及感光组件22相对暂停在成像点的一粗调起始位置C。

(D)使驱动单元24逆向转动，使对焦镜片组211或感光组件22以一第二速度相对移动，并持续取得评价值直到评价值上升到一精调起始值。

其中，可预设第二速度不大于第一速度。在本发明中，选取第二速度为600pps。

举例而言，精调起始值可设定为最大值乘以一大于第一比例参数η₁的第二比例参数η₂，且第二比例参数η可预设为90％，但并不用以限定本发明。此时对焦镜片组211及感光组件22相对暂停在一精调起始位置D。

(E)再使驱动单元24持续转动，使对焦镜片组211或感光组件22以一第三速度相对移动，并同时比较评价值，直到取得一实质上的最高峰值才停止，此时对焦镜片组211及感光组件22相对停止在成像为最佳位置E(成像面落在景深范围内)，即对焦完成。

其中，可预设第三速度小于第二速度。在本发明中，选取第三速度为30pps。

因此，综合上述流程与对焦步骤，就能产生比现有速度更快，精确度更高的对焦功效，并且更耐用，原因归纳如下：

1、本发明的方法在进行对焦调整时，由于驱动单元24作逆向转动只要两次(如图6的B、C位置)，就能逐步移动到成像点的最佳位置E(成像面落在景深范围内)，而现有如图3所示的方法需要三次(成像位置分别在B、C、D处)，所以本发明中驱动单元24的暂停次数少，效率约提升三分之一，因此对焦时间短、机械磨损小、使用寿命长且故障低。

2、当对焦镜片组211与感光组件22相对移动以对焦时，由于能一次从成像面的精调起始位置D移动到最佳位置E，且不会越过最佳位置E再朝向相对激活位置A，所以相对移动行程短，对焦速度快。

3、当要进行自动对焦时，本发明能先通过判断成像位置距离近、远拍位置B、F哪一个较近的方式，进而使对焦镜片211与感光组件22能迅速相对移动到最近的归零位置来完成归零动作，所以速度增快很多，另外由于使用者通常是连续作近、远距拍照，所以直接朝向最近归零位置作归零也符合使用者习惯的拍照动作。

4、本发明在进行对焦调整时，由于驱动单元24作逆向转动的次数较少，并且从成像面的精调起始位置D朝向最佳位置E作最后移动时也没有背隙(Back lash)因素，所以能够大幅减少背隙造成的误差，进而达到精度更高的调焦效果。

所以，采用本发明自动对焦方法不但能有效提升对焦速度以满足客户需求，还可以增加精确度与耐用程度，进而让任何需要自动对焦的光学系统都能有更优异的使用效果，充分提升了产品竞争力并达到本发明的使用目的及要求。

以上所述仅是本发明的几个较佳实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，仍属本发明专利涵盖的范围。

Claims

1.一种自动对焦方法，适用于摄像装置中，其特征在于，所述自动对焦方法是调整光学系统与感光组件的相对距离，以得到影像，所述方法包含以下步骤：

(A)通过驱动单元使所述光学系统的对焦镜片组及所述感光组件相对移动至成像面落在近、远拍位置的其中一者；

(B)再通过所述驱动单元使所述对焦镜片组及所述感光组件以第一速度相对移动，使成像面朝向所述成像面落在近、远拍位置的另一者相对移动，并同时取得多个感光信号的多个评价值；

(C)通过控制单元持续比较多个评价值而取出相对最大值，并在评价值下降至粗调起始值时暂停所述驱动单元的运作；

(D)使所述驱动单元逆向转动，使对焦镜片组或感光组件以第二速度相对移动，并持续取得评价值直到评价值上升到精调起始值；及

(E)再使所述驱动单元持续驱动对焦镜片组或感光组件以第三速度相对移动，并同时比较评价值，直到取得一实质上的最高峰值才停止，此时即对焦完成。

2.根据权利要求1所述的自动对焦方法，其特征在于，步骤(B)中的感光组件以一取样速率连续取得多个感光信号。

3.根据权利要求1所述的自动对焦方法，其特征在于，步骤(B)中经所述多个感光信号转换成的这些评价值可由调制转换函数计算得到。

4.根据权利要求1所述的自动对焦方法，其特征在于，步骤(C)中的所述粗调起始值为所述最大值乘以一第一比例参数。

5.根据权利要求1所述的自动对焦方法，其特征在于，步骤(D)中的所述第二速度小于或等于所述第一速度。

6.根据权利要求1所述的自动对焦方法，其特征在于，步骤(D)中的所述精调起始值设定为所述最大值乘以一第二比例参数。

7.根据权利要求6所述的自动对焦方法，其特征在于，步骤(D)中的所述第二比例参数大于所述第一比例参数。

8.根据权利要求1所述的自动对焦方法，其特征在于，步骤(E)中的所述第三速度小于所述第二速度。

9.根据权利要求1所述的自动对焦方法，其特征在于，还包含一步骤(A)之前的步骤(A0)，其中，所述步骤(A0)是判断所述对焦镜片组与所述感光组件的一相对激活位置与成像面落在近、远拍位置的哪一个较近，再朝向较近的一者移动。

10.根据权利要求9所述的自动对焦方法，其特征在于，步骤(A0)是通过电连接于所述控制单元的位置编码模块来判断所述对焦镜片组与所述感光组件的一相对激活位置与近、远拍位置何者较近，所述位置编码模块包括：

近拍感应器，设置于所述镜头的固定镜筒；

远拍感应器，与所述近拍感应器沿环向间隔设置；及

探测片，沿环向设置于带动对焦镜片移动的转动镜筒，所述探测片具有邻近所述近拍感应器的第一端、与所述第一端相反且邻近所述远拍感应器的第二端，及介于所述第一、二端之间的穿孔，所述穿孔至所述第一端的距离等于所述远、近拍感应器的间距，并且也等于所述穿孔至所述第二端的距离的两倍；

其中，所述穿孔对准所述近拍感应器时，近拍感应器能输出穿透信号，则所述控制单元判断对焦镜片位于近拍位置；

其中，所述穿孔对准所述远拍感应器时，远拍感应器能输出穿透信号，则所述控制单元可判断对焦镜片位于远拍位置；

其中，所述穿孔位于所述远、近拍感应器之间，且所述第一、二端均位于远、近拍感应器之外时，远、近拍感应器均输出遮蔽信号，则所述控制单元判断对焦镜片较靠近远拍位置；

其中，所述穿孔位于所述远、近拍感应器之间，且所述第二端也位于远、近拍感应器之间时，远、近拍感应器分别输出穿透信号及遮蔽信号，则控制单元判断对焦镜片组较靠近近拍位置。