CN101404723B - 图像获取设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种图像获取设备，包括：成像光学系统；显示单元；检测单元，执行相差检测中的对焦检测；对焦单元，基于对焦检测结果执行成像光学系统中的镜头的对焦控制；成像单元，产生关于对象光学图像的图像信号；电子变焦单元，通过信号处理放大或缩小基于图像信号在显示单元中显示的对象图像；以及切换单元，在电子变焦激活状态和电子变焦非激活状态之间进行切换。检测单元包括：传感器单元，其包含第一线传感器和第二线传感器；设置单元，其在第一线传感器和第二线传感器中设置具有相同区长度的检测区；对焦检测单元；以及区长度控制单元。

Description

图像获取设备
技术领域
本发明涉及用于能够以相差检测进行对焦检测的图像获取设备的技术。
背景技术
相关技术的单镜头反射数字摄像机通常不能进行其中对象在实际图像拍摄之前以运动照片模式被显示在监视器上的实时取景显示(预览显示)，并且没有单镜头反射数字摄像机具有电子变焦功能。然而，近年来已经提出了具有实时取景功能的单镜头反射数字摄像机，并且电子变焦功能的必要性逐渐增加。
同时，已经制造了能够剪切由图像获取装置拍摄的图像中的一部分以实现电子变焦功能的紧凑型数字摄像机(例如，参考日本未审查专利申请公布No.2001-208961)。
在日本未审查专利申请公布No.2001-208961中公开的数字摄像机通过如下方式以对比检测(对比自动对焦(对比AF))方式执行对焦检测：在布置在图像获取屏幕中的五个对焦检测区域中，仅仅使用电子变焦中设定的拍摄图像的剪切范围内的对焦检测区域(AF区域)，以在电子变焦中实现合适的对焦检测。
发明内容
但是，因为在日本未审查专利申请公布No.2001-208961中公开的数字摄像机(图像获取设备)中，没有在剪切范围内的对焦检测区域中专门执行提高对焦检测精度的过程，所以在通过电子变焦被放大(zoom in)的图像(其变焦状态被变化)的图像中经常看到失焦(out-of focus)。当各个对焦检测区域中的对焦检测不能被精确执行时(例如，当亮度在对焦检测区域中轻微变化的对象图像被拍摄时)，即使在正常的实时取景显示中没有检测到失焦，使用者也会可视地识别出散焦(defocusing)而觉察通过电子变焦被放大的图像中的失焦。在此情况下，例如，将对焦检测区域限制到对象亮度变化的区域可以提高对焦检测的精度。结果，即使在放大图像中，失焦也变得不可见，并且可以执行适当的对焦检测。
在日本未审查专利申请公布No.2001-208961中的例如图12和13中示出了根据剪切范围改变各个对焦检测区域的尺寸或移位其位置的技术。但是，这样的改变或移位可以被执行是因为各个对焦检测区域被设置为用于对比AF的对焦检测区域。因此，难以将该技术应用于各个对焦检测区域的位置相对于图像获取屏幕固定以在对焦检测中执行相差检测(相差AF)的相差AF模块。
此外，当与光学变焦相关的变焦放大比减小时，在对焦检测区域中既存在(一个或多个)近侧对象(例如一个或多个人)又存在(一个或多个)远侧对象(例如一座或多座山)的可能性提高。这样的情形被称为近处和远处对象的混合。因为在发生近处和远处对象的混合的对焦检测区域中难以将近处对象与远处对象分离来执行对焦检测，所以难以例如仅仅对近侧对象进行对焦。当变焦放大比减小(变焦状态变化)发生时，像在电子变焦中一样将对焦检测区域限制到近侧对象存在的范围，就允许仅仅对于近侧对象执行对焦检测，并且可以执行适当的对焦检测。
理想的是，提供一种图像获取设备，其能够根据关于对象的变焦状态执行适当的相差检测中的对焦检测。
根据本发明的一个实施方式，图像获取设备包括：成像光学系统；显示单元；检测装置，用于执行相差检测中的对焦检测；对焦装置，用于基于所述检测装置的对焦检测的结果，执行成像光学系统中的镜头的对焦控制；成像装置，其能够产生关于对象的光学图像的图像信号，所述光学图像是通过执行了镜头的对焦控制的成像光学系统接收的；电子变焦装置，用于通过对图像信号执行信号处理，放大或缩小基于由成像装置产生的图像信号在显示单元中显示的对象的图像；以及切换装置，用于在电子变焦装置被激活的电子变焦激活状态与电子变焦装置没有被激活的电子变焦非激活状态之间进行切换。所述检测装置包括：传感器单元，其包含像素被布置在其中的第一线传感器和第二线传感器；设置装置，用于在第一线传感器和第二线传感器中设置具有相同区长度的检测区；对焦检测装置，用于基于在第一线传感器和第二线传感器中设置的各个检测区中所检测的对象的光学图像，来执行相差检测中的对焦检测；以及区长度控制装置，用于使得电子变焦激活状态下的检测区的区长度短于电子变焦非激活状态下的检测区的区长度。
根据本发明的另一个实施方式，图像获取设备包括：成像光学系统，能够改变与光学变焦相关的变焦放大比；检测装置，用于执行相差检测中的对焦检测；对焦装置，用于基于检测装置的对焦检测的结果，执行成像光学系统中的镜头的对焦控制；以及成像装置，其能够产生关于对象的光学图像的图像信号，所述光学图像是通过执行了镜头的对焦控制的成像光学系统接收的。所述检测装置包括：传感器单元，其包含像素被布置在其中的第一线传感器和第二线传感器；设置装置，用于在第一线传感器和第二线传感器中设置具有相同区长度的检测区；对焦检测装置，用于基于在第一线传感器和第二线传感器中设置的各个检测区中检测的对象的光学图像，来执行相差检测中的对焦检测；以及区长度控制装置，用于根据变焦放大比的减小，来减小检测区的区长度。
根据本发明，当具有相同区长度的检测区被设置在第一和第二线传感器中并且基于设置在第一和第二线传感器中的各个检测区中所检测的对象的光学图像执行相差检测中的对焦检测时，使得电子变焦激活状态下的检测区的区长度短于电子变焦非激活状态下的检测区的区长度。结果，即使在通过电子变焦被放大的图像中，任何失焦都变得不可见，并可以执行适当的对焦检测。
根据本发明，当具有相同区长度的检测区被设置在第一和第二线传感器中并且基于设置在第一和第二线传感器中的各个检测区中所检测的对象的光学图像执行相差检测中的对焦检测时，检测区的区长度根据与光学变焦相关的变焦放大比的减小而被减小。结果，即使由于变焦放大比减小而出现近处和远处对象的混合，也可以仅仅对于例如近侧对象执行对焦检测来执行适当的对焦检测。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施方式的图像获取设备的外部正视图；
图2是根据本发明的第一实施方式的图像获取设备的外部后视图；
图3是示出了根据本发明的第一实施方式的图像获取设备的功能构造的实例的框图；
图4是根据本发明的第一实施方式的图像获取设备的垂直剖视图；
图5是用于描述根据本发明的第一实施方式的图像获取设备中的相差AF模块中相差检测中的对焦检测原理的视图；
图6是用于描述根据本发明的第一实施方式的图像获取设备中的相差AF模块的控制的视图；
图7A和7B是用于描述根据本发明的第一实施方式的图像获取设备中的相差AF模块的控制的视图；
图8是示出了根据本发明的第一实施方式的图像获取设备的基本操作的实例的流程图；
图9是用于描述关于电子变焦放大的设置的实例的视图；
图10是示出了根据电子变焦的“接通”状态和“关断”状态的示例性操作的流程图；
图11是用于描述近处和远处对象的混合的视图；
图12是用于描述近处和远处对象的混合的另一个视图；
图13是用于描述近处和远处对象的混合的另一个视图；
图14是用于描述根据本发明的第二实施方式的图像获取设备中的相差AF模块的控制的视图；
图15A和15B是用于描述根据本发明的第二实施方式的图像获取设备中的相差AF模块的控制的视图；
图16是示出了根据本发明的第二实施方式的图像获取设备的基本操作的实例的流程图；
图17是根据本发明的修改的图像获取设备的垂直剖视图；
图18A和18B是根据本发明的另一个修改的图像获取设备的垂直剖视图；
图19是示出了根据本发明的修改的图像获取设备的功能构造的实例的框图；以及
图20是示出了根据本发明的另一个修改的图像获取设备的功能构造的实例的框图。
具体实施方式
图1和2示出了根据本发明的第一实施方式的图像获取设备1A的外部构造的实例。图1是图像获取设备1A的外部正视图，图2是图像获取设备1A的外部后视图。图像获取设备1A是具有可替换镜头的单镜头反射数字摄像机。
参考图1，图像获取设备1A具有摄像机主体2。作为可替换镜头单元的可更换镜头3以可拆卸方式安装在摄像机主体2上。
可更换镜头3主要包括镜筒36和透镜组37(参见图3)以及光圈。透镜组37和光圈设置在镜筒36中。透镜组37(成像光学系统)包括对焦镜头，所述对焦镜头能够针对光学变焦改变变焦放大比，并且可沿光轴方向移动焦点位置。
摄像机主体2具有处于其正面的大致中心处的环形安装单元Mt。可更换镜头3被安装到安装单元Mt。摄像机主体2还具有处于环形安装单元Mt附近的解脱按钮89，所述解脱按钮89用于卸载可更换镜头3。
摄像机主体2还具有处于正面的左上部的模式设置转盘82以及处于正面的右上部的控制值设置转盘86。拍摄者可以操作模式设置转盘82，以设定摄像机的各种模式(从而执行各种模式之间的切换)。所述各种模式包括各种图像拍摄模式(肖像拍摄模式、景物拍摄模式、全自动拍摄模式等)、用于再现所拍摄的图像的再现模式、以及用于与外部设备交换数据的通信模式。拍摄者可以操作控制值设置转盘86，以设置各种图像拍摄模式中的控制值。
摄像机主体2还包括处于正面的左端的由拍摄者抓握的抓握单元14。快门释放按钮11被设置在抓握单元14的顶面。快门释放按钮11由拍摄者用来发出开始曝光的命令。抓握单元14包含电池存储盒和卡存储插槽。例如，充当摄像机电源的电池被存储在电池存储盒中。关于拍摄图像的图像数据被记录在存储卡中，该存储卡以可拆卸方式存储在卡存储插槽中。
快门释放按钮11是两段检测按钮，能够检测两种状态：半按压状态(S1状态)和全按压状态(S2状态)。当快门释放按钮11被半按压到S1状态时，图像获取设备1A执行用于获取对象的将被记录的静态图像(将被实际拍摄的图像)的预备操作(例如，AF控制操作和自动曝光(AE)控制操作)。当快门释放按钮11被进一步按压到S2状态时，图像获取设备1A执行所要实际拍摄的图像的图像拍摄操作。具体地，图像获取设备1A执行一系列操作，包括用下述图像获取装置5针对对象图像(对象的光学图像)的曝光操作以及对于从曝光操作获得的图像信号的预定图像处理。
参考图2，取景器窗口(目镜窗口)10被布置在摄像机主体2的后面的上部区域的大致中部。拍摄者可以查看取景器窗口10以可视地识别从可更换镜头3提供的对象的光学图像，并确定构图(composition)。换句话说，拍摄者通过光学取景器可以执行构图确定操作，其中，通过透镜组37(参考图3)的对象的光学图像通过所述光学取景器提供到取景器窗口10(构图确定操作将在下面详细描述)。
包含发射红外光的光发射装置151和光接收装置152的检测单元15被设置在取景器窗口10的下方。如果从光发射装置151发射出的红外光被拍摄者的眼睛反射并且反射光被光接收装置152检测，则光接收装置152可以检测拍摄者的眼睛向取景器窗口10的靠近(拍摄者的眼睛的靠近的检测)。
参考图2，液晶监视器12被设置在摄像机主体2的后面的大致中部。液晶监视器12充当由例如彩色液晶显示器(LCD)构成的显示装置，并且能够在显示开通状态(显示状态)和显示关闭状态(非显示状态)之间切换。用于设置图像拍摄条件的菜单屏幕可以被显示在液晶监视器12上，或者，记录在存储卡中的拍摄图像可以以再现模式在液晶监视器12上再现和显示。此外，在液晶监视器12上可以进行基于由下述的图像获取装置7所拍摄的多个时序图像(也就是说，运动图像)的实时取景显示。
主开关81被设置在相对于液晶监视器12的左上部。主开关81由具有两个触点的滑动开关构成。在主开关81的触点被设置到左侧的“OFF”位置时，图像获取设备1A被关断，在主开关81的触点设置到右侧的“ON”位置时，图像获取设备1A被接通。
设置按钮组83被布置到液晶监视器12的左侧，所述设置按钮组83包括多个用于设置菜单屏幕或删除图像的按钮。
方向选择键84被设置在液晶监视器12的右侧。方向选择键84具有圆形操作按钮。利用操作按钮沿包括向上、向下、向左和向右方向在内的四个方向上的按压操作以及利用操作按钮沿包括右上、左上、右下和左下方向在内的四个方向上的按压操作被检测。除了沿八个方向上的按压操作之外，还可以检测利用处于方向选择键84的中心的按钮的按压操作。
根据第一实施例的图像获取设备1A可以利用显示在液晶监视器12中的、实际图像拍摄之前的实时取景图像(预览图像)，来确定构图(将在下面详细描述)。
由具有三个触点的滑动开关构成的显示选择开关85被设置在相对于方向选择键84的右下部。拍摄者可以使用显示选择开关85来在通过实时取景显示(利用电子取景器)的构图确定和利用光学取景器的构图确定之间切换。具体地，当显示选择开关85的触点被设置到上部“光学”位置时，利用光学取景器的构图确定被选择；当显示选择开关85的触点被设置到下部“液晶(LC)”位置时，通过实时取景显示(利用电子取景器)的构图确定被选择。当显示选择开关85的触点被设置到中间“自动”位置时，根据检测单元15是否检测到了拍摄者的眼睛的靠近，自动地进行利用光学取景器的构图确定与利用电子取景器的构图确定之间的切换。
图像获取设备1A具有电子变焦功能，即通过对由图像获取装置7(参考图4)产生的图像信号进行信号处理，特别是通过在选择了利用电子取景器的构图确定时剪切所拍摄图像的一部分以执行实时取景显示，放大或缩小(zoom out)显示在液晶监视器12上的对象的图像。在电子变焦中，响应于设置在图像获取设备1A的后面的右上部分中的放大按钮21的按压操作执行放大，响应于设置在图像获取设备1A的后面的右上部分中的缩小按钮22的按压操作执行缩小。具体地，每当放大按钮21被按压时，对象的图像以一定的变焦放大比(例如0.2)被放大，并且每当缩小按钮22被按压时，对象的图像以一定的变焦放大比(例如0.2)被减小尺寸。利用缩小按钮22可以从电子变焦被激活的状态到正常实时取景显示的放大比(即，没有进行电子变焦的1倍放大比)来减小对象图像的尺寸。利用放大按钮21和缩小按钮22可以执行电子变焦功能被激活的电子变焦激活状态与电子变焦功能没有激活的电子变焦非激活状态之间的切换。
下面将参考图3简要地描述第一本发明的第一实施方式的图像获取设备1A的功能构造。图3是示出了根据第一实施方式的图像获取设备1A的功能构造的示例框图。
参考图3，图像获取设备1A包括操作单元80、控制单元101A、信号处理器52等。
操作单元80包括多个按钮和开关，这些按钮和开关包括快门释放按钮11(参见图1)。控制单元101A响应于拍摄者利用操作单元80进行的输入操作实现各种操作。
控制单元101A由微型计算机构成，并且主要包括中央处理单元(CPU)、存储器、只读存储器(ROM)。控制单元101A能够通过镜头侧控制器31获取数据，所述数据指示了例如由可更换镜头3中的镜头位置检测器39检测的对焦镜头的位置。
控制单元101A读取存储在ROM上的程序，并且利用CPU执行所述程序来实现各种功能。例如，控制单元101A包含相差AF控制器121、确定器123以及驱动控制器124作为功能部件。
相差AF控制器121控制相差AF模块20，相差AF模块20基于从反射镜机构6(下面描述)提供的对象的光学图像来执行相差检测中的对焦检测(此后也称为“相差AF”)。确定器123基于从相差AF控制器121控制的相差AF模块20输出的信号确定对象的对焦状态。
驱动控制器124基于在确定器123中得到的确定结果经由镜头侧控制器31驱动和控制包括致动器在内的镜头驱动器38。结果，基于相差AF模块20中的对焦检测执行可更换镜头3中的对焦镜头的对焦控制。图像获取装置5和图像获取装置7可以接收通过以上述方式执行了对焦镜头的对焦控制的可更换镜头3的对象的光学图像，来获取准焦拍摄的图像。
此外，控制单元101A控制反射镜机构6从光路缩回的状态(反射镜升起(mirror-up)状态)和反射镜机构6阻挡光路的状态(反射镜放下(mirror-down)状态)之间的状态切换，并且控制快门4的打开和关闭。
图像获取装置5例如为互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。图像获取装置5通过光电转换将对象的光学图像转换成电信号，以产生与将被实际拍摄的图像相关的图像信号(将被记录的图像信号)。图像获取装置5充当用于获取将被记录的图像的图像获取装置。
图像获取装置5响应于从控制单元101A提供的驱动控制信号(存储开始信号和存储结束信号)执行聚焦在光接收平面上的对象图像的曝光(通过光电转换的电荷存储)，以产生与对象图像相关的图像信号。图像获取装置5响应于从控制单元101A提供的读出控制信号，将图像信号提供到模拟-数字转换器51。
在模拟-数字转换器51中，由图像获取装置5获取的图像信号被转换成数字图像数据(图像数据)。此图像数据被提供到信号处理器52。
信号处理器52对从模拟-数字转换器51提供的图像数据执行数字信号处理，以产生与拍摄图像相关的图像数据。信号处理器52执行图像处理。例如，信号处理器52将组成从模拟-数字转换器51提供的图像数据的各个像素数据的黑水平校正到参考黑水平，或者调节图像的白平衡。
在信号处理器52中经过数字信号处理的图像数据可以通过控制单元101A被显示在液晶监视器12上。图像显示包括用于确认拍摄图像的确认显示(后览)或使拍摄图像被再现的再现显示。
除了图像获取装置5之外，图像获取设备1A还包含图像获取装置7(参考图4)。图像获取装置7充当用于获取实时取景图像的图像获取装置(用于电子取景器)。具体地，图像获取装置7产生与从主反射镜61(参考图4)穿过透镜组37反射的对象的光学图像相关的图像信号。在液晶监视器12上执行基于由图像获取装置7依次产生的对象的图像信号的实时取景显示(在实际图像拍摄之前的预览显示)，以在图像获取设备1A中实现电子取景器功能。
图像获取装置7具有与图像获取装置5相似的构造。但是，图像获取装置7通常由小于图像获取装置5的像素数量的数量的像素构成，因为这足以使得图像获取装置7具有的分辨率可以产生用于实时取景显示的图像信号(运动照片)。
同样，对于由图像获取装置7获取的图像信号执行与对于由图像获取装置5获取的图像信号所执行的相似的信号处理。具体地，由图像获取装置7获取的图像信号在模拟-数字转换器51中被转换为数字数据，并且在信号处理器52中经过数字信号处理。
控制单元101A在液晶监视器12上显示基于由图像获取装置7获取的时序图像数据的图像。这实现运动照片模式的显示(实时取景显示)，用于确定构图。
现在将描述根据第一实施方式的图像获取设备1A中的构图确定操作(取景操作)。如上所述，图像获取设备1A能够通过使用由取景器光学系统等构成的光学取景器(也称为光学取景器(OVF))确定构图(取景)，并且还能够通过使用显示在液晶监视器12上的实时取景图像确定构图(利用电子取景器的构图确定)。
图4是图像获取设备1A的垂直剖视图。
参考图4，反射镜机构6设置在从可更换镜头3到图像获取装置5的光路(图像拍摄光路)上。反射镜机构6包含主反射镜(主反射表面)61，其用于向上反射来自成像光学系统的光。主反射镜61的一部分或其整体由例如半反射镜构成，来自成像光学系统的光的一部分被透射穿过所述半反射镜。反射镜机构6还包含副反射镜(副反射表面62)，其用于将透射穿过主反射镜61的光向下反射。由副反射镜62向下反射的光入射在相差AF模块20上，以用于相差AF操作。
在快门释放按钮11处于图像拍摄模式中的完全按压状态(S2状态)之前，即处于构图确定时，反射镜机构6被布置为处于反射镜放下状态(如图4所示的状态)。在此状态下，来自可更换镜头3的对象图像被主反射镜61向上反射，然后作为用于观察的光通量入射在五面镜65上。五面镜65包含多个反射镜(反射面)，并且具有调整对象图像的方向的功能。
在快门释放按钮11处于完全按压状态(S2状态)时，反射镜机构6被驱动到反射镜升起状态，开始曝光操作。用于获取关于对象的、将被记录的静态图像(也被称为“实际拍摄图像”)的操作(即，曝光操作)对于通过使用光学取景器和使用电子取景器的构图确定方法都是相同的。
下面将描述在通过使用光学取景器的和通过使用电子取景器的构图确定方法中执行的操作。
首先，将描述用于通过使用光学取景器的构图确定的操作。
如图4中的实例所示，当将反射镜机构6中的主反射镜61和副反射镜62被布置在从可更换镜头3开始延伸的对象图像的光路时，对象图像经由主反射镜61、五面镜65、半反射镜69和目镜67被引导到取景器窗口10。
具体地，来自可更换镜头3的光从主反射镜61反射，以将光的路径改变为向上方向，并被聚焦在聚焦板63上，然后穿过聚焦板63。通过聚焦板63的光的路径被五面镜65改变，光透射穿过半反射镜69，通过目镜67被引导到取景器窗口10。通过取景器窗口10的对象图像到达拍摄者(观察者)的眼睛，拍摄者可视地识别对象图像。换句话说，拍摄者可以通过查看取景器窗口10确认对象图像。
五面镜65包括形成三角形屋脊的两面反射镜(五角达赫(penta-dach)反射镜)65a和65b、固定到五角达赫反射镜(达赫面)65a和65b的面65c以及另一反射镜(反射面)65e。三角形屋脊的五角达赫反射镜65a和65b通过塑料模制被形成为单一构件65d。由主反射镜61反射以将光路径改变到向上方向的光被五角达赫反射镜65a和65b反射，以横向翻转反射光分量的路径。所述光分量被反射镜65e进一步反射以垂直翻转经反射的光分量的路径，然后，路径被垂直翻转的光分量到达拍摄者的眼睛。由可更换镜头3横向、垂直翻转的光学图像被五面镜65以上述方式再次横向、垂直翻转。因此，拍摄者可以在光学取景器以对象图像的横向和垂直状态与实际对象的相同的状态观察对象图像。
下面将描述用于通过使用电子取景器的构图确定的操作。
同样在此情形中，如图4中的实例所示，反射镜机构6中的主反射镜61和副反射镜62被布置在从可更换镜头3开始延伸的对象图像的光路上。来自可更换镜头3的光被从主反射镜61反射以将光的路径改变到向上方向，并被聚焦在聚焦板63上，然后穿过聚焦板63。通过聚焦板63的光的路径被五面镜65改变，并被引导到取景器窗口10。
但是，在通过使用电子取景器的构图确定中，已经由五面镜65改变的光的路径被半反射镜69改变到向上方向，并且再次聚焦在图像获取装置7的图像拍摄平面上。
图像获取装置7基于已经由半反射镜69反射并且已经达到图像获取装置7的对象图像产生实时取景图像。具体地，图像获取装置7接收由主反射镜61反射的光通量(用于观察的光通量)，并且以非常短的时间间隔(例如，1/60秒)顺序地产生多个图像信号。将所获取的时序图像信号顺序地显示在液晶监视器12上(实时取景显示)。拍摄者可以可视地识别显示在液晶监视器12上的运动照片(实时取景图像)，以通过使用运动照片确定构图。在通过使用电子取景器的构图确定中，拍摄者可以操作上述的放大按钮21等，以电子方式放大或缩小显示在液晶监视器12上的对象图像。
在通过使用电子取景器和光学取景器的构图确定中，透射穿过主反射镜61的光被副反射镜62反射，光的路径被改变到向下方向，并且光入射在相差AF模块20上。相差AF模块20、控制单元101A等利用穿过主反射镜61和副反射镜62的光来实现AF操作。在AF操作中，控制单元101A中的相差AF控制器121根据电子变焦放大比控制相差AF模块20。下面将描述相差AF模块20的控制。
根据第一实施方式的图像获取设备1A被构造成使得相差AF模块20中的对焦检测(相差AF)的精度可以根据通过使用电子取景器的构图确定中(即，显示在液晶监视器12的实时取景显示中)的电子变焦放大比而被改变。下面将描述相差AF模块20中的对焦检测的精度的改变。
图5是用于描述相差AF模块20中的相差检测中的对焦检测的原理的视图。
相差AF模块20包含标准部Pa和参考部Pb，标准部Pa和参考部Pb分别都用作线传感器(licenser)。多个像素Px被一维和线性地布置在标准部Pa和参考部Pb中，在所述多个像素Px中，通过光电转换来根据所接收的光的量存储电荷。由设置在相差AF模块20中的分离镜头等产生的两个对象的光学图像Da和Db被引入到标准部Pa和参考部Pb。
在具有上述构造的相差AF模块20中，可以对由标准部Pa检测的光学图像Da和由参考部Pb检测的光学图像Db之间的、在像素布置方向上的偏移量进行检测，以执行相差检测中的对焦检测。
为了检测光学图像Da和光学图像Db之间的偏移量，由相同数量(在图5的实例中为15个像素)的连续像素构成的检测区(检测段)Ea和检测区(检测段)Eb被分别设置在标准部Pa和参考部Pb中。此外，有必要执行基于在设置在标准部Pa中的检测区Ea中检测的光学图像Da的亮度分布和在设置在参考部Pb中的各个检测区Eb的设定位置检测的光学图像Db的亮度分布的校正计算，以确定参考部Pb中具有最高相关性值(相似度水平)的检测区Eb的位置。在参考部Pb中，检测区Eb被顺序地移位一个像素。例如，在图5中的实例中，在参考部Pb中从最左侧位置移位了四个像素的检测区Ebm具有最大的相关性值。
当基于分别设置在相差AF模块20中的标准部Pa和参考部Pb中的具有相同区长度的检测区Ea和检测区Eb中的每一个中所检测的对象的光学图像Da和Db以上述方式执行相差检测中的对焦检测时，缩短检测区Ea和检测区Eb的区长度允许提高对焦检测的精度。例如，包含数量足以覆盖特征部分Dc的像素(在图6所示的实例中为6个像素)的检测区Ec和检测区Ed可以如图6所示被设置在光学图像Da和光学图像Db中以执行更精确的对焦检测，其中，所述特征部分Dc是光学图像Da和Db的亮度分布中像素之间的亮度差异大的地方。在图6所示的实例中，在将标准部Pa中的检测区Ec移位一个像素的同时所检测的光学图像Da的亮度分布、以及在将参考部Pb中的检测区Ed移位一个像素的同时所检测的光学图像Db的亮度分布可以被进行比较，以检测到在标准部Pa中的检测区Ecm(从最左侧位置移位五个像素的检测区)和参考部Pb中的检测区Edm(从最左侧位置移位九个像素的检测区)之间有最高的相关，其中在所述检测区Ecm中，光学图像Da的特征部分Dc的亮度分布被检测；在检测区Edm中，光学图像Db的特征部分Dc的亮度分布被检测。当检测区Ec和Ed中的像素数量被减小时，检测区Ec和Ed中的移位次数优选地被增大。这样，即使检测区Ec和Ed的区长度被缩短，也可以检测贯穿标准部Pa和Pb的像素排列的光学图像Da和Db。
如上所述，缩短设置在标准部Pa和Pb中的区长度允许提高相差AF模块20中的对焦检测的精度。
当显示在液晶监视器12上的对象图像在实时取景显示中被电子变焦放大时，容易确定对象图像的准焦度。例如，对于如图7A所示显示在液晶监视器12上的对象图像Ga，容易可视地识别通过按压放大按钮21而被放大的对象图像Gb(图7B)的细节部分。因此，如果在对象图像Gb中检测到由于相差AF的失焦，则拍摄者可以意识到被放大的对象图像Gb的失焦。识别出这样的失焦状态的拍摄者可能对于对焦控制感觉不舒服。
为了解决这样的问题，在根据第一实施方式的图像获取设备1A中，在通过电子变焦的实时取景图像的放大时以上述方式减小相差AF模块20中的标准部Pa和Pb中的检测区Ec和Ed中的像素数量，以提高相差AF中的对焦检测的精度。换句话说，使得电子变焦激活状态中的检测区的区长度短于电子变焦非激活状态中的检测区的区长度，以使得经放大的对象图像Gb的失焦不可见。缩短检测区对应于如下的事实：在电子变焦非激活状态中在对象图像Ga(图7A)中设定的相差AF模块20中的对焦检测区域F不是被设定为对焦检测区域Fa，而是被设定为对焦检测区域Fb(阴影区域)，所述对焦检测区域Fa具有与变焦放大比成比例的长度，所述对焦检测区域Fb的长度短于在电子变焦激活状态中对象图像Gb(图7B)中的对焦检测区域Fa的长度。
下面将描述图像获取设备1A的示例性具体操作，在该操作中，相差AF模块以上述方式被控制。
图8是示出了根据第一实施方式的图像获取设备1A的基本操作的示例的流程图。此基本操作表示与根据实时取景显示中的电子变焦操作的相差AF模块20的控制有关的操作，并且由控制单元101A执行。
参考图8，在步骤ST1，控制单元101A判定电子变焦是否处于激活状态。具体地，控制单元101A判定在实时取景显示中放大按钮21是否被拍摄者按压来通过电子变焦放大显示在液晶监视器12上的对象图像。如果电子变焦处于激活状态，操作进行到步骤ST2。如果电子变焦处于非激活状态，操作进行到步骤ST9。
在步骤ST2，控制单元101A判定与电子变焦相关的变焦放大比是否为1.5或更高。如果变焦放大比为1.5或更高，操作进行到步骤ST3。如果变焦放大比低于1.5，则操作进行到步骤ST9。
在步骤ST3，控制单元101A判定放大按钮21是否被拍摄者按压。如果放大按钮21被按压，则操作进行到步骤ST4。如果放大按钮21没有被按压，则操作进行到步骤ST5。
在步骤ST4，控制单元101A减小相差AF模块20中分别设置在标准部Pa和Pb中的检测区Ec和Ed(图6)中的像素数量。例如，每当放大按钮21被按压时，像素数量递减1。
此外，每当步骤ST4中检测区Ec和Ed中像素数量递减1时，标准部Pa和Pb中的检测区Ec和Ed中的移位量递增，例如递增1。换句话说，电子变焦激活状态中的检测区Ec和Ed中的移位量被设定为高于电子变焦非激活状态中检测区Ec和Ed中的移位量的值。
在步骤ST5，控制单元101A判定缩小按钮22是否被拍摄者按压。如果缩小按钮22被按压，则操作进行到步骤ST6。如果缩小按钮22没有被按压，则操作进行到步骤ST7。
在步骤ST6，控制单元101A增大相差AF模块20中分别设置在标准部Pa和Pb中的检测区Ec和Ed(图6)中的像素数量。例如，每当缩小按钮22被按压时，像素数量递增1。
此外，每当步骤ST6中检测区Ec和Ed中像素数量递增1时，在标准部Pa和Pb中的检测区Ec和Ed中的移位量递减，例如递减1。
在步骤ST7中，控制单元101A判定在步骤ST4中减小的或在步骤ST6中增大的检测区Ec和Ed中的像素数量是否分别超过了下限或上限。具体地，控制单元101A判定在步骤ST4中减小的检测区Ec和Ed中的像素数量是否低于预定的下限Kmin，或者判定在步骤ST6中增大的检测区Ec和Ed中的像素数量是否高于预定的上限Kmax。如果检测区Ec和Ed中的像素数量超过了下限Kmin或上限Kmax，则操作进行到步骤ST8。如果检测区Ec和Ed中的像素数量没有超过下限Kmin或上限Kmax，则操作进行到步骤ST10。
在步骤ST8，控制单元101A将检测区Ec和Ed中的像素数量限制到上限或下限。具体地，如果控制单元101A在步骤ST7中判定检测区Ec和Ed中的像素数量低于下限Kmin，则控制单元101A将检测区Ec和Ed中的像素数量设定到下限Kmin，并且如果控制单元101A在步骤ST7中判定检测区Ec和Ed中的像素数量高于上限Kmax，则控制单元101A将检测区Ec和Ed中的像素数量设定到上限Kmax。
在步骤ST9，控制单元101A将检测区Ec和Ed中的像素数量设定到标准值。例如，控制单元101A将检测区Ec和Ed中的像素数量设为在电子变焦非激活状态下执行1倍放大比实时取景显示时的像素数量(例如，上限Kmax)。
在步骤ST10，控制单元101A在相差AF模块20中执行具有在步骤ST4、ST6或ST9中设定的像素数量的检测区Ec和Ed中的相关性计算。例如，控制单元101A基于以图6所示的方式在将标准部Pa中的检测区Ec移位一个像素的同时所检测的光学图像Da的亮度分布和在将参考部Pb中的检测区Ed移位一个像素的同时所检测的光学图像Db的亮度分布执行相关性计算，以确定参考部Pb中的具有与标准部Pa中的检测区Ecm的最高相关性值的检测区Edm。结果，标准部Pa和参考部Pb之间的相差可以被检测，以适当地执行相差AF。
图像获取设备1A以上述方式通过电子变焦响应于放大而减小相差AF模块20中分别设置在标准部Pa和Pb中的检测区Ec和Ed中的像素数量，使得相差AF中的对焦检测的精度被提高，使得被放大的对象图像的失焦不可见。换句话说，可以通过电子变焦根据变焦状态进行适当的相差检测中的对焦检测。
在图像获取设备1A中，电子变焦的放大比可以不必用放大按钮21和缩小按钮22来设置。例如，图9所示的用户界面Ds可以被显示在液晶监视器12上，并且电子变焦的放大比可以利用方向选择键84等在用户界面Ds中设定。
图像获取设备1A可以不必采用电子变焦的放大比阶跃变化的构造。或者，电子变焦的“接通”状态或“关闭”状态可以被选择来在1倍放大比和预定的放大比(例如，2倍放大比)之间进行切换。在此情况下，例如，缩小按钮22可以被去除，并且放大按钮21可以被用作用于在电子变焦的“接通”状态和“关闭”状态之间切换的电子变焦开关。图10是示出了设置有这样电子变焦开关按钮的图像获取设备的示例性操作的流程图。
参考图10，在步骤ST11，图像获取设备判定电子变焦是否处于激活状态。具体地，图像获取设备判定电子变焦开关按钮是否被按压以将电子变焦设为“接通”状态。如果电子变焦处于激活状态，则操作进行到步骤ST12。如果电子变焦处于非激活状态，则操作进行到步骤ST13。
在步骤ST12，ST13和ST14，图像获取设备执行与在图8所示的流程图中的步骤ST4，ST9和ST10相似的步骤。
图像获取设备可以执行上述的操作，以使得通过电子变焦放大的对象图像中的失焦不可见，并且执行合适的相差检测中的对焦检测。
第二实施例
虽然根据本发明的第二实施例方式的图像获取设备1B具有与图1和2所示的根据本发明的第一实施方式的图像获取设备1A相似的外部构造，但是根据第二实施方式的图像获取设备1B与根据第一实施方式的图像获取设备1A就控制单元的构造而言在图3所示的功能构造方面是不同的。
具体地，与第一实施方式不同的控制相差AF模块20的程序被存储在图像获取设备1B的控制单元101B中。下面将具体描述图像获取设备1B中的相差AF模块20的控制。
根据第二实施方式的图像获取设备1B可以在电子取景器被使用(实时取景显示)时或者在光学取景器被使用时，根据可更换镜头3的光学变焦放大比，改变相差AF模块20中的标准部Pa和Pb中的检测区中的像素数量。
具体地，当在实时取景显示中对象图像通过电子变焦被放大时，根据第一实施方式的图像获取设备1A减少相差AF模块20中的检测区中像素数量，以使得液晶监视器12上显示的对象图像的失焦不可见。相反，因为在对象图像通过电子变焦缩小时可能发生近处和远处的对象的混合，所以根据第二实施方式的图像获取设备1B减小相差AF模块20中的检测区中的像素数量。下面将描述这样的相差AF模块20控制。
图11到13是用于描述近处和远处对象的混合的视图。
当相对靠近图像获取设备1B的对象(近侧对象)的光学图像被接收在相差AF模块20中的标准部Pa和参考部Pb中时，例如检测到如图11所示的光学图像Da1和Db1。相反，当相对远离图像获取设备1B的对象(远侧对象)的光学图像被接收在相差AF模块20中的标准部Pa和参考部Pb中时，例如检测到如图12所示的光学图像Da2和Db2。
在近侧对象和远侧对象都存在的状态(近处和远处对象的混合的状态)下，图11所示的光学图像Da1和Db1被叠加到图12所示的光学图像Da2和Db2上，以产生由图13中的实线所示的光学图像Da3和Db3。
当对于图11所示的光学图像Da1和Db1以及图12所示的光学图像Da2和Db2进行对焦检测时，即使分别设置在标准部Pa和Pb中的检测区Ea和Eb中的像素数量像图5所示的实例一样比较大，也可以适当地执行相差AF中的相关性计算，因为光学图像Da1和Db1具有简单的亮度分布，即各自只有一个像素之间亮度差异较大的特征部分Dc1，并且光学图像Da2和Db2也具有简单的亮度分布，即各自只有一个像素之间亮度差异较大的特征部分Dc2。
相反，在图13所示的近处和远处对象的混合的状态下的光学图像Da3和Db3中，在光学图像Da3中与近侧对象相关的光学图像Da1的特征部分Dc1和与远侧对象相关的光学图像Da2的特征部分Dc2之间的位置关系，以及在光学图像Db3中与近侧对象相关的光学图像Db1的特征部分Dc1和与远侧对象相关的光学图像Db2的特征部分Dc2之间的位置关系，是相反的。当具有更大像素数量的检测区Ef和Eg在这样的近处和远处对象的混合的状态下被分别设置在标准部Pa和Pb中以执行相关性计算时，参考部Pb的检测区Egm具有与标准部Pa的检测区Ef的最高相关性，如图13所示。通过使用检测区Egm的相差AF导致准焦处于近侧对象和远侧对象之间的位置处，因此令人不满意地执行了不适当的对焦检测。
因此，当在近处和远处对象的混合的状态下执行对焦检测时，如同在第一实施方式中一样，标准部Pa和Pb中的检测区中的像素数量被减少，以使对于远侧对象的对焦检测与对于近侧对象的对焦检测分别执行。下面将参考图14描述这样的相差AF模块20控制。
图14是用于描述根据第二实施方式的图像获取设备1B中的相差AF模块20的控制的视图。
图14所示的分别在标准部Pa和Pb中的检测区Eh和Ei的像素数量小于图13所示的分别在标准部Pa和Pb中的检测区Ef和Eg的像素数量。结果，可以检测出参考部Pb中的检测区Eia，该检测区与标准部Pa中接收到关于远侧对象的亮度分布中的特征部分Dc2的检测区Eha具有最高的相关性，并且还可以检测出参考部Pb中的检测区Eib，该检测区与标准部Pa中接收关于近侧对象的亮度分布中的特征部分Dc1的检测区Ehb具有最高的相关性。由于对于近侧对象的对焦检测可以独立于对于远处对象的对焦检测来执行，所以可以防止处于近侧对象和远侧对象之间的点处的对焦。例如，对近侧对象优先的相差AF允许对于人(近侧对象)进行适当对焦，而不会受到背景(远侧对象)的影响。
当可更换镜头3中的光学变焦放大比被减小时，更可能发生近处和远处对象的混合的状态。例如，当实时取景显示时的电子变焦在液晶监视器12上的显示图像Gc中导致过大的对象时，如图15A所示，拍摄者通常减小光学变焦放大比，作为用于微调对象尺寸的操作。此操作可以导致相差AF模块20中的对焦检测区域J中的近处和远处对象的混合的状态，如图15B所示。但是，具有减少数量的像素的检测区可以被设定来独立于对于远侧对象(山)的对焦检测执行对于近侧对象(人)的对焦检测，因此能够进行适当的相差AF。例如，设定对焦检测区域Ja和Jb，其长度短于对焦检测区域J的长度，如图15B所示的实例中那样。
下面将描述相差AF模块20以上述方式被控制的图像获取设备1B的示例性具体操作。
图16是示出了根据第二实施方式的图像获取设备1B的基本操作的实例的流程图。此基本操作表示与根据可更换镜头3中的光学变焦放大比的相差AF模块20的控制有关的操作，并且由控制单元101B执行。
参考图16，在步骤ST21，控制单元101A判定与光学变焦相关的变焦放大比是否不高于预定值。具体地，控制单元101B基于可更换镜头3中的镜头位置检测器39检测的关于镜头位置的信息，来计算光学变焦放大比，以判定光学变焦放大比是否高于预定阈值α。如果光学变焦放大比不高于该预定值，则操作进行到步骤ST22。如果光学变焦放大比高于该预定值，则操作进行到步骤ST28。
在步骤ST22，控制单元101B判定与光学变焦相关的变焦放大比之否被减小。例如，控制单元101B判定拍摄者是否操作了可更换镜头3的操作环以缩小对象图像。如果变焦放大比被减小，则操作进行到步骤ST23。如果变焦放大比没有被减小，则操作进行到步骤ST24。
在步骤ST23，控制单元101B减小相差AF模块20中分别设置在标准部Pa和Pb中的检测区Eh和Ei(图14)中的像素数量，与图8中的步骤ST4一样。换句话说，控制单元101B根据与光学变焦相关的变焦放大比，缩短检测区Eh和Ei的区长度。
此外，控制单元101B根据在步骤ST23中检测区Eh和Ei中的像素数量的减少，来增大分别处于标准部Pa和Pb中的检测区Eh和Ei中的移位次数。换句话说，控制单元101B根据与光学变焦相关的变焦放大比，增大检测区Eh和Ei中的移位次数。
在步骤ST24，控制单元101B判定与光学变焦相关的变焦放大比之否被增大。例如，控制单元101B判定拍摄者是否操作了可更换镜头3的操作环以放大对象图像。如果变焦放大比被增大，则操作进行到步骤ST25。如果变焦放大比没有被减小，则操作进行到步骤ST26。
在步骤ST25到ST29，控制单元101B执行与图8所示的步骤ST6-ST10相似的步骤。
图像获取设备1B以上述方式响应于通过光学变焦的缩小，来减小相差AF模块20中分别设置在标准部Pa和Pb中的检测区Eh和Ei中的像素数量，使得即使在对焦检测区域中可能出现近处和远处对象的混合，也可以例如仅仅对于近侧对象执行对焦检测。结果，可以根据通过光学变焦的变焦状态执行适当的对焦检测。
修改形式
实时取景显示可以不必基于由本发明的上述实施方式中以图4所示方式布置的用于实时取景显示的图像获取装置7所顺序获得的图像数据来执行。实时取景显示可以由布置在主反射镜61上方的用于实际图像拍摄的图像获取装置5所顺序获得的图像数据来执行，如图17所示的图像获取设备1C。
或者，当光学取景器被使用时，主反射镜61和副反射镜62可以被设置为放下状态，如图18A所示实例中；当电子取景器被用来基于用于实际图像拍摄的图像获取装置5所顺序地获得的图像数据执行实时取景显示时，主反射镜61和副反射镜62可以被设置为升起状态，如图18B所示的图像获取设备1D。
图17所示的图像获取设备1C和图18A和18B所示的图像获取设备1D具有图19所示的功能构造，其中，图像获取装置7被从图3所示的构造去除。
并且在具有图19所示的构造的图像获取设备1C和图像获取设备1D中，当电子变焦被用于实时取景显示时或者当与光学变焦相关的变焦放大比被改变时，相差AF模块20可以与上述实施方式相同的方式被控制，以执行适当的对焦检测。
可更换镜头3中的透镜组37可以不必由上述实施方式中的包括致动器在内的镜头驱动器38(图3)驱动。透镜组37可以由包括摄像机主体2中的致动器在内的机械驱动器48经由镜头驱动器38A驱动，如图20所示的图像获取设备1E中。
可以不必如在上述实施方式中一样如图6所示，将在将标准部Pa中的检测区Ec移位一个像素的同时所检测的光学图像Da的亮度分布与在将参考部Pb中的检测区Ed移位一个像素的同时所检测的光学图像Db的亮度分布进行比较。可以将在将标准部Pa中的固定检测区Ec中检测的光学图像Da的亮度分布与在将参考部Pb中的检测区Ed移位一个像素的同时所检测的光学图像Db的亮度分布进行比较。例如，基于在激活电子变焦之前在图5所示的较大检测区Ea中所检测的对象的光学图像Da的亮度分布，检测光学图像Da的特征部分Dc(图6)，并且在激活电子变焦之后仅仅在标准部Pa中设置包括所检测的特征部分Dc在内的检测区Ecm(图6)。然后，可以将检测区Ecm中检测的光学图像Da的亮度分布与在将参考部Pb中的检测区Ed移位一个像素的同时所检测的光学图像Db的亮度分布进行比较。此方法可以提高对焦检测的速度。
本领域的技术人员应该理解到，可以想到各种修改、组合、子组合和替换，这取决于设计要求和其它因素，只要这些修改、组合、子组合和替换，在权利要求的范围和其等同物内即可。
相关申请的交叉引用
本发明包含与2007年10月05日向日本专利局提出的日本专利申请JP2007-261868相关的主题，该申请的全部内容通过引用被包含于此。

Claims (4)

1.一种图像获取设备，包括：
成像光学系统；
显示单元；
检测装置，用于执行相差检测中的对焦检测；
对焦装置，用于基于所述检测装置的对焦检测的结果，执行所述成像光学系统中的镜头的对焦控制；
成像装置，其能够产生关于对象的光学图像的图像信号，所述光学图像是通过执行了所述镜头的所述对焦控制的所述成像光学系统而接收的；
电子变焦装置，用于通过对所述图像信号执行信号处理，来放大或缩小基于由所述成像装置产生的所述图像信号而在所述显示单元中显示的所述对象的图像；以及
切换装置，用于在电子变焦激活状态与电子变焦非激活状态之间进行切换，在所述电子变焦激活状态中，所述电子变焦装置被激活；在所述电子变焦非激活状态中，所述电子变焦装置没有被激活，
其中，所述检测装置包括：
传感器单元，其包含第一线传感器和第二线传感器，所述第一线传感器和第二线传感器中以一维和线性方式布置有多个像素；
设置装置，用于在所述第一线传感器和所述第二线传感器中设置具有相同区长度的检测区；
对焦检测装置，用于基于在所述第一线传感器和所述第二线传感器中设置的各个检测区中所检测的对象的光学图像，执行所述相差检测中的对焦检测；以及
区长度控制装置，用于使所述电子变焦激活状态下的所述检测区的区长度短于所述电子变焦非激活状态下的所述检测区的区长度。
2.如权利要求1所述的图像获取设备，
其中，所述设置装置包括移位装置，所述移位装置用于使所述第一线传感器和/或所述第二线传感器中的所述检测区的设置位置顺序地移位，并且
其中，所述检测装置包括用于使所述电子变焦激活状态下由所述移位装置移位的次数大于所述电子变焦非激活状态下的移位次数的装置。
3.一种图像获取设备，包括：
成像光学系统，能够改变与光学变焦相关的变焦放大比；
检测装置，用于执行相差检测中的对焦检测；
对焦装置，用于基于所述检测装置的对焦检测的结果，执行所述成像光学系统中的镜头的对焦控制；以及
成像装置，其能够产生关于对象的光学图像的图像信号，所述光学图像是通过执行了所述镜头的所述对焦控制的所述成像光学系统而接收的，
其中，所述检测装置包括：
传感器单元，其包含第一线传感器和第二线传感器，所述第一线传感器和第二线传感器中以一维和线性方式布置有多个像素；
设置装置，用于在所述第一线传感器和所述第二线传感器中设置具有相同区长度的检测区；
对焦检测装置，用于基于在所述第一线传感器和所述第二线传感器中设置的各个检测区中所检测的对象的光学图像，执行所述相差检测中的对焦检测；以及
区长度控制装置，用于根据所述变焦放大比的减小，来减小所述检测区的区长度。
4.如权利要求3所述的图像获取设备，
其中，所述设置装置包括移位装置，所述移位装置用于使所述第一线传感器和/或所述第二线传感器中的所述检测区的设置位置顺序地移位，并且
其中，所述检测装置包括用于根据所述变焦放大比的减小来增大由所述移位装置移位的次数的装置。
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