CN102089696A - 焦点调节设备、摄像设备、可互换镜头、转换系数校准方法和转换系数校准程序 - Google Patents

Abstract

一种焦点调节设备，包括：光电转换单元，用于对至少一对光学信号进行光电转换，并且输出至少一对图像信号；相位差检测单元，用于检测所述光电转换单元所输出的所述一对图像信号之间的相位差；转换单元，用于通过使用转换系数执行用于将所述相位差检测单元所检测到的相位差转换成散焦量的转换；焦点移动单元，用于基于所述转换单元进行转换得出的散焦量来移动焦点位置；以及校准单元，用于根据当操作员拍摄被摄体时所述焦点移动单元移动焦点位置的结果，校准所述转换系数。

Description

焦点调节设备、摄像设备、可互换镜头、转换系数校准方法和转换系数校准程序

技术领域

本发明涉及数字照相机和摄像机等用的焦点调节设备，涉及摄像设备、可互换镜头、转换系数校准方法，并且涉及转换系数校准程序。

背景技术

近年来，伴随着焦点检测装置的性能提高，已经提出了可以测量视野内多个点处的距离的、被称为多点测距的多焦点检测部件。另外，作为焦点检测的方式，传统上，相位差AF是已知的。在通过使用相位差AF的原理执行多点测距的焦点检测部件中，获取与所测量的各个测距点相关联的一对图像信号，执行相关计算，并且根据相位差计算散焦量。

作为用于检测照相机镜头的焦点状态的一个方法，日本特开昭58-24105公开了使用二维传感器并利用光瞳分割方法来执行焦点检测的设备，其中，在二维传感器的各像素处形成有微型透镜。日本特开昭58-24105的设备被构造成，构成传感器的各个像素的光电转换单元被分割成多个，并且分割后的光电转换单元从照相机镜头的光瞳的不同区域接收光。另外，日本特开昭61-18911公开了在由于照相机镜头而发生所谓的“渐晕(vignetting)”时执行校正的焦点调节设备。在日本特开昭61-18911中，关联并存储镜头的照度和渐晕状态，并且校正根据拍摄时镜头的照度的状态将模糊量转换成散焦量的转换系数。此外，日本特开2004-12493公开了校准将模糊量转换成散焦量的转换系数的焦点调节设备。在日本特开2004-12493中，在操作员拍摄照片之前，执行校准操作，并且将该值存储在照相机中。在拍摄时，通过使用校准后的转换系数将模糊量转换成散焦量。此外，日本特开2007-121896公开了在考虑到由于照相机镜头所引起的渐晕时、计算将模糊量转换成散焦量的转换系数的焦点调节设备。在日本特开2007-121896中，计算基于焦点检测光学系统的分布和照相机镜头系统的开口信息来将模糊量转换成散焦量的转换系数。

引文列表

专利文献

日本特开昭58-24105

日本特开昭61-18911

日本特开2004-12493

日本特开2007-121896

然而，当操作员正在操作照相机时，对于给自动焦点检测(以下称为“AF”)的操作带来舒适感，除了AF精度以外，AF速度也是重要的。为了提高AF速度，当在散焦状态下进行AF时，必须利用尽可能少的AF操作实现聚焦状态。具体地，期望所检测到的散焦量接近于实际散焦量。因而，由于在日本特开昭58-24105所公开的所谓的“相位差AF”中、作为一对图像的模糊量来检测散焦量，因此必须正确估计将模糊量转换成散焦量的转换系数。另一方面，当从焦点检测传感器处远离摄像光轴的点观看时，由于照相机镜头而引起渐晕。当可以正确评价由于照相机镜头所引起的渐晕时，不存在问题，但由于制造误差或设备的松动等，不总是能够正确估计渐晕。另外，在操作者在拍摄之前执行校准操作的方法中，存在在拍摄之前执行校准操作对操作员施加极大负担的问题。因而，存在当操作员没有正确进行校准操作时不能进行正确的AF操作的问题。

发明内容

本发明提供以下一种设备：该设备使得即使当由于光学系统而发生渐晕时，也能够在操作员并未特别知晓校准操作的情况下，进行将模糊量转换成散焦量的转换系数的校准。

为了解决以上所述的问题，本发明的方面是一种焦点调节设备，其配置有：光电转换单元，用于对至少一对光学图像进行光电转换，并且输出至少一对图像信号；相位差检测单元，用于检测所述光电转换单元所输出的所述一对图像信号之间的相位差；转换单元，用于通过使用转换系数执行将所述相位差检测单元所检测到的相位差转换成散焦量的转换；焦点移动单元，用于基于所述转换单元进行转换得出的散焦量移动焦点位置；以及校准单元，用于根据在操作员拍摄被摄体时所述焦点移动单元移动焦点位置的结果，校准所述转换系数。

根据本发明，可以在操作员并未特别知晓校准操作的情况下，执行将模糊量转换成散焦量的转换系数的校准。由此，可以实现AF速度的提高，并且可以提高可用性。通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

图1是示出包括根据本发明的焦点调节设备的照相机的第一实施例的截面图。

图2是第一实施例的照相机的与焦点调节有关的部分的功能框图。

图3是示出摄像元件的一部分的平面图。

图4是图3所示的像素的截面图，其中，所述像素包括具有在x方向上被限制的开口的像素和可以从整个光瞳区域接收光的像素。

图5A是示出图3所示的像素A和B的截面与光瞳之间的关系的图。

图5B是示出图3所示的像素A和B的截面与光瞳之间的关系的图。

图6A是示意性示出从摄像镜头5的光瞳160入射至像素A和像素B的光束的图。

图6B是示意性示出从摄像镜头5的光瞳160入射至像素A和像素B的光束的图。

图6C是示意性示出从摄像镜头5的光瞳160入射至像素A和像素B的光束的图。

图6D是示意性示出从摄像镜头5的光瞳160入射至像素A和像素B的光束的图。

图7是在与光瞳分割垂直的方向上对图6B和6D所示的区域中的光束进行积分、并且利用光瞳分割方向上的一维图像来表示该光束的图。

图8是示出本实施例的照相机的主流程的流程图。

图9是示出焦点检测子例程的流程图。

图10是示出转换系数学习子例程的流程图。

图11是用于解释识别值的计算的图。

图12是用于解释图10中的S211的效果的图。

图13是示出摄像子例程的流程图。

图14是本发明的第二实施例的照相机的截面图。

图15是焦点检测光学系统的分解立体图。

图16是第二实施例的照相机的与焦点调节有关的部分的功能框图。

图17是第二实施例的焦点检测操作的流程图。

具体实施例

以下将参考附图来解释用于实施本发明的实施例。注意，以下所示的各个附图是示意性附图，并且为了便于理解，适当强调各个部分的大小和形状。另外，以下解释具有具体的数值、形状、材料和操作等。然而，可以适当修改这些。此外，在这些图的一部分中，为了明确各个图之间的对应关系以便于理解，设置以下的XYZ垂直坐标系：在该XYZ垂直坐标系中，在没有特别规定原点并且仅表示方向的情况下，照相机处于正位置时的向上方向是+Y方向。这里，表述“正位置”表示当摄像镜头5的摄像光学系统的光轴(以下简称为“光轴”)为水平、并且所拍摄图像的长边方向为水平时照相机的姿势。以下，+Y方向向上，并且+Z方向(即，光轴的朝向被摄体的方向)向前。

实施例1

图1是示出包括根据本发明的焦点调节设备的照相机的第一实施例的截面图。图2是第一实施例的照相机的与焦点调节有关的部分的功能框图。本实施例的照相机是通过将取景器3、包括摄像元件10的照相机本体1和包括摄像光学系统L的摄像镜头5组合所使用的可互换镜头型数字照相机。照相机本体1设置有取景器3、摄像元件10、显示器11、CPU 20、摄像元件控制电路21、存储器电路22、接口电路23、图像处理单元24、电触点25和反射镜30。

取景器3配置在照相机本体1的+Y侧上，并且使得操作员能够观看反射镜30所反射的被摄体图像。摄像元件由CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器或CDD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)图像传感器等构成。摄像元件10配置在照相机本体1的摄像镜头5的预期成像面处。以下将说明摄像元件10的详细内容。显示器11由LCD(液晶显示器)面板等构成，并且显示所拍摄图像和诸如与摄像等有关的信息等的信息。另外，在实时取景模式下时，显示器11显示要拍摄的区域的实时运动图像。这里，术语“实时取景模式”表示摄像元件10拍摄来自摄像镜头5的被摄体图像、并且在显示器11中实时显示预览用的低分辨率运动图像的模式。在实时预览模式下，进行以下所述的摄像面中的相位差AF。

CPU 20是执行照相机本体的整体控制的控制单元。另外，CPU 20配置有相位差检测单元20a、转换单元20b、焦点移动单元20c和校准单元20d。CPU 20还执行摄像镜头5的焦点状态的计算、驱动命令和转换系数的校准。相位差检测单元20a检测从摄像元件10中包括的(以下要说明的)焦点检测像素已经获得的一对图像信号之间的相位差。转换单元20b通过使用以下所述的转换系数，将相位差检测单元20a已经检测到的相位差转换成散焦量。焦点移动单元20c指示镜头CPU 50，以使得基于通过转换单元20b进行转换所产生的散焦量来移动焦点位置。校准单元20d在焦点移动单元20c移动焦点位置时，将预期焦点位置的移动量和实际焦点位置的移动量进行比较，并且根据该比较结果来校准该转换系数。另外，校准单元20d将校准后的转换系数发送至转换单元20b，并且将校准后的转换系数存储在存储器电路22中。执行焦点状态的计算、驱动命令和转换系数的校准的部分构成本实施例的照相机中的焦点调节设备的主要结构。以下将详细解释作为焦点调节设备的该部分的操作。

摄像元件控制电路21根据CPU 20的命令执行摄像元件10的驱动控制。存储器电路22是存储摄像元件10已经拍摄到的图像的存储单元。另外，将摄像元件10的接收光分布和以下所述的转换系数存储在存储器电路22中。接口电路23将已经经过了图像处理单元24进行的图像处理的图像输出至照相机外部。图像处理单元24执行摄像元件10已经拍摄到的图像信号的图像处理。使电触点25接触摄像镜头5的电触点54，并且使用电触点25来供电和通信各种类型的信号。反射镜30将来自摄像镜头5的拍摄光束朝向取景器3反射。另外，反射镜30在拍摄时或在实时取景模式时在+Y方向上退回，以使得来自摄像镜头5的拍摄光束能够到达摄像元件10。尽管没有示出，但在反射镜30的-Z侧和摄像元件10的+Z侧之间设置快门。在拍摄时以及在实时取景模式时，该快门打开。

摄像镜头5是从照相机本体1可自由拆卸的可互换镜头。摄像镜头5配备有摄像光学系统L、镜头CPU 50、摄像镜头驱动机构51、光圈驱动机构52、光圈53和电触点54。摄像光学系统L在摄像元件10上形成所拍摄的被摄体的光学图像。摄像光学系统L包括一组透镜，并且摄像镜头驱动机构51驱动摄像光学系统L，以使得摄像元件10的摄像面附近的焦点位置沿着Z方向移动。镜头CPU 50经由电触点25接收从照相机本体1的CPU 20发送来的焦点调节信息，并且基于该焦点调节信息来驱动摄像镜头驱动机构51。摄像镜头驱动机构51包括调焦马达51a和将转动运动转换成直线运动的驱动力转换机构51b，并且驱动摄像光学系统L中包括的调焦透镜组。例如，可以使用组合了导螺杆和螺母的机构、或者组合了轭凸轮和凸轮从动轮的凸轮机构等作为驱动力转换机构51b。光圈驱动机构52包括驱动光圈53的机构及其致动器，并且根据镜头CPU 50的命令来驱动光圈53。光圈53包括例如配置在摄像镜头5的光瞳附近的虹彩光圈，并且通过光圈驱动机构52使光圈53缩小至预定光圈值。使电触点54接触照相机本体1的电触点25，并且使用电触点54来供电和通信各种类型的信号。

另外，图1示出窗框53a和窗框53b。窗框53a是被设置成与光圈53相比、离摄像元件10更近的(-Z侧上的)窗框。窗框53b是被设置成与光圈53相比、离摄像元件10更远的(+Z侧上的)窗框。这里，窗框是限定如下区域的遮光框，其中，在该区域中，由于保持构成摄像光学系统L的各个透镜的保持框构件因而被摄体光产生渐晕。此外，图1示出光线165a和165b、光线166a和166b以及光线167a和167b。光线165a和165b从摄像元件10的中心指向光圈53。光线166a和166b从摄像元件上在Y方向上存在像高的点指向光圈53。在入射至摄像元件上在Y方向上存在像高的点的光束中，由窗框限定光线167a和167b。在图1所示的实施例的例子中，由于窗框53a和53b，因而在摄像元件10的中心处，光线未产生渐晕。然而，在像高高的位置处，由于与指向光圈53的光线相比、窗框53a和53b向内侧延伸地更多，因此窗框53a和53b的顶部和底部处的光线可能产生渐晕。在图1的例子中，窗框53a限制+Y方向上的光线，并且窗框53b限定-Y方向上的光线。以下将解释渐晕的影响。

图3是示出摄像元件的一部分的平面图。摄像元件10包括排列的多个像素。这些像素各自执行光电转换，并且整体用作输出图像形成数据和焦点检测用的一对图像信号的光电转换单元。在图3中，字母“R”、“B”和“G”表示各像素的滤色器的颜色。利用字符“R”标记的像素表示透射光的红色成分的像素，利用字符“G”标记的像素表示透射光的绿色成分的像素，并且利用字符“B”标记的像素表示透射光的蓝色成分的像素。在图3中，利用阴影图案表示这些颜色“R”、“B”和“G”。另外，“R”、“B”和“G”各自根据所谓的“拜尔阵列(Bayer array)”配置。由于滤色器的排列是拜尔阵列，因此一个像元单元由一个“R”像素和一个“B”像素以及两个“G”像素构成。然而，在本实施例的摄像元件10中，将“R”像素和“B”像素的位置的一部分分配至接收已经透过摄像镜头5的光瞳区域的一部分的光束的焦点检测像素。在图3中，标记为“A”和“B”的像素(以下称为“像素A”和“像素B”)是用于检测摄像镜头5的焦点状态的像素，并且利用电极131限制X方向(图3的横向方向)上的开口。另外，已经通过光瞳中的不同分区的光线在以下将说明的像素A和像素B处成像。

在本实施例中，可以通过设置作为焦点检测像素的像素A和像素B来进行摄像面处的相位差AF。表述“摄像面处的相位差AF”表示如下AF操作：与拍摄被摄体图像的摄像元件10协作进行传统的相位差AF所需的相位差检测传感器的功能。如图3所示，在本实施例中，像素A和像素B是相邻像素，并且二者之间的距离尽可能短。该配置使像素A和像素B将被暴露至不同的图案的可能性最小。由此减小焦点检测误差。另外，边界位置在奇数线和偶数线中对准，并且像素A和像素B的位置在奇数线和偶数线中相反。因而，即使在被摄体的边缘部位于像素A和像素B之间的边界部处的情况下，在像素A和像素B这两者中也同时发生从像素A和像素B获得的图像的相位偏移。此外，偏移量均匀并且存在于相反方向上。因而，在本实施例中，通过使用在与光瞳分割方向垂直的方向上相邻的至少两组线而执行相关计算，来彼此消除焦点检测误差。因而，在本实施例中，使图像的对数总是偶数。由此可以减小焦点检测误差。

图4是具有在X方向上被限制的开口的像素和可以从整个光瞳区域接收光的像素的截面图，其中，在图3中示出像素A和像素B。图4中右侧的像素可以从摄像镜头5的整个光瞳区域接收光，并且由于在X方向上限制开口，因此图4中左侧的像素可以从摄像镜头5的光瞳区域的一部分接收光束。以下将参考图5A和5B来解释此。在摄像元件10中，以嵌入硅基板110中的方式形成光电转换部111。将光电转换部111所生成的信号电荷经由浮动扩散部(未示出)、第一电极131和第二电极132输出至外部。在光电转换层111和第一电极131之间形成层间绝缘膜121，并且在第一电极131和第二电极132之间形成层间绝缘膜122。另外，在第二电极132的光入射侧上形成层间绝缘膜123。此外，形成钝化膜140和平坦化层150。在平坦化层150的光入射侧处形成滤色层151、平坦化层152和微型透镜153。这里，对微型透镜153的倍率进行设置，以使得摄像镜头5的光瞳和光电转换部111大致共轭。另外，在位于摄像元件10的中心的像素处，微型透镜153被配置在该像素的中心，并且在位于周边的像素处，微型透镜153被配置成朝向摄像镜头5的光轴侧偏移。已经通过摄像镜头5的被摄体光聚光于摄像元件10附近。此外，已经到达摄像元件10的各个像素的光被微型透镜153折射，并且聚光于光电转换部111上。在该图右侧的正常摄像所使用的像素处，对第一电极131和第二电极132进行配置，以使得入射光未被遮蔽。另一方面，在该图左侧的执行摄像镜头5的焦点检测的像素处，按覆盖光电转换部111的方式形成第一电极131的一部分。结果，在图中左侧的焦点检测像素处，可以接收到通过摄像镜头5的光瞳的一部分的光束。另外，为了防止由于第一电极131遮蔽入射光束的一部分、因而光电转换部111的输出衰减，由不吸收光并且透射率高的树脂形成焦点检测像素的滤色层154。

图5A和5B是示出图3所示的像素A和像素B的截面与光瞳之间的关系的图。图5A是用于解释通过光瞳区域161a的光束的光路的图，并且图5B是用于解释通过光瞳区域161b的光束的光路的图。在图5A和5B中，左侧的像素与图3中的像素A相对应，并且该图中右侧的像素与图3中的像素B相对应。在图5A和5B中，示意性示出摄像镜头5的光瞳160，并且光电转换部111a和111b分别与像素A和像素B相对应。如图5A和5B所示，像素A的开口和像素B的开口被设置成相对于微型透镜153的光轴具有不同的偏心距。因而，通过图5A所示的光瞳区域161a的光束到达像素A的光电转换部111a，但未到达像素B的光电转换部111b。另一方面，通过图5B所示的光瞳区域161b的光束到达像素B的光电转换部111b，但未到达像素A的光电转换部111a。这里，在图3所示的、使得能够获得已经通过摄像镜头5的光瞳的一部分区域的光束的光瞳分割单元中，将示出以上所述的两个区域的相对位置的方向(在本实施例中，X轴方向)定义为光瞳分割方向。另外，在与光轴正交的平面中，将与光瞳分割方向垂直的方向(在本发明中，Y轴方向)定义为与光瞳分割垂直的方向。另外，已经解释了第一实施例的摄像元件10仅包括具有作为X轴方向的光瞳分割方向的像素，但还可以使用摄像元件10具有光瞳分割方向与该方向垂直(即，Y轴方向)的重叠像素的结构。在本发明中，由于已将这些方向定义为光瞳分割方向和与光瞳分割垂直的方向，因此如果多加注意，则可以将这些方向容易地应用于光瞳分割方向位于Y轴方向上的焦点检测像素。

图6A～6D是示意性示出从摄像镜头5的光瞳160入射至像素A和像素B的光束的图。图6A示出摄像元件10的中央附近、光束入射至像素A和像素B的区域与光瞳之间的关系。图6B示出摄像元件10的中央附近、光束入射至像素A和像素B的区域被窗框等切割时的外观。图6C示出在X方向上像高高的位置处、光束入射至像素A和像素B的区域与光瞳之间的关系。图6D示出在X方向上像高高的位置处、光束入射至像素A和像素B的区域被窗框等切割时的外观。在图6A～6D中，将与光瞳区域的附图标记相同的附图标记(161a)附加至已经通过光瞳区域161a并且入射至像素A的光束的区域，并且将与光瞳区域的附图标记相同的附图标记(161b)附加至已经通过光瞳区域161b并且入射至像素A的光束的区域。另外，利用交叉影线密度表示入射率。大量光入射至影线密的区域，并且仅少量光入射至影线疏的区域。依赖于光瞳的区域的入射率之间的差异的原因包括微型透镜的像差、光学倍率的组合误差和光的衍射等。另外，按在入射光束的区域中重叠的方式示出光圈53所限定的框161、窗框53a所限定的框164a和窗框53b所限定的框164b。此外，将不存在渐晕的161a和161b的加权中心(在下文，光量分布的加权中心)分别表示为165a0和165b0。将图6B所示的状态下的161a和161b的加权中心分别表示为165a 1和165b 1。将图6D所示的状态下的161a和161b的加权中心分别表示为165a2和165b2。如图6A所示，如果不存在渐晕，则光束已经通过光瞳区域161a和光瞳区域161b、并且分别入射至像素A和像素B的区域还存在于摄像镜头5的框(光瞳)161外部。然而，实际上，渐晕是因光圈53所限定的框161、窗框53a所限定的框164a和窗框53b所限定的框164b所产生的。因而，如图6B所示，被框161切断的范围中的光到达摄像元件10。然后，如图6B所示，入射至像素A的光束的区域161a的加权中心165a1和入射至像素B的光束的区域161b的加权中心165b 1由于渐晕而移动。如图6A和6B所示，当从摄像元件10的中心观看时，由于与光圈53所限定的框161相比、框164a和框164b更靠外侧，因此没有限制入射至像素A和像素B的光量。窗框53a限定框164a，并且窗框53b限定框164b。另一方面，如图6C和6D所示，当从像高高的位置观看时，将窗框53a和53b投影到光瞳面上的框164a和164b根据像高而偏心。在图6C中，由于从+X方向上的位置观看，因此离摄像元件10近的窗框53a的框164a在+X方向上偏心，并且离摄像元件10远的窗框53b的框164b在-X方向上偏心。结果，出现与光圈53所限定的框161相比、向内延伸地更多的区域。

在这里所示的例子中，如图6D所示，光圈53以及窗框53a和53b各自的框161、164a和164b提取光束入射至像素A的区域161a和光束入射至像素B的区域161b。如图6D所示，这里，光束入射至像素A的区域161a的加权中心165a2和光束入射至像素B的区域161b的加权中心165b2由于渐晕而移动。另外，分别入射至像素A和像素B的光量由于渐晕而不同。因而，为了正确执行焦点检测，优选补偿由于渐晕引起的入射光的加权中心的移动。如以上参考图6A～6D所述，入射至像素A的光束的区域161a的加权中心和入射至像素B的光束的区域161b的加权中心由于像高所确定的渐晕的状态而以复杂方式变化。另外，由于摄像镜头5是可拆卸的，因此本实施例所示的照相机本体1可以使用各种可互换镜头，并且可以使用各种摄像光学系统。在这种情况下，在具有复杂的光学系统的摄像镜头5中，难以通过预测以上所述的渐晕来找到图像的加权中心。

图7是通过在与光瞳分割垂直的方向上进行积分之后、使用光瞳分割方向上的一维图像来表示图6A和6B所示的区域中的光束的图。图7与由焦点检测像素组(图3中的第一线和第二线等)所生成的线像分布图相对应。在图7中，曲线162a 1示出图6B中像素A的线像分布，曲线162b 1示出图6B中像素B的线像分布，曲线162a2示出图6D中像素A的线像分布，曲线162b2表示图6D中像素B的线像分布。另外，在图7中，点165a1示出曲线162a1的加权中心，点165a2示出曲线162a2的加权中心，点165b 1示出曲线162b 1的加权中心，并且点165b2示出曲线162b2的加权中心。如通过图7可以理解，由于像素A和像素B的入射角特性不同，因此在散焦期间，在像素A的图像和像素B的图像中产生光瞳分割方向上的模糊。可以由加权中心之间的距离来表现(与由从像素A和像素B获得的信号所示的线像分布中的相位差相对应的)相对于单位散焦量的模糊量。根据加权中心之间的距离来计算用于将模糊量(或相位差)转换成散焦量的转换系数，然后将转换系数存储在存储器电路22中以供以下所述的焦点检测操作使用。当然，当不能正确计算加权中心之间的距离时，将计算出不正确的转换系数。因而，在本实施例中，根据用户的正常拍摄操作自动进行以下将说明的转换系数的补偿。

接着，参考图8至图13，将解释本实施例的照相机的焦点调节和摄像操作。图8是示出本实施例的照相机的主流程的流程图。在步骤101(在下文，由“S”表示术语“步骤”)中，操作员使照相机1的电源开关为ON(接通)。在S102中，CPU 20确认照相机中的各个致动器和摄像元件10的操作，初始化存储器内容和所执行的程序，并且执行摄像准备动作。在S103中，判断是否正在执行摄像面处的相位差AF(以下称为“摄像面AF”)作为聚焦操作。注意，基于诸如使AF开始按钮(未示出)等为ON等的操作员的命令来执行是否正在进行聚焦操作的判断。在S104中，由于正在执行摄像面AF，因此执行镜锁定操作和快门打开操作。在S105中，开始摄像元件的摄像操作，并且输出预览用的低分辨率运动图像。在S107中，在照相机的背面设置的显示器11中显示已经读出的运动图像，并且操作员通过观看该预览图像确定拍摄时的构图。在S109中，开始预览运动图像中的面部识别。在S111中，判断是否已经检测到面部。在视野中已经识别出存在面部的情况下，处理从S111进入S113，并且将焦点调节模式设置为面部AF模式。这里，术语“面部AF模式”表示将焦点与视野中的面部对准的AF模式。另一方面，在视野中不存在面部的情况下，处理从S111进入S115，并且将焦点调节模式设置为多点AF模式。

这里，术语“多点AF模式”表示以下的模式：将视野分割成例如3×5＝15个部分，针对各个分割区域进行焦点检测，根据焦点检测结果和被摄体的亮度信息推断主被摄体，并且对该区域执行聚焦。在S113或S115中，当判断为操作处于AF模式时，在S117中确定焦点检测区域。在S121中，判断是否已经使拍摄准备开关为ON。如果未使拍摄准备开关为ON，则处理返回至S105，并且通过摄像元件驱动重复执行S117的焦点检测区域的确定。在S121中，当使拍摄准备开关为ON时，处理进入S123，并且在复位作为用于学习转换系数的数据的转换系数学习值之后，处理进入S131，并且执行焦点检测子例程(图9)。

图9是示出焦点检测子例程的流程图。主要由CPU 20的相位差检测单元20a和转换单元20b来执行该焦点检测子例程。当处理从S131的主例程跳至该子例程时，在S 133中，从在主例程的S117中已经确定的焦点检测区域中包括的焦点检测像素读出相位差检测所使用的图像信号。在S135中，执行作为丢失像素的焦点检测像素的处理。例如，可以基于相邻像素的值对丢失像素的值进行插值。在S137中，提取基于在S135中进行了补偿的信号的、要进行相关计算的一对图像。在S139中，执行所获得的两个图像信号的相关计算，并且计算这两个图像信号之间的相对位置偏移量(即，相位差)。在S141中，判断相关计算的可靠性。这里，术语“可靠性”表示这两个图像之间的一致度，并且当这两个图像之间的一致度高时，通常焦点检测结果的可靠性高。因而，当已经选择了多个焦点检测区域时，优选使用可靠性高的信息。在S143中，基于可靠性高的检测结果和转换系数来计算散焦量。然后，在S145中，处理进入转换系数学习子例程(图10)。以这种方式，在本实施例中，根据在操作员拍摄被摄体时执行的聚焦操作期间、焦点位置的移动结果来校准转换系数。

图10是示出转换系数学习子例程的流程图。当处理从图9中的焦点检测子例程跳至转换系数学习子例程的S201时，基于通过焦点检测子例程已经得出的可靠性来判断是否可以更新当前的学习值。当可靠性低时，转换系数学习子例程在不更新学习值的情况下终止，并且处理进入S231。当可靠性高时，通过进入S203并且累积学习值来执行学习。在这方面，术语“学习值”表示当前焦点偏移量以及透镜驱动量(或由于驱动透镜而已经移动了的焦点位置的移动量)，其中，已经将透镜移动了该透镜驱动量以在进行前一焦点检测和进行当前焦点检测之间进行聚焦操作。然而，当在步骤S123中执行复位之后不存在学习值时(即，当首次执行焦点检测时)，仅保存当前焦点偏移量。另外，当已经充分累积了学习值时，删除最早的数据，并且在向包含较早的数据的一侧顺次移动剩余数据之后，累积新的数据(即，执行所谓的FIFO(先进先出)处理)。由此，累积最新的数据作为学习数据。注意，在本实施例中，可以通过基于由来自焦点移动单元20c的命令所驱动的AF马达(未示出)的转动量进行转换来获得透镜驱动量。然而，还可以使用诸如保持调焦透镜的框等的、在聚焦操作期间实际移动的构件的移动量。另外，还可以使用焦点移动单元20c所指定的透镜驱动量本身。在S205中，判断是否存在充分累积的学习值。在本实施例中，当已经驱动了几次透镜并且已经得到两个透镜驱动量和三个焦点偏移量时，判断为存在充分的学习值，并且例程进入S209。当数据不充分时，处理进入S231，在S231中，终止转换系数学习子例程。在S209中，计算两个识别值。

图11是用于解释识别值的计算的图。在图11中，横轴是实际散焦量，并且是未知的值。纵轴是通过焦点检测子例程已经计算出的散焦量(以下称为“检测到的散焦量”)，并且是已知的值。这里，通过以下等式(1)给出该检测到的散焦量。

…公式(1)

其中，Def_n是当已经执行了n次焦点检测时获得的检测到的散焦量，Δ_n是当已经执行了n次焦点检测时获得的模糊量，并且K是转换系数。在理想状态下，实际散焦量和检测到的散焦量一致。在图11中，利用斜率为1的虚线示出该情况。然而，如图6A～6D和图7所述，当不能正确估计转换系数时，如通过等式(1)的定义清楚可见，不能正确得出斜率。结果，如图11中的实线所示，这些量从斜率1偏离。例如，在图11所示的例子中，示出由于将转换系数K估计得低、因此斜率小的情况。在图11中，利用Def_0、Def_1和Def_2表示适当的散焦量x0、x1和x2处的检测到的散焦量。在以下将解释的主流程中，当判断为镜头未聚焦时，驱动调焦透镜。当通过驱动调焦透镜改变实际散焦量时，不能知晓x0、x1和x2的值，但可以知晓差(x1-x0)和(x2-x1)，并且通过以下公式(2)给出该差。

数学式2

ΔDef_n＝(x_n-x_n-1)＝(透镜驱动量)×(调焦灵敏度)…公式(2)

在公式(2)中，ΔDef_n是在从第n次焦点检测到第n-1次焦点检测期间已经改变了的、用于将检测到的散焦量转换成实际散焦量的系数。透镜驱动量是用于将值转换成调焦透镜被驱动了的量的系数。调焦灵敏度是用于将调焦透镜的驱动量转换成实际散焦量的系数。如图11中的虚线所示，当已经获得斜率为1的直线的值作为检测到的散焦量时，ΔDef₂等于(Def_2-Def_1)，并且ΔDef₁等于(Def_1-Def_0)。当一般化时，可以通过以下公式(3)来表示。

数学式3

ΔDef_n＝(Def_n-Def_n-1)＝K(Δ_n-Δ_n-1)…公式(3)

另一方面，如图11中的实线所示，当获得相对于斜率为1的直线偏离的值作为检测到的散焦量时，公式(3)中的值不相等。也就是说，可以通过将透镜驱动量、调焦灵敏度和检测到的散焦量进行比较来正确地校准转换系数K。

数学式4

$K_n=\frac{\mathrm{\Δ}{\mathrm{Def}}_n}{({\mathrm{\Δ}}_n-{\mathrm{\Δ}}_{n-1})}$ …公式(4)

在公式(4)中，K是通过在已经执行了第n-1次焦点检测和第n次焦点检测时的检测到的散焦量、以及在从第n-1次至第n次的间隔期间调焦透镜移动了的调焦透镜驱动量而识别出的值(识别值)。该检测到的散焦量与在从第n-1次至第n次的间隔期间、实际的焦点位置的移动量相对应。该调焦透镜驱动量与在从第n-1次至第n次的间隔期间、焦点移动单元20c预期的焦点位置的驱动量相对应。在本实施例中，得出这两个值，并且利用K_n和K_n-1给出这两个值。如以上所述，通过S209的操作得出K_n和K_n-1。在S211中，判断这两个识别值K_n和K_n-1之间的比或二者之间的差的绝对值是否等于或小于指定值(即，上限值)，并且如果比或差的绝对值等于或小于指定值(即，上限值)，则处理进入S213以更新学习值的计算。另一方面，在这两个识别值K_n和K_n-1之间的比或二者之间的差的绝对值超过指定值(上限值)的情况下，处理进入S231，在S231中，终止转换系数学习子例程。

图12是用于解释图10中的S211的效果的图。在图12中，x0和x1表示适当的散焦量，并且此时的检测到的散焦量是Def_0和Def_1。图12中的x0’表示当被摄体已经移动时的散焦量，并且此时的检测到的散焦量是Def_0’。在图12中，考虑在点x1处执行焦点检测、然后驱动调焦透镜以控制ΔDef_1的散焦量的情况。这里，如果被摄体在远处静止，则如图11所述，可以通过将透镜驱动量、调焦灵敏度和检测到的散焦量进行比较来校准转换系数。然而，当拍摄正在向远处移动的被摄体时，获得不正确的值。在图12中，可以获得以下值。

数学式5

$K=\frac{\mathrm{\Δ}{\mathrm{Def}}_1}{({\mathrm{\Δ}}_1-{{\mathrm{\Δ}}^{,}}_0)}$ …公式(5)

其中，Δ’₀是点x0’处的模糊量。在图12所示的例子中，实际上将转换系数K识别为小。然而，根据图5A和5B，由于通过ΔDef₁和(Def_1-ΔDef_0’)的比得出转换系数K，因此由于被摄体的移动速度而得出不想要的K的值。因而，在本实施例中，在S211中监视两个识别值之间的比或二者之间的差的绝对值。当被摄体正在向远处移动时，两个识别值的比从1偏离，并且二者之间的差的绝对值变大。因而，预先设置适当的指定值(上限值)，从而防止由于被摄体的移动而导致进行不想要的学习。在S213中，取两个识别值的加权平均。

数学式6

${K^{,}}_n=\frac{w_n{K}_n+w_{n-1}{K}_{n-1}}{w_n+w_{n-1}}$ …公式(6)

在公式(6)中，w_n是添加至K_n的权重。w_n是在S139中已经得出的模糊量和当得出K_n时使用的透镜驱动量的函数。由于使w_n作为模糊量的函数，因此可以降低模糊量的计算由于散焦大等而不正确的情况的影响。另外，由于使w_n作为在得出K_n时使用的透镜驱动量的函数，因此可以降低当进行极其微小的驱动运动时不能忽视的透镜停止精度的影响。也就是说，转换系数的校准程度根据调焦透镜的驱动量(具体地，焦点位置的移动量)而变化，并且当透镜停止精度低时，将不执行不正确的校准。作为有利的例子，设置适当的函数，以使得在模糊量大或透镜驱动量小等的情况下权重w_n减小。在S215中，计算加权平均转换系数和当前转换系数之间的差作为初始学习值。具体地，可以通过以下公式(7)给出该计算。

数学式7

ΔK_n＝K′_n-K    …公式(7)

其中，在公式(7)中，K是当前转换系数。在S217中，通过将在S215中已经得出的值乘以适当系数来计算学习值(校准值)。具体地，通过以下公式(8)给出该计算。

数学式8

ΔK’_n＝ηΔK_n    …公式(8)

其中，系数η设置0～1的适当数值作为系数。如公式(8)所示，通过乘以η，根据所谓的“一阶滞后系统”进行学习。当η大时，学习进行得快，并且当η小时，学习进行得慢。同时，η作为低通滤波器工作，并且通过将η设置得适当小，即使每次的转换系数的识别值中包括误差，转换系数也缓慢地收敛于平均值。因而，考虑到识别值的变化，将η设置为0～1的适当值。在S219中，对在S217中得出的学习值(校准值)执行限制处理。这是为了避免在已经获得错误的识别值时快速进行错误的学习。在通过公式(8)得出的校准量ΔK’_n的绝对值比预先已经得出的上限值大的情况下，执行处理以使得绝对值等于或小于上限值。由此，在校准值未超过预设的上限值的范围内执行校准。在S221中，通过与ΔK’_n相加来更新当前值，并且在S223中，将更新后的值、即校准后的转换系数存储在存储器电路22中。随后，处理进入S231，并且返回至焦点检测子例程(图9)。返回至图9，在焦点检测子例程已经从转换系数学习子例程返回之后，处理进入S147，然后返回至图8的主流程中的S151。返回至图8，在S151中，判断在图9的S 143中已经计算出的焦点偏差量是否等于或小于容许值。另外，在焦点偏差量等于或大于容许值的情况下，判断为镜头未聚焦，并且在S153中，使调焦透镜移动。随后，重复执行S131～S151。另外，当在S151中判断为已经达到聚焦状态时，在S155中执行聚焦显示，并且处理进入S157。在S157中，判断是否已经使拍摄开始开关为ON，并且如果尚未使该开关为ON，则处理进入S159，并且判断是否维持摄像待机状态。在维持摄像待机状态的情况下，处理再次进入S157。在摄像待机状态已经终止的情况下，处理返回至S105，并且再次执行预览操作。在S157中，当已经使拍摄开始开关为ON时，处理进入S161，并且执行摄像子例程。

图13是示出摄像子例程的流程图。当经由S161操作拍摄开始开关时，在S163中，驱动调节光量的光圈53，并且执行确定曝光时间的机械快门的开口控制。可以在快门已经暂时关闭之后重新启动快门驱动，或者可以启动快门驱动以使得在已经以电的方式执行摄像元件10的复位操作之后快门关闭。在S165中，执行针对高分辨率的静止图像拍摄的图像读取、即所有像素的读取。在S167中，执行所读出的图像信号的像素丢失插值。具体地，作为焦点检测像素的像素A和像素B的输出没有提供摄像用的RGB颜色信息，并且与当拍摄图像时的丢失像素相对应。因而，通过基于与像素A和像素B相邻的摄像像素有关的信息进行插值来创建图像信号。在S169中，执行诸如图像补偿和边缘增强等的图像处理，并且在S171中，将所拍摄图像记录至诸如存储卡等的外部存储介质或者内置于照相机本体1中的存储器电路22。在S173中，在显示器11中显示完成后的拍摄图像，并且在S175中，处理返回至图8的主流程。当返回至图8的主流程时，通过S181终止摄像操作的序列。根据本实施例，当操作员执行正常摄像操作时，照相机自动执行转换系数的校准操作。具体地，根据在操作员正在拍摄被摄体时执行的聚焦操作期间、焦点位置的移动结果来校准转换系数。因而，在操作员无需特别知晓该处理正在发生的情况下，执行将模糊量转换成散焦量的转换系数的校准，并且可以实现AF速度的提高和AF精度的提高。结果，可以提高便利性。

实施例2

图14是本发明第二实施例的照相机的截面图。第一实施例是通过使用摄像元件10执行摄像面AF的结构，而与第一实施例相对比，第二实施例是通过设置单独的焦点检测传感器205来执行焦点检测的结构。因而，对具有与以上所述的第一实施例的功能相同的功能的部分附加相同的附图标记，并且在适当的情况下省略冗余的解释。摄像元件210不具有焦点检测像素，并且这些部分用作为正常摄像像素。另外，摄像元件210与第一实施例的摄像元件10相同。在图14所示的设备中，当操作员正在确定构图时，利用反射镜200改变光路，并且将光束引导至用于观察被摄体图像的取景器3。同时，反射镜200用作为半反射面，并且其余的光束被反射至二次镜200a和折叠镜207，以将这些光束引导至焦点检测传感器205。使用图14和15来解释光瞳分割单元。

图15是焦点检测光学系统的分解立体图。第二实施例的焦点检测光学系统包括场透镜201、视野掩模202、光瞳分割掩模203、二次成像透镜204a和204b以及焦点检测传感器205。场透镜201用于在将光瞳分割掩模203的各个开口部与各个测距点相关联的摄像镜头5的出射光瞳附近成像。视野掩模202设置在摄像镜头5的预期成像面附近，并且限定焦点检测范围。光瞳分割掩模203包括光圈孔203a和203b，并且设置在当从二次成像透镜204a和204b观看时离摄像镜头5近的一侧上。光圈孔203a和203b限定入射至二次成像透镜204a和204b的光束。将光瞳分割掩模203的位置设置成与摄像镜头5的出射光瞳的位置相关联，从而由于场透镜201的倍率而形成大致的图像。二次成像透镜204a和204b在焦点检测传感器205处设置的一对光接收区域206a和206b上，形成视野掩模202所确定的区域中的被摄体图像。焦点检测传感器205是设置有一对光接收区域206a和206b的光电转换单元。到达焦点检测传感器205的光接收区域206a和206b的被摄体图像经过光电转换，读出该被摄体图像作为一对图像信号，并且在焦点检测计算时使用该对图像信号。通过对如上所述已经从一对光接收区域206a和206b获得的一对图像信号执行相关计算，可以获得与测距视野相对应的散焦量。在诸如第二实施例的焦点检测光学系统等的焦点检测光学系统中，当使焦点检测传感器205的光接收区域变宽时，在来自光轴的像高高的位置处发生复杂的渐晕。具体地，与第一实施例相同，难以适当地得出转换系数。

图16是第二实施例的照相机的与焦点调节有关的部分的功能框图。第二实施例的相位差检测单元20a从焦点检测传感器205获取用作焦点检测数据的一对图像信号。其它的功能块与第一实施例的图2的功能块相同。

图17是第二实施例的焦点检测操作的流程图。焦点检测子例程、转换系数学习子例程和摄像子例程执行与第一实施例所示的图9、图10和图13中的流程图的操作相同的操作。另外，在图16所示的流程图中，将与第一实施例的附图标记相同的附图标记附加至第二实施例中执行相同操作的步骤。以下将解释不同于第一实施例的点。第二实施例的焦点检测操作不同于第一实施例的焦点检测操作的点在于，不执行与第一实施例的图8中的S103和S104相对应的操作。在本实施例中，由于经由半透过反射镜200将光束引导至所谓的“二次成像光学系统”，因此不需要镜锁定操作和快门释放操作。另外，在摄像子例程中的S163中，在第一实施例中，在关闭快门之后重新启动快门，而另一方面，在本实施例中，当到达S164时关闭快门，由此可以执行与传统的基于胶片的照相机的快门开始操作相同的快门开始操作。其它操作与第一实施例的操作相同。如图15所示，本实施例所示的焦点检测传感器205是如下的传感器，其中，在该传感器中，光接收区域不仅仅是摄像面的中心，而且还获取具有像高的图像。本发明可以容易地应用于这种传感器。具体地，针对有限数量的测距点，在存储器电路22中准备存储转换系数的存储区域，并且可以将在S223中得出的学习值存储在该存储区域中。在本实施例中，即使在使用利用作为传统上广泛使用的焦点检测光学系统的所谓的二次成像光学系统的相位差检测方法的照相机中，当操作员正在执行正常拍摄操作时，照相机也自动执行转换系数的校准操作。因而，在无需用户特别知晓校准操作的情况下，执行将模糊量转换成散焦量的转换系数的校准，可以实现AF的提高和AF精度的提高。结果，可以提高便利性。

产业上的可利用性

上述实施例并没有限制，并且在本实施例的范围内可以进行各种变形和修改。

在各个实施例中，解释了数字静止照相机作为摄像设备的例子。然而，这并没有限制，并且例如，本发明可以应用于主要针对视频拍摄的摄像机。

在各个实施例中，提供了通过驱动调焦透镜来执行焦点位置的移动的例子。然而，这并没有限制，并且可以使用具有焦点位置移动的任何结构，例如，可以使用使摄像元件侧移动的结构或使调焦透镜和摄像元件均移动的结构等。

在各个实施例中，提供了将本发明应用于作为摄像设备的照相机的例子。然而，这并没有限制，并且例如，可以使用转换系数校准程序从而在计算机上执行本发明的转换系数校准方法的结构。由此，通过更新摄像装置的控制程序，即通过使用所谓的固件更新，可以在摄像设备中使用该计算机程序，并且可以在现有的摄像设备中执行相位差检测时的转换系数的校准。

在各个实施例中，提供了将校准后的转换系数存储在照相机本体1的存储器电路22中的例子。然而，这并没有限制，并且可以将校准后的系数存储在照相机本体1外部的存储单元中，例如存储在作为可互换镜头的摄像镜头5中设置的存储器中。

注意，可以按适当组合使用第一实施例、第二实施例和变形例，但已经省略了对它们的详细解释。另外，本发明不受以上已经解释的任何实施例所限制。

尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改以及等同结构和功能。

本申请要求2008年7月15日提交的日本专利申请2008-184020的优先权，在此通过引用包含其全部内容。

Claims (14)

1.一种焦点调节设备，包括：

光电转换单元，用于对至少一对光学图像进行光电转换，并且输出至少一对图像信号；

相位差检测单元，用于检测所述光电转换单元所输出的所述一对图像信号之间的相位差；

转换单元，用于通过使用转换系数，将所述相位差检测单元所检测到的相位差转换成散焦量；

焦点移动单元，用于基于所述转换单元转换得到的散焦量来移动焦点位置；以及

校准单元，用于根据在操作员拍摄被摄体时所述焦点移动单元移动焦点位置的结果，来校准所述转换系数。

2.根据权利要求1所述的焦点调节设备，其特征在于，所述校准单元基于在根据操作员的命令所执行的聚焦操作期间的焦点位置的移动结果，来校准所述转换系数。

3.根据权利要求1所述的焦点调节设备，其特征在于，通过将所述焦点位置移动单元预期的焦点位置的移动量与焦点位置实际移动的焦点位置的移动量进行比较，来校准所述转换系数。

4.根据权利要求3所述的焦点调节设备，其特征在于，所述校准单元基于在焦点移动时实际移动的构件的移动量，获得所述焦点移动单元预期的焦点位置的移动量。

5.根据权利要求1所述的焦点调节设备，其特征在于，所述校准单元将校准后的转换系数存储在所述焦点调节设备中设置的存储单元中或者存储在所述焦点调节设备外部设置的存储单元中。

6.根据权利要求1所述的焦点调节设备，其特征在于，所述校准单元根据所述一对光学图像之间的一致度，来改变用于校准所述转换系数的操作。

7.根据权利要求1所述的焦点调节设备，其特征在于，所述校准单元根据由所述焦点移动单元进行的焦点位置的移动量，来校准所述转换系数。

8.根据权利要求1所述的焦点调节设备，其特征在于，所述校准单元根据所述相位差检测单元所检测到的所述一对图像信号之间的相位差，来改变用于校准所述转换系数的操作。

9.根据权利要求1所述的焦点调节设备，其特征在于，所述校准单元在将基于所述焦点移动单元移动焦点位置的结果而得出的校准量乘以确定为0～1的数值的系数之后，校准所述转换系数。

10.根据权利要求1所述的焦点调节设备，其特征在于，所述校准单元在基于所述焦点移动单元移动焦点位置的结果而得出的校准值不超过预定值的范围内，校准所述转换系数。

11.一种摄像设备，其配置有根据权利要求1所述的焦点调节设备、以及设置在所述焦点调节设备对准焦点的位置处的摄像元件。

12.一种可互换镜头，其包括摄像光学系统，并且能够从摄像设备自由拆卸，所述可互换镜头包括：存储单元，用于存储由根据权利要求1所述的焦点调节设备校准后的转换系数。

13.一种转换系数校准方法，包括以下步骤：

对至少一对光学图像进行光电转换，并且输出至少一对图像信号；

检测所述一对图像信号之间的相位差；

通过使用转换系数，将所述相位差转换成散焦量；

基于转换得到的散焦量来移动焦点位置；以及

根据移动焦点位置的结果来校准所述转换系数。

14.一种转换系数校准程序，其使配置有用于对至少一对光学图像进行光电转换并输出至少一对图像信号的光电转换单元的焦点调节设备的计算机用作为：

相位差检测单元，用于检测所述光电转换单元所输出的所述一对图像信号之间的相位差；

转换单元，用于通过使用转换系数，将所述相位差检测单元所检测到的相位差转换成散焦量；

焦点移动单元，用于基于所述转换单元转换得到的散焦量来移动焦点位置；以及

校准单元，用于根据所述焦点移动单元移动焦点位置的结果，来校准所述转换系数。

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