CN102192724A - 距离测量和光度测定装置、以及成像设备 - Google Patents

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Abstract

一种距离测量和光度测定装置，包括：在其前表面具有开口的壳体；位于壳体的前表面侧上的、由透明树脂材料制成的矩形透镜阵列，在矩形透镜阵列中第一和第二距离测量透镜以及位于距离测量透镜之间的光度测定透镜以直线集成地形成；形状像薄板的图像传感器板，其布置在壳体的后表面侧上，且位于透镜阵列的对面；以及布置在图像传感器板上的二维距离测量图像传感器与光度测定图像传感器。

Description

距离测量和光度测定装置、以及成像设备
相关申请的交叉引用
本申请基于并要求于2010年2月3日提交的日本专利申请号2010-22353的优先权，在此将其内容通过引用并入。
技术领域
本发明涉及用于测量到测量目标的距离以及测量测量目标的亮度的距离测量和光度测定装置，并涉及包括距离测量和光度测定装置的成像设备，诸如数字静物相机或者数字视频相机。
背景技术
迄今为止，在包括外部测量类型的距离测量装置和光度测定装置的数字静物相机(以下称为“数码相机”)等中，为了减小相机主体等的大小，将距离测量装置和光度测定装置集成在一个单元中(例如，见日本专利号3958055)。
日本专利号3958055所示的距离测量和光度测定装置包括多对距离测量线传感器以及布置在多对距离测量线传感器之间的多个光度测定传感器，距离测量线传感器和光度测定传感器布置在单一芯片上。
然而，因为在包括传统外部测量类型的距离测量和光度测定装置的数码相机中的整个图像平面上布置距离测量线传感器，所以数码相机仅能够在三个距离测量区域上执行距离测量，该三个距离测量区域即，图像平面的中心部分以及在中心部分右边和左边的部分。这样会造成例如如果主要对象位于距离测量区域以外的图像平面的左上部附近，则不能对主要对象准确地执行距离测量的问题。此外，由光度测定传感器执行光度测定的区域位于三个距离测量区域附近。这会造成另一问题，例如如果主要对象位于光度测定区域以外的图像平面的左上部附近，则不能对主要对象准确地执行光度测定。
发明内容
本发明的目的是提供距离测量和光度测定装置，以及使用距离测量和光度测定装置的成像设备，其无论测量目标在哪里都允许执行准确的距离测量和光度测定。
为了实现以上目的，根据本发明实施例的距离测量和光度测定装置包括：以预定间隔布置的一对距离测量传感器；布置在距离测量传感器之间的光度测定传感器；配置为在距离测量传感器上形成距离测量目标的图像的一对距离测量透镜；配置为在光度测定传感器上形成距离测量目标的图像的光度测定透镜；配置为基于从每个距离测量传感器输出的信号而计算到距离测量目标的距离的距离计算单元；以及配置为基于从光度测定传感器输出的信号而计算距离测量目标的亮度的光度测定计算单元。距离测量传感器和光度测定传感器在单一传感器板上形成，且其每个都是以平面形式布置的具有多个光接收元件的二维传感器。
附图说明
图1是示出根据本发明第一实施例的包括距离测量和光度测定装置的成像设备的示例的数码相机的前视图。
图2是示出根据第一实施例的数码相机的简要的系统配置的框图。
图3是示出根据第一实施例的距离测量和光度测定装置的截面侧视示意图。
图4是示出根据第一实施例的距离测量和光度测定装置的成对的距离测量图像传感器和光度测定图像传感器的平面图。
图5是说明由距离测量和光度测定装置进行距离测量的原理的示意图。
图6是示出在半导体晶片上形成多个图像传感器的平面图。
图7是示出根据第二实施例的数码相机的简要的系统配置的框图。
图8A是示出用放大到广角侧的透镜取得的图像的示例的图，以及图8B是示出缩小到远摄侧的透镜系统取得的图像的示例的视图。
图9A是示出根据本发明第二实施例的距离测量和光度测定装置的成对的距离测量透镜以及视角不同的三个光度测定透镜的侧视图，以及图9B是示出根据本发明第二实施例的距离测量和光度测定装置的成对的距离测量图像传感器以及布置在传感器之间的三个光度测定图像传感器的侧视图。
图10A是示出根据第二实施例的距离测量和光度测定装置的每个距离测量图像传感器的像素平面中设置的五个距离测量框区域(frame region)的图，以及图10B是示出当成像透镜系统2的成像视角转移到远摄侧时在每个距离测量图像传感器的整个像素平面中心的附近设置的距离测量目标区域的图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的优选实施例。
[第一实施例]
图1示出包括根据本发明第一实施例的距离测量和光度测定装置的成像设备的示例的数码相机。
(数码相机的外观配置)
如图1所示，在根据该实施例的数码相机1的前表面(正面)侧上，布置成像透镜系统2、透镜阵列4等。透镜阵列4位于距离测量和光度测定装置3的前表面侧上。在透镜阵列4的表面上，集成第一和第二距离测量透镜5a和5b以及光度测定透镜6(稍后将详细描述距离测量和光度测定装置3)。第一和第二距离测量透镜5a和5b以预定间隔布置在水平方向上。光度测定透镜6布置在第一和第二距离测量透镜5a和5b之间。成像透镜系统2、第一和第二距离测量透镜5a和5b、以及光度测定透镜6具有相互平行的光轴。
(数码相机1的系统配置)
如图2所示，数码相机1包括：具有多个透镜组的成像透镜系统2；具有快门功能的光圈单元10；CCD图像传感器11，其是配置为在光接收面上形成来自成像透镜系统2的对象图像的图像的固态图像传感器；配置为捕捉从CCD图像传感器11的每个像素输出的成像信号(电信号)并且将所捕捉信号转换为可以显示和记录的图像数据的信号处理器12；包括释放按钮7、成像模式切换按钮8等(见图1)的操纵部件13；配置为响应来自操纵部件13的操纵输入信息，基于存储在ROM(未示出)中的控制程序而对数码相机1的整个系统执行控制的控制器14；配置为显示由信号处理器12生成的图像数据的液晶监视器(LCD)15；配置为驱动成像透镜系统2的聚焦透镜组的聚焦透镜驱动部件16；配置为驱动光圈单元10的光圈单元驱动部件17；配置为测量到对象的距离以及测量对象的亮度的外部测量类型的距离测量和光度测定装置3；等等。由信号处理器12生成的图像数据存储在可从数码相机1拆卸的存储卡18中。
(距离测量和光度测定装置3的配置)
如图3和图4所示，距离测量和光度测定装置3包括：在其的前表面具有开口的壳体20(图3的上侧)；矩形透镜阵列4，其位于壳体20的前表面侧上，由透明树脂材料制成，以及在该矩形透镜阵列4中，以直线(在数码相机1的水平方向上)集成地形成第一和第二距离测量透镜5a和5b以及光度测定透镜6；图像传感器板21，其形状像薄板，被布置在壳体20的后表面侧(图3的下侧)，并位于透镜阵列4的对面；距离测量图像传感器22a和22b，其是布置在图像传感器板21上的平面(二维)距离测量传感器；光度测定图像传感器23，其是布置在图像传感器板21上的平面(二维)光度测定传感器；以及布置在图像传感器板21的后表面的电路板24。
成对的平面距离测量图像传感器22a和22b布置在第一和第二距离测量透镜5a和5b的对面。其间，位于距离测量图像传感器22a和22b之间的平面光度测定图像传感器23布置在光度测定透镜6的对面。
各个距离测量图像传感器22a和22b以及光度测定图像传感器23的平面光接收表面具有相同的大小以及相同的像素数。此外，在光度测定图像传感器23与每个距离测量图像传感器22a和22b之间提供预定缝隙(gap)。
图像传感器板21上的距离测量图像传感器22a和22b以及光度测定图像传感器23是用已知的半导体工艺在半导体晶片上集成地形成的图像传感器，诸如CCD或者CMOS，其每个都具有以点阵布置的多个光接收元件(像素)(稍后将详细描述距离测量图像传感器22a和22b以及光度测定图像传感器23)。
第一和第二距离测量透镜5a和5b以及光度测定透镜6各自的光轴相互平行。距离测量图像传感器22a和22b以及光度测定图像传感器23的光接收表面的对角线中心分别位于实质上匹配透镜(第一和第二距离测量透镜5a和5b以及光度测定透镜6)的光轴的位置。
第一和第二距离测量透镜5a和5b具有使得进入第一和第二距离测量透镜5a和5b的来自对象的光束可以分别在距离测量图像传感器22a和22b的表面上形成图像的焦距。光度测定透镜6具有使得进入光度测定透镜6的来自对象的光束可以在光度测定图像传感器23的表面上形成图像的焦距。
此外，设计以使得第一和第二距离测量透镜5a和5b以及光度测定透镜6的视角每个都实质上等于成像透镜系统2的视角。这允许距离测量和光度测定装置3在覆盖CCD图像传感器11的整个光接收表面(成像区域)的整个图像平面上执行距离测量和光度测定。
向电路板24提供距离测量计算部件25、光度测定计算部件26等。距离测量计算部件25配置为捕捉从距离测量图像传感器22a和22b的像素输出的像素输出信号以及通过计算分别在距离测量图像传感器22a和22b上形成的对象图像之间的位移(视差)来计算到对象的距离。光度测定计算部件26配置为捕捉从光度测定图像传感器23的像素输出的像素输出信号并计算对象的亮度。
由距离测量计算部件25如此计算的距离信息以及由光度测定计算部件26如此计算的亮度信息输出到控制器14。控制器14包括配置为基于从距离测量传感器输出的信号而计算到距离测量目标的距离的距离计算单元，以及配置为基于从光度测定传感器输出的信号而计算距离测量目标的亮度的光度测定计算单元。控制器14基于输入的距离信息而输出驱动控制信号到聚焦透镜驱动部件16，以使得相机可以在对象上聚焦，然后基于输入的亮度信息而输出驱动控制信号到光圈单元驱动部件17以使得可以正确地曝光对象。
现在，将描述由距离测量和光度测定装置3执行的距离测量的原理。
如图5所示，对象A上某一点的图像在距离测量图像传感器22a的表面上形成为对象图像a1，以及该某一点的图像在距离测量图像传感器22b的表面上形成为对象图像a2，其中对象图像a1与a2相互的位移是视差Δ。然后由多个光接收元件(像素)接收图像并且将图像转换为电信号。注意，在图5中，省略布置在第一和第二距离测量透镜5a和5b之间的光度测定透镜6以及布置在距离测量图像传感器22a和22b之间的光度测定图像传感器23。
当Δ表示视差、D表示第一和第二距离测量透镜5a和5b的光轴之间的距离(基线长度)、L表示对象A与第一和第二距离测量透镜5a和5b中每一个之间的距离、f表示第一和第二距离测量透镜5a和5b中每一个的焦距，并且当L＞＞f时，满足以下公式(1)。
L＝D·f/Δ...公式(1)
因为D和f是已知的，所以通过使用众所周知的计算方法，通过使距离测量计算部件25根据分别从距离测量图像传感器22a和22b的像素(光接收元件)输出的像素输出信号来计算视差Δ，可以计算出对象A与第一和第二距离测量透镜5a和5b中每一个之间的距离L。
注意，如果第一和第二距离测量透镜5a和5b的光轴之间的距离(基线长度)D太小，则视差Δ也太小以致于不能准确地计算到对象A的距离L。
(由距离测量和光度测定装置3进行的距离测量和光度测定操作)
接下来，将描述当以数码相机1成像对象时，由距离测量和光度测定装置3执行的距离测量和光度测定操作。
当打开电源开关，拍照者半按下释放按钮7时，控制器14输出距离测量和光度测定开始命令信号到距离测量和光度测定装置3。进入第一和第二距离测量透镜5a和5b的来自对象的光束分别在距离测量图像传感器22a和22b的表面上形成图像，且进入光度测定透镜6的光束在光度测定图像传感器23的表面上形成图像。如上所述，距离测量计算部件25捕捉从距离测量图像传感器22a和22b的所有像素输出的像素输出信号，并通过计算分别在距离测量图像传感器22a和22b上形成的对象图像之间的位移(视差)来计算到对象的距离。在这种场合，光度测定计算部件26捕捉从光度测定图像传感器23的像素输出的像素输出信号，并基于像素输出的幅度(magnitude)而计算对象的亮度。如此计算的有关到对象的距离的信息以及有关对象亮度的信息输出到控制器14。
控制器14基于输入的距离信息执行控制以驱动聚焦透镜驱动部件16。因此，聚焦透镜驱动部件16移动成像透镜系统2的聚焦透镜组到聚焦位置，以使得可以在CCD图像传感器11的光接收表面上形成对象图像。
控制器14还基于输入的亮度信息执行控制以驱动光圈单元驱动部件17。因此，光圈单元驱动部件17设置光圈单元10的打开状态(光圈值)，CCD图像传感器11的电子快门的启动数目等，以使得可以正确地曝光对象。
当完全按下释放按钮7时，在聚焦状态下并用适当的曝光条件(CCD图像传感器11的电子快门的启动数目，光圈单元10的光圈值等)成像对象。然后，信号处理器12捕捉从CCD图像传感器11的像素输出的成像信号，并且将所捕捉的信号转换为可以显示和记录的图像数据。由信号处理器12生成的图像数据作为图像显示在液晶监视器(LCD)15上，或者记录在存储卡18中。
如上所述，根据包括该实施例的距离测量和光度测定装置3的数码相机1，距离测量和光度测定装置3能够基于从平面距离测量图像传感器22a和22b以及光度测定图像传感器23中的每一个的整个像素平面中输出的像素输出信号而在整个图像平面上大范围地执行准确的距离测量和光度测定。这允许数码相机1准确地测量到对象的距离以及对象的亮度，而无论对象在图像平面的哪个位置，从而获得高质量的图像。
接下来，将详细描述距离测量和光度测定装置3的距离测量图像传感器22a和22b以及光度测定图像传感器23。
用已知的半导体工艺在半导体晶片上集成地形成图像传感器板21上的成对的距离测量图像传感器22a和22b以及光度测定图像传感器23，以及用掩模(mask)在每个传感器上制图(pattern)像素。在制图中，使用具有使得距离测量图像传感器22a和22b以及光度测定图像传感器23的像素矩阵相互平行的图案的掩模。此外，因为半导体晶片的表面是平面，所以各个距离测量图像传感器22a和22b以及光度测定图像传感器23的法线必定相互平行。因此，布置距离测量图像传感器22a和22b，而没有它们的光接收表面上的任何角位移，因此允许准确的距离测量。
另外，在该实施例中使用的距离测量和光度测定装置3的距离测量图像传感器22a和22b以及光度测定图像传感器23的大小比用于成像对象的数码相机1中使用的CCD图像传感器11的图像传感器小得多。因此，例如，通常在移动电话等中实现的相机模块的图像传感器可以用作距离测量和光度测定装置3的距离测量图像传感器22a和22b以及光度测定图像传感器。
大量生产这种用于移动电话的相机模块的图像传感器，因此就成本而言是有利的。VGA(640×480像素)大小的图像传感器的成本尤其低。这种VGA大小的图像传感器大约是1/10英寸大。
如图6所示，通过已知的半导体工艺，从具有在其上形成的VGA大小的多个图像传感器31的半导体晶片30剪下以直线布置的三个相邻图像传感器(例如，以斜线示出的三个图像传感器)。因此，可以容易地并以低成本获得如图4所示的图像传感器板21，其中在其表面上集成地形成成对的距离测量图像传感器22a和22b以及位于传感器22a和22b之间的光度测定图像传感器23。因此，可以降低距离测量和光度测定装置3的成本。
另外，在这些传感器单独地位于板21上的图像传感器板21上，不需要增加诸如实现在距离测量和光度测定装置3中使用的距离测量图像传感器22a和22b以及位于传感器22a和22b之间的光度测定图像传感器23之类的工艺。这允许距离测量图像传感器22a和22b以及位于传感器22a和22b之间的光度测定图像传感器23准确地位于图像传感器板21上的状态得以长时间地保持，且因此允许长时间地执行准确的距离测量。
[第二实施例]
图7示出根据本发明第二实施例的包括距离测量和光度测定装置的成像设备的示例的数码相机的框图。
如图7所示，该实施例的数码相机1a包括成像透镜系统2中的变焦透镜组，且因此包括变焦透镜驱动部件19。另外，控制器14包括配置为基于从CCD图像传感器11捕捉的成像信号而执行自聚焦控制的自聚焦控制器(以下称为“AF控制器”)14a。除距离测量和光度测定装置3a以外，数码相机1a的配置与图2所示的第一实施例的相同，因此将省略重复描述(稍后将详细描述该实施例的距离测量和光度测定装置3a)。
在该实施例中，变焦透镜组包括在成像透镜系统2中。因此，在数码相机1a具有28mm至300mm(等效于35mm)高性能光学变焦功能的情况下，例如，如图8A和图8B所示，极端广角(图8A)与极端远摄(图8B)在成像视角(成像范围)方面大大不同。注意，在图8A和图8B中，中心的两个人是对象。
用这样的方式，在包括高性能光学变焦功能的数码相机1a中，极端广角和极端远摄在成像视角方面大大不同。在用缩小到极端远摄的透镜系统成像时的成像视角远小于极端广角的成像视角。现在，例如，假定与第一实施例中一样，在距离测量和光度测定装置3中仅提供一组光度测定透镜和光度测定图像传感器，以及光度测定透镜的视角设置为极端广角的成像视角的情况。在这种情况下，当用缩小到极端远摄的透镜系统对物体成像时，并且如果在成像时在成像视角外提供亮的光源等，则因为光度测定透镜的视角设置为极端广角的成像视角，所以不得不考虑光源的亮度而执行光度测定。为此，在成像时，有时不能适当地对成像视角内的对象执行光度测定。
为了解决该问题，在该实施例的距离测量和光度测定装置3a中，在透镜阵列4的两侧上形成的成对的第一和第二距离测量透镜5a和5b之间以直线形成视角不同的三个光度测定透镜6a、6b和6c，并且成对的距离测量图像传感器22a和22b以及三个光度测定图像传感器23a、23b和23c在图像传感器板21上形成，以分别与第一和第二距离测量透镜5a和5b以及光度测定透镜6a、6b和6c相对，如图9A和图9B所示。注意，距离测量图像传感器22a和22b以及三个光度测定图像传感器23a、23b和23c具有相同的大小和相同的像素数。除了以上的之外，距离测量和光度测定装置3a的配置与第一实施例的距离测量和光度测定装置3的配置相同。
还有在该实施例中，如图6所示，通过已知的半导体工艺，从具有在其上形成的VGA大小的多个图像传感器31的半导体晶片30剪下以直线布置的五个相邻的图像传感器。因此，可以容易地并以低成本获得如图9B所示的图像传感器板21，其中在其表面上集成成对的距离测量图像传感器22a和22b以及位于传感器22a与22b之间的三个光度测定图像传感器23a、23b和23c。
在该实施例中，在成像透镜系统2具有28mm至300mm(等效于35mm)高性能光学变焦功能的情况下，例如，光度测定透镜6a的视角θ1设置为等于大约150mm焦距(等效于35mm)的角度，光度测定透镜6b的视角θ2设置为等于大约28mm焦距(等效于35mm)的角度，且光度测定透镜6c的视角θ3设置为等于大约300mm焦距(等效于35mm)的角度。注意，在该实施例中，成对的第一和第二距离测量透镜5a和5b的视角设置为等于大约28mm焦距(等效于35mm)的角度。
(距离测量和光度测定装置3a的光度测定操作)
接下来，将描述当以数码相机1a成像对象时，由距离测量和光度测定装置3a执行的光度测定操作。
根据该实施例的距离测量和光度测定装置3a包括光度测定视角不同的三组光度测定透镜6a、6b和6c以及光度测定图像传感器23a、23b和23c。因此，当由拍照者的变焦操纵改变数码相机1a的成像透镜系统2的成像视角时，光度测定计算部件(未示出)响应于有关从控制器14输入的成像视角的信息，在三组光度测定透镜6a、6b和6c以及光度测定图像传感器23a、23b、和23c中选择在光度测定视角方面适当的一组，并捕捉从所选组的光度测定图像传感器输出的像素输出信号。
例如，当成像透镜系统2的成像视角转移到广角侧(例如，接近28mm(等效于35mm))时，光度测定计算部件(未示出)响应于有关从控制器14输入的成像视角的信息，捕捉从与光度测定透镜6b组合的光度测定图像传感器23b输出的像素输出信号，该光度测定透镜6b的视角是等于大约28mm焦距(等效于35mm)的角度，并基于像素输出的幅度而计算对象的亮度。
此外，当成像透镜系统2的成像视角转移到远摄侧(接近300mm(例如，等效于35mm))时，光度测定计算部件(未示出)响应于有关从控制器14输入的成像视角的信息，捕捉从与光度测定透镜6c组合的光度测定图像传感器23c输出的像素输出信号，该光度测定透镜6c的视角是等于大约300mm焦距(等效于35mm)的角度，并基于像素输出的幅度而计算对象的亮度。
以同样的方式，当成像透镜系统2的成像视角转移到大约极端广角与极端远摄之间的中部(例如，接近150mm(等效于35mm))时，光度测定计算部件(未示出)响应于有关从控制器14输入的成像视角的信息，捕捉从与光度测定透镜6a组合的光度测定图像传感器23a输出的像素输出信号，该光度测定透镜6a的视角是等于大约150mm焦距(等效于35mm)的角度，并基于像素输出的幅度而计算对象的亮度。
适合于对象并基于成像透镜系统2的成像视角而计算的亮度信息输出到控制器14。然后，控制器14执行控制以基于输入的亮度信息而驱动光圈单元驱动部件17。因此，光圈单元驱动部件17设置光圈单元10的打开状态(光圈值)，CCD图像传感器11的电子快门的启动数等，以使得可以正确地曝光对象。
如上所述，根据该实施例，当通过变焦操纵改变成像透镜系统2的成像视角时，在光度测定视角不同的三组光度测定透镜6a、6b和6c以及光度测定图像传感器23a、23b和23c中选择具有最佳视角的一组用于光度测定。因此，无论成像时选择的成像透镜系统2的成像视角如何，都可以准确地执行光度测定。
(距离测量和光度测定装置3a的距离测量)
接下来，将描述当用数码相机1a成像对象时，由距离测量和光度测定装置3a执行的距离测量。
第一实施例具有使得基于从成对的平面距离测量图像传感器的所有像素输出的像素输出信号而执行距离测量的配置。另一方面，该实施例具有使得仅基于成对的平面距离测量图像传感器的所有像素的之前设置的像素区域输出的像素输出信号而执行距离测量的配置。
具体地，如图10A所示，每个都在水平方向具有预定宽度的五个距离测量框区域32a、32b、32c、32d和32e(斜线所示的范围)在预定间隔以水平方向设置在成对的距离测量图像传感器22a和22b中的每一个的整个像素平面中，并基于从距离测量框区域32a、32b、32c、32d和32e输出的像素输出信号而执行距离测量。
另外，根据该实施例，响应于通过成像透镜系统2的变焦操纵进行的成像视角的改变，可以在距离测量图像传感器22a和22b中每一个的整个像素平面之外设置预定范围的距离测量区域。
具体地，例如，当成像透镜系统2的成像视角转移到广角侧(例如，大约28mm(等效于35mm))时，距离测量目标区域是距离测量图像传感器22a和22b中每一个的图10A所示的整个像素平面。在这种情况下，基于从五个距离测量框区域32a、32b、32c、32d和32e中的每一个输出的像素输出信号而执行距离测量。
同时，当成像透镜系统2的成像视角转移到远摄侧(例如，大约300mm(等效于35mm))时，距离测量目标区域是位于距离测量图像传感器22a和22b中每一个的整个像素平面的中心附近的图10B所示的窄范围C(在以虚线所示的框内)。在这种情况下，基于从位于中心附近的窄范围C(在以虚线所示的框内)中的一个距离测量框架区域32c输出的像素输出信号而执行距离测量。
另外，当成像透镜系统2的成像视角转移到大约极端广角与极端远摄之间的中部时，距离测量目标区域是距离测量图像传感器22a和22b中每一个的图10A所示的整个像素平面之间的中间区域以及位于中心附近的图10B所示的窄范围C。在这种情况下，基于从适合于成像视角的多个距离测量区域的每一个输出的像素输出信号而执行距离测量，该多个距离测量区域是从五个距离测量框区域32a、32b、32c、32d和32e中选择出来的。
因此，在该实施例中，如图10A所示，当成像透镜系统2的成像视角转移到广角侧(例如，接近28mm(等效于35mm))时，距离测量计算部件25捕捉此时从适合于成像视角的五个距离测量框区域32a、32b、32c、32d和32e中输出的像素输出信号，并通过计算对象图像之间的位移(视差)来计算到对象的距离。
此外，如图10B所示，当成像透镜系统2的成像视角转移到远摄侧(例如，接近300mm(等效于35mm))时，距离测量计算部件25捕捉此时从适合于成像视角的中心距测量框区域32c的距离测量范围(斜线所示的范围)输出的像素输出信号，并通过计算对象图像之间的位移(视差)来计算到对象的距离。
控制器14执行控制以基于由距离测量计算部件25输入的距离信息而驱动聚焦透镜驱动部件16。因此，聚焦透镜驱动部件16移动成像透镜系统2的聚焦透镜组到聚集位置，以使得可以在CCD图像传感器11的光接收表面上形成对象图像。
如上所述，根据该实施例，当通过变焦操纵改变成像透镜系统2的成像视角时，根据成像透镜系统2的成像视角选择之前设置的五个距离测量框区域32a、32b、32c、32d和32e的一个或多个，并基于从所选的距离测量框区域输出的像素输出信号而执行距离测量。与基于从距离测量图像传感器22a和22b中每一个的整个像素平面输出的像素输出信号而执行距离测量的情况相比较，如此配置允许计算量大大地减少，且因此允许高速地执行距离测量计算处理。
当成像透镜系统2缩小以使得其成像视角可以转移到极端远摄时，特别地，仅在如图10B所示的中心距离测量框区域32c的距离测量范围(斜线所示的范围)上执行距离测量。这允许计算量更进一步地减少，且因此允许更高速地执行距离测量计算处理。结果，在用缩小到远摄侧的成像透镜系统2成像对象时所需要的计算量小于在用放大到广角侧的成像透镜系统2成像对象时所需要的计算量。因此，即使在透镜组的馈送量大(变焦放大倍数高)的远摄侧上成像时，高速聚焦控制也是可能的。
(AF控制器14a的聚焦操作(自聚焦操作))
除外部测量类型的距离测量和光度测定装置3之外，该实施例的数码相机1a包括配置为基于来自CCD图像传感器11的在控制器14中捕捉的成像信号而执行自聚焦控制的AF控制器14a。
AF控制器14a通过信号处理器12捕捉从CCD图像传感器11输出的成像信号，以及根据如此捕捉的成像信号计算AF(自聚焦)评价值。
例如，根据从高频分量提取滤波器输出的积分值，或者从相邻像素之间的亮度差的积分值来计算AF评价值。在聚焦状态下，对象的边缘部分清晰，且因此获得最高的高频分量。通过使用以上特征，在AF操作(自聚焦检测操作)时，用使得成像透镜系统2的每个聚集位置获取AF评价值，并将获得最大AF评价值的位置设置为自聚焦检测位置的方式执行AF操作。
具体地，例如，当按下(半按下)释放按钮7(见图1)时，AF控制器14a命令聚焦透镜驱动部件16以使得可以驱动聚焦透镜驱动部件16以在其光轴方向移动成像透镜系统2的聚焦透镜组，并执行对比度评价系统的AF操作(其是所谓的“登山AF”)。如果AF(自聚焦)目标范围在从无穷大到关闭的整个区域两端延伸，则当从关闭移动到无穷大或者从无穷大移动到关闭时，移动成像透镜系统2的聚焦透镜组到每个聚集位置，且获取聚集位置的AF评价值。然后，将获得最大AF评价值的位置设置为自聚焦位置，并移动聚焦透镜组到自聚焦位置以进行聚焦。
如上所述，除外部测量类型的距离测量和光度测定装置3之外，该实施例的数码相机1a包括配置为基于从CCD图像传感器11捕捉的成像信号而执行自聚焦控制的AF控制器14a。因此数码相机1a同时执行基于距离测量和光度测定装置3a得到的距离信息的聚焦操作以及由AF控制器14a执行的聚焦操作。这允许相机迅速地和准确地聚焦在对象上。
更具体地，在AF控制器14a的聚焦操作中，在透镜组的馈送量大(变焦放大倍数高)的远摄侧上成像时，例如，成像透镜系统2的聚焦透镜组的移动量增加，且因此在有些情况下相机聚焦需要花费一段时间。
为了解决该问题，根据该实施例，成像透镜系统2的聚焦透镜组首先基于距离测量和光度测定装置3a得到的距离信息而迅速地移动到聚集位置附近的位置，然后由AF控制器14a通过聚焦操作移动到聚集位置。因此，可以减少在AF控制器14a的聚焦操作时聚焦透镜组移动的范围。这允许相机迅速地和准确地聚焦在对象上，且因此允许拍照者拍摄图像，而不会错过释放快门时的正确时刻(right moment)。
注意，通过操纵部件13的切换操纵，可以选择基于距离测量和光度测定装置3a得到的距离信息的聚焦操作以及由AF控制器14a执行的聚焦操作中的任何一个，并且执行所选类型的聚焦操作(例如，在距离测量和光度测定装置3a侧上)。
如到目前为止已经描述的那样，无论距离测量目标(对象)在哪儿，基于从成对的距离测量传感器以及位于距离测量传感器之间的光度测定传感器中的每一个的整个像素平面中输出的像素输出信号，根据本发明的距离测量和光度测定装置以及成像设备允许对距离测量目标(对象)准确地执行距离测量和光度测定，该距离测量传感器和光度测定传感器是二维传感器。
在上述实施例中，已经描述了根据本发明的距离测量和光度测定装置应用于数码相机的情况。另外，根据本发明的距离测量和光度测定装置还可以作为执行距离测量和光度测定的距离测量和光度测定装置而实现在数字视频相机、车内相机、移动相机、监视相机等中。

Claims (8)

1.一种距离测量和光度测定装置，包括：
一对距离测量传感器，以预定间隔布置；
光度测定传感器，布置在所述距离测量传感器之间；
一对距离测量透镜，分别在所述距离测量传感器上形成距离测量目标的图像；
光度测定透镜，在所述光度测定传感器上形成所述距离测量目标的图像；
距离计算单元，基于从所述距离测量传感器的每一个输出的信号而计算到所述距离测量目标的距离；以及
光度测定计算单元，基于从所述光度测定传感器输出的信号而计算所述距离测量目标的亮度，其中
所述距离测量传感器和所述光度测定传感器在单一传感器板上形成，且每一个都是具有以平面形式布置的多个光接收元件的二维传感器。
2.根据权利要求1所述的距离测量和光度测定装置，其中，所述距离测量传感器和所述光度测定传感器具有相同大小以及相同像素数，且通过半导体工艺从具有在其上形成的预定大小的多个图像传感器的半导体晶片整体地剪下。
3.根据权利要求1所述的距离测量和光度测定装置，其中，通过基于从各个距离测量传感器中输出的并与所述距离测量目标的各个图像相对应的像素输出信号而分别计算在所述距离测量传感器的某些像素上形成的距离测量目标的图像之间的视差，所述距离计算单元计算到所述距离测量目标的距离。
4.根据权利要求1所述的距离测量和光度测定装置，其中
多个光度测定传感器布置在所述距离测量传感器之间，且布置多个光度测定透镜以在各个光度测定传感器上形成距离测量目标的图像，以及
所述光度测定透镜形成为分别具有不同视角。
5.一种成像设备，其中通过成像透镜系统在图像传感器上形成对象图像，并基于从所述图像传感器输出并与所述对象图像相对应的像素输出信号而生成图像数据，
所述成像设备包括用于测量到对象的距离以及对象的亮度的根据权利要求1所述的距离测量和光度测定装置。
6.根据权利要求5所述的成像设备，其中，从每个距离测量传感器的整个像素平面划分为的多个像素区域中的至少一个输出的像素输出信号在距离测量时被输出到距离计算单元。
7.根据权利要求5所述的成像设备，其中
所述成像透镜系统具有光学变焦功能，以及
当用缩小到远摄侧的成像透镜系统成像对象时，从每个距离测量传感器的整个像素平面的像素区域以及作为像素区域的一部分的部分像素区域的任何一个输出的像素输出信号在距离测量时被输出到距离计算单元，所述像素区域与通过缩小成像透镜系统到远摄侧所得到的成像区域相对应。
8.根据权利要求5所述的成像设备，还包括
另一距离计算单元，基于输出的与所述图像传感器上形成的对象图像相对应的像素输出信号而计算到对象的距离，其中
基于有关由所述另一距离计算单元计算的到对象的距离的信息以及有关由所述距离测量和光度测定装置计算的到对象的距离的信息两者或者所选一个而执行所述成像透镜系统的聚焦操作。
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