CN102998771A

CN102998771A - 光学装置

Info

Publication number: CN102998771A
Application number: CN2012103341297A
Authority: CN
Inventors: 越智大辅; 长尾裕贵; 小山敦史; 水岛正康; 鸟居重宏; 佐佐木邦彦; 岛田正太; 宿院弘一
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-09-15
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2013-03-27
Also published as: EP2570836A2; EP2570836A3; US20130070144A1; US9007510B2; JP2013061584A

Abstract

本发明涉及光学装置。所述光学装置被配置为执行手动聚焦模式，在所述手动聚焦模式中，由手动操作单元的操作通过移动被配置为形成对象的光学图像的图像拾取光学系统执行聚焦。所述光学装置包括被配置为调节光量的光阑、以及控制器，所述控制器被配置为根据手动操作单元的操作量来控制图像拾取光学系统的移动，使得作为手动操作单元的每单位操作的图像拾取光学系统的对焦位置的移动量的单位移动量与图像拾取光学系统的最小弥散圆直径、手动聚焦模式中的光阑的光阑值、以及作为自然数或自然数的倒数的系数之间的积对应。

Description

光学装置

技术领域

本发明涉及可执行手动聚焦模式的光学装置，所述手动聚焦模式使得能够通过手动操作使聚焦透镜沿光轴方向移动以提供聚焦。

背景技术

在手动聚焦（以下可被称为“MF”）中，聚焦透镜被移动超出要被聚焦的位置，并且该位置被设为对焦（in-focus）位置。由于要求手动聚焦以少量的手动操作迅速获得对焦位置，因此，设定作为手动操作单元的每单位操作的对焦位置的移动量的单位移动量是重要的。过小的单位移动量将改善对焦精度，但是需要大量的手动操作并且降低可操作性。过大的单位移动量将减少手动操作量，但是，由于不能在希望的位置处定位聚焦透镜，因此降低聚焦精度。

常规上，日本专利公开No.（“JP”）2005-142660公开了用于根据对象距离设定该单位移动量（或聚焦透镜的相应驱动量）的方法，并且JP2011-49661公开了诸如微驱动量和粗（rough）驱动量的两种类型的单位移动量。但是，JP2011-49661没有公开具体的驱动量。

JP2005-142660和JP2011-49661没有彻底地研究手动聚焦中的对焦位置的单位移动量（或聚焦透镜的相应驱动量），并难以应对可操作性和聚焦精度两者。

发明内容

本发明提供被配置为提供具有良好的可操作性和聚焦精度的手动聚焦的光学装置。

根据本发明的光学装置被配置为执行手动聚焦模式，在所述手动聚焦模式中，由手动操作单元的操作通过移动被配置为形成对象的光学图像的图像拾取光学系统执行聚焦。所述光学装置包括被配置为调节光量的光阑、以及控制器，所述控制器被配置为根据手动操作单元的操作量来控制图像拾取光学系统的移动，使得作为手动操作单元的每单位操作的图像拾取光学系统的对焦位置的移动量的单位移动量与图像拾取光学系统的最小弥散圆（confusion circle）直径、手动聚焦模式中的光阑的光阑值、以及作为自然数或自然数的倒数（reciprocal）的系数之间的积对应。

从参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的进一步的特征将变得明显。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的数字照相机的示意性截面图。

图2是根据第一实施例的图1所示的数字照相机的系统框图。

图3是示出根据第一实施例的图1所示的数字照相机的图像拾取操作的流程图。

图4A和图4B是用于解释根据第一实施例的图3所示的S3和S6的一个例子的平面图。

图5是用于解释根据第一实施例的图3的S8的示图。

图6是用于解释根据第一实施例的图3的S9的一个例子的平面图。

图7是根据本发明的第二实施例的数字照相机的后视图。

图8是根据本发明的第三实施例的数字照相机的示意性截面图。

图9是根据第三实施例的图8所示的数字照相机的系统框图。

图10A和图10B是用于解释根据第三实施例的用于基于图8所示的电子环（electronic ring）的输出计算单位移动量的方法的示图。

具体实施方式

现在将参照附图描述本发明的实施例。

第一实施例

图1是被配置为镜头可更换（lens-exchangeable）的数字单镜头反射照相机的数字照相机（光学装置、图像拾取装置）的截面图。附图标记100表示照相机体，并且附图标记200表示可附接于照相机体100的镜筒（更换镜头）。不限制本实施例的光学装置的类型，例如，镜头一体化的照相机和基于胶片的照相机是可适用的。光学装置可以是镜头可更换的照相机体、包含镜头可更换的照相机体和可更换镜头的照相机系统、或者镜头一体化的照相机。

如图1所示，照相机体100包含主反射镜102、副反射镜104、焦点检测器106、快门108、图像拾取元件110、五角棱镜112、取景器光学系统114和监视器（显示单元）116，并可执行MF模式。

主反射镜102向着取景器光学系统114反射已通过镜筒200的光束的一部分，并且使光束的一部分透过。副反射镜104向着焦点检测器106反射已透过主反射镜102的光束。主反射镜102和副反射镜104可在图1所示的这些反射镜位于光轴上的用于非图像拾取的反射镜向下状态与这些反射镜从光轴退避的用于捕获静止图像和运动图像的反射镜向上状态（未示出）之间移动。本实施例可适用于所谓的无反射镜照相机。

焦点检测器106是被配置为利用相位差方法检测焦点状态的AF传感器，并且包括被配置为将入射光分成两个光束的聚光透镜（未示出）、被配置为使光束再成像的两个分离透镜、以及被配置为对于形成的对象图像提供光电转换的诸如CCD的线传感器。

快门108是在图像拾取时的曝光时间段期间打开、否则使光遮蔽的曝光单元。快门108在发出测光结束信号之后被释放以开始曝光。图像拾取元件110是被配置为光电转换对象的光学图像的CMOS或CCD等。五角棱镜112和取景器光学系统114使得用户能够通过取景器（未示出）视觉确认对象图像。

监视器116是位于照相机体100的后表面上的显示单元，并且被配置为显示基于从图像拾取元件110输出的信号的图像和存储的图像。监视器116可依次显示（实时观看）基于从图像拾取元件输出的信号的图像。本实施例的照相机具有实时观看图像拾取模式，在所述实时观看图像拾取模式中，在监视器116上显示由图像拾取元件110形成的图像，从而允许用户确认图像并通过手动操作执行聚焦。在实时观看图像拾取模式中，尤其需要对于对象的精确和迅速的聚焦。

如图1所示，镜筒（更换镜头）200包含第一透镜单元202、作为聚焦光学系统（聚焦透镜）的第二透镜单元204、以及光阑单元206。第一透镜单元202和第二透镜单元204构成被配置为形成对象的光学图像的图像拾取光学系统（图像拾取透镜）。图像拾取透镜可包含更多的透镜单元，并且包含用于变焦光学系统的透镜单元和驱动单元。

在聚焦时，第二透镜单元204沿光轴方向移动。通过第一透镜单元202的光束（图像拾取光）的光量被光阑单元206限制。

光阑单元206调节光量，并且包含根据从照相机CPU118发送的光阑操作命令由透镜CPU208控制的光阑驱动器、以及被光阑驱动器驱动并被配置为确定开口面积的光阑。光阑单元206的光阑值（F值）是可调节的。可以向照相机体100或者照相机体100和镜筒200两者提供光阑。

图2是图1所示的数字照相机的系统框图。

如图2所示，照相机体100包含照相机CPU（控制器）118、照相机触点（contact）120、电源开关122、释放开关（release switch）124、手动操作单元126、信号处理器128、图像记录器130、图像拾取模式切换单元132和输入单元134。

照相机CPU 118包含微计算机，并控制照相机体100中的各部件。照相机CPU118与将在后面描述的透镜CPU208通信，并获得各种信息。

照相机CPU118包含单位移动量设定器118a、光阑值获取器118b、最小弥散圆直径获取器118c、驱动量转换器118d和操作量获取器118e。

单位移动量设定器118a在手动聚焦模式中（当设定手动聚焦模式时）设定作为手动操作单元126的每单位操作的图像拾取光学系统的对焦位置（焦平面）的移动量的单位移动量。在本实施例中，单位移动量设定器118a将利用由光阑值获取器118b获取的光阑值F和由最小弥散圆直径获取器118c获取的最小弥散圆的直径δ的积Fδ设为对焦位置的单位移动量。

一般地，Fδ可进一步乘以作为自然数或自然数的倒数的系数，并且可将结果设为单位移动量。系数可在手动聚焦模式中可变。

Fδ是焦深，并代表由用户识别的对焦范围。通过利用Fδ，当聚焦透镜通过焦点位置时，用户可容易地识别返回量（例如，当系数如在本实施例中那样被设为1时，聚焦透镜可被返回一步）。由此，本实施例可维持可操作性和聚焦精度两者。

光阑值获取器118b从与光阑单元206通信的透镜CPU208在MF中获取用于调节光量的光阑的（当前）光阑值F。

最小弥散圆直径获取器118c从透镜CPU208获取图像拾取光学系统的最小弥散圆的直径。由于最小弥散圆的直径δ是固定值，因此，可以不在MF模式中获取它，而可以在与透镜CPU208的初始通信中获取它。

驱动量转换器118d基于从透镜CPU208获取的信息，将由单位移动量设定器118a设定的单位移动量转换为用于第二透镜单元204的驱动量。从透镜CPU208获取的信息包含由将在后面描述的透镜位置信息检测器214检测到的第二透镜单元204的位置信息和变焦位置信息，并且，由于常规方法利用该转换处理，因此，其详细的描述将被省略。

操作量获取器118e获取手动操作单元126的手动操作量。操作量可以是MF中的操作量和用于设定要被聚焦的区域的操作量。

在本实施例中，单位移动量设定器118a设定手动操作单元126的每单位操作的焦平面的单位移动量，使得它可与焦深成比例，并且驱动量转换器118d将其转换成第二透镜单元204的实际驱动量。但是，当事先已知对焦位置的移动量与第二透镜单元204的驱动量之间的关系时，可在不计算单位移动量的情况下计算第二透镜单元204的驱动量。

照相机触点120包含用于向镜筒传送信号的信号传送触点、以及用于给透镜供电的供电触点。

电源开关122可由用户从外面操作，并且接通照相机CPU118以向系统中的各致动器和传感器供电，用于系统操作。

释放开关124是可从外面操作的两级行程型（stroke type）释放开关。其信号被输入到照相机CPU118，并使得能够根据图像拾取模式提供不同的控制。例如，当释放开关124检测到第一行程开关的接通时，执行诸如自动聚焦（“AF”）和自动曝光（“AE”）的图像拾取准备。当它检测到第二行程开关的接通时，释放开关124执行图像拾取动作、数字图像信号的产生和记录。

手动操作单元126被用于手动聚焦，所述手动聚焦用于对于各单位操作使第二透镜单元204沿光轴方向移步（step）。

信号处理器128对于来自图像拾取元件110的数字转换输出执行各种类型的处理。图像记录器130在记录介质（未示出）中记录并保存从信号处理器128输出的图像数据。

当选择实时观看图像拾取模式时，图像拾取模式切换单元132设定实时观看图像拾取模式。

输入单元134包含被用户使用以输入或设定各种信息的拨盘、按钮、屏幕或杆件（lever）。例如，用户可设定手动聚焦模式（MF模式），利用所述手动聚焦模式，他通过手动操作单元126移动第二透镜单元204用于聚焦。另外，用户可经由输入单元134输入与焦深Fδ相乘的系数。

如图2所示，镜筒200包含透镜CPU208、镜头触点210、驱动器212和透镜位置信息检测器214。

透镜CPU208与照相机CPU118通信，并控制镜筒200中的各部件。镜头触点210包含用于从照相机体100接收信号的信号传送触点、以及通过其从照相机体100供电的供电触点。

驱动器212沿光轴方向驱动第二透镜单元204。透镜位置信息检测器214检测第二透镜单元204的移动量，并包含编码器。

图3是用于解释由照相机CPU118执行的手动聚焦中的照相机的操作的流程图，并且“S”表示步骤。图3所示的流程图可被实现为使得计算机能够执行各步骤的程序，并在本实施例中在照相机CPU118的存储器（未示出）中作为软件被存储。

当照相机体100的电源开关122被接通（S1）时，照相机CPU118确定是否通过图像拾取模式切换单元132将实时观看图像拾取模式设为图像拾取模式（S2）。由于在实时观看图像拾取模式中设定第二透镜单元的单位移动量是有效的，因此本实施例提供S2。但是，由于可通过取景器观察对象来获得类似的效果，因此S2是可选的。

当实时观看图像拾取模式未被设定（S2为否）时，照相机CPU118根据另一模式执行处理（S12）并且流程返回至S2。当实时观看图像拾取模式被设定（S2为是）时，在监视器116上显示实时观看图像（S3）。

接下来，照相机CPU118确定是否设定了MF模式（S4）。当MF模式未被设定（S4为否）时，照相机CPU118移动到S12，并且，当MF模式被设定（S4为是）时，确定释放开关124的第二行程开关是否接通（S5）。

当释放开关124的第二行程开关接通（S5为是）时，照相机CPU118释放快门108用于曝光（S10），并且在图像记录器130中记录通过曝光由图像拾取元件110捕获的图像（S11）。然后，流程返回至S2。

另一方面，当释放开关124关断（S5为否）时，照相机CPU118确定手动操作单元126是否选择了焦点区域（S6），并且，如果没有（S6为否），那么流程返回至S4。

图4A是用于解释S6的平面图。附图标记116A表示具有作为监视器116的显示功能和作为手动操作单元126的触摸屏功能的触摸屏监视器。在图4A中，在S3中以单倍率（single magnification）显示的实时观看图像A1中，通过触摸屏操作设定要被聚焦的区域A2。当区域A2被设定时，通过点线向用户呈现轮廓，并然后如图4B所示的那样放大该轮廓。由此，聚焦变得更容易。

当通过手动操作单元126选择了焦点区域（S6为是）时，照相机CPU118从透镜CPU208获得光阑值和第二透镜单元204的位置的信息（S7）。

接下来，照相机CPU118基于获得的信息计算第二透镜单元204的每单位操作的单位移动量（S8）。现在假定不通过输入单元134输入系数（或者输入系数1），并且照相机CPU118将由光阑值F和最小弥散圆的直径δ计算出的焦深Fδ设为焦平面的单位移动量。

图5是用于解释S8的示图。光阑值F是通过将焦距除以图像拾取透镜的有效孔径所得到的值，并且它代表图像拾取透镜的亮度。该亮度与光阑值F的平方成反比，并且，随着数值变高，它变暗。最小弥散圆直径δ是可被确定为数字照相机中的点图像的模糊（blur）的直径。焦深Fδ是可清楚地捕获图像的范围。换句话说，只有在焦平面被移动Fδ之后，才可识别捕获的图像的散焦。

如图5所示，当光阑值为F₁>F₂时，焦深的关系变为F₁δ>F₂δ。当光阑值为F₁时，焦平面被移动F₁δ，使得可以识别焦平面的偏移。当值为F₂时，焦平面被移动比F₁δ小的F₂δ，使得可以识别焦平面的偏移。

由此，当光阑值F大时或者当焦深Fδ大时，在焦平面的移动量较大的情况下聚焦变得较容易。当光阑值F小时或者当焦深Fδ小时，在焦平面的移动量小的情况下聚焦变得较容易。

照相机CPU118中的驱动量转换器118d基于透镜位置信息检测器214的检测结果，将单位移动量转换成第二透镜单元204的驱动量（移动量）（S8）。

接下来，照相机CPU118的操作量获取器118e获取通过用户进行的手动操作单元126的操作量，并且通过将操作量乘以在S8中获取的驱动量来计算第二透镜单元204的驱动量。照相机CPU118对于手动操作单元126的各单位操作将焦平面移动预定量Fδ以用于MF（S9），并且流程返回至S4。

图6是用于解释S9的一个例子的平面图。附图标记126A1和126A2表示用作手动操作单元126的触摸屏监视器116A上的触摸屏区域。当用户按压触摸屏区域126A1一次时，焦平面以单位移动量向无限远（infinity）侧移动。当用户按压触摸屏区域126A2一次时，焦平面以单位移动量向最近侧移动。

本实施例的数字照相机重复以上的操作，直到电源开关122被关断。当它被关断时，照相机CPU118完成与透镜CPU208的通信，并且对于照相机体100和镜筒200的供电被完成。

根据本实施例，一次的手动操作将焦平面移动焦深Fδ并由此改善可操作性，这是因为对于可识别焦平面的移动的各最小单位执行MF。

如上所述，单位移动量可经由输入单元134被设为Fδ的自然数倍。由此，可通过少量的手动操作迅速地获得希望的对焦位置并可改善可操作性。另外，单位移动量可以是Fδ的自然数的倒数，并可由此改善对焦精度。例如，当用户经由输入单元134将系数设为1/2时，用户识别到焦平面通过两步而移动Fδ并由此改善可操作性，这是因为在现有技术中不能识别焦平面的偏移。

并且，可通过操作输入单元134在处理的中间改变单位移动量。在当前位置远离希望的聚焦位置时，单位移动量可被设为较大。在当前位置接近聚焦位置时，单位移动量可被设为较小。由此，本实施例可应对可操作性和对焦精度两者。

根据本实施例，可对于每单位触摸屏操作以焦深为单位实现各预定量的聚焦，并由此可以以良好的可操作性提供希望的焦平面上的聚焦。

第二实施例

根据第二实施例的数字照相机在结构上与图1至3所示的数字照相机类似，但是，本实施例与第一实施例的不同在于，手动操作单元126利用点击型拨盘（click type dial）而不是触摸屏。点击型拨盘被配置为对于各单位旋转向用户提供点击感。另外，点击型拨盘被配置为维持单位旋转角。

图7是根据第二实施例的数字照相机的后视图。点击型拨盘126B位于显示单元116旁边。在MF操作中，在图3中的S7中计算出的焦深Fδ被设为与点击型拨盘126B的一次点击旋转角对应的焦平面的单位移动量。另外，点击型拨盘126B的逆时针旋转被设为无限远侧，并且点击型拨盘126B的顺时针旋转被设为最近侧。点击型拨盘126B的位置不限于照相机的后表面，而可被设置在包含侧表面的任何地方。

本实施例可对于点击型拨盘126B的每单位操作通过以焦深为单位的单位移动量提供聚焦，并改善可操作性。

第三实施例

图8是根据第三实施例的数字照相机的示意性截面图，并且图9是其系统框图。作为图1和图2中的相应元件的那些元件将由相同的附图标记表示。附图标记100A表示照相机体，并且附图标记200A表示可附接于照相机体100A且可从照相机体100A拆卸的镜筒。

本实施例与第一实施例的不同在于，在根据第一实施例的数字照相机中手动操作单元126被设置于照相机体100，而在根据第三实施例的数字照相机中它被设置于镜筒200A。照相机CPU118的操作与图3的类似，并且将省略其描述。

本实施例的手动操作单元包含电子环220，所述电子环220可旋转地固定于容纳图像拾取光学系统的镜筒200A上（其外周周围）。随着电子环220被旋转，第二透镜单元204被移动。电子环220在其被旋转时输出图10A所示的脉冲信号，并且第二透镜单元204根据脉冲信号中的脉冲的数量被驱动。图10A示出，在电子环220被旋转时，输出相位偏移90°的两个矩形波U1和U2。

被计数的脉冲信号之间的间隔非常短，并因此难以在电子环220旋转时对单个脉冲输出分配每单位操作的预定量。

图10B是用于解释这种情况下的单位移动量的计算方法的示图。本实施例对多个连续输出的脉冲信号U1和U2分配单位移动量Fδ。虽然图10B对从脉冲信号U1的前缘到第三后缘的时间段分配Fδ，但是，可以利用脉冲信号U2，或者可以使用诸如脉冲信号U1的前缘和脉冲信号U2的前缘的两个信号。

电子环220的逆时针旋转可被设为无限远侧，并且其顺时针旋转被设为最近侧。用户可感知到电子声音或振动等，并且可确定他是否已进行了单位操作。

本实施例可对于电子环220的每单位操作通过以焦深为单位的单位移动量执行聚焦，并改善可操作性。

虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但要理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围要被赋予最宽的解释，以包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims

1.一种被配置为执行手动聚焦模式的光学装置，在所述手动聚焦模式中，由手动操作单元的操作通过移动被配置为形成对象的光学图像的图像拾取光学系统执行聚焦，所述光学装置包括被配置为调节光量的光阑，其特征在于，

所述光学装置还包括控制器，所述控制器被配置为根据手动操作单元的操作量来控制图像拾取光学系统的移动，使得作为手动操作单元的每单位操作的图像拾取光学系统的对焦位置的移动量的单位移动量与图像拾取光学系统的最小弥散圆直径、手动聚焦模式中的光阑的光阑值、以及作为自然数或自然数的倒数的系数之间的积对应。

2.根据权利要求1的光学装置，其中，所述图像拾取光学系统包含聚焦透镜，以及

其中，所述控制器根据手动操作单元的操作来获得光阑的光阑值和聚焦透镜的位置信息，并基于获得的光阑值、聚焦透镜的位置、图像拾取光学系统的最小弥散圆直径、以及手动操作单元的操作量来控制聚焦透镜的移动。

3.根据权利要求1的光学装置，还包括被用于输入所述系数的输入单元。

4.根据权利要求3的光学装置，其中，所述系数能在手动聚焦模式中变动。

5.根据权利要求1的光学装置，还包括：

图像拾取元件，被配置为对于通过图像拾取光学系统形成的光学图像提供光电转换；以及

显示单元，被配置为显示基于从图像拾取元件输出的信号的图像，

其中，所述控制器在用于依次显示并捕获基于从图像拾取元件输出的信号的图像的实时观看图像拾取模式中获得光阑值。

6.根据权利要求5的光学装置，其中，所述显示单元具有被配置为设定要被聚焦的区域的触摸屏功能。

7.根据权利要求6的光学装置，其中，所述显示单元放大并显示已被设定的要被聚焦的区域。

8.根据权利要求5的光学装置，其中，所述手动操作单元被设置于显示单元上显示的预定区域。

9.根据权利要求1的光学装置，其中，所述手动操作单元是拨盘并且单位操作是拨盘的旋转。

10.根据权利要求1的光学装置，其中，所述手动操作单元是能旋转地设置于容纳图像拾取光学系统的镜筒上的电子环，并且手动操作单元的操作是电子环的旋转。

11.根据权利要求1至10中任一项的光学装置，其中，所述光学装置包括照相机体、以及能附接于照相机体且能从照相机体拆卸的更换镜头。