CN104049437B - 透镜设备和照相机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及透镜设备和照相机系统。提供一种能可拆卸地附接于图像拾取设备的透镜设备，所述透镜设备包括：变倍透镜，被配置为在改变倍率时沿着光轴移动；聚焦透镜，被配置为沿着光轴移动从而执行聚焦；位置检测单元，被配置为检测聚焦透镜的位置；透镜控制单元，被配置为基于聚焦透镜的位置信息获取规格化的聚焦透镜的位置信息；以及存储单元，被配置为存储代表与多个物距对应的聚焦透镜和变倍透镜的位置关系的电子凸轮数据、以及基于规格化的聚焦透镜的位置信息计算的聚焦透镜的灵敏度。

Description

透镜设备和照相机系统
技术领域
本发明涉及透镜设备和照相机系统。
背景技术
根据一种已知的透镜可交换类型的照相机系统，照相机主体具有自动聚焦（“AF”）功能和被配置为将聚焦透镜移动到存储的位置的焦点预设功能（“FP”），并且透镜设备包括聚焦透镜的驱动器和位置检测器。当前聚焦位置（为聚焦透镜的位置）被从透镜设备传送到照相机主体，并且基于它将目标聚焦位置或移动量从照相机主体传送到透镜设备。
近年来，与前焦点（front focus）类型透镜相比，后焦点（rearfocus）类型透镜被用于透镜设备中。然而，在后焦点类型透镜中，随着变焦位置（为变倍透镜的位置）改变，聚焦位置偏移，并且必须根据变焦位置移动聚焦位置以使得在相同的物距（objectdistance）处聚焦。变焦位置和聚焦位置之间的关系被称为“凸轮曲线”。
日本专利公开No.（“JP”）2008-227799公开了一种用于通过物距信息执行来自照相机的聚焦以使得由于校正由变焦产生的聚焦位置的偏移而出现的聚焦位置的改变的影响减少的方法。
然而，JP2008-227799的方法不能够应用于不利用聚焦脉冲或物距信息控制聚焦的照相机。
另外，当使用脉冲信息执行微小的振幅摆动（wobbling）时，照相机能够考虑到相对于散焦量的透镜灵敏度而执行脉冲量的摆动。然而，像JP2008-227799一样，当通过物距信息控制聚焦时，出现如下问题，即景深变浅并且物距的分辨率必须显著地增大。此外，因为必须将关于脉冲信息和物距信息的参数从透镜传送到照相机，所以导致传送的信息的量增大。
发明内容
本发明提供能够在不需要聚焦位置的改变的情况下操作的透镜设备和照相机系统，所述改变是为了校正由变焦所引起的聚焦位置的偏移而产生的。
本发明作为其一个方面提供了可拆卸地可附接于图像拾取设备的透镜设备。该透镜设备包括：变倍透镜，被配置为在改变倍率时沿着光轴移动；聚焦透镜，被配置为沿着光轴移动从而执行聚焦；位置检测单元，被配置为检测聚焦透镜的位置；透镜控制单元，被配置为基于聚焦透镜的位置信息获取规格化的聚焦透镜的位置信息；以及存储单元，被配置为存储代表与多个物距对应的聚焦透镜和变倍透镜的位置关系的电子凸轮数据、以及基于规格化的聚焦透镜的位置信息计算的聚焦透镜的灵敏度。
本发明作为其另一个方面提供了可拆卸地可附接于图像拾取设备的透镜设备。该透镜设备包括：变倍透镜，被配置为在改变倍率时沿着光轴移动；聚焦透镜，被配置为沿着光轴移动从而执行聚焦；位置检测单元，被配置为检测聚焦透镜的位置；存储单元，被配置为存储表示与多个物距对应的变倍透镜和聚焦透镜的位置关系的电子凸轮数据；以及透镜控制单元，被配置为基于聚焦透镜的位置信息获取规格化的聚焦透镜的位置信息，并且基于规格化的聚焦透镜的位置信息计算聚焦透镜的灵敏度。
本发明作为其另一个方面提供了一种照相机系统，其包括：透镜设备以及图像拾取设备，该透镜设备包括变倍透镜、聚焦透镜和位置检测单元，所述变倍透镜被配置为在改变倍率时沿着光轴移动，所述聚焦透镜被配置为沿着光轴移动从而执行聚焦，并且所述位置检测单元被配置为检测聚焦透镜的位置，并且该图像拾取设备包括被配置为检测聚焦透镜的散焦量的散焦检测单元。图像拾取设备从透镜设备接收基于聚焦透镜的位置信息获取的规格化的位置信息以及基于规格化的聚焦透镜的位置信息计算的聚焦透镜的灵敏度，使用散焦检测单元检测的散焦量以及聚焦透镜的灵敏度来计算基于规格化的聚焦透镜的位置信息的第一聚焦透镜驱动量，并且将第一聚焦透镜驱动量传送到透镜设备。透镜设备基于表示与多个物距对应的变倍透镜和聚焦透镜的位置关系的电子凸轮数据将从图像拾取设备接收的第一聚焦透镜驱动量转换为与变倍透镜的预定位置对应的第二聚焦透镜驱动量，并且以第二聚焦透镜驱动量驱动聚焦透镜。
本发明作为其另一个方面提供了一种照相机系统，其包括：透镜设备以及图像拾取设备，该透镜设备包括变倍透镜、聚焦透镜和位置检测单元，所述变倍透镜被配置为在改变倍率时沿着光轴移动，所述聚焦透镜被配置为沿着光轴方向移动从而执行聚焦，并且所述位置检测单元被配置为检测聚焦透镜的位置，并且该图像拾取设备包括被配置为检测聚焦透镜的散焦量的散焦检测单元。图像拾取设备从透镜设备接收基于聚焦透镜的位置信息获取的规格化的位置信息，并且将基于规格化的聚焦透镜的位置检测的散焦量传送到透镜设备。透镜设备使用从图像拾取设备接收的散焦量和聚焦透镜的灵敏度计算基于规格化的聚焦透镜的位置信息的第一聚焦透镜驱动量，基于表示与多个物距对应的变倍透镜和聚焦透镜的位置关系的电子凸轮数据将第一聚焦透镜驱动量转换为与变倍透镜的预定位置对应的第二聚焦透镜驱动量，并且以第二聚焦透镜驱动量驱动聚焦透镜。
本发明作为其另一个方面提供了一种用于照相机系统的控制方法。所述照相机系统包括透镜设备和图像拾取设备，所述透镜设备包括变倍透镜、聚焦透镜和位置检测单元，所述变倍透镜被配置为在改变倍率时沿着光轴移动，所述聚焦透镜被配置为沿着光轴移动从而执行聚焦，并且所述位置检测单元被配置为检测聚焦透镜的位置，并且所述图像拾取设备包括被配置为检测聚焦透镜的散焦量的散焦检测单元。所述方法包括：用于所述图像拾取设备的控制方法，包括，从透镜设备接收基于聚焦透镜的位置信息获取的规格化的位置信息、以及基于规格化的聚焦透镜的位置信息计算的聚焦透镜的灵敏度；使用散焦检测单元检测的散焦量和聚焦透镜的灵敏度计算基于规格化的聚焦透镜的位置信息的第一聚焦透镜驱动量；以及将第一聚焦透镜驱动量传送到透镜设备，以及用于所述透镜设备的控制方法，包括，基于表示与多个物距对应的变倍透镜和聚焦透镜的位置关系的电子凸轮数据将从图像拾取设备接收的第一聚焦透镜驱动量转换为与变倍透镜的预定位置对应的第二聚焦透镜驱动量，以及以第二聚焦透镜驱动量驱动聚焦透镜。
本发明作为其另一个方面提供了一种用于照相机系统的控制方法。所述照相机系统包括透镜设备和图像拾取设备，所述透镜设备包括变倍透镜、聚焦透镜和位置检测单元，所述变倍透镜被配置为在改变倍率时沿着光轴移动，所述聚焦透镜被配置为沿着光轴移动从而执行聚焦，并且所述位置检测单元被配置为检测聚焦透镜的位置，并且所述图像拾取设备包括被配置为检测聚焦透镜的散焦量的散焦检测单元。所述方法包括：用于所述图像拾取设备的控制方法，包括，从透镜设备接收基于聚焦透镜的位置信息获取的规格化的位置信息；以及将基于规格化的聚焦透镜的位置检测的散焦量传送到透镜设备，以及用于所述透镜设备的控制方法，包括，使用从图像拾取设备接收的散焦量和聚焦透镜的灵敏度计算基于规格化的聚焦透镜的位置信息的第一聚焦透镜驱动量；基于表示与多个物距对应的变倍透镜和聚焦透镜的位置关系的电子凸轮数据将第一聚焦透镜驱动量转换为与变倍透镜的预定位置对应的第二聚焦透镜驱动量；以及以第二聚焦透镜驱动量驱动聚焦透镜。
从以下示例性实施例的描述（参考附图）中本发明更多的特征将变得清晰。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的照相机系统的框图。
图2是聚焦透镜105的驱动方法的说明图。
图3是前焦点透镜的聚焦位置和变焦位置的关系图。
图4是示例性的凸轮曲线的图。
图5是灵敏度的定义图。
图6是示出透镜的驱动量和散焦的关系的图。
图7是示出散焦和灵敏度的关系的图。
图8是示出相位差伺服AF的凸轮曲线的图。
图9是示出其中聚焦位置被规格化（normalize）的相位差伺服AF的凸轮曲线的图。
图10是示出每个物距的凸轮曲线的图。
图11是示出其中聚焦位置被容易地规格化的每个物距的凸轮曲线的图。
图12是示出其中聚焦位置被规格化的每个物距的凸轮曲线的图。
图13是示出在前焦点透镜的变焦期间的对比度（contrast）AF的凸轮曲线的图。
图14是示出在变焦期间的对比度AF的凸轮曲线的图。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的示例性实施例。
图1是根据本发明的实施例的照相机系统（图像拾取系统，光学设备）的框图。照相机系统包括透镜设备（光学设备）100和照相机主体（图像拾取设备或光学设备）200。透镜设备100可拆卸地附接于照相机主体200。
透镜设备100包括图像拾取光学系统、用于变倍透镜的位置检测单元107、光圈驱动单元108、聚焦透镜驱动单元109、透镜微型计算机110、和存储器120。
图像拾取光学系统包括多个透镜（光学元件），被收容在透镜镜筒（未示出）中，并且将被摄体光引入照相机主体200。图像拾取光学系统在被摄体光的入射方向上依次包括第一透镜101、变倍透镜102、光圈103、ND滤波器104、聚焦透镜105以及第四透镜106。在图1中，每个透镜单元内包括的透镜的数量不受限制。
当用户操作操作单元（未示出）时，变倍透镜102在虚线示出的光轴方向上移动，从而调节焦距。用于变倍透镜的位置检测单元107用作被配置为使用例如可变电阻器检测变倍透镜102的位置（变焦位置）的位置检测单元，并且将位置数据发送到透镜微型计算机110。
光圈103由光圈驱动单元108根据透镜微型计算机110的命令来驱动，并且可以改变它的光圈值。光圈103被配置为通过改变它的光圈值来调节光量。光圈驱动器108可以使用例如步进马达和音圈马达（voice coil motor）（“VCM”）、以及被配置为使用被配置为检测线圈中的电流的霍耳传感器来检测光圈位置（当前光圈值）的检测单元（光学特性检测单元）。
随着光圈值改变，聚焦位置偏移，并且因此必须校正聚焦透镜105的位置（聚焦位置）。在该情况下，可以使用与光圈位置对应的多个数据和对于光圈位置的中间值的线性插值来计算光圈值和聚焦移动量（聚焦位置的偏移量）。如聚焦校正量=A×（光圈值-最大光圈值）提供的，聚焦校正量可以通过将从最大光圈值中减去照相机操作时的光圈值得到的光圈值差乘以聚焦温度变化率（系数）A来计算。
ND（中性密度（neutral density））滤波器104可以由于用户操作操作单元（未示出）而被插入图像拾取光学系统的光轴中和从图像拾取光学系统的光轴退出（eject），并且被配置为调节光量。ND检测单元（未示出）包括光电断路器（photo interrupter），检测ND滤波器104是被插入还是退出，并且将检测结果发送到透镜微型计算机110。ND滤波器104的数量不受限制，并且可以使得其它光学元件（诸如滤色器）是可选择的。
当ND滤波器104不被插入时，ND滤波器104插入的空间的折射率是正好为光学设计值的空气的折射率，但是当ND滤波器104被插入时，它是ND滤波器104的材料的折射率。当ND滤波器104被插入时，聚焦位置由于空气的折射率和ND滤波器104的折射率之间的差异而偏移，并且因此必须校正聚焦位置。
在其中可以切换具有不同浓度（concentration）的ND滤波器104和滤色器的轮盘（roulette）类型布置中，检测每个滤波器的插入状态，并且在存储器120中预先存储根据每个滤波器的厚度和折射率而不同的校正值。所检测的滤波器的校正值被从存储器120中读取并且用于校正聚焦位置。另外，当不可检测的滤波器（诸如附件（attachment））被附接时，聚焦位置可以通过经由用户自由地写入照相机主体中的校正值/手动值选择单元（未示出）并且通过在它被使用时选择它，来被校正。
聚焦透镜105在光轴方向上由聚焦透镜驱动单元109根据来自透镜微型计算机110的驱动信息（驱动命令）来驱动，并且被配置为提供聚焦。透镜微型计算机110获得聚焦透镜驱动单元109的驱动位置（包括聚焦透镜105的目标位置）和驱动量（包括驱动脉冲数）。
图2是聚焦透镜的驱动方法的说明图。聚焦透镜105经由支架（rack）109b与导螺杆（lead screw）109a耦接。光电断路器109c用作被配置为检测聚焦透镜105的位置的位置检测单元。当步进马达109A旋转导螺杆109a时，旋转被支架109b转换为平移运动，并且结果聚焦透镜105沿箭头方向移动。在这时候可以通过对步进马达109A的驱动脉冲进行计数来检测聚焦透镜105的位置。当脉冲的计数起始点不同时，聚焦透镜105的位置偏移。因此，步进马达109A被初始驱动以扫描整个范围，并且移动到在其处光电断路器109c的信号改变的位置。这个点被设定为原点（基准位置）。基于光电断路器109c的聚焦位置可以通过增大和减小从原点起的步进马达109A的驱动脉冲数而获得。
当聚焦驱动单元109利用其中不设定最小移动量的单元（如在通过具有磁铁和线圈的电磁操作驱动的VCM和DC马达中一样）时，可以通过分离地制备电气位置检测单元并且通过使用电气位置检测单元测量位置，来检测聚焦透镜105的位置。
透镜微型计算机（透镜控制单元）110与照相机主体200中的照相机微型计算机209通信，并且控制透镜设备100中的每个组件。存储器120存储透镜微型计算机110的操作所必需的信息和程序。
照相机主体200包括五棱镜201、取景器202、反射镜203、图像拾取元件204、信号处理单元205、记录处理单元206、散焦检测单元207、对比度信号产生单元208、照相机微型计算机209和存储器220。
布置在被摄体光的光路中的反射镜203可以改变从透镜设备100引入的被摄体光移动的方向。在从反射镜203引入的被摄体光被五棱镜201反射之后，它被引入到取景器202并且用户可以检查被摄体的光学图像。可以使用驱动设备（未示出）将反射镜203从光路中撤出，并且在反射镜从光路中撤出时被摄体被成像在图像拾取元件204上。
反射镜203的一部分是半反射镜，并且包括通过透镜（throughthe lens）（“TTL”）相位差检测单元的散焦检测单元207可以使用经过反射镜203并且由小反射镜（未示出）引入的光来测量散焦量。由散焦检测单元207测量的散焦量被传送到照相机微型计算机209。散焦检测单元207和图像拾取元件204可以被一体化，从而利用图像拾取元件204执行相位差AF和对比度AF两者。
图像拾取元件204是光电转换器，诸如CCD传感器和CMOS传感器，其被配置为将由图像拾取光学系统形成的被摄体图像（光学图像）光电转换成模拟信号并且输出该模拟信号。图像拾取元件204的输出被采样，增益控制，并且转换为数字信号。
信号处理单元205对于来自图像拾取元件204的信号执行各种图像处理（诸如放大、颜色校正和白平衡），并且产生视频信号。记录处理单元206将图像输出到记录介质和显示单元。
对比度信号产生单元208接收由信号处理单元205产生的视频信号。对比度信号产生单元208通过利用通过对于亮度信号中多个特定的区域对由高通滤波器提取的高频分量的量求积分得到的一个或更多个高频信号积分值来产生对比度信号（图像拾取信号）。利用对比度信号来确定聚焦状态。对比度信号产生单元208将产生的对比度信号传送到照相机微型计算机209。
照相机微型计算机209以预定周期或在必要的时间处与透镜微型计算机110通信，将透镜控制数据发送到透镜微型计算机110，并且从透镜微型计算机110接收各种状态。存储器220存储照相机主体200和透镜设备100的控制所必需的信息。照相机微型计算机209将聚焦透镜105的位置存储在存储器220中，并且用作被配置为命令透镜微型计算机110从而将聚焦透镜105移动到所存储的聚焦透镜105的位置的聚焦预设单元。透镜微型计算机110根据从照相机微型计算机209接收的各种透镜控制数据来控制每个组件的驱动。
图3是前焦点透镜的聚焦位置和变焦位置的关系图。示出无限远端、10m和近端的物距的情况。凸轮沟槽（groove）被形成在透镜镜筒上，使得即使变焦位置改变也在相同的被摄体的情况下维持相同的聚焦位置。
另一方面，为了在后焦点透镜的情况下聚焦在相同的物距处，必须将聚焦透镜105移动到凸轮曲线中的与变焦位置对应的聚焦透镜的聚焦位置。另外，在后焦点透镜中，对于从无限远端到近端的位置的分辨率根据变焦位置而改变，并且望远端的从无限远端移动到近端所必需的步进马达的脉冲数量与广角端相比变为约10倍。因此，可能不在通过预设功能存储的位置中获得聚焦。还存在聚焦透镜的可移动范围根据变焦而改变的问题。
通过在存储器120中存储依赖于物距和变焦位置的凸轮曲线并且通过参考该信息，即使在变焦位置改变时也可以获得对焦状态。对于除代表点以外的中间变焦位置和聚焦位置可以利用线性插值来计算高度精确的位置。
图4是示例性的凸轮曲线的图。横轴表示变焦位置，其中广角端被设定为左侧并且望远端被设定为右侧。纵轴表示聚焦位置，其中无限远侧被设定为下侧并且近侧被设定为上侧。在存储器120中存储对于四个点（诸如无限远端、近端、广角端和望远端）的变焦位置和聚焦位置。
在下面的描述中，变焦位置位于广角端，并且当前聚焦位置是聚焦在10m的物距上的x。然后，变焦位置移动到中间位置，并且计算与10m物距对应的聚焦位置y。
由于在广角端处的近端和无限远端之间的距离“a”与广角端处的位置x和无限远端之间的距离“b”之间的比等于在望远端处的近端和无限远端之间的距离“a'”与望远端处的位置z和无限远端之间的距离“b'”之间的比，因此计算位置z。接下来，基于从中间位置到广角端的距离与从中间位置到望远端的距离之间的l:m的距离比、聚焦位置x和聚焦位置z，来计算聚焦位置y。随着用于物距与变焦位置之间的关系的代表点的数量增大，可以高度精确地获得聚焦位置。
由于照相机系统中的每个组件的个体差异，可能不能获得设计的凸轮曲线。为了校正凸轮曲线，对于预定变焦位置和预定物距的相对于设计值的聚焦位置偏移量被测量并且存储在透镜设备100中的存储器120中，并且偏移在聚焦中被校正。由光学元件的个体差异所引起的焦点偏移包含对于每个变焦位置的制造误差所引起的焦点偏移、以及由透镜的中心光束和周边光束所引起的焦点偏移。
接下来，说明灵敏度。灵敏度表示透镜的伸展量（extensionamount）和散焦量之间的关系。图5是灵敏度的定义图，图6是示出散焦和透镜驱动量的关系的图，并且图7是示出灵敏度和散焦的关系的图。
在图5中，在聚焦透镜301、固定透镜组302和图像拾取元件303的情况下，聚焦透镜301的伸展量L和散焦量d满足以下条件：
d=L×S(1)
在这时候，比例系数S用作灵敏度。在具有简单配置的透镜的情况下，在聚焦透镜301移动1mm并且散焦量是1mm时，灵敏度S变为1。
在图6中，横轴表示聚焦透镜301的伸展量L并且纵轴表示散焦量d。在图7中，横轴表示散焦量d并且纵轴表示灵敏度S。如果L:d=1:1的关系持续，则图6的曲线图变为通过实线示出的比例关系的曲线图。在这时候，图7的曲线图变为与散焦量d无关的S=1的实线。
然而，在具有复杂配置的透镜的情况下，灵敏度S和伸展量L由散焦量d的以下函数表示：
S=f(d)=S0+S1d1+S2d2+…+Sn dn)…(2)
L=d/S=d/(S0+S1d1+S2d2+…+Sn dn)…(3)
例如，在其中散焦量d的移动宽度相对于L:d=1:1的关系减小的透镜的情况下，在图6中伸展量L改变时，伸展量L和散焦量d之间的关系被表示为由图6的虚线示出的曲线图，并且在图7中散焦量d改变时，散焦量d和灵敏度S之间的关系被表示为由图7的虚线示出的曲线图，其中灵敏度S变为小于1。
透镜不由实际伸展量L控制，而是由聚焦脉冲（“脉冲”）的数量P如下地控制。
h（毫米/脉冲）表示每一脉冲的透镜伸展量。
根据本实施例，脉冲数P由透镜设备100和照相机主体200计算，从而提供聚焦驱动。通常，在整个伸展透镜的情况下，灵敏度S变为恒定，但是在将一些透镜（诸如后焦点透镜）用于聚焦调整的透镜的情况下，灵敏度S改变并且需要一次（first order）之后的系数。灵敏度S基本上根据焦距的平方的改变而改变，并且如果聚焦透镜移动，则透镜（诸如后焦点透镜）的焦距改变。换句话说，在变倍透镜和聚焦透镜移动时灵敏度S改变。另外，灵敏度S针对变焦位置和聚焦位置被分割，被存储（通常三次(third order)）在存储器120中，并且然后对于每个变焦位置和聚焦位置被调用以使用它们。
接下来，说明使用本实施例的照相机系统的相位差AF。预先从透镜设备100接收每一脉冲的透镜伸展量、变焦位置和聚焦位置处的灵敏度。散焦检测单元207测量被摄体的散焦量，并且使用先前描述的表达式（4）计算聚焦脉冲的数量。考虑校正脉冲量（诸如窄化（narrowing）焦点偏移和相位差传感器与图像拾取表面之间的光路），将这个数据作为驱动命令从照相机微型计算机209传送到透镜微型计算机110。透镜微型计算机110使得聚焦透镜驱动单元109使用所收到的聚焦脉冲的数量来驱动聚焦透镜105。假定不能通过上述驱动完全地执行聚焦，可以通过由散焦检测单元207测量散焦量并且再次执行相同的操作来执行聚焦。
在使得图像拾取透镜跟随移动的被摄体的伺服AF拍摄中，初始计算聚焦脉冲的数量并且驱动图像拾取透镜。然后，将从透镜微型计算机110获取的聚焦位置加到聚焦脉冲的数量，并且确定与聚焦位置对应的当前被摄体位置。和作为聚焦透镜105的位置的聚焦位置相对比，它被称为被摄体聚焦位置。当已经经过一点时间并且被摄体移动时，再次计算被摄体聚焦位置。结果，获得先前被摄体聚焦位置与当前被摄体聚焦位置。由于它们对应于被摄体的移动，因此被摄体的操作被认为是匀速运动。根据两个值的获取时间的差别预测在移动被摄体的情况下的被摄体聚焦位置。并且，通过把预测的聚焦位置与当前聚焦位置之间的差值当作聚焦脉冲的数量，来驱动聚焦透镜105。因此，实现使得图像拾取透镜跟随移动的被摄体的伺服AF拍摄。
然而，当通过使用电子凸轮的变倍透镜提供跟随固定被摄体、执行变焦以及控制视角的操作时，以下问题发生。
图8是示出相位差伺服AF的凸轮曲线的图。横轴表示变倍透镜位置，并且纵轴表示聚焦位置。电子凸轮曲线被示出为分别为相同的物距的线。在传统的透镜中，当固定被摄体一旦在望远端处被聚焦并且执行变焦时，透镜微型计算机110将作为图8中的线段（2）的恒定值的聚焦位置传送到照相机微型计算机209。然而，在使用电子凸轮的透镜中，由于聚焦透镜被驱动到根据电子凸轮的形状与变焦位置对应的聚焦位置，因此透镜微型计算机110将作为图8中的线段（1）改变的聚焦位置传送到照相机微型计算机209。
当在伺服AF拍摄中执行变焦时，虽然被摄体不移动，但是透镜微型计算机110将线段（1）上的值传送到照相机微计算机209。此外，使用线段（1）上的值计算被摄体聚焦位置。因此，判断被摄体被移动到近侧，并且照相机微型计算机209命令透镜微型计算机110以线段（1）和线段（2）之间的差进行驱动。结果，执行作为伺服AF拍摄的误差操作。虽然正确地计算移动的被摄体的驱动量，但是移动的被摄体被以线段（1）和线段（2）之间的差进行更多的驱动。
在本发明中，如图9中所示出的，诸如聚焦脉冲的数量之类的关于聚焦位置的信息（聚焦透镜的位置信息）被规格化，使得当变焦位置改变时聚焦位置根据物距变为恒定，并且规格化的聚焦信息被传送到照相机主体。因此，在变焦期间的伺服AF可以被正确地操作。
接下来，说明聚焦透镜的位置信息的规格化。图10是示出每个物距的凸轮曲线的图。横轴表示变倍透镜位置，并且纵轴表示聚焦位置。电子凸轮曲线被示出为分别为相同的物距（无限远端、3m、1m、0.5m、近端）的线。在实际可交换的透镜的情况下，如图10中所示出的，代表特定物距的电子凸轮的聚焦位置相对于变焦位置变为不规则曲线。但是如果与物距和变焦位置对应的代表点增加，可以正确地提供还更详细的聚焦位置。
在图10中，当变焦位置x的无限远端和近端处的聚焦位置之间的差被表示为R(x)时，使用作为望远端（其中R(x)变为最大）处的R(x)的R(Tele)以及除R(Tele)之外的R(x)如下计算A(x)。
A(x)=R(Tele)/R(x)
如果在其中聚焦位置的差R(x)小的广角端处执行规格化，则根据每一脉冲的移动量的聚焦移动超过FΔ，FΔ是使用焦点偏移的确定的光圈值F和图像拾取元件的一个像素Δ的乘积。因此，一个聚焦脉冲的分辨率是不足的。优选的是在其中分辨率最小的位置（即，望远端处的变焦位置）处执行规格化。
图11是将图10的每个电子凸轮上的聚焦位置乘以A(x)的结果。图11是示出其中容易地规格化聚焦位置的每个物距的凸轮曲线的图。虽然在无限远端和近端处正确地执行规格化，但是电子凸轮在中间物距处失真。使得规格化常数A(x)作为变焦位置的变量，但是实际上，当聚焦位置移动时焦距稍微改变。因此，当y是聚焦位置时，本质上必须通过A(x,y)执行规格化。图12是使得规格化常数作为变焦位置和聚焦位置的变量并且将每个电子凸轮乘以A(x,y)的结果。图12是示出其中聚焦位置被规格化的每个物距的凸轮曲线的图。
还存在另一种规格化方法。作为电子凸轮数据的代表点数据被存储在透镜微型计算机110中。如先前说明的，对于没有在代表点中存储的凸轮，利用根据附近代表点的线性插值，计算在从当前聚焦位置和变焦位置改变变焦位置的情况下的相同物距的聚焦位置。并且可计算其中无限远端和近端处的聚焦位置之间的差大的变焦位置（通常为望远端）处的相同物距的聚焦位置。因此，可以通过返回其中无限远端和近端处的聚焦位置之间的差大的变焦位置处的相同物距的聚焦位置，来执行如图12中所示出的规格化。
作为聚焦透镜的位置信息的规格化方法，存在以下方法：获取用于规格化的规格化系数A(x)的计算方法；获取用于规格化的规格化系数A(x,y)的计算方法；以及通过返回电子凸轮的无限远端和近端处的聚焦位置之间的差大的变焦位置处的聚焦位置的规格化方法。
根据本实施例，变倍透镜和聚焦透镜的位置被搜索，根据存储器120中的电子凸轮数据计算聚焦透镜105的规格化的位置，并且该规格化的位置被传送到照相机微型计算机209。
接下来，说明灵敏度的规格化。灵敏度的规格化等同于通过聚焦透镜的位置信息或变倍透镜位置改变每一脉冲的透镜伸展量h（毫米/脉冲）。在正常的AF中，使用由散焦检测单元207获取的散焦量和从透镜设备100传送的当前聚焦位置处的灵敏度，来计算用于驱动透镜的聚焦脉冲的数量。换句话说，没有特别地存在聚焦透镜的位置信息是规格化值的问题。
然而，在变焦期间的伺服AF拍摄中，由于通过先前灵敏度计算聚焦脉冲的数量，因此在使用聚焦透镜的规格化的位置信息时要求与聚焦透镜的规格化的位置信息对应的灵敏度。
因此，在对于与正常的凸轮对应的灵敏度使聚焦透镜的位置信息规格化时，必须对于每个更细小的分割区域计算与规格化的聚焦位置对应的规格化的灵敏度。在这时候，规格化的灵敏度需要计算到至少三次（third order）的值。规格化的灵敏度对于每个变焦位置和聚焦位置被提前计算，并且被存储在存储器120中。因此，它可以在需要时根据聚焦位置和变焦位置被调用。或者它可以根据透镜微型计算机110中的与正常的凸轮对应的灵敏度被初始计算。
然而，实际上，由于灵敏度是依赖于散焦量的函数，因此如果聚焦位置的分割较小，则容易产生误差。为了像图11中的规格化那样使分辨率均衡（equalize），对于与正常的凸轮对应的灵敏度在透镜微型计算机110中计算每个程度（degree）的灵敏度。这里，与聚焦透镜的位置信息的规格化一样，通过乘以用于规格化的规格化系数A(x)和A(x,y)执行规格化。或者灵敏度系数可以被存储在存储器120中。并且规格化的灵敏度被传送到照相机微型计算机209，并且利用照相机微型计算机209使用散焦量和规格化的灵敏度计算的聚焦脉冲的数量（第一聚焦透镜驱动量）被传送到透镜微型计算机110。透镜微型计算机110利用所收到的聚焦脉冲的数量计算规格化的变焦位置（通常地为望远端）处的聚焦位置。并且通过凸轮计算根据电子凸轮来计算当前聚焦位置。另外，如果聚焦透镜驱动单元109被命令为使得以规格化之前的聚焦位置和获取的聚焦位置之间的差作为实际驱动量（第二聚焦透镜驱动量）进行驱动，则由于规格化引起的灵敏度的差距（gap）可以被减少。这意味着通过从照相机主体200发送的聚焦脉冲的数量（图10中的（1））的凸轮计算来计算实际驱动脉冲（图10中的（2）），并且可以通过仅仅改变透镜微型计算机110中的固件执行正确的驱动。如果从照相机主体200侧看这个处理，如图12中的（1）所示出的，聚焦位置变为在变焦位置之上相等，并且可以操作与传统的透镜相同的处理。因此，在变焦期间的伺服AF中，可以通过对于聚焦位置和灵敏度规格化来执行正确的聚焦驱动。
在上述中，说明了利用脉冲命令透镜的驱动量的系统。然而，当在透镜中执行时，照相机微型计算机209传送散焦量（像面移动量），在透镜中计算灵敏度，并且透镜位置被发送作为透镜中以无限远为基准的像面（散焦）量。
虽然散焦量被转换为聚焦移动量，并且通过将聚焦移动量加到来自透镜的聚焦位置来计算被摄体聚焦位置，但是来自透镜的聚焦位置可以通过像面（散焦）转换。
接下来，说明利用这个系统的对比度AF。照相机微型计算机209输出驱动命令，并且整个区域被扫描，使得基于在对比度信号产生单元208中根据图像拾取元件204上的图像产生的对比度值来检查聚焦透镜105的聚焦。并且搜索在扫描期间通过通信从透镜微型计算机110发送的当前聚焦位置以及其中对比度值变为最大的聚焦位置。如果最大值点在聚焦位置的两个点之上延伸，则通过根据增大趋势和减小趋势的内插操作计算两个点之间的真实的最大值点。接下来，计算当前聚焦位置与其中对比度值变为最大的位置之间的差，并且照相机微型计算机209将该值作为命令传送到透镜微型计算机110。透镜微型计算机110利用聚焦透镜驱动单元109以所收到的聚焦脉冲的数量驱动聚焦透镜105。即使聚焦透镜105被驱动并且不执行聚焦，也可以通过稍微移动聚焦透镜105并且搜索其中对比度值达到最大的聚焦位置来执行聚焦。
虽然说明了对比度值与聚焦位置相关联，但是可以使得它对应于图像侧（散焦）位置。透镜微型计算机110将以透镜中的无限远为基准的像面（散焦）位置传送到照相机微型计算机209，并且照相机微型计算机209将散焦量传送到透镜微计算机110。并且可以使用散焦量和灵敏度获取聚焦脉冲的数量。
在传统的前焦点透镜中，将参考图13的示出在前焦点透镜变焦期间的对比度AF的凸轮曲线的图来说明在变焦期间对于静止被摄体执行对比度AF的情况。作为条件，考虑其中从望远端到广角端逐渐地执行变焦的情况。
在图13中，横轴表示变倍透镜位置，并且纵轴表示聚焦位置。另外，对比度值根据AF评估值被描述，并且在右侧更高。首先，作为步骤（1），照相机使得聚焦透镜驱动到无限远端侧，并且当聚焦透镜到达无限远端时，照相机输出到近端侧的驱动命令。在这时候，存储与聚焦位置和对比度值相关的信息。并且，在步骤（2）处，确定其中对比度值达到最大的聚焦位置，并且聚焦透镜接收到聚焦位置的驱动命令。在该情况下，由于聚焦位置不根据变焦位置而改变，因此聚焦透镜可以正确地驱动到其中对比度变为峰值的聚焦位置。
将参考图14的示出在变焦期间的对比度AF的凸轮曲线的图来说明透镜，诸如后焦点透镜。在图14中，横轴表示变倍透镜位置，并且纵轴表示聚焦位置。另外，对比度值根据AF评估值被描述，并且在右侧更高。首先，作为步骤（1），照相机使得聚焦透镜驱动到无限远端侧，并且当聚焦透镜到达无限远端时，照相机输出到近端侧的驱动命令。在这时候，存储与聚焦位置和对比度值相关的信息。并且，在步骤（2）处，确定其中对比度值达到最大的聚焦位置，并且聚焦透镜接收到聚焦位置的驱动命令。然而，如图14中所示出的，无限远端和近端的聚焦位置两者不恒定。因此，其中步骤（1）处获取的对比度值变为峰值的聚焦位置和步骤（2）处的移动的位置不是相同的物距，并且出现箭头的范围的差距。
为此，如在相位差AF的情况下说明的，可以通过规格化聚焦透镜的位置信息像图13中示出的前焦点透镜一样正确地执行变焦期间的对比度AF。关于移动的被摄体，可以像在相位差AF中使用的方法一样通过执行移动被摄体预测类似地提供有利的变焦期间的AF。
虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围将被给予最宽的解释从而包括所有这样的修改、等同的结构与功能。

Claims (16)

1.一种透镜设备，能可拆卸地附接于图像拾取设备，所述透镜设备包括：
变倍透镜，被配置为在改变倍率时沿着光轴移动；
聚焦透镜，被配置为沿着光轴移动从而执行聚焦；
位置检测单元，被配置为检测聚焦透镜的位置；以及
透镜控制单元，
其特征在于，
所述透镜控制单元被配置为基于聚焦透镜的位置信息获取规格化的聚焦透镜的位置信息；以及
所述透镜设备还包括存储单元，该存储单元被配置为存储表示与多个物距对应的聚焦透镜和变倍透镜的位置关系的电子凸轮数据、以及基于规格化的聚焦透镜的位置信息计算的聚焦透镜的灵敏度，
其中透镜控制单元将规格化的聚焦透镜的位置信息和聚焦透镜的灵敏度传送到图像拾取设备，并且接收通过使用聚焦透镜的散焦量和聚焦透镜的灵敏度计算的信息，所述信息是基于规格化的聚焦透镜的位置信息计算的第一聚焦透镜驱动量。
2.一种透镜设备，能可拆卸地附接于图像拾取设备，所述透镜设备包括：
变倍透镜，被配置为在改变倍率时沿着光轴移动；
聚焦透镜，被配置为沿着光轴移动从而执行聚焦；
位置检测单元，被配置为检测聚焦透镜的位置；以及
透镜控制单元，
其特征在于，
所述透镜控制单元被配置为基于聚焦透镜的位置信息获取规格化的聚焦透镜的位置信息；以及
所述透镜设备还包括存储单元，该存储单元被配置为存储代表与多个物距对应的聚焦透镜和变倍透镜的位置关系的电子凸轮数据、以及基于规格化的聚焦透镜的位置信息计算的聚焦透镜的灵敏度，
其中透镜控制单元将规格化的聚焦透镜的位置信息传送到图像拾取设备，接收图像拾取设备中通过规格化的聚焦透镜的位置信息计算的聚焦透镜的散焦量，并且获取基于聚焦透镜的灵敏度和散焦量计算的第一聚焦透镜驱动量。
3.根据权利要求1或2所述的透镜设备，还包括被配置为驱动聚焦透镜的步进马达，
其中位置检测单元基于步进马达的驱动脉冲的数量来检测聚焦透镜的位置。
4.根据权利要求1或2所述的透镜设备，其中透镜控制单元基于其中无限远端处和近端处的聚焦透镜的位置之间的差最大的变倍透镜位置处的聚焦透镜的位置来在电子凸轮数据中使位置信息规格化。
5.根据权利要求1或2所述的透镜设备，其中透镜控制单元使变倍透镜的特定位置处的无限远端处和近端处的聚焦透镜的位置之间的差乘以如下的比值，使得在电子凸轮数据中使聚焦透镜的位置信息规格化，所述比值为变倍透镜的所述特定位置处的无限远端处和近端处的聚焦透镜的位置之间的差与变倍透镜的望远端处的无限远端处和近端处的聚焦透镜位置之间的差的比值。
6.根据权利要求1或2所述的透镜设备，其中透镜控制单元使变倍透镜的特定位置处的预定物距处的聚焦透镜的位置之间的差乘以如下的比值，使得在电子凸轮数据中使聚焦透镜的位置信息规格化，所述比值为变倍透镜的所述特定位置处的所述预定物距处的聚焦透镜位置之间的差与变倍透镜的望远端处的所述预定物距处的聚焦透镜位置之间的差的比值。
7.根据权利要求1或2所述的透镜设备，其中将变倍透镜的特定位置处的无限远端处和近端处的聚焦透镜的灵敏度之间的差乘以如下的比值，使得在电子凸轮数据中计算聚焦透镜的灵敏度，所述比值为变倍透镜的所述特定位置处的无限远端处和近端处的聚焦透镜位置之间的差与变倍透镜的望远端处的无限远端处和近端处的聚焦透镜位置之间的差的比值。
8.根据权利要求1或2所述的透镜设备，其中将变倍透镜的特定位置处的预定物距处的聚焦透镜的灵敏度之间的差乘以如下的比值，使得在电子凸轮数据中计算聚焦透镜的灵敏度，所述比值为变倍透镜的所述特定位置处的预定物距处的聚焦透镜位置之间的差与变倍透镜的望远端处的预定物距处的聚焦透镜位置之间的差的比值。
9.根据权利要求1或2所述的透镜设备，其中满足以下条件：
L＝d/S，
其中S表示聚焦透镜的灵敏度，d表示聚焦透镜的散焦量，并且L表示第一聚焦透镜驱动量。
10.根据权利要求1或2所述的透镜设备，其中透镜控制单元通过使用电子凸轮数据将第一聚焦透镜驱动量转换为第二聚焦透镜驱动量，并且以第二聚焦透镜驱动量驱动聚焦透镜。
11.一种透镜设备，能可拆卸地附接于图像拾取设备，所述透镜设备包括：
变倍透镜，被配置为在改变倍率时沿着光轴移动；
聚焦透镜，被配置为沿着光轴移动从而执行聚焦；以及
位置检测单元，被配置为检测聚焦透镜的位置；
其特征在于，所述透镜设备还包括：
存储单元，被配置为存储表示与多个物距对应的变倍透镜和聚焦透镜的位置关系的电子凸轮数据；以及
透镜控制单元，被配置为基于聚焦透镜的位置信息获取规格化的聚焦透镜的位置信息，并且基于规格化的聚焦透镜的位置信息计算聚焦透镜的灵敏度，
其中透镜控制单元将规格化的聚焦透镜的位置信息和聚焦透镜的灵敏度传送到图像拾取设备，并且接收通过使用聚焦透镜的散焦量和聚焦透镜的灵敏度计算的信息，所述信息是基于规格化的聚焦透镜的位置信息计算的第一聚焦透镜驱动量。
12.一种透镜设备，能可拆卸地附接于图像拾取设备，所述透镜设备包括：
变倍透镜，被配置为在改变倍率时沿着光轴移动；
聚焦透镜，被配置为沿着光轴移动从而执行聚焦；以及
位置检测单元，被配置为检测聚焦透镜的位置；
其特征在于，所述透镜设备还包括：
存储单元，被配置为存储表示与多个物距对应的变倍透镜和聚焦透镜的位置关系的电子凸轮数据；以及
透镜控制单元，被配置为基于聚焦透镜的位置信息获取规格化的聚焦透镜的位置信息，并且基于规格化的聚焦透镜的位置信息计算聚焦透镜的灵敏度，
其中透镜控制单元将规格化的聚焦透镜的位置信息传送到图像拾取设备，接收图像拾取设备中通过规格化的聚焦透镜的位置信息计算的聚焦透镜的散焦量，并且获取基于聚焦透镜的灵敏度和散焦量计算的第一聚焦透镜驱动量。
13.一种照相机系统，包括：
透镜设备，包括变倍透镜、聚焦透镜和位置检测单元，所述变倍透镜被配置为在改变倍率时沿着光轴移动，所述聚焦透镜被配置为沿着光轴移动从而执行聚焦，并且所述位置检测单元被配置为检测聚焦透镜的位置，以及
图像拾取设备，包括被配置为检测聚焦透镜的散焦量的散焦检测单元，
其特征在于，其中
图像拾取设备从透镜设备接收基于聚焦透镜的位置信息获取的规格化的位置信息以及基于规格化的聚焦透镜的位置信息计算的聚焦透镜的灵敏度，使用由散焦检测单元检测的散焦量以及聚焦透镜的灵敏度来计算基于规格化的聚焦透镜的位置信息的第一聚焦透镜驱动量，并且将第一聚焦透镜驱动量传送到透镜设备，以及
透镜设备基于表示与多个物距对应的变倍透镜和聚焦透镜的位置关系的电子凸轮数据将从图像拾取设备接收的第一聚焦透镜驱动量转换为与变倍透镜的预定位置对应的第二聚焦透镜驱动量，并且以第二聚焦透镜驱动量驱动聚焦透镜。
14.一种照相机系统，包括：
透镜设备，包括变倍透镜、聚焦透镜和位置检测单元，所述变倍透镜被配置为在改变倍率时沿着光轴移动，所述聚焦透镜被配置为沿着光轴方向移动从而执行聚焦，并且所述位置检测单元被配置为检测聚焦透镜的位置，以及
图像拾取设备，包括被配置为检测聚焦透镜的散焦量的散焦检测单元，
其特征在于，其中
图像拾取设备从透镜设备接收基于聚焦透镜的位置信息获取的规格化的位置信息，并且将基于规格化的聚焦透镜的位置检测的散焦量传送到透镜设备，以及
透镜设备使用从图像拾取设备接收的散焦量和聚焦透镜的灵敏度计算基于规格化的聚焦透镜的位置信息的第一聚焦透镜驱动量，基于表示与多个物距对应的变倍透镜和聚焦透镜的位置关系的电子凸轮数据将第一聚焦透镜驱动量转换为与变倍透镜的预定位置对应的第二聚焦透镜驱动量，并且以第二聚焦透镜驱动量驱动聚焦透镜。
15.一种用于照相机系统的控制方法，所述照相机系统包括透镜设备和图像拾取设备，所述透镜设备包括变倍透镜、聚焦透镜和位置检测单元，所述变倍透镜被配置为在改变倍率时沿着光轴移动，所述聚焦透镜被配置为沿着光轴移动从而执行聚焦，并且所述位置检测单元被配置为检测聚焦透镜的位置，并且所述图像拾取设备包括被配置为检测聚焦透镜的散焦量的散焦检测单元，
其特征在于，所述方法包括：
用于所述图像拾取设备的控制方法，包括：
从透镜设备接收基于聚焦透镜的位置信息获取的规格化的位置信息、以及基于规格化的聚焦透镜的位置信息计算的聚焦透镜的灵敏度；
使用散焦检测单元检测的散焦量和聚焦透镜的灵敏度计算基于规格化的聚焦透镜的位置信息的第一聚焦透镜驱动量；以及
将第一聚焦透镜驱动量传送到透镜设备，以及
用于所述透镜设备的控制方法，包括：
基于表示与多个物距对应的变倍透镜和聚焦透镜的位置关系的电子凸轮数据将从图像拾取设备接收的第一聚焦透镜驱动量转换为与变倍透镜的预定位置对应的第二聚焦透镜驱动量；以及
以第二聚焦透镜驱动量驱动聚焦透镜。
16.一种用于照相机系统的控制方法，所述照相机系统包括透镜设备和图像拾取设备，所述透镜设备包括变倍透镜、聚焦透镜和位置检测单元，所述变倍透镜被配置为在改变倍率时沿着光轴移动，所述聚焦透镜被配置为沿着光轴移动从而执行聚焦，并且所述位置检测单元被配置为检测聚焦透镜的位置，并且所述图像拾取设备包括被配置为检测聚焦透镜的散焦量的散焦检测单元，
其特征在于，所述方法包括：
用于所述图像拾取设备的控制方法，包括：
从透镜设备接收基于聚焦透镜的位置信息获取的规格化的位置信息；以及
将基于规格化的聚焦透镜的位置检测的散焦量传送到透镜设备，以及
用于所述透镜设备的控制方法，包括：
使用从图像拾取设备接收的散焦量和聚焦透镜的灵敏度计算基于规格化的聚焦透镜的位置信息的第一聚焦透镜驱动量；
基于表示与多个物距对应的变倍透镜和聚焦透镜的位置关系的电子凸轮数据将第一聚焦透镜驱动量转换为与变倍透镜的预定位置对应的第二聚焦透镜驱动量；以及
以第二聚焦透镜驱动量驱动聚焦透镜。
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