CN1176401C - 测距装置和测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明包括一个第一测距模式，其中根据至少一对光接收元件(4)接收来自物体的光产生的物体图象信号测量物距，还包括一个第二测距模式，其中根据一个稳态光去除部分(6)已从其中除去了稳态光成分的图象信号测量物距，同时投射源(14)把光投射到该物体上，还包括一个CPU(13)，其根据所获得的图象信号使以第二测距模式工作特定的时间，选择一个待测距的物体，并且能够设置照相机的操作模式。该测距装置阻止根据照相机特定的操作模式选择物体。

Description

测距装置和测距方法

本发明涉及一种用在图象拾取装置例如使用银盐胶片的照相机、数字照相机或摄像机中的测距装置，更具体地说，涉及一种在拍摄屏上的一些点上测量被摄物体距离用的测距装置(所谓的多重自动对焦，以下称作多重-AF)，其特征在于宽的测距范围(a widedistance-measuring area)，例如全屏-AF。

如今对图象拾取装置进行多重-AF变得十分普遍。市场上可以得到配备有测距装置的低价格型号的照相机，其测距装置对拍摄屏上的三、五或七个点处的物体进行测距。

多重-AF是一维的多重-AF，其中的测距区被排布成一条直线。近来有迹象表明二维的多重-AF或平面AF已经商品化。

例如，配置了具有平面AF功能的测距装置的照相机已经商品化并投入市场，其中平面AF功能利用取景器16上多达45个测距区17。

在这些传统的多重-AF中，必须重复进行复杂的计算如测距计算，重复的次数等于测距区增加的数量。为了改进时间延迟，已公开有多种发明。

例如，日本专利申请公开号为2-158705的申请中公开了一项以第一测距模式获取数条物距信息的技术，其中粗略地测量到一些物体上的一些点的距离，选择表示最短距离的物体，和以第二测距模式高精确度地测量仅到被选定物体的距离，从而改进时间延迟。

另外，日本专利申请公开号为63-131019的申请中公开了一项技术，该技术基于一种假设，即在有源AF中，最近的主要物体出现在从投射光反射的光量为最大的位置，并且省去对反射光量少的部位的测距计算，因而改进了时间延迟。

因为所有传统的AF法均使用有源AF，所以它们显著地改进了时间延迟。但当试图进行全屏AF之类时，不能避免一组投影元件和一组光接收元件变得非常大，而这又妨碍了把装置投入实用。

相反，无源AF能把光接收元件减小得比有源AF的小很多，致使对装置投入实用没有妨碍。所以无源AF比有源AF更适合于宽范围的多重-AF，如全屏AF。

在这些方面，日本专利申请公开号为62-103615的申请中公开了一项技术，对测距区进行粗略的相关运算，根据运算的结果选择测距区之一，然后只对选定的测距区进行高精确度的相关运算，由此通过无源AF改进时间延迟。

通过间取(thinning out)传感数据项来进行粗略的相关运算，如在计算中利用每一个其它的传感数据项，但决不能省去。因此，虽然有源AF比无源AF有更高的时间延迟测量的效率，但两种类型的AF产生同样的效果。

近来提出的解决无源AF和有源AF更适于宽范围多重-AF如全屏AF的问题的方法，是一种利用混合AF的测距方法。在混合AF中，即现在正在使用的AF中，为无源传感器中的每个光接收元件设置一个除去稳态光的稳态光去除电路。当稳态光去除功能无效时执行无源操作，而当稳态光去除功能有效时执行有源操作。日本专利申请公开号为10-336921的申请中公开了这种稳态光去除电路。利用混合AF的产品已经可以在市场上买到。

为了执行宽范围的多重-AF，如全屏AF，必须进行时间延迟的测量。为此原因，提出了多种装置，避免以高成本为代价地使用高速、昂贵的CPU和微电脑。最主要的装置之一把测距的过程分成两步：进行预测距的第一过程和进行实际测距的第二过程。

预测距的目的是在短时间内粗略地测量距离并估算主要物体的位置，而实际测距的目的是根据在前过程的预测距结果进行限时的高精确度的测距。虽然短时的预测距过程增加，但消去了测量到被排除的物体的距离所需要的时间，这有助于缩短整个测距时间。

具体地说，在一种预测距类型中，光投射到物体上，并且根据反射光的量估算主要物体的位置。

但当估算主要物体的位置时，结果可能与摄影者的意图相反，或换而言之，结果不利于照相机拍摄模式的意图。

特别是可能有一种情况，当设置了一种测量到拍摄屏中心部位的距离的光点模式时，到拍摄屏周围的距离被进行测量。

因此，本发明的目的在于不提高成本的实现和提供一种高精确度的测距装置和一种高精确度的测距方法，该装置和方法具有少的时间延迟，能够更快的操作，并且确保测距结果的高可靠性而不损害照相机拍摄模式之类的意图。

根据本发明的第一方面，提供一种测距装置，其包括：第一测距机构，用来根据由一对积分型光接收传感器接收来自物体的光而产生的物体图象信号测量物距；第二测距机构，用来根据一个图象信号测量物距，其中稳态光去除机构已从该物体图象信号中除去了稳态光成分，同时投射机构把光投射到该物体上；物体选择机构，促使第二测距机构在一个特定的时间内运作，并根据从运作中获得的图象信号选择一个将被测距的物体；模式设置机构，用于设置照相机的操作模式；以及阻止机构，用于阻止物体选择机构在模式设置机构已设置了一个具体的操作模式时操作。

根据本发明的第二方面，提供一种测距装置，其包括：一个把光投射到物体上的投射装置；一个由象素组成并接收来自物体的光的光接收传感器；一个选择电路，其操纵投射装置并根据光接收传感器的输出从象素中至少选出一个对应于主要物体的象素；一个计算电路，用于从选择电路选取的象素的输出信号中计算出对应于物距的数据；一个能够设置正常测距模式和光点模式的模式设置电路，其中在光点模式中的测距比在正常测距模式中的测距范围窄；和一个控制电路，当模式设置电路设置了光点模式时，用于按一定方式进行控制，以使象素与对应于比正常测距范围更窄的范围的光点区重合。

根据本发明的第三方面，提供一种测距装置，其包括：一个把光投射到物体上的投射装置；一个由象素组成并接收来自物体的光的光接收传感器；一个选择电路，其操纵投射装置并根据光接收传感器的输出从象素中至少选出一个对应于主要物体的象素；一个计算电路，用于从选择电路选取的象素的输出信号中计算出对应于物距的数据；一个能够设置正常测距模式和光点模式的模式设置电路，其中在光点模式中的测距比在正常测距模式中的测距范围窄；和一个阻通电路，用于在模式设置电路设置了光点模式时阻止选择电路工作。

根据本发明的第四方面，提供一种测距装置，其包括：一个把光投射到物体上的投射装置；一个由象素组成并接收来自物体的光的光接收传感器；一个第一选择电路，其操纵投射装置并根据光接收传感器的输出从象素中至少选出一个对应于主要物体的象素；一个能够设置正常测距模式和光点模式的模式设置电路，其中在光点模式中的测距比在正常测距模式中的测距范围窄；一个第二选择电路，当模式设置电路设置了光点模式时，用于不仅阻止第一选择电路工作，而且还选择预定的象素；和一个计算电路，用于从第二选择电路选取的象素的输出信号中计算出对应于物距的数据。

根据本发明的第五方面，提供一种测距方法，其包括：设置正常测距模式或光点模式的步骤，其中光点模式中的测距比正常测距模式中的测距范围窄；把光投射到物体上并使光接收传感器接收来自物体的光的步骤；当设置了正常测距模式时，根据光接收传感器的输出从象素中至少选出一个对应于主要物体的象素，而当设置了光点模式时选择一个预定象素的步骤；和从被选取象素的输出信号中计算出对应于物距的数据的步骤。

根据本发明的第六方面，提供一种测距方法，其包括：第一步骤，其根据接收来自物体的光而获得的物体图象信号测量物距；第二步骤，其根据一个图象信号测量物距，其中稳态光成分已从该物体图象信号中除去，同时把光投射到物体上；第三步骤，促使第二步骤在一个特定的时间内运作，并根据所获得的图象信号选择一个将被测距的物体；第四步骤，设置照相机的操作模式；以及第五步骤，阻止物体选择机构在设置了一个特定的操作模式时工作。

根据本发明的第七方面，提供一种测距方法，其包括：把光投射到物体上的步骤；接收来自物体的光的步骤；根据关于光接收的输出从象素中至少选出一个对应于主要物体的象素的步骤；从选定象素的输出信号中计算出对应于物距的数据的步骤；能够设置正常测距模式和光点模式的步骤，其中在光点模式中的测距比在正常测距模式中的测距范围窄；和按一定方式进行控制的步骤，以使该象素与对应于比正常测距范围更窄的范围的光点区重合。

本发明的其它目的和优点将在下列的描述中指出，并且有一些将通过描述而变得清晰，或者有一些将通过对本发明的实践而获知。本发明的目的和优点可通过以下特别指出的方法以及它们的组合来实现。

组合在说明书中并构成说明书一部分的附图举例说明了本发明的优选实施例，并且上述给出的一般性描述和关于优选实施例的以下详细描述一起，用于解释本发明的原理。

图1表示根据本发明实施例的测距装置；

图2是一个有助于详细解释根据本发明实施例的测距装置操作的流程图；

图3表示一个拍摄实景的例子；

图4A表示光接收元件4a相应于图3的拍摄实景产生的传感器数据，图4B表示光接收元件4b相应于图3的拍摄实景产生的传感器数据，图4C表示对应于图4A的测距区，图4D表示对应于图4B的测距区；

图5表示一个拍摄实景的例子；

图6A表示光接收元件4a相应于图5的拍摄实景产生的传感器数据，图6B表示光接收元件4b相应于图5的拍摄实景产生的传感器数据，图6C表示对应于图6A的测距区，图6D表示对应于图6B的测距区；

图7是一个有助于解释根据本发明实施例的测距装置操作的流程图；

图8是一个有助于详细解释在图7的步骤S15和S16中搜索主要物体的流程图；

图9表示一个拍摄实景的例子；

图10A表示光接收元件4a相应于图9的拍摄实景产生的传感器数据，图10B表示光接收元件4b相应于图9的拍摄实景产生的传感器数据，图10C表示对应于图10A的测距区，图10D表示对应于图10B的测距区；

图11表示一个拍摄实景的例子；

图12A表示光接收元件4a相应于图11的拍摄实景产生的传感器数据，图12B表示光接收元件4b相应于图11的拍摄实景产生的传感器数据，图12C表示对应于图12A的测距区，图12D表示对应于图12B的测距区；

图13是一个有助于解释校正功能的示图；

图14是一个有助于详细解释图8的步骤S43和S44中测距区数量的限定的流程图；

图15表示一个拍摄实景的例子；

图16A表示光接收元件4a相应于图15的拍摄实景产生的传感器数据，图16B表示光接收元件4b相应于图15的拍摄实景产生的传感器数据，图16C表示对应于图16A的测距区，图16D表示对应于图16B的测距区；

图17是一个有助于详细解释图7的步骤S17至S19涉及的测距区设置功能的流程图；

图18是一个有助于详细解释图17的步骤S63中的操作的流程图；

图19是用于确定在区域内的传感器数量的表；

图20A是表示处于有源模式中的光接收元件4a经预积分而获得的图象信号的示意图，图20B是表示光接收元件4b经预积分而获得的图象信号的示意图；

图21表示一个拍摄实景的例子；

图22A表示光接收元件4a相应于图21的拍摄实景产生的传感器数据，图22B表示光接收元件4b相应于图21的拍摄实景产生的传感器数据，图22C表示对应于图22A的测距区，图22D表示对应于图22B的测距区；

图23表示一个拍摄实景的例子；

图24A表示光接收元件4a相应于图23的拍摄实景产生的传感器数据，图24B表示光接收元件4b相应于图23的拍摄实景产生的传感器数据，图24C表示对应于图24A的测距区，图24D表示对应于图24B的测距区，图24E表示对于全体传感器设置的具有监视器信号传感范围的最终积分结果；

图25表示一个拍摄实景的例子；

图26A表示光接收元件4a相应于图25的拍摄实景产生的传感器数据，图26B表示光接收元件4b相应于图25的拍摄实景产生的传感器数据；

图27是一个有助于详细解释图7中步骤S27的“光量”测距流程图；

图28是一个有助于解释有源模式中积分控制的流程图；

图29是另一个有助于解释有源模式中积分控制的流程图；

图30表示多个目标反射率的调查结果；

图31是当具有基准反射率的卡片(Chart)放置在一个特定距离处并且进行光量测距时，积分的输出斜率与特定距离的倒数之间关系的示图；以及

图32表示常规测距装置的取景器。

下面将参考附图对本发明的实施例进行描述。

根据本发明的测距装置，其特征在于当该装置被设置在光点模式时设置一个欠缺区(default area)作为测距区。

图1表示根据本发明实施例的测距装置的结构。

图1中，在测距装置的特定位置处设置用于聚集物光和辅助光撞击物体的反射光的光接收透镜1a和1b。

还设置了一个外罩2，用于固定光接收透镜1a、1b并分隔其光路，还防止不必要的光进入光路。为了实现这些目的，外罩2由一种暗的、通常为黑色的材料制成，并具有优良的屏蔽特性。

无需赘述，为了避免无规则反射，可以在外罩2的内侧形成倾斜线，或在外罩2的内侧完成压花。

在图1中，数字3代表一个自动对焦集成电路(以下简称AFIC)。下面将对AFIC 3的结构进行详细的描述。

在AFIC 3的内侧设置一组光接收元件4a和4b，用于接收由光接收透镜1a、1b会聚的光并对其进行光电转换。还设置一个光电流积分部分5，用于积分由每个光接收元件4a、4b光电转换的光电流。

另外，还设置一个稳态光去除部分6，用于储存和去除由每个光接收元件4a、4b光电转换的光电流的稳态部分。还设置一个将AFIC3中的每部分复位的复位部分7。

在图1中，数字8代表一个监控信号传感范围设置和监控信号输出部分，其在光电流积分部分5中设置一个区域，传感该设置区域中最大的积分的光电流量，暂时抽样保持此最大的积分光电流量并输出一个用于控制光电流的积分的监控信号。

AFIC 3还包括一个用于储存积分光电流量、即在光电流积分部分5和输出部分10的积分结果的存储部分9，用于把监控信号传感范围设置和监控信号输出部分8的内容和存储部分9的内容输出给外界。

自然，输出部分10可包括用于放大信号的放大装置。控制部分11执行根据外部提供的控制信号控制AFIC 3内部的任务。包括一个电压源和电流源的偏压部分12向各部分提供电源。

还设置一个把光投射到物体上的投射源14和汇集投射源14投射的光的投射透镜1c。

投射源14受驱动部分15的控制。

在图1中，标号13表示一个中央处理单元(以下被称之为CPU)。CPU 13相应于本实施例的测距装置的核心部分并控制上述的每一部分。除了控制测距装置外，CPU 13当然还控制照相机的各种其它操作。当把CPU 13的功能限制在与测距装置相关的方面时，CPU 13的主要任务是获取关于物体的信息并计算到物体的距离。获取关于物体的信息并计算到物体的距离的功能不必一定属于CPU13，它当然也可以组合到AFIC 3中。

除了上述结构以外，虽然在图1中没有示出，但可以组合进EEPROM、储存测距所需的数据如调节数据的非易失性存储器。

下面参考图2的流程，对结构如图1所示的实施例的测距装置的操作做详细的解释。在下面的解释中将参考图1的结构，使用相同的标号。

首先，CPU 13进行测距装置的初始设置(步骤S1)。

具体地说，CPU 13本身进行准备操作以开始测距。准备操作之后，CPU 13开始测距。CPU 13把控制信号发送给控制部分11之后，控制部分11启动复位部分7。启动的结果是复位部分7使光电流积分部分5、稳态光去除部分6、监控信号传感范围设置和监控信号输出部分8以及储存部分9均被复位。

然后，CPU 13执行预积分(步骤S2)。

具体地说，CPU 13把操纵稳态光去除部分6的信号和设置监控信号设置范围的信号发送给控制部分11。接收到信号后，控制部分11启动稳态光去除部分6并进一步设置一个监控信号传感范围。接下来，CPU 13向驱动器部分15发送一个使投射源14发射光的信号，由此而使投射源14发射光。接下来，CPU 13向控制部分11输出一个开始光电流积分的信号。接收到信号后，控制部分11促使光电流积分部分5开始光电流的积分。执行完一个具体操作后，CPU 13结束光电流的积分。预积分在有源模式中进行。

接下来，CPU 13传感最大的积分量和其在传感器上的位置(步骤S3)。

具体地说，积分之后，CPU 13把集成在光电流积分部分5处的每个光电转换元件的所有积分量储存到存储器9中。储存在存储部分9中的积分量是由从物体反射的投射源14发出的光形成的图象信号。CPU 13经输出部分10获得此图象信号。当获得图象信号时，CPU 13传感最大值和其在传感器上的位置。

之后，CPU 13比较在步骤S3中传感的最大值和一个特定值(步骤S4)。当最大值大于该特定值时，CPU 13判定主要物体反射投射源14发射的光并通过控制到达步骤S5。当最大值小于该特定值时，CPU 13判定不可能估算出主要物体的位置，因为主要物体如此之远，以致投射源14发射的光不能到达主要物体或主要物体的反射率极低。然后，CPU 13通过控制到达步骤S6。

在步骤S5，CPU 13以最大积分量的点为中心在其周围的特定区域中设置一个测距区。具体地说，在图3的场景中，通过预积分获得传感器数据(见图4A和4B)，根据预积分设置测距区(见图4C和4D)，并且利用最终的积分结果和设置的测距区计算物距。测距区可被传感或设置。

在步骤S6，CPU 13在预定的特定区域内设置测距区(欠缺位置)。例如，在图5的场景中，通过预积分估算不出所需物体的位置(见图6A和6B)。此时，只把测距区设置在欠缺位置。具体地说，如图6C和6D所示，测距区可以彼此重叠。当然，也可以分隔设置而不重叠。

然后，CPU 13进行最后的积分(步骤S7)。

具体地说，CPU 13启动AFIC 3中的复位部分7，由此使AFIC3中的每个装置复位。在最后的积分中，稳态光去除部分6退出工作。然后，CPU 13设置监控信号传感范围，并对投射源14的发射提供作为开始积分的这种可能情况的开/关控制。执行完这些具体操作之后，CPU 13结止积分。最终的积分在无源模式中进行。

随后，CPU 13执行相关操作并选择最短的距离(步骤S8)。

具体地说，终止无源模式中进行的最终积分之后，CPU 13使存储部分9对每个对应于物体的图象信号的光电转换元件储存积分量。之后，CPU 13使输出部分10输出物体的图象信号。虽然CPU 13可以得到物体的所有图象信号，但CPU 13只从测距中获得图象信号的路径设置在步骤S5或S6更有效。

根据所获得的物体的图象信号，CPU 13对每个测距区进行相关操作，由此找出对于每个测距区的物体图象之间的相位差。此相位差对应于到物体的距离。然后从由测距区获得的物距中选出最短的距离。此最短的距离被判定为测距的最终结果。

以上过程之后，CPU 13执行包括关闭AFIC 3电源的过程的后处理，并完成一系列测距过程(步骤S9)。

如上所述，CPU 13的操作可以在AFIC 3的控制之下进行。

例如，如早先的现有技术所述，当在非常宽的范围内利用一维或二维传感器执行测距操作时，设置的测距区数量非常大。这意味着必须重复极多次复杂的计算，如相关运算，造成很大的时间延迟或因使用高速、昂贵的CPU而抬高了成本。

相反，利用本发明的实施例，可以通过在有源模式中特定的短时间内执行预积分，利用稳态光去除部分6的功能和投射源14的发光，以及通过获得投射源14发射到物体上被反射的光的分布(图象信号)而估算主要物体的位置。

因此，利用本实施例，因为可以设置必需的最小测距区，以很高的精确度传感与被估算的主要物体的距离，所以不需要做不必要的计算。即不需要高速、昂贵的CPU 13，并且不会严重地增加时间延迟。

以上概述了本发明实施例的结构、操作和效果。

参见流程图7，下面将对根据该实施例的测距装置的操作进行解释。在下面的解释中，各种流程图、拍摄场景和与预积分(有源模式)及最终的积分(无源模式)相关的简图均被认为是合适的。

首先，CPU 13进行测距装置的初始设置(步骤S11)。

步骤S11执行与图2中步骤S1相同的过程。在步骤S11中，CPU13不仅本身复位，而且对光电流积分部分5、稳态光去除部分6、监控信号传感范围设置和监控信号输出部分8以及储存部分9均复位。

然后，CPU 13执行预积分1(步骤S12)。

虽然在图2中没有执行预积分1，但在此执行预积分以对最终的积分确定一些积分条件。稳态光去除部分6不工作。图中虽然没有表示，但提供以设置并改变光电转换元件的传感灵敏度的装置并把传感器灵敏度设得很高。传感器灵敏度可通过改变放大因子或积分的容量来改变。关闭投射器14并在无源模式中积分来自物体的光。只在预定的短时间内执行积分控制。

接下来，CPU 13传感预积分1中的最大积分量(步骤S13)。这与物体最亮部分的亮度有关，并用于判定在最终的积分中的传感器的灵敏度以及辅助光的存在与否。积分后输出的监控信号可用作最大的积分量。随后，CPU 13确定对于最终的积分的部分积分条件(步骤S14)。主要条件包括传感器灵敏度和辅助光的存在与否。

然后，CPU 13执行预积分2(步骤S15)。

预积分2与图2流程中的步骤S2的预积分相同。估算主要物体的位置并设置最终积分的测距区。稳态光去除部分6工作并且把传感器灵敏度设置得很高。

开启投射源14并在预定的特定短时间内进行积分控制。因为操作在有源模式中进行，所以从投射源14发出的被物体反射的反射光被积分。

之后，CPU 13传感预积分中的最大积分量及其在传感器上的位置(步骤S16)。假设主要物体预置在最大积分量的位置。最大积分量是投射源14发射的被物体反射的光线最大的一个。因此，该物体是最近的一个并且同时是主要物体的可能性极大。

参见图8的流程，对在步骤S15和S16中搜索主要物体的方式进一步做详细的描述。

首先，CPU 13判断照相机的AF模式是处于正常模式还是光点模式(步骤S31)。光点模式是AF模式的一种状态，其中只对显示屏的中心部位进行测距。在光点模式中，不在全部范围内搜索主要物体并返回控制。

另一方面，当AF模式不处于光点模式时，CPU 13执行如同步骤S15的预积分2(步骤S32)。然后，CPU 13从AFIC 3获取有原模式中预积分的传感器数据，或获取从投射源14发射的被物体反射的光的图象信号(步骤33)。

然后，CPU 13搜索在步骤S33获得的图象信号的最大值并只抽取特定范围(Pmax～Pmin)内的最大值(步骤S34)。

例如，如图9所示，在展示窗中的服装模特是物的情形中，有源模式中的预积分产生如图10A和10B所示的图象信号。在这种图象模式中，对最大值的搜索抽取三个最大的值。最大值对应于右模特的图象信号，从玻璃规则反射的图象信号，以及从左至右的左模特的图象信号。

只有当从图10C和图10D所示的最大值中抽取特定范围(Pmax～Pmin)的值时，才可以除去从玻璃规则反射的图象信号，避免在估算主要物体时的误差。

在图8中的随后步骤S35中，CPU 13把f-搜索标记设置为“1”。f-搜索标记表示从预积分产生的图象信号中传感不到有效的最大值。当有效最大值为左侧时，假设把f-搜索标记设置为“0”。

然后，CPU 13判断是否存在有效的最大值(步骤S36)。如果没有有效的最大值，则控制返回。如果有有效的最大值，则分析预积分产生的图象信号的频率并从最大值中除去那些对应于频率高于该特定值的高频成分(步骤S37)。虽然在步骤S34中可以除去玻璃的大部分有规则反射，但因为玻璃的反射角和距玻璃的距离，所以不能除去玻璃的部分反射。在有光泽的物体如玻璃反射的情况下，大部分的图象信号具有高频率。因此，在步骤S34和S37可以彻底地消除有光泽的物体如玻璃产生的反射图象信号。

之后，如步骤S36，CPU 13判断是否存在有效的最大值(步骤S38)。如果没有有效的最大值，则控制返回。如果有有效的最大值，则执行下一步S39。利用校正函数校正最大值并且除去那些结果为0的值。

校正函数是传感器的位置、照相机摄影光学系统的焦距和照相机的拍摄屏模式(正常，遥摄和高清晰)的函数。图13表示校正函数的一个实例。校正函数的意义下面解释。

首先，根据照相机拍摄光学系统的焦距和照相机拍摄屏模式的输入信息决定视场角(范围)。校正函数的一个例子是关于照相机摄影视场角的每个位置主要物体存在的可能性。图13表示关于每种类型的图象拾取装置对应于焦距的摄影视场角。

如图13所示，在拍摄屏中央部位存在主要物体的可能性高，并且越接近拍摄屏的周边存在的可能性越小。在接近拍摄屏的外缘处存在的可能性几乎为0。然后，使照相机的摄影视场角与传感器的位置相关连并且利用校正函数校正最大值，这样能够加权抽取或除去最大值。

例如，利用图11的场景给予解释。

在主要物体出现在接近拍摄屏的中央部位并且次要物体出现在左右侧的情形中，在有源模式下执行的预积分产生如图12a-12D所示的图象信号。在图12a-12D中，左最大值、另一个最大值和最右侧的值分别对应于主要物体产生的图象信号和接近拍摄屏边缘的次要物体产生的图象信号。因为在拍摄屏两边的次要物体的图象信号没有最大值，所以忽略它们。这是去除次要物体的一种方法。

预积分产生的图象信号有两个最大值。当利用校正函数校正两值时，即例如它们被校正函数相乘时，出现在拍摄屏周围部分的最大值被除去，这使得能够除去拍摄屏周围的次要物体。

在图8中，在上述过程之后，CPU 13再一次判断是否存在一个有效最大值(步骤S40)。如果没有一个有效的最大值，则控制返回。如果有一个有效的最大值，则f-搜索标志重置为0，因为此时在该点至少存在一个有效的最大值(步骤S41)。

f-搜索标志为“0”的事实意味着已经发现了一个有效的最大值。之后，CPU 13进一步缩小最大值并除去不包括在特定范围(Pmax至Pmin-Po)内的包括剩余最大值的最大值(Pmax)的最大值(步骤S42)。

在图9的场景中，有两个模特，一个穿着亮色服装，一个穿着暗色服装。每个物体以这种方式带色并且颜色的不同导致反射率的不同。在根据根据反射光的量估算最近距离处主要物体的情形中，不能忽略此物体的反射率。在本实施例中，同等地对待Po范围内包含的最大值，由此避免由于物体反射率导致的在估算主要物体位置中的误差而致的错误的测距。

如上所述，执行步骤S32至S42使得能够抽取预积分产生的图象信号的最大值，包括至少由主要物体产生的最大值，但不影响规则的反射、在拍摄屏周边的次要物体和主要物体的反射率。

然后，CPU 13判断剩余的有效最大值的数量是否大于一个特定的最大区域数(步骤S43)。如果该数量大于最大区域数，则CPU 13缩小最大值到很少的最大区域数，从最大的一个数起(步骤S44)。

通过设置必需的最少的测距区数量，这也是本发明的一个目的，步骤S43和S44避免设置多于需要的测距区，而设置多于需要的测距区与实现宽范围的多-AF而不增加时间延迟的意图相反。

图8中的步骤S43和S44对应于限定测距区数量的函数。下面将参考图14的流程对限定测距区数量的方式做进一步的解释。

首先，把测距区的数量设置到可以设置的测距区数量的上限，即最大区域数＝k0(步骤S50)。这是一种照相机处于自动(正常)模式的情形，并且k0设置在欠缺值。

然后判断照相机的AF模式是否是光点模式(步骤S51)。如果是光点模式，则最大区域数设置为1或k1(area max＝1或k1)(S52)。如果不是光点模式，则执行下一步骤S53。

接下来判断照相机的AF模式是否是目标运动模式(步骤S53)。如果是目标运动模式，则最大区域数设置为1或k2(area max＝1或k2)(S54)。如果不是目标运动模式，则执行下一步骤S55。

然后判断照相机的AF模式是否是遥控模式(步骤S55)。如果是遥控模式，则最大区域数设置为k3(步骤S56)。如果不是遥控模式，则执行下一步骤S57。

接下来判断照相机的AF模式是否是自拍模式(步骤S57)。如果是自拍模式，则最大区域数设置为k4(area max＝k4)(步骤S58)。如果不是自拍模式，则执行下一步骤S59。

上述不变量之间的关系如下：

1≤k1≤k2＜k0＜k3≤k4  ……(1)

在本实施例中，光点模式中测距区的数量减少，其中测距区被局限在中心部位并且是不允许大时间延迟的操作模式，但在允许大的时间延迟的遥控模式和自拍模式中测距区的数量增加。

接下来判断有效最大值的数目是否大于最大区域数(步骤S59)。如果有效最大值的数目大于最大区域数，则把有效最大值的数目减少到最大区域数(步骤S60)。在这种情况下，最大值可以减小到与最大区域数一样多，从最大的最大值开始。当还没有使用校正函数时可以使用。当然，可以从拍摄屏的中心部位抽取最大值的最大区域数，无论校正函数如何。

下面将解释图15的场景。当主要物体接近背景并且背景有复杂的组成时，预积分(有源模式)产生的图象信号如图16a-16D所示。

具体地说，如果不存在限定测距区数量的功能，则被设置的七个区域面积如图16A和16B所示，并且七个区域的每一个都会产生时间延迟。相反，利用限定测距区数量的功能使得能够只设置三个区域如图16C和16D所示，避免了时间延迟的增加。

下面利用图8和图14的流程以及其它的图解释搜索主要物体的方式和限定测距区数量的方式。到目前为止，已经得到了设置至少包括主要物体的测距区所必需的最少数量的必需信息。

接下来，将解释图7中步骤S17之后的过程。在图7的步骤S17中，判断最大积分量是否大于一特定值。这意味着采用图8和图14所示的详细内容判断是否存在有效的最大值。

如果最大积分量大于该特定值或者有一个有效的最大值，则根据最大积分量的点或有效最大值的点设置一个测距区(步骤S18)。相反，如果最大积分量等于或小于该特定值或者没有一个有效的最大值，则在预备区(欠缺区)内设置一测距区(步骤S19)。

步骤S17至步骤S19相应于设置测距区的功能。

以下参考图17的流程对设置测距区的功能做进一步的解释。

首先，CPU 13判断f-搜索标志的值(步骤S61)。如果f-搜索标志＝0，则判定有一个有效的最大值或可以估算出主要物体的位置。如果f-搜索标志＝1，则判定没有一个有效的最大值或不可能估算出主要物体的位置。然后，判断照相机的AF模式是否是光点模式(步骤S62)。

一般地说，设置测距区(步骤S63)。即设置一个或多个测距区，以有效最大值的传感器地址为中心。

然后，重复步骤S62直到没有设置测距区的有效最大值用尽，由此对每个有效最大值设置一测距区。

如果在步骤S62照相机的AF模式是光点模式，则测距区设置在预备的特定区(欠缺区)内(步骤S66)。更具体地说，在传感器的中心附近设置一个或多个区。换言之，传感器中心的附近是拍摄屏中心的附近。当设置两个或多个区时，它们可以彼此部分地重叠或不重叠。

如果不可能估算主要物体的位置，则设置一个测距区(步骤S65，S66)。步骤S66，如上所述在拍摄屏的中心附近设置一个测距区。步骤S65，在步骤S66设置的区域周围设置一个测距区。在光点区周围的每一侧设置一个或多个区数。在步骤S65设置的测距区可以彼此部分地重叠或不重叠。另外，在步骤S65和S66设置的区可以彼此部分地重叠或不重叠。

至于图11的场景，可以采用按光点模式的拍照技术。在这种情况下，无论估算的图中所示的主要物体的位置如何，测距区设置在特定的区域内。

在图5所示场景的情形中，不可能估算主要物体的位置，并且把测距区设置在特定的区域中。在这种情况下，可以想象步骤S66在中心设置一个区域，步骤S65围绕中心设置四个区域。另外，步骤S66还可以在中心设置三个区，步骤S65围绕中心设置两个区。以这种方式设置区域有多种变化。

下面将参考图18的流程对作为一种变化的图17的步骤S63进行详细的描述。

在图18的概念中，对单个有效最大值设置三个测距区，其中一个测距区与其余两个区的任何一个部分叠盖。

具体地说，确定并储存由最大值设置的测距区中传感器的数量(步骤S70)。此步骤的目的在于防止远、近的物体彼此混合，这样的话不适合无源AF。当最大值较小时，意味着物体较远。对于较远的物体减少区域中的传感器数。另一方面，当最大值较大时，意味着物体较近。对于较近的物体增加区域中的传感器数。

实际上，为了根据最大值确定区域中的传感器数，可参考图19中所示的表来确定区域中的传感器数。

图20A和20B表示有源模式中由预积分产生的图象信号。如图中所示，根据最大值决定区域中的传感器数量和设置测距区。下面将解释设置测距区的位置。

对于两个图象信号，可以把右侧图象信号(由图1中的光电转换元件4b产生)或左侧图象信号(由图1中的光电转换元件4a产生)中任意一个设置为标准。在本实施例中，把左侧图象信号设置为标准。

如图20A和20B所示，在以左侧信号的有效最大值为中心的环绕区域内设置一个测距区。至于右侧信号，测距区设置在与左侧信号相同的传感器位置，不管有效最大值如何。到目前的解释中，当抽取一个有效最大值时，被抽取有效最大值的区域不受限制。如果左侧图象信号用作标准，则不需要利用右侧图象信号抽取有效最大值。

如同在图20A和20B中所见，较近物体的图象信号有较大的相位差，而较远物体的图象信号有较小的相位差。在这方面本实施例对较近的物体设置较宽的测距区，对较远的物体设置较窄的测距区，这样才有意义。

例如，图21的场景，透视时Shinto神社后面的人和大门混杂。但在预积分时没有办法感觉透视的误诈以及估算物体到底是远是近。如图22A和22D所示，如果估计物体较远，则设置一个较窄的测距区以防止因透视的误诈而错误的测距。这样就结束了对步骤S70的解释。接下来在步骤S71，对有效最大值设置一个第一测距区。

该测距区的起始地址是：

(最大值的传感器地址-测距区中传感器的数量)/2…(2)

根据区域的起始地址和区域中的传感器数量设置测距区。

然后设置一个第二区。第二区的起始地址是：

(最大值的传感器地址-区域中传感器的数量)×3/2+(重叠的传感器数量)  …(3)

在步骤S73，设置一个第三区。第三区的起始地址是：

(最大值的传感器地址+测距区中传感器的数量)/2-(重叠的传感器数)  …(4)

要设置第二和第三区，需要新的不变量、重叠的传感器数(步骤S72和S73)。

然后，设置一个监控信号传感范围(步骤S74)。

监控信号是一个用于控制如图1中所示光电流的积分的信号。通常通过对光电转换元件的光接收范围内最亮的物体一部分中的积分量抽样保持而获得。监控信号传感范围设置成对应于测距区的位置。

具体地说，监控信号传感范围设置在一个包含三个测距区并大于三个测距区一个特定量的区域内(传感器的数量为m0)，其中三个测距区是对一个有效最大值设置。为了设置监控信号传感范围，需要计算该范围的起始地址和结尾地址并被储存。

起始地址是：

(左侧测距区的起始地址)-m0…(5)

结尾地址是：

(右侧测距起始地址)+(区内传感器的数量)+m0  …(6)

下面将解释设置监控信号传感范围的作用，以图23的场景为例。该场景是一个包含在拍摄屏中的高亮度光源的实例。利用有源模式中的预积分传感位置是很困难的。

为了解决这种困难，根据预积分和随后的最终积分设置一个测距区。图24E表示当对所有的传感器设置监控信号传感范围时的最终积分的结果。因为控制最终的积分使得根据日光的日光积分量未饱和，所以人、主要物体的图象信号在整个设置的测距区内不可靠。即不可能测量距离。相反，当根据测距区设置监控信号传感范围时，对主要物体的最终积分被最佳控制。因此，不是不可能测量距离。

类似地，图25的场景是一个易于容许错误测距的例子，由于摩托车的头灯允许最终积分的控制被抽取。但利用本实施例可以避免错误的测距。当执行图18的流程时，可以获得测距区和监控信号传感范围之间的位置关系。

在图18中，判断是否遗漏任何一个有效的最大值。如果没有剩下一个有效的最大值，则控制返回。如果还有一个有效最大值剩下，则在步骤S76减小最大区域数。然后，如果在步骤S77中最大区域数不是0，则确实剩下一个有效的最大值并且控制因此返回到步骤S70。然后继续设置测距区。如果最大区域数是0，则控制返回。

上述过程完成一个预积分以及其相关的过程。既然已经准备了最终积分和测距计算所需的所有条件，所以可以开始最终的积分。

在图7的流程中，将以步骤S20开始解释。

因为在步骤S12的预积分产生出对应于最亮物体一部分的亮度的信息，所以根据基于该信息的辅助光(投射源)是否开启，在本实施例中即最终的积分在无源模式还是在有源模式中进行而执行一个分支(步骤S20)。

在无源模式中，控制进行到步骤S21，而在有源模式中控制进行到步骤S24。

在步骤S21，最终的积分以无源模式进行。这是当物体有较高的亮度时进行。停止稳态光去除功能并且传感器的灵敏度设置成与预积分相同，并且有高或低的灵敏度。

截止辅助光(投射源)并且把积分控制监控信号传感范围设置成与基于预积分2的结果的相同。

最终的积分包括一个时间限定函数，当从积分起始而开始的预置时间结束时迫使积分结束。

接下来在步骤S22，对每个测距区进行相关操作，并且对每个测距区计算物体的距离信息。从进一步需要的多条物距信息中，选择一个物距最短的信息。本实施例还在选择最短距离并提前从被选取的候选者中排除可靠性低的数条信息中利用判断物距信息可靠性的函数(未示出)。可靠性通过已知的手段判断。最简单的判断是通过对比判断。有多种方式判断。也可以采用一种判断类型或多种判断类型的组合。

在选择最短距离时，因为只可以得到可靠性小的物距信息，所以要判断否是可以选择有效的物距信息，即判断是否可能获得物距(步骤S23)。如果得到有效的物距信息，则控制进行到步骤S18。如果测距不可能，则以有源模式进行最终的积分2(步骤S24)。

如上所述，在本实施例中，只有当物体具有较低的亮度并且当不可能得到无源模式的实际积分(步骤S21)时，才按有源模式进行最终的积分2。在这种情况下，稳态光去除功能开启，并且传感器的灵敏度固定到较高的程度。另外，辅助光(投射源14)开启并且根据预积分2的结果设置监控信号传感范围。最终的积分2还包括时间限制功能。

然后，如同在步骤S22，对每个测距区执行相关运算并且之后选择最短的距离(步骤S25)。此过程粗略地等于步骤S22，因此在此不做详细的解释。

接下来，如同步骤S23，判断测距是否不可能(步骤S26)。如果得到了有效的物距信息，则控制进行到步骤S28。如果测距不可能，则执行步骤S27。

在步骤S27，利用已知的有源AF技术测量光量。根据在步骤S24得到的有源模式的实际积分2的结果，计算物距信息。最大积分量是辅助光(投射源14)在最短距离处的物体被反射的光量。

然后执行后处理过程，包括停止电源向测距装置的AFIC 3供电的过程，完成测距(步骤S28)。

在对步骤S27的光量测距详细解释之前，解释图27的流程，即图7流程的简化版本使得该算法的原理更易于理解。

首先进行测距装置的初始设置(步骤S80)。然后判断物体的亮度(步骤S81)。如果物体有高亮度，则以无源模式进行测距(步骤S82)。接下来，判断测距是否不可能(步骤S86)。

如果物体在步骤S81有低亮度，并且如果在步骤S83判定测距不可能，则以有源模式进行测距(步骤S84)。

然后，如同在步骤S83，判断测距是否不可能(步骤S85)。如果测距不可能，则控制进行到步骤S87。如果测距不是不可能，则执行步骤S86。在步骤S86选择最短的距离。当获得有效的物距信息时，只执行步骤S82或步骤S84。

在步骤S87进行光量测距。利用步骤S84时有源模式的积分结果，由积分时间tint(A)(或辅助光的发射次数，n)和最大积分量vmax(或最大的A/D转换值Admax)计算积分的斜率dv/dt＝vmax/tint()(或dAD/dn＝Admax/n)。在随后的步骤S88中，由积分斜率计算物距信息。然后，在步骤S89执行测距装置的后处理。

图27中所示算法的概念是本实施例的一个例子。虽然在该算法的概念中有很多变化，但把优先权给予有源、无源以及上行程序的光量的概念是非常重要的，因为不是经常执行有源模式，并且因为无源模式和有源模式二者的测距的不可能性，所以很少进行光量测距。

现在参考图28的流程对光量测距继续解释。

图28表示有源模式的积分控制实例，其特征在于获取光量测距的必要信息，同时控制积分。

首先，重置积分电路(步骤S100)，开启辅助光(投射源)，并且开始积分(步骤S101)。辅助光由直流电(D.C)驱动。根据光源的类型，在从补充光开启时开始的等待时间结束后设置等待光发射量变稳定的时间并开始积分。然后，启动计时装置计时(步骤S102)并监视监控信号(步骤S103)。

接下来，判断积分时间是否到达积分限制器的时间(步骤S104)。当在此时刻迫使结束积分时，控制返回的到步骤S116。

如果在步骤S104积分时间没有到达积分限制器的时间，则比较监控信号vmon和一个特定值vo(步骤S105)。如果vmon＜vo，则控制返回到步骤S103，并且重复循环过程。特定值vo与半动态范围相比足够小。

循环过程结束后，估算剩余时间。即把总积分时间设置为tint＝(k+1)×t(步骤S106)，这里，k是一预定的不变量，t是控制通过循环过程并到达步骤S106时计时装置的计数。

然后，把剩余时间设置为tk＝k×t(步骤S107)并判断总积分时间是否超过积分限制器的时间tlimit(步骤S108)。如果总积分时间超过积分限制器的时间tlimit，则总积分时间校正到tint＝tlimit(步骤S109)，并且把剩余时间校正到tk＝tlimit-t(步骤S110)。然后，复位计时装置并再开始计时(步骤S111)。执行循环过程直到剩余的积分时间结束(步骤S112)。循环过程结束之后，停止积分并截止辅助光(步骤S113)。

然后，监视监控信号(步骤S114)。把所获得的监控信号设置为vmax＝vmon(步骤S11S)并储存。

当强制结束积分时，把积分时间设置为tint＝tlimit并储存(步骤S116)。然后控制进行到步骤S113。

对步骤S113、S114和S115的解释与上述解释相同，因此省去。

已经对有源模式的积分控制的一个实例进行了解释。下面将参考图29的流程对积分控制的另一个实例进行解释。

下面给予图29的解释，重点放在与图28的差异之处。

有源模式积分控制的主要部分是发射辅助光(从投射源14)的一种方法。在图28的操作中，辅助光由D.C驱动(未示出)，而在图29的操作中，辅助光由脉冲驱动(未示出)。具体地说，图29的操作与图28的不同之处在于积分时间和积分限制器时间由辅助光的发射次数代替(步骤S121至S135)，并且监控信号不是一行电压而是用一个被A/D转换器量化的信号取代(步骤S136至S138)。

从图28和图29的实施例中可以获得积分时间tint(或辅助光的发射次数，nint)和最大积分量vmax(或AD变换值Admax)。

从这些信息中计算积分的斜率：

dv/dt＝vmax/tint…(7)

或

dAD/dn＝Admax/nint  …(8)

由下列方程表示积分的斜率和物距之间的关系：

(积分的斜率)^1/2∝(物距)^-1  …(9)

或

(Vmax/tint)^1/2∝(物距)^-1  …(10)

或

(AD max/tint)^1/2∝(物距)^-1  …(11)

因此，光量测量可通过把具有标准反射率的卡片放置在一个特定的距离处并且相对积分的斜率调节到光量测距时1/(特定距离)。光量测量很大程度上依据物体的反射率，并且反射率是导致误差的一个很大的因素。从此观点出发，如何在调节中处理卡片的反射率是非常重要的。

检查很多物体反射率的结果揭示了如图30所示的每个反射率的存在机率的分布。

通常，反射率峰值位于εref，范围从εmin到εmax。如果分布的扩展以Ev(在象面上的曝光)的尺度表示，则有εref＝1Ev。在调节中利用反射率为εref的卡片是理想的。

在对光量测距的解释中，把最大的积分量(监控信号)简单地用作用于测量距离的积分量。在本实施例中，在设置测距区中选择并减小积分值的最大值，这并不保证最大积分量(监控信号)包含在选取的最大值中，这与实施例的目的不一致。

在对光量测距的解释中，为了清楚，只简化了光量测距。但实际上，在本实施例中包含下面操作(未示出)。为了解决此矛盾，如果最大积分量(监控信号)和传感器上的地址不与选取的最大值以及传感器的地址重合，则改变用于测量距离的积分量并更新到选取的最大值中最大的一个。

虽然以上解释了本发明的实施例，但本发明并不局限于这些，并可以在不脱离本发明实质或基本特征的前提下以其它的方式实施。例如，如果积分光电流的方法不同，则可以把解释中词的最大值改变到词的最小值，并可以反转图象信号的亮或暗。

在上述实施例中，光电转换元件在某种意义上可以换成一个一维线性传感器。本发明不限制在一个线性传感器上并且可用在二维面传感器以及二维离散方式分布的线性传感器组成的面传感器。在任何情况下，自然应一维地分解并处理图象信号。实施例的基本概念不变，无论传感器是一维的还是二维的。

如上所述，对于本发明，当执行一个宽范围的多重-AF，如全屏AF时，提前估算主要物体存在的位置以处理时间延迟问题，并且只测量必需的最小位置中距物体的距离。可以正确地估算主要物体存在的位置而不受物体关于投射光反射率的影响，实现高可靠性、高精确地多重-AF而不增加成本。利用本发明可以提供高精确度的高速操作的小时间延迟的测距装置，并且提供高度可靠的测距结果而不削弱照相机的摄影模式的意义和增加成本。

对于本领域的技术人员将可以很容易地发现其它的优点和改型。因此，在更广的方面本发明并不局限于一些细节以及在此表示并描述的各个实施例。因此，可以不脱离由权利要求限定的本发明范围和实质的情况下做出各种改型。

Claims (3)

1.一种用于在拍摄设备中自动聚焦的测距装置，其特征在于包括：

第一测距装置，用来根据由一对积分型光接收传感器接收来自物体的光而产生的物体图象信号测量物距；

把光投射到物体上的投射装置；

第二测距装置，用来根据在投射装置把光投射到物体上时从所述物体图象信号中除去了稳态光成分所获得的一个图象信号测量物距；

物体选择装置，促使第二测距装置在一个特定的时间内运作，并根据从运作中获得的图象信号选择一个将被测距的物体；

模式设置装置，用于设置拍摄设备的操作模式；以及

阻止装置，用于在模式设置装置设置了一个特定的操作模式时阻止物体选择装置操作。

2.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于特定的操作模式是一种在比正常测距范围狭小的范围内进行测距的光点模式。

3.一种用于在拍摄设备中自动聚焦的测距方法，其特征在于包括：

把光投射到物体上的步骤；

接收来自物体的光的步骤；

根据关于光接收的输出选出一个对应于主要物体的测距区的步骤；

从选定测距区的输出信号中计算出对应于物距的数据的步骤；

能够设置正常测距模式和光点模式的步骤，其中在光点模式中的测距范围比在正常测距模式中的测距范围窄；和

控制使得该测距区与比正常测距范围更窄的范围一致。

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