CN1613031A - 用于摄影的选择性聚焦系统 - Google Patents

Abstract

一种允许区域聚焦控制的光学系统。该系统使用可变焦强光学元件系统，其作为两个可相对彼此侧向移位以调节和改变光学系统场曲的光学剪切板(22、24)。该场曲变化产生聚焦区域，通过相对于彼此和视场操作该剪切板，控制所述聚焦区域在视场内的特定大小和形状。可将聚焦区域重置在视场内任意点，使聚焦区域可影响与该特定区域重合的图像光线。最好将剪切板(22、24)放置在机身(12)和拍摄镜头(16)之间的、光学系统的中间聚焦平面上。然后，将经该剪切板改变的图像通过中继镜(14)转移到机身(12)内的主胶片平面(28)上并由胶片记录下来。因此本发明为适合相机的光学系统，其可不管相机拍摄镜头的景深(16)和光圈设置，实现区域聚焦控制。

Description

用于摄影的选择性聚焦系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2001年12月7日提交的美国专利申请60/338,933的权益，其在此引入作为参考。

技术领域

本发明涉及照相机和照相机附件，尤其涉及控制照相机视场内的聚焦区域的系统。

技术背景

在上个世纪，自从静止画面胶片照相机的发明，摄影技术已经引入了很多不同类型的照相机，它们通常可由所使用胶片的格式来识别。今天，大体说来，有三种主要类型的商业上可获得的静止画面胶片照相机：35mm照相机(包括傻瓜相机、一次性相机、单镜头反光式相机、以及测距相机)、中画幅照相机(包括双镜头)、以及大画幅照相机(包括外景式(field-type)和取景式(viewtype))。这些照相机使用至少六种基本聚焦系统中的一种：(1)固定聚焦，(2)“区域调焦”，(3)测距调焦，(4)双透镜反射毛玻璃，(5)单镜头反射，以及(6)自动调焦。

在固定聚焦照相机，例如传统的一次性相机中，没有控制镜头聚焦的装置。镜头的聚焦在制造厂中预设为对预定距离(通常10英尺左右)提供可接受的聚焦。该类型照相机基本是带有一个镜头的针孔相机。

使用区域调焦相机的摄影师必须估测(或实际测量)相机和主体之间的距离，并使用该信息控制镜头聚焦，使主体在相机胶片平面上聚焦成像。

测距聚焦系统使用光学机械装置，其在相机取景器中生成两个图像。聚焦装置实际上发挥测距器(或者测距仪)的作用，以帮助摄影师确定主体和相机之间的距离。在操作中，当摄影师调节镜头的聚焦控制，取景器中的两个图像相对彼此移动。当两个图像在取景器中重叠并显示为一个图像时，主体即得到聚焦。

双镜头反射相机使用两个相同的镜头，其包括同步的聚焦控制，使两个镜头可同时移动。一个镜头为摄影师将图像聚焦到聚焦屏上，而另一个镜头将基本相同的图像聚焦到胶片平面上。当摄影师调节第一个镜头使图像聚焦到聚焦屏上时，第二个镜头也得到了适当的调节，从而使图像也聚焦到胶片平面上。

单镜头反光聚焦系统(或SLR)是在当今照相机中使用最广泛的聚焦系统。该类型聚焦系统允许摄影师观察将要记录在胶片上的实际图像。在入射图像光线的路径上设置有可旋转反光镜，用于将图像光线从镜头导向可由摄影师通过目镜观察的聚焦屏。摄影师可手动(或者借助自动聚焦系统)调节镜头聚焦直到聚焦屏上显示希望的图像聚焦。聚焦屏通常有聚焦十字线，来帮助摄影师确定何时主体得到“精确”的图像聚焦。当按下SLR照相机的快门释放钮，可旋转反光镜立即从入射图像光线的路径转开，从而允许图像光线延续射入片门和胶片。镜头和聚焦屏之间的距离等于镜头和胶片平面之间的距离，这样，观察到的聚焦图像将得到聚焦记录。该类型聚焦系统允许摄影师在曝光胶片前“取样”或测试特定镜头的聚焦调节。

最后，自动调焦的相机包括由电池供电的直接控制特定镜头组件聚焦的电机驱动器单元，以及至少一类电子距离传感器，如声纳、红外线、或者相衬。声纳和红外线传感器基本确定主体和相机之间的距离，然后，使电机相应地控制镜头的聚焦。相衬系统测量入射图像光线相邻线间的相位反差，并类似地，使用该信息控制镜头的聚焦。

电影胶片摄影机或电影摄影机典型地使用区域调焦系统，其中摄影师(或助手)在特定的一次拍摄中需要随时控制镜头的聚焦。如果主体向摄影机前进(或者后退)，摄影师可能必须在拍摄中对镜头进行“焦点变换”(rack focus)，以将移动的主体保持在使用的镜头的景深内，并聚焦到胶片上。无论如何调节特定镜头的聚焦，今天使用的大部分电影胶片摄影机允许摄影师通过镜头观察图像(即，以SLR的方式)。

大部分上述聚焦系统受到的限制为：它们设计为使图像在以镜头光瞳(或中心轴)为中心的整个视场中均匀地聚焦。而且，镜头聚焦依赖于特定镜头的景深。景深转而又受到镜头光圈、镜头焦距、以及相机和主体之间的距离的影响。例如，远摄镜头(具有大焦距，如400mm)产生短而窄的景深(或者聚焦深度)，导致只有视场内物体的很少部分以锐聚焦记录。对照地，广角镜头(具有相对短的焦距，如14mm或28mm)的景深近似无限，导致视场内基本上所有物体(前景和背景)以锐聚焦记录。由此，导演通过对图像的部分进行柔光或散焦，可在特定拍摄中产生一种基调或者气氛。例如，可将特定场景中的前景演员和物体有效地从景深(聚焦范围)中“推”出，并因此使他们散焦(这将有效地最小化他们对观察者而言的显著性)，而可将离相机更远的特定主体保持在景深内并聚焦记录在胶片上。当然，在这种情况下，观众会把他们的注意力“聚焦”在图像中聚焦的主要主体上。

虽然该使用景深(由光圈设置和/或镜头焦距产生)的方法可非常有效地将图像中的重要部分引导给观众，但是这种方法确实存在几个缺陷，严重限制了导演的创造力。

在上例中，导演将必须使用具有中长焦距的镜头(即，摄远镜头)以得到希望的选择性散焦效果。不幸地是，具有长焦距的镜头要求的最小聚焦距离典型地在10到20英尺之间。为达到希望的选择性散焦效果，导演必须将摄影机置于离主体最少10英尺的地方。依据拍摄的特定场景，可能不容易满足该最小聚焦距离要求。例如，场景可能设在电梯内或潜艇上，或者任何其它近距离的环境，在其中，如果不建造“专门的电影布景”或使用柔光聚焦技术，则不能达到最小聚焦距离的要求。

在静物和电影摄影中共同使用的用于对特定场景的选择区域选择性地进行散焦或柔光的效果技术中，包括使用半透明媒体，如棉纸、凡士林油或毛玻璃片等。该技术包括将半透明媒体直接施加到相机镜头(或将其放置在相机镜头前)。半透明媒体有效地漫射进入相机的图像光线的选择部分或区域，从而使所产生的记录的图像得到柔化，并淡化了选定的细节。虽然该散焦技术在产生像帧的柔光和散焦区域有一些效果，但是该技术在拍摄前需要大量的准备时间，以及在拍摄后需要充分的整理时间。另外，该技术难于在选择确切的散焦图像区域时进行精确控制，也难于在需要反复拍摄或演员在场景中实际移动时(当然，这是很经常的情况)进行再成像。

另外，使用该公知的技术，在每个拍摄情况下，位于焦距深度内的所有主体将聚焦记录到胶片上。导演不能产生一种图像，其中相对相机的同一平面内的两个不同主体和/或客体中只有其中之一得到聚焦。理想地，举例来说，当记录人物的图像时，只聚焦他的脸及其手中拿着的冒着烟的枪(都位于同一图像平面)。

摄影师可用的另一个用于散焦或以其他方式柔化选定像帧区域的技术，包括称为“移轴和倾轴”(shift and tilt)的机构，其将镜头可旋转地连接到机身。移轴和倾轴机构允许镜头转动和相对于相机中心光轴侧向平移，从而允许像帧选定区域的可控制畸变(“平移”镜头指在保持镜头光轴与胶片平面成直角的同时，平行于取景器中的图像滑动镜头)。通过向上或向下(或者向左或向右)倾斜镜头，摄影师可改变光轴和胶片平面之间的角度。这样允许摄影师调整所拍摄相片的聚焦平面，并通过这样做得到多种效果。其中一种效果为，使摄影师可以只聚焦主体的特定部分。

移轴和倾轴机构使用于大部分大画幅相机中，并可(作为附件)用于电影摄影机中。该机构难于操作并且易于引起不希望的畸变，除非使用种类有限的专用镜头中的任何一种，因此严重限制了导演的创造力和控制。另外，由移轴和倾轴机构提供的区域聚焦控制只限于像帧的单个外围区域，而不适于多个内部区域，如图像场景中的中心区域。

2000年12月26日颁发的Hylen(本申请人)的美国专利6,167,206，“Image Modifiers for Use with Photography(用于摄影的图像调节器)”，公开了一种用于摄影的聚焦控制系统，其中，位于镜头系统内中间聚焦平面上的调节器从镜头接收图像光线，然后再将上述光线传递给胶片。该专利被整体合并于此作为参考，如同将其在本说明书中重印一样，根据该专利，可将上述调节器选择性地以这样的方式变形，以至于当图像光线投射到调节器上并随后重新聚焦到胶片上时，调节器在特定的图像中产生不同的聚焦区域。申请人已被颁发了其它三个相关的专利，它们都被转让给同一家公司并且发明人为Hylen。这些专利为：美国专利6,285,834、6,201,933、5,649,259。类似地，将这些专利整体合并于此作为参考。

1967年2月21日颁发给Alvarez的美国专利3,305,294，公开了一种用于光学系统中校正和控制像差的镜头系统。该取得专利权的系统包括一对双三次相位分布(phase profile)镜片，每个镜片是另一个的相反形。当完全套准时，上述镜片对产生空波前(null wavefront)而不影响通过其中的图像光线。然而，沿一轴相对一个镜片平移另一个镜片，导致沿该特定平移轴的圆柱聚焦(或散焦)(圆柱聚焦或散焦只产生竖直或水平带的聚焦或散焦，而不产生对称于光轴聚焦或散焦)。同时沿两轴的平移产生可用于波前校正或可控相差源的可变的球面或像散的焦强。

1971年6月8日颁发给Baker的美国专利3,583,790，“Variable Power，Analytic Function，Optical Component in the Form of a Pair of LaterallyAdjustable Plates having Shaped Surfaces，and Optical Systems Includingsuch Components(可变焦强的、解析函数的、由具有成型表面的可侧向调节板对构成的光学元件，以及包括该元件的光学系统)”，公开了一种使用至少两个折射板的光学组件。所述板布置为大体垂直于光轴并在配合的方向上相互邻接。这些板具有五次或更高次的表面，它们可在一种方式下侧向相对移动，所述方式提供镜头系统内的变焦功能。上述板辅助校正镜头系统内的球面像差。

将上述Alvarez的美国专利3,305,294和Baker的3,583,790整体合并与此作为参考。

因此，本发明的一个目的为：提供用于相机的聚焦系统，其克服了现有技术的缺陷。

本发明的另一个目的为：提供用于相机的聚焦系统，其允许以受控并有效的方式，有目的地对像帧的选择区域进行散焦。

本发明的另一个目的为：提供用于摄影的特殊效果装置，其克服了现有技术的缺陷。

发明内容

一种允许区域聚焦控制的光学系统。该系统使用可变焦强光学元件，如透镜、波状玻璃片、或者更复杂的光学剪切板(shear plate)对，可将所述光学剪切板相对于彼此侧向移位以调节和改变光学系统的场曲。该场曲的变化产生聚焦区域，所述聚焦区域在视场内的特定大小和形状可通过对剪切板进行相对于彼此和视场的操作来控制。聚焦区域可重置于视场内的任意点，这样聚焦区域可影响与该特定区域相应的图像光线。最好将剪切板置于机身和拍摄镜头之间的、光学系统的中间聚焦平面。然后将经剪切板改变的图像由中继镜转移到机身，并记录于位于机身内第一胶片平面处的胶片。因此本发明为适合于相机实现区域聚焦控制而不用考虑相机拍摄镜头的景深和光圈设置的光学系统。

附图说明

图1为根据本发明的相机构成的光学系统的侧面图，该相机包括：机身、中继镜、以及拍摄镜头，部分剖示的中继镜展示了剪切板的一些细节；

图2a-c为根据本发明，用于解释剪切板在平移时如何改变光学系统的焦点和场曲的镜头系统平面图；

图3为根据本发明的光学系统视场的代表平面图，其中影线代表聚焦区域，示出了全部聚焦区域；

图4为根据本发明的图3中光学系统视场的代表平面图，示出了中心的圆形聚焦区域；

图5为根据本发明的图4中光学系统视场的代表平面图，示出了更小的中心圆形聚焦区域；

图6为根据本发明的图5中光学系统视场的代表平面图，示出了还要更小的中心圆形聚焦区域；

图7为根据本发明的剪切板的透视代表图，详细描绘了移位水平线、光轴以及重叠区域；

图8为根据本发明的剪切板的说明图，详细描述了移位45°线；

图9为根据本发明的光学系统视场的代表图，其中影线代表聚焦区域，示出了全部聚焦区域；

图10为根据本发明的图9中光学系统视场的代表图，示出了垂直居中的矩形聚焦区域；

图11为根据本发明的图10中光学系统视场的代表图，示出了更窄的竖直居中的矩形聚焦区域；

图12为根据本发明的图11中光学系统视场的代表图，示出了更窄的竖直居中的矩形聚焦区域；

图13为根据本发明的剪切板的说明图，详细描绘了可在0°和45°之间变化的移位线；

图14为根据本发明的光学系统视场的代表图，其中影线表示聚焦区域，示出了宽椭圆形的聚焦区域；

图15为根据本发明的图14中光学系统视场的代表图，示出了更窄、更长的椭圆形聚焦区域；

图16为根据本发明的图15中光学系统视场的代表图，示出了更窄、更长的椭圆形聚焦区域；

图17为根据本发明的图16中光学系统视场的代表图，示出了更窄、更长的椭圆形聚焦区域；

图18为根据本发明的移位架的平面图，示出了剪切板支架、伺服电机、以及外部环形齿轮的细节；

图19为根据本发明的光学系统视场的代表图，示出了椭圆形的聚焦区域，其中已将椭圆在视场中绕光轴旋转；

图20为根据本发明的光学系统视场的代表图，示出了矩形的聚焦区域，其中已将矩形在视场中绕光轴旋转；

图21为根据本发明的光学系统视场的代表图，示出了类似图20中所示的椭圆形的聚焦区域，但是其中已将该椭圆重置于视场内偏离中心的点；以及

图22为根据本发明的光学系统视场的代表图，示出了小圆形的聚焦区域，其中已将该小圆形重置于视场内偏离中心的点。

具体实施方式

参考图1，示出了相机10，包括：机身12、中继镜组件14、以及拍摄镜头16。机身12和拍摄镜头16可为传统的，然而，在优选实施例中，中继镜组件14一般基于Hylen并转让给同一家公司的美国专利6,167,206中描述的中继镜。中继镜组件14用于产生中间聚焦平面18。当图像进入拍摄镜头16，首先将图像聚焦到中间聚焦平面18上。通过中继镜组件14外壳内的槽缝或者镜片卡座(未示出)提供了在精确的聚焦点(即，在中间聚焦平面18)嵌入各种图像滤镜和调节器的接口。然后将入射光线“中继”或重新聚焦到位于机身12内主要或第一胶片平面20上的待拍胶片。

如美国专利6,167,206中所述，当入射图像处于聚焦时对其进行改变，允许对图像的更大调节控制。调节可只包括在图像中加入色彩过滤器效果或改变图像光线以将主体表达为油画，或者引入马赛克效果，或者如该美国专利还描述的，控制图像保持聚焦的区域和被迫使散焦或“降级”的区域。

如美国专利6,167,206中详述的，一弹性屏紧邻中间聚焦平面设置，并且大体垂直于光轴放置。弹性屏可以受控方式沿视线(光轴)选择性地变形，从而使屏的选择部分伸展至大于中间聚焦平面的聚焦“深度”。该弹性屏的伸展部分将在聚焦深度外接收图像光线，并且因此产生散焦图像光线区域。可使用适当的中继镜将得到的降级和已调节的图像传递到胶片，这样相机胶片将记录由变形的弹性屏决定的降级和已调节的图像。

在摄影领域，对光线的控制就是一切，因而非常理想的是，不仅能够控制全图的聚焦，而且能够控制图像中的选择区域的聚焦。为此目的，上述系统(公开于美国专利6,167,206)将非常有用，然而，可证明，生产可长期重复变形的具有希望的聚焦控制的这种弹性屏是困难的。响应于该提供区域聚焦控制的努力，如当前的本临时专利申请中所述，在中间聚焦平面18放置了一对可变焦强光学元件(例如，剪切板22、24)，代替美国专利6,167,206中的弹性屏系统。

L.W.Alvarez开发了这样一种可变焦强光学元件，包括一对双三次相位分布光学板，一块板具有与另一块板正好相反的形状。在美国专利3,305,294(在前引用作为参考)中描述的这种板，一般垂直于光轴放置，并可独立地移位(侧向和在相反的方向)，从而响应于这种板移动，相关于板的侧向移位大小，以不同程度影响沿光轴的光线。

本光学系统最好在中间聚焦平面18使用可变焦强镜片(见图1)。可变镜片可如一片具有特定形状的光学玻璃(或塑料)(如透镜或圆柱形元件)一样简单，也可以更加复杂，如可变焦强光学板(这里称为“剪切”板22、24)，类似于上述美国专利3,305,294中公开的光学板。虽然，该专利申请中多处将剪切板作为控制区域聚焦的装置，但应该了解，在中间聚焦平面18处可使用多种可变焦强镜片的任何一种，以产生受控畸变，该受控畸变随后可用于控制整个视场内的区域聚焦。

对于理解本发明来说，不需要了解剪切板特定形状的确定和制造。每个剪切板具有预定形状的外表面，所述预定形状由预先选定的具有一至少五次的非零项的多项式方程定义。如下文所述，当每块板相对于彼此沿多条移位线侧向移位时，会影响通过该光学系统(包括拍摄镜头16、剪切板22、24，和中继镜14)的图像光线的光学特性，并且，摄影师可利用引起的变化来控制整个图像的区域聚焦。使用该临时发明申请中说明的剪切板22、24来说明本发明的概念、以及镜板的相对移动和放置。剪切板22、24的实际形状更加复杂，并包括与美国专利3,583,790和美国专利3,305,294中的剪切板所示类似的表面。

如图2a、2b和2c所示，剪切板22相对于剪切板24的侧向移位，将改变可变光学系统的焦距，焦距的改变由下式定义：

焦距改变＝((n-1)/n)(t)

其中n为剪切板特定材料的折射率，以及，t为特定点处(例如，沿光轴方向)的组合剪切板的厚度。当将剪切板(22、24)侧向移位时，将改变组合厚度，并因此，将改变剪切板的焦距和光学系统的场曲。

本发明使用这种焦距改变来产生图像内的受控聚焦区域。

存在一个与在相机光学系统中使用剪切板相关的问题。当将剪切板(相对于彼此)侧向移位时，不仅重置了剪切板的聚焦点(如上所述)，也改变了整个光学体统的其它光学特性，如总焦距和系统总放大率(即，变焦率)。本发明通过调节光学系统中与剪切板22、24的侧向移位相关的其它光学元件补偿该副效应，这是本领域中技术人员所了解的。

如上文介绍的，图1示出了一对放置在中间聚焦平面18处的剪切板22、24。最好将剪切板22、24以一种方式安装于中继镜16外壳内，所述方式允许对两个剪切板22、24进行手动(通过摄影师的动作)和自动(通过电力驱动致动器)侧向移位。优选地，以受控的和精确的方式侧向移位剪切板22、24，使每块剪切板同步、相反地移动，并基本位于(或紧邻)中间聚焦平面18上。

参考图3，示出了表示沿光轴(其与视场垂直并且未另外示出)的相机视场26的方框。图3所示的影线表示对应于该光学系统的聚焦区域28，在该情况下，整个视场得到聚焦，并且，图像聚焦将依赖整体系统的聚焦和主体在视场内的相对位置。换句话说，图3所示视场示出了传统的相机光学系统。

现在参考图4、5、6和7，当如图7所示剪切板22相对于剪切板24初始侧向移位(沿水平移位线)，视场26的聚焦区域28变成对称于光轴(即，在视场内居中)的似近圆形。随着剪切板22、24的轻微侧向移位，通过光学系统的图像光线将包括位于聚焦区域28内的聚焦区域和位于视场26内、但是在聚焦区域28外的显得散焦(或柔光)的区域。

如图7所示，通过增加剪切板22相对于剪切板24的侧向移位的大小，聚焦区域28的尺寸变小，但是保持其基本圆形的形状，如图4、5和6所示。与聚焦区域28的形状无关地控制聚焦区域28的大小是实现相机光学系统区域聚焦控制的关键。而且，一旦确立了聚焦区域(即，大小和形状)，理想的是，可在整个视场内任意点重新放置该聚焦区域，因为在摄影中，希望得到聚焦的主体(或客体)不一定位于视场中心。例如，摄影导演拍摄包括身穿防水上衣但是在其他方面都混合在人群中的女主角的拥挤人群的图像。使用本光学系统的聚焦控制，导演可首先操作剪切板22、24，使它们侧向移位，以产生例如圆形(类似该妇女面部形状和大小)的聚焦区域28。一旦确立了聚焦区域28的形状和大小，经移位的剪切板对22、24可在视场内一起移动(不改变它们的相对移位)，从而可将聚焦区域重置在导演希望得到聚焦的、图像的任何区域，如，重置在人群中该重要主体的面部。得到的图像展现了拥挤的人群，其中的大多数位于传统相机光学系统景深内，而只有该景深内预定的特定区域得到了聚焦，在该示例中，只有妇女的面部得到了聚焦，从而可能将观众的注意力引向主体，并因此细致地控制该场景的情绪。

在描述用于在整个视场内重置剪切板22、24的优选实施例前，应该了解，到此为止，已将剪切板22、24沿水平移位线(即垂直光轴并基本水平的移位线)侧向移位，并且，沿该特定移位线的侧向移位产生了视场内在光轴两边对称的基本圆形的聚焦区域28。已发现，当剪切板22、24沿与水平成45°的移位线侧向(以相反方向)移位时，形成的聚焦区域28具有基本长方形的形状，并在视场26内垂直居中(从上部到下部)。这在图8中得到了说明，其中剪切板22、24都保持它们相对于彼此的方向，并都沿与水平成45°的移位线以相反方向移动。

沿如图8所示的移位线(即，与水平成45°的线)，当剪切板22相对于剪切板24继续移位时，视场26内的聚焦区域28的大小将变窄，但是其在移位全过程中保持基本矩形的形状。这一点在图10、11和12中得到了说明(开始于图9中所示的“零位或停止位”，其中，两个剪切板完全套准，因此图像光线没有变形)。沿45°移位线，剪切板22、24的移位将使视场26的矩形聚焦区域28不断变窄，该聚焦区域28保持居中于视场垂直中心线两边，直到产生狭窄垂直带，如图12所示。

参考图13，已进一步确定，当剪切板22、24沿更接近水平(但大于0°)角度的移位线移位时，聚焦区域28的形状变成椭圆形，其中椭圆的长轴直径垂直居中于视场26内。图14、15、16和17说明了聚焦区域28随剪切板22、24(为说明，将剪切板22、24置为不套准的位置)移位线角度变化的变化。对于每个移位角度，聚焦区域28从不受影响的聚焦区域(其中，如图9所示，聚焦区域28充满整个视场26)变化到特定形状，如窄椭圆，并且然后将改变聚焦区域28的大小(在保持该特定形状的同时)，当剪切板沿该特定角度的移位线相对于彼此继续移位时，聚焦区域28变得越来越小。

当移位线角度从0°增加到45°，聚焦区域28的形状从基本圆形(0°)变换成宽椭圆，接着变窄成为高的垂直立着的长椭圆，并且最后在与水平成45°的移位线或者邻近的地方变换成矩形。

如上所述，通过控制剪切板22、24的相对移位和移位线的角度，可在视场26中心生成特定形状和大小的聚焦区域28。图像中任何与该聚焦区域重合的部分将由相机10的机身12内的胶片“聚焦”记录。视场26中图像所有其它部分将显示柔光，一般从聚焦区域28边界开始增加散焦(“离焦”的大小)。

如上文介绍，希望可以在整个视场26内控制特定聚焦区域28，以便可以达到完全的区域聚焦控制。为实现这点，参考图18，剪切板22、24可滑动地安装于剪切板框架40上。剪切板22、24在沿至少一边44(最好是两边)的长度上装有齿条42，齿条42的齿朝里彼此相对。至少一个伺服电机46(最好是两个伺服电机46，每边44有一个)具有小齿轮48，其位于至少一边(但是最好是同时两边)的每个剪切板22、24的每个相对的齿条42之间。这种设置是这样的，当伺服电机46驱动(如由本领域技术人员能够了解的相应驱动电路控制的)时，小齿轮移位预定大小的角度，并将其转动转换为相对的啮合的齿条42的线性移位。由此，伺服电机通过在剪切板框架40内同时移位剪切板22、24，控制剪切板22、24的侧向移位。

剪切板框架40还包括啮合小齿轮52的伸出的齿条50，小齿轮52又固定于伺服电机54的输出轴，这样，当伺服电机驱动并转动小齿轮52时，啮合的齿条50使整个剪切板框架40线性移位。该剪切板框架40的线性移位独立于剪切板22、24的侧向移位，并且不改变剪切板22对剪切板24的相对位置。剪切板框架40的目的是支持剪切板22、24，并允许视场内聚焦区域28的受控重置。

以上描述的机构，将在整个视场26内线性重置聚焦区域28，但只能沿着单个移动轴(例如，水平轴)。为提供对视场内其它区域的选取，可使用公知坐标驱动系统(例如，绘图器中的伺服控制系统)，也可使用如图18所示的极坐标系统。进一步将整个剪切板框架40安装到转动盘60上，在转动盘60上固定有另一个伺服电机62。在这种情况下，伺服电机62控制与外周环形齿轮64啮合的锥形小齿轮63的转动，从而，伺服电机62的转动驱动转动盘60及其所有附着元件，包括整个剪切板框架40相对于固定的环形齿轮64转动。

使用如图18所示的装置，可首先将剪切板22、24侧向移位，产生视场26中心的圆形聚焦区域28。可使用公知的控制电路(未示出)选择性地启动伺服电机54和伺服电机62，将所确立的聚焦区域28重置到视场26内任何区域。也可使用如本领域的技术人员了解的其它机械系统，而不背离本发明的要旨，以确立特定和预定大小和形状的聚焦区域，并随后将该特定聚焦区域放置到视场内的任何区域。图19、20、21和22说明了确立的各种形状和大小的聚焦区域28，所述聚焦区域28被置于视场26内的各处，并且进一步进行角度移位。这说明了如何根据导演和/或摄影师的特定需要转换和定向聚焦区域以产生希望的聚焦或散焦效果。

而且，可引入附加的机械控制装置和联动装置，以允许剪切板22、24的移位线在与水平成0°到45°之间变化，这样，可形成如上所述除圆形外的其它形状，包括椭圆和矩形。

另外，可引入两个或多个剪切板系统(或制造单个剪切板对)，其中在一个视场内产生、控制和放置两个或更多聚焦区域28，这样，可将图像的两个分离的区域放置到区域聚焦内，而将视场的其它部分散焦。

另外，如图18所示的上述机构可包括机械和/或电气机械联动装置，其为了各种补偿和/或副光学效果，如引入渐弱、全系统焦距改变、或者变焦，自动移位光学系统的其它元件。

如上述的区域聚焦控制系统，可在多种光学系统中的任何一种中使用，这些光学系统包括所有类型的照相机，例如，静物、35mm、中画幅、大画幅相机、以及电影摄影机。另外，依赖光学显像的医疗系统也可得益于本发明。

当本发明应用到电影摄影机时，可使用触摸板型光标控制使导演控制(通过间接驱动上述诸伺服电机)如在预览视频监测器上所见的视场26内的聚焦区域28的大小、形状和位置。这样导演(或摄影师)可以只通过触摸该触摸板控制器上相应的区域产生视场内的聚焦区域，并且随后只通过在板上移动手指移动聚焦区域。这样，在拍摄一场景中，当主体在视场26中移动时，将允许摄影师轻易跟踪主体。另外，两个手指接触触摸板将生成两块聚焦区域，等等。

另外，可对场景中的例如每个演员引入特定频率的换能器(transducer)。可使用已知的识别技术跟踪每个演员，并从而当特定主体(选定频率的演员)在场景中移动时，自动保持对该特定主体产生的聚焦区域28。

另外，可使用适当的计算机控制电路(公知的，没有具体描述和示出)控制上述区域聚焦系统产生视场内的有限聚焦区域，或可替代地，视场内的有限散焦区域。

最后，考虑了对聚焦区域的进一步控制，这是通过使用彼此紧邻放置的三块剪切板，其中两块朝外的板在一个方向同时移动，而中间的板以相反的方向移动。类似地，可使用四个或更多剪切板，其中，可将这些板的各种组合在相反的方向移位，以产生其它图像降级效果。

Claims (6)

1.一种用于提供区域聚焦控制的光学系统，包括：相机机身、拍摄镜头、以及位于所述相机机身和拍摄镜头之间用于产生视场内可变聚焦区域的可变焦强光学装置。

2.如权利要求1所述的光学系统，其中可改变所述聚焦区域的大小和形状。

3.如权利要求1所述的光学系统，其中可移动视场内所述聚焦区域的位置。

4.如权利要求1所述的光学系统，其中所述可变焦强光学装置放置在光学系统的中间聚焦平面上。

5.如权利要求1所述的光学系统，其中所述可变焦强光学装置包括两块可相对于彼此移动的剪切板。

6.如权利要求5所述的光学系统，其中所述剪切板放置在光学系统的所述中间聚焦平面上。

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