CN1818735A

CN1818735A - 聚焦状态检测设备和光学仪器

Info

Publication number: CN1818735A
Application number: CNA2006100066964A
Authority: CN
Inventors: 一宫敬
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-02-08
Filing date: 2006-02-08
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2026-02-08
Also published as: CN100447607C; US7734164B2; US20060177210A1; US20090180772A1; US7512330B2; JP2006220684A; JP5121120B2

Abstract

一种聚焦状态检测设备，具有：传感器，用于感测通过被进行聚焦检测的透镜的光线，该传感器包括多个光电转换器元件；电荷积累单元，积累由该传感器获得的像素信号；第一积累控制器，控制由电荷积累单元在该传感器被分成的多个区域的每个进行的积累；第二积累控制器，把该多个区域的至少一部分组合成为单个的组合区域，并控制由该电荷积累单元在该组合区域进行的积累；第一存储单元，存储由第一积累控制器进行积累控制的多个区域的每个区域的每个积累信号；第二存储单元，存储由第二积累控制器进行积累控制的组合区域的积累信号；散焦状态检测器，根据在第一存储单元或第二存储单元中存储的积累信号检测区域的散焦状态。

Description

聚焦状态检测设备和光学仪器

技术领域

本发明涉及一种聚焦状态检测设备，其具有用于感测通过经受聚焦检测的透镜的光线的传感器，本发明还涉及配备有这种聚焦状态检测设备的光学仪器，例如照相机、移动电话或类似物。

背景技术

一般地说，作为照相机聚焦状态检测设备，已知一种所谓的相位差聚焦检测方法型的聚焦状态检测设备。在相位差聚焦检测方法中，来自对象的通过图像感测透镜的不同的出射光瞳的光线被聚焦在一对线条传感器上。然后，通过获得借助于对象图像的光电转换而获得的一对对象图像的相对位置的移动量(这个处理在下文称为“相位差计算”)，检测对象的散焦量，并根据检测的散焦量驱动图像感测透镜(例如日本专利申请公开09-054242)。

此外，进行多个对象的聚焦检测的多点聚焦检测设备也是已知的。在这种设备中，一对线条传感器被在多个区域当中分割，对每个区域进行信号电荷积累控制，并且使借助于在这些区域的每一个进行光电转换而获得的对象图像对相关联(例如日本专利申请公开2003-215442)。

此外，在使用相位差聚焦检测方法的聚焦状态检测设备中，可以通过改变用于电荷积累控制和相位差计算的线条传感器(line sensor)对的区域来调节可检测的散焦量的聚焦状态检测设备也是已知的(例如日本专利申请公开63-172206，见图8)。

在日本专利申请公开63-172206披露的聚焦状态检测设备使得能够根据聚焦状态检测结果和图像感测透镜的最大散焦量选择一个合适的电荷积累控制区域。不过，当聚焦状态检测不起作用时，需要改变电荷积累控制区域，并且重新进行电荷积累操作和相位差计算操作，这延长了聚焦状态检测所需的时间。

此外，日本专利申请公开63-172206公开的聚集状态检测设备也适用于多点聚焦检测设备，该设备使得能够进行多个对象的聚焦状态检测，如日本专利申请公开2003-215442的聚焦状态检测设备一样。作为其中形成这种聚焦状态检测设备的实例的例子，在3个距离测量点(聚焦状态检测区域)的电荷积累控制区域(聚焦状态检测区域)示于图10A和图10B。

图10A表示当散焦量小(小的散焦量)并且对象图像相位差(即在图像之间的位移程度)也小时，线条传感器电荷积累控制区域(L区域，C区域和R区域)。在小散焦量的情况下，在对象图像之间的相位差小，并且每个区域的宽度可被变窄，因而使得能够由从这些区域的每一个获得的信号进行多个对象的聚焦状态检测。

对比而言，图10B表示当散焦量大(大散焦量)时的线条传感器电荷积累控制区域(W区域)。对象图像的相位差大，因此需要使用整条线作为单个区域，以便阻止对象图像投影到该区域的边界之外。

因而，如上所述，当日本专利申请公开63-172206的聚焦状态检测设备如同日本专利申请公开2003-215442那样适用于多点聚焦检测设备时，即使在散焦量大时，首先在如图10A所示的分割的区域上进行电荷积累操作，此后，如果散焦量实际上是大的，则需要在如图10B所示的区域上再次进行电荷积累操作。因而，用于聚焦状态检测所需的时间必然被延长，这是不希望的。

发明内容

本发明是考虑上述情况作出的，其目的在于，提供一种即使在散焦量大时也能减少用于聚焦状态检测所需的时间的多点聚焦检测设备。

按照本发明，上述目的是通过提供一种聚焦状态检测设备，该聚焦状态检测设备包括：传感器，用于感测通过被进行聚焦检测的透镜的光线，该传感器包括多个光电转换器元件；电荷积累单元，用于积累由所述传感器获得的像素信号；第一积累控制器，用于控制由所述电荷积累单元在所述传感器被分成的多个区域的每个区域进行的积累；第二积累控制器，用于把所述多个区域的至少一部分组合成为单个的组合区域，并控制由所述电荷积累单元在所述组合区域进行的积累；第一存储单元，用于存储由所述第一积累控制器进行积累控制的多个区域的每个区域的每个积累信号；第二存储单元，用于存储由所述第二积累控制器进行积累控制的所述组合区域的积累信号；以及散焦状态检测器，用于根据在所述第一存储单元或所述第二存储单元中存储的积累信号来检测区域的散焦状态。

本发明的其它特征、目的和优点从下面结合附图进行的说明可以更加清楚地看出，在所有附图中，相同的标号表示相同或类似的部分。

附图说明

被包括在说明书中并作为说明书的一部分的附图和说明书一起说明本发明的实施例，用于解释本发明的原理。

图1是表示按照本发明的一个实施例的照相机的电路结构的方块图；

图2是表示按照本发明的该实施例的照相机的光学系统的布局的示意图；

图3是表示在按照本发明的该实施例的照相机中安装的相位差聚焦检测方法型的聚焦状态检测设备的光学结构的图；

图4是表示按照本发明的该实施例的相位差聚焦检测方法型的AF传感器的传感器阵列(线条传感器)的图；

图5是表示按照本发明的该实施例在距离测量点和AF视场之间的位置关系的图；

图6是表示按照本发明的该实施例的AF传感器的结构的方块图；

图7表示按照本发明的该实施例的AF传感器的像素结构的例子的图；

图8表示按照本发明的该实施例的PB信号电平和电荷积累时间控制方法的图；

图9是表示按照本发明的该实施例的聚焦状态检测设备的操作的流程图；以及

图10A，10B是分别表示在现有技术和本发明中当散焦量小时和散焦量大时的聚焦状态检测方法的图。

具体实施方式

现在按照附图详细说明本发明。

图1是按照本发明的一个实施例的照相机的电路结构的方块图。在图1中，标号10表示照相机微型计算机(下文称为CPU)100。用于检测供照相机的各种操作使用的开关组214的设置的信号输入电路204、图像传感器206、AE传感器207、用于控制快门磁体218a，218b的快门控制电路208、以及AF传感器101和CPU 100相连。CPU 100通过透镜通信电路205和后面要说明的图像感测透镜交换信号215，并控制聚焦位置和光圈。照相机的操作由开关组214的设置确定。

AF传感器101配备有一对线条传感器。借助于控制AF传感器101，CPU 100从利用线条传感器获得的对象的对比度分布来检测散焦量，并控制图像感测透镜的聚焦位置。此外，借助于控制AE传感器207，CPU 100检测对象的亮度，并确定图像感测透镜光圈设置和快门速度。然后，通过透镜通信电路205，CPU 100调节图像感测透镜中的光圈设置。此外，通过快门控制电路208，CPU 100控制快门磁体218a，218b被激励的时间，因而调节快门速度，此外，控制图像传感器206进行图像感测操作。

存储电路209，例如存储用于控制照相机的操作的程序的ROM，用于存储变量的RAM，以及用于存储某些参数的EEPROM(电可擦可编程的只读存储器)被设置在CPU 100中。

下面使用图2说明照相机光学系统的布局。

通过图像感测透镜300进入照相机的由对象反射的大部分光线由快速返回反射镜305向上反射，并被聚焦在取景器屏幕303上。照相机的使用者通过五棱镜301和目镜透镜302观察这个图像。图像感测光线的一部分通过快速返回反射镜305并通过场屏蔽307、场透镜311、光圈308和辅助聚焦透镜309由后辅助反射镜306向下弯曲，并被聚焦在AF传感器101上。通过处理借助于这个图像的光电转换获得的图像信号，可以检测图像感测透镜300的聚焦状态。在图像感测期间，快速返回反射镜305弹开(pop up)，所有的光线被聚焦在图像传感器206上，并执行对象图像的曝光。

在图2中，本实施例的聚焦状态检测设备由从场屏蔽307到辅助聚焦反射镜309诸器件构成，包括AF传感器101。这种聚焦状态检测设备的聚焦状态检测方法是熟知的相位差聚焦检测方法，该方法使得能够检测屏幕内的多个不同区域的聚焦状态。

用于聚焦状态检测的光学系统示于图3。来自对象的通过图像感测透镜300的光线由辅助反射镜306(见图2)反射，并被暂时聚焦在和图像感测平面共轭的平面内的场屏蔽307附近。在图3中，产生并示出了由辅助反射镜306向回反射的光路。场屏蔽307是一个用于挡住来自屏幕中的距离测量点(聚焦状态检测区域)之外的点的外部光线的器件。

场透镜311使光圈308的开孔聚焦在图像感测透镜300的出射光瞳附近。辅助聚焦透镜位于光圈308的后面，并由一对透镜构成，每个透镜对应于光圈308中的每个开孔。通过场屏蔽307、场透镜311、光圈308和辅助聚焦透镜309的光线被聚焦在AF传感器101的线条传感器(传感器阵列)上。此外，AF传感器101的线条传感器被构成为也能够把来自不同对象的光线聚焦在图像感测屏幕内。

下面参照图4和图5说明在AF传感器101上的线条传感器和在图像感测屏幕内的距离测量点的相对位置。

图4表示AF传感器101中的各线条传感器的布局。一对线形线条传感器111a和111b被设置在AF传感器101中。

图5表示在取景器500中显示的距离测量点的布局和在AF传感器101上的线条传感器111a，111b的AF视场510的范围。在AF视场510上设置有3个距离测量点L，C和R，使得能够对对应于每个距离测量点的3个不同对象进行聚焦状态检测。

下面使用图6所示的方块图说明AF传感器101的详细的电路结构。

由上述的辅助聚焦透镜309聚焦的对象图像在线条传感器111a，111b处被进行光电转换。线条传感器111a，111b包括多个排列成一直线的像素，把信号光电转换成在电荷积累电路102a，102b中积累的像素处的电压。区域选择电路103在3个区域当中划分在积累电路102中积累的信号，并向PB对比度检测电路104a，104b，104c输入积累的信号。此外，区域选择电路103具有向PB对比度检测电路104d输入在积累电路102a中积累的所有信号的功能。

PB对比度检测电路104a，104b，104c和104d检测在各像素的积累的信号中的最大信号(下文称为“峰信号”)和最小信号(下文称为“底信号”)，并向电荷积累控制电路105输出峰信号和底信号之间的差值信号(下文称为“PB信号”)。由PB对比度检测电路104a，104b，104c，104d检测的PB信号分别被称为PB1，PB2，PB3和PB4。

电荷积累控制电路105比较PB1，PB2，PB3，PB4和目标值。然后，当PB1，PB2，PB3，PB4变得大于目标值时，电荷积累控制电路105向电荷积累电路102a，102b输出发送信号，以便向稍后要说明的帧存储器发送对应于由区域选择电路103选择的范围的积累信号。被输入到PB对比度检测电路104a，104b，104c的区域的积累信号被传送给第一帧存储器106a，106b。此外，被输入到PB对比度检测电路104d的所有区域的积累信号被传送给第二帧存储器107a，107b，因而即使要经受电荷积累控制的各区域重叠，也能同时进行电荷积累控制。应当注意，第一帧存储器106a，106b和第二帧存储器107a，107b不限于帧存储器，只要它们具有用于存储从电荷积累电路102a，102b输出的积累信号的足够的容量即可。

一旦由区域选择电路103选择的所有区域的信号被传送到帧存储器106a，106b，107a，107b，电荷积累控制电路105便使电荷积累电路102a，102b完成积累，并向CPU 100输出积累完成信号。

在第一帧存储器106a，106b和第二帧存储器107a，107b中存储的积累信号借助于CPU 100驱动移位寄存器108而作为每个像素的积累信号被输出到输出电路109。输出电路109对积累信号进行放大和其它的处理，并把处理过的积累信号输出到CPU 100的未示出的AD转换器。

下面使用图7和图8说明其中线条传感器111a，111b被分成3个区域的例子。

在图7中，线条传感器111a，111b的每一个由120个像素构成。线条传感器111a的第一像素的积累信号用SA1表示，第n个像素的积累信号用SAn表示。类似地，线条传感器111b的第一像素的积累信号用SB1表示，第n个像素的积累信号用SBn表示。

其中，区域选择电路103这样选择(指定)区域，使得区域SA1-SA40的范围的积累信号被输入到PB对比度检测电路104a，区域SA41-SA80的范围的积累信号被输入到PB对比度检测电路104b。此外，区域选择电路103这样选择(指定)各区域，使得区域SA81-SA120的范围的积累信号被输入到PB对比度检测电路104c，区域SA1-SA120的范围的积累信号被输入到PB对比度检测电路104d。

图8是表示在电荷积累时间和PB信号PB1，PB2，PB3，PB4的信号电平之间的关系的图，所述PB信号是PB对比度检测电路104a，104b，104c，104d的输出信号。电荷积累时间0表示电荷积累的开始，PB信号随时间的经过而增加。这些信号通过电荷积累控制电路105与积累停止电平相比较。PB信号PB1，PB2，PB3满足或超过停止电平的时间分别用T1，T2和T3表示。在这种情况下，在时间T1，对应于区域SA1-SA40和SB1-SB40的被输入到PB对比度检测电路104a的积累信号被传送给第一帧存储器106a，106b。在时间T2，对应于区域SA41-SA80和SB41-SB80的被输入到PB对比度检测电路104b的积累信号被传送给第一帧存储器106a，106b。在时间T3，对应于区域SA81-SA120和SB81-SB120的被输入到PB对比度检测电路104c的积累信号被传送给第一帧存储器106a，106b。

此外，PB对比度检测电路104d的PB信号PB4满足或超过积累停止电平的时间用T4表示。在时间T4，对应于所有区域SA1-SA120和SB1-SB120的被输入到PB对比度检测电路104d的积累信号被传送给第二帧存储器107a，107b。

电荷积累电路102a，102b被构成为使得能够非破坏性地向帧存储器传送积累信号。例如，即使在积累信号SA1-SA40和SB1-SB40被传送给第一帧存储器106a-106b之后，电荷积累操作被继续而不破坏这些积累信号。因此，在时间T4，对应于所有区域SA1-SA120和SB1-SB120的积累信号，也包括区域SA1-SA40和SB1-SB40的积累信号，可被传送到第二帧存储器107a，107b。因而，不需要实施为向第二帧存储器107a，107b传送这些信号而进行这些信号的重新积累。

因而，如上所述，表示对象图像对比度的PB信号在每个选择的区域被检测，并且该信号被积累，直到它们满足或超过预定电平，这使得能够在每个区域进行最佳的电荷积累控制。

下面根据图9所示的流程图详细说明按照上述构成的聚焦状态检测设备的操作。

一旦通过开关组214的操作收到聚焦状态检测开始信号，AF传感器101便开始聚焦状态检测。首先，在步骤S710，CPU 100确定开关组214是否被设置为大散焦方式。如果开关组214被设置为大散焦方式，则处理进行到步骤S702，并设置能够检测大的散焦量的第二电荷积累控制区域。与此相反，如果开关组214未被设置为大散焦方式，则处理进行到步骤S703，并设置第一电荷积累控制区域。

下面使用图10A和10B说明第一电荷积累控制区域设置和第二电荷积累控制区域设置。

图10A表示当散焦量小时设置的第一电荷积累控制区域。如图10A所示，线条传感器被分成3个部分：L区域，C区域和R区域。散焦量是小的，因此对象图像不投射到其各自的区域之外，并且在每个区域进行电荷积累控制。结果，能够检测3个不同对象的聚焦状态。在AF传感器101内的区域选择电路103被设置用于分别向PB对比度检测电路104a输入L区域的像素的积累信号，向PB对比度检测电路104b输入C区域的像素的积累信号，向PB对比度检测电路104c输入R区域的像素的积累信号。此外，虽然如上所述当设置第一电荷积累控制区域时线条传感器被分成3个区域，但是不进行向PB对比度检测电路104d输入W区域的积累信号，因为在这种情况下不需要检测大的散焦量。因此，到PB对比度检测电路104d的W区域以及到用于存储W区域的像素的积累信号的第二帧存储器107a，107b的功率被切断，以便阻止不需要的功率消耗。

图10B表示当散焦量大时的第二电荷积累控制区域设置。主要对象所在的亮的C区域的检查表示对象图像在此时投射到C区域之外。因而，在这种情况下，L区域、C区域和R区域被组合成单个W区域，这使得线条传感器能够作为一个整体获得单个连续的对象图像信号，并使得能够进行其中散焦量大并且对象图像相位差大的聚焦状态的检测。区域选择电路103被设置成使得向PB对比度检测电路104d输入W区域的像素的积累信号。

返回图9所示的流程图，在步骤S704，CPU 100控制AF传感器101，并对在上述的步骤S702或S703设置的电荷积累控制区域进行电荷积累控制。然后，在步骤S705，CPU 100进行从AF传感器101输出的电荷积累完成信号的检测。步骤S705的检测操作被重复，直到检测到积累完成信号。一旦检测到积累完成信号，处理便进行到步骤S706的信号读取操作。

当处理进行到步骤S706时，便进行读取各区域的像素信号的操作。CPU 100这样控制AF传感器101，使得在第一帧存储器106a，106b以及第二帧存储器107a，107b中存储的积累信号被连续地输出，并且积累信号被未示出的CPU 100中的AD转换器进行AD转换。其中AD转换的积累信号被存储在CPU 100的存储电路209中。接着，在步骤S707，根据在存储电路209中存储的L区域、C区域、R区域以及W区域的积累信号进行相关计算，并计算在这些区域的每个中的散焦量。换句话说，获得对应于L区域的L距离测量点、C区域的C距离测量点和R区域的R距离测量点的每一个的聚焦状态检测结果。而且，在大的散焦方式中，当散焦量大时，L区域、C区域和R区域中任一个都不能检测，因此由W区域获得对应于C距离测量点的结果。

接着，在步骤S708，CPU根据在步骤S707计算的散焦量，通过透镜通信电路205控制图像感测透镜300的聚焦透镜的驱动，并结束聚焦状态检测操作程序。

因而，如上所述，通过提供用于当散焦量小时存储积累信号的第一帧存储器106a，106b，以及用于当散焦量大时存储积累信号的第二帧存储器107a，107b，本发明同时使得线条传感器111a，111b能够被分成多个区域并能够在每个区域进行电荷积累控制，并使得能够对于由该多个区域组合构成的单个宽的区域进行电荷积累控制。因此，当在图像感测屏幕内存在多个对象时，可以对每个对象进行聚焦状态检测。此外，虽然根据图像感测透镜的状态，在所述情况下还有对象的位置，散焦量可能增加，但是可以减少用于聚焦状态检测所需的时间，并缩短释放时间延迟。

此外，表示对象图像对比度的PB信号在每个选择的区域被检测并被存储，直到信号满足或超过一个预定电平，这使得能够对每个区域进行最佳的电荷积累控制。

此外，在散焦量大时不需要进行检测的情况下，例如当显然地最大散焦量小时，本发明通过禁止对由多个区域组合而成的一个宽区域的电荷积累控制，并还通过切断和这个宽区域的电荷积累控制相关的那些电路(具体地说，PB对比度检测电路104d和第二帧存储器107a，107b)的电源，使得能够阻止不需要的功率消耗。

应当注意，虽然电荷积累区域在上述的实施例中被分成3个区域，但本发明不限于此，电荷积累控制可以在4个或更多个区域当中划分。在这种情况下，聚焦状态检测设备可以被这样配置，使得除去上述的大的散焦量和小的散焦量之外还能够选择中等的散焦量，这样，例如4个区域中的两个被组合，并对至少两个或更多个组合的区域进行积累控制。

不脱离本发明的范围和构思，可以作出本发明的各种不同的实施例，应当理解，除去所附权利要求中限定的之外，本发明不限于其特定的实施例。

Claims

1.一种聚焦状态检测设备，该聚焦状态检测设备包括：

传感器，用于感测通过经受聚焦检测的透镜的光线，该传感器包括多个光电转换器元件；

电荷积累单元，用于积累由所述传感器获得的像素信号；

第一积累控制器，用于控制由所述电荷积累单元在所述传感器被分成的多个区域的每个区域进行的积累；

第二积累控制器，用于把所述多个区域的至少一部分组合成为单个的组合区域，并控制由所述电荷积累单元在所述组合区域进行的积累；

第一存储单元，用于存储由所述第一积累控制器进行积累控制的多个区域的每个区域的每个积累信号；

第二存储单元，用于存储由所述第二积累控制器进行积累控制的所述组合区域的积累信号；以及

散焦状态检测器，用于根据在所述第一存储单元或所述第二存储单元中存储的积累信号来检测区域的散焦状态。

2.如权利要求1所述的聚焦状态检测设备，其中所述电荷积累单元甚至在向所述第一存储单元转送积累信号之后还继续电荷积累操作而不擦除积累信号。

3.如权利要求1或2所述的聚焦状态检测设备，其中：

所述第一积累控制器单独地比较在多个区域的每个区域获得的积累信号的最大信号和最小信号之间的差与一个预先设定的信号电平，并在其中所述的差达到所述预先设定的信号电平的每个区域单独地停止积累操作；以及

所述第二积累控制器比较在所述组合区域获得的最大信号和最小信号之间的差与一个预先设定的信号电平，并且当所述的差达到所述预先设定的信号电平时停止积累操作。

4.如权利要求1或2所述的聚焦状态检测设备，其中：

所述传感器是一对传感器，其每一个感测来自通过透镜的光线当中的不同的光线对；以及

所述散焦状态检测器根据从聚焦在所述传感器上的经受聚焦状态检测的图像对的积累信号所获得的相位差来检测散焦状态。

5.如权利要求1或2所述的聚焦状态检测设备，还包括用于选择大散焦方式的选择单元，

其中当不选择大聚焦方式时，所述散焦状态检测器使用在所述第一存储单元中存储的积累信号检测散焦状态，

当选择大聚焦方式时，所述散焦状态检测器使用在所述第二存储单元中存储的积累信号检测散焦状态。

6.如权利要求1或2所述的聚焦状态检测设备，其中当使用在所述第一存储单元中存储的积累信号进行散焦状态检测时，切断到所述第二积累控制器和所述第二存储单元的功率。

7.一种配备有如权利要求1所述的聚焦状态检测设备的光学仪器。