焦點檢測裝置及其控制方法、以及攝像裝置制造方法

焦點檢測裝置及其控制方法、以及攝像裝置制造方法
【專利摘要】本發明提供一種焦點檢測裝置及其控制方法、以及攝像裝置，該焦點檢測裝置包括：第一圖像傳感器，其被配置為接收通過了光學系統的光束，并輸出要用于相位差檢測方法的焦點檢測的第一信號；第二圖像傳感器，其被配置為通過掩模設備接收通過了所述光學系統并且比所述第一圖像傳感器接收的光束更窄的光束，并輸出要用于所述相位差檢測方法的焦點檢測的第二信號；以及計算電路，其被配置為進行所述相位差檢測方法的焦點檢測的計算。在所述焦點檢測計算中，使用所述第一信號的對焦位置的搜索范圍比使用所述第二信號的對焦位置的搜索范圍更寬。
【專利說明】焦點檢測裝置及其控制方法、以及攝像裝置

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種采用攝像平面相位差檢測方法的焦點檢測裝置。

【背景技術】
[0002] -種相位差檢測方法通過二次成像光學系統將通過攝像光學系統的不同光瞳區 域形成的光學圖像，再成像到不同于圖像傳感器的焦點檢測傳感器上，作為一對二次圖像， 并基于該對二次圖像之間的相對距離來檢測攝像光學系統的焦點狀態。該相位差檢測方法 被稱為所謂的TTL (通過拍攝鏡頭)二次成像相位差檢測方法。該二次成像相位差檢測方法 通過二次成像光學系統中包括的場透鏡（field lens)將一對線傳感器(焦點檢測傳感器） 投影到攝像光學系統的光瞳上，來劃分該光瞳。
[0003] 日本特開昭（JP) 62-133409號公報提出一種采用該二次成像相位差檢測方法的 焦點檢測裝置，并且在使用相關性計算檢測相位差時，基于透鏡的離焦信息來改變相關性 計算的計算范圍。離焦信息是指從當前焦點位置到無限遠端的離焦量和從當前焦點位置到 近距離端的離焦量。基于從當前焦點位置到無限遠端的離焦量以及K和G值，來計算無限 遠側的移位量。同樣，基于離焦量以及K和G值，來計算近距離側的移位量。這種方法通過 在安裝透鏡可檢測的離焦范圍中進行相關性計算，來消除浪費的計算時間。
[0004] 另一種相位差檢測方法是所謂的攝像平面相位差檢測方法，該方法針對圖像傳感 器中的二維排列微透鏡中的各個提供一對受光元件，并通過將該對受光元件投影到攝像光 學系統的光瞳上來劃分該光瞳。
[0005] 在攝像平面相位差檢測方法中，隨著離焦量增加，由于圖像信號劣化以及相位移 位，檢測到的離焦量變得比實際值更大。因此，當基于類似于JP62-133409號公報的透鏡 的離焦量來設置用于計算的移位范圍時，代表被攝體位置的移位位置可能位于移位范圍之 夕卜，并且可能檢測到代表移位范圍內的其他被攝體位置的移位位置。此外，可能以大于透鏡 可驅動量的離焦量，來驅動要基于根據檢測到的移位量計算的其目標驅動量而被驅動的透 鏡。


【發明內容】

[0006] 本發明提供了一種能夠減少使用攝像平面相位差檢測方法的攝像光學系統的焦 點狀態的錯誤檢測的焦點檢測裝置。
[0007] 作為本發明的一方面的焦點檢測裝置包括：第一圖像傳感器，其被配置為接收通 過了光學系統的光束，并輸出要用于相位差檢測方法的焦點檢測的第一信號；第二圖像傳 感器，其被配置為通過掩模設備接收通過了所述光學系統并且比所述第一圖像傳感器接收 的光束更窄的光束，并輸出要用于所述相位差檢測方法的焦點檢測的第二信號；以及計算 電路，其被配置為進行所述相位差檢測方法的焦點檢測的計算，其特征在于，在所述焦點檢 測計算中，使用所述第一信號的對焦位置的搜索范圍比使用所述第二信號的對焦位置的搜 索范圍更寬。
[0008] 從以下參照附圖對示例性實施例的描述，本發明的其他特征將變得清楚。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1是根據本實施例的包括焦點檢測裝置的照相機系統的框圖。
[0010] 圖2A和2B是例示根據本實施例的攝像平面相位差檢測方法的構成的示意圖。
[0011] 圖3是根據本實施例的實時取景拍攝處理流程的流程圖。
[0012] 圖4是根據本實施例的運動圖像拍攝處理的流程圖。
[0013] 圖5是根據本實施例的靜止圖像拍攝處理的流程圖。
[0014] 圖6是根據本實施例的焦點檢測計算處理的流程圖。
[0015] 圖7A至7C是用于說明根據本實施例的焦點檢測計算處理的圖。
[0016] 圖8A和8B是用于說明根據本實施例的攝像平面相位差檢測方法和二次成像相位 差檢測方法的光學特性的圖。
[0017] 圖9是用于說明通過根據本實施例的攝像平面相位差檢測方法觀測到的離焦量 的圖。
[0018] 圖10是用于說明針對根據本實施例的攝像平面相位差檢測方法和二次成像相位 差檢測方法中的各個的相關量與透鏡的光學信息之間的關系的圖。
[0019] 圖11是根據本實施例的相關性計算范圍設置處理的流程圖。
[0020] 圖12是根據本實施例的透鏡驅動量設置處理的流程圖。

【具體實施方式】
[0021] 以下將參照附圖詳細描述本發明的實施例。以下描述的實施例是實現本發明的示 例，因此可以根據本發明所適用的裝置的配置，在各種條件下酌情修改或改變實施例。本發 明不限于以下實施例。
[0022] 實施例
[0023] 圖1是例示根據本發明的實施例的包括鏡頭和照相機本體的鏡頭交換式照相機 系統的配置的框圖。雖然本實施例將描述鏡頭交換式照相機系統(攝像裝置)，但是本發明 也適用于鏡頭一體式攝像裝置。
[0024] 如圖1所示，根據本實施例的照相機系統由鏡頭10 (透鏡單元)和照相機20 (攝像 裝置）組成。鏡頭10包括被配置為集中控制鏡頭10的整體操作的透鏡控制器106。照相 機20包括被配置為集中控制照相機20的整體操作相機控制器212。照相機控制器212和 透鏡控制器106能夠經由照相機通信控制器213和透鏡通信控制器108相互通信。當本發 明的實施例應用于鏡頭一體式攝像裝置時，照相機控制器212可以用作透鏡控制器106的 所有功能和單元。在這種情況下，照相機控制器212集中控制鏡頭一體式攝像裝置的整體 操作。
[0025] 現在將描述鏡頭10的配置。鏡頭10包括固定透鏡101、光圈102、聚焦透鏡103、 光圈驅動器104、聚焦透鏡驅動器105、透鏡控制器106以及透鏡操作單元107。在本實施例 中，固定透鏡101、光圈102以及聚焦透鏡103組成了攝像光學系統。固定透鏡101是鏡頭 10中的最接近被攝體的固定的第一透鏡單元。光圈102控制入射到稍后描述的圖像傳感器 201的光強度，并由光圈驅動器104驅動。聚焦透鏡103在鏡頭10中最接近攝像平面，并 且由聚焦透鏡驅動器105在光軸方向上驅動，以對在稍后描述的圖像傳感器201上形成的 圖像進行聚焦。各自由透鏡控制器106控制的光圈驅動器104和聚焦透鏡驅動器105分別 改變光圈102的F值和聚焦透鏡103在光軸方向上的位置。響應于通過透鏡操作單元107 的用戶操作，透鏡控制器106進行根據用戶操作的控制。透鏡控制器106根據經由照相機 通信控制器213和透鏡通信控制器108從稍后描述的照相機控制器212接收的控制指令或 控制信息，來控制光圈驅動器104和聚焦透鏡驅動器105。透鏡控制器106將透鏡控制信息 (光學信息）經由透鏡通信控制器108和照相機通信控制器213發送到照相機控制器212。
[0026] 現在將描述照相機20的配置。照相機20包括圖像傳感器201、⑶S/AGC/AD轉換器 202、圖像輸入控制器203、照相機控制器212以及定時發生器215,從而能夠從通過攝像光 學系統的光束中獲得圖像信號。照相機20還包括AF信號處理器204、總線21、顯示控制器 205、顯示單元206、記錄介質控制器207、記錄介質208、SDRAM209、R0M210、閃速R0M211、照 相機通信控制器213以及照相機操作單元214。圖像傳感器201是諸如C⑶傳感器或CMOS 傳感器的光電轉換器(光電二極管)。通過鏡頭10的攝像光學系統的光束或者被攝體圖像 形成于圖像傳感器201的受光面上，然后被轉換成與各個光電二極管的光束強度相對應的 信號電荷。根據照相機控制器212的請求，基于由定時發生器215發出的激勵脈沖，從圖像 傳感器201中依次讀取在光電二極管上累積的各個信號電荷作為電壓信號（圖像信號/AF 信號)。
[0027] 在本實施例中，如圖2B所示，圖像傳感器201針對每個像素包括兩個光電二極管 PD，以進行攝像平面相位差AF。通過各微透鏡ML分離通過攝像光學系統TL的出射光瞳EP 的整個區域的光束，并將各分離光束的圖像形成在這兩個光電二極管ro上，能夠提取諸如 圖像信號和AF信號的兩種類型的信號。兩個光電二極管的信號A和B的總和構成了圖 像信號，各個信號A和B是用于攝像平面相位差AF的信號。通過將這些像素分散地布置在 圖像傳感器201的整個表面上，或者通過提供被配置為對通過攝像光學系統的出射光瞳的 不同光瞳區域的相應光束進行光電轉換的第一和第二像素，能夠在攝像平面的整個區域上 進行焦點檢測。在焦點檢測中，稍后描述的AF信號處理器204基于AF信號計算兩個圖像 信號之間的相關性，并計算圖像移位量和各種可靠性信息。圖2A是根據本實施例的圖像傳 感器201的部分像素的放大圖，該像素布置被稱為原色拜耳陣列。更具體地，這是以拜耳陣 列布置有R (紅色)、G (綠色）和B (藍色）的原色濾波器的二維單片CMOS彩色圖像傳感器。 在圖2A中，R表示R像素，B表示B像素，各個Gr和Gb表示G像素。
[0028] 圖像信號和AF信號被從圖像傳感器201中讀取，被輸入到⑶S/AGC/AD轉換器 202,然后經歷相關雙采樣、增益調整、以及數字化處理，以消除復位噪聲。⑶S/AGC/AD轉換 器202分別將圖像信號輸出到圖像輸入控制器203,并將攝像平面相位差AF信號輸出到AF 信號控制器204。
[0029] 圖像輸入控制器203將從⑶S/AGC/AD轉換器202輸出的圖像信號存儲在 SDRAM209中。然后，顯示控制器205經由總線21顯示存儲在SDRAM209中的圖像信號。在 圖像信號的記錄模式中，記錄介質控制器207將圖像信號存儲在記錄介質208中。連接到 總線21的R0M210存儲要由照相機控制器212執行的控制程序、以及控制所需的各種數據 等。閃速R0M211存儲關于照相機20的操作的各種設置信息，例如用戶設置信息等。
[0030] AF信號處理器204計算從⑶S/AGC/AD轉換器202輸出的兩個AF信號之間的相關 性，并計算圖像移位量和可靠性信息(兩個圖像的匹配度、兩個圖像的清晰度、對比度信息、 飽和信息和劃痕（scratch)信息)。然后，AF信號處理器204將計算出的圖像移位量和可 靠性信息輸出到照相機控制器212。照相機控制器212基于獲得的圖像移位量和可靠性信 息向AF信號處理器204通知計算出的設置變化。例如，當圖像移位量較大時照相機控制器 212放大相關性計算區域，或者根據對比度信息改變帶通濾波器的類型。后面將參照圖6至 12描述相關性計算的詳情。根據本發明的實施例的焦點檢測裝置至少包括上述AF信號處 理器204和稍后描述的照相機控制器212。
[0031] 雖然本實施例從圖像傳感器201中提取總共三個信號，例如一個圖像信號和兩個 AF信號，但是可適用的方法并不限于此方法。為了減少圖像傳感器201的負荷，例如，該控 制可以提取兩個信號(例如一個圖像信號和一個AF信號)，然后減去這兩個信號之間的差以 生成另一 AF圖像信號。
[0032] 照相機控制器212與照相機20的所有內部構件進行通信，并控制這些內部構件。 除了照相機20中的處理之外，照相機控制器212還根據來自照相機操作單元214的用戶操 作和輸入，執行各種照相機功能，例如電源開/關、設置改變、記錄開始、AF控制開始及記錄 圖像確認。如上所述，照相機控制器212與鏡頭10中的透鏡控制器106進行信息通信，發 送針對鏡頭10的控制指令或信息，并且獲得鏡頭10中的(光學)信息。如上所述，照相機控 制器212用作獲得單元，其被配置為獲得鏡頭10 (攝像光學系統）的光學信息。照相機控 制器212還用作焦點檢測計算器，其被配置為檢測攝像光學系統的焦點狀態，并且，照相機 控制器212用作驅動量計算器，其被配置為基于攝像光學系統的焦點狀態，計算用于驅動 攝像光學系統的驅動量。稍后將描述其詳情。
[0033] 現在將描述根據本實施例的圖1的照相機20的操作。
[0034] 圖3是例示照相機20的攝像處理的過程的流程圖。在步驟S301中，照相機控制 器212進行照相機20的初始化處理，然后流程進入到步驟S302。在初始化處理中，照相機 控制器212與鏡頭10進行通信，并獲得鏡頭10的各種光學信息。該各種光學信息包含從當 前焦點位置到無限遠端的離焦量、以及從當前焦點位置到近距離端的離焦量，這兩者均在 本實施例中使用。在本實施例中，各種光學信息存儲于透鏡控制器106中的透鏡側R0M109 中。從閃速R0M211中讀出照相機20的操作的各種設置信息(例如用戶設置信息)。在步驟 S302中，照相機控制器212確定照相機20的攝像模式為運動圖像攝取（pickup)模式還是 靜止圖像攝取模式。當為運動圖像攝取模式時，流程進入到步驟S303,而當為靜止圖像攝 取模式時，流程進入到步驟S304。在步驟S303中，執行運動圖像攝取處理，然后該流程進 入到步驟S305。稍后將參照圖4描述步驟S303中的運動圖像攝取處理的詳情。當選擇靜 止圖像攝取模式時，流程進入到步驟S304,以進行靜止圖像攝取處理，然后流程進入到步驟 S305。稍后將參照圖5描述步驟S304中的靜止圖像攝取處理的詳情。在步驟S303中的運 動圖像攝取處理或步驟S304中的靜止圖像攝取處理后，流程進入到步驟S305,以確定是否 已經停止拍攝處理。當尚未停止拍攝處理時，流程進入到步驟S302,而當拍攝處理已經停止 時，結束該拍攝處理。當執行非拍攝操作(例如照相機20的斷電、攝像模式的改變、照相機 20的用戶設置處理、以及用于確認靜止或運動圖像的再現處理）時，停止該拍攝處理。
[0035] 現在將參照圖4描述圖3的步驟S303中的運動圖像攝取處理。照相機控制器212 在步驟S401至S403中執行運動圖像記錄處理。在步驟S401中，照相機控制器212確定運 動圖像記錄開關是否接通，并且當開關接通時流程進入到步驟S402,而當開關斷開時流程 進入到步驟S403。本實施例可以通過按下運動圖像記錄按鈕來開始和停止運動圖像記錄， 也可以使用其他切換方法。
[0036] 在步驟S401至S403中的運動圖像記錄處理之后的步驟S404中，確定是否要進行 運動圖像伺服AF。當要進行運動圖像伺服AF時流程進入到步驟S405,而當不進行運動圖 像伺服AF時流程進入到步驟S408。在此，運動圖像伺服AF是指照相機控制器212連續執 行后述的焦點檢測處理并驅動透鏡以進行連續聚焦的操作。當步驟S301的初始化處理讀 取在閃速R0M211中存儲的設置信息或者執行照相機20的用戶設置處理時，照相機控制器 212設置運動圖像伺服AF。在步驟S405中，執行焦點檢測（計算）處理，如后面詳述。在步 驟S406中，在步驟S405中檢測到(計算出）的焦點狀態被轉換成聚焦透鏡103的驅動量，如 后面詳述。在步驟S407中，根據在步驟S406中計算出的透鏡驅動量來驅動透鏡。在步驟 S408中，確定運動圖像攝取處理是否已經停止。當運動圖像攝取處理繼續進行時流程返回 到步驟S401，而當運動圖像攝取處理要被中斷時運動圖像攝取處理結束。
[0037] 現在將參照圖5描述說明圖3的步驟S304的靜止圖像攝取處理。在步驟S501中， 確定是否要進行連續AF。當要進行連續AF時流程進入到步驟S502,而當不進行連續AF時 流程進入到步驟S505。在此，連續AF是稍后描述的用于驅動透鏡連續聚焦的連續焦點檢 測處理。當步驟S301的初始化處理讀取閃速R0M211中存儲的設置信息或執行照相機20 的用戶設置處理時，設置連續AF。在步驟S502中，執行焦點檢測(計算)處理，如后面詳述。 在步驟S503中，在步驟S502中檢測到（計算出）的焦點狀態被轉換成聚焦透鏡103的驅動 量，如后面詳述。在步驟S504中，根據步驟S503中計算出的透鏡驅動量驅動透鏡。在步驟 S505中，確定靜止圖像攝取處理是否已經停止。當要繼續進行靜止圖像攝取處理時流程返 回到步驟S501，而當靜止圖像攝取處理要被中斷時流程結束靜止圖像攝取處理。
[0038] 現在將參照圖6描述圖4的步驟S405和圖5的步驟S502的焦點檢測計算處理。 盡管在以下描述中本實施例將步驟S405的運動圖像攝取處理中的焦點檢測計算處理與步 驟S502的靜止圖像攝取處理中的焦點檢測計算處理視為相同，但是焦點檢測計算處理可 以根據各個拍攝處理而不同。
[0039] 首先，在步驟S601中，從任意的焦點檢測區域中獲得圖像信號。然后，基于步驟 S601中獲得的圖像信號在步驟S602中計算相關量。圖7A例示了圖像信號A和B中的各個 從-S到+S被移位1位，其中，S是最大移位量。圖7A例示了當圖像信號A和B中的各個 被移位1位時的移位位置 -S、- (S-2s)、- (S-4s)、0、+ (S-4s)、+ (S-2s)和+S。能夠基于 在各個移位位置處的圖像信號A和B之間的差的絕對值的總和，來計算相關量COR。其中， i是移位量，Μ是像素的數目，相關量可以由以下表達式（1)進行計算。

【權利要求】
1. 一種焦點檢測裝置，其包括： 第一圖像傳感器，其被配置為接收通過了光學系統的光束，并輸出要用于相位差檢測 方法的焦點檢測的第一信號； 第二圖像傳感器，其被配置為通過掩模設備接收通過了所述光學系統并且比所述第一 圖像傳感器接收的光束更窄的光束，并輸出要用于所述相位差檢測方法的焦點檢測的第二 信號；以及 計算電路，其被配置為進行所述相位差檢測方法的焦點檢測的計算，其特征在于，在所 述焦點檢測計算中，使用所述第一信號的對焦位置的搜索范圍比使用所述第二信號的對焦 位置的搜索范圍更寬。
2. 根據權利要求1所述的焦點檢測裝置，其特征在于，所述計算電路計算將所述光學 系統驅動到對焦位置的量。
3. 根據權利要求1所述的焦點檢測裝置，其特征在于，基于從所述光學系統發出的信 息，來限制所述光學系統被驅動的量。
4. 根據權利要求3所述的焦點檢測裝置，其特征在于，從所述光學系統發送的信息包 含從所述光學系統的當前焦點位置到無限遠端的無限遠側離焦量、以及從所述光學系統的 當前焦點位置到近距離端的近距離側離焦量。
5. 根據權利要求4所述的焦點檢測裝置，其特征在于， 所述計算電路將所述無限遠側離焦量轉換成第一移位量，將通過所述第一移位量乘以 預定值而獲得的第二移位量與無限遠側最大移位量進行比較，并且在所述第二移位量小于 所述無限遠側最大移位量的情況下，將所述無限遠側最大移位量限制為所述第二移位量， 并且 所述計算電路將所述近距離側離焦量轉換成第三移位量，將通過所述第三移位量乘以 所述預定值而獲得的第四移位量與近距離側最大移位量進行比較，并且在所述第四移位量 小于所述近距離側最大移位量的情況下，將所述近距離側最大移位量限制為所述第四移位 量。
6. 根據權利要求5所述的焦點檢測裝置，其特征在于，在所述光學系統以預定離焦量 離焦的情況下，根據所述預定離焦量與所述第一圖像傳感器檢測到的離焦量之間的差，來 獲得所述預定值。
7. 根據權利要求5所述的焦點檢測裝置，其特征在于，所述預定值根據被攝體的對比 度而變化。
8. 根據權利要求5所述的焦點檢測裝置，該焦點檢測裝置還包括存儲器，該存儲器被 配置為存儲所述預定值。
9. 一種攝像裝置，其包括： 獲得單元，其被配置為獲得光學系統的信息；以及 根據權利要求1至8中的任意一項所述的焦點檢測裝置。
10. -種焦點檢測裝置的控制方法，所述控制方法包括以下步驟： 從第一圖像傳感器中輸出要用于相位差檢測方法的焦點檢測的第一信號，所述第一圖 像傳感器被配置為接收通過了光學系統的光束； 從第二圖像傳感器中輸出要用于所述相位差檢測方法的焦點檢測的第二信號，所述第 二圖像傳感器被配置為通過掩模設備接收通過了所述光學系統并且比所述第一圖像傳感 器接收的光束更窄的光束；以及 通過計算電路進行所述相位差檢測方法的焦點檢測的計算，其特征在于，在所述焦點 檢測計算中，使用所述第一信號的對焦位置的搜索范圍比使用所述第二信號的對焦位置的 搜索范圍更寬。
【文檔編號】G02B7/28GK104052920SQ201410090302
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月12日 優先權日:2013年3月12日
【發明者】阪口武士 申請人:佳能株式會社