專利名稱：距離測量和光度測定裝置、以及成像設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于測量到測量目標的距離以及測量測量目標的亮度的距離測量和光度測定裝置，并涉及包括距離測量和光度測定裝置的成像設備，諸如數字靜物相機或者數字視頻相機。
背景技術：
迄今為止，在包括外部測量類型的距離測量裝置和光度測定裝置的數字靜物相機 (以下稱為“數碼相機”)等中，為了減小相機主體等的大小，將距離測量裝置和光度測定裝置集成在一個單元中(例如，見日本專利號3958055)。日本專利號3958055所示的距離測量和光度測定裝置包括多對距離測量線傳感器以及布置在多對距離測量線傳感器之間的多個光度測定傳感器，距離測量線傳感器和光度測定傳感器布置在單一芯片上。然而，因為在包括傳統外部測量類型的距離測量和光度測定裝置的數碼相機中的整個圖像平面上布置距離測量線傳感器，所以數碼相機僅能夠在三個距離測量區域上執行距離測量，該三個距離測量區域即，圖像平面的中心部分以及在中心部分右邊和左邊的部分。這樣會造成例如如果主要對象位于距離測量區域以外的圖像平面的左上部附近，則不能對主要對象準確地執行距離測量的問題。此外，由光度測定傳感器執行光度測定的區域位于三個距離測量區域附近。這會造成另一問題，例如如果主要對象位于光度測定區域以外的圖像平面的左上部附近，則不能對主要對象準確地執行光度測定。
發明內容
本發明的目的是提供距離測量和光度測定裝置，以及使用距離測量和光度測定裝置的成像設備，其無論測量目標在哪里都允許執行準確的距離測量和光度測定。為了實現以上目的，根據本發明實施例的距離測量和光度測定裝置包括以預定間隔布置的一對距離測量傳感器；布置在距離測量傳感器之間的光度測定傳感器；配置為在距離測量傳感器上形成距離測量目標的圖像的一對距離測量透鏡；配置為在光度測定傳感器上形成距離測量目標的圖像的光度測定透鏡；配置為基于從每個距離測量傳感器輸出的信號而計算到距離測量目標的距離的距離計算單元；以及配置為基于從光度測定傳感器輸出的信號而計算距離測量目標的亮度的光度測定計算單元。距離測量傳感器和光度測定傳感器在單一傳感器板上形成，且其每個都是以平面形式布置的具有多個光接收元件的二維傳感器。
圖1是示出根據本發明第一實施例的包括距離測量和光度測定裝置的成像設備的示例的數碼相機的前視圖。圖2是示出根據第一實施例的數碼相機的簡要的系統配置的框圖。圖3是示出根據第一實施例的距離測量和光度測定裝置的截面側視示意圖。圖4是示出根據第一實施例的距離測量和光度測定裝置的成對的距離測量圖像傳感器和光度測定圖像傳感器的平面圖。圖5是說明由距離測量和光度測定裝置進行距離測量的原理的示意圖。圖6是示出在半導體晶片上形成多個圖像傳感器的平面圖。圖7是示出根據第二實施例的數碼相機的簡要的系統配置的框圖。圖8A是示出用放大到廣角側的透鏡取得的圖像的示例的圖，以及圖8B是示出縮小到遠攝側的透鏡系統取得的圖像的示例的視圖。圖9A是示出根據本發明第二實施例的距離測量和光度測定裝置的成對的距離測量透鏡以及視角不同的三個光度測定透鏡的側視圖，以及圖9B是示出根據本發明第二實施例的距離測量和光度測定裝置的成對的距離測量圖像傳感器以及布置在傳感器之間的三個光度測定圖像傳感器的側視圖。圖IOA是示出根據第二實施例的距離測量和光度測定裝置的每個距離測量圖像傳感器的像素平面中設置的五個距離測量框區域(frame region)的圖，以及圖IOB是示出當成像透鏡系統2的成像視角轉移到遠攝側時在每個距離測量圖像傳感器的整個像素平面中心的附近設置的距離測量目標區域的圖。
具體實施例方式以下將參考附圖詳細說明本發明的優選實施例。[第一實施例]圖1示出包括根據本發明第一實施例的距離測量和光度測定裝置的成像設備的示例的數碼相機。(數碼相機的外觀配置)如圖1所示，在根據該實施例的數碼相機1的前表面(正面)側上，布置成像透鏡系統2、透鏡陣列4等。透鏡陣列4位于距離測量和光度測定裝置3的前表面側上。在透鏡陣列4的表面上，集成第一和第二距離測量透鏡fe和恥以及光度測定透鏡6 (稍后將詳細描述距離測量和光度測定裝置幻。第一和第二距離測量透鏡fe和恥以預定間隔布置在水平方向上。光度測定透鏡6布置在第一和第二距離測量透鏡如和恥之間。成像透鏡系統 2、第一和第二距離測量透鏡fe和5b、以及光度測定透鏡6具有相互平行的光軸。(數碼相機1的系統配置)如圖2所示，數碼相機1包括具有多個透鏡組的成像透鏡系統2 ；具有快門功能的光圈單元10 ；CXD圖像傳感器11，其是配置為在光接收面上形成來自成像透鏡系統2的對象圖像的圖像的固態圖像傳感器；配置為捕捉從CCD圖像傳感器11的每個像素輸出的成像信號(電信號)并且將所捕捉信號轉換為可以顯示和記錄的圖像數據的信號處理器 12 ；包括釋放按鈕7、成像模式切換按鈕8等(見圖1)的操縱部件13 ；配置為響應來自操
5縱部件13的操縱輸入信息，基于存儲在R0M(未示出)中的控制程序而對數碼相機1的整個系統執行控制的控制器14 ；配置為顯示由信號處理器12生成的圖像數據的液晶監視器 (LCD) 15 ；配置為驅動成像透鏡系統2的聚焦透鏡組的聚焦透鏡驅動部件16 ；配置為驅動光圈單元10的光圈單元驅動部件17 ；配置為測量到對象的距離以及測量對象的亮度的外部測量類型的距離測量和光度測定裝置3 ；等等。由信號處理器12生成的圖像數據存儲在可從數碼相機1拆卸的存儲卡18中。(距離測量和光度測定裝置3的配置)如圖3和圖4所示，距離測量和光度測定裝置3包括在其的前表面具有開口的殼體20 (圖3的上側)；矩形透鏡陣列4，其位于殼體20的前表面側上，由透明樹脂材料制成， 以及在該矩形透鏡陣列4中，以直線(在數碼相機1的水平方向上)集成地形成第一和第二距離測量透鏡如和恥以及光度測定透鏡6 ；圖像傳感器板21，其形狀像薄板，被布置在殼體20的后表面側(圖3的下側)，并位于透鏡陣列4的對面；距離測量圖像傳感器2 和 22b，其是布置在圖像傳感器板21上的平面(二維)距離測量傳感器；光度測定圖像傳感器 23，其是布置在圖像傳感器板21上的平面(二維)光度測定傳感器；以及布置在圖像傳感器板21的后表面的電路板24。成對的平面距離測量圖像傳感器2 和2 布置在第一和第二距離測量透鏡fe 和恥的對面。其間，位于距離測量圖像傳感器22a和22b之間的平面光度測定圖像傳感器 23布置在光度測定透鏡6的對面。各個距離測量圖像傳感器22a和22b以及光度測定圖像傳感器23的平面光接收表面具有相同的大小以及相同的像素數。此外，在光度測定圖像傳感器23與每個距離測量圖像傳感器2 和22b之間提供預定縫隙(gap)。圖像傳感器板21上的距離測量圖像傳感器2 和22b以及光度測定圖像傳感器 23是用已知的半導體工藝在半導體晶片上集成地形成的圖像傳感器，諸如CXD或者CMOS， 其每個都具有以點陣布置的多個光接收元件(像素)(稍后將詳細描述距離測量圖像傳感器2 和22b以及光度測定圖像傳感器23)。第一和第二距離測量透鏡fe和恥以及光度測定透鏡6各自的光軸相互平行。距離測量圖像傳感器2 和22b以及光度測定圖像傳感器23的光接收表面的對角線中心分別位于實質上匹配透鏡(第一和第二距離測量透鏡fe和恥以及光度測定透鏡6)的光軸的位置。第一和第二距離測量透鏡fe和恥具有使得進入第一和第二距離測量透鏡fe和 5b的來自對象的光束可以分別在距離測量圖像傳感器2 和22b的表面上形成圖像的焦距。光度測定透鏡6具有使得進入光度測定透鏡6的來自對象的光束可以在光度測定圖像傳感器23的表面上形成圖像的焦距。此外，設計以使得第一和第二距離測量透鏡fe和恥以及光度測定透鏡6的視角每個都實質上等于成像透鏡系統2的視角。這允許距離測量和光度測定裝置3在覆蓋CXD 圖像傳感器11的整個光接收表面(成像區域)的整個圖像平面上執行距離測量和光度測定。向電路板M提供距離測量計算部件25、光度測定計算部件沈等。距離測量計算部件25配置為捕捉從距離測量圖像傳感器2 和22b的像素輸出的像素輸出信號以及通過計算分別在距離測量圖像傳感器2 和22b上形成的對象圖像之間的位移(視差)來計算到對象的距離。光度測定計算部件沈配置為捕捉從光度測定圖像傳感器23的像素輸出的像素輸出信號并計算對象的亮度。由距離測量計算部件25如此計算的距離信息以及由光度測定計算部件沈如此計算的亮度信息輸出到控制器14。控制器14包括配置為基于從距離測量傳感器輸出的信號而計算到距離測量目標的距離的距離計算單元，以及配置為基于從光度測定傳感器輸出的信號而計算距離測量目標的亮度的光度測定計算單元。控制器14基于輸入的距離信息而輸出驅動控制信號到聚焦透鏡驅動部件16，以使得相機可以在對象上聚焦，然后基于輸入的亮度信息而輸出驅動控制信號到光圈單元驅動部件17以使得可以正確地曝光對象。現在，將描述由距離測量和光度測定裝置3執行的距離測量的原理。如圖5所示，對象A上某一點的圖像在距離測量圖像傳感器22a的表面上形成為對象圖像al，以及該某一點的圖像在距離測量圖像傳感器22b的表面上形成為對象圖像 a2，其中對象圖像al與a2相互的位移是視差Δ。然后由多個光接收元件(像素)接收圖像并且將圖像轉換為電信號。注意，在圖5中，省略布置在第一和第二距離測量透鏡如和 5b之間的光度測定透鏡6以及布置在距離測量圖像傳感器2 和22b之間的光度測定圖像傳感器23。當Δ表示視差、D表示第一和第二距離測量透鏡fe和恥的光軸之間的距離(基線長度)、L表示對象A與第一和第二距離測量透鏡fe和恥中每一個之間的距離、f表示第一和第二距離測量透鏡如和恥中每一個的焦距，并且當L >> f時，滿足以下公式(1)。L = D · f/Δ...公式(1)因為D和f是已知的，所以通過使用眾所周知的計算方法，通過使距離測量計算部件25根據分別從距離測量圖像傳感器2 和22b的像素(光接收元件)輸出的像素輸出信號來計算視差Δ，可以計算出對象A與第一和第二距離測量透鏡如和恥中每一個之間的距離L。注意，如果第一和第二距離測量透鏡fe和恥的光軸之間的距離(基線長度)D太小，則視差Δ也太小以致于不能準確地計算到對象A的距離L。(由距離測量和光度測定裝置3進行的距離測量和光度測定操作)接下來，將描述當以數碼相機1成像對象時，由距離測量和光度測定裝置3執行的距離測量和光度測定操作。當打開電源開關，拍照者半按下釋放按鈕7時，控制器14輸出距離測量和光度測定開始命令信號到距離測量和光度測定裝置3。進入第一和第二距離測量透鏡5a和恥的來自對象的光束分別在距離測量圖像傳感器2 和22b的表面上形成圖像，且進入光度測定透鏡6的光束在光度測定圖像傳感器23的表面上形成圖像。如上所述，距離測量計算部件25捕捉從距離測量圖像傳感器2 和22b的所有像素輸出的像素輸出信號，并通過計算分別在距離測量圖像傳感器2 和22b上形成的對象圖像之間的位移(視差)來計算到對象的距離。在這種場合，光度測定計算部件沈捕捉從光度測定圖像傳感器23的像素輸出的像素輸出信號，并基于像素輸出的幅度(magnitude)而計算對象的亮度。如此計算的有關到對象的距離的信息以及有關對象亮度的信息輸出到控制器14。控制器14基于輸入的距離信息執行控制以驅動聚焦透鏡驅動部件16。因此，聚焦透鏡驅動部件16移動成像透鏡系統2的聚焦透鏡組到聚焦位置，以使得可以在CXD圖像傳感器11的光接收表面上形成對象圖像。控制器14還基于輸入的亮度信息執行控制以驅動光圈單元驅動部件17。因此，光圈單元驅動部件17設置光圈單元10的打開狀態(光圈值)，CXD圖像傳感器11的電子快門的啟動數目等，以使得可以正確地曝光對象。當完全按下釋放按鈕7時，在聚焦狀態下并用適當的曝光條件(C⑶圖像傳感器11 的電子快門的啟動數目，光圈單元10的光圈值等)成像對象。然后，信號處理器12捕捉從 CCD圖像傳感器11的像素輸出的成像信號，并且將所捕捉的信號轉換為可以顯示和記錄的圖像數據。由信號處理器12生成的圖像數據作為圖像顯示在液晶監視器(IXD) 15上，或者記錄在存儲卡18中。如上所述，根據包括該實施例的距離測量和光度測定裝置3的數碼相機1，距離測量和光度測定裝置3能夠基于從平面距離測量圖像傳感器2 和22b以及光度測定圖像傳感器23中的每一個的整個像素平面中輸出的像素輸出信號而在整個圖像平面上大范圍地執行準確的距離測量和光度測定。這允許數碼相機1準確地測量到對象的距離以及對象的亮度，而無論對象在圖像平面的哪個位置，從而獲得高質量的圖像。接下來，將詳細描述距離測量和光度測定裝置3的距離測量圖像傳感器2 和22b 以及光度測定圖像傳感器23。用已知的半導體工藝在半導體晶片上集成地形成圖像傳感器板21上的成對的距離測量圖像傳感器2 和22b以及光度測定圖像傳感器23，以及用掩模(mask)在每個傳感器上制圖(pattern)像素。在制圖中，使用具有使得距離測量圖像傳感器2 和22b以及光度測定圖像傳感器23的像素矩陣相互平行的圖案的掩模。此外，因為半導體晶片的表面是平面，所以各個距離測量圖像傳感器2 和22b以及光度測定圖像傳感器23的法線必定相互平行。因此，布置距離測量圖像傳感器2 和22b，而沒有它們的光接收表面上的任何角位移，因此允許準確的距離測量。另外，在該實施例中使用的距離測量和光度測定裝置3的距離測量圖像傳感器 2 和22b以及光度測定圖像傳感器23的大小比用于成像對象的數碼相機1中使用的CXD 圖像傳感器11的圖像傳感器小得多。因此，例如，通常在移動電話等中實現的相機模塊的圖像傳感器可以用作距離測量和光度測定裝置3的距離測量圖像傳感器2 和2 以及光度測定圖像傳感器。大量生產這種用于移動電話的相機模塊的圖像傳感器，因此就成本而言是有利的。VGA(640X480像素)大小的圖像傳感器的成本尤其低。這種VGA大小的圖像傳感器大約是1/10英寸大。如圖6所示，通過已知的半導體工藝，從具有在其上形成的VGA大小的多個圖像傳感器31的半導體晶片30剪下以直線布置的三個相鄰圖像傳感器(例如，以斜線示出的三個圖像傳感器)。因此，可以容易地并以低成本獲得如圖4所示的圖像傳感器板21，其中在其表面上集成地形成成對的距離測量圖像傳感器2 和22b以及位于傳感器2 和22b之間的光度測定圖像傳感器23。因此，可以降低距離測量和光度測定裝置3的成本。另外，在這些傳感器單獨地位于板21上的圖像傳感器板21上，不需要增加諸如實現在距離測量和光度測定裝置3中使用的距離測量圖像傳感器2 和22b以及位于傳感器22a和22b之間的光度測定圖像傳感器23之類的工藝。這允許距離測量圖像傳感器2 和 22b以及位于傳感器2 和22b之間的光度測定圖像傳感器23準確地位于圖像傳感器板 21上的狀態得以長時間地保持，且因此允許長時間地執行準確的距離測量。[第二實施例]圖7示出根據本發明第二實施例的包括距離測量和光度測定裝置的成像設備的示例的數碼相機的框圖。如圖7所示，該實施例的數碼相機Ia包括成像透鏡系統2中的變焦透鏡組，且因此包括變焦透鏡驅動部件19。另外，控制器14包括配置為基于從CXD圖像傳感器11捕捉的成像信號而執行自聚焦控制的自聚焦控制器(以下稱為“AF控制器”)14a。除距離測量和光度測定裝置3a以外，數碼相機Ia的配置與圖2所示的第一實施例的相同，因此將省略重復描述(稍后將詳細描述該實施例的距離測量和光度測定裝置3a)。在該實施例中，變焦透鏡組包括在成像透鏡系統2中。因此，在數碼相機Ia具有 28mm至300mm(等效于35mm)高性能光學變焦功能的情況下，例如，如圖8A和圖8B所示，極端廣角(圖8A)與極端遠攝(圖8B)在成像視角(成像范圍)方面大大不同。注意，在圖 8A和圖8B中，中心的兩個人是對象。用這樣的方式，在包括高性能光學變焦功能的數碼相機Ia中，極端廣角和極端遠攝在成像視角方面大大不同。在用縮小到極端遠攝的透鏡系統成像時的成像視角遠小于極端廣角的成像視角。現在，例如，假定與第一實施例中一樣，在距離測量和光度測定裝置3 中僅提供一組光度測定透鏡和光度測定圖像傳感器，以及光度測定透鏡的視角設置為極端廣角的成像視角的情況。在這種情況下，當用縮小到極端遠攝的透鏡系統對物體成像時，并且如果在成像時在成像視角外提供亮的光源等，則因為光度測定透鏡的視角設置為極端廣角的成像視角，所以不得不考慮光源的亮度而執行光度測定。為此，在成像時，有時不能適當地對成像視角內的對象執行光度測定。為了解決該問題，在該實施例的距離測量和光度測定裝置3a中，在透鏡陣列4的兩側上形成的成對的第一和第二距離測量透鏡如和恥之間以直線形成視角不同的三個光度測定透鏡eajb和6c，并且成對的距離測量圖像傳感器22a和22b以及三個光度測定圖像傳感器23a、2!3b和23c在圖像傳感器板21上形成，以分別與第一和第二距離測量透鏡fe 和恥以及光度測定透鏡6a、6b和6c相對，如圖9A和圖9B所示。注意，距離測量圖像傳感器2 和22b以及三個光度測定圖像傳感器23a、2 和23c具有相同的大小和相同的像素數。除了以上的之外，距離測量和光度測定裝置3a的配置與第一實施例的距離測量和光度測定裝置3的配置相同。還有在該實施例中，如圖6所示，通過已知的半導體工藝，從具有在其上形成的 VGA大小的多個圖像傳感器31的半導體晶片30剪下以直線布置的五個相鄰的圖像傳感器。 因此，可以容易地并以低成本獲得如圖9B所示的圖像傳感器板21，其中在其表面上集成成對的距離測量圖像傳感器22a和22b以及位于傳感器22a與22b之間的三個光度測定圖像傳感器23a、23b和23c。在該實施例中，在成像透鏡系統2具有^mm至300mm(等效于35mm)高性能光學變焦功能的情況下，例如，光度測定透鏡6a的視角θ 1設置為等于大約150mm焦距(等效于35mm)的角度，光度測定透鏡6b的視角θ 2設置為等于大約^mm焦距(等效于35mm)的角度，且光度測定透鏡6c的視角θ 3設置為等于大約300mm焦距(等效于35mm)的角度。 注意，在該實施例中，成對的第一和第二距離測量透鏡fe和恥的視角設置為等于大約^mm 焦距(等效于35mm)的角度。(距離測量和光度測定裝置3a的光度測定操作)接下來，將描述當以數碼相機Ia成像對象時，由距離測量和光度測定裝置3a執行的光度測定操作。根據該實施例的距離測量和光度測定裝置3a包括光度測定視角不同的三組光度測定透鏡6a、6b和6c以及光度測定圖像傳感器23a、2!3b和23c。因此，當由拍照者的變焦操縱改變數碼相機Ia的成像透鏡系統2的成像視角時，光度測定計算部件(未示出)響應于有關從控制器14輸入的成像視角的信息，在三組光度測定透鏡6a、6b和6c以及光度測定圖像傳感器23a、23b、和23c中選擇在光度測定視角方面適當的一組，并捕捉從所選組的光度測定圖像傳感器輸出的像素輸出信號。例如，當成像透鏡系統2的成像視角轉移到廣角側(例如，接近等效于 35mm))時，光度測定計算部件(未示出)響應于有關從控制器14輸入的成像視角的信息， 捕捉從與光度測定透鏡6b組合的光度測定圖像傳感器2 輸出的像素輸出信號，該光度測定透鏡6b的視角是等于大約^mm焦距(等效于35mm)的角度，并基于像素輸出的幅度而計算對象的亮度。此外，當成像透鏡系統2的成像視角轉移到遠攝側(接近300mm(例如，等效于 35mm))時，光度測定計算部件(未示出)響應于有關從控制器14輸入的成像視角的信息， 捕捉從與光度測定透鏡6c組合的光度測定圖像傳感器23c輸出的像素輸出信號，該光度測定透鏡6c的視角是等于大約300mm焦距(等效于35mm)的角度，并基于像素輸出的幅度而計算對象的亮度。以同樣的方式，當成像透鏡系統2的成像視角轉移到大約極端廣角與極端遠攝之間的中部(例如，接近150mm(等效于35mm))時，光度測定計算部件(未示出)響應于有關從控制器14輸入的成像視角的信息，捕捉從與光度測定透鏡6a組合的光度測定圖像傳感器23a輸出的像素輸出信號，該光度測定透鏡6a的視角是等于大約150mm焦距(等效于 35mm)的角度，并基于像素輸出的幅度而計算對象的亮度。適合于對象并基于成像透鏡系統2的成像視角而計算的亮度信息輸出到控制器 14。然后，控制器14執行控制以基于輸入的亮度信息而驅動光圈單元驅動部件17。因此， 光圈單元驅動部件17設置光圈單元10的打開狀態(光圈值)，CCD圖像傳感器11的電子快門的啟動數等，以使得可以正確地曝光對象。如上所述，根據該實施例，當通過變焦操縱改變成像透鏡系統2的成像視角時，在光度測定視角不同的三組光度測定透鏡6a、6b和6c以及光度測定圖像傳感器23a、2!3b和 23c中選擇具有最佳視角的一組用于光度測定。因此，無論成像時選擇的成像透鏡系統2的成像視角如何，都可以準確地執行光度測定。(距離測量和光度測定裝置3a的距離測量)接下來，將描述當用數碼相機Ia成像對象時，由距離測量和光度測定裝置3a執行的距離測量。第一實施例具有使得基于從成對的平面距離測量圖像傳感器的所有像素輸出的
10像素輸出信號而執行距離測量的配置。另一方面，該實施例具有使得僅基于成對的平面距離測量圖像傳感器的所有像素的之前設置的像素區域輸出的像素輸出信號而執行距離測
量的配置。具體地，如圖IOA所示，每個都在水平方向具有預定寬度的五個距離測量框區域 32a、32b、32c、32d和32e (斜線所示的范圍)在預定間隔以水平方向設置在成對的距離測量圖像傳感器2 和22b中的每一個的整個像素平面中，并基于從距離測量框區域32a、32b、 32c、32d和3 輸出的像素輸出信號而執行距離測量。另外，根據該實施例，響應于通過成像透鏡系統2的變焦操縱進行的成像視角的改變，可以在距離測量圖像傳感器2 和22b中每一個的整個像素平面之外設置預定范圍的距離測量區域。具體地，例如，當成像透鏡系統2的成像視角轉移到廣角側(例如，大約等效于35mm))時，距離測量目標區域是距離測量圖像傳感器2 和2 中每一個的圖IOA所示的整個像素平面。在這種情況下，基于從五個距離測量框區域32a、32b、32c、32d和3 中的每一個輸出的像素輸出信號而執行距離測量。同時，當成像透鏡系統2的成像視角轉移到遠攝側(例如，大約300mm(等效于 35mm))時，距離測量目標區域是位于距離測量圖像傳感器2 和22b中每一個的整個像素平面的中心附近的圖IOB所示的窄范圍C(在以虛線所示的框內)。在這種情況下，基于從位于中心附近的窄范圍C(在以虛線所示的框內)中的一個距離測量框架區域32c輸出的像素輸出信號而執行距離測量。另外，當成像透鏡系統2的成像視角轉移到大約極端廣角與極端遠攝之間的中部時，距離測量目標區域是距離測量圖像傳感器2 和22b中每一個的圖IOA所示的整個像素平面之間的中間區域以及位于中心附近的圖IOB所示的窄范圍C。在這種情況下，基于從適合于成像視角的多個距離測量區域的每一個輸出的像素輸出信號而執行距離測量，該多個距離測量區域是從五個距離測量框區域32a、32b、32c、32d和32e中選擇出來的。因此，在該實施例中，如圖IOA所示，當成像透鏡系統2的成像視角轉移到廣角側 (例如，接近觀讓(等效于35mm))時，距離測量計算部件25捕捉此時從適合于成像視角的五個距離測量框區域32a、32b、32c、32d和32e中輸出的像素輸出信號，并通過計算對象圖像之間的位移(視差)來計算到對象的距離。此外，如圖IOB所示，當成像透鏡系統2的成像視角轉移到遠攝側(例如，接近 300mm(等效于35mm))時，距離測量計算部件25捕捉此時從適合于成像視角的中心距測量框區域32c的距離測量范圍(斜線所示的范圍)輸出的像素輸出信號，并通過計算對象圖像之間的位移(視差)來計算到對象的距離。控制器14執行控制以基于由距離測量計算部件25輸入的距離信息而驅動聚焦透鏡驅動部件16。因此，聚焦透鏡驅動部件16移動成像透鏡系統2的聚焦透鏡組到聚集位置，以使得可以在CXD圖像傳感器11的光接收表面上形成對象圖像。如上所述，根據該實施例，當通過變焦操縱改變成像透鏡系統2的成像視角時，根據成像透鏡系統2的成像視角選擇之前設置的五個距離測量框區域32a、32b、32c、32d和 32e的一個或多個，并基于從所選的距離測量框區域輸出的像素輸出信號而執行距離測量。 與基于從距離測量圖像傳感器2 和22b中每一個的整個像素平面輸出的像素輸出信號而執行距離測量的情況相比較，如此配置允許計算量大大地減少，且因此允許高速地執行距離測量計算處理。當成像透鏡系統2縮小以使得其成像視角可以轉移到極端遠攝時，特別地，僅在如圖IOB所示的中心距離測量框區域32c的距離測量范圍(斜線所示的范圍)上執行距離測量。這允許計算量更進一步地減少，且因此允許更高速地執行距離測量計算處理。結果， 在用縮小到遠攝側的成像透鏡系統2成像對象時所需要的計算量小于在用放大到廣角側的成像透鏡系統2成像對象時所需要的計算量。因此，即使在透鏡組的饋送量大(變焦放大倍數高)的遠攝側上成像時，高速聚焦控制也是可能的。(AF控制器14a的聚焦操作(自聚焦操作))除外部測量類型的距離測量和光度測定裝置3之外，該實施例的數碼相機Ia包括配置為基于來自CCD圖像傳感器11的在控制器14中捕捉的成像信號而執行自聚焦控制的 AF控制器14a。AF控制器1 通過信號處理器12捕捉從CXD圖像傳感器11輸出的成像信號，以及根據如此捕捉的成像信號計算AF(自聚焦)評價值。例如，根據從高頻分量提取濾波器輸出的積分值，或者從相鄰像素之間的亮度差的積分值來計算AF評價值。在聚焦狀態下，對象的邊緣部分清晰，且因此獲得最高的高頻分量。通過使用以上特征，在AF操作(自聚焦檢測操作)時，用使得成像透鏡系統2的每個聚集位置獲取AF評價值，并將獲得最大AF評價值的位置設置為自聚焦檢測位置的方式執行AF操作。具體地，例如，當按下(半按下)釋放按鈕7(見圖1)時，AF控制器1 命令聚焦透鏡驅動部件16以使得可以驅動聚焦透鏡驅動部件16以在其光軸方向移動成像透鏡系統 2的聚焦透鏡組，并執行對比度評價系統的AF操作(其是所謂的“登山AF”)。如果AF(自聚焦)目標范圍在從無窮大到關閉的整個區域兩端延伸，則當從關閉移動到無窮大或者從無窮大移動到關閉時，移動成像透鏡系統2的聚焦透鏡組到每個聚集位置，且獲取聚集位置的AF評價值。然后，將獲得最大AF評價值的位置設置為自聚焦位置，并移動聚焦透鏡組到自聚焦位置以進行聚焦。如上所述，除外部測量類型的距離測量和光度測定裝置3之外，該實施例的數碼相機Ia包括配置為基于從CCD圖像傳感器11捕捉的成像信號而執行自聚焦控制的AF控制器14a。因此數碼相機Ia同時執行基于距離測量和光度測定裝置3a得到的距離信息的聚焦操作以及由AF控制器1 執行的聚焦操作。這允許相機迅速地和準確地聚焦在對象上。更具體地，在AF控制器14a的聚焦操作中，在透鏡組的饋送量大(變焦放大倍數高)的遠攝側上成像時，例如，成像透鏡系統2的聚焦透鏡組的移動量增加，且因此在有些情況下相機聚焦需要花費一段時間。為了解決該問題，根據該實施例，成像透鏡系統2的聚焦透鏡組首先基于距離測量和光度測定裝置3a得到的距離信息而迅速地移動到聚集位置附近的位置，然后由AF控制器Ha通過聚焦操作移動到聚集位置。因此，可以減少在AF控制器1 的聚焦操作時聚焦透鏡組移動的范圍。這允許相機迅速地和準確地聚焦在對象上，且因此允許拍照者拍攝圖像，而不會錯過釋放快門時的正確時刻(right moment) 0
注意，通過操縱部件13的切換操縱，可以選擇基于距離測量和光度測定裝置3a得到的距離信息的聚焦操作以及由AF控制器1 執行的聚焦操作中的任何一個，并且執行所選類型的聚焦操作(例如，在距離測量和光度測定裝置3a側上)。如到目前為止已經描述的那樣，無論距離測量目標(對象)在哪兒，基于從成對的距離測量傳感器以及位于距離測量傳感器之間的光度測定傳感器中的每一個的整個像素平面中輸出的像素輸出信號，根據本發明的距離測量和光度測定裝置以及成像設備允許對距離測量目標(對象)準確地執行距離測量和光度測定，該距離測量傳感器和光度測定傳感器是二維傳感器。在上述實施例中，已經描述了根據本發明的距離測量和光度測定裝置應用于數碼相機的情況。另外，根據本發明的距離測量和光度測定裝置還可以作為執行距離測量和光度測定的距離測量和光度測定裝置而實現在數字視頻相機、車內相機、移動相機、監視相機
絕由寸T。
權利要求
1.一種距離測量和光度測定裝置，包括一對距離測量傳感器，以預定間隔布置；光度測定傳感器，布置在所述距離測量傳感器之間；一對距離測量透鏡，分別在所述距離測量傳感器上形成距離測量目標的圖像；光度測定透鏡，在所述光度測定傳感器上形成所述距離測量目標的圖像；距離計算單元，基于從所述距離測量傳感器的每一個輸出的信號而計算到所述距離測量目標的距離；以及光度測定計算單元，基于從所述光度測定傳感器輸出的信號而計算所述距離測量目標的亮度，其中所述距離測量傳感器和所述光度測定傳感器在單一傳感器板上形成，且每一個都是具有以平面形式布置的多個光接收元件的二維傳感器。
2.根據權利要求1所述的距離測量和光度測定裝置，其中，所述距離測量傳感器和所述光度測定傳感器具有相同大小以及相同像素數，且通過半導體工藝從具有在其上形成的預定大小的多個圖像傳感器的半導體晶片整體地剪下。
3.根據權利要求1所述的距離測量和光度測定裝置，其中，通過基于從各個距離測量傳感器中輸出的并與所述距離測量目標的各個圖像相對應的像素輸出信號而分別計算在所述距離測量傳感器的某些像素上形成的距離測量目標的圖像之間的視差，所述距離計算單元計算到所述距離測量目標的距離。
4.根據權利要求1所述的距離測量和光度測定裝置，其中多個光度測定傳感器布置在所述距離測量傳感器之間，且布置多個光度測定透鏡以在各個光度測定傳感器上形成距離測量目標的圖像，以及所述光度測定透鏡形成為分別具有不同視角。
5.一種成像設備，其中通過成像透鏡系統在圖像傳感器上形成對象圖像，并基于從所述圖像傳感器輸出并與所述對象圖像相對應的像素輸出信號而生成圖像數據，所述成像設備包括用于測量到對象的距離以及對象的亮度的根據權利要求1所述的距離測量和光度測定裝置。
6.根據權利要求5所述的成像設備，其中，從每個距離測量傳感器的整個像素平面劃分為的多個像素區域中的至少一個輸出的像素輸出信號在距離測量時被輸出到距離計算單元。
7.根據權利要求5所述的成像設備，其中所述成像透鏡系統具有光學變焦功能，以及當用縮小到遠攝側的成像透鏡系統成像對象時，從每個距離測量傳感器的整個像素平面的像素區域以及作為像素區域的一部分的部分像素區域的任何一個輸出的像素輸出信號在距離測量時被輸出到距離計算單元，所述像素區域與通過縮小成像透鏡系統到遠攝側所得到的成像區域相對應。
8.根據權利要求5所述的成像設備，還包括另一距離計算單元，基于輸出的與所述圖像傳感器上形成的對象圖像相對應的像素輸出信號而計算到對象的距離，其中基于有關由所述另一距離計算單元計算的到對象的距離的信息以及有關由所述距離測量和光度測定裝置計算的到對象的距離的信息兩者或者所選一個而執行所述成像透鏡系統的聚焦操作。
全文摘要
一種距離測量和光度測定裝置，包括在其前表面具有開口的殼體；位于殼體的前表面側上的、由透明樹脂材料制成的矩形透鏡陣列，在矩形透鏡陣列中第一和第二距離測量透鏡以及位于距離測量透鏡之間的光度測定透鏡以直線集成地形成；形狀像薄板的圖像傳感器板，其布置在殼體的后表面側上，且位于透鏡陣列的對面；以及布置在圖像傳感器板上的二維距離測量圖像傳感器與光度測定圖像傳感器。
文檔編號G01C3/00GK102192724SQ20111003355
公開日2011年9月21日 申請日期2011年1月31日 優先權日2010年2月3日
發明者大內田茂 申請人:株式會社理光