摄像设备及其控制方法

专利名称：摄像设备及其控制方法
技术领域：
本发明涉及照相机等的摄像设备中的镜头控制技术。
背景技术：
在调焦透镜单元在光轴上位于变焦透镜单元后方的所谓的内调焦型镜头系统中， 通常通过跟踪从存储器中所存储的与图5所示的多个轨迹(电子凸轮轨迹)有关的信息或 与这些轨迹相对应的信息中选择出的轨迹，进行变焦。与图5所示的多个轨迹(电子凸轮 轨迹)有关的信息或与这些轨迹相对应的信息可以是表示轨迹自身的信息，或者可以是各 自具有与透镜位置相对应的变量的函数。 当变焦透镜单元从远摄端向广角端移动时，由于如图5所示多个轨迹从它们彼此 分开一些间隔的状态沿一方向会聚，因此即使通过上述轨迹跟踪方法执行变焦，也可以维 持聚焦状态。然而，当变焦透镜单元从广角端向远摄端移动时，不确定已经位于会聚点处的 调焦透镜单元沿哪条轨迹移动，并且通过相同的轨迹跟踪方法不能够维持聚焦状态。
在日本专利2795439中所述的控制方法中，通过使用利用对比度方法从图像信号 的高频分量获得的AF评价值信号(清晰度信号)，通过在变焦透镜单元移动(以进行变焦) 时、切换调焦透镜单元的方向从而强制使调焦透镜单元从聚焦位置移开并沿聚焦位置的方 向移动(轨迹跟踪速度改变)，来控制调焦透镜单元的移动。这样，对跟踪轨迹进行校正。
此外，日本专利2795439讨论了通过改变清晰度信号的增减周期来提高选择(指 定)跟踪轨迹的精度的方法，其中通过根据被摄体距离、焦距或景深来改变跟踪速度的变 化，已经使得可以改变清晰度信号的增减周期。
日本特开2005-234325讨论了包括外部测距单元的设备。 然而，与到被摄体的距离相对应的信息有时可能包含误差。该包含误差的信息可 能增加丧失与对应于如图5所示的轨迹的信息的一致性的可能性。

发明内容
根据本发明的方面，一种摄像设备，包括第一检测部件，用于检测与所拍摄图像 的对比度相对应的第一信息；第二检测部件，用于检测与被摄体距离相对应的第二信息； 存储器，用于存储针对各被摄体距离而设置的、与第一透镜单元的位置以及在光轴上位于 所述第一透镜单元后方的第二透镜单元的位置有关的数据；以及控制器，用于当通过移动 所述第一透镜单元对所拍摄图像进行变焦时，控制所述第二透镜单元的移动以补偿由于所 述第一透镜单元的移动所引起的像面移动，并且用于控制所述第二透镜单元的移动，以在 基于与被摄体距离相对应的所述第二信息从所述数据中选择出的范围内进行所述第二透 镜单元的移动，其中，所述控制器根据所述第二检测部件在预定时间内的检测结果，控制所 述第二透镜单元的移动范围。 根据本发明的另一方面，提供了一种用于摄像设备的控制方法，所述摄像设备包 括第一检测部件，用于检测与所拍摄图像的对比度相对应的第一信息；第二检测部件，用
3于基于图像偏移量来检测与被摄体距离相对应的第二信息；存储器，用于存储针对各被摄体距离而设置的、与第一透镜单元的位置以及在光轴上位于所述第一透镜单元后方的第二透镜单元的位置有关的数据，所述控制方法包括当通过移动所述第一透镜单元对所拍摄图像进行变焦时，控制所述第二透镜单元的移动，以补偿由于所述第一透镜单元的移动所引起的像面移动；控制所述第二透镜单元的移动，以在基于所述第二信息从所述数据中选择出的范围内进行所述第二透镜单元的移动；以及根据所述第二检测部件在预定时间内的检测结果，改变所述第二透镜单元的移动范围。 根据本发明的实施例，即使在计算与到被摄体的距离相对应的信息时存在误差，也能够抑制变焦期间出现的模糊。 根据以下参考附图对实施例的详细说明，本发明的其它特征和方面将变得清楚。


包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出本发明的实施例、特征和方面，并和说明书一起用来解释本发明的原理。
图1是示出根据本发明实施例的摄像机的结构的框图。
图2是示出根据本发明实施例的凸轮轨迹的校正操作时的校正范围的概念图。 图3是示出根据本发明实施例的摄像机中的操作步骤的流程图。 图4A和4B是示出根据本发明实施例的变焦处理例程的流程图。 图5是示出根据被摄体距离的聚焦轨迹的概念图。 图6是示出根据本发明实施例的用于确定校正范围的流程的流程图。 图7A和7B是示出根据本发明实施例的前提技术的概念图。
具体实施例方式
以下将参考附图来详细说明本发明的各种实施例、特征和方面。
在下面，说明了根据本发明实施例的前提技术。 例如，在日本特开2005-128107的说明书和图5中，讨论了内调焦型镜头系统中的调焦透镜单元用的轨迹跟踪方法。在日本特开2005-128107的说明书和图10中，讨论了沿变焦透镜单元的移动方向的插值方法。 此外，在日本特开2005-128107的说明书和图11中，讨论了微计算机中所存储的聚焦轨迹信息的表数据的示例。 通常同步于图像数据的垂直同步信号，进行包括使用来自图像传感器的图像信号的焦点检测的变焦控制。 图1示出作为根据本发明第一实施例的、包括镜头控制设备的摄像设备(光学设备)的摄像机的结构。在本实施例中，说明了将本发明应用于与摄像镜头一体化的摄像设备的示例。在这方面，本实施例可应用于包括可互换镜头(光学设备)和照相机主体的摄像系统的可互换镜头。在这种情况下，镜头单元中的微计算机响应于来自照相机主体的信号引起变焦操作。本发明不仅可应用于摄像机，而且可应用于数字静止照相机等的各种类型的摄像设备。 在图1中，摄像机按从被摄体侧开始的顺序包括固定前透镜单元101、可以沿光轴移动以改变图像的倍率的变焦透镜单元102、光圈103、固定透镜单元104和调焦透镜单元105。调焦透镜单元105具有焦点调节功能，并且还具有用于补偿由变焦所引起的像面的运动的补偿器功能。调焦透镜单元105在光轴上位于变焦透镜单元102后方，并且可以沿光轴方向移动。在图1中，由这些透镜单元形成的摄像光学系统是包括按从被摄体侧(图1的左侧)开始的顺序的正、负、正和正的光焦度的4个透镜单元的后调焦型光学系统。尽管将各透镜单元作为单个透镜元件示出，然而实际上，各透镜单元可以由一个透镜元件或多个透镜元件形成。 图像传感器106由CCD或CMOS传感器构成。来自被摄体的通过了摄像光学系统的光线被聚焦在图像传感器106上。图像传感器106使聚焦了的被摄体图像经过光电转换并输出图像信号。由自动增益控制器107将该图像信号放大至最佳水平，然后将其输入至照相机信号处理电路108。照相机信号处理电路108将输入图像信号转换成标准电视信号并将该信号输出至放大器110。将由放大器110放大至最佳水平的电视信号输出至磁性记录和再现设备lll，其中在磁性记录和再现设备111中，电视信号被记录在磁带等的磁性记录介质上。该记录介质可以是半导体存储器或光盘等的其它介质。 将由放大器110放大后的电视信号还发送至LCD显示电路114，并将该电视信号作为所拍摄图像显示在LCD 115上。另外，还显示了用于向摄像者通知拍摄模式、摄像状态和警告等的图像。照相机微计算机116对字符生成器113进行控制以将字符叠加在LCD显示电路114中的电视信号上，并且以添加有字符的方式显示这些图像。 另一方面，可以通过使用内部存储器对同时输入至照相机信号处理电路108的图
像信号进行压縮，并将其记录在卡介质等的静止图像记录介质112上。 还将输入至照相机信号处理电路108的图像信号输入至AF信号处理电路109。 AF
信号处理电路109检测与所拍摄图像的对比度相对应的第一信息。将由AF信号处理电路
109所生成的AF评价值信号(焦点信号)供给至照相机微计算机116。 照相机微计算机116读取变焦开关130和AF开关131的状态，并检测照相开关单
元134的状态。 当半按下照相开关单元114时，开始通过自动调焦的聚焦操作，并且当获得聚焦状态时，设置焦点锁定。然后，当全按下照相开关单元134时，无论聚焦状态还是散焦状态都设置焦点锁定，并将图像存储在照相机信号处理电路108中的存储器(未示出)中，使得将静止图像记录在磁带或静止图像记录介质112上。 照相机微计算机116根据模式切换单元133的状态判断照相机是处于运动图像拍摄模式还是处于静止图像拍摄模式，并且经由照相机信号处理电路108控制磁性记录和再现设备111和静止图像记录介质112。因而，照相机微计算机116供给适合于记录介质的类型的电视信号，并且当将模式切换单元133设置为再现模式时，控制对来自磁性记录和再现设备111或静止图像记录介质112的所记录的电视信号的再现。 照相机微计算机116中的计算机变焦单元119输出用于沿与正在操作变焦开关130的方向相对应的远摄方向或广角方向驱动变焦透镜单元102的信号。当AF开关131为关并且正在操作变焦开关130时，输出该信号。此外，通过计算机变焦单元119中的程序将该信号输出至变焦马达驱动器122。响应于该信号，变焦马达驱动器122经由变焦马达121沿上述方向驱动变焦透镜单元102。此时，计算机变焦单元119经由调焦马达驱动器126驱动调焦马达125，并驱动调焦透镜单元106以补偿由变焦所引起的像面移动。来自计算机变焦单元119的信号基于预先存储在凸轮数据存储器120中的透镜凸轮数据(例如图5所示的与多个被摄体距离相对应的代表轨迹数据或轨迹参数数据)。 照相机微计算机116中的AF控制单元117被配置为在正在操作变焦开关130时，在维持聚焦状态的情况下进行变焦操作。因而，计算机变焦单元119通过使用内部程序，根据凸轮数据存储器120中所存储的透镜凸轮数据、来自AF信号处理电路109的第一信息和来自被摄体距离检测电路127的第二信息，驱动变焦透镜单元102和调焦透镜单元105。此外，计算机变焦单元119根据来自温度信息处理单元128A的温度校正宽度和来自运动信息处理单元128B的与镜头控制设备的工作状态有关的信息，驱动变焦透镜单元102和调焦透镜单元105。 被摄体距离检测电路127输出与被摄体距离相对应的第二信息。在照相机微计算机116中的距离信息处理单元128中对来自被摄体距离检测电路127的输出信号进行运算处理。距离信息处理单元128对被摄体距离检测电路127的输出信号进行累积预定时间。进行该信号累积，以计算以下要说明的距离波动范围，并基于计算出的波动范围计算与可靠性相对应的信息。 然后，将被摄体距离信息、可靠性信息和距离波动范围输出至计算机变焦单元119。 温度检测电路127A测量温度并输出测量结果。由照相机微计算机116中的温度信息处理单元128A对温度检测电路127A的输出进行运算处理。温度信息处理单元128A计算调焦透镜单元105的位置与被摄体距离检测电路127中的聚焦位置一致时的基准温度和来自温度检测电路127A的温度输出(当前温度)之间的温度差。然后，温度信息处理单元128A基于计算出的温度差获得温度校正宽度Wlens和Wdist。 将温度检测电路127A的输出作为温度校正宽度Wlens和Wdist输出至计算机变焦单元119。 由照相机微计算机116中的运动信息处理单元128B对运动检测电路127B的输出进行运算处理，并将其作为运动信息输出至计算机变焦单元119。运动检测电路127B可以用作为角速度传感器或加速度传感器，并且还可应用于在图像处理中提取运动向量的方法。 如果用作为角速度传感器，则运动信息处理单元128B用于根据角速度传感器的输出来计算角速度"。将该角速度"作为运动信息输出至计算机变焦单元119。
当AF开关131为开并且没有操作变焦开关130时，AF控制单元117如下工作。AF控制单元117输出信号至调焦马达驱动器126以驱动调焦透镜单元105，来使从AF信号处理电路109发送来的AF评价信号最大化。响应于输入信号，调焦马达驱动器126经由调焦马达125驱动调焦透镜单元105。这样，进行自动焦点调节。 被摄体距离检测电路127输出使用主动传感器通过三角测距可获得的、与到被摄体的距离相对应的信息。作为在这种情况下的主动传感器，可以使用致密型照相机中经常采用的红外线传感器。 在本实施例中，说明了利用三角测距检测被摄体距离的情况，但还可以使用其它方法。例如，可以利用TTL相位差检测方法来获得与被摄体距离相对应的信息。当使用TTL
6相位差检测方法时，设置用于对通过摄像镜头的出瞳所透射的光进行分割的元件(半棱镜或半透半反镜)。将通过出瞳的两个区域所形成的两个图像引导至两个线传感器。确定线传感器的输出的相关性，并检测这两个输出之间的偏移方向和偏移量。根据检测结果，获得与到被摄体的距离相对应的信息。 距离信息处理单元128计算表示可靠性的信息。例如，在相位差检测方法的情况下，可以根据两个图像的相关值获得可靠性。对比度低的图像更有可能包括相位差的计算结果中的误差。因此，使用两个图像之间的相关值作为表示被摄体距离的可靠性的信息。当两个图像偏移时，如果这两个图像之间的峰值相关值高于预定值，则这表示距离检测结果具有高的可靠性，或者如果峰值相关值低于预定值，则距离检测结果具有较低的可靠性。当将相位差检测方法用于AF时，不使用具有非常低的可靠性的距离检测结果。
作为距离检测方法，可以采用通过从传感器测量超声波传播速度来检测到被摄体的距离的方法。在这种情况下，使用反射率或衰减率等的可靠性信息。根据被摄体表面的性质，有时超声波的反射率低，并且可能难以测量该反射率。然而，通过获得超声波的反射率，可以确认检测结果的可靠性。对于利用超声波的与被摄体距离有关的衰减率，也是如此。
将来自被摄体距离检测电路127的距离信息发送至距离信息处理单元128。距离信息处理单元128进行如下三种类型的处理。 1.以变焦透镜单元102和调焦透镜单元105与凸轮轨迹的哪部分相对应的方式指定这些透镜单元的当前位置(例如，参见日本特开2005-128107中的图8)。如在日本特开2005-128107的图4中的步骤S401中所述，距离信息处理单元基于透镜单元的当前位置来输出与虚拟凸轮轨迹有关的距离信息，其中，该距离信息示出由轨迹参数a、 |3和Y所表示的各个虚拟凸轮轨迹与距离为多少米的被摄体距离相对应。通过预定的相关表数据对轨迹参数a 、 |3和Y以及被摄体距离进行相互变换，使得可以输出主被摄体的实际距离。
2.通过对来自被摄体距离检测电路127的被摄体的实际距离进行在处理1中提到的相关表的逆变换，获得由轨迹参数a、 P和Y所表示的凸轮轨迹。此时，在相关表的逆变换中，不使用凸轮轨迹会聚的广角侧的数据。尽可能多地使用凸轮轨迹分散的远摄侧的数据，并且可以获得具有最高分辨率的轨迹参数。
3.计算以上处理1和2中的实际距离差和差异方向。 在处理1、2和3中，利用处理2来指定与由被摄体距离检测电路127检测到的被摄体距离相对应的凸轮轨迹数据。 同时，照相机微计算机116还进行曝光控制。照相机微计算机116通过参考由照相机信号处理电路108所生成的电视信号的亮度水平，控制光圈驱动器124以设置适合于曝光的亮度水平并驱动IG计123，并且控制光圈103的孔径。由光圈编码器129检测光圈103的孔径，使得进行光圈103的反馈控制。如果仅由光圈103不能够实现适当的曝光控制，则由时序发生器(TG) 132来控制图像传感器106的曝光时间，以进行高快门速度曝光，直到长时间曝光(低快门速度曝光)。在如在低亮度下进行摄像时曝光不足的情况下，经由自动增益控制器107来控制电视信号的增益。 通过操作菜单切换单元135，摄像者可以手动切换至适合于拍摄条件的拍摄模式或照相机功能。 接着说明了用于变焦的算法。在本实施例中，计算机变焦单元119执行包括上述流程(程序)的以下操作流程的处理。 在本实施例中，根据从被摄体距离检测电路127获得的距离信息，计算机变焦单元119指定(生成)要跟踪的凸轮轨迹，并进行变焦。 图3是示出根据本发明实施例的摄像机的操作的流程图。在步骤S701中，摄像机的操作开始。在步骤S702中，计算机变焦单元119进行初始化。在步骤S703中，计算机变焦单元119检测照相机主体的操作系统的状态。计算机变焦单元119接收与由摄像者所操作的变焦开关130有关的信息，并且在显示单元上显示如变焦透镜单元102的位置等的变焦信息以向摄像者通知变焦正在进行中。在步骤S704中，计算机变焦单元119执行AF处理，即根据AF评价信号的变化进行自动焦点调节处理。在步骤S705中，计算机变焦单元119进行变焦处理。在步骤S706中，当进行AF和变焦处理时，计算机变焦单元119基于步骤S704和S705的处理例程的计算结果来选择驱动方向和速度，使得变焦透镜单元102和调焦透镜单元105不会碰撞照相机机构的末端。 在步骤S707中，计算机变焦单元119基于在步骤S706中选择出的信息，向马达驱动器122和126输出控制信号，并控制透镜单元的驱动和停止。在步骤S707中的处理结束时，处理返回步骤S703。与垂直同步信号同步地执行图3所示的一系列步骤。在步骤S703的处理期间，计算机变焦单元119等待，直到接收到下一垂直同步信号为止。
接着，图4A和4B示出在图3中的步骤S705中进行的处理。特别地，该方法在如下情形是有效的如超高速变焦时，AF评价值检测周期变得较长，因而仅通过使用对比度检测时的参考信号(AF评价信号)在指定变焦跟踪曲线时不能够确保充分的精度。
图4A和4B是示出根据本实施例的变焦处理例程的流程图。除非另外指出，以下处理是由照相机微计算机116中的计算机变焦单元119来执行的。 在步骤S400中，计算机变焦单元119确定变焦期间的变焦速度。在步骤S300中，根据被摄体距离检测电路127的输出信号，计算机变焦单元119判断被摄体距离与图5中的代表轨迹中的哪个凸轮轨迹相对应，并且计算轨迹参数a、 |3和Y。计算机变焦单元119还计算与变焦透镜单元和调焦透镜单元的当前位置相对应的轨迹参数a now、 |3 now和Y now0 例如，通过以下所述的方法来计算基于与由被摄体距离检测电路127所获得的被摄体距离有关的信息的轨迹参数a 、 13和Y 。 为了获得与要输出的距离相对应的信息和图5所示的代表轨迹(凸轮轨迹)之间的相关性，在代表被摄体距离的凸轮轨迹(凸轮曲线)均匀的范围内，以表数据的形式预先获得距离的变化和轨迹参数之间的相关性。在该配置下，通过输入与距离相对应的信息来计算轨迹参数。对于凸轮轨迹模式变化处的距离，如果存在示出其它相关性的查找表，则将是有帮助的。通过设置表示其它相关性的多个查找表，可以获得覆盖所有的被摄体距离的轨迹参数。 对于焦距，在作为数据存储在存储器中的与图5中的离散凸轮轨迹有关的信息中，对于轨迹参数a 、13和Y的分辨率最高的长焦距侧，可以输出轨迹参数。然后，在变焦透镜单元102位于广角侧的时间点时，通过基于远摄侧的轨迹参数进行插值运算，可以指定调焦透镜单元105跟随的单个凸轮轨迹。 对于每个预定周期(例如，一个垂直同步周期)执行步骤S300。因此，即使被摄体距离在变焦期间变化，也根据被摄体距离检测电路127的输出将凸轮轨迹连续更新至应当 跟踪的最新形式。 在步骤S301中，计算机变焦单元119基于被摄体距离检测电路127的输出(即， 在步骤S300中计算出的a、e和Y)，确定凸轮轨迹的校正范围。该校正范围用于定义调 焦透镜单元105在变焦期间的移动范围。该校正范围与在使用对比度信号(AF评价值)对 跟踪凸轮轨迹进行校正操作期间的校正范围相对应。校正范围的一个例子是图2所示的上 限201和下限202(以下所述的上限203和下限204)之间的范围。以下参考图6来说明对 校正范围的计算。 在步骤S302中，计算机变焦单元119判断"AF校正标志"是否处于设定状态。如 果设定了该标志，则处理进入步骤S303。在步骤S303中，计算机变焦单元119判断轨迹参 数aAF、PAF和YAF是否包括在图2所示的校正范围(上限203和下限204之间)内。这 些轨迹参数a AF、 |3 AF和y AF是在每次检测到AF评价值1303已到达图7A中的峰值状态 1301的水平时进行更新的轨迹参数。如果这些轨迹参数在校正范围内，则在步骤S304中， 计算机变焦单元119将轨迹参数aAF、 PAF和YAF分别设置为a 、 |3和Y ，并且控制调 焦透镜单元105以跟踪通过校正操作再次指定的凸轮轨迹。 另一方面，在步骤S303中，如果轨迹参数aAF、 P AF和YAF位于校正范围外，或 者在步骤S302中，如果"AF校正标志"已被清除，则计算机变焦单元119保持轨迹参数a 、 13和Y 。这些轨迹参数a 、 13和Y是在步骤S300中已检测到的、基于与被摄体距离检测 电路127检测到的距离相对应的信息所指定的轨迹参数。计算机变焦单元119控制调焦透 镜单元105，以跟踪由轨迹参数a 、 |3和Y所识别的凸轮轨迹。 "AF校正标志"表示是否已根据以下所述的对比度信号重新指定跟踪凸轮轨迹。如 果仅根据与被摄体距离检测电路127检测到的距离相对应的信息已经指定了凸轮轨迹，则 在步骤S305中，计算机变焦单元119清除"AF校正标志"。然后，直到通过下次或更后的校 正操作重新指定凸轮轨迹为止，计算机变焦单元119进行优选基于与距离相对应的信息的 指定结果的轨迹跟踪控制。谈到仅通过与被摄体距离检测电路127检测到的距离相对应的 信息来重新指定跟踪凸轮轨迹的情况，该情况指没有重新指定跟踪凸轮轨迹的情况，或者 要重新指定的凸轮轨迹位于图2所示的校正范围外并且极有可能错误地指定该凸轮轨迹 的情况。 在步骤S402中，计算机变焦单元119计算在经过一个垂直同步时间之后变焦透镜 单元102将到达的位置Zx'(自当前位置起的移动目的地处的位置)。如果将在步骤S400 中确定的变焦速度指定为Zsp(pps)，则通过等式(7)得出经过一个垂直同步时间之后的变 焦透镜单元位置Zx'，其中，pps是作为变焦马达121的步进马达的旋转速度的单位，并且表 示每秒的旋转步进量(1步进=1脉冲)。等式(7)的符号依赖于变焦透镜单元102的移动 方向，即当变焦透镜单元102沿远摄方向移动时，该符号为正(+)，并且当变焦透镜单元102 沿广角方向移动时，该符号为负(_)。 Zx' = Zx士Zsp/垂直同步频率 (7) 接着，在步骤S403中，计算机变焦单元119判断变焦透镜单元位置Zx'位于哪个 区域v'中。 然后，在步骤S404中，计算机变焦单元119判断在经过一个垂直同步时间(IV)之
9后变焦透镜单元位置Zx'是否位于变焦区域的边界上。如果边界标志=O，则判断为变焦透 镜单元位置不位于边界上，并且计算机变焦单元119前进以执行步骤S405等。在步骤S405 中，计算机变焦单元119为Zk设置Z(v')，并且为Zk-1设置Z(v' -1)。
接着，在步骤S406中，计算机变焦单元119读取指定被摄体距离的4个表数据 A(y，v' -1)、A(y，v' )、A(y+1，v' -1)和A(y+1，v')。在步骤S407中，计算机变焦单元 119计算调焦透镜单元的位置ax'和bx'。 另一方面，如果在步骤S404中判断为"是"，则在步骤S408中，计算机变焦单元119 调用相对于被摄体距离Y的变焦区域v'的位置A(Y，v')和A(Y+l，v')，并将它们作为 ax'和bx'存储在存储器中。在步骤S409中，计算机变焦单元119计算在变焦透镜单元位 置已到达Zx'时的调焦透镜单元105的聚焦位置px'。在以下所示的等式(8)中表示经过 一个垂直同步时间之后调焦透镜单元105的目标位置。
Px， = (bx， -ax， ) X a / 0 +ax， (8)
因此，目标位置和当前的调焦透镜单元位置之间的差如下。
A F = (bx， -ax， ) X a / P +ax， -px 然后，在步骤S410中，计算机变焦单元119计算调焦标准移动速度VfO。可以通过 将调焦透镜单元位置的差AF除以变焦透镜单元102移动该距离所需的移动时间，来获得 该速度Vf0。 本处理结束，并且处理进入图3中的步骤S706。如果变焦正在进行中，则计算机变 焦单元119使调焦透镜单元105以在步骤S410中确定的调焦速度、沿该调焦速度的符号的 方向(+(正)是最近距离的方向，并且-(负)是无限远的方向)移动，并进行补偿器操作。
在步骤S411中，计算机变焦单元119对各种参数初始化。计算机变焦单元119还 清除后续处理中使用的"反转标志"。在步骤S412中，计算机变焦单元119根据在步骤S410 中获得的调焦标准移动速度VfO来计算锯齿形运动用的校正速度Vf+和Vf-。
在步骤S413中，计算机变焦单元119根据在图3所示的步骤S703中获得的与变 焦开关130的操作状态有关的信息，判断变焦是否正在进行中。如果判断结果为"是"，则计 算机变焦单元119进行自S416起的步骤。如果判断结果为"否"，则在步骤S309中，计算 机变焦单元119清除"AF校正标志"，并准备好以进行沿从广角侧至远摄侧的方向的变焦操 作。在步骤S414中，计算机变焦单元119将通过从AF评价信号水平的当前值减去任选常 数P所获得的值确定为TH1(图7A中的水平1302)，并且还确定用作沿上述校正方向的向 量的(用于切换锯齿形运动的)切换基准的AF评价信号水平。 在步骤S415中，计算机变焦单元119清除"校正标志"，并退出该处理。"校正标志" 是用于表示凸轮轨迹的跟踪状态是处于沿正方向的校正是有效的状态(校正标志=1)、还 是处于沿负方向的校正是有效的状态(校正标志=0)。 如果在步骤S413中判断为变焦正在进行中，则在步骤S416中，计算机变焦单元 119判断变焦方向是否是从广角端至远摄端的方向。与步骤S309相同，如果结果为"否"，则 在步骤S308中，计算机变焦单元119清除"AF校正标志"，并准备好以进行沿从广角端至远 摄端的方向的变焦操作。然后，在步骤S419中，计算机变焦单元119设置Vf+ = 0且Vf-= 0，并且进行自步骤S420起的步骤，但实际上未进行锯齿形驱动。 在步骤S416中，如果判断结果为"是"，则在步骤S306中，计算机变焦单元119判断相对于当前的变焦透镜单元位置的调焦透镜单元位置是否高于图2中的校正范围的上 限203。如果调焦透镜单元位置高于该上限203，则计算机变焦单元119进入步骤S423，以 使调焦透镜单元位置返回至校正范围中的位置。 在步骤S423中，计算机变焦单元119将负的校正速度Vf-与计算出的调焦速度 (标准移动速度)VfO相加(以沿朝向无限远的方向校正凸轮轨迹)。结果，强制使调焦透 镜单元105沿从上限203朝向下限204的方向返回。 如果在步骤S306中调焦透镜单元位置不高于上限203，则在步骤S307中，计算机 变焦单元119判断相对于当前的变焦透镜单元位置的调焦透镜单元位置是否低于图2中的 校正范围的下限204。如果调焦透镜单元位置低于下限，则计算机变焦单元119进入步骤 S424，以使调焦透镜单元位置返回至校正范围内。在步骤S424中，计算机变焦单元119将 正的校正速度Vf+与计算出的调焦速度(标准移动速度)VfO相加(以校正至最近距离方 向)。因此，强制使调焦透镜单元105沿从校正范围的下限204朝向上限203的方向返回。 结果，调焦透镜单元105的驱动范围被限制在校正范围内。结果，通过锯齿形运动重新指定 的凸轮轨迹被限制在校正范围内。 在步骤S306和S307中，如果调焦透镜位置未超过校正范围，则在步骤S417中，计 算机变焦单元119判断当前的AF评价信号水平是否小于TH1 ，以使得能够进行锯齿形运动。 如果判断为"是"，则由于这意味着当前的AF评价信号水平小于图7A中的水平TH1 (1302)， 因此在步骤S418中，计算机变焦单元119设置反转标志以切换校正方向。
在步骤S420中，计算机变焦单元119判断反转标志是否等于1。如果结果为"是"， 则处理进入步骤S421，在该步骤S421中，计算机变焦单元119判断校正标志是否等于1。如 果在步骤S421中结果为"否"，则处理进入步骤S424，在该步骤S424中，计算机变焦单元将 校正标志设置为1 (沿正方向的校正)。此外，计算机变焦单元119将调焦速度Vf设置为如 下。 调焦速度Vf = VfO+Vf+ (其中，Vf+ >0) 另一方面，如果在步骤S421中判断结果为"是"，则处理进入步骤S423，在该步骤 S423中，计算机变焦单元119将校正标志设置为0(沿负方向的校正)。此外，计算机变焦 单元119将调焦速度Vf设置为如下。
调焦速度Vf = VfO+Vf-(其中，Vf-《0) 如果在步骤S420中判断结果为"否"，则在步骤S422中，计算机变焦单元119判断 校正标志是否等于1。如果结果为"是"，则处理进入步骤S424，或者如果结果为"否"，则处 理进入步骤S423。 在处理结束之后，在图3中的步骤S706中，根据操作模式为调焦透镜单元105和 变焦透镜单元102选择驱动方向和驱动速度。 当变焦正在进行中时，根据在步骤S423或S424中获得的调焦速度Vf为正还是为 负，计算机变焦单元119将调焦透镜单元105的驱动方向设置为沿最近距离方向或沿无限 远方向。这样，当按锯齿形模式驱动调焦透镜单元105时，重新指定要跟踪的凸轮轨迹。
当锯齿形运动继续时，在步骤S417 S424中，检测到对比度中的AF评价信号达 到图7A所示的峰值水平1301。如果在步骤S417中判断结果为"否"，则在步骤S310中，计 算机变焦单元119判断是否达到峰值水平1301。当检测到达到了峰值水平时，在步骤S311
11中，计算机变焦单元119设置AF校正标志=1 ，并且如下还将轨迹参数的当前值设置为重新 指定的对比度中的轨迹参数。
<formula>formula see original document page 12</formula>aAF— a now, P AF — P now, yAF— y now 如果在下次执行步骤S302和S303时满足步骤S302和S303中的条件(如果这两 个步骤中的判断结果都为"是")，则在步骤S304中，计算机变焦单元119更新所指定的凸 轮轨迹。 对于步骤S304中此时更新并重新指定的轨迹参数，根据与检测到的距离相对应 的信息的变化，在步骤S301中，校正范围可能改变，变焦操作停止，或者变焦方向反转。结 果，将凸轮轨迹更新至根据与距离相对应的信息所指定的凸轮轨迹。 如果下次未满足步骤S302或S303中的条件，则每次检测到AF评价信号达到峰值 水平anew时(步骤S310中为"是")，在步骤S311中，计算机变焦单元119通过反复更新 参数a AF、 13 AF和y AF，在变焦期间将凸轮轨迹随时更新至最佳轨迹。
在步骤S310中，当尚未检测到AF评价信号达到峰值水平时，处理直接进入步骤 S420。计算机变焦单元119在没有通过锯齿形运动切换校正方向的情况下、沿上次确定的 校正方向校正凸轮轨迹时，驱动调焦透镜单元105。 通过上述处理，计算机变焦单元119根据与到被摄体的距离相对应的信息来定义 特定范围(校正范围)，在该特定范围内，指定了使用对比度信号要跟踪的凸轮轨迹。因此， 限制了调焦透镜单元的移动范围，这有助于显著提高通过使用对比度信号来指定凸轮轨迹 的精度。 可以抑制出现将错误的轨迹误认为是要跟踪的正确轨迹的问题或者锯齿形运动 的切换定时的误动作的问题。因而，可以在防止出现图像模糊的同时使变焦速度加快。
使用本实施例中的以下方法是重要的，在该方法中，在与距离相对应的信息中预 先指定作为基准的凸轮轨迹，并通过使用对比度信号在限定的校正范围内校正(重新指 定)凸轮轨迹。因此，可以提高基于对比度信号的跟踪凸轮轨迹的校正精度。此外，可以一 定程度地降低被摄体距离检测电路127的检测精度，并选择小型且廉价的被摄体距离检测 电路127。 以下参考图6来说明对上述校正范围的计算。 如下以两阶段确定校正范围。设置该校正范围，以限制当通过使用对比度信号的 校正操作(锯齿形运动)来重新指定精确的跟踪凸轮轨迹时的重新指定范围。
例如，如果被摄体距离检测电路127的输出与5m的被摄体距离(图2中的205)相 对应，则将校正范围设置为被摄体距离的士50cm的范围，以限制调焦透镜单元的移动量。 在这种情况下，上限201与针对4. 5m的被摄体距离的凸轮轨迹相对应，并且下限202与针 对5. 5m的被摄体距离的凸轮轨迹相对应。然而，有时出现被摄体距离检测电路的输出因受 照相机的运动影响而具有比该检测电路的检测精度大的变化。在这方面，例如通过使用传 感器信息对校正范围施加限制，这是本发明的特征。图6示出计算校正范围的流程。
在步骤S801中，计算机变焦单元119基于检测精度确定校正范围W。该校正范围 W是如上所述针对5m的被摄体距离的士50cm的预定范围。 在步骤S802中，计算机变焦单元119根据距离信息处理单元128的输出来获得距 离检测结果的波动范围W'。例如，波动范围W'基于根据预定时间内距离信息处理单元128的输出的与被摄体距离相对应的信息。如果距离检测结果在4. 25m和5. 75m之间波动，则 波动范围W，将是4. 25m和5. 75m之间的范围。 在步骤S803中，计算机变焦单元119将波动范围W' (4. 25m 5. 75m)和校正范围 W(4.5m 5.5m)进行比较。如果波动范围W'宽于校正范围W，则在步骤S804中，计算机变 焦单元119利用波动范围W'更新校正范围W。换言之，计算机变焦单元119利用W'重写校 正范围。 接着，以下说明根据被摄体距离检测电路127的输出的可靠性对校正范围W的控 制。在步骤S805中，计算机变焦单元119经由距离信息处理单元128获得从被摄体距离检 测电路127输出的、与可靠性有关的信息。将所获得的可靠性信息用于调节校正范围W。
在步骤S 806中，如果可靠性低于给定阈值Thl，则处理进入步骤S807，在该步骤 S807中，计算机变焦单元119进行加宽校正范围W的处理。这是因为认为检测结果包含误 差。例如，计算机变焦单元119通过将校正范围W乘以基于可靠性的大于1的值a，来加宽 范围。 例如，这里认为Thl(表示假设可靠性在OX和100%之间的值)是90%。如果可 靠性是95% ，则不加宽校正范围。这是因为，认为要跟踪的凸轮极有可能位于校正范围内。
另一方面，如果可靠性小于90% ，则由于90%小于Thl，因此通过将校正范围W乘 以a来加宽该校正范围W。根据可靠性的大小来设置a的值。如果可靠性低，则与当可靠 性高时相比，将a设置为较大的值。这是因为，认为要跟踪的凸轮更有可能位于校正范围 外。 如上所述，不仅依赖于根据与被摄体距离相对应的信息的检测精度的预定驱动范 围，而且通过根据输出的可靠性限制校正范围，可以稳健地应对各种类型的被摄体和工作 环境。 以下说明基于温度变化对校正范围W的控制。 由于温度变化，变焦透镜单元102和调焦透镜单元105的特性可能改变，并且调焦 透镜单元105的聚焦位置可能偏移。被摄体距离检测电路127的特性因温度变化而改变。 因此，考虑到特性随温度的变化来控制校正范围W是有用的。 在步骤S808中，计算机变焦单元119获得在温度信息处理单元128A中计算出的 温度误差宽度Wlens和Wdist，并调节校正范围W。在步骤S809中，计算机变焦单元119 使用作为两个温度误差宽度的和的温度校正宽度WT，并且在步骤S810中，计算机变焦单元 119进行通过使用温度校正宽度WT来加宽下限值Wmin和上限值Wmax这两者的运算操作。 通过根据温度而限制校正范围W，可以使要跟踪的凸轮轨迹包括在校正范围内。
以下说明通过检测照相机抖动状态和平摇(pa皿ing)状态对校正范围W的控制。
照相机变焦单元119根据运动检测电路127B的检测结果来判断照相机抖动状态 和平摇运动。在本实施例中，说明了使用角速度传感器的情况。 在步骤S811 S819中，计算机变焦单元119根据从运动检测信息处理单元128B 获得的角速度"，判断测距期间的照相机抖动和平摇运动。在步骤S812和S815中，计算机 变焦单元119判断为当角速度"为0以上且小于阈值Th2时，已经在静止状态下进行了测 距。在这种情况下，由于认为没有出现例如伴随照相机抖动的误差，因此维持校正范围无变 化。
在步骤S813中，如果角速度"大于Th2且小于Th3，则在步骤S816中，计算机变 焦单元119判断为在照相机抖动状态下进行测距。当判断为照相机抖动时，在由被摄体距 离检测电路127所获得的信号中出现变化。如果被摄体距离检测电路127是相位差型，则 照相机抖动的影响以在获得亮度信号时的图像信号的对比度降低的形式出现。在基于该信 号的相关性的计算结果中，即使相关值高，该值也不可靠。即使在出现照相机抖动的测距时 可靠性高时，在步骤S818中，为了扩展校正范围，也通过将校正范围乘以具有基于角速度 "的大于1的值的P来扩展对校正的限制。 在步骤S814中，如果角速度"大于阈值Th3，则在步骤S817中，计算机变焦单元
119判断为在平摇期间进行测距。由于被摄体距离在平摇运动前后可能变化，因此如果将运
动前有效的校正范围应用至运动后的被摄体，则可能应用了不适用于被摄体距离的校正范
围。因此，在步骤S819中，计算机变焦单元119通过将校正范围W乘以具有充分大的值的
Y来扩展对校正范围的限制，从而实现包括要跟踪的凸轮轨迹的校正范围。 最终，通过上述处理，校正范围W变为位于如图2所示的上限203和下限204之间
的范围。 如以上所述，在本实施例中，不仅基于被摄体距离检测电路127的输出，而且基于 从温度检测电路127A和运动检测电路127B获得的信息，来定义对校正范围的限制。
通过考虑从以上检测电路可获得的信息，可以应对各种被摄体以及被摄体的变 化。此外，可以稳健地应对工作环境的变化。因此，可以施加限制以使要跟踪的凸轮轨迹保 持位于校正范围内，并抑制在变焦期间出现图像模糊。 通过在校正范围内通过使用对比度信号的校正操作(锯齿形运动)重新指定精确 的跟踪凸轮轨迹，无需将被摄体距离检测电路127的检测分辨率(精度)设置为过高的水 平。由此产生的优势是能够提供低价小型的摄像设备。可以增加锯齿形运动的切换次数。 此外，可以减少沿相同校正方向连续校正凸轮轨迹的频率。因此，可以防止包括根据锯齿形 运动的图像的聚焦状态和略微模糊的周期性重现的模糊。此外，可以抑制在跟踪错误的轨 迹或者在将错误的轨迹恢复至正确的轨迹时出现的图像模糊。 如上所述，在基于上限203和下限204的校正范围内执行使用对比度信号对跟踪 凸轮轨迹的校正操作(锯齿形运动)，并且当将要超过该范围时，反转调焦透镜单元105的 驱动方向。结果，防止了重新指定位于校正范围外的凸轮轨迹。 在本实施例中，根据被摄体距离检测电路127的检测分辨率并根据来自温度检测 电路127A和运动检测电路127B的信息，设置校正范围。仅在该范围中，允许利用对比度信 号指定精确的跟踪凸轮轨迹。在该布置中，抑制了因同时使用对比度信号所引起的误操作 和图像模糊的诱发。 仅当在用于基于被摄体距离检测电路127的输出来指定凸轮轨迹的一个方法与 用于利用对比度信号基于聚焦状态的检测信号来指定凸轮轨迹的另一方法之间，指定结果 彼此一致时，才允许重新指定跟踪凸轮轨迹。因此，可以实现由不同的指定方法的优点的组 合所形成的具有极高的精确度的凸轮跟踪方法。 为了使用在前提技术的论述中所述的对比度信号来指定跟踪轨迹，必须将锯齿形 运动用的调焦透镜单元的驱动速度(校正速度)设置为用以覆盖从无限远侧的凸轮轨迹至 最近距离侧的凸轮轨迹的速度。作为对比，在本实施例中，通过对凸轮轨迹的校正范围设置
14限制，即使调焦透镜单元的校正速度与前提技术中的相同，也可以縮小驱动范围。因此，可 以自第一锯齿形运动的次数起增加每单位时间的锯齿形运动的次数。因此，即使在高速变 焦时，也可以提高利用对比度信号的凸轮轨迹指定精度。 另一方面，当没有自第一锯齿形运动的次数起增加锯齿形运动的次数时，可以减 小校正速度的设置值。可以抑制包括当对高频被摄体进行摄像时的校正运动中的聚焦状态 和略微模糊的周期性重现的模糊(在第二实施例中将说明其详细内容)。因此，可以提供一 种具有高自由度的变焦系统，即使在所采用的方法保持相同时，该变焦系统也可以在优先 变焦速度或可见性的情况下，通过根据所供给的摄像设备的产品规格采用最佳控制方法来 充分利用变焦性能。 在第一实施例中，说明了利用对比度信号对调焦透镜单元105进行的校正操作中 的校正速度与图3所述的前提技术中的速度相同的情况。在第一实施例中，校正范围被限 制，使得调焦透镜单元105的移动(驱动)距离减少。本变焦系统配置有指定即使高速变 焦期间的跟踪凸轮轨迹的高性能。 另一方面，在第二实施例中，将校正速度设置为比第一实施例中的低。因此，可以 减轻图像根据锯齿形运动而交替模糊和聚焦的周期性图像模糊。 例如，当将校正速度设置为第一实施例中的速度的1/2时，减少了如图7B所示的、 在调焦透镜单元105的驱动方向的反转时刻出现的过冲(overshoot)。调焦透镜单元105 的驱动方向反转时刻是AF评价信号低于水平1302的时刻。由于减少了过冲量，因此可以 减轻图像模糊或聚焦等的看起来的周期变化。 例如，为了将校正速度减小为1/2，仅需要添加用于将在图4A的步骤S412中计算 出的校正速度Vf+和Vf-设置为1/2的处理。向等式(4)和(5)提供系数，并且计算以下等式。 调焦速度Vf = Vf 0+Vf+/2 (其中，Vf + >0) (4)' 调焦速度Vf = Vf0+Vf_/2 (其中，Vf-《0) (5)' 在上述实施例中，已经讨论当基于与到被摄体的距离相对应的信息来指定(生 成)要跟踪的凸轮轨迹(a 、 |3 、 Y)时、指定用的范围被限制的情况。在这方面，上述技术 思想可应用于当计算(生成)调焦透镜单元的目标位置时基于与到被摄体的距离相对应的 信息来限制范围的情况。 还可以通过读出并执行存储装置上所记录的程序以进行上述实施例的功能的系 统或设备的计算机(或者CPU或MPU等的装置)以及通过以下方法来实现本发明的方面， 其中，由系统或设备的计算机通过例如读出并执行存储装置上所记录的程序以进行上述实 施例的功能，来进行该方法的步骤。为了该目的，例如，经由网络或者从用作存储装置的各 种类型的记录介质(例如，计算机可读介质)向计算机提供该程序。 尽管已经参考实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的实施 例。
权利要求
一种摄像设备，包括第一检测部件，用于检测与所拍摄图像的对比度相对应的第一信息；第二检测部件，用于检测与被摄体距离相对应的第二信息；存储器，用于存储针对各被摄体距离而设置的、与第一透镜单元的位置以及在光轴上位于所述第一透镜单元后方的第二透镜单元的位置有关的数据；以及控制器，用于当通过移动所述第一透镜单元对所拍摄图像进行变焦时，控制所述第二透镜单元的移动以补偿由于所述第一透镜单元的移动所引起的像面移动，并且用于控制所述第二透镜单元的移动，以在基于与被摄体距离相对应的所述第二信息从所述数据中选择出的范围内进行所述第二透镜单元的移动，其中，所述控制器根据所述第二检测部件在预定时间内的检测结果，控制所述第二透镜单元的移动范围。
2. 根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述第二透镜单元的移动范围根据 所述摄像设备的抖动状态或平摇状态至少之一而变化。
3. 根据权利要求1或2所述的摄像设备，其特征在于，所述第二检测部件的检测结果是 根据相位差检测方法而获得的，以及所述控制器根据所述第二检测部件检测到的两个图像之间的峰值相关值，改变所述第 二透镜单元的移动范围。
4. 根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，还包括温度计，所述温度计用于测量 环境温度，其中，所述控制器根据所测量出的环境温度，改变所述第二透镜单元的移动范围。
5. —种用于摄像设备的控制方法，所述摄像设备包括第一检测部件，用于检测与所 拍摄图像的对比度相对应的第一信息；第二检测部件，用于基于图像偏移量来检测与被摄 体距离相对应的第二信息；存储器，用于存储针对各被摄体距离而设置的、与第一透镜单元 的位置以及在光轴上位于所述第一透镜单元后方的第二透镜单元的位置有关的数据，所述 控制方法包括当通过移动所述第一透镜单元对所拍摄图像进行变焦时，控制所述第二透镜单元的移 动，以补偿由于所述第一透镜单元的移动所引起的像面移动；控制所述第二透镜单元的移动，以在基于所述第二信息从所述数据中选择出的范围内 进行所述第二透镜单元的移动；以及根据所述第二检测部件在预定时间内的检测结果，改变所述第二透镜单元的移动范围。
全文摘要
本发明涉及摄像设备及其控制方法。摄像设备在通过移动第一透镜单元对所拍摄图像进行变焦时，控制第二透镜单元的移动，以补偿由于第一透镜单元的移动所引起的像面移动，并且控制第二透镜单元，以在基于与被摄体距离相对应的第二信息从数据中选择出的范围内进行第二透镜单元的移动。该数据表示第一透镜单元的位置以及在光轴上位于该第一透镜单元后方的第二透镜单元的位置，并且针对各被摄体距离设置该数据。第二透镜单元的移动范围根据第二检测部件在预定时间内的检测结果而变化。
文档编号G03B13/36GK101776835SQ20101000220
公开日2010年7月14日 申请日期2010年1月6日 优先权日2009年1月6日
发明者本宫英育 申请人:佳能株式会社