专利名称：照相机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种照相机(摄像设备)。
背景技术：
专利文献I公开了包括相位差检测方法(以下简称为“相位差AF” )的焦点检测单元以及对比度检测方法(以下简称为“TVAF”)的焦点检测单元的混合焦点检测单元。专利文献2公开了通过对摄像装置设置摄像像素和焦点检测像素以及光瞳分割单元来进行的相位差检测(摄像面相位差AF(以下简称为“SAF”))功能。专利文献3公开了利用二次 成像光学系统的相位差AF。其它传统技术包括专利文献4和5。
_4] 专利文献PTLl 日本特开 2004-095047 号公报PTL2 :日本特开 2009-003122 号公报PTL3 日本特开 2007-323063 号公报PTL4:日本特开63-172110号公报PTL5 日本特开 2000-156823 号公报
发明内容
由于TVAF具有极好的焦点检测精度但需要长时间用于聚焦，因此在焦点检测所要求的容许时间段短、特别是在跟踪运动体或者在连续拍摄时的情况下不能应用TVAF。本发明提供一种用于提供快速且精确的焦点检测的照相机。根据本发明的照相机是一种以能够更换的方式安装有镜头单元的照相机，所述镜头单元包括用于形成被摄体图像的摄像镜头，所述镜头单元与第一焦点检测单元兼容，所述第一焦点检测单元用于通过检测在使用第一光瞳分割单元所形成的被摄体图像对之间的相位差来提供焦点检测，所述照相机包括第二焦点检测单元，用于通过检测在使用第二光瞳分割单元所形成的被摄体图像对之间的相位差来提供焦点检测，其中所述第二光瞳分割单元不同于所述第一光瞳分割单元；第三焦点检测单元，用于通过进行如下扫描而检测所述被摄体图像的对比度的峰值位置来提供焦点检测，其中所述扫描用于改变在摄像装置与由所述摄像镜头所形成的焦点位置之间的距离；以及获取单元，用于获取用于校正在来自所述摄像镜头的焦点检测光束与摄像光束之间的偏移量的校正信息，其中，所述第三焦点检测单元从由所述第二焦点检测单元检测出的焦点位置起在基于所述校正信息所设置的单一方向上进行所述扫描。通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。本发明能够提供用于提供快速且精确的焦点检测的照相机。
图I是本实施例能够应用的数字照相机(摄像设备)的框图。图2是图I中示出的数字照相机中从摄像镜头到相位差AF单元的光路图。图3是图I所示的摄像 镜头以及摄像装置的从光学取景器侧观看的光路图。图4是用于说明图I中示出的在相位差AF单元的焦点检测校正值与SAF单元的焦点检测单元之间的关系的光路图。图5是用于说明图I中示出的照相机MPU所进行的自动调焦操作的流程图。图6是图5中示出的S112的概念图。图7是图5的变形的流程图。图8A是图7中示出的S122、S126以及S128的概念图。图8B是图7中示出的S122、S126以及S128的概念图。图8C是图7中示出的S122、S126以及S128的概念图。
具体实施例方式图I是本实施例的数字照相机的与自动调焦有关的主要部分的框图。本实施例的数字照相机为镜头更换式的单镜头反光照相机，并且包括照相机本体10以及镜头单元60。镜头单元60可更换地安装到照相机本体10，并且镜头单元60包括摄像镜头62、光圈64、镜头MPU 70以及镜头存储器72。摄像镜头62用于形成被摄体图像、并且包括用于在光轴方向上前后移动以进行调焦的调焦透镜(未示出)以及用于提供变焦的变焦透镜(未示出)。L表示摄像镜头62的光轴。光圈62用于调整其开口直径从而在摄像时调整光量，并且用作用于调整曝光速度的快门。镜头MPU 70提供与摄像镜头相关的整个操作以及控制，并且控制摄像镜头62的调焦透镜和变焦透镜的驱动以及光圈64的驱动。另外，镜头MPU 70检测当前镜头位置，并且作为对来自照相机MPU 20的请求的响应将镜头位置信息通知照相机MPU20。镜头存储器(第一存储器)72存储包括如下所述的焦点检测校正值(校正信息)BP和偏移方向的、自动调焦所需的光学信息(校正信息)。如下所述，可以将用于存储校正信息的第一存储器设置于照相机本体10或者镜头单元60中的任一个。照相机本体10包括主镜11、副镜12、聚焦屏13、五棱镜14、目镜15、摄像装置16、摄像装置驱动电路17、图像处理电路18、照相机MPU 20、存储器22、操作开关24、相位差AF单元(第一焦点检测单元)30、SAF单元(第二焦点检测单元)40以及TVAF(第三焦点检测单元)50。相位差AF单元30对于照相机本体10不是必须的。例如，假定镜头单元60与相位差AF单元兼容并且能够可更换地安装到包括作为唯一焦点检测单元的相位差AF单元的照相机，并且假定镜头存储器72存储焦点检测校正值BP。即使在这样的镜头单元60可更换地安装到不具有上述组件中的相位差AF单元的照相机本体的情况下，本实施例也是可行的。主镜11以及副镜12配置在摄像镜头62与摄像装置16之间，用于在利用光学取景器观察时进入从摄像镜头62到摄像装置16的光路中、并且在摄像时从光路中缩回。主镜11由半透半反镜构成，并且将来自摄像镜头62的光束分割为朝向光学取景器系统的反射光束以及朝向副镜12的透过光。反射光在聚焦屏13上的粗糙表面上形成图像，然后由操作者通过五棱镜14以及目镜15观察该图像。另一方面，已透过主镜11的光由副镜12反射并且引导至相位差AF单元30。摄像装置16包括C-MOS传感器及其外围电路，其中，在横向的m个像素及纵向的n个像素的光接收像素上配置一个光电转换元件。摄像装置16用于光电转换被摄体图像。摄像装置16配置为使得可以独立地输出所有像素。另外，一部分像素用作可以在摄像面(第二图像面)上设置SAF的焦点检测像素。更具体地，摄像装置16包括用于接收穿过用于形成被摄体图像的摄像镜头的出射光瞳的整个区域的光并且用于光电转换被摄体图像的多个摄像像素、多个焦点检测像素以及用于将穿过摄像镜头62的出射光瞳的不同区域的光束引导至各个焦点检测像素的光瞳分割单元(第二光瞳分割单元)。
多个焦点检测像素作为整体可以接收到穿过摄像镜头的出射光瞳的整个区域的光束。例如，通过在2行X2列像素中维持对角地配置的一对G像素的同时用焦点检测像素来替换R像素和B像素而构成摄像装置16。光瞳分割单元包括专利文献2中的图6和图7中所公开的具有微透镜以及开口的配线层。摄像装置驱动电路17控制摄像装置16的操作，对所获得的图像信号进行模数转换并且将结果信号发送到照相机MPU 20。图像处理电路18对由摄像装置16获得的图像进行Y转换、彩色插值以及JPEG压缩。照相机MPU (控制器)20是用于提供与照相机本体10有关的整个操作以及控制的处理器。照相机MPU 20连接到镜头MPU70，并且向镜头MPU 70请求摄像镜头62的位置的信息、以预定的驱动量驱动镜头以及诸如焦距等的镜头单元60固有的光学信息。照相机MPU 20还用作用于获取以下将说明的校正信息的获取单元。在本实施例中，照相机MPU 20从镜头单元60的镜头存储器72获得校正信息。然而，照相机主体10可以通过诸如USB线缆等的连接单元连接到计算机或者便携式电话(电子设备)，并且可以通过互联网(或者其它网络)以及电子设备来获得校正信息。照相机MPU 20提供用于基于各个焦点检测单元的检测结果通过镜头MPU 70来驱动调焦透镜的AF控制。另外，照相机MPU 20在SAF单元40进行焦点检测后使得TVAF单元50进行焦点检测。在本实施例中，照相机MPU 20基于校正信息将用于TVAF单兀50的扫描方向设置为从SAF单元40检测出的焦点位置起的预定方向。然而，本实施例不要求控制器设置用于TVAF单元50的扫描方向。换言之，TVAF单元50能够从SAF单元40检测出的焦点位置起在根据校正信息所设置的单一方向上扫描即足够。存储器(第二存储器)22存储用于控制照相机操作的程序以及诸如图5中用于S106的阈值、图7中用于S106的阈值、用于120的阈值(第一阈值)以及用于S124的阈值(第二阈值)等的各种阈值。另外，如上所述，存储器22可以用作存储用于校正偏移量的焦点检测校正值BP的
第一存储器。操作开关(以下简称为“操作SW”) 24包括电源开关、释放(摄像触发)开关(SW1、SW2)、变焦开关、摄像模式选择开关、拨盘以及其它输入部。操作SW 24用作用于在取景器上显示的多个焦点检测区域中设置作为实际焦点检测的对象的焦点检测区域的设置单元。相位差AF单元(相位差焦点检测单元)30包括用于引导穿过了摄像镜头62的不同光瞳区域的光束的第一光瞳分割单元，并且用作如下的第一焦点检测单元，其通过在图像面(第一图像面)上检测被摄体图像对的图像信号之间的相位差来检测摄像镜头62的焦点。本实施例的相位差AF单元30利用专利文献3中公开的二次成像光学系统进行相位差AF，并且具有视野掩模、场透镜、光圈、二次成像镜头单元、配置在第一图像面上的光接收元件。然而，只要能够检测到在被摄体图像对之间的相位差，则其结构不限于专利文献3中的结构。 图2是在摄像镜头62与相位差AF单元30之间的光学系统的部分光路图。对与图2的纸面垂直的方向应用与图2类似的光学操作。由虚线示出的光束LFl是通过摄像镜头62以及光圈64、并且在摄像装置16的光接收面的中央或者在视野掩模31与摄像镜头62的光轴L之间的交点形成图像的摄像光束。由斜线示出的光束LF2是焦点检测光束。如上所述，本实施例的相位差AF沿光轴L方向从摄像镜头62起按顺序包括视野掩模31、场透镜33、光圈34、二次成像镜头单元35以及光接收元件36。视野掩模31配置在与摄像装置16的光接收面在光学上等价的位置。场透镜33具有通过多种类型的摄像镜头62的代表性的出射光瞳位置以及用于形成光圈34的图像的光学能。在假定光圈64位于摄像镜头62的出射光瞳位置的情况下，由场透镜33将光圈34的一对开口投影到光圈64的表面上。两个分割得到的光束在光圈64上转变为由斜线示出的焦点检测光束LF3，并且光接收元件36接收摄像镜头62的光瞳分割得到的焦点检测光束LF3对。因此，场透镜33以及光圈34用作上述第一光瞳分割单元。摄像光束LFl在视野掩模31上形成图像。一对焦点检测光束LF2不在视野掩模31上形成图像而是在后方的表面32上形成图像。当如上所述、摄像光束LFl与焦点检测光束LF2的成像位置不同时，最佳图像面位置偏移，并且需要焦点检测校正值BP以校正该偏移。焦点检测校正值BP是用于对摄像光束LFl与焦点检测光束LF2之间的图像面位置在光轴方向上的偏移量进行校正的校正信息，其中，摄像光束LFl与焦点检测光束LF2来自摄像镜头62并且分别入射到相位差AF单元30。如上所述，第一存储器存储焦点检测校正值BP，并且焦点检测校正值BP包含与偏移方向有关的信息。“偏移方向”表示焦点检测光束LF2的图像面位置是位于摄像光束LFl的图像面位置的前焦点侧还是后焦点侧。图2示出当相位差AF单元30检测出焦点后已正确地反映焦点检测校正值BP时的状态。图2示出焦点检测光束LF2的图像面位置(面32)位于摄像光束LFl的图像面位置(视野掩模31)的后焦点侧。可以针对视野掩模31的各个开口(未示出)将焦点检测校正值BP存储在镜头存储器72中。最佳图像面位置根据光束的差异而偏移、根据在摄像装置16与光接收元件36之间接收光的分光特性的差异而偏移、或者根据所要处理的空间频率的差异而偏移，并且本实施例的焦点检测校正值BP包含这些信息。表I示出存储在镜头存储器72或者存储器22中的焦点检测校正值BP的一个例子。表I
变焦位置
12345678
调焦 I BPlllBP112BP113BP114BP115BP116BP117BP118 讧置 2 BP121BP122BP123 BP124BP125BP126BP127BP128
3BP131BP132BP133 BP134BP135BP136BP137BP138
4BP141BP142BP143 BP144BP145BP146BP147BP148
5BP151BP152BP153 BP154BP155BPI56BP157BP158
6BP161BP162BP163BP164BP165BP166BP167BP168
7BP171BP172BP173 BP174BP175BP176BP177BP178
8BP181BP182BP183 BP184BP185BP186BP187BP188在表I中，本实施例将摄像镜头62的变焦位置以及调焦位置分割为8个，并且对各个位置设置焦点检测校正值BPlll至BP188以进行高精度的校正。本实施例的SAF单元40是如下的第二焦点检测单元，其用于提供使用嵌入摄像装置16中的焦点检测像素的图像信号的相位差AF。更具体地，SAF单元40提供通过检测如下的被摄体图像对的相位差来检测摄像镜头62的焦点状态的SAF，其中，通过焦点检测像素以及穿过摄像镜头62的一对光瞳区域的光束来形成该被摄体图像对。SAF的原理与针对专利文献2的图5-7所说明的类似，并且SAF单元40包括专利文献2的图8中所公开的合成单元、连接单元以及操作单元。然而，第二焦点检测单元不限于SAF单元，SAF单元包括不同于第一光瞳分割单元的第二光瞳分割单元、并且通过在不同于第一图像面的第二图像面上检测被摄体图像对之间的相位差来检测摄像镜头62的第一焦点位置就足够了。TVAF单元(对比度焦点检测单元)50是用于以如下的对比度检测方法来检测焦点的第三焦点检测单元，该对比度检测方法使用在由图像处理电路18所获得的图像信息中所包括的对比度成分。TVAF使用将区域定义为焦点检测对象的焦点检测框以及所谓的爬山方法、通过移动调焦透镜来检测与对比度的峰值相对应的调焦透镜的位置。然而，第三焦点检测单元不必限于用于移动调焦透镜的单元。第三焦点检测单元进行用于改变在摄像镜头62所形成的焦点位置与摄像装置16之间的距离的扫描、并且检测由摄像装置16形成的被摄体图像的对比度的峰值位置作为第二焦点位置就足够了。本实施例使用将SAF与TVAF合成的混合焦点检测单元。本实施例使用SAF将调焦透镜104以高速移动到聚焦位置附近，然后使用TVAF将调焦透镜104精确地定位于聚焦位置，从而兼顾响应性与焦点检测精度。
由于TVAF具有极佳的焦点检测精度但需要长的调焦时间段，因此在焦点检测所要求的容许时间段短、特别是在跟踪运动体以及在连续拍摄时的情况下，不能应用TVAF。相应地，本实施例在SAF后基于焦点检测校正值BP的信息来设置用于TVAF的扫描方向，并且在该方向上执行TVAF。由于限制了扫描方向，因此缩短了 TVAF时间段。在焦点检测校正值BP等于或者小于阈值(第一阈值)或者在SAF的精度低的情况下(在SAF焦点检测的偏差区域超过阈值范围的情况下)，可以从调焦透镜的当前位置进行 TVAF。图3是从光学取景器侧观看摄像镜头62以及摄像装置16的光路图。图3示出在摄像装置16的中央形成图像的摄像光束LF1，以及在由摄像装置16的焦点检测像素接收到的焦点检测光束中在摄像装置16的光接收表面的中央附近形成图像的由斜线示出的焦 点检测光束LF4。对于SAF单元40，焦点检测光束LF4的最佳图像面位置从摄像光束LFl的最佳图像面位置偏移。图3示出摄像光束LFl在摄像装置16上形成图像并且焦点检测光束LF4向摄像镜头62的后焦点侧在光轴方向上偏移距离BP’。这是SAF单元40的焦点检测校正值 BP’。在画面的中央部附近，焦点检测校正值BP’主要由摄像镜头62的球面像差引起。当比较图2与图3时，BP与BP’的值不同，但是都相对于摄像光束LFl向后焦点侧偏移。本实施例利用该特性进行TVAF。图4是用于说明在焦点检测校正值BP与BP’之间的关系的光路图。图4是示出通过光轴L的上侧的光线的图，并且光圈64具有释放F值。摄像镜头62的像差轴对称地发生，并且在光轴周围同样地发生。Rl到R5表示从被摄体侧的光轴L上的一个被摄体点(未示出)发射的光束，并且其成像位置由于摄像镜头62的球面像差而偏移。光线R I在位置BP1形成图像，光线R2在位置BP2形成图像，光线R3在位置BP3形成图像，光线R4在位置BP4形成图像并且光线R5在位置BP5形成图像。假定摄像光束LFl的最佳图像面位置是成像位置BP1到成像位置BP5的平均位置。于是最佳图像面位置成为与位置BP3相同的最佳图像面位置Ml。另一方面，相位差AF单元30的最佳图像面位置由穿过光瞳Pl的、包含光线Rl以及R2的光束确定。因此，最佳图像面位置成为在BP1与8匕之间的位置M2。作为结果，如图4中所示获得相位差AF单元30的焦点检测校正值BP。另外，SAF单元40的最佳图像面位置由通过光瞳P2的、包含光线Rl至R4的光束确定。因此，最佳图像面位置位于在BP2与BP3之间的位置M3。作为结果，如图4中所示获得SAF单元40的焦点检测校正值BP’。在处理摄像镜头62的球面像差的简单模型中，SAF单元40的最佳图像面位置相对于摄像光束LFl的最佳图像面位置Ml在与相位差AF单元30的最佳图像面位置相同的方向上偏移，并且偏移量小于相位差AF单元30的偏移量。这是因为，在用于SAF单元40的摄像镜头62的出射光瞳上的焦点检测光束比用于相位差AF单元30的摄像镜头62的出射光瞳上的焦点检测光束更粗、并且更接近摄像光束LF1。因此，以下等式成立[公式I]
权利要求
1.一种以能够更换的方式安装有镜头单元的照相机，所述镜头単元包括用于形成被摄体图像的摄像镜头，所述镜头単元与第一焦点检测单元兼容，所述第一焦点检测单元用于通过检测在使用第一光瞳分割単元所形成的被摄体图像对之间的相位差来提供焦点检测，所述照相机包括 第二焦点检测单元，用于通过检测在使用第二光瞳分割単元所形成的被摄体图像对之间的相位差来提供焦点检测，其中所述第二光瞳分割単元不同于所述第一光瞳分割単元； 第三焦点检测单元，用于通过进行如下扫描而检测所述被摄体图像的对比度的峰值位置来提供焦点检测，其中所述扫描用于改变在摄像装置与由所述摄像镜头所形成的焦点位置之间的距离；以及 获取单元，用于获取用于校正在来自所述摄像镜头的焦点检测光束与摄像光束之间的偏移量的校正信息， 其中，所述第三焦点检测单元从由所述第二焦点检测单元检测出的焦点位置起在基于所述校正信息所设置的单一方向上进行所述扫描。
2.根据权利要求I所述的照相机，其特征在于，所述校正信息大于第一阈值、并且由所述第二焦点检测单元提供的焦点检测的偏差范围小于第二阈值。
3.根据权利要求I或2所述的照相机，其特征在于，所述校正信息存储在所述镜头単元中，并且所述获取单元从所述镜头单元获取所述校正信息。
4.一种以能够更换的方式安装有镜头单元的照相机所使用的焦点检测方法，所述镜头単元包括用于形成被摄体图像的摄像镜头，所述镜头単元与第一焦点检测单元兼容，所述第一焦点检测单元用于通过检测在使用第一光瞳分割単元所形成的被摄体图像对之间的相位差来提供焦点检测，所述照相机包括 第一步骤，用于通过检测在使用第二光瞳分割単元所形成的被摄体图像对之间的相位差来提供焦点检测，其中所述第二光瞳分割単元不同于所述第一光瞳分割単元； 第二步骤，用于通过进行如下扫描而检测所述被摄体图像的对比度的峰值位置来提供焦点检测，其中所述扫描用于改变在摄像装置与由所述摄像镜头所形成的焦点位置之间的距离；以及 获取用于校正在来自所述摄像镜头的焦点检测光束与摄像光束之间的偏移量的校正信息的步骤， 其中，从由所述第一歩骤检测出的焦点位置起在基于所述校正信息所设置的単一方向上进行所述扫描。
5.一种由处理器执行的、以能够更换的方式安装有镜头单元的照相机中的焦点检测的控制方法，所述镜头単元包括用于形成被摄体图像的摄像镜头，所述镜头単元与第一焦点检测单元兼容，所述第一焦点检测单元用于通过检测在使用第一光瞳分割単元所形成的被摄体图像对之间的相位差来提供焦点检测，所述照相机包括第二焦点检测单元和第三焦点检测单元，所述第二焦点检测单元用于通过检测在使用第二光瞳分割単元所形成的被摄体图像对之间的相位差来提供焦点检测，所述第二光瞳分割単元不同于所述第一光瞳分割单元，所述第三焦点检测单元用于通过进行如下扫描而检测所述被摄体图像的对比度的峰值位置来提供焦点检测，所述扫描用于改变在摄像装置与由所述摄像镜头所形成的焦点位置之间的距离，所述控制方法包括通过所述处理器获取用于校正在来自所述摄像镜头的焦点检测光束与摄像光束之间的偏移量的校正信息；以及 基于所述校正信息，将所述第三焦点检测单元的扫描方向设置为从由所述第二焦点检测单元检测出的焦点位置起的 単一方向。
全文摘要
一种以可更换的方式安装有镜头单元的照相机，包括相位差检测型焦点检测单元，对比度检测型焦点检测单元以及用于获取用于校正在焦点检测光束与来自摄像镜头的摄像光束之间的偏移量的校正信息的处理器。对比度检测型焦点检测单元从由相位差检测型焦点检测单元检测出的焦点位置起在基于校正信息而设置的单一方向上进行扫描。
文档编号G02B7/34GK102687052SQ201080059329
公开日2012年9月19日 申请日期2010年11月25日 优先权日2009年12月22日
发明者山崎亮 申请人:佳能株式会社