专利名称：焦点检测设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及诸如数字照相机等的摄像设备中的焦点检测技术。
背景技术：
对于传统的照相机的自动焦点检测设备，通常已经相位检测方法。在相位检测方法中，在一对AF(自动调焦)传感器上对来自被摄体的穿过摄像光学系统的不同出射光瞳区域的光束进行成像，以计算通过进行光电转换所获得的一对被摄体图像的相对位置(以下称为相位差计算)。由此，可以检测摄像光学系统的离焦量。还已知以下被摄体跟踪自动焦点检测设备。换句话说，除了使用上述AF传感器以外，还使用多分割的图像传感器，并且将作为拍摄图像中的跟踪对象的被摄体图像存储为基准图像。然后，将重复获取的图像与基准图像进行比较以检测被摄体位置，并对所检测到的被摄体位置进行进一步的焦点检测。例如，日本特开2009-010672公开了一种对移动的被摄体进行自动跟踪以进行焦点检测或调焦的设备。图25是示出在日本特开2009-010672中公开的焦点检测设备的框图。使用从不同于焦点检测元件10的第二摄像元件16获得的图像来跟踪移动的被摄体的位置，并通过从与所检测到的被摄体位置相对应的焦点检测元件10获得的信号而进行调
焦ο然而，在日本特开2009-010672中公开的焦点检测设备中，存在所存储的基准图像可能是难以通过AF检测到的被摄体的情况。在这种情况下，由于基于具有低可靠性的AF 结果来跟踪被摄体，因此产生连续拍摄离焦的图片的问题。以下(1) (4)是难以通过AF 检测到的被摄体的例子。(1)对比度低的情况(2)被摄体亮度非常高的情况(诸如太阳光的正反射光等的亮点)(3)对比度的颜色组合不适当的情况(诸如蓝色和红色的边缘对比度)(4)针对AF传感器(行传感器)的倾斜对比度的情况当基准图像为⑴时，因为由AF传感器获得的图像信号的对比度低，所以相位差计算的可靠性低，因此尽管可以进行被摄体跟踪，但从来不能进行AF。当基准图像为(2) 时，由AF传感器获得的图像信号饱和，并且不能获得准确的图像信号。当基准图像为(3) 时，由于摄像光学系统的色差的影响而使得具有不同波长的图像信号成像在不同的焦点位置上，因而由AF传感器获得的图像信号畸变，并且在相关计算结果中生成误差。当基准图像为(4)时，由于AF传感器和AF摄像镜头的光轴的制造调整位置误差，由AF传感器获得的图像信号的重心偏移，并在相位差计算结果中生成误差。通常，由于AF传感器由不能检测颜色的行传感器构成，因此不能基于由AF传感器获得的图像信号来判断(3)或(4)的被摄体。因此，即使被摄体是难以检测到的被摄体，也不能给用户警告。
发明内容
本发明提供一种能够改善在跟踪被摄体时进行的焦点检测的焦点检测精度的焦点检测设备。作为本发明的一个方面的焦点检测设备包括摄像元件，用于拍摄经由摄像光学系统入射的被摄体图像；被摄体识别部，用于将所述摄像元件所获得的图像与预先存储的图像进行比较，以基于所述摄像元件所获得的图像来检测主被摄体的位置；焦点检测部，用于检测所述摄像元件的画面中的多个位置的聚焦状态；可靠性判断部，用于判断所述摄像元件的画面中的、包括所述主被摄体的位置的所述多个位置的聚焦状态的检测结果的可靠性；判断部，用于基于所述可靠性判断部的判断结果来判断所述多个位置中聚焦状态的检测结果的可靠性最高的位置；以及选择器，用于选择所述主被摄体的位置的聚焦状态的检测结果和聚焦状态的检测结果的可靠性被判断为最高的位置的聚焦状态的检测结果之一， 以对所述摄像光学系统进行调焦。通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征和方面将变得明显。
图1是示出第一实施例中的配备有焦点检测设备的照相机的结构的框图。图2是示出第一实施例中的照相机的光学结构的图。图3是示出第一实施例中的通过相位检测方法进行焦点检测的光学系统的详细结构的图。图4是第一实施例中的AF传感器中的行传感器的配置图。图5A和5B是示出第一实施例中的焦点检测点和行传感器的视野的位置的图。图6是第一实施例中的AF操作和摄像操作的流程图。图7是第一实施例中的可靠性评价的子例程流程图。图8是说明第一实施例中的被摄体识别电路的跟踪处理的图。图9是说明第一实施例中的图像的分割的图。图10是说明第一实施例中的可靠性判断(对比度值)的图。图11是说明第一实施例中的可靠性判断(对比度的方向)的图。图12是第一实施例中的可靠性计算结果和评价值的对应表。图13A和13B是说明第一实施例中的显示焦点检测点的方法的图。图14是第二实施例中的AF传感器的结构图。图15是第二实施例中的照相机的结构图。图16是第二实施例中的照相机的光学结构图。图17是第二实施例中进行焦点检测时的光学结构图。图18是第二实施例的AF传感器中的区域传感器的配置图。图19A和19B是第二实施例中的焦点检测用的视野和被摄体识别用的视野的配置图。图20是第二实施例中的焦点检测操作的流程图。图21是第二实施例中的累积操作的子例程流程图。图22是说明第二实施例中的P-B信号处理的图。
图23A 23C是第二实施例中的焦点检测操作的图像的例子。图M是说明第二实施例中的焦点检测信号的输出处理的图。图25是传统的照相机的框图。
具体实施例方式以下将参考
本发明的典型实施例。第一实施例图1是示出本发明的实施例中的配备有焦点检测设备的照相机(摄像设备)的结构的框图。照相机微计算机(以下称为CPU) 100与图像传感器(摄像元件)106和用于检测照相机的各种操作用的开关单元114(选择器)的信号输入电路104连接。CPU100 (判断部)还与第二图像传感器107、控制快门磁体118a和118b的快门控制电路108、AF传感器 101(焦点检测部)和焦点检测点显示电路111连接。经由镜头通信电路105在CPU 100和摄像光学系统200(见图2、之间传送信号115以控制焦点位置和光圈。通过开关单元114的设置来确定照相机的操作。开关单元114包括用于开始AF 操作的开关SW1、用于开始摄像操作的开关SW2、和用于选择焦点检测点的选择开关(选择 Sff)等。AF(自动调焦)传感器101包括多个行传感器。CPU 100控制AF传感器101基于由各行传感器获得的被摄体的对比度分布检测离焦量，以控制摄像光学系统200的焦点位置。第二图像传感器107是拍摄用于测光或被摄体识别的被摄体图像的多像素区域传感器，并在像素部中设置有R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)的原色滤光器。由此，可以输出被摄体图像的RGB信号。CPU 100控制第二图像传感器107检测被摄体的亮度并确定摄像光学系统200的光圈值或快门速度。CPU 100经由镜头通信电路105进行光圈值的控制，以及还通过经由快门控制电路108控制磁体118a和118b的通电时间来进行快门速度控制，并且另外通过控制图像传感器106来进行摄像操作。由CPU 100中的被摄体识别电路109 (被摄体识别部)处理由第二图像传感器107获得的图像，并获得被摄体的亮度分布信息和颜色信息，以基于预先存储的被摄体信息来进行存在于图像中的主被摄体的位置检测。此外，AF可靠性判断电路110(可靠性判断部)对所获得的亮度分布信息和颜色信息进行处理以判断难以由AF传感器101检测到的被摄体。焦点检测点显示电路111显示与由被摄体识别电路109检测到的主被摄体的位置相对应的焦点检测点和最适用于在由AF可靠性判断电路110所判断出的被摄体的位置或该位置附近的离焦检测的焦点检测点。CPU 100内置有存储器电路112，该存储器电路112包括存储用于控制照相机操作的程序的ROM、存储变量的RAM和存储各种参数的EEPROM (电子可擦除可编程只读存储器)寸。图2是示出照相机的光学结构的图。通过快速回位镜205向上反射经由摄像光学系统200的来自被摄体的入射光的大部分，以在取景器屏幕203上形成图像。取景器屏幕 203具有用于焦点检测显示的直通型液晶显示结构，该取景器屏幕203通过焦点检测点显示电路111的驱动来显示焦点检测点。照相机的用户经由五棱镜201和目镜透镜202观察该图像，以确认重叠在画面上的焦点检测点。第二图像传感器107经由第二摄像透镜212拍摄在取景器屏幕203上的图像。处理由第二图像传感器107获得的图像以进行被摄体识别和测光。摄像光束的一部分穿过快速回位镜205并被后面的副反射镜206向下反射以经由视野掩模207、场透镜211、光圈208和二次成像透镜209在AF传感器101上形成图像。对通过对该图像进行光电转换而获得的图像信号进行相位差计算，以检测摄像光学系统200 的聚焦状态。在摄像时，快速回位镜205向上跳起，并通过对快门磁体118a和118b通电来进行快门控制，以使得在摄像传感器106上对全部光进行成像以拍摄被摄体图像。本实施例中的焦点检测方法使用能够检测画面中的多个不同区域中的聚焦状态的已知的相位检测方法。图3是示出通过相位检测方法进行焦点检测的光学系统的详细结构的图。副反射镜206反射穿过摄像光学系统200的来自被摄体的光束，以在与摄像面共轭的平面上的视野掩模207的附近形成图像。在图3中，示出了由副反射镜206反射并返回的展开后的光路。视野掩模207是用于遮挡画面中的除焦点检测区域(焦点检测点)以外的额外的光的构件。场透镜211具有在摄像光学系统200的出射光瞳附近形成光圈208的各开口的图像的功能。二次成像透镜209设置在光圈208后面，并且由两对四个透镜构成，并且各透镜与光圈208的各开口相对应。穿过视野掩模207、场透镜211、光圈208和二次成像透镜209的各光束在AF传感器101上的行传感器上形成图像。AF传感器101被配置为还可以对摄像画面内的来自不同被摄体的光束进行成像。将参考图4以及图5A和5B说明摄像画面内在AF传感器101上的行传感器。图 4是AF传感器101的行传感器的配置图。通过排列在横向方向上各自具有多个像素的5 个横向行传感器来构成行传感器10加。行传感器102b也具有同样的行传感器。行传感器 102a和102b利用二次成像透镜209具有在光学上成对的关系。通过排列在垂直方向上各自具有多个像素的13个垂直行传感器来构成行传感器 103a。行传感器10 也具有同样的行传感器。行传感器103a和10 利用二次成像透镜 209具有在光学上成对的关系。图5A和5B是示出在取景器画面上的焦点检测点和行传感器的视野的位置关系的图。图5A示出行传感器10 和102b的横向行传感器的视野。行传感器10 和102b利用二次成像透镜209接收被摄体的大致相同区域的光。将具有5行的各行传感器10 和 102b分割成13个区域以能够基于各分割区域的图像信号来检测13 X 5总共65个点的焦点检测点的离焦量。图5B示出行传感器103a和103b的垂直行传感器的视野。行传感器103a和103b 利用二次成像透镜209接收被摄体的大致相同区域的光。将具有13行的各行传感器103a 和10 分割成5个区域以能够基于各分割区域的图像信号来检测13X5总共65个点的焦点检测点的离焦量。将基于图6和7的流程图详细说明如上所述配置的焦点检测设备和照相机的AF 操作和摄像操作。
当按下图1中所示的开关单元114中的开关SWl时，开始步骤SlOl中的操作。在步骤SlOl中，CPU 100控制第二图像传感器107以获得图像信息。在步骤S102中，CPU 100 检测在步骤SlOl中由被摄体识别电路109获得的图像信息中的主被摄体位置，以将该位置存储为跟踪焦点检测点。将参考图8说明被摄体识别电路109的处理的一个例子。附图标记301表示由第二图像传感器107获得的图像，以及附图标记302表示作为预先存储的主被摄体的一部分的基准图像。在将基准图像从图像301的左上方偏移预定量的情况下，计算(比较)图像的相关量。然后，将相关量最高的位置设置为跟踪被摄体的位置，并且将离该位置最近的焦点检测点存储在存储电路112中作为跟踪焦点检测点。在步骤S103中，CPU 100通过AF可靠性判断电路110基于在跟踪焦点检测点的图像信息或跟踪焦点检测点附近的图像信息来进行可靠性评价子例程。图7是可靠性评价子例程的流程图。当处理从主流程中的步骤S103跳至本子例程中的步骤S103时，在后续的步骤S201中，剪切图像。如图9所示，针对主流程中在步骤 SlOl中获得的图像，将与跟踪焦点检测点和其周边的焦点检测点相对应的图像分割成9个块图像(BLK1 BLK9)。在步骤S202中，基于与跟踪焦点检测点相对应的块图像(BLKl)检测颜色成分以判断在其它块图像(BLK2 BLK9)中是否包含相同的颜色成分。当包含相同的颜色成分时， 处理进入步骤S203。在步骤S203中，针对在步骤S202中判断为包含与从块图像BLKl检测出的颜色成分相同的颜色成分的块图像，进行在利用横向行传感器进行离焦检测时的可靠性判断值的计算。在该示例中，计算“对比度值”、“明度”、“颜色，，和“对比度的方向”这4项的可靠性判断值。首先，将参考图10说明对比度值。当使用横向行传感器的视野进行离焦检测时， 与横向行传感器的方向平行的对比度成分是重要的。因此，如图10所示，计算在块图像的垂直方向上的投影图像信号。此外，对投影图像信号的相邻比特信号的差分值进行积分以计算对比度值。接着，针对明度，检测作为难以检测到的被摄体的、块图像中的亮点。当存在信号量在所限制的范围内非常高的图像时，判断为在图像中存在亮点。针对颜色对比度，判断是否包含在图像块中差异显著的颜色对比度，例如红色蓝色的边缘或者红色绿色的边缘。针对对比度的方向，如图11所示，计算在图像块中的对比度和行的方向的角度图12示出以上四项的计算结果和评价值的对应表。随着对比度值变大，改善了离焦检测的精度。因此，将高的评价值给予大的对比度值。针对明度，当亮点存在时给予评价值0，另一方面，当亮点不存在时给予评价值1。针对颜色，当颜色对比度存在时给予评价值 0，以及另一方面，当颜色对比度不存在时给予评价值1。针对对比度的方向，随着对比度和行的方向变得相互平行，放大了测量误差。因此，随着角度θ靠近90度，给予更高的评价值。当θ超过90度时使用补角。由以下表达式表示总评价值Ε，其中各项的评价值为A D。
E = AXBXCXD在步骤S204中，对在步骤S202中判断为包含与从块图像BLKl检测出的颜色成分相同的颜色成分的块图像，进行在利用垂直行传感器进行离焦检测时的可靠性判断值的计算。针对与步骤S203的项相同的项计算可靠性判断值。在该情况下，使用在块图像的横向方向上的投影图像信号来计算对比度值，以及还针对对比度的方向检测相对于垂直行方向的角度。在步骤S205中，确定具有在步骤S203和S204中计算出的横向方向和垂直方向上的可靠性判断值(可靠性的检测结果)中的最高总评价值的块和方向(判断结果)。然后，将与具有最高总评价值的块位置相对应的焦点检测点存储在存储器电路112中作为精度焦点检测点。同时，还将总评价值高的检测方向存储在存储器电路112中，并且处理返回至主流程。另一方面，当判断为在其它块图像(BLK2 BLK9)中不包含与对应于跟踪焦点检测点的块图像(BLKl)的颜色成分相同的颜色成分时，处理进入步骤S206。在步骤S206中， 由于在块图像BLK2 BLK9中不包括主被摄体，因此判断为与精度焦点检测点相对应的块不存在。在该情况下，清除在存储器电路112中存储的精度焦点检测点的块，并且处理返回至主流程。在步骤S104中，CPU 100驱动焦点检测点显示电路111以针对观察取景器屏幕 203的用户来显示跟踪焦点检测点和精度焦点检测点。焦点检测点显示电路111改变各焦点检测点的显示形状，以使得用户可以识别作为跟踪被摄体位置的跟踪焦点检测点和作为 AF结果的可靠性高的焦点检测点位置的精度焦点检测点的各焦点检测点的差异。图13A和 1 示出在显示跟踪焦点检测点和精度焦点检测点时取景器上的图像。图13A示出在跟踪焦点检测点不同于精度焦点检测点的情况下的焦点检测点框，并且由实线表示跟踪焦点检测点框，以及由虚线表示精度焦点检测点框。另一方面，图13B示出在跟踪焦点检测点与精度焦点检测点一致的情况下的焦点检测点框，并且由双重线表示该框。在步骤S105中，基于在存储器电路112中存储的信息，进行与精度焦点检测点相对应的焦点检测点是否存在的判断。当精度焦点检测点存在时，处理进入步骤S106进行跟踪焦点检测点和精度焦点检测点的选择操作。另一方面，当精度焦点检测点不存在时，处理进入步骤S107。在步骤S 106中，CPU 100基于开关单元114的焦点检测点选择开关SW的状态， 判断选择跟踪焦点检测点还是精度焦点检测点作为进行离焦检测的位置。当选择跟踪焦点检测点时，处理进入步骤S107。在步骤S107中，从与跟踪焦点检测点位置相对应的横向行传感器10 和10 以及垂直行传感器103a和10 读出像素信号。然后，基于所读取的像素信号进行相关计算以计算离焦量。另一方面，当在步骤S106中选择精度焦点检测点时，处理进入步骤S108。在步骤 S108中，从与检测方向相对应的横向行传感器10 和102b或者垂直行传感器103a和10 中读出像素信号和在步骤S205中在存储器电路112中存储的精度焦点检测点。然后，基于所读取的像素信号进行相关计算以计算离焦量。在步骤S109中，基于在步骤S107或S108中计算出的离焦量，经由镜头通信电路 105对摄像光学系统200的调焦透镜进行驱动控制(调焦)。在步骤SllO中，基于开关单元114中的开关SW2的状态来判断是进行摄像操作还是AF操作。当开关SW2接通(ON)时， 处理进入步骤Slll。在步骤Slll中，CPU 100基于来自第二图像传感器107的图像信息来对被摄体亮度进行测光以基于测光值获得被摄体亮度BV，并通过已知的方法计算光圈值AV和快门速度TV。然后，在使快速回位镜205跳至退避摄像光路的同时，CPU 100经由针对镜头200的镜头通信电路105控制镜头200中的光圈(未示出)。此外，CPU 100经由快门控制电路 108控制磁体118a和118b的通电时间以控制快门速度，并在快门打开时使用图像传感器 106进行曝光操作。在曝光操作之后，使快速回位镜205向下以从图像传感器106读出摄像信号，并且一系列的AF操作和摄像操作结束。另一方面，当在步骤SllO中开关S W2关断(OFF)时，处理进入步骤S112。在步骤S112中，基于开关单元114中的开关SWl的状态来判断是AF操作和摄像操作结束、还是继续AF操作。当开关SWl接通时，处理进入步骤SlOl以继续AF操作。另一方面，当开关 Sffl关断时，AF操作和摄像操作结束。上述在步骤S103中的可靠性评价的项、计算方法是一个例子，并且本实施例不限于此。另外，在步骤S106中显示焦点检测点的方法是一个例子，可以通过改变颜色或显示时刻来区别跟踪焦点检测点和精度焦点检测点。如上所述，基于由第二图像传感器107获得的图像、利用AF传感器101来评价离焦检测时的可靠性(步骤S 103)。因此，可以检测到不能从由AF传感器101获得的像素信号检测到的“难以根据颜色或对比度检测到的被摄体”，并且可以进行较高精度的AF控制。使用不同的显示方法显示基于跟踪位置信息的焦点检测点(跟踪焦点检测点) 和AF可靠性最高的焦点检测点(精度焦点检测点)，以使得用户可以确认各焦点检测位置 (步骤 S104)。用户还可以使用跟踪焦点检测点或精度焦点检测点来选择AF操作的位置，并且因此根据用户的意图来进行AF控制(步骤S106 S108)。在以上实施例中，CPU 100中的被摄体识别电路109处理由第二图像传感器107获得的图像，并获得被摄体的亮度分布信息和颜色信息，以基于预先存储的被摄体信息来检测存在于图像中的主被摄体的位置。此外，AF可靠性判断电路110处理所获得的亮度分布信息和颜色信息以判断难以由AF传感器101检测到的被摄体。然而，本实施例不限于此。例如，还可以采用以下结构在不使用第二图像传感器 107的情况下，基于AF传感器101的输出获得被摄体的亮度分布信息，以基于预先存储的被摄体信息来检测存在于图像中的主被摄体的位置。此外，还可以采用以下结构AF可靠性判断电路110处理所获得的亮度分布信息以判断难以由AF传感器101检测到的被摄体。以下将详细说明使用AF传感器获得被摄体的亮度分布信息的方法。第二实施例首先，将说明本实施例的照相机。图15是示出本实施例中的照相机的结构的框图。照相机微计算机(以下称为“CPU”) 1100与信号输入电路1204连接以检测来自包含在照相机中设置的各种开关的开关单元1214的信号。CPU 1100还与摄像传感器1206、测光传感器1207 (AE传感器)、控制快门磁体1218a和1218b的快门控制电路1208、以及AF传感器1101连接。此外，CPU 1100经由镜头通信电路1205将信号1215发送至摄像光学系统(未示出)以控制焦点位置和光圈。通过开关单元1214的设置来确定照相机的操作。AF传感器1101具有通过以矩阵的方式排列像素而构成的区域传感器。CPU 1100 基于由区域传感器获得的被摄体的对比度分布来检测离焦量以控制摄像光学系统的焦点位置。AF传感器1101还具有拍摄用于被摄体识别的图像的功能。CPU 1100基于由测光传感器1207检测到的被摄体的亮度来确定摄像光学系统的光圈值和快门速度。CPU 1100还经由镜头通信电路1205来控制光圈值，并且经由快门控制电路1208控制快门磁体1218a和1218b的通电时间来进行快门速度控制。此外，CPU 1100 控制摄像传感器1206以进行摄像操作。CPU 1100内置有被摄体识别电路1209以基于来自 AF传感器1101的图像来进行被摄体识别和跟踪操作。CPU 1100还内置有诸如存储用于控制照相机操作的程序的ROM、存储变量的RAM和存储各种参数的EEPROM(电子可擦除可编程只读存储器)等的存储器电路1210。接着，将说明本实施例中的照相机的光学结构。图16是照相机的光学结构图。通过快速回位镜1305向上反射经由摄像光学系统1300的来自被摄体的入射光的大部分，以在取景器屏幕1303上形成图像。照相机的用户经由五棱镜1301和目镜透镜1302观察该图像。摄像光束的一部分穿过快速回位镜1305以被后面的副反射镜1306向下反射，然后经由视野掩模1307、场透镜1311、光圈1308和二次成像透镜1309在AF传感器1101上形成图像。CPUl 100对通过对该图像进行光电转换而获得的图像信号进行处理，以检测摄像光学系统1300的焦点状态。在摄像时，快速回位镜1305向上跳起，并使全部摄像光束在摄像传感器1206上成像以曝光被摄体图像。使用已知的相位检测方法作为本实施例中的焦点检测方法，并且可以检测到画面中的多个不同区域中的焦点状态。图17是焦点检测时的光学系统的详细结构图。由副反射镜1306反射穿过摄像光学系统1300的来自被摄体的光束，并在位于与摄像面共轭的平面上的视野掩模1307的附近形成图像。图17示出由副反射镜1306反射和返回的展开后的光路。视野掩模1307是用于遮挡画面中的除焦点检测区域(焦点检测点)以外的额外的光的构件。场透镜1311具有针对光圈1308的各开口在摄像光学系统1300的出射光瞳附近形成图像的功能。二次成像透镜1309由光圈1308后面的一对(两个)透镜构成，并且各透镜与光圈1308的各开口相对应。穿过视野掩模1307、场透镜1311、光圈1308和二次成像透镜1309的各光束在AF传感器1101上的区域传感器上形成图像。AF传感器1101被配置为能够对摄像画面内的来自不同被摄体的光束进行成像。将参考图18以及图19A和19B说明摄像画面内在AF传感器1101上的区域传感器的视野。图18是AF传感器1101中的区域传感器的配置图。区域传感器110 和110 各自通过以矩阵的方式排列多个像素而构成，该区域传感器110 和1102b在多个像素中累积来自穿过摄像光学系统1300的光束的图像信号。区域传感器110 和1102b利用二次成像透镜1309具有在光学上成对的关系。图19A和19B是取景器的视野和AF传感器的视野 (被摄体识别用的视野和焦点检测用的视野)的位置关系的图。图19A是区域传感器1102a 和1102b中的被摄体识别用的视野1502，用于接收来自取景器1501的视野的几乎整个区域的光。另一方面，图19B是区域传感器110 和1102b中的焦点检测用的视野1503，其具有
10与整个视野相同的大小，并通过使用具有预定大小的块将区域传感器110 和1102b分割成5X5来形成25个块的视野。由此，设置焦点检测用的视野1503以与25个焦点检测点相对应。以下将图19A称为第一图案，以及将图19B称为第二图案。接着，将参考图14的框图详细说明AF传感器1101的电路结构。区域传感器1102a 和1102b各自由遮光OB像素(光学黑像素)和用于接收被摄体图像的光的开口像素构成。 区域传感器110 和1102b对由二次成像透镜1309成像的被摄体图像进行光电转换，并在区域传感器110 和1102b中累积被转换成电压的信号。块选择电路1103(选择器)使用预定图案(分割图案)将区域传感器110 和 1102b分割成块。分割图案是参考图19A和19B说明的两个分割图案(第一图案和第二图案)。换句话说，块选择电路1103针对区域传感器110 和1102b选择构造为单一块的第一图案和构造为多个块的第二图案中的一个图案。块选择电路1103具有将与各块相对应的像素组的累积信号发送至P-B信号检测电路1104、P-0B信号检测电路1105、第一帧存储器1108a和1108b、以及第二帧存储器1109a和1109b的功能。P-B信号检测电路1104处理第二图案(BLK 1 BLK25)的各块中的像素信号以检测P-B信号。参考图22详细说明检测P-B信号的方法。图22是示出通过对关注区域传感器1102a的块(BLK1 BLD)的像素组的各块的像素信号进行处理而获得的图像信号。 在各块中将多个像素以矩阵的方式排列。区域传感器1102b的结构也与区域传感器110 的结构相同。当将垂直方向和横向方向分别定义为列和行时，P-B信号检测电路1104计算通过将包含在同一列中的像素信号相加而获得的投影图像信号。然后，P-B信号检测电路 1104检测各块中的投影图像信号的最大信号(峰值信号)和最小信号(谷值信号)的差信号(Ρ-Β信号)。在图14中，P-OB信号检测电路1105检测第一图案、即区域传感器110 和1102b 的所有像素信号的最大信号(峰值信号)和OB像素信号(光学黑像素信号)的差信号 (Ρ-0Β信号)。累积停止判断电路1106基于P-B信号或P-OB信号判断累积停止时刻。放大电路1107(放大器)是在将区域传感器1102b的像素信号存储在第一帧存储器1108b和第二帧存储器1109b中时放大像素信号的电路。放大电路1107被配置为在作为放大率的Xl和X4这两个放大率(第一放大率和第二放大率)之间切换。例如，放大电路1107通过以第一放大率对选择第一图案而获得的像素信号进行放大来生成被摄体识别信号，以及还通过以不同于第一放大率的第二放大率对选择第二图案而获得的像素信号进行放大来生成焦点检测信号。第一放大率和第二放大率分别不限于X 1和X4，并且还可以使用其它放大率。第一帧存储器1108a和1108b (存储器)是存储被摄体识别信号的电路，其总地存储通过选择第一图案而获得的整个画面信号(像素信号)作为被摄体识别信号。此外，第一帧存储器1108a和1108b在存储像素信号的同时存储由Ρ_0Β信号检测电路1105检测到的OB像素信号。第二帧存储器1109a和1109b (存储器)是存储焦点检测信号的电路，其存储通过选择与25个焦点检测点相对应的第二图案而获得的每个块(BLK1 BLK25)的信号(像素信号)作为焦点检测信号。此外，第二帧存储器1109a和1109b在存储像素信号的同时存储由P-B信号检测电路1104检测到的每个块的谷值信号。通过CPU 1100的控制来驱动第一移位寄存器1110以顺序选择在第一帧存储器1108a和1108b中存储的被摄体识别信号，并将该信号发送至OB基准输出电路1111。OB 基准输出电路1111将在第一帧存储器1108a和1108b中存储的像素信号钳位至在第一帧存储器1108a和1108b中存储的OB信号基准，以进行信号放大处理来输出像素信号。CPU 1100中的A/D转换器(未示出)对从OB基准输出电路1111输出的像素信号进行A/D转换。CPU 1100驱动第二移位寄存器1112以顺序选择在第二帧存储器1109a和1109b 中存储的焦点检测信号，并将该信号发送至谷值基准输出电路1113。谷值基准输出电路 1113将在第二帧存储器1109a和1109b中存储的像素信号钳位至在第二帧存储器1109a和 1109b中存储的谷值信号基准，以进行信号放大处理来输出像素信号。CPU 1100中的A/D 转换器(未示出)对从谷值基准输出电路1113输出的像素信号进行A/D转换。将参考图20的流程图详细说明如上所述构成的焦点检测设备(照相机)的焦点检测操作。首先，在步骤S 1101中，由接收来自CPU 1100的控制命令的AF传感器1101进行信号累积子例程。换句话说，当CPU 1100通过开关单元1214的操作接收焦点检测的开始信号时，CPU 1100控制AF传感器1101进行信号累积操作。图21是由AF传感器1101进行的信号累积子例程的流程图。在信号累积子例程 (步骤S1101)中，首先，在步骤S1201中，由AF传感器1101中的控制电路开始区域传感器 110 和1102b的信号累积。接着，在步骤S1202中，将块选择电路1103的分割图案设置为
第二图案。在步骤S1203中，进行在步骤S 1202中选择的第二图案(25个分割)的各块的累积停止判断。块选择电路1103将各块(BLK1 BLK25)的信号发送至P-B信号检测电路1104，并由P-B信号检测电路1104检测P-B信号。由累积停止判断电路1106将各块的P-B信号与停止水平进行比较，以及当P-B信号等于或大于停止水平时，处理进入步骤S 1204。另一方面，当P-B信号没有达到停止水平时，判断为累积信号不足，并且处理进入步骤S1206。在步骤S1204中，将放大电路1107的放大率(第二放大率)设置为XI。在步骤S1205中，将在步骤S1203中进行了累积停止判断的块的像素信号存储在第二帧存储器1109a和1109b中。同时，将由P-B信号检测电路1104检测到的谷值信号存储在第二存储器1109a和1109b中。将针对焦点检测用的25个分割块中每个块具有足够的P-B信号量的像素信号存储在第二帧存储器1109a和1109b中。因此，块之间的信号是不连续的信号。在步骤S1206中，将块选择电路1103的分割图案设置为第一图案。在步骤S1207 中，使用在步骤S1206中选择的第一图案(未分割)进行累积停止判断。块选择电路1103 将区域传感器1102a和1102b的所有像素的信号发送至P-OB信号检测电路1105，并由P-OB 信号检测电路1105检测P-OB信号。通过累积停止判断电路1106将P-OB信号与停止水平进行比较，以及当P-OB信号等于或大于停止水平时，处理进入步骤S1208。另一方面，当 P-OB信号没有达到停止水平时，判断为累积信号不足，并且处理进入步骤S1210。在步骤 S1208中，将放大电路1107的放大率(第一放大率)设置为X4。在步骤S1209中，将在步骤S1207中进行了累积停止判断的所有像素信号存储在第一帧存储器1108a和1108b中。同时，将由P-OB信号检测电路检测到的OB信号存储在第一帧存储器1108a和1108b中。将区域传感器110 的所有像素信号同时存储在第一帧存储器1108a中作为被摄体识别信号。因此，像素信号是连续的信号。将进行了 X4的放大处理的区域传感器1102b的所有像素信号同时存储在第一帧存储器1108b中作为被摄体识别信号。由于已经对该像素信号进行了 X4的放大处理，因此适用于针对暗的被摄体的识别处理。在步骤S1210中，判断是否进行了针对第一图案和第二图案的所有块的至第一帧存储器和第二帧存储器的存储操作。当任一块的像素信号的存储操作没有结束时，处理返回至S1202，并且针对还没有完成存储操作的块重复进行累积和累积停止判断操作。另一方面，当所有块的存储操作结束时，处理返回至图20的主流程。在图20中，在步骤S1102中，由CPU 1100读出作为被摄体识别信号存储在第一帧存储器1108a和110 中的像素信号。根据CPU 1100的指令驱动第一移位寄存器1110以按每个像素顺序选择第一帧存储器1108a和1108b的像素信号，以将其发送至OB基准输出电路1111。此外，由CPU 1100中的A/D转换器(未示出)对钳位至在第一帧存储器1108a 和1108b中存储的OB信号基准的并且进行了信号放大处理的像素信号进行A/D转换。由此，通过以从光学黑像素获得的信号作为基准来生成被摄体识别信号。在步骤S1103中，基于在步骤S1102中获得的像素信号(被摄体识别信号)，由 CPU 1100中的被摄体识别电路1209进行被摄体识别处理。被摄体识别电路1209基于在步骤S1102中获得的像素信号生成图像，并将该图像与预先存储的被摄体的基准图像进行比较以检测被摄体的位置。还基于所检测到的被摄体位置确定焦点检测点。在步骤S1104 中，将与在步骤S1103中检测到的被摄体的位置相对应的图像信号更新并存储为新的被摄体的基准图像。在步骤S1105中，CPU 1100读出作为焦点检测信号存储在第二帧存储器1109a和 1109b中的像素信号。为了从在步骤S1103中确定的焦点检测点的块读出像素信号，驱动第二移位寄存器1112。在该情况下，顺序选择第二帧存储器1109a和1109b中的每个像素的像素信号以将其发送至谷值基准输出电路1113。此外，由CPU 1100中的A/D转换器(未示出)对钳位至在第二帧存储器1109a和1109b中存储的谷值信号基准的并且进行了信号放大处理的像素信号进行A/D转换。由此，通过以在构成第二图案的多个块中的最小信号作为基准来生成焦点检测信号。接着，在步骤S1106中，CPU 1100基于在步骤S1105中进行了 A/D转换的像素信号进行相关计算以计算离焦量。由此，CPU1100是如下的计算器，该计算器基于被摄体识别信号识别被摄体的位置，以基于第二图案的与被摄体的位置相对应的一个块中的焦点检测信号来计算离焦量。在步骤S1107中，CPU 1100还基于在步骤S1106中计算出的离焦量经由镜头通信电路1205来进行摄像光学系统1300的调焦透镜的驱动控制。在步骤S1108中，判断是否继续焦点检测操作。当CPU 1100接收到利用开关单元 1214的操作的焦点检测的继续信号时，处理返回至步骤SllOl以重复被摄体识别操作和焦点检测操作。另一方面，当CPU 1100接收到利用开关单元1214的操作的焦点检测的结束信号时，一系列的焦点检测操作结束。接着，参考图23A 23C和图M，将使用实际的像素信号的一个例子说明图20的焦点检测操作的流程。图23A 23C是通过进行步骤SllOl S1108的一系列操作以基于从第一帧存储器1108a读取的像素信号生成的图像。从第一帧存储器1108a获得的像素信号是没有进行块分割并基于OB像素信号作为基准而获得的信号。因此，图23A 23C中示出的图像是相互具有高的亮度分布的相关性的图像。首先，在第一次信号累积操作中从第一帧存储器1108a读出像素信号(步骤SllOl 和Sll(^)。CPU 1100基于所读取的像素信号生成图23A的图像，并将图像与预先存储的基准图像进行比较以确定被摄体的位置。在本实施例中，检测到在图像BLK9附近存在被摄体，并将图像BLK9附近的图像存储为新的基准图像(步骤S1103和S1104)。接着，从第二帧存储器1109a读取图像BLK9的信号，并基于所读取的信号进行调焦操作(步骤S1105 S1107)。图M是从第二帧存储器1109a中的图像BLK9获得的像素信号。控制以累积从第二帧存储器1109a读取的像素信号使得块中的P-B信号等于或大于停止水平。在进行焦点检测时的相关计算中，DC成分是不必要的信号。另一方面，作为对比度成分的P-B信号影响了相关计算的精度。因此，在本实施例中，基于谷值基准对焦点检测信号进行钳位以进行放大处理，从而切除DC成分并放大P-B信号。接着，在第二次信号累积操作中从第一帧存储器1108a读出像素信号(步骤SllOl 和Sll(^)。CPU 1100基于所读取的像素信号生成图23B的图像，并将图像与预先存储的基准图像进行比较以确定图像BLK 12附近的被摄体的存在。然后，将图像BLK 12附近的图像存储为新的基准图像(步骤S1103和S1104)。此外，从第二帧存储器1109a读取图像BLK 12的信号，并基于所读取的信号进行调焦操作(步骤S1105 S1107)。此外，在第三次信号累积操作中从第一帧存储器1108a读出像素信号(步骤SllOl 和Sll(^)。CPU 1100基于所读取的像素信号生成图23C的图像，并将图像与预先存储的基准图像进行比较以确定图像BLK 19附近的被摄体的存在。然后，将图像BLK 19附近的图像存储为新的基准图像(步骤S1103和S1104)。此外，从第二帧存储器1109a读取图像BLK 19的信号，并基于所读取的信号进行聚焦操作(步骤S1105 S1107)。在本实施例中，基于在第一帧存储器1108a中存储的信号生成图像，但如果判断为基准图像是暗的，则还可以基于来自存储有放大后的信号的第一帧存储器1108b的信号生成图像。另外，还可以通过合成在第一帧存储器1108a和1108b中存储的信号来生成图像。如上所述，AF传感器1101被配置为累积焦点检测信号和被摄体识别信号以跟踪移动的被摄体位置来进行与所检测到的被摄体位置相对应的调焦。控制焦点检测信号以对由块分割对区域传感器110 和1102b进行分割而获得的每个块进行累积，并使用谷值信号基准进一步进行P-B信号的放大处理，从而能够进行具有高精度的焦点检测。另外，控制被摄体识别信号以总地在整个区域传感器110 和1102b中累积，并使用OB像素信号基准输出被摄体识别信号以连续获得具有高的亮度分布的相关性的图像，从而能够识别具有高精度的被摄体。此外，包含多个帧存储器以通过一次信号累积操作获得焦点检测信号和被摄体识别信号两者，从而能够缩短焦点检测所需要的时间。本实施例说明了静止照相机，但代替静止照相机，本技术的焦点检测设备和测光设备还可以应用至进行视频拍摄的摄像机(摄影机)、各种检查照相机、监视照相机、内窥镜照相机或机器人照相机等。此外，本发明还可以应用至包括具有焦点检测功能的图像传感器的设备。本实施例提供了照相机的焦点检测设备，并且尤其对静止照相机或影片照相机有用。
根据本实施例，一个AF传感器具有被摄体识别功能和焦点检测功能两者，从而能以低成本提供具有被摄体跟踪功能的焦点检测设备。另外，AF传感器包括被摄体识别信号的累积控制模式和输出模式、以及焦点检测信号的累积控制模式和输出模式，从而能够改善被摄体识别精度和焦点检测精度两者。尽管已经参考典型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典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。
权利要求
1.一种焦点检测设备，包括摄像元件，用于拍摄经由摄像光学系统入射的被摄体图像；被摄体识别部，用于将所述摄像元件所获得的图像与预先存储的图像进行比较，以基于所述摄像元件所获得的图像来检测主被摄体的位置；焦点检测部，用于检测所述摄像元件的画面中的多个位置的聚焦状态；可靠性判断部，用于判断所述摄像元件的画面中的、包括所述主被摄体的位置的所述多个位置的聚焦状态的检测结果的可靠性；判断部，用于基于所述可靠性判断部的判断结果来判断所述多个位置中聚焦状态的检测结果的可靠性最高的位置；以及选择器，用于选择所述主被摄体的位置的聚焦状态的检测结果和聚焦状态的检测结果的可靠性被判断为最高的位置的聚焦状态的检测结果之一，以对所述摄像光学系统进行调焦O
2.根据权利要求1所述的焦点检测设备，其特征在于，所述可靠性判断部基于所述被摄体识别部所检测到的所述主被摄体的位置和所述主被摄体的位置附近的图像信息来判断聚焦状态的检测结果的可靠性。
3.根据权利要求1所述的焦点检测设备，其特征在于，所述可靠性判断部基于被摄体的颜色、明度、对比度和形状至少之一来判断聚焦状态的检测结果的可靠性。
4.根据权利要求1所述的焦点检测设备，其特征在于，还包括显示器，该显示器用于显示所述主被摄体的位置和聚焦状态的检测结果的可靠性被判断为最高的位置。
5.根据权利要求4所述的焦点检测设备，其特征在于，所述显示器以显示形状、颜色和时刻至少之一不同的方式来显示所述主被摄体的位置和聚焦状态的检测结果的可靠性被判断为最高的位置。
6.根据权利要求1所述的焦点检测设备，其特征在于，所述焦点检测部使用多个行传感器的信号来进行相位检测方法的焦点检测。
7.根据权利要求6所述的焦点检测设备，其特征在于，在多个不同方向上配置所述多个行传感器，并基于所述可靠性判断部的判断结果来确定用于检测聚焦状态的行传感器的方向。
全文摘要
焦点检测设备包括摄像元件(106)，用于拍摄被摄体图像；被摄体识别电路(109)，用于将所获得的图像与预先存储的图像进行比较以检测主被摄体的位置；AF传感器(101)，用于检测多个位置的聚焦状态；可靠性判断电路(110)，用于判断聚焦状态的检测结果的可靠性；判断部(100)，用于基于可靠性判断电路的判断结果来判断聚焦状态的检测结果的可靠性最高的位置；以及选择器(114)，用于选择主被摄体的位置的聚焦状态的检测结果和聚焦状态的检测结果的可靠性最高的位置的聚焦状态的检测结果之一以对摄像光学系统进行调焦。
文档编号G03B13/36GK102236148SQ20111010727
公开日2011年11月9日 申请日期2011年4月27日 优先权日2010年4月27日
发明者一宫敬 申请人:佳能株式会社