專利名稱：調(diào)焦透鏡控制設(shè)備和攝像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過使致動(dòng)器(actuator)驅(qū)動(dòng)調(diào)焦透鏡來進(jìn)行對(duì)焦(in-focus)動(dòng)作 的調(diào)焦透鏡控制設(shè)備和攝像設(shè)備。
背景技術(shù)：
數(shù)字照相機(jī)等的傳統(tǒng)攝像設(shè)備經(jīng)常采用被稱為“TV-AF(所謂的對(duì)比度檢測(cè))方 法”的自動(dòng)調(diào)焦(以下稱之為“AF”)方法(例如，參見日本特開2004-102135號(hào)公報(bào))。在 該方法中，根據(jù)通過使調(diào)焦透鏡掃描預(yù)定范圍所獲得的各點(diǎn)中的對(duì)比度方法AF評(píng)價(jià)信號(hào) 的峰值位置來計(jì)算被攝體距離。然后，驅(qū)動(dòng)調(diào)焦透鏡，以根據(jù)所獲得的被攝體距離來實(shí)現(xiàn)對(duì) 焦?fàn)顟B(tài)，從而進(jìn)行對(duì)焦動(dòng)作。在這種情況下，如公知技術(shù)那樣，AF評(píng)價(jià)信號(hào)的值越大表示被 攝體的對(duì)焦越準(zhǔn)確。然而，在開環(huán)控制下驅(qū)動(dòng)調(diào)焦透鏡的上述傳統(tǒng)示例中，存在以下參考圖7、圖8A和 8B所述的問題。圖7是示出峰值位置P、景深、以及調(diào)焦透鏡停止位置之間的關(guān)系的圖。圖 8A和8B是分別示出在利用1-2相勵(lì)磁(1-2-phase excitation)對(duì)用于驅(qū)動(dòng)調(diào)焦透鏡的步 進(jìn)電動(dòng)機(jī)(以下稱之為“STM”)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)獲得的驅(qū)動(dòng)模式和電角度的圖。圖8A和8B示 出在1相勵(lì)磁位置存在齒槽(cogging)的情況?；?步驅(qū)動(dòng)模式的STM的旋轉(zhuǎn)量和與STM的輸出軸一體設(shè)置的導(dǎo)螺桿(lead screw)的導(dǎo)程(lead)來確定調(diào)焦透鏡的停止分辨率。因此，即使驅(qū)動(dòng)STM想使調(diào)焦透鏡停 止在峰值位置P，然而實(shí)際上，調(diào)焦透鏡會(huì)停止在最靠近峰值位置P的位置P (在這種情況 下，如圖7所示，就電角度而言為位置1)。另外，如圖7所示，只要位置ρ落入景深內(nèi)，則不 會(huì)存在問題。然而，近年來，攝像元件的像素?cái)?shù)變得越來越高，相應(yīng)地景深變得越來越窄。擔(dān)心 傳統(tǒng)的停止分辨率不能使調(diào)焦透鏡停止在景深內(nèi)。為了解決該問題，需要將停止分辨率設(shè)置得更精細(xì)。一種可能的方案是縮短導(dǎo)螺 桿的導(dǎo)程。然而，在這種情況下，減少了調(diào)焦透鏡的每一步的進(jìn)給，因此可能降低了用于獲 取AF評(píng)價(jià)信號(hào)的粗調(diào)整(rough alignment)等的正常驅(qū)動(dòng)下的驅(qū)動(dòng)速度。另一種可能的 方案是以微步相激勵(lì)驅(qū)動(dòng)STM以使STM更精確地停止，從而將調(diào)焦透鏡驅(qū)動(dòng)至存在于電角 度1和電角度2之間的峰值位置P。然而，即使在這種情況下，由于隨著照相機(jī)小型化的趨 勢(shì)，STM的直徑越來越小，因此實(shí)際上，也不可能由于來自A+相的齒槽位置的吸引而以微步 相停止。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問題做出了本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是提供能夠?qū)崿F(xiàn)更高精度的自 動(dòng)調(diào)焦的自動(dòng)調(diào)焦設(shè)備和攝像設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明一方面的調(diào)焦透鏡控制設(shè)備，其包括評(píng)價(jià)信號(hào)獲取單元，用于通過使 致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)調(diào)焦透鏡，從所獲取的圖像的高頻成分中獲取表示對(duì)焦?fàn)顟B(tài)的評(píng)價(jià)信號(hào)；檢測(cè)單元，用于檢測(cè)所述致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)；以及驅(qū)動(dòng)控制單元，用于基于所述評(píng)價(jià)信號(hào)進(jìn)行所 述調(diào)焦透鏡的驅(qū)動(dòng)，并且在根據(jù)所述評(píng)價(jià)信號(hào)計(jì)算出對(duì)焦位置之后，基于來自所述檢測(cè)單 元的輸出，在閉環(huán)控制下進(jìn)行所述調(diào)焦透鏡的驅(qū)動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明另一方面的攝像設(shè)備，其包括上述調(diào)焦透鏡控制設(shè)備。通過以下參考附圖對(duì)典型實(shí)施例的說明，本發(fā)明的其它特征將變得明顯。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的自動(dòng)調(diào)焦設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。圖2是示出根據(jù)本實(shí)施例的在STM中觀察到的轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)數(shù)之間的關(guān)系的圖。圖3是示出根據(jù)本實(shí)施例的在STM中觀察到的齒槽和電流比之間的關(guān)系的圖。圖4是示出根據(jù)本實(shí)施例的動(dòng)作的流程圖。圖5是示出在粗調(diào)整下進(jìn)行掃描(以下稱之為“粗調(diào)整掃描”)時(shí)的AF評(píng)價(jià)信號(hào) 和被攝體距離之間的關(guān)系的圖。圖6是示出在粗調(diào)整下進(jìn)行精細(xì)掃描(以下稱之為“粗調(diào)整精細(xì)掃描”)時(shí)的AF 評(píng)價(jià)信號(hào)和被攝體距離之間的關(guān)系的圖。圖7是示出景深和調(diào)焦透鏡停止位置之間的關(guān)系的圖。圖8A和8B是分別示出在以1-2相勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)STM時(shí)獲得的驅(qū)動(dòng)模式和電角度的圖。
具體實(shí)施例方式以下，對(duì)用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的典型實(shí)施例進(jìn)行說明。實(shí)施例圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括在攝像設(shè)備中的自動(dòng)調(diào)焦設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。在圖1中，自動(dòng)調(diào)焦設(shè)備包括調(diào)焦透鏡112、透鏡保持架121、以及與透鏡保持架 121—體地前進(jìn)/后退的螺母構(gòu)件122。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(STM) 31用于驅(qū)動(dòng)調(diào)焦透鏡112，并且 包括由A相定子31a和B相定子31b構(gòu)成的2相勵(lì)磁線圈、轉(zhuǎn)子31c、以及與轉(zhuǎn)子31c直接 相連接且與轉(zhuǎn)子31c —體地旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)螺桿32。編碼器磁體33與導(dǎo)螺桿32 —體地安裝，并 且對(duì)編碼器磁體33進(jìn)行極化以表現(xiàn)出多個(gè)磁極，從而檢測(cè)STM 31的旋轉(zhuǎn)相位。通過兩個(gè) 霍爾元件34a和34b檢測(cè)該旋轉(zhuǎn)相位。驅(qū)動(dòng)控制單元41進(jìn)行控制以驅(qū)動(dòng)STM 31，并且驅(qū)動(dòng)控制單元41包括用于向A相 定子31a通電的A相驅(qū)動(dòng)器41a、用于向B相定子31b通電的B相驅(qū)動(dòng)器41b、以及用于驅(qū) 動(dòng)這些驅(qū)動(dòng)器的控制單元41c?？刂茊卧?1c從CPU 143接收調(diào)焦透鏡的驅(qū)動(dòng)量和驅(qū)動(dòng)方 向的輸入，并從兩個(gè)霍爾元件34a和34b接收與STM 31有關(guān)的旋轉(zhuǎn)相位信息的輸入，并基 于輸入信息進(jìn)行A相驅(qū)動(dòng)器41a和B相驅(qū)動(dòng)器41b的控制。如上所述，除從CPU 143輸入的驅(qū)動(dòng)信息以外，控制單元41c還不斷接收由兩個(gè)霍 爾元件34a和34b檢測(cè)到的與STM 31有關(guān)的旋轉(zhuǎn)相位信息的輸入?？刂茊卧?1c基于旋 轉(zhuǎn)相位信息控制A相驅(qū)動(dòng)器41a和B相驅(qū)動(dòng)器41b，以分別向A相定子31a和B相定子31b 通電，從而驅(qū)動(dòng)STM 31。圖2是表示在STM 31中觀察到的轉(zhuǎn)矩T (縱軸)和旋轉(zhuǎn)數(shù)F(橫軸)之間的通常 關(guān)系的T-F曲線。
通常，如果在給定的旋轉(zhuǎn)數(shù)下對(duì)STM施加等于或大于其自身能力的轉(zhuǎn)矩負(fù)荷，則 出現(xiàn)STM不能響應(yīng)于輸入而旋轉(zhuǎn)的失步(synchronism loss)。因此，在開環(huán)控制下驅(qū)動(dòng)STM 的傳統(tǒng)示例中，需要針對(duì)STM的特性以考慮到失步余量的范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)數(shù)fl來驅(qū)動(dòng)STM。另一方面，在本實(shí)施例中，可以基于由兩個(gè)霍爾元件34a和34b檢測(cè)到的與STM 31 有關(guān)的旋轉(zhuǎn)相位信息，以失步界限附近的旋轉(zhuǎn)數(shù)f2來驅(qū)動(dòng)STM。因此，可以以高于傳統(tǒng)示例 的速度來驅(qū)動(dòng)STM 31，并且可以使STM 31以更高的精度停止。圖3是示出高精度驅(qū)動(dòng)時(shí)觀察到的齒槽和電流比之間的關(guān)系的圖。圖3假定如下的情況以Ial Ibl的電流比對(duì)A相定子31a和B相定子31b提 供電流，以使調(diào)焦透鏡112停止在峰值位置P。在這種情況下，在傳統(tǒng)示例中，由于A+相的 齒槽轉(zhuǎn)矩的吸引，而使峰值位置P向著電角度1旋轉(zhuǎn)并停止在位置P’。相反，在本實(shí)施例中，由霍爾元件34a和34b不斷檢測(cè)與STM31的輸出軸有關(guān)的旋 轉(zhuǎn)相位信息。因此，可以改變要流入B相定子31b的電流，以校正根據(jù)從CPU 143輸入的驅(qū) 動(dòng)信息作為目標(biāo)位置的停止位置P和實(shí)際停止位置P’的輸出信息之間的差異。由于要流 入B相定子31b的電流由此增加，因而使峰值位置P向著電角度2旋轉(zhuǎn)，因此A+相的齒槽轉(zhuǎn) 矩降低。然后，施加至B相定子31b的電流增加至如圖3所示的Ib2，由此使調(diào)焦透鏡112 停止在作為目標(biāo)位置的峰值位置P。因此，即使景深隨著近年來攝像元件的像素?cái)?shù)的提高而變窄，換句話說，即使景深 變得窄于STM 31移動(dòng)一個(gè)電角度步長(zhǎng)的量，也可以使調(diào)焦透鏡112停止在景深內(nèi)。另外， 在這種高精度驅(qū)動(dòng)控制下，可以與STM 31的齒槽位置無關(guān)地使調(diào)焦透鏡112停止在任意位 置。因此，具有較小直徑的STM也可以以微步相來驅(qū)動(dòng)，并且與1-2相驅(qū)動(dòng)相比，還可以以 微步相驅(qū)動(dòng)使用該具有較小直徑的STM以提高調(diào)焦透鏡112的停止分辨率。接著，參考圖4的流程圖來說明根據(jù)本實(shí)施例的對(duì)焦動(dòng)作時(shí)的一系列處理。在步 驟SOl中，觸摸照相機(jī)的釋放開關(guān)，并且CPU 143檢測(cè)到開關(guān)SWl接通。然后，CPU 143開 始步驟S02及后續(xù)步驟的動(dòng)作。首先，在步驟S02中，使調(diào)焦透鏡112在高速驅(qū)動(dòng)控制和閉 環(huán)控制下以圖2的旋轉(zhuǎn)數(shù)f2(fl < f2)移動(dòng)至作為掃描開始位置的對(duì)焦于無限遠(yuǎn)距離的位 置。在接下來的步驟S03中，在以圖2所示的旋轉(zhuǎn)數(shù)f2的高速控制和閉環(huán)控制下開始粗調(diào) 整。在粗調(diào)整中，如圖5所示，使調(diào)焦透鏡112在從無限遠(yuǎn)端的對(duì)焦位置到近端的對(duì)焦位置 的行程D或預(yù)定范圍內(nèi)移動(dòng)(或掃描)，并且以黑點(diǎn)所示的預(yù)定間隔在行程D中獲取AF評(píng) 價(jià)信號(hào)。位置dl表示粗調(diào)整完成位置。隨后在步驟S04中，基于在步驟S03中獲得的AF評(píng)價(jià)信號(hào)，判斷是否存在峰值?；?于AF評(píng)價(jià)信號(hào)是否等于或高于給定閾值或者在以被攝體距離作為橫軸且以AF評(píng)價(jià)信號(hào)作 為縱軸的情況下AF評(píng)價(jià)信號(hào)是否表現(xiàn)出山形，來判斷是否存在峰值。圖5示出在判斷為存 在峰值的情況下的AF評(píng)價(jià)信號(hào)和被攝體距離之間的關(guān)系。如果存在峰值，則處理進(jìn)入稍后 所述的步驟S08，而如果判斷為不存在峰值，則處理進(jìn)入步驟S05。當(dāng)處理進(jìn)入步驟S05時(shí)，在高速驅(qū)動(dòng)控制和閉環(huán)控制下進(jìn)行粗調(diào)整精細(xì)掃描。圖6 示出在粗調(diào)整下判斷為不存在峰值的情況下的AF評(píng)價(jià)信號(hào)和被攝體距離之間的關(guān)系。在 圖6中，從無限遠(yuǎn)距離到近端范圍的由AF評(píng)價(jià)信號(hào)獲得的山形是模糊的。在粗調(diào)整精細(xì)掃 描中，將調(diào)焦透鏡112驅(qū)動(dòng)至在粗調(diào)整下被判斷為山形的山峰附近的由虛線包圍的區(qū)域N， 并且在比粗調(diào)整時(shí)的范圍窄的范圍內(nèi)再次獲取AF評(píng)價(jià)信號(hào)。此時(shí)，與粗調(diào)整時(shí)的間隔相
5比，縮短了用于獲取AF評(píng)價(jià)信號(hào)的預(yù)定間隔，從而提高了判斷山峰時(shí)的精度。隨后在步驟S06中，基于在步驟S05中再次獲得的AF評(píng)價(jià)信號(hào)，判斷是否存在峰 值。如果即使在粗調(diào)整精細(xì)掃描中仍判斷為不存在峰值，則處理進(jìn)入步驟S07，并且在高速 驅(qū)動(dòng)控制和閉環(huán)控制下將調(diào)焦透鏡112驅(qū)動(dòng)至預(yù)定點(diǎn)。該預(yù)定點(diǎn)表示超焦距等的預(yù)先設(shè)置 的位置。同時(shí)，如果在粗調(diào)整精細(xì)掃描中判斷為存在峰值，則過程從步驟S06進(jìn)入步驟 S08，其中，在步驟S08中，計(jì)算峰值位置P。隨后在步驟S09中，開始精細(xì)調(diào)整。具體地， 在高速驅(qū)動(dòng)控制和閉環(huán)控制下，在從圖5的粗調(diào)整結(jié)束位置d 1到峰值位置P附近的位置 d2(從圖6的粗調(diào)整精細(xì)掃描結(jié)束位置d3到位置d2)的行程期間驅(qū)動(dòng)調(diào)焦透鏡112。高速 驅(qū)動(dòng)控制表示用于提高速度的閉環(huán)控制，其中在該高速驅(qū)動(dòng)控制下，以高于考慮到失步余 量的傳統(tǒng)移動(dòng)的速度Π的速度f2通過1-2相驅(qū)動(dòng)(可以是2-2相驅(qū)動(dòng)或微步驅(qū)動(dòng))使調(diào) 焦透鏡112移動(dòng)。隨后在步驟SlO中，在高精度驅(qū)動(dòng)控制和閉環(huán)控制下從一側(cè)驅(qū)動(dòng)調(diào)焦透 鏡112，從而使調(diào)焦透鏡112移動(dòng)至峰值位置P。在步驟Sll中，完成了對(duì)焦動(dòng)作。高精度驅(qū) 動(dòng)控制表示用于提高停止分辨率的閉環(huán)控制，其中在該高精度驅(qū)動(dòng)控制下，使調(diào)焦透鏡112 停止在比1-2相驅(qū)動(dòng)時(shí)更精細(xì)地確定出的位置處。上述實(shí)施例被配置成通過編碼器磁體33以及兩個(gè)霍爾元件34a和34b檢測(cè)STM 31的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，并且基于檢測(cè)結(jié)果，在失步界限附近的高速驅(qū)動(dòng)控制下，通過閉環(huán)進(jìn)行對(duì)焦 驅(qū)動(dòng)。這使得能夠更高速地進(jìn)行AF。此外，在用于將調(diào)焦透鏡驅(qū)動(dòng)至基于評(píng)價(jià)信號(hào)計(jì)算出 的對(duì)焦位置的精細(xì)調(diào)整時(shí)，進(jìn)行閉環(huán)控制，以提高調(diào)焦透鏡112的停止分辨率，從而在被稱 為“TV-AF方法”的自動(dòng)調(diào)焦方法中實(shí)現(xiàn)更高精度的AF。注意，可以如傳統(tǒng)示例那樣，在開環(huán)控制下進(jìn)行用于獲取AF評(píng)價(jià)信號(hào)的掃描動(dòng)作。本發(fā)明和典型實(shí)施例之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系調(diào)焦透鏡112對(duì)應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的調(diào)焦透鏡，并且STM 31對(duì)應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的用 于驅(qū)動(dòng)調(diào)焦透鏡112的致動(dòng)器。此外，用于進(jìn)行步驟S03 S06和S08的動(dòng)作的CPU 143 的一部分對(duì)應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的評(píng)價(jià)信號(hào)獲取單元，該評(píng)價(jià)信號(hào)獲取單元用于通過使調(diào)焦透 鏡112掃描預(yù)定范圍來獲取表示對(duì)焦?fàn)顟B(tài)的評(píng)價(jià)信號(hào)。此外，編碼器磁體33以及霍爾元件 34a和34b對(duì)應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的用于檢測(cè)致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)的檢測(cè)單元。此外，用于進(jìn)行步 驟S09和SlO的動(dòng)作的CPU 143的一部分對(duì)應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的用于基于來自檢測(cè)單元的輸 出在閉環(huán)控制下對(duì)調(diào)焦透鏡112進(jìn)行對(duì)焦驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)控制單元。盡管已經(jīng)參考典型實(shí)施例說明了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解，本發(fā)明不局限于所公開 的典型實(shí)施例。所附權(quán)利要求書的范圍符合最寬的解釋，以包含所有這類修改、等同結(jié)構(gòu)和 功能。
權(quán)利要求
一種調(diào)焦透鏡控制設(shè)備，包括評(píng)價(jià)信號(hào)獲取單元，用于通過使致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)調(diào)焦透鏡，從所獲取的圖像的高頻成分中獲取表示對(duì)焦?fàn)顟B(tài)的評(píng)價(jià)信號(hào)；檢測(cè)單元，用于檢測(cè)所述致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)；以及驅(qū)動(dòng)控制單元，用于基于所述評(píng)價(jià)信號(hào)進(jìn)行所述調(diào)焦透鏡的驅(qū)動(dòng)，并且在根據(jù)所述評(píng)價(jià)信號(hào)計(jì)算出對(duì)焦位置之后，基于來自所述檢測(cè)單元的輸出，在閉環(huán)控制下進(jìn)行所述調(diào)焦透鏡的驅(qū)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)焦透鏡控制設(shè)備，其特征在于，所述檢測(cè)單元通過使用設(shè) 置到所述致動(dòng)器的輸出軸上的編碼器來檢測(cè)所述致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)焦透鏡控制設(shè)備，其特征在于，所述致動(dòng)器包括步進(jìn)電動(dòng) 機(jī)，并且通過不斷檢測(cè)所述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)并使所述調(diào)焦透鏡以小于一個(gè)電角度步 長(zhǎng)的間隔停止來提高所述調(diào)焦透鏡的停止分辨率。
4.一種攝像設(shè)備，其包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)焦透鏡控制設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明涉及調(diào)焦透鏡控制設(shè)備和攝像設(shè)備。該調(diào)焦透鏡控制設(shè)備包括評(píng)價(jià)信號(hào)獲取單元，用于通過使致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)調(diào)焦透鏡，從所獲取的圖像的高頻成分中獲取表示對(duì)焦?fàn)顟B(tài)的評(píng)價(jià)信號(hào)；檢測(cè)單元，用于檢測(cè)所述致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)；以及驅(qū)動(dòng)控制單元，用于基于所述評(píng)價(jià)信號(hào)進(jìn)行所述調(diào)焦透鏡的驅(qū)動(dòng)，并且在根據(jù)所述評(píng)價(jià)信號(hào)計(jì)算出對(duì)焦位置之后，基于來自所述檢測(cè)單元的輸出，在閉環(huán)控制下進(jìn)行所述調(diào)焦透鏡的驅(qū)動(dòng)。
文檔編號(hào)G03B13/36GK101893807SQ201010179658
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月19日
發(fā)明者大屋貴弘 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社