專利名稱：設(shè)置在照相機中的測距裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照相機中的測距裝置以及用自動聚焦(AF)技術(shù)使照相機對物體聚焦。
通常，用于測距的圖像信號通過積分來自線傳感器的光電流而得到。但是，為了使得到的積分值落在照相機電路標(biāo)準(zhǔn)限定的動態(tài)范圍內(nèi)，必須在監(jiān)測積分值的同時仔細(xì)地修正積分完成時間。
例如，日本專利申請公開號為54-051556中公開了一種在積分值到達一預(yù)定值時結(jié)束該積分的技術(shù)。由同一申請人申請的日本專利公開號為7-98428中公開了一種根據(jù)積分值中的轉(zhuǎn)換時間估算和確定積分結(jié)束時間的技術(shù)。
另外，日本專利公開號為62-148910中公開了一種不用確定積分時間、而通過選擇來自多個由分割的被攝圖像區(qū)所限定的測距區(qū)(構(gòu)圖)的信號進行測距計算的技術(shù)。
在日本專利申請公開號為54-051556所述的技術(shù)中，含有被攝物體的被攝圖像是黑暗的，用于測距的積分結(jié)束時間不能估算、且積分需要很多時間，因此往往錯過良好的畫面瞬間。
與日本專利申請公開號為54-051556相反，在日本專利申請公開號為7-98428中，例如估算需要很多時間，并且當(dāng)含有被攝物體的被攝圖像是明亮的、即被攝圖像具有高亮度，或者當(dāng)有強輔助光照射必需迅速停止積分處理時，在控制結(jié)束之前，積分量可超過電路的動態(tài)范圍。
下面結(jié)合

圖10的特生和時序圖和圖11的流程圖說明積分控制中可能發(fā)生的問題。
如圖11所示，啟動積分(步驟S31)后，直到積分值達到適當(dāng)電平之前重復(fù)進行監(jiān)測(步驟S32)。在步驟S33中確認(rèn)積分值是否已達到該適當(dāng)電平(步驟S33)。當(dāng)達到適當(dāng)電平時，確認(rèn)積分應(yīng)該結(jié)束，并結(jié)束積分(步驟S34)。
在上述積分系統(tǒng)中，時間(TH)必需起自時間(tM)的終端直到如圖10所示曲線指示的在步驟S33的確認(rèn)，在時間(tM)中用A/D轉(zhuǎn)換進行監(jiān)測。
具體地，在被攝圖像具有高亮度的部分、此處在(tM+TH)之前的時間超過適當(dāng)電平，或強輔助光發(fā)射的部分，積分值不會低于適當(dāng)電平，且必然超過該電平。另外，當(dāng)被攝圖像具有中等亮度時，積分值可適當(dāng)控制，而當(dāng)被攝圖像具有低亮度時，達到適當(dāng)電平所需的快門時間滯后變得較長，因此將錯過拍攝滿意畫面的時機。
下面結(jié)合圖13的流程圖和圖12的時序圖說明改進上述問題的測距操作。
在這個測距操作中，在主積分處理之前，進行兩次預(yù)積分處理以估算主積分處理所需時間。
首先，在沒有光投射的情況下啟動預(yù)積分(步驟S41)。而后，開始計算時間(步驟S42)，以便進行積分直到圖3A所示的時間點t1為止(步驟S43)，并在時間點t1測量積分量(A/D1)(步驟S44)。
接著，繼續(xù)進行積分處理(步驟S45)，并在時間點t2測量積分量(A/D2)(步驟S46)。
相互比較積分量(A/D1)與(A/D2)，確認(rèn)A/D2是否大到足以達到飽和電平(步驟S47)。
如果比較結(jié)果落在預(yù)定范圍內(nèi)(如果在步驟S47對問題的回答是“否”)，主積分所需的時間tINT根據(jù)(A/D2-A/D1)的變化量和時間點t1與t2間的時間差Δt確定(步驟S48)。
假定適當(dāng)積分電平是Vs，主積分所需時間利用關(guān)系tINT∶Vs＝Δt∶(A/D2-A/D1)、由公式(1)給出。
tINT＝Δt·Vs/(A/D2-A/D1)...(1)亮度越低，積分時間tINT越長。在這一亮度下，確定積分時間tINT是否比不利于攝影的預(yù)定時間長(步驟S49)。如果積分時間tINT超過預(yù)定時間(如果在步驟S49對問題的回答為“是”)，則用預(yù)定積分時間tINT1取代積分時間tINT(步驟S50)。
使預(yù)先積分中儲存的積分量復(fù)位(步驟S51)，并啟動測距用的主積分(步驟S52)。
確定設(shè)置的積分時間tINT(或tINT1)是否達到(步驟S53)。如果積分時間tINT達到(如果回答為“是”)，主積分被停止(步驟S54)，程序執(zhí)行用得到的積分時間進行測距的流程。
另一方面，如果由于被攝圖像具有圖12B所示的高亮度而導(dǎo)致積分量過大(如果在步驟S47對問題的回答為“是”)，則積分終端時間t1變短，例如，t1/2(步驟S55)，從而避免積分量飽和。
因此，在上述的測距方法中，在預(yù)測距時可估算出主積分所需的時間是否長，于是，該方法不會錯過瞬間的滿意圖像，或不會出現(xiàn)過亮物體的離焦?fàn)顟B(tài)。
另外，時間點t1或t2不是用監(jiān)控器或程序獲得，而是用硬件計時器確定的。因此，時間點被高精度預(yù)定，它能進行高速控制。
但是，當(dāng)被攝圖像具有如夜視圖像的低亮度時，上述測距方法強制縮短積分時間，它將導(dǎo)致當(dāng)積分處理中途停止時產(chǎn)生的相同的效果。于是會發(fā)生積分值達不到適當(dāng)電平的情況，因此降低測距精度。
此外，所謂的多AF系統(tǒng)也可使用，它有多個測距區(qū)，該測距區(qū)可不考慮取景器中的物體位置而使照相機在被攝主目標(biāo)上聚焦。
在這個多AF系統(tǒng)中，用于正確地確定主目標(biāo)和選擇取景器中一個測距區(qū)而進行測距的技術(shù)與控制積分量的技術(shù)同樣重要。這是因為如果進行測距的測距區(qū)與物體不對應(yīng)，照相機就不能對物體進行準(zhǔn)確聚焦。
在日本專利申請公開號為62-148910所述的被動AF系統(tǒng)中，優(yōu)先考慮反差，并且對低反差物體不進行精確測距。例如，當(dāng)對圖6A所示被攝圖像進行拍攝時，由于人物背景與人相比具有較高的對比度，因此作為主目標(biāo)的人物焦點不準(zhǔn)。
本發(fā)明的目的是提供一種不受被攝物體背景光影響的測距裝置，即該測距裝置即使在夜間攝影進行測距時、也能不受物體亮度或背景的影響以高速度確定被攝物體的正確位置而進行測距。
為了實現(xiàn)該目的，提供的測距裝置包括積分型傳感器裝置，用于接收來自測距區(qū)內(nèi)被攝物體的反射光，并輸出圖像信號；監(jiān)測器，用于監(jiān)測積分型傳感器的預(yù)定區(qū)內(nèi)的圖像信號電平；光投射部件，將光投射到被攝物體；和操作控制部件，它具有用于同步和操作積分型傳感器與光投射部件的預(yù)積分操作模式、和用于獲得測距信息的主積分操作模式，操作控制部件根據(jù)預(yù)積分操作模式中的操作結(jié)果設(shè)定預(yù)定區(qū)，進而執(zhí)行主積分操作以根據(jù)主積分操作中使用的圖像信號計算到達被攝物體的距離。
優(yōu)選地，操作控制部件相互比較第一和第二預(yù)積分操作模式中的操作結(jié)果，從而設(shè)定一個作為預(yù)定區(qū)的區(qū)域。在該區(qū)域中，操作結(jié)果之間的電平差是預(yù)定值或更大。更優(yōu)選地，第一和第二預(yù)積分操作模式中每一個的操作時間設(shè)置得小于主積分操作模式的操作時間。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點將在下文敘述，通過該敘述或本發(fā)明的實施可更清楚地了解本發(fā)明。本發(fā)明的目的和優(yōu)點可通過下文指出的具體方法和裝置實現(xiàn)。
用編入并構(gòu)成說明書一部分的附圖、來說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例、并且與上文給出的一般性說明和下文給出的優(yōu)選實施例的具體描述一起，來解釋本發(fā)明的原理。
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例在說明測距裝置時有用的視圖；圖2是說明圖1裝置測距操作的流程圖；圖3A是說明圖1裝置中所進行的積分處理的時序圖；圖3B是表示含于線傳感器中進行預(yù)積分的區(qū)域的視圖；圖4是表示被攝圖像實例的視圖；圖5是表示對應(yīng)于成像角選擇傳感器區(qū)的結(jié)構(gòu)實例的視圖；圖6A是表示被攝圖像實例的視圖；圖6B，6C和6D是表示線傳感器積分量曲線的視圖；圖7是用于說明在本發(fā)明測距裝置中沒有光投射而進行預(yù)積分的視圖；圖8是用于說明在本發(fā)明測距裝置中有光投射而進行預(yù)積分的視圖；圖9是概略說明本發(fā)明測距裝置的測距操作的流程圖；圖10是用于說明測距中的一般問題，并顯示被攝圖像亮度、積分量、和積分結(jié)束時間之間關(guān)系的視圖；圖11是說明測距中普通積分處理的流程圖；圖12A是說明普通測距中積分量與時間之間關(guān)系的時序圖；圖12B是表示時間與積分量之間關(guān)系的視圖；圖13是用于說明普通積分方法的流程圖，該方法是通過改進圖11的積分方法而得出；圖14A是用于說明使用第二實施例的測距裝置中的聚焦鎖定功能進行測距的視圖；圖14B是表示線傳感器與面?zhèn)鞲衅髦g測距面積差的視圖；圖15A、15B和15C是用于說明用第二實施例的測距裝置對被攝主目標(biāo)進行檢測的原理視圖；圖16A是表示第二實施例測距裝置原理結(jié)構(gòu)的視圖；圖16B是表示進入面?zhèn)鞲衅鞯谋粩z物體圖案的視圖；圖17是說明用第二實施例的測距裝置進行測距的流程圖；圖18A是表示根據(jù)第二實施例所改進的測距裝置的結(jié)構(gòu)視圖；圖18B是說明LCD驅(qū)動器的視圖；圖19是表示用透明區(qū)顯示被攝圖像中測距點的實例圖；圖20是表示用十字標(biāo)記顯示被攝圖像中測距點的實例圖；圖21是用于單鏡頭反射式照相機的第三實施例測距裝置的實例圖；圖22是從上方傾斜觀察時圖21裝置中聚焦檢測部件的外觀視圖；圖23表示圖21的單鏡頭反射式照相機的外觀圖；圖24A、24B、和24C是說明從一個物體向另一個物體轉(zhuǎn)換的實例圖，其中，用具有本發(fā)明測距裝置的照相機對物體聚焦。
下面將結(jié)合附圖具體說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
在說明本發(fā)明各實施例的具體結(jié)構(gòu)之前，先參照圖6A-6C說明本發(fā)明使用被動AF系統(tǒng)的測距裝置的原理和概述。
圖6A表示到達被攝圖像區(qū)4中的主目標(biāo)3的實際距離L被測量的實例。測距光從光投射器5發(fā)射到主目標(biāo)3，從主目標(biāo)3反射的光由光接收鏡頭1a和1b會聚成相應(yīng)主目標(biāo)3的圖像。這些圖像分別被投射到線傳感器2a和2b，而后輸出分別與圖像亮度等級相對應(yīng)的光電信號(圖像信號6a和6b)。
在各光電信號積分預(yù)定的時間周期之后，得到相應(yīng)的圖像信號6a(或6b)。由于積分電路具有由電源電壓或電路結(jié)構(gòu)確定的動態(tài)范圍，因此必需在該范圍內(nèi)設(shè)置積分波(圖像信號的積分量)。
例如，如果積分時間太長、或得到的積分量太多，絕大多數(shù)傳感器的輸出將飽和，于是圖像信號的總信息量將如圖6C所示地減少。
關(guān)于圖6A的圖像信號6a和6b，根據(jù)三角測距原理，由下式得出到達主目標(biāo)的距離L，L＝B·f/x ...(2)其中，B表示鏡頭1a和1b之間視差，f表示鏡頭焦距，它引起圖6A所示的相對位置差X。
于是，通過移動和計算相互對應(yīng)的圖像信號6a和6b的位置，得出準(zhǔn)確的圖像，從而得出圖6D所示的聚焦精度。
因此，在圖6C所示的狀態(tài)中，積分量不準(zhǔn)確，聚焦精度下降。這一缺陷不僅在三角測距方法中存在，在使用圖像信號的反差系統(tǒng)中也存在。
另外，在圖7所示的夜視圖像中，主目標(biāo)(人物)3a是黑暗的，亮光(例如，照明)3b存在于背景中，在背景中接近亮光的位置由測距獲得的圖像信號的圖案具有高反差，在主目標(biāo)3a處該圖像具有低反差。在這種情況中如果使用普通測距裝置，則用背景光3b的反差進行測距，因此主目標(biāo)36聚焦不準(zhǔn)。
但是在本發(fā)明中，由圖7所示的開關(guān)組9c、開關(guān)選擇/改變部件9b、確定信號形成部件9a構(gòu)成的監(jiān)測部件9產(chǎn)生用于控制積分量以便進行積分控制的信號，因此避免了用于積分量控制的操作控制部件(CPU)10的測距處理受到背景光的影響。圖7和8沒有顯示積分電路。
更具體地，當(dāng)開關(guān)組9c中的開關(guān)SW1和SW2處于關(guān)狀態(tài)時，指示背景光的信號不輸入到積分監(jiān)測器中的確定信號形成部件9。換言之，開關(guān)組9c中一個或多個開關(guān)的開或關(guān)是重要的。僅僅利用檢測主目標(biāo)3a的傳感器陣列2a中的線傳感器部件的信號輸出、通過積分控制操作進行測距處理，可消除背景的影響并避免主目標(biāo)3a聚焦不準(zhǔn)。
在本發(fā)明中，通過確定反射來自光投射器5的光所得到的光位置，以便進行如圖8所示的開關(guān)選擇。
更具體地，用于測距的主積分處理之前，對于光投影器5發(fā)射光的狀態(tài)和光投影器5不發(fā)射光的狀態(tài)進行預(yù)積分處理。比較兩個預(yù)積分結(jié)果，并認(rèn)為主目標(biāo)3a存在于圖像信號被反射信號改變的位置。
由于主目標(biāo)(人物)3a的位置比背景3b更近，所以來自主目標(biāo)3a的反射光具有大于來自背景反射光的數(shù)值。
因此，如果將沒有光投射所得的圖像圖案與有光投射所得的圖像圖案進行比較，以及如果使用只從顯示大的輸出變化的線傳感器部分檢測到的圖像信號進行積分控制或測距操作，則主目標(biāo)3a的位置能夠精確確定，到達主目標(biāo)3a的距離可被測定。
下面參照圖9的流程圖說明本發(fā)明的測距過程。
如圖7所示，在啟動測距的主積分過程之前，在不啟動光投射器5的情況下進行預(yù)積分，得到一個表示沒有光投射的圖像圖案的圖像信號6a(步驟S1)。而后，如圖8所示，在啟動光投射器5的情況下進行預(yù)積分過程，得到一個表示有光投射的圖像圖案的圖像信號6c(步驟S2)。
將兩級預(yù)積分過程得到的圖像信號6a和6c相互比較，選擇信號輸出變化較大的線傳感器的區(qū)(步驟S3)。如上文所述，顯示信號輸出明顯變化的線傳感器的區(qū)是接收來自主目標(biāo)3a反射光的線傳感器的區(qū)。
用上述連接到線傳感器、并由開關(guān)部件9b控制開/關(guān)的開關(guān)進行顯示信號明顯變化的線傳感器區(qū)的選擇。
進行積分控制以從所選擇的線傳感器區(qū)得到積分信號(步驟S4)。之后，使用積分處理得到的圖像信號利用CPU10進行測距(步驟S5)。
如上所述，如果只用對準(zhǔn)主目標(biāo)的線傳感器區(qū)得到的積分信號進行測距，照相機可不受背景影響地對主目標(biāo)聚焦。
下面再參照圖1具體說明本發(fā)明第一實施例的測距裝置。
第一實施例的測距裝置主要包括被動式自動聚焦部件(以下稱為“AF部件”)11，操作控制部件(CPU)12，、用于向被攝物體發(fā)光的光投射器13，和用于對攝影鏡頭15調(diào)焦的聚焦部件14。
AF部件11具有前述的光接收鏡頭1a和1b、線傳感器2a和2b，還包括用于積分線傳感器2a和2b輸出的積分電路16、用于以實時的方式監(jiān)測積分電路16或線傳感器的輸出的積分結(jié)果的監(jiān)測器17、和用于將積分結(jié)果轉(zhuǎn)換成數(shù)字值的A/D轉(zhuǎn)換器部件18。該A/D轉(zhuǎn)換器部件18可能包括在操作控制部件12中。
操作控制部件12控制整個照相機的操作順序，并根據(jù)攝影者操作開關(guān)19的狀態(tài)確定測距或拍攝的啟始時間。
操作控制部件12包括操作處理部件20、用于計算被A/D轉(zhuǎn)換器部件18轉(zhuǎn)換成數(shù)字值的兩圖像信號(圖6A中所示的6a和6b)之間的差值進而用公式(2)得到焦點位置，確定部件21、根據(jù)監(jiān)測器輸出確定積分狀態(tài)，和時間轉(zhuǎn)換部件22、例如用計數(shù)器產(chǎn)生時間預(yù)定點。
包括驅(qū)動器、位置編碼器等的聚焦部件14根據(jù)操作控制部件12輸出的聚焦信號移動攝影鏡頭15進行聚焦。
光投射器13包括向被攝物體投射輔助光的閃光燈23，和控制閃光燈23的光投射控制電路24。這個實施例還裝有確定曝光的亮度傳感器25。
下面說明上述結(jié)構(gòu)測距裝置的測距操作。
在這個實施例中，假定以圖7所示畫面為拍攝場景，其中主目標(biāo)的背景例如是夜景，根據(jù)背景反差易產(chǎn)生有誤差的測距。
為確定在該場景中物體是否是低亮度，使用圖1所示的亮度傳感器25。如果主目標(biāo)不是低亮度，則認(rèn)為即使從主目標(biāo)也能得到足夠的反差，圖13的流程圖可不改變地被使用。
在圖13的程序中，在兩個預(yù)積分操作期間必須將傳感器陣列所有傳感器的輸出數(shù)據(jù)讀入操作控制部件、并在操作控制部件中進行比較。這樣，不僅轉(zhuǎn)移傳感器數(shù)據(jù)而且進行全部數(shù)據(jù)項的差值比較均需要時間。
為了避免諸如復(fù)雜的和消耗時間的計算的問題，在兩個預(yù)積分操作期間選擇和僅使用傳感器陣列2a中的三個位于特定位置的傳感器進行比較，如圖3B所示。
但是如果傳感范圍擴展到傳感器陣列2a最端部的傳感器，例如被攝圖像區(qū)內(nèi)的物體位于最接近照相機圖像的端部，傳感器數(shù)據(jù)t的圖案從與有光投射的第一預(yù)積分操作和沒有光投射的第二預(yù)積分操作間變化最明顯的物體相對應(yīng)的傳感器區(qū)域輸出。因此，照相機在作為主目標(biāo)的物體上聚焦。不過，通常主目標(biāo)不位于被攝圖像區(qū)的端部。
鑒于此，圖3B所示的包含在傳感器陣列2a中、并輸出監(jiān)測器信號的左手傳感器L和右手傳感器R所處的位置使它們不感測被攝圖像的周圍位置。
具有可變拍攝范圍的照相機，例如全景照相機、變焦照相機等可設(shè)置圖5所示的成像角開關(guān)部件26和監(jiān)測傳感器開關(guān)部件27，以便根據(jù)轉(zhuǎn)變的被攝圖像區(qū)實現(xiàn)操作控制部件20檢測的傳感器區(qū)的適當(dāng)轉(zhuǎn)變。
下面參照圖2的流程圖說明圖1所示結(jié)構(gòu)的第一實施例的測距操作。
首先確定包含被攝目標(biāo)的被攝圖像是否具有低亮度(步驟S11)。如果確定不具有低亮度，即如果對問題的回答為“否”，則認(rèn)為具有高或中等亮度。于是，在沒有光投射的情況下進行預(yù)積分以計算主積分所需的時間，并利用圖13的程序得到該積分時間(步驟S12)。
無論何時進行預(yù)積分均可進行光投射。但在這個實施例中，只在被攝圖像具有低亮度時進行光投射，而在中等或高亮度時不進行光投射。這是因為無論何時執(zhí)行預(yù)積分所進行的光投射導(dǎo)致電能浪費。選擇地進行光投射將節(jié)約電能。
如果在步驟S11確定亮度是低的(如果回答為“是”)，則在沒有光投射的情況下啟動第一積分(步驟S13)。
該積分在預(yù)定的預(yù)積分時間周期t1內(nèi)進行(步驟S14)，于是，操作控制部件20通過中間傳感器C得到預(yù)積分量(A/D C1)(步驟S15)，而后通過左手和右手傳感器L和R得到一個較大的預(yù)積分量(A/D RL1)(步驟S16)。于是，周圍傳感器L和R所得到的一個較大的預(yù)積分量被模擬電路選擇。
操作控制部件20先將預(yù)積分量儲存在它的存儲器中，而后將到目前為止在傳感器中聚集的預(yù)積分量復(fù)位(步驟S17)。
之后，啟動使用投射光的第二積分(步驟S18)。
該積分在預(yù)定的預(yù)積分時間周期t1內(nèi)進行(步驟S19)，于是，操作控制部件20通過中間傳感器C得到預(yù)積分量(A/D C2)(步驟S20)，而后通過左手和右手傳感器L和R得到一個較大的預(yù)積分量(A/D RL2)(步驟S21)。
利用上述得到的四個預(yù)積分量選擇與被攝圖像部分對應(yīng)的傳感器區(qū)，傳感器區(qū)的積分圖案在有光投射與沒有光投射的狀態(tài)之間具有變化。傳感器區(qū)的選擇使得可在不受背景光影響的情況下進行至圖7所示被攝圖像上中央主目標(biāo)3a的距離的測量。
在步驟S22確定下述公式是否建立A/D C2-A/D C1＞A/D RL2-A/D RL1 ...(3)如果確定A/D C2-A/D C1較大(如果回答為“是”)，則認(rèn)為主目標(biāo)(人物)基本位于被攝圖像區(qū)的中間位置，從而根據(jù)預(yù)積分量A/D C2確定主積分所需的時間(步驟S23)。根據(jù)經(jīng)過時間周期t1后所得到的預(yù)積分量A/D C2的事實，通過在公式(4)給出的時間周期中進行主積分，可達到預(yù)定的適當(dāng)電平VS，式(4)是通過改變式(1)得到的tINT＝t1·VS/(A/DC2)...(4)由于在這個時間中，光投射作用根據(jù)被攝圖像亮度確定，因此在主積分中和當(dāng)高亮度或中等亮度的預(yù)積分中不進行光投射，只有在低亮度的預(yù)積分中進行光投射。
換言之，在這個實施例中所進行的有和沒有光投射的預(yù)積分操作，也用于估計主積分中的輔助光的作用。圖3A表示預(yù)積分狀態(tài)。
在進行主積分之前，清除預(yù)積分時線傳感器中聚集的電荷，以使傳感器初始化(步驟S24)。然后進行主積分(步驟S25)，進而根據(jù)積分結(jié)果執(zhí)行測距。
如果在(步驟S21)確定A/D C2-A/D C1較小(如果回答為“否”)，則對在沒有光投射時分別從中間傳感器區(qū)和周圍傳感器區(qū)獲得的預(yù)積分(總)量(A/D C1)和(A/D RL1)進行比較(步驟S26)。然后，用較大的積分量進行積分控制(步驟S27和S28)。
也在這個時間，就用公式(4)來講，可從(A/D C1)和(A/D RL1)得到主積分所需時間。但是，主積分時間不能簡單地根據(jù)(A/D RL2)確定，它與步驟S23的情況不同。
如圖4所示，這是為避免諸如王冠或花瓶等具有光澤的物體位于接近照相機的被攝圖像部分時，投射到物體、被反射并在預(yù)積分時進入左手或右手傳感器L或R的光不能指示到達物體的準(zhǔn)確距離。
如圖4和7所示，由于上述結(jié)構(gòu)，照相機能夠準(zhǔn)確地聚焦在作為兩個被攝圖像主目標(biāo)的人物上。
如上所述，在該實施例中，預(yù)積分時從線傳感器區(qū)得到信號受到限制，并且傳感器區(qū)周圍位置根據(jù)被攝圖像的尺寸(視角范圍)而調(diào)整。因此，不論位于被攝圖像區(qū)物體間的亮度差別或主目標(biāo)的背景狀態(tài)如何，照相機都能快速聚焦在主目標(biāo)上。
如上所述，實施例提供的照相機可在被攝主目標(biāo)位于被攝圖像區(qū)任何位置時快速聚焦。由于用戶可通過照相機的取景器確定被測距的位置，故他們可專心于拍攝。
下面說明本發(fā)明第二實施例的測距裝置。
雖然第一實施例采用線傳感器，但也可設(shè)計出使用本發(fā)明面?zhèn)鞲衅鞯母咝阅艿臏y距裝置。
如圖14B所示，線傳感器的測距區(qū)28占據(jù)被攝圖像區(qū)30中間部分的狹長橫向區(qū)。另一方面，由于面?zhèn)鞲衅饔啥S排列的多個線傳感器構(gòu)成。因此它能占據(jù)幾乎整個被攝圖像區(qū)30。
在普通測距裝置中，如果用戶要拍攝圖14A所示的圖像，測距時他們應(yīng)使主目標(biāo)(人物)包含在測距區(qū)內(nèi)(被攝圖像的中央部分)，而后用半推釋放按鈕測距，用半推釋放按鈕調(diào)整照相機以得到想要拍攝的圖像，并用全推該釋放按鈕進行曝光。于是，在普通測距裝置中進行兩步操作，即所謂“聚焦鎖定操作”。
這種操作的缺點是，在快速攝影時由于必須在拍攝前進行預(yù)操作，導(dǎo)致在搜索所需的移動目標(biāo)的被攝圖像時錯過拍攝滿意畫面的時機。
如果在這種情況下，用面?zhèn)鞲衅骷訉挏y距區(qū)，如圖14A所示，即使主目標(biāo)位于被攝圖像區(qū)的端部，到達主目標(biāo)的距離也能被測量。
但是，當(dāng)使用測量到達位于被攝圖像區(qū)端部主目標(biāo)的距離的技術(shù)時，當(dāng)可能的測距點數(shù)目增加時，檢測被攝圖像區(qū)中主目標(biāo)位置的技術(shù)變得更加重要。
在測距點極多的情況下，如果檢測每個測距點，則需大量時間用于處理，所需時間比聚焦鎖定技術(shù)的時間長。這是相反的效果，由于面?zhèn)鞲衅鞅染€傳感器昂貴，所以使用面?zhèn)鞲衅鞯娜秉c不小。
下面參見圖15A-15C，根據(jù)第二實施例說明以高速檢測主目標(biāo)位置的測距裝置的原理。
首先，在測距處理之前，照相機根據(jù)圖15A所示被攝圖像區(qū)的視角范圍發(fā)射光。如圖15B所示，這時來自主目標(biāo)和其它物體的反射光的分布基本進入面?zhèn)鞲衅鞑⑴c到達它們的距離相對應(yīng)。
如圖15B所示，由于距離很遠，幾乎沒有反射信號從復(fù)雜的背景返回，而由于距離不遠，反射信號從人物或花返回。結(jié)果，面?zhèn)鞲衅魃系膱D案是一個如圖15B所示的非常簡單的圖案。
用照相機操作控制部件進行控制、使用圖案確定操作的預(yù)定程序、以及圖案信號指示和基本數(shù)字值的表達可確定被攝圖像區(qū)中主目標(biāo)的位置。
這一思路與圖8和9中表達的內(nèi)容相似。不論被攝圖像區(qū)中主目標(biāo)的位置如何，使用圖15C所示確定的測距點進行測距能實現(xiàn)照相機對主目標(biāo)進行快速聚焦的自動聚焦(AF)技術(shù)。
這種情況下使用的測距系統(tǒng)可根據(jù)攝影狀態(tài)從使用測距光的所謂主動系統(tǒng)和不使用測距光的被動系統(tǒng)中選擇。
下面參照圖16A和16B說明第二實施例的結(jié)構(gòu)。
圖16A是說明使用預(yù)發(fā)射進行目標(biāo)31位置的檢測時，如何進行測距的視圖。
首先，閃光燈34在投射部件32中的投射控制電路33的控制下向目標(biāo)31投射輔助光。來自目標(biāo)31的反射光的信號指示進入兩個光接收鏡頭35a和35b，而后進入兩個相應(yīng)的面?zhèn)鞲衅?6a和36b。
兩個面?zhèn)鞲衅?6a和36b將與目標(biāo)對應(yīng)的信號成份轉(zhuǎn)換成光電信號，該光電信號由A/D轉(zhuǎn)換器電路37被轉(zhuǎn)換成與面?zhèn)鞲衅飨袼貙?yīng)的數(shù)字值。這些數(shù)字值輸入操作控制部件38。
恒定光去除電路39與面?zhèn)鞲衅?6a和36b連接，用于在操作控制部件38的控制下去除來自被攝圖像區(qū)的與DC電流信號相似并恒定地進入傳感器的光信號，從而只將來自閃光燈34的脈沖光(輔助光)提供為輸出信號。
因此，如果反射信號光進入具有操作的恒定光去除電路39的面?zhèn)鞲衅?6a和36b，一個圖像、即圖16B陰影區(qū)形成在面?zhèn)鞲衅魃?。設(shè)置在操作控制部件38中的軟件對面?zhèn)鞲衅魃系膱D像圖案進行分析。如果確定該圖像圖案表示例如人物，則該圖像被確定為主目標(biāo)。
下面參照圖17的流程圖說明第二實施例的測距裝置的測距操作。
進行測距之前，在投射部件32的投射控制電路33的控制下使得閃光燈34進行預(yù)發(fā)射，從而將輔助光投射到目標(biāo)31并使與目標(biāo)31的反射光相應(yīng)的信號進入面?zhèn)鞲衅?6a和36b。此時，恒定光去除電路39工作以便從進入面?zhèn)鞲衅?6a和36b的反射信號光中除去恒定光，從而只提取反射信號光中所含的圖像信號(步驟S61)。
之后，圖像信號由A/D轉(zhuǎn)換器電路37進行A/D轉(zhuǎn)換、并輸入到操作控制電路38，在操作控制電路38，由圖像信號表示并形成在面?zhèn)鞲衅?6a和36b上的圖像圖案由軟件進行分析(步驟S62)。
確定被分析的圖像圖案是否具有例如人的輪廓并因此表示被攝的主目標(biāo)(步驟S63)。如果不能確定圖像圖案表示主目標(biāo)、即如果主目標(biāo)的位置不能被確定(回答為“否”)，則根據(jù)例如亮度信息選擇主動系統(tǒng)和被動系統(tǒng)之一，而后進行用于被攝圖像區(qū)中心部的同心測距，在中心部位主目標(biāo)的存在幾率很高(步驟S64)。
然后，一個預(yù)儲存在操作控制部件38中、表示主目標(biāo)的位置不能確定因而將進行被攝圖像區(qū)中心部測距的聲音信號圖案之一被選擇，并用從聲音產(chǎn)生部件40輸出的聲音(聲音圖案1)通知用戶(步驟S65)。
另一方面，如果在步驟S23確定圖像圖案表示主目標(biāo)(即回答為“是”)，則根據(jù)與圖像圖案對應(yīng)的圖像信號(光信號)的強度和圖像信號是否提供足夠的反差、確定是否選擇主動系統(tǒng)或被動系統(tǒng)進行測距(步驟S66)。
如果在步驟S66確定圖像信號不能提供足夠的反差(即回答為“是”)，則使用主動系統(tǒng)。而后，投射部件32再向目標(biāo)31投射測距光，以使恒定光去除電路39除去來自表示面?zhèn)鞲衅?6a和36b上圖像反射信號光中的恒定光、并只提取反射信號光中所含的圖像信號(步驟S67)。之后，用主動系統(tǒng)對預(yù)發(fā)射確定的主目標(biāo)進行同心測距(步驟S68)。
接著，根據(jù)聲音信號圖案確定主目標(biāo)的位置，并選擇使用主動系統(tǒng)的測距，進而用從聲音產(chǎn)生部件40輸出的聲音(聲音圖案3)通知這個用戶(步驟S69)，而后程序返回到步驟S61。
另一方面，如果在步驟S66確定圖像信號具有低強度(回答為“否”)，則使用被動系統(tǒng)進行測距，其中已得到的表示主目標(biāo)位置的圖像信號被同心地使用(步驟S70)。而后，根據(jù)聲音信號圖案確定主目標(biāo)的位置，并選擇使用被動系統(tǒng)的測距，進而用從聲音產(chǎn)生部件40輸出的聲音(聲音圖案2)通知這個用戶(步驟S71)，而后程序返回到步驟S61。
根據(jù)所選擇的測距系統(tǒng)或與主目標(biāo)位置有關(guān)的確定結(jié)果，操作控制部件38選擇聲音信號并通知進行選擇和確定結(jié)果的該用戶。于是，用戶能夠方便地知道例如拍攝條件、并進行穩(wěn)定地測距。
如上所述，在第二實施例中，主動系統(tǒng)和被動系統(tǒng)不是被簡單地組合，使用這兩個系統(tǒng)能以高精度確定主目標(biāo)的位置。
下面說明第二實施例的改進。
可按上述實施例改變?nèi)【捌髦械臄?shù)據(jù)和改變使用所選聲音圖案的信息。
如圖18A所示，這個改進包括用于改變?nèi)【捌?2中LCD43透過率的矩陣LCD驅(qū)動器41，用于在操作處理部件48控制下改變被攝圖像區(qū)的角視場開關(guān)部件45，用于接收來自聚焦鎖定開關(guān)(第一釋放開關(guān))46的信號的輸入端口47，和用于儲存進行處理所用的軟件或數(shù)據(jù)的存儲器44。
這個結(jié)構(gòu)可根據(jù)測距結(jié)果由操作控制部件38中矩陣LCD驅(qū)動器進行LCD43透過率的切換和顯示，因此便于用戶對測距的理解。
例如，如圖18B所示，LCD驅(qū)動器41用與圖16B相似的目標(biāo)圖像圖案確定LCD43的發(fā)射部分，并控制用于選擇LCD43的公共(COM)和程序段(SEG)行的選擇信號。結(jié)果，如圖19所示，可監(jiān)測照相機試圖聚焦的取景器中的區(qū)域。在這種狀態(tài)下，進行控制以根據(jù)圖像圖案確定透光區(qū)，并減小LCD43在其它區(qū)域的透過率。
另外，測距點可由圖20所示的十字標(biāo)記表示。在這種狀態(tài)，測距點沿X和Y方向伸展，取景器的LCD與測距點伸展部分對應(yīng)的部分變?yōu)椴荒芡腹狻?br> 用戶通過確認(rèn)如在上述取景器上的這種顯示能夠知道照相機是否正確操作。
如果照相機出現(xiàn)錯誤顯示，則認(rèn)為主目標(biāo)檢測有錯誤。在這種狀態(tài)，可再進行圖14A所示的聚焦鎖定操作，以進行再測距。
具體地，用戶操作如圖18A示出的聚焦鎖定開關(guān)46。為了得到與被攝圖像區(qū)對應(yīng)的測距點，操作處理部件48根據(jù)照相機操作時角視場開關(guān)部件45得到的測距結(jié)果、視角范圍進行相應(yīng)計算，并在LCD顯示器上顯示計算結(jié)果。
圖21是裝有本發(fā)明測距裝置的單鏡頭反射式照相機的截面圖。
由被攝目標(biāo)反射并穿過攝影鏡頭51的光通量被主反射鏡53反射和透射。由主反射鏡反射的光通量進入取景器54，而透過主反射鏡53的光通量由子反射鏡55反射并進入設(shè)在照相機主體56下部的聚焦檢測部件57。
設(shè)在照相機主體56上的閃光燈裝置58是用于投射聚焦檢測用輔助光的投射裝置。LCD59位于取景器54中，用于在操作控制部件(未示出)控制下顯示被攝圖像區(qū)的焦點位置，以便用戶確定取景器54中的焦點位置。
聚焦檢測部件57適于用相差檢測法檢測焦點，它包括用于限制通過攝影鏡頭51的光通量的視場遮片(S遮片)60，紅外截止濾光片61，會聚光通量的聚光鏡(C透鏡)62，全反射光通量的全反射鏡63，限制光通量的光瞳遮片64，面?zhèn)鞲衅?5，和用于將光通量再會聚到面?zhèn)鞲衅?5的再成像透鏡(S透鏡)66。
圖22是聚焦檢測部件57的透視圖。如圖所示，來自被攝目標(biāo)(未示出)的反射光通量所穿過的S透鏡67設(shè)置在光瞳遮片64后面。
操作控制部件(CPU)71控制面?zhèn)鞲衅?5和閃光燈裝置72的操作。部件71啟動面?zhèn)鞲衅?5的積分操作，并在使閃光燈裝置72發(fā)射光的光發(fā)射時間或在沒有光發(fā)射的時間內(nèi)得到傳感器數(shù)據(jù)。操作控制部件71從面?zhèn)鞲衅髦凶x取傳感器數(shù)據(jù)以便進行主目標(biāo)和焦點等的檢測。另外，部件(CPU)71還包括下文將說明的下一選擇物開關(guān)73。
圖23表示第三實施例的單鏡頭反射式照相機的外部輪廓。
在某些情況中，即使應(yīng)用本發(fā)明，照相機仍不能確定復(fù)雜的被攝圖像中的主目標(biāo)，例如圖24A-24C所示。本質(zhì)上說，如圖24A所示，如果將對應(yīng)于位于中心位置的人的圖案優(yōu)先于其他任何圖案被拍攝、則很可能拍到好照片。但是，拍攝狀態(tài)可能是如圖24B所示的照相機錯誤地聚焦在酒瓶上，或如圖24C所示的、拍攝者實際想把照相機聚焦在處在非中間位置的人物上。
如果在這種情況下，設(shè)在照相機中的下一個選擇物開關(guān)73被操作，以使操作控制部件71確定照相機將要聚焦的下一個選擇物，并把它顯示在取景器54的LCD59上，用戶將避免大量不滿意的結(jié)果。當(dāng)這種結(jié)構(gòu)應(yīng)用在單鏡頭反射式照相機上時，用戶能夠確定在被攝圖像區(qū)上照相機是否正確地聚焦，它意味著用戶可更加容易地判斷焦點位置、并得到成功的照片。
如上面詳細(xì)敘述那樣，本發(fā)明可提供一個能不受主目標(biāo)與其它目標(biāo)間亮度差的影響、或即使在例如黑夜視場的背景下不受主目標(biāo)背景的影響而進行正確測距的測距裝置。
另外，安裝本發(fā)明測距裝置的照相機能實現(xiàn)高速拍攝，由于在測距區(qū)與取景器區(qū)基本相同時，在進行測距以確定照相機將要聚焦的被攝主目標(biāo)在取景器區(qū)中位置的測距操作之前，該測距裝置中使用的線傳感器進行預(yù)發(fā)射，因此不需要使用聚焦鎖定功能的兩步曝光操作。此外，當(dāng)被攝圖像是包括多個目標(biāo)的復(fù)雜圖像時，用簡單的操作可將所要求的目標(biāo)選擇為主目標(biāo)，并且不需移動照相機即可把主目標(biāo)包括在測距區(qū)中。
對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其它的優(yōu)點和改進易于想到。因此，本發(fā)明的很多方面不限于上述的具體細(xì)節(jié)和代表性實施例。在不脫離所附的權(quán)利要求書和它們的等同物所限定的基本發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍的前提下，可能得到各種改型裝置。
權(quán)利要求
1.一個測距裝置，其特征包括積分型傳感器(2a，2b，16)，用于接收來自位于測距區(qū)中被攝目標(biāo)的反射光，并輸出圖像信號；監(jiān)測器(17)，用于監(jiān)測所述積分型傳感器的預(yù)定區(qū)中的圖像信號電平；光投射部件(13)，用于把光投射到所述的被攝目標(biāo)；和具有預(yù)積分操作模式和主積分操作模式的操作控制部件(12)，預(yù)積分操作模式用于協(xié)調(diào)并操作所述的積分型傳感器(2a，2b，)、和光投射部件(13)、主積分操作模式用于得到測距信息，所述的操作控制部件(12)根據(jù)所述預(yù)積分操作模式中的操作結(jié)果設(shè)定所述的預(yù)定區(qū)，進而進行所述的主積分操作以便根據(jù)所述主積分操作期間使用的圖像信號計算到達所述被攝目標(biāo)的距離。
2.一個如權(quán)利要求1的測距裝置，其特征在于，所述的操作控制部件(12)還包括只操作所述積分型傳感器(2a，2b)的第一預(yù)積分操作模式，并相互比較所述第一和第二預(yù)積分操作模式中的操作結(jié)果，從而將所述操作結(jié)果之間的電平差等于或大于預(yù)定值的區(qū)設(shè)定為所述的預(yù)定區(qū)。
3.一個如權(quán)利要求2的測距裝置，其特征在于，所述第一和第二預(yù)積分操作模式中每個的操作時間設(shè)定得短于所述主積分操作模式的操作時間。
4.一個如權(quán)利要求1的測距裝置，其特征在于，所述的操作控制部件(12)根據(jù)來自所述設(shè)定的預(yù)定區(qū)的輸出信號控制所述主積分操作模式的操作時間。
5.一個測距裝置，它具有用于將光投射到被攝目標(biāo)(3a)的光投射部件(5)、和用于檢測該被攝目標(biāo)的圖像傳感器(2a)，其特征在于包括控制部件(10)，用于在測距之前控制該光投射部件(5)，以便根據(jù)光投射部件(5)被控制的同時、由所述圖像傳感器得到的反射圖像信號確定所述測距操作所用的測距點。
6.一個如權(quán)利要求5的測距裝置，其特征在于，控制部件(10)根據(jù)攝影所用的被攝圖像確定所述的測距點。
7.一個如權(quán)利要求5的測距裝置，其特征在于，控制部件(10)將光投射部件(5)投射光時得到的圖像信號與光投射部件(5)不投射光時得到的圖像信號進行比較以確定所述測距點。
8.一個如權(quán)利要求5的測距裝置，其特征在于，還包括確定部件(7，10)，用于根據(jù)所述測距操作之前投射控制的結(jié)果，確定在所述測距操作期間所進行的控制。
9.一個測距裝置，其特征包括積分部件(16)，用于對與被攝目標(biāo)圖像圖案相應(yīng)的光信號進行積分；監(jiān)測器(17)，用于監(jiān)測所述積分部件的積分量是否具有適當(dāng)?shù)碾娖剑槐O(jiān)測區(qū)設(shè)定部件(21)，用于設(shè)定積分量被監(jiān)測的監(jiān)測區(qū)；光投射部件(13)，用于向被攝目標(biāo)投射輔助光；和操作控制部件(12)，用于根據(jù)積分部件(16)的輸出進行測距操作，以便獲取到達被攝目標(biāo)的距離，其中設(shè)置一個預(yù)積分模式，用于執(zhí)行與所述投射操作同步進行的積分操作；和所述操作控制部件(12)根據(jù)所述預(yù)積分模式中的操作結(jié)果進行主積分，在該主積分中，以所選擇的監(jiān)測區(qū)進行積分控制。
10.一個如權(quán)利要求9的測距裝置，其特征在于，所述操作控制部件(12)還包括在沒有所述投射操作時進行積分操作的第一預(yù)積分模式，并在所述主積分期間選擇一個在第一與第二預(yù)積分模式中所述操作結(jié)果之間的電平差大的區(qū)，以便控制所述的監(jiān)測區(qū)設(shè)定部件。
11.一個如權(quán)利要求9的測距裝置，其特征在于，用從所述設(shè)定的監(jiān)測區(qū)輸出的圖像信號進行所述的測距操作。
12.一個如權(quán)利要求10的測距裝置，其特征在于，所述第一和第二預(yù)積分模式中每一個的操作時間設(shè)置得比所述主積分模式的操作時間短。
13.一個如權(quán)利要求9的測距裝置，其特征在于，所述的監(jiān)測器與視角同步。
14.一個測距裝置，其特征包括積分型傳感器(42，43)，用于接收位于測距區(qū)的中心區(qū)和周圍區(qū)中多個被攝目標(biāo)所反射的光，并輸出與所述目標(biāo)對應(yīng)的圖像信號；監(jiān)測器(17)，只用于監(jiān)測所述積分型傳感器預(yù)定區(qū)中的圖像信號電平；光投射部件(13)，用于向所述被攝目標(biāo)投射光；和操作控制部件(12)，它具有用于只操作所述積分型傳感器(42，43)的第一預(yù)積分操作模式、用于同步操作所述積分型傳感器(42，43)和所述光投射部件(13)的第二預(yù)積分操作模式、以及用于得到測距信息的主積分操作模式，所述操作控制部件(12)根據(jù)所述第一和第二預(yù)積分操作模式中的操作結(jié)果設(shè)置所述的預(yù)定區(qū)，而后進行所述的主積分操作，以便根據(jù)該主積分操作期間使用的圖像信號計算到達包含在多個被攝目標(biāo)中的被攝主目標(biāo)的距離。
15.一個如權(quán)利要求14的測距裝置，其特征在于，所述的操作控制部件(12)根據(jù)所述第一和第二預(yù)積分操作模式中的所述操作結(jié)果將所述中心區(qū)中的電平變化與各周圍區(qū)中的電平變化進行比較，如果所述中心區(qū)的電平變化大于所述各周圍區(qū)的電平變化，則將所述中心區(qū)設(shè)定為所述的預(yù)定區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明的測距裝置即使在被攝主目標(biāo)的背景是夜景的環(huán)境下也能準(zhǔn)確地進行聚焦。該準(zhǔn)確聚焦由兩個預(yù)積分操作進行,然后,比較兩個預(yù)積分操作得到的信號圖案、以選擇線傳感器的(2a,2b)的部分區(qū)域。并主要以該區(qū)域的輸出作為測距信號。該測距裝置在測距操作之前進行預(yù)發(fā)射,用線傳感器(2a,2b)設(shè)定與被攝圖像區(qū)基本相等的測距裝置的測距區(qū),而后確定被攝圖像區(qū)中主目標(biāo)的位置。因此,該測距裝置可以不用聚焦鎖定操作而選擇所需的目標(biāo)。
文檔編號G03B13/36GK1251427SQ9912502
公開日2000年4月26日 申請日期1999年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月7日
發(fā)明者野中修, 井出昌孝, 金田一剛史, 中田康一 申請人:奧林巴斯光學(xué)工業(yè)株式會社