照相机的自动调焦装置制造方法及图纸

一种照相机，包括用于生成图像信号的图像传感器，以及用于使图像聚焦到所述图像传感器上的透镜组件。透镜组件的焦点可根据施加在其上的控制信号而移动。当采用具有滞后的压电执行机构来驱动透镜组件移动，以改变对图像的聚焦时，通过对所述压电执行机构施加具有预定范围的极端值的控制信号，并随后在预定范围内单调地改变控制信号，以确定聚焦质量处于可接受等级时的位置，从而实现自动调焦。因此，尽管存在滞后，但是仍可以返回到该位置。当设置编码器将来自图像传感器的图像信号编码成编码信号的压缩形式时，编码器工作在两种模式下，在这两种模式下对不同的空间频率分量优先进行编码，在一种模式下的数据量被用作自动调焦的基础。为了有助于自动调焦，利用光源和固定于所述透镜组件上并可随之移动的光学元件，来确定透镜组件的位置，所述光学元件被配置成所述透镜组件的移动可以改变入射到所述图像传感器上的光。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】照相机的自动调焦装置本专利技术涉及照相机，尤其涉及对照相机的自动调焦。照相机利用透镜组件来使光线聚焦到图像接收元件上，所述图像接收元件可以是胶片，或者如果照相机为数字照相机时可以是图像传感器，例如电荷耦合器件(CCD)。希望照相机是可变焦的，因为否则照相机就局限于具有小孔径透镜组件，从而不能实现足够的聚焦范围。照相机的变焦可以利用通过移动透镜组件来改变焦点的可移动的透镜组件来实现。可选地，还可以利用诸如液体透镜的透镜组件来实现变焦，其中所述液体透镜的焦点可以通过电的方式改变。自动调焦照相机的许多元件都是非常熟知的。已经多次采用宽泛的术语描述了自动调焦(AF)照相机系统。图1示出了代表公知类型的AF照相机的一般性示意图。所述AF照相机利用执行机构1来移动透镜组件2，透镜组件2将光线聚焦在图像传感器3上。图像传感器3将图像信号输出到图像处理器4。图像处理器4可包括存储介质。焦点控制器5通过将控制信号输出到驱动电路6，驱动电路6则将驱动信号提供给执行机构1来控制透镜组件2的移动。焦点控制器5基于来自于如图1中的虚线箭头所示的多个信息源中的任何一个的信息来控制焦点，以得到最佳的焦点位置。焦点控制器5可以利用来自于例如超声范围取景器(利用飞行时间(time-of-flight)计算法)或红外范围取景器(利用与距离的平方成比的反射亮度)的物理范围取景器7的信息。焦点控制器5可以利用来自于放置在传感器之前的光程中的光学器件的信息，该光学器件例如是SLR照相机中所采用的薄棱镜或“微屏幕”。这些信息可由独立的图像传感器来分析。焦点控制器5可以对图像传感器3输出的图像信号进行分析，这一般包括两个独立的过程。第一过程是确定图像聚焦质量的度量。第-->二过程是根据某个算法，基于所确定的聚焦质量的度量来控制透镜组件2的焦点，以例如使度量最大。多种对从图像信号确定的图像的聚焦质量进行度量是公知的。一种度量基于图像的高的空间频率内容。采用这种类型度量的基础在于，高的空间频率分量随着较佳的焦点而增大。第一种可能是对经过高通滤波的图像数据的模数进行积分。第二种可能是利用高通滤波器对图像信号进行卷积，并求出卷积结果的幂。第三种可能是执行频域转换(例如FFT或DCT)，采用频域滤波器并对幂进行求和。这些技术均达到了所描述的效果，但是实施起来却非常困难。另一种类型的度量是从图像信号推导出的统计量，例如熵度量，和图像信号的逆压缩或柱状图或饱和像素计算。当利用可移动的透镜组件来实现变焦时，可以采用压电执行机构来驱动透镜移动。采用压电执行机构与采用电机相比具有多种优点。在WO-01/47041中公开了一种可能的形式的压电执行机构，该压电执行机构可以在WO02/103451中公开照相机中使用。然而，压电执行机构通常存在的问题是，驱动信号输入相对于位移输出特性滞后的问题。这样会导致在驱动透镜组件作为控制执行机构的控制信号的函数而被驱动到达的位置中出现滞后。滞后可被看作是具有永久状态的过程，以便任何时刻的实时行为都依赖于先前动作的历史。滞后在自动调焦的情况下会引发实际的问题，因为这涉及到为了将透镜组件移动到焦点最佳的位置或者至少是可接受的位置而改变控制信号。然而，滞后的结果是，控制信通常不具有与例如焦点位置的任何给定位置对应的单个值。实际上，这样使得难于选取用于将透镜组件移动到焦点上所必需的控制信号。根据本专利技术的第一方面，提供了一种对照相机中的透镜组件进行调聚焦的方法。所述照相机进一步包括：图像传感器，由所述透镜组件使图像聚焦在所述图像传感器上；以及压电执行机构，其被设置用来根据施加在其上的控制信号来驱动所述透镜组件移动，从而改变在所述图像传感器上对所述图像的聚焦，所述压电执行机构在作为控制信号的函数而驱动所述透镜组件到达的位置存在滞后；所述方法包括：-->对所述压电执行机构施加具有预定范围的极端值的控制信号；在所述预定范围内单调地改变所述控制信号，并且在所述控制信号变化过程中，针对所述控制信号的多个测试值中的每一个测试值，从所述图像传感器输出的图像信号中确定所述图像的聚焦质量的各自度量；根据图像聚焦质量的所述各自度量，确定控制信号的聚焦值，当所述控制信号取所述聚焦值时，所述图像的聚焦质量处于可接受的等级；改变所述控制信号而使其返回到位于所述预定范围的所述极端值；以及使所述控制信号单调地改变为所述聚焦值。此外，根据本专利技术的第一方面，提供了一种在其中实现这种方法的照相机。根据本专利技术的第二方面，提供了一种对照相机中的透镜组件进行调焦的方法。所述照相机包括：图像传感器，由所述透镜组件使图像聚焦在所述图像传感器上；以及压电执行机构，其被设置用来根据施加在其上的控制信号驱动所述透镜组件移动，从而改变在所述图像传感器上对所述图像的聚焦，所述压电执行机构在作为控制信号的函数而驱动所述透镜组件到达的位置存在滞后，所述方法包括：对所述压电执行机构施加具有预定范围的极端值的控制信号；在所述预定范围内单调地改变所述控制信号，并且在所述控制信号变化过程中，针对所述控制信号的多个测试值中的每一个测试值，确定从所述图像传感器输出的图像信号的图像的聚焦质量的各自度量；根据所述图像的聚焦质量的各自度量，确定控制信号的聚焦值，当所述控制信号取所述聚焦值时，所述图像的所述聚焦质量处于可接受的等级；考虑所述压电执行机构的所述滞后，确定所述控制信号的修改值，其中，通过将所述控制信号单调地改变到所述修改值，所述控制信号使所述透镜组件移动到当所述控制信号取所述聚焦值时的位置；以及将控制信号单调地改变到所述修改值。此外，根据本专利技术的第二方面，提供了一种在其中实现这种方法的照相机。第一方面和第二方面均涉及首先施加位于预定范围的极端处的控制信号，以及然后在所述预定范围内单调地改变所述控制信号，以针-->对所述控制信号的多个测试值中的每一个测试值来确定聚焦质量的度量。由于总是在相同的预定范围内执行焦点控制，因此所述控制信号决不会超过最初采用的范围的极端。根据物理现象观察的结果，即当利用专用于预定范围的控制信号来操作压电执行机构时，在该范围内的操作周期结束之后，执行机构在该范围的一个端点处的位置趋于变成相同的位置。因此至少在几个自动调焦控制操作之后，会重复到达控制信号取极值时的位置。反过来，这就意味着随着在所述范围内改变控制信号，由于改变是单调的改变，因此每当执行焦点控制时，透镜的位置都是相同的。这就使得有可能使透镜组件返回到所确定的位置之一，以便基于在最初的扫描过程中确定的控制信号的焦点值来提供最佳的或者至少是可接受的聚焦质量，其中在最初的扫描过程中，图像的聚焦质量的度量处于可接受的等级。然而，为了使透镜组件返回到期望的位置，本专利技术的第一方面和第二方面采用了如下略有不同的技术。根据本专利技术的第一方面，使所述控制信号返回到所述预定范围的极端值，然后将所述控制信号单调地改变到所述聚焦值。这样便使得透镜组件返回到当控制信号取聚焦值时所在的相同位置，因为当控制信号取极值时，所述位置是相同的，并且执行机构所遵循的路径也是相同的。相反地，本专利技术的第二方面不需要返回到控制信号的极值，而是利用压电执行机构的滞后特性。特别地，考虑到压电执行机构的滞后，确定了控制信号的修改值，通过将所述控制信号单调地改变到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对照相机中的透镜组件进行调焦的方法，所述照相机进一步包括：图像传感器，由所述透镜组件使图像聚焦在所述图像传感器上；以及压电执行机构，其被设置用来根据施加在其上的控制信号来驱动所述透镜组件移动，从而改变在所述图像传感器上对所述图像的聚焦，所述压电执行机构在作为控制信号的函数而驱动所述透镜组件到达的位置存在滞后；所述方法包括：对所述压电执行机构施加具有预定范围的极端值的控制信号；在所述预定范围内单调地改变所述控制信号，并且在所述控制信号变化过程中，针对所述控制信号的多个测试值中的每一个测试值，从所述图像传感器输出的图像信号中确定所述图像的聚焦质量的各自度量；根据图像聚焦质量的所述各自度量，确定控制信号的聚焦值，当所述控制信号取所述聚焦值时，所述图像的聚焦质量处于可接受的等级；改变所述控制信号而使其返回到位于所述预定范围的所述极端值；以及使所述控制信号单调地改变为所述聚焦值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】GB 2004-8-10 0417762.2;GB 2004-3-15 0405773.31.一种对照相机中的透镜组件进行调焦的方法，所述照相机进一步包括：图像传感器，由所述透镜组件使图像聚焦在所述图像传感器上；以及压电执行机构，其被设置用来根据施加在其上的控制信号来驱动所述透镜组件移动，从而改变在所述图像传感器上对所述图像的聚焦，所述压电执行机构在作为控制信号的函数而驱动所述透镜组件到达的位置存在滞后；所述方法包括：对所述压电执行机构施加具有预定范围的极端值的控制信号；在所述预定范围内单调地改变所述控制信号，并且在所述控制信号变化过程中，针对所述控制信号的多个测试值中的每一个测试值，从所述图像传感器输出的图像信号中确定所述图像的聚焦质量的各自度量；根据图像聚焦质量的所述各自度量，确定控制信号的聚焦值，当所述控制信号取所述聚焦值时，所述图像的聚焦质量处于可接受的等级；改变所述控制信号而使其返回到位于所述预定范围的所述极端值；以及使所述控制信号单调地改变为所述聚焦值。2.如权利要求1所述的方法，其中所述确定控制信号的聚焦值包括：选取所述控制信号的所述多个测试值之一。3.如权利要求2所述的方法，其中所述选取控制信号的所述多个测试值之一包括：选取所述多个测试值中使所述图像的聚焦质量的度量为最佳的一个值。4.如前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中所述控制信号为电压信号。5.如权利要求1至3中的任意一项所述的方法，其中所述控制信号为电荷信号。6.如前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中利用相同的预定范围，重复地执行所述方法。7.一种照相机，包括：图像传感器；透镜组件，用于使图像聚焦在所述图像传感器上；压电执行机构，用于根据施加到其上的控制信号来驱动所述透镜组件移动，以改变在所述图像传感器上对所述图像进行聚焦，所述压电执行机构在作为控制信号的函数而驱动所述透镜组件到达的位置存在滞后；以及控制电路，用于对所述压电执行机构施加所述控制信号，并且可操作地通过以下步骤来自动地使所述图像聚焦：施加具有预定范围的极端值的控制信号；在所述预定范围内单调地改变所述控制信号，并且在所述控制信号变化过程中，针对所述控制信号的多个测试值中的每一个测试值，从所述图像传感器所输出的图像信号，确定所述图像的聚焦质量的各自度量；根据图像聚焦质量的所述各自度量，确定控制信号的聚焦值，当所述控制信号取所述聚焦值时，所述图像的聚焦质量处于可接受的等级；改变所述控制信号而使其返回到所述预定范围的所述极端值；以及使所述控制信号单调地改变为所述聚焦值。8.如权利要求7所述的照相机，其中所述确定控制信号的聚焦值包括：选取所述控制信号的所述测试值之一。9.如权利要求8所述的照相机，其中所述选取控制信号的所述多个测试值之一包括：选取所述多个测试值中使所述图像的聚焦质量的度量为最佳的一个值。10.如权利要求7至9中的任意一项所述的照相机，其中所述控制信号为电压信号。11.如权利要求7至9中的任意一项所述的照相机，其中所述控制信号为电荷信号。12.如权利要求7至11中的任意一项所述的照相机，其中通过所述利用相同的预定范围的步骤，所述控制电路可操作的重复使所述图像自动聚焦。13.一种对照相机中的透镜组件进行调焦的方法，所述照相机进一步包括：图像传感器，由所述透镜组件使图像聚焦在所述图像传感器上；以及压电执行机构，其被设置用来根据施加在其上的控制信号驱动所述透镜组件移动，从而改变在所述图像传感器上对所述图像的聚焦，所述压电执行机构在作为控制信号的函数而驱动所述透镜组件到达的位置存在滞后，所述方法包括：对所述压电执行机构施加具有预定范围的极端值的控制信号；在所述预定范围内单调地改变所述控制信号，并且在所述控制信号变化过程中，针对所述控制信号的多个测试值中的每一个测试值，确定从所述图像传感器输出的图像信号的图像的聚焦质量的各自度量；根据所述图像的聚焦质量的各自度量，确定控制信号的聚焦值，当所述控制信号取所述聚焦值时，所述图像的所述聚焦质量处于可接受的等级；考虑所述压电执行机构的所述滞后，确定所述控制信号的修改值，其中，通过将所述控制信号单调地改变到所述修改值，所述控制信号使所述透镜组件移动到当所述控制信号取所述聚焦值时的位置；以及将控制信号单调地改变到所述修改值。14.如权利要求13所述的方法，其中所述确定控制信号的聚焦值包括：选取所述控制信号的所述多个测试值之一。15.如权利要求14所述的方法，其中所述选取控制信号的所述多个测试值之一包括：选取所述多个测试值中使所述图像的聚焦质量的度量为最佳的一个值。16.如权利要求13至15中的任意一项所述的方法，其中所述控制信号为电压信号。17.如权利要求13至15中的任意一项所述的方法，其中所述控制信号为电荷信号。18.如权利要求13至17中的任意一项所述的方法，其中利用相同的预定范围，重复地执行所述方法。19.一种照相机，包括：图像传感器；透镜组件，用于使图像聚焦在所述图像传感器上；压电执行机构，用于根据施加到其上的控制信号来驱动所述透镜组件移动，以改变在所述图像传感器上对所述图像的聚焦，所述压电执行机构在作为控制信号的函数驱动所述透镜组件到达的位置存在滞后；以及控制电路，用于对所述压电执行机构施加所述控制信号，并且可操作地通过以下步骤来使所述图像自...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东尼胡利，大卫查尔斯威廉理查兹，詹姆士艾伦，罗伯特约翰利德哈姆，马克理查德谢泼德，
申请(专利权)人：一有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]