專利名稱：一種實(shí)現(xiàn)相位對焦的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于圖像處理技術(shù)及光學(xué)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種實(shí)現(xiàn)相位對焦的裝置。
背景技術(shù)：
對焦的英文學(xué)名為Focus，通常數(shù)碼相機(jī)有多種對焦方式，分別是自動對焦、手動對焦和多重對焦方式。1、自動對焦:非TTL式:傳統(tǒng)相機(jī)通常采取一種類似目測測距的方式實(shí)現(xiàn)自動對焦，相機(jī)發(fā)射一種紅外線(或其它射線)，根據(jù)被攝體的反射確定被攝體的距離，然后根據(jù)測得的結(jié)果調(diào)整鏡頭組合，實(shí)現(xiàn)自動對焦。這種自動對焦方式直接、速度快、容易實(shí)現(xiàn)、成本低，但有時候會出錯(相機(jī)和被攝體之間有其它東西如玻璃時就無法實(shí)現(xiàn)自動對焦，或者在光線不足的情況下)，精度也差，如今高檔的相機(jī)一般已經(jīng)不使用此種方式。因?yàn)槭窍鄼C(jī)主動發(fā)射射線，故稱主動式，又因它實(shí)際只是測距，并不通過鏡頭的實(shí)際成像判斷是否正確結(jié)焦，所以又稱為非TTL式。TTL自動對焦:這種對焦方式相對于主動式自動對焦,后來發(fā)展了被動式自動對焦，也就是根據(jù)鏡頭的實(shí)際成像判斷是否正確結(jié)焦，判斷的依據(jù)一般是反差檢測式，具體原理相當(dāng)復(fù)雜。因?yàn)檫@種方式是通過鏡頭成像實(shí)現(xiàn)的，故稱為TTL自動對焦。也正是由于這種自動對焦方式基于鏡頭成像實(shí)現(xiàn)，因此對焦精度高，出現(xiàn)差錯的比率低，但技術(shù)復(fù)雜，速度較慢(采用超聲波馬達(dá)的高級自動對焦鏡頭除外)，成本也較高。2、手動對焦:手動對焦，它是通過手工轉(zhuǎn)動對焦環(huán)來調(diào)節(jié)相機(jī)鏡頭從而使拍攝出來的照片清晰的一種對焦方式，這種方式很大程度上面依賴人眼對對焦屏上的影像的判別以及拍攝者的熟練程度甚至拍攝者的視力。早期的單鏡反光相機(jī)與旁軸相機(jī)基本都是使用手動對焦來完成調(diào)焦操作的。現(xiàn)在的準(zhǔn)專業(yè)及專業(yè)數(shù)碼相機(jī)，還有單反數(shù)碼相機(jī)都設(shè)有手動對焦的功能，以配合不同的拍攝需要。3、多重對焦:很多數(shù)碼相機(jī)都有多點(diǎn)對焦功能，或者區(qū)域?qū)构δ?。?dāng)對焦中心不設(shè)置在圖片中心的時候，可以使用多點(diǎn)對焦，或者多重對焦。除了設(shè)置對焦點(diǎn)的位置，還可以設(shè)定對焦范圍，這樣，用戶可拍攝不同效果的圖片。常見的多點(diǎn)對焦為5點(diǎn)，7點(diǎn)和9點(diǎn)對焦。4、全息自動對焦:全息自動對焦功能(Hologram AF),是索尼數(shù)碼相機(jī)獨(dú)有的功能,也是一種薪新自動對焦光學(xué)系統(tǒng)，采用先進(jìn)激光全息攝影技術(shù)，利用激光點(diǎn)檢測拍攝主體的邊緣，就算在黑暗的環(huán)境亦能拍攝準(zhǔn)確對焦的照片，有效拍攝距尚達(dá)4.5米。隨著相機(jī)對焦技術(shù)的不斷發(fā)展，由最初的手動對焦發(fā)展到現(xiàn)在的自動對焦。電子相機(jī)等設(shè)備在自動對焦過程中通常采用對比度法或相位法實(shí)施對焦。對比檢測自動對焦在檢測到最大對比度之前不斷調(diào)整，因而速度較慢。現(xiàn)有的相位對焦的技術(shù)主要有兩大類:第一種是通過反射裝置和額外相位檢測裝置實(shí)現(xiàn)對焦的，此種方式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成本較高，一般只有數(shù)碼單反相機(jī)才具備。數(shù)碼單反相機(jī)完成對焦的過程非常復(fù)雜。當(dāng)光線射入鏡頭后，光線通過反光鏡反射在位于反光鏡上方的對焦屏上。反光鏡到對焦屏的距離與反光鏡到感光元件的距離是完全相等的。在未曝光前，對焦屏代替感光元件進(jìn)行對焦操作，利用透鏡分離相位檢測法對焦，并發(fā)出命令。而對焦操作的過程是通過鏡頭內(nèi)部的自動對焦馬達(dá)完成的。對焦系統(tǒng)通過調(diào)整鏡頭內(nèi)部的透鏡組，事實(shí)上是鏡頭內(nèi)的部分透鏡組和感光元件的距離來實(shí)現(xiàn)的。由于現(xiàn)在的大多數(shù)鏡頭采用了內(nèi)對焦或后對焦的方式，在對焦過程中，攝影師不會察覺鏡頭長度的明顯變化。此外，數(shù)碼單反相機(jī)的對焦操作還依賴于相機(jī)內(nèi)部的自動對焦傳感器等多個組件合力完成。第二種是通過在成像裝置中按照一定的排布方式增加相位檢測單元來實(shí)現(xiàn)相位檢測對焦。此種方案增加的相位檢測單元來替代原有的成像單元，相位檢測單元過少則不利于相位檢測，過多則影響成像質(zhì)量。

實(shí)用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的實(shí)現(xiàn)相位對焦的裝置，可以在一般成像裝置(CXD、CM0S等)的基礎(chǔ)上通過調(diào)整光路中的附件獲取多幀圖像的方式快速實(shí)現(xiàn)相位對焦。本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下所描述:一種實(shí)現(xiàn)相位對焦的裝置，包括透鏡組、圖像傳感器，與圖像傳感器連接的對焦處理單元，與對焦處理單元連接并驅(qū)動透鏡組移動進(jìn)行對焦的驅(qū)動控制單元，其中，該裝置還包括遮擋裝置，與遮擋裝置連接并對其進(jìn)行控制的遮擋控制單元，與遮擋控制單元、對焦處理單元連接的主控制單元,與對焦處理單元連接并驅(qū)動透鏡組移動進(jìn)行對焦的驅(qū)動控制單
J Li ο進(jìn)一步，所述的對焦處理單元用于對圖像傳感器采集的信號加以處理，得到圖像傳感器和成像平面的相對位置，并確定透鏡組的移動方向。進(jìn)一步，所述的透鏡組由單一透鏡或者多個透鏡組成。進(jìn)一步，所述的遮擋裝置是機(jī)械遮擋裝置，由機(jī)械遮擋片組成。進(jìn)一步，所述的遮擋裝置是電子遮擋裝置，由電子遮擋片組成依靠電壓控制遮。更進(jìn)一步，所述的電子遮擋片為液晶。進(jìn)一步，所述的遮擋裝置置于透鏡組之前或者之后或者透鏡組內(nèi)部。進(jìn)一步，所述的遮擋裝置遮擋部分的形狀為半圓形。進(jìn)一步，所述的圖像傳感器為圖像信號采集裝置，包括CXD成像元件、CMOS成像元件。進(jìn)一步，所述的遮擋控制單元是機(jī)械控制裝置或者電子控制裝置，分別用于控制機(jī)械遮擋裝置的機(jī)械遮擋片或者電子遮擋裝置的液晶。進(jìn)一步，所述的主控制單元用于接收外部輸入信號，協(xié)同控制對焦處理單元和遮擋控制單元完成目標(biāo)功能的總體控制。[0028]本實(shí)用新型的有益效果如下:相比現(xiàn)有單反相機(jī)的相位對焦的方案，本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備體積小，成本低的優(yōu)點(diǎn)；相比在圖像傳感器增加相位檢測單元的方案，本實(shí)用新型不需要修改圖像傳感器，節(jié)約成本，且不會因?yàn)樵黾硬荒艹上竦南辔粰z測單元使圖像細(xì)節(jié)造成損失。

圖1是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
中一種實(shí)現(xiàn)相位對焦的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是遮擋裝置在透鏡組前的裝置示意圖；圖3是遮擋裝置的四種不同的遮擋方式示意圖；圖4是成像平面在圖像傳感器前上遮擋光路圖；圖5是成像平面在圖像傳感器前下遮擋光路圖；圖6是成像平面在圖像傳感器后上遮擋光路圖；圖7是成像平面在圖像傳感器后下遮擋光路圖；圖8是成像平面在圖像傳感器上時上遮擋光路圖；圖9是成像平面在圖像傳感器上時下遮擋光路圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。本實(shí)用新型可以在一般成像裝置(CXD、CMOS等)的基礎(chǔ)上通過調(diào)整光路中的遮擋裝置獲取多幀圖像的方式實(shí)現(xiàn)相位對焦。電子相機(jī)等設(shè)備在自動對焦過程中通常采用對比度法或相位法實(shí)施對焦，相位法(或?qū)Ρ榷葘?對焦能夠?qū)崿F(xiàn)快速對焦。單反相機(jī)實(shí)現(xiàn)相位對焦需要一個光路反射裝置和額外的相位檢測裝置，設(shè)備復(fù)雜且成本較高；普通的卡片相機(jī)沒有光路反射裝置，許多相機(jī)廠商在成像裝置上進(jìn)行了改造，增加了單獨(dú)的相位檢測單元來實(shí)現(xiàn)相位檢測。本實(shí)用新型可以在不增加反射裝置和相位檢測裝置，并且不改變成像裝置的基礎(chǔ)上，通過簡單遮擋光路的方式實(shí)現(xiàn)包括相位對焦的功能。一種實(shí)現(xiàn)相位對焦的裝置，包括:由遮擋裝置、透鏡組以及圖像傳感器組成一套系統(tǒng)，遮擋裝置用于遮擋被拍攝物體通過透鏡組到圖像傳感器間的光路，將圖像傳感器置于成像平面前部或者后部，通過改變遮擋裝置的狀態(tài)得到一組被遮擋后的圖像，這些不同狀態(tài)遮擋圖像之間對比或者遮擋圖像和原始圖像對比，通過計(jì)算檢測出圖像傳感器和成像平面的相對位置，從而可以確定透鏡組的移動方向。本實(shí)施例中，如圖1所示，本實(shí)用新型所述的一種實(shí)現(xiàn)相位對焦的裝置，包括:透鏡組1，遮擋裝置2，圖像傳感器3，與遮擋裝置2連接的遮擋控制單元4，與圖像傳感器3連接的對焦處理單元5，與遮擋控制單元4、對焦處理單元5連接的主控制單元6，與對焦處理單元5連接并驅(qū)動透鏡組I移動進(jìn)行對焦的驅(qū)動控制單元7 ；其中，所述的透鏡組I由單一透鏡或者多個透鏡組成；然而，透鏡組不限于單一凸透鏡，具體實(shí)施方式
中只是舉了 一個等效于單一凸透鏡的透鏡組的實(shí)例；所述的遮擋裝置2可以是任何機(jī)械遮擋裝置(如由一片或多片遮擋片組成)、電子遮擋裝置(如由一片或多片液晶遮擋片組成，由電壓控制)或其它有類似功能的裝置，其數(shù)目可以是一個或者多個，優(yōu)選一個；本實(shí)施例中，所述的遮擋裝置是電子遮擋裝置(液晶)，形狀為圓形，整體安裝到鏡頭的最前方，依靠電壓控制遮擋片上遮擋部分的形狀、大小和位置；遮擋裝置可以置于透鏡組之前(即目標(biāo)物體和透鏡組之間)或之后(即透鏡組和圖像傳感器之間)，或者透鏡組內(nèi)部，也能夠達(dá)到類似的效果，優(yōu)選置于透鏡組之前的位置；遮擋裝置包括但不僅限于圖3所示的形狀和數(shù)目，也可以采用任意其他形狀而非半圓形也能夠達(dá)到類似效果，但可能后期計(jì)算較為復(fù)雜，同樣能夠達(dá)到效果；本實(shí)施例中，遮擋裝置的遮擋部分的形狀優(yōu)選半圓形狀；所述的圖像傳感器3為圖像信號采集裝置，包括CXD成像元件、CMOS成像元件等，圖像傳感器可以置于非成像平面的任意位置，包括成像平面之前或者成像平面之后，均可以達(dá)到類似效果；所述的遮擋控制單元4用于控制遮擋裝置2，可以是用于控制機(jī)械遮擋裝置的機(jī)械控制裝置、用于控制電子遮擋裝置的電子控制裝置或其它有類似功能的控制裝置；所述的對焦處理單元5用于對圖像傳感器采集的信號加以處理，得到圖像傳感器和成像平面的相對位置，并確定透鏡組的移動方向；所述的主控制單元6用于接收外部輸入信號，協(xié)同控制對焦處理單元和遮擋控制單兀完成目標(biāo)功能的總體控制。本實(shí)用新型中，所述的透鏡組I和遮擋裝置2是整個裝置的核心部分。如圖2所示，圖2表示的是本實(shí)施例中的透鏡組21、遮擋裝置22以及圖像傳感器23三者之間的一種位置關(guān)系。其中遮擋裝置22可以一個或者是多個，遮擋位置22也可以是成像光路的任何位置，包括透鏡組前、透鏡組后，以及透鏡組內(nèi)部。通過遮擋裝置分別遮擋部分光路得到不同的遮擋圖像，通過遮擋圖像和未遮擋圖像或者不同的遮擋圖像之間進(jìn)行對比，檢測出圖像傳感器和成像平面的相對位置，從而可以確定透鏡組的移動方向，然后通過驅(qū)動控制單元7驅(qū)動透鏡組21移動，直到不同的遮擋圖像之間的相位差為O或者可以忽略不計(jì)，就說明圖像傳感器和成像平面在一個平面上，即完成了對目標(biāo)物體的對焦。如圖3所示，圖3顯示的是一種遮擋裝置的四種不同遮擋方式，分別為上遮擋、下遮擋、左遮擋、右遮擋。其中遮擋片可以是任意形狀，遮擋片的遮擋部分優(yōu)選半圓形，遮擋方式的可以采用其中的任意角度的一種或多種，優(yōu)選上遮擋、下遮擋，或者左遮擋、右遮擋，即不同遮擋方式時之間最好是相互對稱的。在實(shí)際應(yīng)用中，需要采用多種不同的遮擋方式對目標(biāo)物體拍照后來進(jìn)行對比，其中兩個對比實(shí)例如下:1、沒有遮擋時拍攝的全圖像分別與采用上(下)遮擋和左(右)遮擋圖像方式拍攝的圖像進(jìn)行對比；2、采用上、下遮擋方式拍攝的圖像對比和采用左、右遮擋方式拍攝的圖像對比。圖4和圖5顯示遮擋裝置位于透鏡組前，成像平面8位于圖像傳感器3之前，分別采用圖3遮擋片的形狀以及上遮擋與下遮擋兩種方式所成像的光路圖。被拍攝物體上的任意點(diǎn)0，通過遮擋裝置2的遮擋在非成像平面上形成了光斑9或光斑10。根據(jù)光學(xué)成像原理可以得到，當(dāng)遮擋片處于上遮擋方式時，在圖像傳感器成像的過渡區(qū)域內(nèi)的圖像會不同程度的產(chǎn)生向上的相位偏移；反正，當(dāng)遮擋片處于下遮擋方式時，圖像會產(chǎn)生向下的相位偏移。對比兩幅圖像我們可以知道，圖像處于離焦?fàn)顟B(tài)，且驅(qū)動控制單元7驅(qū)動透鏡組I對焦的方向?yàn)榭拷鼒D像傳感器3的方向。[0055]圖6和圖7顯示遮擋裝置位于透鏡組前，成像平面8位于圖像傳感器3之后，分別采用圖3遮擋片的形狀以及上遮擋與下遮擋兩種方式所成像的光路圖。被拍攝物體上的任意點(diǎn)0，通過遮擋裝置2的遮擋在非成像平面上形成了光斑11或光斑12。同理，當(dāng)遮擋片處于上遮擋方式時，在圖像傳感器成像的過渡區(qū)域內(nèi)的圖像會不同程度的產(chǎn)生向下的相位偏移；當(dāng)遮擋片處于下遮擋方式時，圖像會產(chǎn)生向上的相位偏移。對比兩幅圖像我們可以知道，圖像處于離焦?fàn)顟B(tài)，且驅(qū)動裝置驅(qū)動透鏡組對焦的方向?yàn)檫h(yuǎn)離圖像傳感器方向。圖8和圖9顯示遮擋裝置位于透鏡組前，成像平面8位于圖像傳感器3上，分別采用圖3遮擋片的形狀以及上遮擋與下遮擋兩種方式所成像的光路圖。當(dāng)驅(qū)動裝置移動透鏡組1，使成像平面處在圖像傳感器上時，圖像達(dá)到對焦?fàn)顟B(tài)。這時，分別遮擋上半部分和下半部分光路形成的兩幅圖像完全一致，即沒有相位差產(chǎn)生。綜上，此方案通過遮擋光路的方式，不僅可以判斷透鏡的對焦或者離焦?fàn)顟B(tài)，而且還可以得到透鏡組達(dá)到對焦所需的移動方向，最終實(shí)現(xiàn)快速自動對焦的目的。需要注意的是，上述具體實(shí)施例僅僅是示例性的，在本實(shí)用新型的上述教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行各種改進(jìn)和變形，而這些改進(jìn)或者變形均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，上面的具體描述只是為了解釋本實(shí)用新型的目的，并非用于限制本實(shí)用新型。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求1.一種實(shí)現(xiàn)相位對焦的裝置，包括透鏡組、圖像傳感器，與圖像傳感器連接的對焦處理單元，其特征在于:該裝置還包括遮擋裝置，與遮擋裝置連接并對其進(jìn)行控制的遮擋控制單元，與遮擋控制單元、對焦處理單元連接的主控制單元，與對焦處理單元連接并驅(qū)動透鏡組移動進(jìn)行對焦的驅(qū)動控制單元。
2.如權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)相位對焦的裝置，其特征在于:所述的對焦處理單元用于對圖像傳感器采集的信號加以處理，得到圖像傳感器和成像平面的相對位置，并確定透鏡組的移動方向。
3.如權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)相位對焦的裝置，其特征在于:所述的透鏡組由單一透鏡或者多個透鏡組成。
4.如權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)相位對焦的裝置，其特征在于:所述的遮擋裝置是機(jī)械遮擋裝置，由機(jī)械遮擋片組成。
5.如權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)相位對焦的裝置，其特征在于:所述的遮擋裝置是電子遮擋裝置，由電子遮擋片組成，依靠電壓控制。
6.如權(quán)利要求5所述的一種實(shí)現(xiàn)相位對焦的裝置，其特征在于:所述的電子遮擋片為液晶。
7.如權(quán)利要求4或5或6所述的一種實(shí)現(xiàn)相位對焦的裝置，其特征在于:所述遮擋裝置的遮擋部分的形狀為半圓形。
8.如權(quán)利要求1至6任一所述的一種實(shí)現(xiàn)相位對焦的裝置，其特征在于:所述的遮擋裝置置于透鏡組之前或者之后或者透鏡組內(nèi)部。
9.如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的一種實(shí)現(xiàn)相位對焦的裝置，其特征在于:所述的圖像傳感器為圖像信號采集裝置，包括CXD成像元件、CMOS成像元件。
10.如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的一種實(shí)現(xiàn)相位對焦的裝置，其特征在于:所述的遮擋控制單元是機(jī)械控制裝置或者電子控制裝置，分別用于控制機(jī)械遮擋裝置的機(jī)械遮擋片或者電子遮擋裝置的液晶。
11.如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的一種實(shí)現(xiàn)相位對焦的裝置，其特征在于:所述的主控制單元用于接收外部輸入信號，協(xié)同控制對焦處理單元和遮擋控制單元完成對焦的總體控制。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種實(shí)現(xiàn)相位對焦的裝置，屬于圖像處理技術(shù)及光學(xué)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。本實(shí)用新型所述的裝置包括透鏡組、圖像傳感器，與圖像傳感器連接的對焦處理單元，該裝置還包括遮擋裝置，與遮擋裝置連接并對其進(jìn)行控制的遮擋控制單元，與遮擋控制單元、對焦處理單元連接的主控制單元。本實(shí)用新型可以在一般成像裝置(CCD、CMOS等)的基礎(chǔ)上通過調(diào)整光路中的遮擋裝置獲取多幀圖像的方式實(shí)現(xiàn)相位對焦。
文檔編號G03B13/36GK203012315SQ20122065626
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者李平立, 王建華, 袁夢尤, 薛濤, 龔健 申請人:北京大學(xué), 方正國際軟件(北京)有限公司