[发明专利]用于相机的自动对焦设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及相机。更具体地，本发明涉及相机中的自动对焦设备及其运动(movement)、以及使用编码器的方法。 

背景技术

普通相机通常包括用于在图像传感器的膜或表面上形成对象的图像的镜头系统、和用于以电信号的形式检测该镜头系统所形成的图像的图像传感器。图像传感器的膜或表面被构造为对应于镜头系统的图像表面。镜头系统的对焦位置根据镜头和对象之间的距离而改变。因此，仅当图像表面位置根据对象位置的一些改变落入相机的景深范围内时，才可拍摄具有高质量的照片。换言之，为了获取清晰的图像，图像传感器的光接收表面必须位于镜头系统的景深范围内。 

因此，必须为相机(尤其是具有对焦位置根据距对象的距离的改变而发生大量改变的宏功能的相机)提供这样的设备，其使得镜头位置能够根据对象和普通相机之间的距离而移动。更具体地，相机具有例如近距离拍摄功能的具有对焦位置的大量改变的宏功能。具有相对于对象自动调整位置的部件的相机在现有技术中被称为自动对焦(AF)相机。 

在这样的AF相机中，用于判断位于特定距离处的对象和镜头之间的精确对焦间隔的方法包括测量相机和对象之间的距离的方法、和通过分析预览图像来估计对焦位置的方法。最近制造的小型数字相机一般使用后一种方法。现在将参考图1所示框图在下面描述通过分析预览图像来估计对焦位置的方法。 

图1示意性图示了传统AF相机的内部结构。作为传统AF相机的内部组件，包括透镜单元110、图像传感器120、驱动单元130、图像信号处理器(ISP)140、显示单元150和控制单元160。 

仍然参考图1，透镜单元110光学接收对象的图像，并包括至少一个透镜112。图像传感器120将已由透镜单元110光学接收的对象的图像转换为 电信号。ISP 140以帧为单位来处理从图像传感器120输入的电信号，并输出已按照适于显示单元150的屏幕特性(即，尺寸、图像质量、分辨率等)的方式转换的图像帧。显示单元150在屏幕上显示已从ISP 140输入的图像帧。驱动单元130根据控制单元160的控制来移动透镜单元110，并包括提供驱动力的马达(M)132和利用驱动力向前和向后移动透镜单元110的推杆(carrier)134。控制单元160控制驱动单元130，并向对焦位置移动该透镜单元110。 

现在将在下面描述通过使用上述图1的组件分析预览图像来估计对焦位置的自动对焦处理。 

首先，透镜单元110移动到开始点。在开始点拍摄对象，并然后由图像传感器120形成图像帧。从图象帧中提取AF窗口中的通常已被设置为屏幕的中间部分的边缘值，并然后检测开始点的对焦特性。这里，“边缘”对应于对象的轮廓，并对应于其中图象帧上的亮度快速改变的边界。边缘值代表这样的“边缘”的差值亮度。计算图像传感器120的每一像素的亮度，并比较标准值和针对图像传感器120的行和列方向的两个相邻像素之间的亮度差，并然后确定这两个像素之间的边界是否是边缘。通过累加与该边缘对应的像素对的亮度差，而计算这样的边缘值。 

在计算边缘值之后，标识该透镜单元110的地点是否对应于结束点。当透镜单元110不位于结束点时，将透镜单元110随后移动到下一位置，并然后接连重复执行上述操作。当透镜单元110位于结束点时，确定上述重复处理导致的边缘值中的最大边缘值。然后，透镜单元110移动到与该最大边缘值对应的位置，并完成AF处理。结果，然后可以在已自动调整了焦点的状态下，拍摄对象。 

对于上述AF执行处理，驱动单元的马达根据来自控制单元160的命令来提供透镜位置的移动。驱动单元中使用的马达类型包括音圈马达(VCM)和压电线性(Piezo Linear)马达(PLM)等。VCM是用于AF的马达的主要类型。VCM有利于提供精确的线性运动，因为其快速响应特性，并且VCM有利于小型化和准确地点控制，由于其相对长的冲程距离。VCM按照这样的方式工作，以通过向具有上述特性的VCM的线圈施加电流而改变透镜的位置。 

在这样的VCM中，用于驱动每一VCM的电流通常具有稍微不同的值。 为了精确AF的目的，尽管最理想的是制造适当地对应于每一不同VCM驱动电流值的AF相机，但是这样的方法经常需要尝试提供期望结果的大量成本和时间。为此原因，在增加制造产量中出现了问题。