[发明专利]半通过镜头无反光镜相位比较对焦数码相机系统

说明书

技术领域

本发明属于摄影技术中的照相机系统领域。具体涉及如何改进相机对焦技术以研制紧凑的高性能数码相机。

背景技术

多数实用相机都必须具有根据所拍摄物体的距离调整对焦(调整镜头和拍摄平面之间的距离以使被摄物体在拍摄平面上清晰成像)的功能。相机对焦时利用的物理可测量参数一般有两种：图像对比度和成像相位。利用图像对比度对焦的原理是根据成像清晰时一般图像的对比度将达到最大值的特点来进行的。成像相位是指被摄物体在成像平面上的相对位置。同一个物体在两个相隔一定横向距离(测距基线)的透镜系统里的成像相位是不同的，比较这两个成像相位便可直接得到被摄物体的距离信息以完成对焦。这种方法和双眼立体视觉的物理基础是相同的。

大多数数码相机是先通过镜头(即TTL，Through The Lens)用图像传感器进行取景、曝光参数测量、对焦等操作，完成后用同一图像传感器进行拍摄。具有硬件结构简单、对焦可靠的优点。其缺点是只能实施图像对比度对焦。在对焦过程中需多次调焦以搜索最大对比度，因此速度较慢。

单镜头反光是一种重要的相机系统结构。这种结构在拍摄之前利用反光镜、光学取景器和单独的光传感器进行TTL取景、曝光参数测量、对焦等操作，拍摄时反光镜翻转移出光路以使所有通过镜头的光量射至胶片或主光传感器上进行拍摄。TTL结构非常适用于可交换镜头相机，无论用什么焦距的镜头都会在光学取景器里如实显示将要拍摄的画面。光学取景器还具有快速和分辨率高的优点。更突出的是拍摄前镜头和光学取景器里的裂像棱镜或对焦传感模块构成等效于相距适当测距基线的两个相似的透镜系统，因此可以实施人工的或电子的TTL相位比较对焦。由于相位比较对焦中距离信息是直接得到的，因此单镜头反光自动对焦相机对焦速度较快。这些特点使得单镜头反光结构被多数高性能胶片和数码相机系统采用。

TTL相位比较对焦的一个特点是其等效测距基线当测距使用的光圈一定时是随着相机镜头的焦距增加而延长的。当相机使用长焦距镜头时其等效测距基线也长，从而能自适应地满足长焦距镜头所需的较高测距精度。

单镜头反光结构也有其自身的弱点。拍摄时的反光镜翻转动作会产生较大的震动和声响，影响拍摄清晰度和在某些安静场合的使用。更重要的是由于必须在镜头后留出放置和翻转反光镜的空间，不但增加相机体积，还使得成像平面必须远离镜头后缘，对镜头(特别是广角镜头)的设计产生了限制。

在自动对焦胶片相机上使用过一种由两套简单辅助透镜系统和光探测器组成的不通过镜头的相位比较对焦系统。但这种系统不能和TTL结构有机地结合起来，因此只能进行较简单的自动对焦操作，没有用于数码相机。

当前相机业已开始根据数码相机的特点对单镜头反光结构的弱点加以改进。奥林巴斯和松下公司发布了无反光镜的微型4/3可交换镜头相机系统(Micro Four Thirds)标准，松下公司又发布了符合这个标准的DMC-G1数码相机。微型4/3系统利用电子取景器替代光学取景器来取消反光镜，得以将镜像距离缩短了近50％，因此可以设计体积更小的镜头和相机。由于电子取景器技术的进步，其性能将逐步接近光学取景器。但现在还没有出现成熟的通过镜头无反光镜相位比较对焦技术，松下公司DMC-G1数码相机采用的是图像对比度对焦技术。但物理结构上的限制使得图像对比度对焦速度不能直接满足许多要求较高的应用，如不能解决必将使这类无反光镜相机系统的发展受到严重限制。

本专利要阐述的就是能实现取消镜头反光镜后也能做相位比较对焦的数码相机系统结构。采用这种结构将可制造体积小、性能高、功能强大的新颖数码相机。

发明内容

本发明的技术关键是用辅助镜头和图形传感器系统同相机的主镜头和主图型传感器一起构成相位比较对焦系统。

这一发明从技术上来说非常直接。如果在相机的主镜头旁再加一套有辅助镜头和图像传感器组成的辅助对焦模块，比较这两个光学系统的成像相位便可直接得到被摄物体距离信息并完成测距。

如果用于可换镜头相机，可以使用具有合适的焦距变化范围的辅助镜头以覆盖常用可替换镜头的焦距范围。现代数码相机的镜头和图像传感器技术已发展到可以很低的成本在很小的体积里安置高性能的变焦镜头和千万像素级的图像传感器。使用潜望镜式变焦镜头的卡片数码相机已大量在市场上出现。在高性能大画幅的数码相机上配置一个乃至多个这样的辅助对焦模块已不成问题。为现代数码相机系统所研发的微型高速计算机系统也为实现这一结构提供了必要的处理能力。