專利名稱：檢測(cè)照相機(jī)移動(dòng)的系統(tǒng)和包括檢測(cè)照相機(jī)移動(dòng)的系統(tǒng)的照相機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于檢測(cè)具有可變光學(xué)元件的照相機(jī)移動(dòng)的系統(tǒng)。在照相機(jī)中使用這種系統(tǒng)或?yàn)檎障鄼C(jī)使用這種系統(tǒng)來檢測(cè)照相機(jī)的移動(dòng)。移動(dòng)的檢測(cè)例如用于自動(dòng)補(bǔ)償當(dāng)通過改變可變光學(xué)元件射出攝像機(jī)時(shí)照片的晃動(dòng)。這樣的系統(tǒng)例如由美國專利US5170255是已知的。
背景技術(shù)：
隨著消費(fèi)者數(shù)字照相機(jī)價(jià)格的降低，使膠片式照相機(jī)被迅速替代。盡管消費(fèi)者數(shù)字照相機(jī)非常流行，但消費(fèi)者數(shù)字照相在拍照時(shí)發(fā)生晃動(dòng)，還是有缺點(diǎn)的，因?yàn)檫@時(shí)獲得的圖像是模糊的。圖像的模糊使圖像質(zhì)量下降，給觀察者一個(gè)不愉快的印象。解決方案包括提供一個(gè)可變光學(xué)元件，例如一個(gè)活動(dòng)透鏡?；顒?dòng)透鏡按照傳統(tǒng)方式由一個(gè)分開的陀螺儀驅(qū)動(dòng)，以便在拍攝圖像時(shí)維持恒定不變的圖像。然而，這是一種間接的方法，因?yàn)檫@種方法不直接涉及圖像本身。美國專利US5170255的確提供了一種方法，其中使用的是圖像傳感器(如CCD)上的圖像本身。對(duì)于在兩個(gè)相繼拍攝的圖像之間的差別進(jìn)行比較。比較圖像的特征，例如在預(yù)定的垂直線或水平線的邊緣，就可以提供一個(gè)圖像晃動(dòng)檢測(cè)信號(hào)，使用這個(gè)信號(hào)來驅(qū)動(dòng)可變光學(xué)元件，在US5170255中的這個(gè)可變光學(xué)元件是由可變角度棱鏡構(gòu)成的。雖然US5170255中的系統(tǒng)的確使用圖像的本身來檢測(cè)移動(dòng)，但它需要復(fù)雜的電子設(shè)備系統(tǒng)，并且這個(gè)系統(tǒng)不是快速的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供在本文開始段描述的系統(tǒng)和照相機(jī)，其相對(duì)簡(jiǎn)單并且是快速的。
為此目的，按照本發(fā)明的第一個(gè)方面的系統(tǒng)的特征在于，它包括一個(gè)分束器，在光路上看，所說分束器定位在透鏡的后面，用于捕捉一部分橫穿過透鏡的光，并且用于將落下通過分束器的光分裂為至少一對(duì)光束，所說系統(tǒng)進(jìn)一步包括至少一對(duì)用于提供光信號(hào)的光傳感器、用于每個(gè)光束的一個(gè)傳感器、在對(duì)于每個(gè)光傳感器的光路中的光柵，其中這對(duì)傳感器的光柵具有基本上相同的間距，但位置有一個(gè)偏移，這個(gè)偏移相對(duì)于射到所說傳感器上的光束是不同的，所說系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個(gè)比較器，用于比較來自光傳感器的時(shí)間偏移信號(hào)。
由于使用了落下通過透鏡的光，所以在圖像上直接進(jìn)行測(cè)量。而并非是間接測(cè)量。
使用分開的傳感器，不是使用通過拍攝實(shí)際圖像所用的CCD獲得的圖像，消除了由CCD的相對(duì)長的獲取時(shí)間造成的限制。在US5170255的系統(tǒng)中，補(bǔ)償?shù)乃俣仁艿搅藞D像本身處理的限制。這一限制被消除，傳感器本身是獨(dú)立于實(shí)際圖像CCD的元件，這就允許使用速度快得多的傳感器，隨后產(chǎn)生更快更好地晃動(dòng)補(bǔ)償。
本發(fā)明基于如下的認(rèn)識(shí)為了確定活動(dòng)透鏡或其它可變光學(xué)元件必須改變的方向和數(shù)量，要使用分束器獲得至少兩個(gè)光束。這對(duì)光束中的光束之一到第一傳感器，第二光束到第二傳感器。兩個(gè)傳感器都設(shè)有光柵，這些光柵具有基本上相同的間距(即光柵的元件之間的距離)。第二傳感器的光柵，即使具有與第一光傳感器的光柵基本上相同的間距，但第二光傳感器的光柵相對(duì)于這個(gè)光束發(fā)生了位移，例如輕微的對(duì)不準(zhǔn)。因?yàn)閮蓚€(gè)光柵相對(duì)于落在傳感器上的光束來說發(fā)生了空間位移，所以這對(duì)傳感器上的強(qiáng)度接近，但不相等。如果圖像在正確的速度下沿位移的方向發(fā)生了移動(dòng)，則第二傳感器接收相同的強(qiáng)度I2＝I1,如同由第一傳感器先前接收的強(qiáng)度。如果圖像沿其他的方向移動(dòng)，則差值|I2-I1|將增加。
于是，通過監(jiān)視差值|I2-I1|，圖像的移動(dòng)方向和這種移動(dòng)的速度就是可檢測(cè)的。由于方向和速度是可以檢測(cè)的，所以反饋回路起作用。
通過使用這個(gè)信息還可以保持強(qiáng)度I1恒定，該系統(tǒng)通過適當(dāng)?shù)乜刂瓶勺児鈱W(xué)元件致動(dòng)器以使第一監(jiān)測(cè)器上的強(qiáng)度不變，就能夠“鎖定”活動(dòng)圖像。
在較復(fù)雜的實(shí)施例中，該系統(tǒng)和照相機(jī)包括一個(gè)或多個(gè)分束器，用于提供不止一對(duì)光束，其中該系統(tǒng)包括用于每個(gè)分束器的對(duì)應(yīng)的一對(duì)傳感器。使用一對(duì)傳感器，可以很容易地檢測(cè)沿一個(gè)方向的移動(dòng)，即，平行于位移的方向的移動(dòng)。使用多個(gè)傳感器對(duì)，優(yōu)選地使用兩對(duì)傳感器，可以檢測(cè)不止一個(gè)方向的移動(dòng)。
在優(yōu)選實(shí)施例中，該對(duì)傳感器分成兩個(gè)子傳感器，其中子傳感器的光柵間距不同。這就可以實(shí)現(xiàn)更加準(zhǔn)確和快速的移動(dòng)確定。在下面的圖4中說明了這樣的實(shí)施例。
在一些實(shí)施例中，分束器可以把光束分成兩個(gè)光束，這兩個(gè)光束同時(shí)射中兩個(gè)傳感器，或者是將單個(gè)光束交替地偏轉(zhuǎn)到兩個(gè)傳感器。
在本發(fā)明的第二方面，這個(gè)系統(tǒng)的特征在于所說系統(tǒng)包括另一個(gè)可變光學(xué)元件，在光路中看，這個(gè)可變光學(xué)元件定位在透鏡的后面，所說系統(tǒng)進(jìn)一步包括至少一個(gè)用于提供光信號(hào)的光傳感器，包括在光路中的光柵，其中可變光學(xué)元件設(shè)置成以時(shí)間函數(shù)改變彼此相對(duì)的光束和光柵的位置，所說系統(tǒng)進(jìn)一步包括比較器，用于比較來自傳感器的時(shí)間偏移信號(hào)。
第二方面的優(yōu)點(diǎn)是需要較少的傳感器，其代價(jià)是還要提供一個(gè)可變光學(xué)元件。


下面參照附圖借助于實(shí)例更詳細(xì)地描述本發(fā)明的這些和其它方面，其中圖1說明的是一個(gè)已知的系統(tǒng)；圖2說明按照本發(fā)明的第一方面的系統(tǒng)；圖3說明按照本發(fā)明的系統(tǒng)的細(xì)節(jié)；圖4說明按照本發(fā)明的系統(tǒng)的另外的細(xì)節(jié)；圖5和圖6按照本發(fā)明的第二個(gè)方面的實(shí)施例；附圖不是按照比例畫出的。在一般情況下，在附圖中用相同的標(biāo)號(hào)代表相同的部件。
具體實(shí)施例方式
圖1示意地表示用于照相機(jī)的已知系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)包括一個(gè)可變光學(xué)元件，如可變棱鏡。光穿過在圖像傳感器上例如在CCD陣列3上形成一個(gè)圖像的棱鏡1和透鏡2(或者一般地說，另一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，其可以是一組透鏡)。圖像傳感器向圖像處理器4發(fā)送它的信號(hào)。在晃動(dòng)傳感器5中，對(duì)于來自在時(shí)間上略有偏移地拍攝的圖像的信號(hào)進(jìn)行分析以提供晃動(dòng)信號(hào)，將晃動(dòng)信號(hào)發(fā)送到驅(qū)動(dòng)器6，該驅(qū)動(dòng)器6驅(qū)動(dòng)可變光學(xué)元件1。使用這個(gè)通用的方案，可以補(bǔ)償晃動(dòng)。
雖然這種系統(tǒng)是公知的并且相當(dāng)?shù)爻晒?，但在這種系統(tǒng)上存在限制。這種系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜并且相當(dāng)慢。控制晃動(dòng)的速度在本質(zhì)上受到拍攝、處理、和比較所說圖像的速度的限制。所用的CCD圖像傳感器相對(duì)來說很慢。
圖2說明按照本發(fā)明的一個(gè)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)包括透鏡2和圖像傳感器3，例如CCD陣列。在這個(gè)實(shí)施例中，按照本發(fā)明的系統(tǒng)包括一個(gè)分束器7，分束器7定位在透鏡的后面和把通過透鏡的光束分裂為兩個(gè)光束8和10。光束8擊中傳感器9，光束10擊中傳感器11。將從傳感器9、11發(fā)出的信號(hào)反饋到晃動(dòng)檢測(cè)器5，該晃動(dòng)檢測(cè)器5確定晃動(dòng)參數(shù)，該晃動(dòng)參數(shù)又用于控制可變光學(xué)元件，例如可變棱鏡或者移動(dòng)透鏡2的設(shè)備，以補(bǔ)償晃動(dòng)。通過這樣的傳感器產(chǎn)生信號(hào)，該傳感器專用于這項(xiàng)任務(wù)并因此能設(shè)置成可以快速傳遞信號(hào)。例如，在優(yōu)選實(shí)施例中，所說的傳感器由單個(gè)的檢測(cè)器組成或者由一個(gè)小組的子傳感器(2到小于10個(gè)子傳感器)組成。這樣的傳感器比CCD陣列要快速得多。該晃動(dòng)檢測(cè)器包括一個(gè)比較器，用于比較時(shí)間偏移信號(hào)I1和I2。
圖3更加詳細(xì)地說明在圖2中示意地表示的本發(fā)明的實(shí)施例。傳感器9和11中的每一個(gè)都分別設(shè)有光柵9g、11g，這些光柵的間距P基本上就是這些傳感器。所說傳感器和光柵基本上相同，只有一個(gè)差別，光柵9g和11g相對(duì)于光束8和10移動(dòng)了一個(gè)位移S。結(jié)果，如果圖像在位移S方向以正確的速度移動(dòng)，則第二傳感器接收相同的強(qiáng)度I2＝I1，和它先前由第一傳感器接收的強(qiáng)度相同。如果圖像在另一個(gè)方向移動(dòng)，則差值|I2-I1|增加。于是，通過監(jiān)視差值I2(t+Δt)-I1(t)，即，來自傳感器9和11的時(shí)間偏移信號(hào)，就可以監(jiān)視在位移S方向上的晃動(dòng)的速度。通過使用這個(gè)信息也保持強(qiáng)度I1恒定不變，這個(gè)系統(tǒng)通過準(zhǔn)確地控制可變光學(xué)元件的致動(dòng)器以使第一檢測(cè)器上的強(qiáng)度恒定不變，從而能夠“鎖定”移動(dòng)圖像。
傳感器9和11是與圖像傳感器3無關(guān)的獨(dú)立傳感器，因此消除了由于所說圖像傳感器的有限速度產(chǎn)生的限制。
位移S一般是CCD陣列3的一個(gè)像素大小的0.1-5，優(yōu)選的是這個(gè)像素大小的0.1-0.5。
在這個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)踐中，使用兩個(gè)傳感器。
圖4表示略微復(fù)雜一點(diǎn)的實(shí)例，其中傳感器9和11分別包括兩個(gè)子傳感器9’、9”和11’、11”。光柵之間的位移對(duì)于一對(duì)子傳感器9’、11”(位移為S1)和對(duì)于另一對(duì)子傳感器11’、11”(位移為S2)是不同的。這就允許更加準(zhǔn)確地確定所說速度。使用帶有光柵的傳感器，可以確定平行于光柵間距的晃動(dòng)的速度。在優(yōu)選實(shí)施例中，設(shè)備包括多個(gè)傳感器對(duì)，其中對(duì)于一對(duì)光柵來說，光柵的取向在第一方向(如水平方向)；對(duì)于另一對(duì)傳感器來說，光柵的取向在與第一方向垂直的方向，如垂直方向。
在本發(fā)明的這一方面，使用兩個(gè)傳感器。
在圖5中表示的是本發(fā)明的一個(gè)不同的方面。在本發(fā)明的這一方面，使用的是具有單個(gè)光柵的單個(gè)傳感器，但是使用可變光學(xué)元件51(如可變反光鏡或可變棱鏡)，用于以時(shí)間函數(shù)改變彼此相對(duì)的光束和光柵的位置。這一方案還提供位移S，如果這個(gè)位移S在晃動(dòng)的方向并且以正確的速度強(qiáng)度保持恒定。于是，通過監(jiān)視時(shí)間偏移信號(hào)，例如通過使用比較器52比較在時(shí)間(t+Δt)的I1與在時(shí)間t的信號(hào)I1，如在圖5中示意地表示的那樣，就可以獲得垂直于光柵的晃動(dòng)速度。通過如圖5示意地表示的那樣操縱光束(例如使用可變棱鏡或反光鏡或者使用活動(dòng)的透鏡)，或者通過如圖6示意地表示的那樣移動(dòng)所說光柵，就可以獲得彼此相對(duì)的光束和光柵的依賴于相對(duì)時(shí)間的位移。例如，借助于LCD陣列，可以提供“活動(dòng)的”光柵。使用LCD陣列可以提供透明條和不透明條的圖像，并且通過改變透明條和不透明條的位置可以形成一個(gè)“活動(dòng)的”光柵。
使用單個(gè)傳感器的優(yōu)點(diǎn)是，可以避免由于傳感器靈敏度的差別引起的任何問題。缺點(diǎn)是，要使用可變光學(xué)元件。這個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)缺點(diǎn)是，變化速率必須很快，即，與圖像的自然變化相比，在相當(dāng)小的一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)。
簡(jiǎn)言之，可將本發(fā)明描述如下一種用于檢測(cè)具有可變光學(xué)元件(2)的照相機(jī)的移動(dòng)的系統(tǒng)。所說系統(tǒng)包括一個(gè)分束器(7)，用于捕捉一部分穿過透鏡的光，并且用于將所說的光分裂為至少一對(duì)光束(8、9)。所說系統(tǒng)對(duì)于每個(gè)光束都包括一個(gè)光傳感器(9、11)。每個(gè)傳感器在每個(gè)光傳感器的光路中都設(shè)有一個(gè)光柵(9g、11g)。傳感器的光柵具有基本上相同的間距，但它們的位置具有位移(S)，相對(duì)于擊中所說傳感器的光束來說，所說的位移(S)是不同的。所說系統(tǒng)進(jìn)一步還包括一個(gè)比較器，用于比較來自光傳感器的時(shí)間偏移信號(hào)。
在第二實(shí)施例中，使用另外的可變光學(xué)元件(51)或活動(dòng)光柵來代替分束器。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明不限于以上具體描述和表示的。本發(fā)明在于每個(gè)新潁的特征性特征以及特征性特征的每個(gè)組合中。權(quán)利要求中的參考數(shù)字不限制它們的保護(hù)范圍。使用動(dòng)詞“包括”及其變化形式并不排除存在除權(quán)利要求中列舉的元件以外的元件。在元件前使用冠詞“一個(gè)”并不排除存在多個(gè)這樣的元件。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測(cè)具有可變光學(xué)元件(2)的照相機(jī)的移動(dòng)的系統(tǒng)，其中所說系統(tǒng)包括一個(gè)分束器(7)，在光路中看，該分束器(7)定位在透鏡(2)的后面，用于捕捉一部分穿過透鏡的光并且用于將落下通過所說分束器(7)的光分裂成至少一對(duì)光束(8、9)，所說系統(tǒng)進(jìn)一步包括至少一對(duì)用于提供光信號(hào)(I1、I2)的光傳感器(9、11)、用于每個(gè)光束的一個(gè)傳感器和在每個(gè)光傳感器的光路中的光柵(9g、11g)，其中傳感器的光柵具有基本上相同的間距(P)，但它們的位置具有位移(S)，所說的位移(S)相對(duì)于擊中所說傳感器的光束來說是不同的，所說系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個(gè)比較器(5)，用于比較來自光傳感器(9、11)的時(shí)間偏移信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于檢測(cè)具有可變光學(xué)元件的照相機(jī)的移動(dòng)的系統(tǒng)，其中，所說系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)分束器，用于提供不止一對(duì)光束，其中所說的系統(tǒng)對(duì)于每個(gè)分束器包括一對(duì)對(duì)應(yīng)的傳感器(9’、9”、11’、11”)。
3.一種用于檢測(cè)具有可變光學(xué)元件的照相機(jī)的移動(dòng)的系統(tǒng)，其中，所說系統(tǒng)包括另一個(gè)可變光學(xué)元件(51)，在光路中看，該可變光學(xué)元件(51)定位在透鏡(2)的后面，所說系統(tǒng)進(jìn)一步包括至少一個(gè)用于提供光信號(hào)的光傳感器(9)，包括一個(gè)在光路中的光柵(9g)，其中設(shè)置該可變光學(xué)元件用于以時(shí)間函數(shù)改變彼此相對(duì)的光束和光柵的位置，所說系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個(gè)比較器，用于比較來自傳感器的時(shí)間偏移信號(hào)。
4.包括如前述權(quán)利要求中任何一個(gè)所述的系統(tǒng)的照相機(jī)。
全文摘要
一種用于檢測(cè)具有可變光學(xué)元件(2)的照相機(jī)的移動(dòng)的系統(tǒng)。所說系統(tǒng)包括一個(gè)分束器(7)，該分束器(7)用于捕捉一部分穿過透鏡的光，并且用于將光分裂成為至少一對(duì)光束(8、9)。所說系統(tǒng)對(duì)于每個(gè)光束包括一個(gè)光傳感器(9、11)。每個(gè)傳感器在對(duì)于每個(gè)光傳感器的光路中都設(shè)有一個(gè)光柵(9g、11g)。傳感器的光柵具有基本上相同的間距(P)，但它們的位置具有位移(S)，相對(duì)于擊中所說傳感器的光束來說，所說的位移(S)是不同的。所說系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個(gè)比較器(5)，用于比較來自光傳感器的時(shí)間偏移信號(hào)。
文檔編號(hào)H04N5/232GK101027899SQ200580032022
公開日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2005年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月22日
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