具体实施方式
以下,根据附图,使用应用了本发明的照相机来对优选实施方式进行说明。本发明的优选的一实施方式的照相机是数码照相机。该照相机包含通过镜头驱动部而能够在光轴方向上移动的对焦镜头,使来自被摄体的光成像并进行摄影光学系统的焦点调节。
本实施方式的照相机具有摄像部,通过该摄像部而将被摄体像转换为图像数据,根据该转换后的图像数据,将被摄体像实时取景显示在配置于主体的背面的显示部上。摄影者通过观察实时取景显示,从而确定构图和快门时机。
另外,当设定了连续AF时,本实施方式的照相机使摄影镜头进行扫描动作,根据来自此时的摄像部的图像数据来获取对比度值,该对比度值成为峰值,存储到达对焦位置时的时刻和对焦镜头的对焦位置的历史。在释放操作时和接着该操作的连拍时,照相机根据对焦历史,考虑时滞而预测正式曝光时的对焦位置。此时扫描动作的控制部设定进行扫描动作有效的极限时刻(也称为截止时刻),控制扫描动作以不超过该极限时刻。
另外,扫描动作的控制部控制扫描动作以使得与为了检测对比度的峰值而需要的摄像数据的最低帧数对应。当通过正式曝光而获取了图像数据时,对此实施图像处理,记录到记录介质中。当选择了再现模式时,能够将记录到记录介质中的图像数据再现显示在显示部上。
图1是示出本发明的一实施方式的照相机的主要电气结构的框图。本实施方式的照相机由具有摄像元件的照相机主体200、能够以可更换的方式安装在该照相机主体200上的更换镜头100构成。另外,在本实施方式中,虽然是更换镜头式,但是也可以将具有摄影镜头的镜头镜身固定在照相机主体上。
在更换镜头100内具有摄影镜头101、电机驱动部102、镜头控制部103、存储部104、镜头通信部105。摄影镜头101包含能够在光轴方向上移动并调节焦点状态的对焦镜头或调节焦距的变焦镜头等光学镜头。由通过这些光学镜头构成的摄影光学系统来对被摄体像进行成像。电机驱动部102具有电机等驱动源,使对焦镜头沿着摄影光学系统的光轴方向移动。在本实施方式中,电机驱动部102是作为驱动对焦镜头的镜头驱动部来发挥功能。
镜头控制部103由镜头CPU和其周边电路构成。镜头CPU根据存储在存储部104中的程序、以及来自照相机主体200侧的主体控制部204内的主体CPU的控制命令,进行更换镜头100的控制。作为控制,例如,根据来自主体控制部204的命令,通过电机驱动部102来控制摄影镜头101的对焦镜头的移动,进行对焦镜头的扫描动作和至对焦位置的驱动等。另外,将对焦镜头和变焦镜头的当前位置、扫描动作中等的镜头状态等以及镜头的固有信息等,作为镜头数据,通过镜头通信部105发送到照相机主体200侧。
存储部104除了存储上述的程序以外,还存储更换镜头100的光学信息等固有信息、出厂阶段中的调整值等。作为更换镜头100的固有信息,例如,也可以存储与摄像元件201的帧率对应的对焦必要时间。存储部104具有作为存储通过镜头控制部103而读出的、作为与更换镜头100有关的信息的镜头数据的镜头数据存储部的功能。
镜头通信部105与照相机主体200进行通信。即,当更换镜头100安装到照相机主体200上时,与照相机主体200的主体通信部206连接,能够在镜头控制部103与主体控制部204之间进行通信。
在照相机主体200内具有摄像元件201、液晶显示部202、存储部203、主体控制部204、操作部205、主体通信部206。摄像元件201配置在摄影镜头101的光轴上、被摄体像的成像位置附近,通过二维排列的多个像素来对被摄体像进行光电转换并将图像数据(还称为摄像数据)输出到主体控制部204。即,摄像元件201获取通过摄影光学系统而成像的被摄体像的摄像数据。
主体控制部204由主体CPU和其周边电路构成。主体CPU根据存储在存储部203中的程序来进行照相机整体的控制。作为主体控制部204内的周边电路,设置有图像处理电路、对比度AF电路、解压压缩电路、通信电路等各种电路。对比度AF电路输入来自摄像元件201的图像数据,例如,通过得到相邻像素间的差分信号,获取被摄体像的对比度值。
另外,主体控制部204对于上述的镜头控制部103,通过主体通信电路206、镜头通信部105,将扫描动作命令、对焦位置移动命令、镜头数据请求命令等各种控制命令输出到镜头控制部103。当主体控制部204输出了镜头数据请求命令时,从镜头控制部103输入光学信息、更换镜头100的状态等镜头数据。
另外,在本实施方式中,主体控制部204作为如下所述的控制部来发挥功能:进行使摄影镜头101内的对焦镜头移动而执行摄像元件201的摄像动作,根据摄像元件201输出的多个摄像数据而检测成为图像对比度的峰值的对焦镜头的位置的扫描动作。
另外,在本实施方式中,主体控制部204还作为设定连续执行摄像元件201的摄影用正式曝光动作的速度的连拍速度设定部来发挥功能。即,能够通过后述的操作部205来设定连拍时的每单位时间的摄影张数,连拍速度设定部根据所设定的摄影张数,设定正式曝光动作时的连拍速度。例如,如果是每秒10张的连拍,则连拍速度设定为1/10,每100毫秒重复一次正式曝光。
另外,在本实施方式中,主体控制部204作为根据由连拍速度设定部设定的连拍速度来设定进行扫描动作有效的极限时刻的极限时刻设定部来发挥功能。当决定了连拍速度时,开始正式曝光的时刻(正式曝光开始时刻)被确定,在开始该正式曝光的时刻之前使对焦镜头移动到所预测的对焦位置所需的时间之前的时刻成为极限时刻。换言之,极限时刻设定部将极限时刻设定为比开始摄像元件的摄影用正式曝光的时刻提前了如下的移动时间的时刻:使对焦镜头向通过扫描动作而检测到的成为对比度峰值的对焦镜头的位置移动并进行对焦所用的移动时间。在本实施方式中,将极限时刻也称为扫描截止时刻。
另外,主体控制部204根据在通过主体通信部206而获取的存储在镜头数据存储部(存储部104)中的镜头数据来设定上述移动时间。主体控制部204控制扫描动作以使得不超过通过极限时刻设定部设定的时刻(参照后述的图4的S35、S45)。
另外,主体控制部204存储为了通过扫描动作来检测对比度峰值所需的摄像数据的帧数的最小值,进行与该最小值以上的帧数对应的扫描动作(参照图4的S37、S47)。
照相机主体200内的存储部203具有RAM等可改写的易失性存储器、闪存等可改写的非易失性存储器、自由装填的存储介质等各种存储器。在非易失性存储器中除了上述的主体CPU用程序以外、还存储有调整用的各种数据。另外,在存储介质中记录通过主体控制部204进行了图像处理的摄影图像的图像数据。另外,存储部203存储执行扫描动作而检测到图像的对比度成为峰值的对焦镜头位置的时刻。另外,关于对焦历史的存储功能,也可以由内置在主体控制部204中的临时存储部来实现。
液晶显示部202具有在配置照相机主体200的背面等的液晶监视器。在液晶显示部202上根据来自摄像元件201的图像数据进行实时取景显示、或者根据从存储部203读出的摄影图像数据进行再现显示、或者显示用于设定各种摄影模式的菜单图像等。另外,不限定于液晶监视器,也可以是有机EL等其他监视器,而且,也可以配置在照相机主体200的背面以外的地方。
操作部205包含释放按钮、电源按钮、菜单按钮、OK按钮、十字按钮等各种操作部件,这些操作部件的操作状态被输出到主体控制部204。主体控制部204根据来自操作部205的操作信号,执行照相机控制。在菜单画面等中进行连拍模式和连续AF模式等各种模式设定、连拍模式设定时的连拍速度(连拍时的摄影张数)的设定、释放优先模式等各种设定。另外,在上述的释放优先模式打开时,即使焦点没有对准也优先进行基于连拍速度的连拍,另一方面,在释放优先模式关闭时,当没有达到对焦状态时不执行摄影。
主体通信部206与更换镜头100进行通信。即,当更换镜头100安装到照相机主体200上时,主体通信部206与更换镜头100内的镜头通信部105连接,能够在镜头控制部103与主体控制部204之间进行通信。
接着,使用图2至图7所示的流程图对本实施方式的动作进行说明。这些流程图由主体控制部204根据存储在存储部203中的程序来执行。另外,本实施方式中的焦点调节动作表示在菜单画面中设定了连续AF(也称为C-AF)和释放优先时的动作。
本实施方式中的连续AF是重复进行AF动作的AF模式,在单拍和连拍中应用。在单拍中,当按下操作部205内的释放按钮时,进行一次正式曝光,将图像数据记录到存储部203中。另外,在连拍中,在按下释放按钮的期间,以预定的时间间隔,重复进行正式曝光,将在正式曝光中获取的图像数据依次记录到存储部203中。另外,单拍和连拍是在菜单画面等中设定的。另外,设定了连拍模式、且设定了C-AF模式时为连拍C-AF。
当设定了单拍模式且半按下释放按钮时,开始图2所示的单拍AF的流程。当进入到单拍AF流程时,首先,执行扫描控制(S1)。此处,使更换镜头100内的镜头控制部103开始通过电机驱动部102将对焦镜头向最近侧方向或无限远侧方向驱动,在对焦镜头的移动中根据来自摄像元件201的图像数据(摄像数据),主体控制部204内的对比度AF电路算出对比度值。计算该对比度值成为峰值时的对焦镜头的对焦位置,将由对焦位置与对焦时刻的组合构成的对焦历史记录在存储部203中。关于该扫描控制的详细动作,使用图4在后面叙述。
当进行了扫描控制时,判定是否检测到第2释放开关接通(S3)。由于当操作部205内的释放按钮从半按下转移到全按下时第2释放开关接通,因此在该步骤中,根据第2释放开关的状态来进行判定。在该判定的结果为没有检测到第2释放时,即在没有全按下释放按钮时,回到步骤S1,继续进行扫描控制。
在步骤S3中的判定结果为检测到第2释放时,实施对焦驱动(S5)。此处,使用步骤S1中在扫描控制中存储的对焦历史,考虑到正式曝光为止的时滞,预测正式曝光中(经过了从曝光开始到曝光结束为止的时间的1/2的时刻)的对焦位置,使对焦镜头移动到通过镜头控制部103和电机驱动部102预测出的对焦位置。另外,在预测位置的可靠性低时,使对焦镜头移动到最终的对焦位置。
当在步骤S5中实施了对焦驱动时,接着实施正式曝光(S7)。此处,以成为适当曝光的光圈值和快门速度值等来进行曝光控制,此时对于通过摄像元件201而得到的图像数据进行图像处理,将实施了该图像处理的图像数据记录在存储部203中。当正式曝光结束时,结束该单拍AF的流程。
接着,关于连拍AF,使用图3所示的流程图进行说明。在设定了连拍模式时,当全按下了释放按钮时,开始图3所示的连拍AF的流程。当进入到连拍流程时,首先实施正式曝光(S11)。此处,与图2的步骤S7同样,对所获取的图像数据实施图像处理,将该图像数据记录到存储部203中。
当在步骤S11中实施了正式曝光时,接着,实施初始位置驱动(S13)。虽然在后述的步骤S17中进行扫描控制,但是在开始该扫描控制时驱动到对焦镜头位置成为最佳的位置。即,在对比度AF中,虽然检测对比度值的峰值,但是在步骤S11的正式曝光时,对焦镜头移动到对比度值的峰值。对比度AF的扫描优选从比峰值位置稍微偏离的位置开始。因此,在该步骤中,考虑在此之前的对焦镜头的驱动方向,以从对比度值的峰值位置稍微偏离的位置成为初始位置的方式进行驱动。
当在步骤S13中实施了初始位置驱动时,接着,确定扫描用的曝光条件(S15)。此处,确定在步骤S17中进行的扫描控制时的曝光条件。在确定曝光条件时,取入上一次进行了正式曝光时的图像数据、或实时取景图像的图像数据,从该图像数据算出亮度信息,确定扫描中的曝光条件(例如,电子快门速度等)。
在步骤S15中,当进行了曝光条件的确定时,接着,进行扫描控制(S17)。此处,与图2的步骤S1同样,一边使对焦镜头移动,一边进行对比度值的获取。关于该扫描控制的详细动作,将使用图4在后面叙述。另外,在连拍AF中,在全按下释放按钮的期间,重复进行正式曝光和扫描控制。根据连拍模式设定时的连拍速度,进行预定帧数的扫描驱动(即以不超过上限的范围内的帧数来进行)。
在步骤S17中,当进行了扫描控制时,接着,进行对焦位置的计算(S19)。此处,与图2的步骤S5同样,使用在步骤S17的扫描控制中存储的对焦历史,考虑步骤S11中的到正式曝光为止的连拍间隔来预测并计算正式曝光中的对焦位置。
当在步骤S19中进行了对焦位置的计算时,接着,实施对焦驱动(S21)。此处,通过镜头控制部103和电机驱动部102使对焦镜头移动至在步骤S19中算出的对焦位置。关于该对焦驱动实施的详细的动作,将使用图7在后面叙述。
在步骤S21中,当实施了对焦驱动时,接着,判定第2释放开关是否持续保持接通(S23)。如上所述在连拍模式中,在全按下释放按钮期间持续进行连拍。在该步骤中,判定与释放按钮的全按下联动的第2释放(2R)开关是否维持接通状态。
在步骤S23中的判定结果为第2释放开关持续保持接通时,回到步骤S11,进行正式曝光,继续进行连拍。另一方面,在第2释放开关没有持续保持接通时、即用户的手指从释放按钮离开时,结束连拍AF的流程。
接着,关于步骤S1(参照图2)和步骤S17(参照图3)中的扫描控制的详细动作,使用图4所示的流程图来进行说明。当进入到扫描控制的流程时,首先,开始扫描驱动(S31)。此处,主体控制部204指示镜头控制部103通过电机驱动部102开始对焦镜头的扫描。另外,当开始了扫描时,主体控制部204内的对比度AF电路根据来自摄像元件201的图像信号算出对比度值。
当开始了扫描驱动时,接着,实施方向判断(S33)。当开始了扫描驱动时,在每次输出1帧的图像数据时,由于如上所述通过对比度AF电路来算出对比度值,因此判断该对比度值是按照每1帧增大还是减小。当对比度值以预定帧数增大时,或者以预定帧数减小时,确定方向判断。
当实施了方向判断时,接着,判定是否到达扫描截止时刻,或者是否确定了方向(S35)。此处,扫描截止时刻是通过下述(1)式来算出的。
扫描截止时刻=下一次正式曝光开始预定时刻-对焦驱动必要时间...(1)
使用通过该式(1)算出的扫描截止时刻,在当前时刻≥扫描截止时刻时,判断为到达截止时刻,在当前时刻<扫描截止时刻时,判断为未到达截止时刻。
在步骤S35中,除了判定是否到达上述的截止时刻,还判定是否确定了方向。如上所述,在步骤S33中实施方向判断,判断是否确定了对比度值增大还是减小。
在步骤S35中的判定的结果为到达截止时刻时,或者确定了方向时,接着,判定是否到达了最低帧数、或者是否确定了方向(S37)。此处,为了通过对比度AF而成为有可靠性的对焦位置,判定是否对最低帧数、例如在本实施方式中为7帧的图像数据进行了对比度检测。另外,关于最低帧数,在焦距长时和开放光圈值(FNo)明亮的镜头时,进一步加上例如2帧。该最低帧数是根据条件而存储在存储部203中,或者也可以从更换镜头100作为镜头信息来获取。
因此,在本实施方式中,当在扫描中使用的帧数≥7帧(+2帧)时,判断为到达最低帧数,当在扫描中使用的帧数<7帧(+2帧)时,判断为没有到达最低帧数。另外,在本步骤中,也与步骤S35同样,还对是否确定了方向进行判定。
在步骤S35和S37中的判定结果为没有到达截止时刻、且没有确定方向时,或者在没有到达最低帧数、且没有确定方向时,回到步骤S33,实施方向判断。另一方面,在步骤S35和S37中的判定结果为到达截止时刻、且到达了最低帧数时,或者在确定了方向时,接着,对方向判断确定结果进行判定(S39)。另外,关于使用上述的截止时刻和最低帧到达数来进行判断的效果,将使用图11A、图11B以及图12在后面叙述。
在步骤S39中,根据在步骤S33中实施的方向判断的结果进行判定。在对比度值增大时,由于在对焦镜头移动的方向上存在峰值,因而判断为是正方向。另一方面,在对比度值减小时,由于在与对焦镜头移动的方向相反的方向上存在峰值,因而判断为是逆方向。另外,在步骤S35、S37中,在到达截止时刻、且到达了最低帧数时,在步骤S39中判断为方向判断结果为未确定。在被摄体高速移动、或低对比度时等,方向判断成为未确定。
在步骤S39中的判定结果是判定为逆方向时,接着,将扫描方向反转(S41)。此处,主体控制部204指示镜头控制部103将通过电机驱动部102进行的对焦镜头的扫描方向反转。
当在步骤S41中将扫描方向反转时,或者在步骤S39中的判定结果为正方向时,接着,实施峰值检测(S43)。如上所述,在扫描驱动中,对比度AF电路在每次输出1帧的图像数据时都计算对比度值。在该步骤中,检测在对比度值超过了峰值时发生的对比度值从增大向减小的变化。
当在步骤S43中实施了峰值检测时,接着,进行是否到达截止时刻、或者是否检测到峰值的判定(S45)。此处,与步骤S35同样,判定是否到达了截止时刻。另外,还对在步骤S43中是否检测到峰值进行判定。
在步骤S45中的判定结果为到达了截止时刻时,或者检测到峰值时,接着,进行是否到达最低帧数、或者是否检测到峰值的判定(S47)。此处,与步骤S37同样,判定是否到达了最低帧数。另外,还对在步骤S43中是否检测到峰值进行判定。
在步骤S45中的判定结果为没有检测到峰值、且没有到达截止时刻时,或者在步骤S47中的判定结果为没有检测到峰值、且没有到达最低帧数时,回到步骤S43,实施峰值检测。另一方面,在步骤S45和S47中的判定结果为到达截止时刻、且到达了最低帧数时,或者检测到峰值时,接着,对峰值检测确定结果进行判定(S49)。
在步骤S49中,根据步骤S43中的峰值检测确定结果来进行判定。在不能检测到峰值时,并且到达截止时刻、且到达了最低帧数时,判定为不能检测。在被摄体高速运动,或者低对比度时等,不能检测峰值。
在步骤S49中的判定结果为已检测到峰值时,接着,算出对焦位置,保存对焦历史(S51)。此处,根据峰值附近的3点的AF评价值(对比度值)、和此时的对焦镜头的位置,使用二次曲线的近似式,算出AF评价值的峰值的对焦位置(对焦镜头位置)。将该对焦位置与对焦时刻以组的形式,作为对焦历史保存在存储部203中。
图8A示出所存储的对焦历史的一例。在该例子中,作为最新的对焦数据存储有对焦位置pos[0]、对焦时刻time[0],作为前一个对焦数据存储有对焦位置pos[1]、对焦时刻time[1]、...。
在步骤S51中,当算出对焦位置且保存了对焦历史时,接着,判定是否到达了截止时刻(S53)。此处,判定是否到达了在步骤S35中说明的截止时刻。
在步骤S53中的判定结果为到达了截止时刻时,接着,判定是否到达了最低帧数(S55)。此处,判定是否到达了在步骤S37中说明的最低帧数。
在步骤S53中的判定结果为没有到达截止时刻时,或者没有到达最低帧数时,将扫描方向反转(S57)。由于显然步骤S49中的判定结果是超过了对比度值的峰值,因此为了再次检测峰值,使对焦镜头的驱动方向反转。因此,主体控制部204指示镜头控制部103将由电机驱动部102进行的对焦镜头的扫描方向反转。
当在步骤S57中将扫描方向反转了时,回到步骤S33,在步骤S33~S49中求出对比度值的峰值,进行对焦位置的计算。另一方面,在步骤S53、S55中的判定结果为到达截止时刻、且到达了最低帧数时,或者在步骤S39中的判定结果为方向判断确定结果为未确定时,或者在步骤S49中的判定的结果为峰值检测确定结果为不能检测时,结束扫描控制的流程,回到原来的流程。
另外,在图4所示的流程中,步骤S35、S37、S45、S47中的截止时刻到达判定和最低帧数到达判定等判定、以及步骤S49中的峰值检测确定结果的判定仅在释放优先打开时实施。在释放优先关闭时,由于反复进行扫描直到能够检测到对焦为止,因此虽然到达截止时刻、到达最低帧数,但是继续进行扫描直到检测到峰值为止。但是,至于步骤S53、S55中的对焦检测后的截止时刻到达判定和最低帧数到达判定,与释放优先打开/关闭设定无关,都要实施。因此,在本实施方式中,主体控制部204能够设定释放优先模式,在没有设定释放优先模式时,允许超过由极限时刻设定部(在本实施方式中,主体控制部204发挥功能)设定的时刻来进行扫描动作。
如上所述,在扫描控制的流程中,在通过对比度AF进行连拍C-AF时,根据连拍速度设定,设定能够进行扫描的最大时间(扫描结束截止时刻),在该时间的范围内进行扫描(参照S35、S45)。另外,连拍中的扫描结束截止时刻是通过(想要开始下一次正式曝光的时刻)-(对焦驱动等所需的时间)来算出的(在S35、S45的判定中算出)。另外,如果决定了连拍速度,则决定了正式曝光的时刻。
另外,作为扫描结束条件,决定通过扫描发现峰值所需的最低帧数,将经过该最低帧数以上的帧数作为条件(参照S37、S47)。即,在本实施方式中,主体控制部204存储通过扫描动作检测到对比度的峰值所需的摄像数据的帧数的最小值,进行与该最小值以上的帧数对应的扫描动作。如果仅决定扫描结束截止时刻,在正式曝光时间过长时,有时能够进行扫描的时间成为零,因此一般确保能够进行对焦的最低帧数。
另外,在本实施方式中,主体控制部204在扫描动作中帧数到达了最小值时,在不能检测出对比度的峰值时,判定为不能检测(S47“是”→S49不能检测)。此时,被摄体在移动等,即使重复进行扫描动作,也不能检测出对比度的峰值,因此结束检测。
另外,在本实施方式中,在扫描动作中到达极限时刻时不能检测出对比度的峰值时,主体控制部204继续进行扫描动作直到帧数达到最小值为止(S45“是”→S47“否”)。因此,在预测对焦位置时,由于进行最低帧数的扫描动作来进行峰值检测,因此能够确保对焦精度和预测精度。
另外,在本实施方式中,关于最低帧数,在焦距长时、或开放光圈值(FNo)明亮的镜头时,进一步加上预定的帧数、例如2帧。因此,主体控制部204根据摄影光学系统的焦距、或者开放FNo而变更最低帧数(参照S37)。因此,能够根据照相机的摄影环境而成为适当的最低帧数。
接着,关于步骤S19(参照图3)中的对焦位置计算的详细动作,使用图5所示的流程图进行说明。
当进入到对焦位置计算的流程时,首先,进行最终对焦位置可使用判断(S61)。如上所述,在对比度AF中,在每次从摄像元件201输出1帧的图像数据时都计算对比度值。例如,在60帧/秒时,每1/60秒计算对比度值。因此,根据第2释放开关接通、开始了连拍的时刻,在从算出对焦位置(参照图4的步骤S51)之后经过了相当长时间的情况下,或者在对焦位置算出之后被摄体剧烈移动的情况下,对焦位置的预测运算的可靠性低。因此,在该步骤中,使用最终对焦位置信息(参照对焦位置和对焦时刻,图4的步骤S51的对焦历史)和当前的信息(当前位置和当前时刻)判定最终对焦位置信息是否满足可靠性。关于该最终对焦位置可使用判断的详细动作,将使用图6在后面叙述。
在步骤S61中,当进行了最终对焦位置可使用判断时,接着判定是否能够使用最终对焦位置(S63)。此处,根据步骤S61中的判断结果来进行判定。
在步骤S63中的判定结果为能够使用最终对焦位置时,进行运动体预测时间计算(S65)。此处,在使用对焦历史来预测对焦位置时,算出到正式曝光为止的时间。在全按下释放按钮时,该时间为从第2释放开关接通到正式曝光为止的时间,并且在连拍中时,该时间为到下一次正式曝光为止的时间。另外,作为到正式曝光为止的时间,设为正式曝光中的中间点(经过了从曝光开始到曝光结束为止的时间的1/2的时刻)。
当算出运动体预测时间时,接着,进行预测脉冲位置运算,将该运算值设定为pos(S67)。此处,使用对焦历史,在步骤S65中算出的运动体预测时间之后,进行被摄体位置的预测运算,进行用于使摄影镜头101的对焦镜头位于该预测运算结果的对焦位置上的驱动脉冲位置LDP的设定。
在本实施方式中,使用在图8A所示的对焦历史中存储的对焦位置pos[]和对焦时刻time[],通过最小二乘法以直线近似的方法来进行预测运算。当然,也可以采用与此不同的预测运算式。另外,在进行预测运算时,算出下一次正式曝光时刻。下一次正式曝光时刻是通过下述(2)式来算出的。
下一次正式曝光时刻=当前时刻+对焦驱动所需时间+正式曝光时间/2...(2)
关于对焦驱动所需时间,在说明图7所示的对焦驱动实施的流程时详细说明。
因此,根据图8A所示的对焦历史来进行直线近似,对通过式(2)求出的下一次正式曝光时刻的对焦位置进行预测运算。另外,在本实施方式中,预测运算的对焦位置利用表示对焦镜头的驱动位置的LDP来表现。即,通过来自基准位置的光断续器等的脉冲数来表现。
在步骤S63中的判定结果为不能够使用最终对焦位置时,将对焦位置pos设为现LDP(S69)。此处,如果在步骤61中判断为不能使用最终对焦位置,则将在最终扫描中确定的对焦位置pos作为摄影镜头101的对焦镜头的驱动位置(LDP)。关于不能进行对焦位置预测时的对焦驱动,将使用图10在后面叙述。
当在步骤S69中将对焦位置pos设为现LDP后,或者当在步骤S67中将预测脉冲位置运算值设定为pos后,回到原来的流程。
如上所述,根据最后执行的扫描动作(参照图3的S17)的检测结果,在根据所存储的多个过去的对焦位置信息(参照图4的S51)预测预定时刻的对焦位置时(图5的S63是),根据所存储的多个过去的位置信息预测摄像元件的正式摄影时刻的对焦位置(图5的S67)。使用该预测运算的结果进行对焦镜头的移动(参照图3的S21)。
另外,根据在最后执行的扫描动作(图3的S17参照)的检测结果,在最终对焦位置的可使用判断的结果为不能使用时(图5的S63否),将正式摄影时的对焦镜头的位置作为在最后执行的扫描动作的结束时的对焦镜头的位置(图5的S69)。
接着,关于步骤S61(参照图5)中的最终对焦位置可使用判断的详细动作,使用图6所示的流程图进行说明。当进入最终对焦位置可使用判断的流程时,首先,进行是否|现LDP-最终对焦位置|≥TH1的判定(S71)。此处,判定从通过在最后执行的扫描动作检测出的对焦镜头的位置(现LDP)减去在步骤S51(参照图4)中存储的多个过去的对焦位置信息中的最新的对焦位置信息(最终对焦位置)后的值的绝对值是否比第1预定值(TH1)大。另外,该|现LDP-最终对焦位置|在后述的图10中相当于距离LA。
在步骤S71中的判定结果为否时,接着,判定是否当前时刻-最终对焦时刻≥TH2(S73)。此处,判定从通过在最后执行的扫描动作检测到对焦镜头位置的时刻减去检测到在步骤S51中存储的多个过去的对焦位置信息中的最新对焦位置信息的时刻后的值是否在第2预定值(TH2)以上。另外,该“当前时刻-最终对焦时刻”在后述的图10中相当于时间TA。
在步骤S73中的判定结果为否时,判断为能够使用最终对焦位置(S75)。另一方面,在步骤S71中的判定结果为是时,或者在步骤S73中的判定结果为是时,判断为不能使用最终对焦位置(S77)。当在步骤S75或S77中进行了判断时回到原来的流程。
如上所述,在最终对焦位置可使用判断的流程中,在所存储的多个过去的位置信息中的最新的位置信息、与通过在最后执行的扫描动作而检测出的对焦镜头的位置之间的差为第1预定值(TH1)以上时(S71是),判定为不根据过去的位置信息预测预定时刻的对焦位置(S77)。另外,在检测到在存储部203中存储的多个过去的位置信息中的最新的位置信息的时刻、与通过在最后执行的扫描动作检测到成为对焦的对焦镜头位置的时刻之间的差为第2预定值以上时(S73是),判定为不根据上述过去的位置信息来预测预定时刻的对焦位置(S77)。
接着,关于步骤S21(参照图3)中的对焦驱动实施的详细动作,使用图7所示的流程图来进行说明。当进入到对焦驱动实施的流程时,首先,将对焦位置发送到镜头(S81)。此处,主体控制部204将通过对焦位置计算(参照图3的S19、图5的S67)而预测出的对焦位置(通过对焦镜头位置LDP来表现)的信息发送到镜头控制部103。镜头控制部103根据对焦位置的信息,通过电机驱动部102将对焦镜头驱动到对焦位置。
接着,等待到达对焦位置(S83)。在步骤S81中,驱动对焦镜头,检测此时对焦镜头的位置,当到达对焦位置时,镜头控制部103将对焦到达信号输出到照相机控制部204。
当在步骤S83中判断为到达了对焦位置时,接着,在对焦驱动所需时间期间进行等待(S85)。当对焦驱动比预定更快完成之后立即进行了正式曝光时,连拍速度变得不稳定,或者不能确保预测精度。因此,在对焦驱动过早地结束时,进行使正式曝光实施时刻延迟的控制。
等待对焦驱动所需时间的判定是以如下所述的方式进行。即,通过下述式(3)来判定。
当前时刻≥对焦位置驱动实施指令发送开始时刻+对焦驱动所需时间...(3)
关于对焦驱动所需时间,例如,将如图8B所示的数据存储在照相机主体200内的存储部203中,根据来自更换镜头100的镜头信息来读出而使用即可。在图8B中,同步频率表示摄像元件201的帧频率、且是所安装的更换镜头100能够支持的同步频率。更换镜头100能够应对更大的同步频率表示能够进行更高速的镜头驱动。这是因为,由于想要将与拍摄1帧的期间对应的镜头移动量抑制在预定量以下,因此镜头驱动速度越大则能够应对越大的同步频率。因此,在本实施方式中,作为极限时刻设定部来发挥功能的主体控制部204根据更换镜头100能够应对的同步频率来设定移动时间(用于使对焦镜头移动到对焦位置的时间)。
另外,关于是否消除游隙影响,在需要考虑更换镜头的游隙影响时为“需要消除游隙影响”,在不需要考虑游隙影响时为“不需要消除游隙影响”,作为来自更换镜头100侧的镜头信息来获取。如果知道同步频率和是否消除游隙影响,则能确定对焦驱动所需时间。在本实施方式中,作为极限时刻设定部来发挥功能的主体控制部204根据镜头驱动部的游隙来设定移动时间(用于使对焦镜头移动到对焦位置的时间)。
关于对焦驱动所需时间,除了如图8B那样在照相机主体200的存储部203中存储数据以外,也可以在更换镜头100侧保持。由于对焦驱动所需时间的数据是依赖于更换镜头100侧的值,因此在更换镜头100侧保持的方法能成为最佳的值。
例如,也可以在更换镜头100侧保持在像面上进行0.5mm相当的量的镜头驱动时的镜头驱动时间。另外,为了提高精度,也可以保持实际驱动镜头时的加速时间和减速时间。在对焦驱动时的驱动量为0.1mm时,能够通过下述(4)式来算出。
对焦驱动所需时间=(0.5mm驱动时间-加速时间-减速时间)×0.1/0.5+加速时间+减速时间...(4)
根据该时间,设定正式曝光时的预测时间,且控制正式曝光开始时刻,从而能够使连拍速度稳定,且能够更高精度地进行运动体预测AF控制。
当执行了步骤S85中的对焦驱动所需时间等待后,结束对焦驱动实施的流程,回到原来的流程。
如上所述,在对焦驱动实施的流程中,根据所安装的更换镜头的种类,切换对焦驱动等所需的时间。根据镜头侧的可同步频率和镜头侧的消除游隙影响驱动的有无而不同。另外,作为变形例,将对焦驱动等所需的时间作为驱动一定驱动量时的驱动量,存储在镜头侧,也可以通过通信来获取。在运算正式曝光时的预测对焦位置时,使用对焦驱动等所需的时间来算出正式曝光实施时刻,根据对焦历史来预测对焦位置。
接着,使用图9和图10,对连续AF时的对焦位置的预测的例子进行。图9示出能够实施预测时的镜头位置控制,另外图10示出不能实施预测时的镜头位置的控制。在图9和图10中,横轴表示时间的变化,并且在纵轴示出镜头位置。
在图9中,在时刻T1~T3期间,进行第一次的扫描SC1,在该期间,在每次输出来自摄像元件201的图像数据时都重复地计算对比度值(AF评价值)(参照图4的S33~S51)。此时,当检测到对比度值的峰值时,算出对焦位置。在图9所示的例子中,在时刻T2算出对焦位置z11。
当第一次的扫描SC1结束时,将对焦镜头的驱动方向反转(参照图4的S57),在时刻T3~T5执行第二次的扫描SC2,在时刻T4算出对焦位置z12。以后,同样地,在时刻T5~T7期间执行第三次的扫描SC3,在时刻T6算出对焦位置z13,在时刻T7~T9期间执行第四次的扫描SC4,在时刻T8算出对焦位置z14,在时刻T9~T11期间执行第五次的扫描SC5,在时刻T10算出对焦位置z15,在时刻T11~T21期间执行第六次的扫描SC6,在时刻T12算出对焦位置z16。
连接对焦位置m1~m6中的镜头位置而得到的线成为表示被摄体位置的变化情况的被摄体移动路线P。对焦位置m6表示最新的对焦位置,对焦位置m5表示前一个对焦位置,对焦位置m4表示两个前的对焦位置,与这些对焦位置对应的镜头位置(z11~z16)和此时的时刻(T2、T4、T6、T8、T10、T12)作为组,作为对焦历史存储在存储部203中。
在时刻T21,当通过按下第2释放开关来结束了扫描时,或者当成为连拍时的下一个正式曝光的时刻时,进行图5所示的对焦位置计算中的步骤S63中的最终对焦位置可使用判定,在图9所示的例子中,判断为能够使用最终对焦位置(在该例子中,为对焦位置m6)。
当判定为能够使用最终对焦位置时,在时刻T31开始正式曝光,计算经过曝光时间的1/2的时刻T32时的被摄体的位置,算出从时刻T21到时刻T32为止的运动体预测时间(参照图5的S65),根据表示该运动体预测时间和被摄体移动路线P的数式,运算正式曝光时的对焦位置(参照图5的S67),沿着驱动路线AFD进行对焦镜头的驱动(参照图3的S21)。
在图10中示出如上所述不能实施预测时的镜头位置的控制例。在时刻T1~T11,与图9的情况同样,进行扫描SC1~SC5。在开始第六次的扫描SC6a之后,在时刻T13,进行扫描方向的反转。这是如下所述的情况:虽然在步骤S57(参照图4)中反转了方向而开始了对焦镜头的移动,但是由于步骤S39中的判断和判定的结果为对比度值减小,因此将扫描方向反转(参照图4的S41)。
在扫描方向被反转,扫描SC6b的执行中的时刻T21,按下第2释放开关,或者成为连拍的下一个正式曝光的时刻。此时,也进行图5所示的对焦位置计算中的步骤S63中的最终对焦位置可使用判定。在图10所示的例子中,判断为不能使用最终对焦位置(在该例子中,为对焦位置m5)。即,步骤S71中的判定成为|现LDP-最终对焦位置|≥TH1。在图10所示的例子中,最终对焦位置m5与现LDP(z21)的差分LA比预定值TH1大。另外,当进行了步骤S73中的判定时,最终对焦位置m5的时刻T10与当前时刻T21之间的差分时间TA比预定值TH2大。
如上所述在图10所示的例子中,判断为不能够使用最终对焦位置(m5)。因此,在对应于与当前时刻T21对应的当前位置的镜头位置z21(图5的S69)进行对焦驱动。
接着,关于本实施方式中的连拍C-AF时的动作,使用图11A、图11B以及图12所示的时序图来进行说明。使此处设定的连拍速度为每秒10张。图11A是曝光时间为1/50秒的情况,此时,如果快门速度为1/50秒以下,则成为能够保证连拍速度的条件。图11B是曝光时间比1/50秒短的情况,此时,曝光时间变短,而在维持连拍速度的状态下能够进行用于对比度AF的扫描动作的时间增加相应的量。因此,对焦历史数据增加,能够提高对焦精度、预测精度。图12是曝光时间比1/50秒长的情况,此时,虽然连拍速度变慢与曝光时间变长的量相应的量,但是能够确保用于对比度AF的最低限的帧数,能够维持AF性能。
在图11A中,横轴表示时间的推移。此刻,在时刻t1开始正式曝光。在从正式曝光开始经过了20毫秒(1/50秒)的时刻t2结束正式曝光,从摄像元件201开始读出摄像数据。从摄像数据的读出中的时刻t3开始,开始初始位置驱动(参照图3的S13),使对焦镜头的位置仅移动初始位置驱动量IPD。
在图11A中,当成为时刻t5时开始扫描,到扫描截止时刻t7为止的期间,一边使对焦镜头移动,一边获取对比度值。如上所述,扫描截止时刻是通过
扫描截止时刻=下一次正式曝光开始预定时刻-对焦驱动所需时间...(1)
来求出。在图11A所示的例子中,下一次正式曝光开始时刻为时刻t8,该时刻是根据连拍速度来确定的。另外,关于对焦驱动所需时间,例如,也可以如图8B所示存储在照相机主体200内的存储部203中,也可以从更换镜头100作为镜头信息来获取。
从扫描开始时刻t5到扫描截止时刻t7,一边进行使对焦镜头仅移动扫描驱动量SD的扫描SC1,一边获取对比度值。在本实施方式中,由于帧速率为240fps(帧/秒),因此每大致4毫秒输出对比度值,在图11A的例子中(1)~(5)获取总计5个对比度值。根据这些对比度值,算出对焦位置m1、对焦时刻t6,作为对焦历史来存储。另外,此处使最低帧数为5。
当过了扫描截止时刻t7时,在到正式曝光开始预定时刻t8为止的期间(参照图中的对焦驱动等所需的时间TAF),从扫描结束时刻的对焦位置到预测对焦位置为止进行对焦驱动(参照图中的对焦驱动AFD)。另外,如图7的S85中说明,即使到达了对焦预测位置,也得等待对焦驱动所需时间经过。当成为下一次正式曝光开始时刻t8时,开始曝光。
接着,图11B示出如上所述曝光时间比1/50秒短的情况。此刻,当在时刻t11开始了正式曝光时,在时刻t12(<时刻t2)结束正式曝光,开始摄像数据的读出。由于正式曝光的曝光时间短,因此在时刻t13(<时刻t3)开始初始位置驱动,在时刻t15(<时刻t5)开始扫描。由于扫描截止时刻t17与图11A的情况的扫描截止时刻t7相同,因此除了扫描SC1以外还能够执行扫描SC2。在该期间,在(1)~(10)获取总计10个对比度值。因此,能够提高对焦精度、预测精度。
当过了扫描截止时刻t17时,到正式曝光开始预定时刻t18为止的期间,从扫描结束时刻的对焦位置到预测对焦位置为止进行对焦驱动。另外,在本例中即使到达了对焦预测位置,也得等待对焦驱动所需时间经过。当成为下一次正式曝光开始时刻t18时,开始曝光。
接着,图12示出如上所述曝光时间比1/50秒长的情况。此刻,当在时刻t21开始了正式曝光时,在时刻t22(>时刻2)中结束正式曝光,开始摄像数据的读出。由于正式曝光的曝光时间长,因此当成为时刻t23(>时刻t3)时总算开始初始位置驱动,在成为时刻t25(>时刻t5)之后开始扫描。扫描截止时刻与图11A的情况的扫描截止时刻t7相同,成为时刻t26。在时刻t26,正处于扫描中,在不能检测到峰值的状态下到达截止时刻(S45是),由于未到达最低帧数(S47否),因此继续进行扫描动作。并且,当在时刻t27达到最低帧数时(S47是),结束扫描(参照图4的S45、S47)。在该期间,关于(1)~(5)的最低帧数,获取对比度值,在正式曝光开始时刻t28之前将对焦镜头移动到预测对焦位置。并且,当到达下一次正式曝光开始时刻t28时开始正式曝光。如上所述,能够确保用于对比度AF的最低限的帧数,维持AF性能。另外,对于所设定的连拍速度的每秒10张(连拍间隔100毫秒),实际的连拍速度为每秒9.1张(连拍间隔110毫秒),能够抑制成微小量的降低。
如以上说明,在本发明的一实施方式中,根据由连拍速度设定部设定的连拍速度来设定进行上述扫描动作为有效的极限时刻,控制扫描动作以使得不超过该所设定的极限时刻。因此,能够根据设定连拍速度以最佳的次数来进行对比度检测。
另外,在本发明的一实施方式中,存储为了通过扫描动作来检测对比度的峰值所需的摄像数据的帧数的最小值,进行与该最小值以上的帧数对应的扫描动作。因此,在通过对比度AF来预测对焦位置时,由于以最低帧数来进行峰值检测,因此能够确保对焦精度和预测精度。
另外,在本实施方式中,虽然对是否到达截止时刻、是否到达最低帧数、以及是否确定了方向这三方进行判定(图4的S35~S37),但是也可以省略任意一个条件,或者附加其他条件。或者虽然对是否到达截止时刻、是否到达最低帧数、以及是否已检测到峰值这三方进行判定(图4的S45~S49),但是也可以省略任意一个条件,或者附加其他条件。
另外,在本实施方式中,作为用于摄影的设备,虽然使用数码照相机来进行了说明,但是作为照相机,可以是数码单反照相机也可以是轻便型数码照相机,也可以是如摄像机、电影摄影机那样的视频用摄像机,而且也可以是便携电话、智能机或便携信息终端(PDA:Personal Digital Assist)、内置在游戏设备等中的照相机。即使是任意一个,如果是用于通过对比度AF来进行焦点调节的摄影的设备,则能够应用本发明。
另外,关于权利要求、说明书以及附图中的动作流程,即使为了方便使用表现“首先”、“接着”等顺序的语言来进行了说明,在没有特别说明的地方,不意味着必须按照该顺序来实施。
本发明不限定于上述实施方式,在实施阶段中能够在不脱离其要旨的范围内变形结构要素来进行具体化。另外,通过在上述实施方式中公开的多个结构要素的适当的组合,能够形成各种发明。例如,也可以删除实施方式所示的所有结构要素的几个结构要素。而且,也可以适当组合不同的实施方式的结构要素。