JP2004038114A - Auto-focus camera - Google Patents

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JP2004038114A
JP2004038114A JP2002198963A JP2002198963A JP2004038114A JP 2004038114 A JP2004038114 A JP 2004038114A JP 2002198963 A JP2002198963 A JP 2002198963A JP 2002198963 A JP2002198963 A JP 2002198963A JP 2004038114 A JP2004038114 A JP 2004038114A
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JP
Japan
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focus
image
aperture
lens
aperture stop
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Application number
JP2002198963A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigeo Fujishi
藤司 重男
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To perform auto-focus control by deriving out-of-focus from deviation of a subject image which is brought about by moving a diaphragm. <P>SOLUTION: An aperture diaphragm 11 is provided with aperture blades 16 and 17. Spur gear parts 16a and 17a are formed in lower parts of aperture blades 16 and 17 and are engaged with small gears 20 and 21 provided on driving shafts of iris motors 18 and 19 and are freely moved in the horizontal direction. Aperture diameter control and shift movement of the aperture diaphragm 11 are possible. When the aperture diaphragm 11 is shifted between two points symmetrical with respect to an optical axis, a subject image formed on a CCD imaging device 12 is deviated. An extent of this deviation is derived by image analysis, and an extent of out-of-focus is calculated by the extent of image deviation. A moving direction and an extent of movement of a focus lens 10 are calculated in accordance with the extent of out-of-focus, and the focus lens 10 is driven up to an in-focus position. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像素子からの出力信号を利用して合焦状態を割り出すオートフォーカスカメラに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ピント合わせを自動で行なうオートフォーカスカメラには、赤外線を投射するアクティブ型の距離計や、被写体光を利用するパッシブ型の距離計を内蔵したものが知られている。いずれも、三角測距によって割り出される被写体距離からフォーカスレンズの合焦位置を特定してピント合わせを行なっている。また、近年では、CCDイメージセンサを内蔵し、撮像された被写体画像のコントラスト値をフレームごとに評価し、最も鮮明なコントラストを得るようにオートフォーカス制御を行うデジタルスチルカメラやビデオカメラも広く知られている。
【0003】
画像のコントラストに基づくピント合わせは、検出素子として撮像素子自体が利用されるため、距離計を内蔵させるよりもコストアップを抑えられる利点がある。一方、撮影された画像が明暗分布の狭い低コントラストな画像である場合には、山登り制御とも称される画像のコントラスト評価に時間がかかり、シャッタチャンスを逃すなどの欠点を有していた。
【0004】
そこで、特開2001−281530号公報には、コントラスト方式によるピント合わせと、位相差検出方式によるピント合わせとを併用したデジタルスチルカメラが記載されている。位相差検出方式では、光軸対称な光路上でそれぞれ取り込んだ被写体光の光電信号からその位相差を検出し、デフォーカス量を瞬時に割り出して合焦位置を特定することができる。これにより、上記デジタルスチルカメラでは、位相差検出による大まかなピント合わせを行なった後、コントラスト評価による精巧なピント合わせを行うことができ、精度を落とすことなくフォーカス速度を向上させている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の位相差検出方式を利用するものは、被写体光のズレを検出するラインセンサや、その周辺の光学系など、高い組み込み精度を必要とする部品が多く使用される。また、撮像素子とは別に設けられるセンサ群の駆動回路や信号処理回路などが必要になり、製造コストの上昇が大きいという欠点がある。
【0006】
本発明は、上記問題点を考慮してなされたもので、撮像素子を利用してピントズレの大きさが検出でき、低コスト化を図ることが可能なオートフォーカスカメラを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のオートフォーカス装置は、被写体光路上に配置された開口絞りを光軸と垂直な面内にある二つの測距位置間で移動させ、非合焦時における絞りの視差によって生じる被写体像のズレを撮像素子で検出するものである。各測距位置で撮像された測距用画像を比較して割り出される画像ズレの大きさをピントズレの大きさに換算し、フォーカスレンズの合焦位置を特定する。合焦位置の特定と同時に合焦位置までのフォーカスレンズの移動量を算出して、オートフォーカス制御を行う。
【0008】
請求項2記載の発明は、被写体輝度が低い時などにも画像ズレの検出を可能にするものである。ピントの合っていない状態で、絞り移動の視差により生じる被写体像のズレを検出するためには、被写体光を可能な限り絞り込み、被写界深度を深くして鮮明な画像を得る必要がある。そこで、高いF値を維持したまま、位置ズレ検出と撮影とが行なえるように画像の輝度を補正する。
【0009】
請求項3記載の発明は、コントラスト方式によるフォーカス制御を併用したものである。絞りの開放によって位置ズレ検出が不可能なピンぼけが発生する場合に、画像の位置ズレ検出によるフォーカス制御からコントラスト方式によるフォーカス制御に切り替える。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1において、本発明を内蔵したデジタルカメラ1は、主制御部2、撮像データ処理部3、表示制御部4、記録制御部5、操作部6が設けられている。主制御部2は、演算処理を行いながら各部に制御信号を出力し、デジタルカメラ1の動作シーケンスを管理する。撮像データ処理部3は、撮像部7から出力されたアナログ撮像データに各種の処理を行なう。表示制御部4は、撮像データ処理部3から出力された撮像データや記録済みデータを表示データに変換し、液晶モニタ(図示なし)に撮影画像を表示出力させる。記録制御部5は、撮影された動画像や静止画像をビデオテープやメモリカードに記録するための制御を行なう。操作部6は、録画ボタンや静止画撮影ボタン等(図示なし)の操作によって生じる操作信号を主制御部2に出力する。
【0011】
撮像部7は、ズームレンズ9とフォーカスレンズ10、開口絞り11、CCD撮像素子12から構成されている。ズームレンズ9は、ズームモータを備えたズームレンズ駆動部13により光軸方向に駆動され、CCD撮像素子12に結像する被写体像を光学的に変倍させる。フォーカスレンズ10は、フォーカスモータを備えたフォーカスレンズ駆動部14により光軸方向に駆動され、CCD撮像素子9上に被写体光を結像させる。アイリス駆動部15は、アイリスモータを備えており、開口絞り11の開口径を調節するとともに、開口絞り11をシフト駆動させる。
【0012】
図2において、開口絞り11は、2枚の絞り羽根16,17によって構成されている。絞り羽根16,17の下部には、平歯部16a,17aが形成されている。絞り羽根16,17は、アイリスモータ18,19によって駆動される。アイリスモータ18,19の駆動軸上には、平歯部16a,17aに噛合する小歯車20,21が設けられている。このラックピニオンの駆動によって絞り羽根16,17がそれぞれ左右方向へ自在に移動し、開口絞り11の開口径調節と、開口絞り11のシフト移動とが行なわれる。
【0013】
図3において、開口絞り11は光軸対称な2つの測距位置P1とP2の間をシフト駆動する。図3(a)に示すように、フォーカスレンズ10が物点O1からの光を撮像面PI に結像させる位置にあるとき、開口絞り11が位置P1に移動したときを考える。物点O1からの主光線R1は、理想的に光軸A1上の点S1で撮像面PI に達する。物点O1より遠くにある物点O2の主光線R2は、結像面PI の手前で光軸A1と交差し、撮像面PI 上の点S2に達する。また、物点O1よりも近くにある物点O3の主光線R3は、光軸A1と交差せずに、撮像面PI 上の点S3に達する。開口絞り11が位置P2に移動したときには、図3(b)に示すように、主光線R1,R2,R3は撮像面PI 上のS1,S2’,S3’に達する。
【0014】
図4(a)において、物点O1からの光は撮像面PI 上で結像し、これを合焦状態として示している。図4(b)では、物点O2からの光が撮像面PI の手前で結像する様子を前ピン状態として示している。前ピン状態における画像のズレG2は、交点S2と交点S2’との距離に等しくなる。また、図4(c)に後ピン状態として示すように、物点O3からの光は撮像面PI の後方で結像する。前ピン状態にあるときの画像ズレG2を正、後ピン状態にあるときの画像ズレG3を負のズレ量と定めておくことで、撮像面PI からその手前の結像面までの距離が正の距離、撮像面PI の後方にある結像面までが負の距離となり、フォーカスレンズ10の移動方向がわかる。
【0015】
開口絞り11から撮像面PI までの距離Dが被写体距離に比べて十分小さければ、開口絞り11の開口中心と、撮像面PI 上の主光線とを結んだときに相似関係に近似できる三角形が形成される。開口絞り11の往復のシフト移動量Mと、画像ズレ量Gとからその相似比が求められるので、この相似比と距離Dとによって撮像面PI から結像面までの距離が算出される。撮像面PI と結像面までの距離が求められると、フォーカスレンズ10の移動量を割り出すことができる。
【0016】
図5において、撮像データ処理部3は、輝度補正回路25と画像処理回路26、フォーカス評価回路27、撮像データ出力回路28とから構成されている。輝度補正回路25には、ゲインコントローラ31と画素混合処理回路32が設けられている。
【0017】
ゲインコントローラ31は、CCD撮像素子12から出力されたアナログ撮像データから輝度信号の平均レベルを求めて被写体輝度を測定する。ゲインコントローラ31は、増幅後の輝度信号の平均レベルが常時一定レベルになるように撮像フレームごとにゲインを調節し、輝度信号を規格レベルまで増幅する通常処理と、規格レベルの4分の1まで増幅する特殊処理とで切り替え制御される。
【0018】
画素混合回路32には、ゲインコントローラ31によって規格レベルの4分の1のレベルに増幅された撮像データが入力される。画素混合回路37では、画像中で隣接する正方4画素の輝度信号が加算処理されて1画素の輝度信号として置き換えられる。画素混合回路32に入力された撮像データは、画素数が撮像時の4分の1になり、コントラストが4倍向上する。
【0019】
画像処理回路26には、輝度補正された撮像データにホワイトバランス調節、γ調節を行なう画質補正回路33と、アナログ撮像データをデジタル変換するA/Dコンバータ34とが設けられている。デジタル変換された撮像データは、フォーカス評価回路27と撮像データ出力回路28にそれぞれ出力される。
【0020】
フォーカス評価回路27には、画像比較回路35と、フォーカス演算回路36と、コントラスト検出回路37とが設けられている。画像比較回路35は、基準撮像データと、それ以後に撮像された参照撮像データとをフレームごとに比較演算し、両者の画像ズレの大きさを画素単位で割り出す。
【0021】
フォーカス演算回路36は、画像比較回路35で割り出された画像ズレの大きさから絞り移動による左右方向の画像ズレを求め、これをピントズレの大きさに換算する。また、このピントズレの大きさから、フォーカスレンズ10の現在位置と合焦位置との距離を割り出し、フォーカスレンズ10を合焦位置まで移動させるのに必要なフォーカスモータの駆動量を算出する。コントラスト演算回路37は、入力された撮像データから画像のコントラスト分布を解析してコントラスト評価値を割り出す。
【0022】
撮像データ出力回路28には、像ブレ補正回路38が設けられている。像ブレ補正回路38は、画像比較回路35で割り出された画像ズレの大きさから像ブレ判定処理を行い、開口絞り11のシフト移動による左右方向の被写体像のズレや、手ブレによる二次元の撮像ズレを補正し、画像の位置修正を行なう。画像比較回路35では、時間的に連続した複数フレーム間の画像ズレがそれぞれ割り出され、各フレーム間で割り出された画像ズレが像ブレ判定にかけられ、像ブレ発生の判定時には、各フレームごとに像ブレ補正が行なわれる。
【0023】
次に、図6を用いて本発明の作用について説明する。CCD撮像素子12の駆動が開始されると、主制御部2からアイリス駆動部15に露出制御信号が送られて絞り羽根16,17がそれぞれ駆動され、開口絞り11が測距用絞り径に設定される。ここで、ゲインコントローラ31により被写体輝度が測定され、適正露出が得られている場合は測距が開始される。被写体輝度が高輝度であるときには、開口絞り11の絞り径がさらに小さくなる。一方、被写体輝度が低輝度であるときには開口絞り11は駆動せず、設定状態に応じた露出補正が行なわれる。
【0024】
ゲイン調節による輝度補正が設定されているとき、ゲインコントローラ31に入力された撮像データの輝度信号が規格レベルまで自動的に増幅処理される。画素混合による輝度補正が設定されているときは、ゲインコントローラ31により撮像データの輝度信号が規格レベルの四半レベルまで自動的に増幅処理された後、画素混合回路32において輝度加算処理が行なわれて規格レベルになる。また、絞り開放による露出制御が設定されているときは、開口絞り11が開放駆動されて、絞り径が測距用絞り径よりも大きくなる。
【0025】
適正露出が得られている場合や、ゲイン補正,画素混合による輝度補正が設定された場合には測距動作が開始される。主制御部2からアイリス駆動部15に測距開始信号が出力され、アイリス駆動部15はアイリスモータ18,19を駆動させて、絞り羽根16,17を同方向に駆動させる。開口絞り11は、はじめに右シフトを開始して、測距位置P1まで移動する。画像比較回路35は、開口絞り11の移動中に生じる被写体像のズレを割り出して、これを像ブレ補正回路38に送る。撮像データ出力回路28は、像ブレ補正が行われた撮像データを表示制御部4,記録制御部5にそれぞれ出力する。開口絞り11が測距位置P1に達すると、主制御部2は画質補正回路26に測距用画像取り込み信号を送り、撮像データが第1測距用画像としてフォーカス評価回路27に記憶される。
【0026】
1回目の測距用画像の取り込みが終わると、主制御部2はアイリス駆動部15にシフト切り替え信号を送る。アイリス駆動部15はアイリスモータ18,19の駆動を切り替えて、開口絞り11の左シフトを開始させる。開口絞り11の移動中には、右シフト時と同様に像ブレ補正が行われる。開口絞り11が、測距位置P2に達すると、主制御部2が測距用画像取り込み信号を出力し、フォーカス評価回路27に測距用画像が取り込まれる。2回目の測距用画像の取り込みが終わると、開口絞り11は光軸A1を中心とする元の位置に戻る。
【0027】
画像比較回路35は、開口絞り11の右シフト時と左シフト時に取り込まれた測距用画像を比較して、画像の位置ズレの大きさを割り出す。画像比較回路35からフォーカス演算回路36には測距用画像の位置ズレ情報が送られる。フォーカス演算回路36は、測距用画像の位置ズレの大きさと開口絞り11の移動量とからピントズレの大きさを算出する。また、ピントズレの大きさからフォーカスレンズ10を合焦位置まで移動させるのに必要な距離を割り出す。フォーカス演算回路36は、フォーカスレンズ10の移動方向と移動距離を指定するレンズ駆動量情報を主制御部2に送る。
【0028】
主制御部2は、レンズ駆動量情報に基づいてフォーカスレンズ駆動部14にフォーカス制御信号を送る。フォーカスレンズ駆動部14は、フォーカス演算回路36で割り出されたフォーカスレンズ10の移動方向、移動距離に従ってフォーカスモータを駆動させる。フォーカスレンズ10は光軸方向に沿って合焦位置まで移動し、CCD撮像素子12上では結像した被写体光が撮像される。
【0029】
次に、被写体が低輝度で、絞り開放設定がなされていた場合、主制御部2からアイリス駆動部15には絞り開放信号が出力される。被写体輝度に応じて絞り羽根16,17が開放駆動し、フォーカスレンズ10が光軸方向に調整駆動する。コントラスト演算回路35は、フォーカスレンズ10の調整駆動に伴う画像のコントラスト変化を解析し、測定対称画素の最大輝度レベルと最小輝度レベルの差分をとったコントラスト評価値を割り出す。主制御部2は、コントラスト評価値が最も大きくなる位置でフォーカスレンズ10の駆動を停止させ、ピント合わせを完了させる。
【0030】
なお、上記実施形態は、開口絞り11を光軸対称な2地点間でシフト移動させることにより、撮影範囲の中心でピント合わせを行うように構成しているが、本発明ではフォーカススポットを自在に変更することが可能である。例えば、開口絞りを左右2方向に往復移動させる際、一方向のシフト移動量を大きくし、他方向のシフト移動量を小さくすれば、撮影範囲の中心からフォーカススポットを左右にそれぞれずらすことができる。
【0031】
また、開口絞りを左右に往復移動させる機構に加え、開口絞りを上下に往復移動させる機構を設けることによって、フォーカススポットを撮影範囲のあらゆる位置に設定可能なマルチエリアオートフォーカス機能をもたせることもできる。図7に示すように、開口絞り41とアイリスモータ42,43は、絞り駆動枠44で保持されている。絞り駆動枠44の側面には平歯部44aが形成され、モータ45の駆動軸上に設けられた小歯車46に噛合している。開口絞り41の左右方向のシフトと、上下方向のシフトは独立して行なわれ、フォーカススポットを撮像面上の任意の位置、つまり、撮影範囲の任意の位置に切り替えられる。
【0032】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、非合焦時に、開口絞りの移動によって生じる被写体像のズレを基にピントズレを割り出すことができ、検出素子として撮像素子のみを利用したオートフォーカス制御を行なうことができる。このため、高性能なセンサ等を別途設ける必要がなくコストアップを抑えることができる。
【0033】
また、露出の不足時に輝度補正を行うことで、被写体像のズレを検出するために絞り径を小さく維持することができ、ピントズレ検出に支障が生じることがない。また、コントラスト方式のフォーカス制御を併用し、露出が不足する時に絞りを開放させて、多彩な撮影状況のピント合わせに対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を内蔵したデジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。
【図2】開口絞りの斜視図である。
【図3】開口絞りのシフト移動によって生じる画像ズレを示す説明図である。
【図4】各ピント状態において生じる画像ズレを示す説明図である。
【図5】撮像信号処理部の回路ブロック図である。
【図6】デジタルカメラの動作の流れを示すフローチャートである。
【図7】絞り移動機構の他の実施形態を表す斜視図である。
【符号の説明】
3 撮像信号処理部
7 撮像部
10 フォーカスレンズ
11 開口絞り
12 CCD撮像素子
14 フォーカスレンズ駆動部
15 アイリス駆動部
16,17 絞り羽根
16a,17a 平歯部
18,19 アイリスモータ
20,21 小歯車
25 輝度補正回路
27 フォーカス評価回路
35 画像比較回路
36 フォーカス演算回路
37 コントラスト演算回路
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an autofocus camera that determines an in-focus state using an output signal from an image sensor.
[0002]
[Prior art]
As an autofocus camera that automatically performs focusing, an active rangefinder that projects infrared rays and a passive rangefinder that uses subject light are known. In either case, the focus position of the focus lens is specified from the subject distance determined by triangulation, and focusing is performed. In recent years, digital still cameras and video cameras that incorporate a CCD image sensor, evaluate the contrast value of the captured subject image for each frame, and perform autofocus control to obtain the sharpest contrast are also widely known. ing.
[0003]
Focusing based on the contrast of the image has an advantage that the increase in cost can be suppressed as compared with a built-in distance meter because the imaging device itself is used as a detection device. On the other hand, when the photographed image is a low-contrast image with a narrow brightness distribution, it takes time to evaluate the contrast of the image, which is also referred to as hill-climbing control, and has a drawback of missing a photo opportunity.
[0004]
Therefore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-281530 describes a digital still camera that uses both a focusing method using a contrast method and a focusing method using a phase difference detection method. In the phase difference detection method, it is possible to detect the phase difference from the photoelectric signal of the subject light captured on the optical path symmetric with respect to the optical axis, and to instantly determine the defocus amount to specify the in-focus position. As a result, in the digital still camera, after performing rough focusing by phase difference detection, fine focusing can be performed by contrast evaluation, and the focus speed is improved without reducing accuracy.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, components that use the above-described conventional phase difference detection method often use components that require high mounting accuracy, such as a line sensor that detects a shift of subject light and an optical system in the vicinity thereof. In addition, a sensor group drive circuit, a signal processing circuit, and the like provided separately from the image pickup device are required, resulting in a large increase in manufacturing cost.
[0006]
The present invention has been made in consideration of the above problems, and an object of the present invention is to provide an autofocus camera that can detect the size of a focus shift using an image sensor and can reduce the cost. .
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the autofocus device of the present invention moves the aperture stop arranged on the subject optical path between two distance measuring positions in a plane perpendicular to the optical axis, and at the time of out of focus. The image sensor detects a shift of the subject image caused by the diaphragm parallax. By comparing the distance measurement images captured at each distance measurement position, the size of the image shift calculated is converted into the focus shift size, and the focus position of the focus lens is specified. Simultaneously with the determination of the in-focus position, the amount of movement of the focus lens to the in-focus position is calculated, and autofocus control is performed.
[0008]
According to the second aspect of the present invention, it is possible to detect image shift even when the subject brightness is low. In order to detect a shift of the subject image caused by parallax of the aperture movement in an out-of-focus state, it is necessary to narrow down the subject light as much as possible and increase the depth of field to obtain a clear image. Therefore, the luminance of the image is corrected so that the positional deviation detection and photographing can be performed while maintaining a high F value.
[0009]
The invention according to claim 3 uses focus control by a contrast method in combination. When out-of-focus, which cannot be detected due to the opening of the diaphragm, is switched from focus control based on image position detection to contrast-based focus control.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In FIG. 1, a digital camera 1 incorporating the present invention is provided with a main control unit 2, an imaging data processing unit 3, a display control unit 4, a recording control unit 5, and an operation unit 6. The main control unit 2 outputs a control signal to each unit while performing arithmetic processing, and manages the operation sequence of the digital camera 1. The imaging data processing unit 3 performs various processes on the analog imaging data output from the imaging unit 7. The display control unit 4 converts the imaging data and recorded data output from the imaging data processing unit 3 into display data, and causes a liquid crystal monitor (not shown) to display and output a captured image. The recording control unit 5 performs control for recording a captured moving image or still image on a video tape or a memory card. The operation unit 6 outputs an operation signal generated by an operation of a recording button, a still image shooting button or the like (not shown) to the main control unit 2.
[0011]
The imaging unit 7 includes a zoom lens 9, a focus lens 10, an aperture stop 11, and a CCD imaging device 12. The zoom lens 9 is driven in the optical axis direction by a zoom lens driving unit 13 having a zoom motor, and optically zooms the subject image formed on the CCD image sensor 12. The focus lens 10 is driven in the optical axis direction by a focus lens driving unit 14 having a focus motor, and forms an image of subject light on the CCD image sensor 9. The iris driving unit 15 includes an iris motor, and adjusts the aperture diameter of the aperture stop 11 and shift-drives the aperture stop 11.
[0012]
In FIG. 2, the aperture stop 11 is composed of two stop blades 16 and 17. Flat teeth 16a and 17a are formed below the diaphragm blades 16 and 17, respectively. The diaphragm blades 16 and 17 are driven by iris motors 18 and 19. On the drive shafts of the iris motors 18 and 19, small gears 20 and 21 that mesh with the spur tooth portions 16a and 17a are provided. By driving the rack and pinion, the diaphragm blades 16 and 17 move freely in the left and right directions, and the aperture diameter of the aperture diaphragm 11 and the shift movement of the aperture diaphragm 11 are performed.
[0013]
In FIG. 3, the aperture stop 11 shift-drives between two distance measuring positions P1 and P2 that are symmetric with respect to the optical axis. As shown in FIG. 3 (a), when the focus lens 10 is in the position for focusing light from the object point O1 on the imaging plane P I, consider when the aperture diaphragm 11 is moved to the position P1. Principal ray R1 from the object point O1 is ideally reaches the imaging plane P I at point S1 of the optical axis A1. Principal rays R2 object point O2 in the distance from the object point O1 intersects with the optical axis A1 in front of the image plane P I, reaches the point S2 of the imaging plane P I. The main ray R3 object point O3 near than the object point O1, without intersecting the optical axis A1, reaches the point S3 in the imaging plane P I. When the aperture stop 11 is moved to the position P2, as shown in FIG. 3 (b), the principal rays R1, R2, R3 S1 is on the imaging plane P I, S2 ', S3' reach.
[0014]
4 (a), the light from the object point O1 is imaged on the imaging surface P I, illustrates this as focus. In FIG. 4 (b), shows how the light from the object point O2 is imaged before the imaging plane P I as a front focus state. The image shift G2 in the front pin state is equal to the distance between the intersection S2 and the intersection S2 ′. Further, as shown as a rear focus state in FIG. 4 (c), the light from the object point O3 is imaged behind the imaging plane P I. The image shift G2 when it is in front focus state positive, the image shift G3 when in the rear focus state by leaving predetermined negative deviation amount, the distance from the imaging plane P I to the imaging surface of the front positive distance to the imaging plane at the back of the imaging surface P I is a negative distance, seen the movement direction of the focus lens 10.
[0015]
If the distance D from the aperture stop 11 to the imaging surface P I is smaller enough than the object distance, the triangle can be approximated to similar relationship when connecting the opening center of the aperture stop 11, and a principal ray on the imaging surface P I Is formed. And the shift amount of movement M of the reciprocating of the aperture stop 11, because the similarity ratio and an image shift amount G is calculated, the distance to the imaging plane is calculated from the image plane P I by the the similarity ratio and the distance D. If the distance to the imaging surface P I and the image plane are determined, it is possible to determine the movement amount of the focus lens 10.
[0016]
In FIG. 5, the imaging data processing unit 3 includes a luminance correction circuit 25, an image processing circuit 26, a focus evaluation circuit 27, and an imaging data output circuit 28. The brightness correction circuit 25 is provided with a gain controller 31 and a pixel mixture processing circuit 32.
[0017]
The gain controller 31 obtains the average level of the luminance signal from the analog imaging data output from the CCD imaging device 12 and measures the subject luminance. The gain controller 31 adjusts the gain for each imaging frame so that the average level of the luminance signal after amplification is always a constant level, and normal processing for amplifying the luminance signal to the standard level and up to a quarter of the standard level. Switching is controlled by special processing to be amplified.
[0018]
The pixel mixing circuit 32 receives imaging data amplified by the gain controller 31 to a level that is a quarter of the standard level. In the pixel mixing circuit 37, the luminance signals of four square pixels adjacent in the image are added and replaced with the luminance signal of one pixel. The imaging data input to the pixel mixing circuit 32 has a number of pixels that is a quarter of that at the time of imaging, and the contrast is improved four times.
[0019]
The image processing circuit 26 is provided with an image quality correction circuit 33 that performs white balance adjustment and γ adjustment on the luminance-corrected imaging data, and an A / D converter 34 that digitally converts the analog imaging data. The digitally converted image data is output to the focus evaluation circuit 27 and the image data output circuit 28, respectively.
[0020]
The focus evaluation circuit 27 includes an image comparison circuit 35, a focus calculation circuit 36, and a contrast detection circuit 37. The image comparison circuit 35 compares the standard imaging data and the reference imaging data captured after that for each frame, and calculates the size of the image shift between the two in units of pixels.
[0021]
The focus calculation circuit 36 obtains the image shift in the left-right direction due to the movement of the diaphragm from the size of the image shift determined by the image comparison circuit 35, and converts this to the size of the focus shift. Further, the distance between the current position of the focus lens 10 and the in-focus position is determined from the magnitude of this focus shift, and the drive amount of the focus motor required to move the focus lens 10 to the in-focus position is calculated. The contrast calculation circuit 37 analyzes the contrast distribution of the image from the input image data and calculates a contrast evaluation value.
[0022]
The imaging data output circuit 28 is provided with an image blur correction circuit 38. The image blur correction circuit 38 performs an image blur determination process based on the magnitude of the image shift determined by the image comparison circuit 35, and a two-dimensional image shift due to shift of the aperture stop 11 and a two-dimensional subject image due to camera shake. Is corrected, and the position of the image is corrected. In the image comparison circuit 35, an image shift between a plurality of temporally continuous frames is determined, and the image shift determined between the frames is subjected to image blur determination. Image blur correction is performed.
[0023]
Next, the operation of the present invention will be described with reference to FIG. When driving of the CCD image pickup device 12 is started, an exposure control signal is sent from the main control unit 2 to the iris drive unit 15 to drive the diaphragm blades 16 and 17, respectively, and the aperture stop 11 is set to the aperture diameter for distance measurement. Is done. Here, the subject controller brightness is measured by the gain controller 31, and distance measurement is started when a proper exposure is obtained. When the subject brightness is high, the aperture diameter of the aperture stop 11 is further reduced. On the other hand, when the subject brightness is low, the aperture stop 11 is not driven and exposure correction is performed according to the set state.
[0024]
When luminance correction by gain adjustment is set, the luminance signal of the imaging data input to the gain controller 31 is automatically amplified to a standard level. When luminance correction by pixel mixing is set, the luminance signal of the imaged data is automatically amplified to the quarter level of the standard level by the gain controller 31, and then luminance addition processing is performed in the pixel mixing circuit 32. Become standard level. When the exposure control by opening the aperture is set, the aperture stop 11 is driven to open, and the aperture diameter becomes larger than the aperture diameter for distance measurement.
[0025]
When a proper exposure is obtained, or when brightness correction by gain correction or pixel mixture is set, ranging operation is started. A distance measurement start signal is output from the main control unit 2 to the iris driving unit 15, and the iris driving unit 15 drives the iris motors 18 and 19 to drive the diaphragm blades 16 and 17 in the same direction. The aperture stop 11 first starts a right shift and moves to the ranging position P1. The image comparison circuit 35 determines the deviation of the subject image that occurs during the movement of the aperture stop 11 and sends it to the image blur correction circuit 38. The imaging data output circuit 28 outputs the imaging data subjected to the image blur correction to the display control unit 4 and the recording control unit 5, respectively. When the aperture stop 11 reaches the distance measurement position P1, the main controller 2 sends a distance measurement image capture signal to the image quality correction circuit 26, and the captured image data is stored in the focus evaluation circuit 27 as the first distance measurement image.
[0026]
When the capture of the first distance measurement image is completed, the main control unit 2 sends a shift switching signal to the iris driving unit 15. The iris driving unit 15 switches driving of the iris motors 18 and 19 to start the left shift of the aperture stop 11. While the aperture stop 11 is moving, image blur correction is performed as in the right shift. When the aperture stop 11 reaches the distance measurement position P 2, the main control unit 2 outputs a distance measurement image capturing signal, and the focus evaluation circuit 27 captures the distance measurement image. When the second range-finding image is captured, the aperture stop 11 returns to the original position centered on the optical axis A1.
[0027]
The image comparison circuit 35 compares the distance measurement images captured when the aperture stop 11 is right-shifted and left-shifted, and determines the size of the image misregistration. Position shift information of the distance measurement image is sent from the image comparison circuit 35 to the focus calculation circuit 36. The focus calculation circuit 36 calculates the size of the focus shift from the position shift size of the ranging image and the movement amount of the aperture stop 11. Further, the distance required to move the focus lens 10 to the in-focus position is determined from the size of the focus shift. The focus calculation circuit 36 sends lens drive amount information specifying the moving direction and moving distance of the focus lens 10 to the main control unit 2.
[0028]
The main control unit 2 sends a focus control signal to the focus lens driving unit 14 based on the lens driving amount information. The focus lens driving unit 14 drives the focus motor according to the moving direction and moving distance of the focus lens 10 determined by the focus calculation circuit 36. The focus lens 10 moves to the in-focus position along the optical axis direction, and the imaged subject light is imaged on the CCD image sensor 12.
[0029]
Next, when the subject has low brightness and the aperture is set to open, the main controller 2 outputs an aperture open signal to the iris drive unit 15. The diaphragm blades 16 and 17 are driven to open according to the subject brightness, and the focus lens 10 is adjusted and driven in the optical axis direction. The contrast calculation circuit 35 analyzes the contrast change of the image accompanying the adjustment driving of the focus lens 10 and calculates a contrast evaluation value obtained by taking the difference between the maximum luminance level and the minimum luminance level of the measurement symmetrical pixel. The main control unit 2 stops driving the focus lens 10 at a position where the contrast evaluation value is maximized, and completes focusing.
[0030]
In the above-described embodiment, the aperture stop 11 is configured to focus at the center of the shooting range by shifting the aperture stop between two points that are symmetric with respect to the optical axis. However, in the present invention, the focus spot can be freely set. It is possible to change. For example, when the aperture stop is reciprocated in the left and right directions, if the shift movement amount in one direction is increased and the shift movement amount in the other direction is decreased, the focus spot can be shifted to the left and right from the center of the shooting range. .
[0031]
In addition to a mechanism for reciprocating the aperture stop to the left and right, a mechanism for reciprocating the aperture stop up and down can be provided to provide a multi-area autofocus function that can set the focus spot at any position in the shooting range. . As shown in FIG. 7, the aperture stop 41 and the iris motors 42 and 43 are held by the stop drive frame 44. A spur tooth portion 44 a is formed on the side surface of the diaphragm drive frame 44 and meshes with a small gear 46 provided on the drive shaft of the motor 45. A left-right shift and a vertical shift of the aperture stop 41 are independently performed, and the focus spot can be switched to an arbitrary position on the imaging surface, that is, an arbitrary position in the imaging range.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to determine the focus shift based on the shift of the subject image caused by the movement of the aperture stop when out of focus, and to perform autofocus control using only the image sensor as the detection element. be able to. For this reason, it is not necessary to separately provide a high-performance sensor or the like, and an increase in cost can be suppressed.
[0033]
In addition, by performing luminance correction when the exposure is insufficient, the aperture diameter can be kept small in order to detect a shift in the subject image, and there is no problem in detecting the focus shift. In addition, contrast-type focus control can be used in combination, and the aperture can be opened when the exposure is insufficient to support focusing in various shooting situations.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of a digital camera incorporating the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of an aperture stop.
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating image misalignment caused by shift movement of an aperture stop.
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating image misalignment that occurs in each focus state.
FIG. 5 is a circuit block diagram of an imaging signal processing unit.
FIG. 6 is a flowchart showing a flow of operation of the digital camera.
FIG. 7 is a perspective view showing another embodiment of a diaphragm moving mechanism.
[Explanation of symbols]
3 Imaging signal processing unit 7 Imaging unit 10 Focus lens 11 Aperture stop 12 CCD imaging device 14 Focus lens driving unit 15 Iris driving unit 16, 17 Aperture blades 16 a, 17 a Spiral teeth 18, 19 Iris motor 20, 21 Small gear 25 Brightness Correction circuit 27 Focus evaluation circuit 35 Image comparison circuit 36 Focus calculation circuit 37 Contrast calculation circuit

Claims (3)

被写体光を撮像して撮像データを出力する撮像手段と、
レンズ光軸上を移動して、被写体距離に応じた合焦位置で被写体光を撮像面に結像させるフォーカスレンズと、
撮像面に達する被写体光量を調節する開口絞りと、
前記レンズ光軸に対して垂直な面上にある少なくとも二箇所の測距位置間で、開口絞りを移動させる絞り移動手段と、
開口絞りが各測距位置に移動した時の撮像データを取り込んで各々の測距用画像を取得し、この測距用画像を比較して画像の位置ズレの大きさを割り出す比較演算手段と、
画像の位置ズレの大きさからピントズレの大きさを算出し、合焦位置を特定してレンズ駆動量を算出するフォーカス演算手段と、
レンズ駆動量に応じてフォーカスレンズを合焦位置まで駆動させるレンズ駆動手段とが設けられていることを特徴とするオートフォーカスカメラ。
Imaging means for imaging subject light and outputting imaging data;
A focus lens that moves on the lens optical axis and forms an image of the subject light on the imaging surface at a focus position corresponding to the subject distance;
An aperture stop that adjusts the amount of subject light reaching the imaging surface;
A diaphragm moving means for moving the aperture diaphragm between at least two distance measuring positions on a plane perpendicular to the lens optical axis;
Comparison operation means for acquiring the respective distance measurement images by capturing the imaging data when the aperture stop is moved to each distance measurement position, and comparing the distance measurement images to determine the size of the image position shift;
A focus calculation unit that calculates the size of the focus shift from the size of the position shift of the image, specifies a focus position, and calculates a lens driving amount;
An autofocus camera, comprising: lens driving means for driving the focus lens to a focus position in accordance with a lens driving amount.
前記開口絞りは絞り径の切り替えが可能に構成されており、前記絞り移動手段の作動時に開口絞りを開放駆動させることを禁止して、前記撮像データの輝度レベルを補正することを特徴とする請求項1記載のオートフォーカスカメラ。The aperture stop is configured to be able to switch an aperture diameter, and when the aperture moving unit is operated, the aperture stop is prohibited from being opened and the brightness level of the imaging data is corrected. Item 1. The autofocus camera according to item 1. 前記絞り移動手段の作動を禁止して前記開口絞りを開放駆動させ、前記フォーカスレンズを駆動させながら画像のコントラスト変化を割り出し、このコントラスト変化を参照しながらフォーカスレンズを合焦位置に向けて駆動させることを特徴とする請求項1記載のオートフォーカスカメラ。The aperture moving means is prohibited to operate, the aperture stop is opened, the contrast lens is driven while the focus lens is driven, and the focus lens is driven toward the in-focus position while referring to the contrast change. The autofocus camera according to claim 1.
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