JP2004070038A - Auto-focusing system - Google Patents

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JP2004070038A
JP2004070038A JP2002229773A JP2002229773A JP2004070038A JP 2004070038 A JP2004070038 A JP 2004070038A JP 2002229773 A JP2002229773 A JP 2002229773A JP 2002229773 A JP2002229773 A JP 2002229773A JP 2004070038 A JP2004070038 A JP 2004070038A
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Inventor
Koichi Toyomura
豊村 浩一
Original Assignee
Matsushita Electric Ind Co Ltd
松下電器産業株式会社
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an auto-focusing device excellent in all aspects of responsiveness, stability, precision, and quality in order to constantly provide a high-definition moving picture and a high-resolution still picture without disorder of an image by hunting. <P>SOLUTION: The auto-focusing device is constituted to perform a judgment of near focusing and stop focusing by using data of near focusing. Thus, the responsiveness is improved in the case of not close to focusing, and the quality and precision is improved in near focusing. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラやディジタルスチルカメラなどの撮像装置において、撮影によって得られた映像信号を利用する焦点調節に関し、撮影すべき被写体の像を最適な焦点位置に自動的に調節する自動焦点調節装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ビデオカメラやディジタルスチルカメラなどの撮像装置にとって自動焦点調節機能(オートフォーカス機能)は操作性を向上する重要な機能の一つである。その機能を実現する方法や装置は既にいくつか提案され実施されている。その代表的なものに「山登り方式」と呼ばれるものがある。この方式は、撮影して得られた映像信号から中高周波成分を抽出し、そのレベルが最大(あるいは極大)になるようにレンズの位置を制御する方式である。この方式は、レンズは焦点位置から離れるほど錯乱円が大きくなり、これによりレンズを介して結像した被写体像は焦点位置から離れるほどコントラストが低下するという原理を応用した方式である。映像信号の中高周波成分がこの被写体像のコントラストの度合いに相応する信号である。
【0003】
この方式はパッシブ方式に分類され、「赤外線方式」などのアクティブ方式のような専用の発光装置が不要であり、さらに被写体距離の影響を受けにくいため高精度な焦点調節が可能であるという特長をもつ。また、映像信号そのものを利用するため、同じパッシブ方式でも「位相差検出方式」と呼ばれる方式が具備するような別の光学系を必要としない。このため低コスト化、小型化に適している。
【0004】
その反面、焦点信号レベルが相対的に低くなる低コントラストの被写体、焦点信号の極大点が複数存在してしまう遠近混在のシーン、そして映像信号のノイズの影響を受けやすい低照度下のシーンなどは、原理的に苦手とする被写体およびシーンである。
【0005】
低コントラストの被写体や低照度下のシーンに対する策としては、例えば映像信号から抽出する中高周波成分を異なる周波数帯域で2種類の焦点信号を抽出し、信号レベルなどに応じて被写体の状況を判断して山登り動作の信号として選択的に利用する方法が考えられる。
【0006】
また、遠近混在のシーンに対する策としては焦点信号の検出領域を画面の一部の範囲に限定することで遠近混在の状態を避ける方法が考えられる。またノイズ対策としてはコントラストが無いときの焦点信号をもとに予めノイズレベルを既定し、焦点信号がそのノイズレベル以下の場合にはよりレンズを大きく移動させたり、微小振動(以下、ウォブリングと称す)をさせて焦点信号の変動成分を取り出して合焦方向を特定する方法が考えられる。
【0007】
以下に、山登り方式の自動焦点調節装置の従来構成を図面を参照しながら説明する。
【0008】
図4は従来の自動焦点調節装置の構成を示すものである。図4において、1aを焦点調節用レンズとする複数のレンズからなる撮影レンズ1は、レンズ駆動部6(例えばステッピングモータとその駆動回路)により位置制御される。被写体の光学像は撮影レンズ1を介して撮像手段となる撮像素子2(例えばCCD)上に結像される。
【0009】
撮像素子2は結像した被写体像を光電変換して時系列信号として出力する。映像信号生成回路3は撮像素子2の出力に各種信号処理を施し、所定の映像信号CO(例えばNTSC信号)を出力する。ここで各種信号処理とは、アナログ/デジタル変換、ゲインコントロール、γ補正、輝度信号生成処理、色差信号生成処理などを指し、さらにはアパーチャ補正、ノイズリダクションなどを必要に応じて含むものとする。
【0010】
焦点信号検出回路4では、映像信号生成回路3から出力される時系列信号の内、輝度信号YEを低周波帯域通過フィルタ41(以下、LPFと称す)により積分してノイズ成分を除去した後、高周波帯域通過フィルタ42(以下、HPFと称す)により微分したBP信号を出力する。ピーク検出回路43では、この信号を絶対値化した後、予め設定されたエリア(例えば撮影画面の中央50%)に該当する信号についてそのピーク値(PK信号)を水平走査期間毎に検出してさらにこのピーク値を垂直走査期間にわたって加算回路44で累積加算して焦点信号VFを生成する。この焦点信号VFは被写体像のコントラストの度合に相応するフィールド代表値となる。
【0011】
ここで、図5に焦点信号検出回路4で撮影画面から焦点信号VFを検出する動作のイメージを示す模式図を示し、同図は”白黒白”の縦縞の被写体を例を示している。同図(a)〜(d)は被写体のボケ状態、(e)〜(h)は被写体の合焦状態を示す。
【0012】
まず図5(a)のように被写体にピントが合わずボケている場合は、撮影画面31上の略中央50%の領域である検出領域32の水平走査期間の信号レベルを、HPF42で検出し微分したBP信号は図5(b)のようになる。この信号をピーク検出回路43で絶対値化すると図5(c)のようになり、その時のピーク値(PK信号)を加算回路44に出力する。なお、図5(d)にピーク値を細線矢印で示し、その長さがピーク値の大きさを表している。同様に検出エリア32における全ての水平走査期間毎にピーク値を検出し、加算回路44で垂直走査期間分、加算して焦点信号VFとする。図5(d)に焦点信号VFの大きさを太線矢印で示した。この太線矢印の長さが焦点信号VFの大きさを表している。
【0013】
次に、図5(e)のように被写体にピントが合っている合焦状態の時は、撮影画面31上の略中央50%の領域である検出領域32の水平走査期間の信号レベルを、HPF42で検出し微分したBP信号は図5(f)のようになる。この信号をピーク検出回路43で絶対値化すると図5(g)のようになり、その時のピーク値(PK信号)を加算回路44に出力する。なお、図5(h)にピーク値を細線矢印で示し、その長さがピーク値の大きさを表している。同様に検出エリア32における全ての水平走査期間毎にピーク値を検出し、加算回路44で垂直走査期間分、加算して焦点信号VFとする。図5(h)に焦点信号VFの大きさを太線矢印で示した。この太線矢印の長さが焦点信号VFの大きさを表している。
【0014】
図5(b)及び(f)を比較してもわかるように、ボケ状態と合焦状態とではHPF42で検出する信号レベルに差があり、この信号のピーク値を累積加算した焦点信号も、当然ながら差が生じる。図示の通り、焦点信号VFは合焦状態の方がボケ状態よりも大きくなる。
【0015】
図4に戻り、レンズ制御回路5では、この焦点信号VFを差分回路501で過去の焦点信号、例えば1フィールド前に得られた焦点信号と差分をとることで変動成分ΔVFを生成する。合焦方向判定回路502では、この変動成分ΔVFの符号を見て合焦方向が現時点を基準に遠側か近側か、あるいは直前の移動方向と同じか逆かを判断する。レンズ制御量演算回路503ではこの移動方向に所定の移動量を付加してレンズ制御量としてレンズ駆動部6に出力する。レンズ駆動部6はこの制御量により焦点調節用レンズ1aを駆動させる。これらの構成および動作によって自動的に焦点調節がなされる。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、レンズ制御回路5内のレンズ制御量演算回路503におけるレンズ移動量についてさらに詳しく説明する。
【0017】
焦点調節用レンズ1aの移動量を大きくすれば、焦点調節用レンズ1aの移動スピードは上がる。しかし、移動スピードが速すぎると、ステッピングモータにおいて、レンズ制御量とそれに対応した移動位置の対応が取れなくなり、いわゆる脱調現象を起こしてしまう可能性がある。また、焦点調整用レンズ1aの移動量が大きすぎると、合焦近傍で大きく行き来してしまうハンチング現象が目立ち、著しく映像の品位を損なってしまう。逆に移動量を小さくしすぎると、合焦位置までの到達時間が長くかかり、応答性を悪化させてしまう。
【0018】
そこで、焦点信号VFのレベルによってレンズ移動量を決定する方法が考えられる。図6は被写体によって変化する焦点信号VFの山登りカーブを示している。図6において、X軸は焦点調節用レンズ1aのレンズ位置を示し、略中央に焦点位置を示している。Y軸は焦点信号VFのレベルを示す。被写体Aの特性は被写体の撮影条件が良好な時(コントラストや照度が十分な状態)の特性、被写体Bは被写体の撮影条件が悪い状態(低コントラスト、低照度など)を示す。LEV1とLEV2はスレッシュレベル、MV1〜MV3はレンズ移動量を示している。例えば、図6に示すようにスレッシュレベルLEV1とスレッシュレベルLEV2(LEV2>LEV1)とを予め既定し、ノイズレベルLEV1とスレッシュレベルLEV2と焦点信号VFとの関係が、
VF<LEV1
であれば移動量をMV1とし、
LEV1≦VF<LEV2
であれば移動量をMV2とし、
LEV2≦VF
であれば移動量をMV3とする。ここで移動量MV1からMV3の関係を、
MV1>MV2>MV3
とする。図6ではMV1〜MV3の移動量を矢印の長さで示した。
【0019】
図6において例えば被写体Aの場合、レンズ位置がP1の時、焦点信号VFはLEV1未満であるためレンズは移動量MV1で合焦位置に向かって移動する。レンズが合焦位置に向かって移動し、焦点信号VFのレベルが上がりLEV1を超えると(この時のレンズ位置はP2)、移動量MV1よりも少ない移動量であるMV2に切り換えて合焦位置へ向かって移動する。さらに、焦点信号VFのレベルがLEV2を超えると(この時のレンズ位置はP3)、MV2よりもさらに移動量が少ないMV3に切り換えて移動する。そして合焦位置を通過したP4までレンズを移動させると焦点信号VFのレベルが下がるので、次は逆方向へレンズを移動させ、合焦位置へレンズを近づけていく。最も焦点信号VFのレベルが高くなった位置が合焦位置となる。このように、焦点信号VFのレベルに応じて、焦点調節用レンズ1aの移動量を変更することで、上記問題は改善される。
【0020】
しかし、焦点信号VFのレベルは、被写体距離が同じでも被写体の条件(コントラストや照度など)によって異なるため、例えば図6の被写体Bのように、焦点調整用レンズ1aが合焦近傍に位置していて焦点信号VFがスレッシュレベルLEV1以上であるにもかかわらず、移動量MV3ではなくMV3よりも移動量が大きなMV2となり、ハンチングによって映像(動画)の品位を損ねる恐れがある。
【0021】
一方、ディジタルスチルカメラやビデオカメラの静止画撮影機能で高精細な静止画を撮影するときは、シャッターがリリースされて撮像する被写体像はレンズが停止した状態で露光された被写体像であることが解像度などの点で望ましく、また静止画の画素数が多くなるほどより高い解像度が要求されるため合焦精度が厳しくなる。
【0022】
図7は図6に示した被写体Bの場合のレンズ移動の振る舞いをイメージした模式図であり、横軸をレンズ停止までの時間、縦軸をレンズ位置とした。従来の構成では、レンズの停止精度は予め既定したレンズ移動量(MV1〜3)に大きく依存するため、動画と同様の理由から移動量が小さくできないため、停止精度が悪く、静止画の画質劣化(特に解像度)が生じる恐れがある。
【0023】
静止画撮影時の合焦精度向上対策としては、リリースボタンを半押し状態と全押し状態の2段階検知できる構成として、半押し状態の時にレンズを移動させて焦点信号の最大値を探索する、いわゆる「スキャン方式」を採用することも考えられるが、この場合は、撮影者がリリースボタンを押下してから実際に被写体が撮像されるまでにタイムラグが生じてしまうため、シャッターチャンスを逃してしまう問題がある。
【0024】
本発明はかかる点に鑑み、ハンチングによる映像の乱れがない高品位な動画と解像度の高い静止画とを常に提供するために、応答性、安定性、精度、品位の全てに優れた自動焦点調節装置を提供することを目的とする。
【0025】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、焦点調節用レンズを含む撮影レンズと、レンズ制御量に応じて前記焦点調節用レンズを駆動あるいは停止させるレンズ駆動手段と、前記撮影レンズを介して結像した被写体像を光電変換する撮像手段と、前記撮像手段の出力に所定の信号処理を施して映像信号を生成する映像信号生成手段と、前記映像信号から所定の周波数帯域を抽出して所定の時間間隔ごとに被写体のコントラストの度合を示す焦点信号を検出する焦点信号検出手段と、前記焦点信号の時間変動成分の増減から合焦方向を判断し遠側か近側を示す合焦方向信号を出力する合焦方向判定手段と、前記合焦方向信号を複数個記憶する合焦方向記憶手段と、複数個の前記合焦方向信号の分布状態から合焦近傍か否かを判定する合焦近傍判定手段と、前記合焦近傍判定手段が合焦近傍であると判定している期間の前記焦点信号と前記レンズ制御量とを合焦近傍焦点信号と合焦近傍レンズ制御量として記憶する合焦近傍データ記憶手段と、前記焦点信号と前記合焦近傍判定手段の判定結果と前記合焦近傍焦点信号と前記合焦近傍レンズ制御量とに基づいて焦点調節用レンズの移動方向や移動量を決定して前記レンズ制御量として出力するレンズ制御量演算手段とを備え、前記レンズ制御量演算手段は、前記合焦近傍判定手段が合焦近傍であると判断してから所定時間経過後、前記合焦近傍データ記憶手段に記憶した合焦近傍焦点信号と合焦近傍レンズ制御量に基づき、焦点調節用レンズを停止させることを特徴とする。
【0026】
また、焦点調節用レンズを停止するとき、合焦近傍焦点信号が最大となる合焦近傍レンズ制御量をレンズ制御量として出力することを特徴とするレンズ制御量演算手段を備えるものである。
【0027】
また、合焦近傍判定手段が合焦近傍であると判定している期間中はレンズの移動量を期間外に比べて小さくすることを特徴とするレンズ制御量演算手段を備えるものである。
【0028】
また、合焦近傍判定手段が合焦近傍であると判定した場合にはレンズの移動量を零にすることを特徴とするレンズ制御量演算手段を備えるものである。
【0029】
また、合焦近傍判定手段が合焦近傍であると判定している期間中はレンズの移動量を期間外に比べて小さくし、さらに合焦近傍であると判定している期間が所定期間に達したらレンズを停止するレンズ制御量を出力することを特徴とするレンズ制御量演算手段を備えるものである。
【0030】
また、合焦方向信号が遠側、近側それぞれ所定回数以上になる場合に限り合焦近傍であると判定することを特徴とする合焦近傍判定手段を備えるものである。
【0031】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の発明は、焦点調節用レンズを含む撮影レンズと、レンズ制御量に応じて前記焦点調節用レンズを駆動あるいは停止させるレンズ駆動手段と、前記撮影レンズを介して結像した被写体像を光電変換する撮像手段と、前記撮像手段の出力に所定の信号処理を施して映像信号を生成する映像信号生成手段と、前記映像信号から所定の周波数帯域を抽出して所定の時間間隔ごとに被写体のコントラストの度合を示す焦点信号を検出する焦点信号検出手段と、前記焦点信号の時間変動成分の増減から合焦方向を判断し遠側か近側を示す合焦方向信号を出力する合焦方向判定手段と、前記合焦方向信号を複数個記憶する合焦方向記憶手段と、複数個の前記合焦方向信号の分布状態から合焦近傍か否かを判定する合焦近傍判定手段と、前記合焦近傍判定手段が合焦近傍であると判定している期間の前記焦点信号と前記レンズ制御量とを合焦近傍焦点信号と合焦近傍レンズ制御量として記憶する合焦近傍データ記憶手段と、前記焦点信号と前記合焦近傍判定手段の判定結果と前記合焦近傍焦点信号と前記合焦近傍レンズ制御量とに基づいて焦点調節用レンズの移動方向や移動量を決定して前記レンズ制御量として出力するレンズ制御量演算手段とを備え、前記レンズ制御量演算手段は、前記合焦近傍判定手段が合焦近傍であると判断してから所定時間経過後、前記合焦近傍データ記憶手段に記憶した合焦近傍焦点信号と合焦近傍レンズ制御量に基づき、焦点調節用レンズを停止させることで、常に安定して応答性の良い高精度で高品位な自動焦点調節装置を実現する。
【0032】
請求項2に記載の発明は、レンズ制御量演算手段により焦点調節用レンズを停止するとき、合焦近傍焦点信号が最大となる合焦近傍レンズ制御量をレンズ制御量として出力することで、さらに合焦精度の高い自動焦点調節装置を実現するものである。
【0033】
請求項3に記載の発明は、レンズ制御量演算手段により合焦近傍判定手段が合焦近傍であると判定している期間中はレンズの移動量を期間外に比べて小さくすることで、さらに合焦精度の高い自動焦点調節装置を実現するものである。
【0034】
請求項4に記載の発明は、レンズ制御量演算手段により合焦近傍判定手段が合焦近傍であると判定した場合にはレンズの移動量を零にすることで、さらに応答性の良い自動焦点調節装置を実現するものである。
【0035】
請求項5に記載の発明は、レンズ制御量演算手段により合焦近傍判定手段が合焦近傍であると判定している期間中はレンズの移動量を期間外に比べて小さくするとともに、合焦近傍であると判定している期間が所定期間に達したらレンズを停止するレンズ制御量を出力することで、応答性がよく合焦精度の高い自動焦点調節装置を実現するものである。
【0036】
請求項6に記載の発明は、合焦近傍手段により合焦方向信号が遠側、近側それぞれ所定回数以上になる場合に限り合焦近傍であると判定することで、誤動作なく応答性の良い、合焦精度の高い自動焦点調節装置を実現するものである。
【0037】
以下、本発明の自動焦点調節装置の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【0038】
(実施の形態1)
図1は本発明の自動焦点調節装置の実施の形態の構成を示すブロック図である。図1において、すでに説明した図4と構成、機能が同様なものには同一番号を付す。1は複数のレンズ群からなる撮影レンズで、ズームレンズやフォーカスレンズなどを光軸上に配置した構成からなる。1aは撮影レンズ1の一部である焦点調節用レンズで、光軸方向に移動させることで焦点調節を行うことができる。2は撮影レンズ1を介して入射する被写体の光学信号を結像し電気信号に変換して時系列信号として出力する撮像手段である撮像素子で、例えばCCD(ChargeCoupled Device)などの固体撮像素子からなる。3は撮像素子2からの出力信号に各種信号処理を施す映像信号生成手段である映像信号生成回路で、各種信号処理とは、アナログ/デジタル変換、ゲインコントロール、γ補正、輝度信号生成処理、色差信号生成処理などを指し、さらにはアパーチャ補正、ノイズリダクションなどを必要に応じて施す。
【0039】
4は焦点信号検出手段である焦点信号検出回路で、低周波帯域濾波フィルタ(以下、LPFと記す)41、高周波帯域濾波フィルタ(以下、HPFと記す)、ピーク検出回路43、加算回路44から構成される。LPF41は映像信号生成回路3から出力される時系列信号のうち輝度信号を積分してノイズ成分を除去する。HPF42はLPF41からの出力信号を微分して出力(BP信号)する。ピーク検出回路43はHPF42からの信号を絶対値化した後、予め設定されたエリア(例えば撮影画面の中央50%)に該当する信号について、そのピーク値(PK信号)を水平走査期間毎に検出する。加算回路44では、ピーク検出回路43からの信号において垂直走査期間にわたってピーク値を累積加算して焦点信号VFを生成する。
【0040】
5はレンズ制御手段であるレンズ制御回路で、差分回路501、合焦方向判定回路502、レンズ制御量演算回路503、合焦方向メモリ504、合焦近傍判定回路505、合焦近傍データメモリ506とを備えている。差分回路501では、加算回路44からの焦点信号VFを、過去の焦点信号(例えば、1フィールド前に得られた焦点信号)との差分を求め、変動成分ΔVFを生成する。合焦方向判定回路502では、差分回路501からの変動成分ΔVFの符号をみて、合焦方向が現時点を基準に遠側か近側、あるいは直前の移動方向と同じか逆かを判断する。合焦方向メモリ504は、合焦方向判定回路502で判定された結果を得られた時系列順に複数個(例えば20個)記憶する。20個を超える分は最も古いデータから順に上書きすることで、常に最新の20個のデータが格納される。合焦近傍判定回路505では、合焦方向メモリ504で記憶した20個の合焦方向データを評価して、合焦近傍かどうかを判定する。判定方法としては例えば20個のデータを方向別にカウントし、それぞれの方向が予め既定したスレッシュ値(例えば遠側に5個以上、近側に5個以上)であれば合焦近傍と判断する。レンズ制御量演算回路503では、合焦方向判定回路502の出力と焦点信号VFのレベルと合焦近傍判定回路505の結果と合焦近傍データメモリ506のデータとから、焦点調整用レンズ1aの移動方向と移動量とを求め、レンズ駆動部6へレンズ制御量の情報を出力する。合焦近傍データメモリ506は、焦点信号VFだけでなくレンズ制御量も過去複数回分(例えば20回分)記憶する。この記憶データも、焦点信号と同様に常に最新の20回分のデータが格納されるように、最も古いデータから順次上書きされる。
【0041】
7はレンズ位置検出手段であるレンズ位置検出部であり、焦点調節用レンズ1aの光軸上のレンズ現在位置を検出するもので、例えばMRセンサー(磁気抵抗素子センサー)とその検出回路からなる。レンズ位置検出部7で検出したレンズ現在位置の情報は、レンズ制御量演算回路503に入力される。
【0042】
以上のように構成された本実施の形態の自動焦点調節装置について、以下その動作について説明する。
【0043】
1aを焦点調節用レンズとする複数のレンズからなる撮影レンズ1は、レンズ駆動部6(例えばリニアモータとその駆動回路)により位置制御される。レンズ位置検出回路7(例えばMRセンサーとその検出回路)は、焦点調節用レンズの光軸上のレンズ現在位置を検出する。
【0044】
被写体の光学像は撮影レンズ1を介して撮像手段となる撮像素子2(例えばCCD)上に結像される。撮像素子2は結像した被写体像を光電変換して時系列信号として出力する。映像信号生成回路3は撮像素子2の出力に各種信号処理を施し、所定の映像信号CO(例えばNTSC信号)を出力する。ここで各種信号処理とは、アナログ/デジタル変換、ゲインコントロール、γ補正、輝度信号生成処理、色差信号生成処理などを指し、さらにはアパーチャ補正、ノイズリダクションなどを必要に応じて施す。
【0045】
焦点信号検出回路4では、映像信号生成回路3から出力される時系列信号の内、輝度信号YEをLPF41により積分してノイズ成分を除去した後、HPF42により微分したBP信号を出力する。ピーク検出回路43では、この信号を絶対値化した後、予め設定されたエリア(例えば撮影画面の中央50%)に該当する信号について、そのピーク値を水平走査期間毎に検出して、さらに垂直走査期間にわたって加算回路44でこのピーク値(PK信号)を累積加算して焦点信号VFを生成する。この焦点信号VFは被写体像のコントラストの度合に相応する代表値となる。この焦点信号VFは合焦近傍データメモリ506に過去複数回分(例えば20回分)が合焦近傍焦点信号として記憶される。この記憶データは常に最新の20回分のデータが格納されるように最も古いデータから上書きされる。
【0046】
また、合焦近傍データメモリ506では焦点信号VFだけでなく、レンズ制御量演算回路503からのレンズ制御量(後述する)も過去複数回分(例えば20回分)記憶する。この記憶データも焦点信号と同様に、常に最新の20回分のデータが格納されるように最も古いデータから順次上書きされる。
【0047】
ここで、合焦近傍データメモリ506に記憶される合焦近傍焦点信号と合焦近傍レンズ制御量とは時間的な対応づけを図る必要がある。具体例としては、例えばそれぞれ格納されるデータの時間間隔を1フィールド間隔として、レンズ制御部5のレンズ制御量の出力タイミングからレンズ制御部5への焦点信号VFの入力タイミングの時間遅延が例えば2フィールドあるとすれば、焦点信号メモリ506への記録タイミングは合焦近傍データメモリ506への記録タイミングに対して2フィールド遅らせて時間をそろえておく。これはデータ2個分に相当するため、例えばメモリの番地を2つずらして記録すれば、同一番地に対応づけされてデータが格納される。
【0048】
差分回路501では、焦点信号VFを過去の焦点信号、例えば1フィールド前に得られた焦点信号と差分をとることで変動成分ΔVFを生成する。合焦方向判定回路502では、この変動成分ΔVFの符号(+または−)を見て合焦方向が現時点を基準に遠側か近側か、あるいは直前の移動方向と同じか逆かを判断する。このとき、方向判定のためにウォブリング動作を伴うレンズ駆動をしている場合は、そのウォブリングの周波数が30Hzだとすると、2フィールドで1周期の振動となるため、1フィールド前に得られた焦点信号との差分の後、フィールド毎に交互に符号を反転したものを合焦方向判定に用いる。方向判定では符号が正(+)であれば例えば遠側、負(−)であれば近側が合焦方向であるとする。
【0049】
合焦方向判定メモリ504では、合焦方向判定回路502で判定された結果を得られた時系列順に複数個(例えば20個)記憶する。20個を超える分は最も古いデータから順に上書きすることで常に最新の20個のデータが格納される。
【0050】
合焦近傍判定回路505では、この20個の合焦方向データを評価して合焦近傍かどうかを判定する。判定方法としては例えば20個のデータを方向別にカウントし、それぞれの方向が予め既定したスレッシュ値(例えば遠側に5個以上、近側に5個以上)であれば合焦近傍と判断する。
【0051】
レンズ制御量演算回路503では、合焦方向判定回路502の出力と焦点信号VFのレベルと上記合焦近傍判定回路505の結果と合焦近傍データメモリ506のデータとからレンズの移動方向と移動量とを求め、レンズ駆動部6へレンズ制御量を出力する。
【0052】
合焦近傍判定回路505にて合焦近傍であると判断されていないときは合焦近傍データメモリ506のデータは用いず、合焦方向判定回路502の出力結果と焦点信号VFのレベルとに応じてレンズの移動方向と移動量を決定する。また、合焦近傍判定回路505が合焦近傍であると判断しているときは、その合焦近傍期間の合焦近傍データメモリ506のデータを見て、合焦近傍焦点信号のレベルがもっとも大きい値をとるときのレンズ位置を合焦位置と見なし、レンズを停止させるときにこの合焦近傍焦点信号の最大値と対応づけられる合焦近傍レンズ制御量を用いてレンズの移動方向と移動量を決定する。
【0053】
これらの構成および動作によって合焦近傍か否かに応じて適応的にレンズの移動量を変え、さらにレンズを停止するときは合焦近傍期間中の過去の焦点信号のレベルの中で最大値をとるレンズ制御量を用いてレンズを移動させて停止することで自動的に焦点調節がなされる。
【0054】
ここで、レンズ制御回路5内のレンズ制御量演算回路503におけるレンズ移動量の決定についてさらに詳しく説明する。焦点信号VFにもとづいてレンズの移動量を決定する方法として、例えば、スレッシュレベルLEV1およびスレッシュレベルLEV2(LEV2>LEV1)を予め既定し、
VF<LEV1
であれば移動量MV1、
LEV1≦VF<LEV2
であれば移動量MV2、
VF≧LEV2
であれば移動量MV3とする。さらに合焦近傍判定回路505が合焦近傍であると判定しているときに移動量MV4とする。ここで移動量MV1,MV2,MV3,MV4の関係は、
MV1>MV2>MV3>MV4
とする。MV4は例えば最小単位量とする。
【0055】
次に、焦点信号VFとレンズ移動との関係について、図2を用いて説明する。
【0056】
図2において、X軸は焦点調節用レンズ1aのレンズ位置を示し、略中央に焦点位置を示している。Y軸は焦点信号VFのレベルを示す。被写体Aの特性は被写体の撮影条件が良好な時(コントラストや照度が十分な状態)の特性、被写体Bは被写体の撮影条件が悪い状態(低コントラスト、低照度など)を示す。LEV1とLEV2はスレッシュレベル、MV1〜MV4はレンズ移動量を示している。図においてMV1〜MV4の移動量を矢印の長さで表した。
【0057】
図2において例えば被写体Aの場合、レンズ位置がP1の時、焦点信号VFはLEV1未満であるためレンズは移動量MV1で合焦位置に向かって移動する。レンズが合焦位置に向かって移動し、焦点信号VFのレベルが上がりLEV1を超えると(この時のレンズ位置はP2)、移動量MV1よりも少ない移動量であるMV2に切り換えて合焦位置へ向かって移動する。さらに、焦点信号VFのレベルがLEV2を超えると(この時のレンズ位置はP3)、MV2よりもさらに移動量が少ないMV3に切り換えて移動する。そしてP4の位置まで到達すると合焦近傍判定回路505が、現在のレンズ位置は合焦近傍であると判断し、移動量をMV3よりも少ないMV4に切り換える。次に、MV4の移動量でレンズを移動させ、合焦位置を通過しP5までレンズを移動させると焦点信号VFのレベルが下がるので、次は逆方向へレンズを移動させ、合焦位置へレンズを近づけていく。最も焦点信号VFのレベルが高くなった位置が合焦位置となる。
【0058】
次に、被写体Bの場合は、レンズ位置がQ1の時、焦点信号VFはLEV1未満であるためレンズは移動量MV1で合焦位置に向かって移動する。レンズが合焦位置に向かって移動し、焦点信号VFのレベルが上がりLEV1を超えると(この時のレンズ位置はQ2)、移動量MV1よりも少ない移動量であるMV2に切り換えて合焦位置へ向かって移動する。レンズ位置がQ3に到達すると、合焦近傍判定回路505が、現在のレンズ位置は合焦近傍であると判断し、移動量をMV2をMV4に切り換える。次に、MV4の移動量でレンズを移動させ、合焦位置を通過しQ4までレンズを移動させると焦点信号VFのレベルが下がるので、次は逆方向へレンズを移動させ、合焦位置へレンズを近づけていく。最も焦点信号VFのレベルが高くなった位置が合焦位置となる。
【0059】
このように、被写体の撮影条件に依存せず、合焦近傍でのレンズの移動を最も小さくさせることができるため、ハンチングによる映像の乱れを極力抑えることができる。
【0060】
また合焦近傍用に移動量MV4を設けたことにより、MV1,MV2,MV3は従来よりも大きな値に設定することが可能になる。これにより、合焦近傍でない位置でのレンズの移動スピードを上げることができ、応答性を向上させることができる。
【0061】
また、ウォブリング動作を伴いながら山登り制御を行うような場合には、合焦近傍判定結果が合焦近傍であると判断した場合には、ウォブリングの振幅量をより小さくすることにより、やはり合焦近傍での映像の揺れを低減することができる。
【0062】
また合焦近傍でなければ、ウォブリングの振幅量を従来より大きく設定できるため、焦点信号の変動成分が抽出しやすくなり、合焦方向の判定が容易になる。これにより、低照度時や低コントラスト被写体など山登り方式が苦手とする従来のシーン、被写体においても応答性良く合焦させることが可能になる。ウォブリングの振幅量はレンズ移動量に付加されてレンズ制御量としてレンズ駆動部6に出力されるものとする。
【0063】
次に、レンズを停止させるタイミングと応答性および合焦精度(レンズ停止ばらつき)の関係について説明する。
【0064】
合焦近傍データメモリに格納されている合焦近傍レンズ制御量のステップ間隔はその時点のレンズの移動量に依存する。したがって、合焦近傍判定回路505が合焦近傍と判定して直後にレンズを停止させるようにした場合、応答性は良いが、レンズの停止精度は合焦近傍レンズ制御量は移動量MV4以外の移動量で規定されたステップ間隔となる。
【0065】
これに対して、合焦近傍であると判定されてレンズ移動量をMV4に小さくして、その後所定の時間(例えば20フィールド)経ってから停止させることで、ステップ間隔が小さくなり、レンズ停止時のバラツキがより少なくなり高精度な停止制御が可能となる。
【0066】
次に、図3を用いて、図2の被写体Bを例に合焦近傍判定回路505が、レンズ位置は合焦近傍であることを判断する過程の詳細を、レンズの振る舞いと共に説明する。
【0067】
図3のレンズ移動の模式図において、X軸は時間、Y軸はレンズ位置を示す。図において時間の経過とともに動作を説明すると、まず図3(a)において移動量MV1でレンズを合焦位置に向かって移動させていく。この時の合焦方向は、移動開始時から正方向なので、符号は図3(b)に示すように正方向(+方向)である。よって合焦方向メモリ504に記録される符号の数も、+が20個、−が0個である。次に、焦点信号VFがLEV1を超えると、移動量がMV1からMV2に切り換わり、さらにレンズが移動を続け合焦位置を超えると、合焦方向は負方向となるので、合焦方向判定回路502からは−の符号が出力される。合焦方向メモリ504には−の符号がメモリされていき、−の符号を4個メモリしたタイミングでレンズは合焦位置を再度通過する。すると合焦方向判定回路502から出力される符号は再び+となり、+の個数が加算されていく。このような動作を繰り返していき、合焦方向メモリ504に−の符号が5個メモリされると、レンズが合焦近傍に位置したと判定し、移動量MV2をMV4に切り換える。その後、MV4の移動量でレンズを合焦位置へ向かって移動させていく。
【0068】
そして、レンズ制御量演算回路503は、合焦近傍判定回路505が、レンズ位置が合焦近傍であることを判定したタイミング(図3のZ1)から所定時間経過したタイミング(図3のZ2)で、焦点調節用レンズ1aのレンズ位置に関わらず、動作を停止させようとする。レンズを停止させる際、合焦近傍データメモリ506にメモリしてある合焦近傍焦点信号のレベルが最も大きい値をとる時(レンズが合焦位置を通る時)のレンズ位置を合焦位置とみなし、この合焦近傍焦点信号の最大値と対応づけられる合焦近傍レンズ制御量を用いて、レンズの移動方向と移動量を決定し、最終的にレンズを合焦位置で停止させることができる。
【0069】
以上のような構成および動作によって、合焦近傍判定を行って停止時に合焦近傍のデータを利用して停止させるようにしたことで、合焦近傍でないところでは応答性向上を図り、合焦近傍では品位と精度を向上することができる。
【0070】
さらに言えば、動画撮影と静止画撮影では撮影スタイルが異なり、要求される精度も異なるため、動画と静止画で異なる移動量を持たせ、合焦性能のバランスをそれぞれに最適な状態にカスタマイズすることも可能である。
【0071】
なお、合焦方向メモリ504が記憶する個数は上記の値(20個)に限定されるものではない。20個よりも少なくすればメモリの規模が少なく済む。逆に多くすれば合焦位置を跨いでウォブリングされて方向判定の周期が大きくなる場合でも安定して精度よく合焦近傍判定がなされる。従って移動量MV2や移動量MV3をより大きくすることができ応答性が向上するという利点もある。
【0072】
なお、合焦近傍判定回路505で用いるスレッシュ値は上記の値(各方向5個以上)に固定されるものではない。例えば5個よりも大きくすればノイズの影響をより軽減でき、また被写体のコントラストの違いによる合焦判定信号の周期の違いも吸収されやすくなるため合焦判断の精度が向上する。逆に小さくすれば合焦近傍判定のスピードが向上し、応答性の向上につながる。
【0073】
また、焦点信号VFのレベルが所定値以上でない期間は合焦方向データがノイズの影響を受けて信頼性の低いものであるとして合焦近傍判断結果を無効とするかあるいは合焦近傍判定そのものを停止して常に合焦近傍ではないとすることにより、正確な合焦近傍判定が可能になる。
【0074】
なお、合焦近傍データメモリ506に格納するレンズ制御量は、レンズ駆動手段に出力しているデータそのものである必要はなく、レンズの位置情報に相当する値(例えば、目標位置や現在位置)を記憶しておいてもよく、レンズ制御量に変換できさえすれば良いことは言うまでもない。
【0075】
なお、レンズ駆動部6として必ずしもリニアモータである必要はないが、リニアモータを利用すれば高速駆動が可能なため例えばウォブリングを常時させながら山登り制御を実施することができ、本発明の合焦近傍判定に用いる合焦方向を常に安定して精度よく検出できるという特徴がある。
【0076】
また、本実施の形態ではレンズ位置検出回路を備えることで位置フィードバック制御を行わせることで応答性と合焦精度の向上を図っているが、例えばステッピングモータを使ってオープン制御を行わせても精度向上には同様の効果が得られ、この場合はレンズ位置検出回路を持たなくて良いため低コスト化が可能となる。
【0077】
なお、図3のタイミングZ2におけるレンズ停止は、合焦近傍判定タイミングZ1からZ2までの時間管理によりレンズを停止させたが、動画撮影時などのようにウォブリングで合焦させる場合は、ウォブリング動作を継続させてもよい。但し、静止画撮影時は、レンズ停止時にウォブリング動作を行うと画質低下が目立つため、ウォブリング動作を停止させる。
【0078】
なお、合焦近傍判定タイミングZ1からレンズ停止タイミングZ2までの期間管理は、本実施の形態では時間管理により行ったが、合焦近傍判定タイミングZ1以降、合焦方向メモリ504における+または−の個数が所定値(本実施の形態では5個)以上の焦点信号が、所定回数継続してメモリされた時にレンズ停止タイミングとするような、メモリ回数管理としてもよい。
【0079】
【発明の効果】
以上述べたように本発明は、上記した構成によって、極めて精度高く合焦近傍か否かを判定して適応的にレンズ移動量を変えるようにしたことにより、幅広い被写体条件で誤動作することのない安定で応答性が良好でかつ精度の高い焦点調節を可能とし、自動焦点調節に極めて優れた効果を有するものである。
【0080】
このような自動焦点調節装置をビデオカメラやディジタルスチルカメラに備えることで、常に安定した高品位な動画とシャッターチャンスを逃さないで解像度の高い高画質な静止画を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の自動焦点調節装置の構成を示すブロック図
【図2】同実施の形態におけるレンズ移動量制御による山登り動作のイメージを示す模式図
【図3】同実施の形態におけるレンズの振る舞いをイメージした模式図
【図4】従来の自動焦点調節装置の構成を示すブロック図
【図5】同焦点信号検出の動作イメージを示す模式図
【図6】同レンズ移動量制御による山登り動作のイメージを示す模式図
【図7】同図6の被写体Bの場合のレンズ振る舞いをイメージした模式図
【符号の説明】
1 撮影レンズ
1a 焦点調節用レンズ
2 撮像手段
3 映像信号生成回路
4 焦点信号検出回路
5 レンズ制御回路
502 合焦方向判定回路
503 レンズ制御量演算回路
504 合焦方向メモリ
505 合焦近傍判定回路
506 合焦近傍データメモリ
6 レンズ駆動部
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a focus adjustment using an image signal obtained by shooting in an imaging apparatus such as a video camera or a digital still camera, and more particularly to an automatic focus adjustment for automatically adjusting an image of a subject to be shot to an optimum focus position. It concerns the device.
[0002]
[Prior art]
For an image pickup apparatus such as a video camera or a digital still camera, an automatic focus adjustment function (autofocus function) is one of important functions for improving operability. Several methods and apparatuses for realizing the functions have already been proposed and implemented. A typical example is the so-called “hill climbing method”. In this method, a medium-high frequency component is extracted from a video signal obtained by photographing, and the position of a lens is controlled so that the level thereof becomes maximum (or maximum). This method is based on the principle that the circle of confusion increases as the lens moves away from the focal position, and thus the contrast of the subject image formed via the lens decreases as the distance from the focal position increases. The medium high frequency component of the video signal is a signal corresponding to the degree of contrast of the subject image.
[0003]
This method is classified as a passive method, and does not require a special light-emitting device such as an active method such as an "infrared ray method". In addition, it is hardly affected by the subject distance, so it is possible to adjust the focus with high accuracy. Have. Further, since the video signal itself is used, another optical system provided in a system called “phase difference detection system” is not required even in the same passive system. Therefore, it is suitable for cost reduction and size reduction.
[0004]
On the other hand, low-contrast subjects where the focus signal level is relatively low, mixed scenes where there are multiple local maxima in the focus signal, and low-light scenes that are susceptible to the noise of the video signal , Subjects and scenes that are not good in principle.
[0005]
As a measure against a low-contrast subject or a scene under low illuminance, for example, two kinds of focus signals are extracted in different frequency bands from a high-frequency component to be extracted from a video signal, and the situation of the subject is determined according to a signal level or the like. A method of selectively using the signal as a signal of a hill-climbing operation is considered.
[0006]
As a measure for a mixed perspective scene, a method of avoiding a mixed perspective by limiting the detection area of the focus signal to a partial range of the screen can be considered. As a countermeasure against noise, a noise level is determined in advance based on a focus signal when there is no contrast, and when the focus signal is lower than the noise level, the lens is moved larger or a minute vibration (hereinafter referred to as wobbling). ) To extract the fluctuation component of the focus signal to specify the focusing direction.
[0007]
Hereinafter, a conventional configuration of a hill-climbing automatic focus adjustment device will be described with reference to the drawings.
[0008]
FIG. 4 shows the configuration of a conventional automatic focusing device. In FIG. 4, the position of the photographing lens 1 composed of a plurality of lenses having a focus adjustment lens 1a is controlled by a lens driving unit 6 (for example, a stepping motor and its driving circuit). An optical image of a subject is formed via an imaging lens 1 on an image pickup device 2 (for example, a CCD) serving as an image pickup unit.
[0009]
The imaging element 2 photoelectrically converts the formed subject image and outputs the time-series signal. The video signal generation circuit 3 performs various kinds of signal processing on the output of the imaging element 2 and outputs a predetermined video signal CO (for example, an NTSC signal). Here, the various signal processing means analog / digital conversion, gain control, γ correction, luminance signal generation processing, color difference signal generation processing, and the like, and further includes aperture correction, noise reduction, and the like as necessary.
[0010]
The focus signal detection circuit 4 integrates the luminance signal YE of the time-series signal output from the video signal generation circuit 3 with a low-frequency band-pass filter 41 (hereinafter, referred to as LPF) to remove noise components. It outputs a BP signal differentiated by a high-frequency band-pass filter 42 (hereinafter referred to as HPF). After converting this signal into an absolute value, the peak detection circuit 43 detects the peak value (PK signal) of a signal corresponding to a preset area (for example, 50% at the center of the photographing screen) every horizontal scanning period. Further, the peak value is cumulatively added by the adding circuit 44 over the vertical scanning period to generate the focus signal VF. This focus signal VF becomes a field representative value corresponding to the degree of contrast of the subject image.
[0011]
Here, FIG. 5 is a schematic diagram showing an image of the operation of detecting the focus signal VF from the photographing screen by the focus signal detection circuit 4, and FIG. 5 shows an example of a subject having vertical stripes of “black and white”. 4A to 4D show the blurred state of the subject, and FIGS. 4E to 4H show the focused state of the subject.
[0012]
First, when the subject is out of focus and blurred as shown in FIG. 5A, the HPF 42 detects the signal level in the horizontal scanning period of the detection area 32 which is an area of approximately 50% at the center on the photographing screen 31. The differentiated BP signal is as shown in FIG. When this signal is converted into an absolute value by the peak detection circuit 43, the result becomes as shown in FIG. 5C, and the peak value (PK signal) at that time is output to the addition circuit 44. In FIG. 5D, the peak value is indicated by a thin line arrow, and the length indicates the magnitude of the peak value. Similarly, the peak value is detected for every horizontal scanning period in the detection area 32, and the sum is added by the adding circuit 44 for the vertical scanning period to obtain a focus signal VF. FIG. 5D shows the magnitude of the focus signal VF by a thick arrow. The length of the thick arrow indicates the magnitude of the focus signal VF.
[0013]
Next, when the object is in focus, as shown in FIG. 5E, the signal level of the detection area 32 in the horizontal scanning period, which is an area of approximately 50% at the center on the shooting screen 31, is The BP signal detected and differentiated by the HPF 42 is as shown in FIG. When this signal is converted into an absolute value by the peak detection circuit 43, the result becomes as shown in FIG. 5G, and the peak value (PK signal) at that time is output to the addition circuit 44. In FIG. 5H, the peak value is indicated by a thin arrow, and the length indicates the magnitude of the peak value. Similarly, the peak value is detected for every horizontal scanning period in the detection area 32, and the sum is added by the adding circuit 44 for the vertical scanning period to obtain a focus signal VF. FIG. 5H shows the magnitude of the focus signal VF by a thick arrow. The length of the thick arrow indicates the magnitude of the focus signal VF.
[0014]
As can be seen by comparing FIGS. 5B and 5F, there is a difference in the signal level detected by the HPF 42 between the blurred state and the in-focus state, and the focus signal obtained by cumulatively adding the peak value of this signal is also Of course there is a difference. As shown, the focus signal VF is larger in the focused state than in the blurred state.
[0015]
Returning to FIG. 4, the lens control circuit 5 generates a fluctuation component ΔVF by taking a difference between the focus signal VF and a past focus signal, for example, a focus signal obtained one field before, by a difference circuit 501. The focusing direction determination circuit 502 determines whether the focusing direction is far or near with respect to the current time, or the same as or opposite to the immediately preceding moving direction, based on the sign of the variation component ΔVF. The lens control amount calculation circuit 503 adds a predetermined movement amount in the moving direction and outputs the result to the lens driving unit 6 as a lens control amount. The lens driving unit 6 drives the focus adjusting lens 1a based on the control amount. Focus adjustment is automatically performed by these configurations and operations.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
Here, the lens movement amount in the lens control amount calculation circuit 503 in the lens control circuit 5 will be described in more detail.
[0017]
If the amount of movement of the focusing lens 1a is increased, the moving speed of the focusing lens 1a increases. However, if the moving speed is too fast, the stepping motor may not be able to correspond to the lens control amount and the corresponding moving position, which may cause a so-called step-out phenomenon. If the amount of movement of the focus adjusting lens 1a is too large, a hunting phenomenon in which the focus shifts largely in the vicinity of the focus is conspicuous, and the image quality is significantly impaired. Conversely, if the amount of movement is too small, it takes a long time to reach the in-focus position, resulting in poor responsiveness.
[0018]
Therefore, a method of determining the lens movement amount based on the level of the focus signal VF can be considered. FIG. 6 shows a hill-climbing curve of the focus signal VF that changes depending on the subject. In FIG. 6, the X-axis indicates the lens position of the focus adjusting lens 1a, and the focal position is substantially at the center. The Y axis indicates the level of the focus signal VF. The characteristics of the subject A indicate the characteristics when the shooting conditions of the subject are good (the state where the contrast and the illuminance are sufficient), and the characteristics of the subject B indicate the state where the shooting conditions of the subject are poor (the low contrast, the low illuminance, and the like). LEV1 and LEV2 indicate threshold levels, and MV1 to MV3 indicate lens movement amounts. For example, as shown in FIG. 6, a threshold level LEV1 and a threshold level LEV2 (LEV2> LEV1) are preset, and the relationship between the noise level LEV1, the threshold level LEV2, and the focus signal VF is as follows.
VF <LEV1
If so, set the movement amount to MV1,
LEV1 ≦ VF <LEV2
Then, set the movement amount to MV2,
LEV2 ≦ VF
If so, the moving amount is set to MV3. Here, the relationship between the movement amounts MV1 to MV3 is
MV1>MV2> MV3
And In FIG. 6, the movement amount of MV1 to MV3 is indicated by the length of the arrow.
[0019]
In FIG. 6, for example, in the case of the subject A, when the lens position is P1, the focus signal VF is less than LEV1, and the lens moves toward the in-focus position by the movement amount MV1. When the lens moves toward the focus position and the level of the focus signal VF rises and exceeds LEV1 (the lens position at this time is P2), the lens is switched to MV2, which is a movement amount smaller than the movement amount MV1, and moves to the focus position. Move towards. Further, when the level of the focus signal VF exceeds LEV2 (the lens position at this time is P3), the focus signal VF is switched to MV3 having a smaller moving amount than MV2 and moves. When the lens is moved to P4, which has passed the focus position, the level of the focus signal VF is lowered. Next, the lens is moved in the opposite direction, and the lens is moved closer to the focus position. The position where the level of the focus signal VF becomes highest is the focus position. As described above, by changing the amount of movement of the focus adjustment lens 1a according to the level of the focus signal VF, the above problem is solved.
[0020]
However, since the level of the focus signal VF differs depending on the condition (contrast, illuminance, and the like) of the subject even when the subject distance is the same, the focus adjusting lens 1a is located near the focus, for example, as in the subject B in FIG. Although the focus signal VF is equal to or higher than the threshold level LEV1, the moving amount is not the moving amount MV3 but the moving amount MV2 larger than the MV3, and the quality of the video (moving image) may be impaired due to hunting.
[0021]
On the other hand, when shooting a high-definition still image using the still image shooting function of a digital still camera or a video camera, the subject image captured with the shutter released may be the subject image exposed with the lens stopped. This is desirable in terms of resolution and the like, and the higher the number of pixels of a still image, the higher the resolution required, so that the focusing accuracy becomes severe.
[0022]
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating the behavior of the lens movement in the case of the subject B shown in FIG. 6, in which the horizontal axis represents the time until the lens stops and the vertical axis represents the lens position. In the conventional configuration, the stopping accuracy of the lens greatly depends on the predetermined lens moving amount (MV1 to 3), and the moving amount cannot be reduced for the same reason as for a moving image. (Especially resolution).
[0023]
As a measure for improving the focusing accuracy at the time of shooting a still image, the configuration is such that the release button can be detected in two stages, a half-pressed state and a full-pressed state, and the lens is moved when the half-pressed state is pressed to search for the maximum value of the focus signal. A so-called “scan method” may be employed, but in this case, a time lag occurs between when the photographer presses the release button and when the subject is actually imaged, so that a shutter chance is missed. There's a problem.
[0024]
In view of the foregoing, the present invention provides automatic focusing with excellent responsiveness, stability, accuracy, and quality in order to always provide high-quality moving images and high-resolution still images without image distortion due to hunting. It is intended to provide a device.
[0025]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides an imaging lens including a focusing lens, lens driving means for driving or stopping the focusing lens according to a lens control amount, and an image formed through the imaging lens. Imaging means for photoelectrically converting a subject image; video signal generating means for performing a predetermined signal processing on an output of the imaging means to generate a video signal; and extracting a predetermined frequency band from the video signal to obtain a predetermined time interval. A focus signal detecting means for detecting a focus signal indicating a degree of contrast of a subject for each time; outputting a focus direction signal indicating a far side or a near side by judging a focus direction based on increase / decrease of a time-varying component of the focus signal; Focusing direction determining means, focusing direction storing means for storing a plurality of the focusing direction signals, and focusing proximity determining means for determining whether or not a plurality of the focusing direction signals are in the vicinity of focusing based on a distribution state of the plurality of focusing direction signals. And near-focus data storage for storing the focus signal and the lens control amount as the near-focus focus signal and the near-focus lens control amount during a period in which the near-focus determination unit determines that the focus is near the focus. Means for determining a moving direction and a moving amount of a focus adjusting lens based on the focus signal, the determination result of the near focus determining means, the near focus signal and the near focus lens control amount, A lens control amount calculating means for outputting as a lens control amount, wherein the lens control amount calculating means determines whether the in-focus vicinity data has passed a predetermined time after the in-focus vicinity determining means has determined that the in-focus state is near. The focus adjusting lens is stopped based on the near focus signal and the near focus lens control amount stored in the storage means.
[0026]
Further, when the focus adjusting lens is stopped, a lens control amount calculating means for outputting a lens control amount near the in-focus state at which the focus signal near the in-focus state becomes maximum is output as a lens control amount.
[0027]
In addition, the apparatus further comprises a lens control amount calculating means characterized in that the movement amount of the lens is made smaller during the period in which the focus vicinity determination means determines that the focus is in the vicinity of the focus than in the outside of the period.
[0028]
Further, when the in-focus vicinity determining means determines that the lens is near the in-focus state, the moving amount of the lens is reduced to zero.
[0029]
In addition, during the period in which the focus vicinity determining means determines that the focus is near the focus, the amount of movement of the lens is made smaller than that during the outside of the period. A lens control amount calculating means for outputting a lens control amount for stopping the lens when it is reached is provided.
[0030]
In addition, the apparatus is provided with a focus vicinity determination unit, which determines that the focus is near the focus only when the focus direction signal is equal to or more than a predetermined number of times on the far side and the near side, respectively.
[0031]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
According to the first aspect of the present invention, there is provided a photographing lens including a focusing lens, lens driving means for driving or stopping the focusing lens in accordance with a lens control amount, and a lens connected via the photographing lens. Imaging means for photoelectrically converting the image of the imaged subject; video signal generating means for performing a predetermined signal processing on an output of the imaging means to generate a video signal; and extracting a predetermined frequency band from the video signal to obtain a predetermined A focus signal detecting means for detecting a focus signal indicating a degree of contrast of a subject at each time interval; and determining a focusing direction based on increase / decrease of a time-varying component of the focus signal, and determining a focusing direction signal indicating a far side or a near side. A focusing direction determining means for outputting; a focusing direction storing means for storing a plurality of the focusing direction signals; and a focusing neighborhood for determining whether or not the focus state is near from a distribution state of the plurality of focusing direction signals. Judgment means And near-focus data storage for storing the focus signal and the lens control amount as the near-focus focus signal and the near-focus lens control amount during a period in which the near-focus determination unit determines that the focus is near the focus. Means for determining a moving direction and a moving amount of a focus adjusting lens based on the focus signal, the determination result of the near focus determining means, the near focus signal and the near focus lens control amount, A lens control amount calculating means for outputting as a lens control amount, wherein the lens control amount calculating means determines whether the in-focus vicinity data has passed a predetermined time after the in-focus vicinity determining means has determined that the in-focus state is near. The focusing lens is stopped based on the near-focus lens signal and the near-focus lens control amount stored in the storage unit, thereby realizing a high-precision, high-quality automatic focusing device that is stable and responsive at all times. I do.
[0032]
According to the second aspect of the present invention, when the lens for lens control amount is stopped by the lens control amount calculating means, the near-focus lens control amount at which the near-focus focus signal is maximized is output as the lens control amount. This realizes an automatic focusing device with high focusing accuracy.
[0033]
According to a third aspect of the present invention, the lens movement amount is made smaller during the period in which the lens control amount calculating means determines that the focus vicinity is near the focus than in the outside of the period. This realizes an automatic focusing device with high focusing accuracy.
[0034]
According to a fourth aspect of the present invention, when the in-focus vicinity determining means determines that the lens is in the vicinity of the in-focus state by the lens control amount calculating means, the moving amount of the lens is set to zero, thereby providing a more responsive automatic focusing. An adjustment device is realized.
[0035]
According to a fifth aspect of the present invention, the lens moving amount of the lens is reduced during the period in which the lens control amount calculating unit determines that the in-focus state is in the vicinity of the in-focus state, and the in-focus state is reduced. By outputting a lens control amount for stopping the lens when the period determined to be near reaches a predetermined period, an automatic focusing device with good responsiveness and high focusing accuracy is realized.
[0036]
According to a sixth aspect of the present invention, the focus nearing means determines that the focus is near the focus only when the focus direction signal is equal to or more than a predetermined number of times on the far side and the near side, respectively. Thus, an automatic focusing device having high focusing accuracy can be realized.
[0037]
Hereinafter, an embodiment of an automatic focusing device of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0038]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the automatic focusing apparatus according to the present invention. In FIG. 1, components having the same configuration and function as those of FIG. 4 already described are denoted by the same reference numerals. Reference numeral 1 denotes a photographing lens including a plurality of lens groups, which has a configuration in which a zoom lens, a focus lens, and the like are arranged on the optical axis. Reference numeral 1a denotes a focus adjustment lens which is a part of the photographing lens 1, and can perform focus adjustment by moving the lens in the optical axis direction. Reference numeral 2 denotes an imaging device which is an imaging device which forms an optical signal of a subject incident through the photographing lens 1, converts the optical signal into an electric signal, and outputs the electric signal as a time-series signal, for example, from a solid-state imaging device such as a CCD (Charge Coupled Device). Become. Reference numeral 3 denotes a video signal generation circuit which is a video signal generation means for performing various signal processing on an output signal from the image sensor 2. The various signal processing includes analog / digital conversion, gain control, γ correction, luminance signal generation processing, color difference Refers to signal generation processing and the like, and performs aperture correction, noise reduction, and the like as necessary.
[0039]
Reference numeral 4 denotes a focus signal detection circuit, which is a focus signal detection means, and includes a low frequency band filter (hereinafter, referred to as LPF) 41, a high frequency band filter (hereinafter, referred to as HPF), a peak detection circuit 43, and an addition circuit 44. Is done. The LPF 41 integrates a luminance signal in the time-series signal output from the video signal generation circuit 3 to remove a noise component. The HPF 42 differentiates the output signal from the LPF 41 and outputs it (BP signal). After converting the signal from the HPF 42 into an absolute value, the peak detection circuit 43 detects the peak value (PK signal) of the signal corresponding to a preset area (for example, 50% at the center of the shooting screen) every horizontal scanning period. I do. The adder circuit 44 accumulatively adds the peak values of the signal from the peak detection circuit 43 over the vertical scanning period to generate a focus signal VF.
[0040]
Reference numeral 5 denotes a lens control circuit, which is a lens control means, which includes a difference circuit 501, a focus direction determination circuit 502, a lens control amount calculation circuit 503, a focus direction memory 504, a focus proximity determination circuit 505, and a focus proximity data memory 506. It has. The difference circuit 501 calculates a difference between the focus signal VF from the adder circuit 44 and a past focus signal (for example, a focus signal obtained one field before) to generate a fluctuation component ΔVF. The focusing direction determination circuit 502 determines whether the focusing direction is far or near, or the same or opposite to the previous moving direction, based on the current time, by checking the sign of the fluctuation component ΔVF from the difference circuit 501. The focus direction memory 504 stores a plurality (for example, 20) of the results determined by the focus direction determination circuit 502 in a time series order. By overwriting the oldest data in order from the oldest data, the latest 20 data are always stored. The focus vicinity determination circuit 505 evaluates the 20 focus direction data stored in the focus direction memory 504 to determine whether or not the focus is in the vicinity of focus. As a determination method, for example, 20 data are counted for each direction, and if each direction is a predetermined threshold value (for example, 5 or more on the far side and 5 or more on the near side), it is determined that the focus is near. The lens control amount calculation circuit 503 moves the focus adjustment lens 1a based on the output of the focus direction determination circuit 502, the level of the focus signal VF, the result of the focus proximity determination circuit 505, and the data of the focus proximity data memory 506. The direction and the movement amount are obtained, and information on the lens control amount is output to the lens driving unit 6. The focus vicinity data memory 506 stores not only the focus signal VF but also the lens control amount for a plurality of past times (for example, 20 times). This stored data is also overwritten sequentially from the oldest data so that the latest 20 times of data are always stored like the focus signal.
[0041]
Reference numeral 7 denotes a lens position detecting unit which is a lens position detecting means, which detects the current lens position on the optical axis of the focus adjusting lens 1a, and comprises, for example, an MR sensor (a magnetoresistive element sensor) and its detection circuit. Information on the current lens position detected by the lens position detector 7 is input to the lens control amount calculation circuit 503.
[0042]
The operation of the thus-configured automatic focusing apparatus of the present embodiment will be described below.
[0043]
The position of the photographing lens 1 composed of a plurality of lenses having a focusing lens 1a is controlled by a lens driving unit 6 (for example, a linear motor and its driving circuit). The lens position detection circuit 7 (for example, an MR sensor and its detection circuit) detects the current lens position on the optical axis of the focusing lens.
[0044]
An optical image of a subject is formed via an imaging lens 1 on an image pickup device 2 (for example, a CCD) serving as an image pickup unit. The imaging element 2 photoelectrically converts the formed subject image and outputs the time-series signal. The video signal generation circuit 3 performs various kinds of signal processing on the output of the imaging element 2 and outputs a predetermined video signal CO (for example, an NTSC signal). Here, the various signal processing means analog / digital conversion, gain control, gamma correction, luminance signal generation processing, color difference signal generation processing, and the like, and further performs aperture correction, noise reduction, and the like as necessary.
[0045]
The focus signal detection circuit 4 integrates the luminance signal YE of the time-series signal output from the video signal generation circuit 3 by the LPF 41 to remove a noise component, and then outputs a BP signal differentiated by the HPF 42. After converting this signal into an absolute value, the peak detection circuit 43 detects the peak value of a signal corresponding to a preset area (for example, 50% at the center of the photographing screen) every horizontal scanning period, and further detects the vertical value. The peak value (PK signal) is cumulatively added by the adding circuit 44 over the scanning period to generate the focus signal VF. This focus signal VF becomes a representative value corresponding to the degree of contrast of the subject image. A plurality of past focus signals VF (for example, 20 times) are stored in the near focus data memory 506 as near focus signals. The stored data is overwritten from the oldest data so that the latest 20 data are always stored.
[0046]
In addition, the focus vicinity data memory 506 stores not only the focus signal VF but also a lens control amount (described later) from the lens control amount calculation circuit 503 for a plurality of past times (for example, 20 times). Like the focus signal, the stored data is sequentially overwritten from the oldest data so that the latest 20 data are always stored.
[0047]
Here, it is necessary to temporally associate the near-focus focus signal stored in the near-focus data memory 506 with the near-focus lens control amount. As a specific example, the time delay between the output timing of the lens control amount of the lens control unit 5 and the input timing of the focus signal VF to the lens control unit 5 is, for example, 2 when the time interval of the stored data is one field interval. If there is a field, the recording timing in the focus signal memory 506 is delayed by two fields with respect to the recording timing in the near focus data memory 506, and the time is adjusted. Since this corresponds to two data, for example, if the address of the memory is shifted by two, the data is stored in association with the same address.
[0048]
The difference circuit 501 generates a fluctuation component ΔVF by calculating a difference between the focus signal VF and a past focus signal, for example, a focus signal obtained one field before. The focus direction determining circuit 502 determines whether the focus direction is far or near with respect to the current time point, or the same as or opposite to the immediately preceding movement direction, based on the sign (+ or-) of the fluctuation component ΔVF. . At this time, when the lens driving accompanied by the wobbling operation is performed for the direction determination, if the wobbling frequency is 30 Hz, the vibration becomes one period in two fields, so that the focus signal obtained one field before is used. After the difference of (1), the result of inverting the sign alternately for each field is used for the focus direction determination. In the direction determination, if the sign is positive (+), for example, it is assumed that the far side is the focusing direction, and if the sign is negative (-), the near side is the focusing direction.
[0049]
The focus direction determination memory 504 stores a plurality (for example, 20) of the results determined by the focus direction determination circuit 502 in chronological order. The newest 20 pieces of data are always stored by overwriting the oldest data in the order of more than 20 pieces.
[0050]
The focus vicinity determination circuit 505 evaluates these 20 focus direction data to determine whether or not the focus is near the focus. As a determination method, for example, 20 data are counted for each direction, and if each direction is a predetermined threshold value (for example, 5 or more on the far side and 5 or more on the near side), it is determined that the focus is near.
[0051]
In the lens control amount calculation circuit 503, the movement direction and the movement amount of the lens are determined from the output of the focus direction determination circuit 502, the level of the focus signal VF, the result of the focus vicinity determination circuit 505, and the data of the focus vicinity data memory 506. And outputs a lens control amount to the lens driving unit 6.
[0052]
When it is not determined by the focus vicinity determination circuit 505 that the focus is near the focus, the data of the focus vicinity data memory 506 is not used, and the output of the focus direction determination circuit 502 and the level of the focus signal VF are used. To determine the direction and amount of movement of the lens. When the near focus determination circuit 505 determines that the focus is near the focus, the level of the focus near focus signal is the largest by looking at the data in the near focus data memory 506 during the near focus period. The lens position when taking the value is regarded as the in-focus position, and when the lens is stopped, the moving direction and the moving amount of the lens are determined using the near-focus lens control amount associated with the maximum value of the near-focus focal signal. decide.
[0053]
With these configurations and operations, the moving amount of the lens is adaptively changed according to whether or not the lens is near the focus, and when the lens is stopped, the maximum value of the past focus signal levels during the near-focus period is set. The focus is automatically adjusted by moving and stopping the lens using the lens control amount to be taken.
[0054]
Here, the determination of the lens movement amount in the lens control amount calculation circuit 503 in the lens control circuit 5 will be described in further detail. As a method of determining the movement amount of the lens based on the focus signal VF, for example, a threshold level LEV1 and a threshold level LEV2 (LEV2> LEV1) are set in advance,
VF <LEV1
If so, the movement amount MV1,
LEV1 ≦ VF <LEV2
If so, the movement amount MV2,
VF ≧ LEV2
If so, the movement amount is MV3. Further, when the focus vicinity determination circuit 505 determines that the focus is near the focus, the movement amount is set to MV4. Here, the relationship between the movement amounts MV1, MV2, MV3, MV4 is
MV1>MV2>MV3> MV4
And MV4 is, for example, a minimum unit amount.
[0055]
Next, the relationship between the focus signal VF and the lens movement will be described with reference to FIG.
[0056]
In FIG. 2, the X axis indicates the lens position of the focus adjustment lens 1a, and the focus position is indicated at substantially the center. The Y axis indicates the level of the focus signal VF. The characteristics of the subject A indicate the characteristics when the shooting conditions of the subject are good (the state where the contrast and the illuminance are sufficient), and the characteristics of the subject B indicate the state where the shooting conditions of the subject are poor (the low contrast, the low illuminance, and the like). LEV1 and LEV2 indicate threshold levels, and MV1 to MV4 indicate lens movement amounts. In the figure, the movement amount of MV1 to MV4 is represented by the length of the arrow.
[0057]
In FIG. 2, for example, in the case of the subject A, when the lens position is P1, the focus signal VF is less than LEV1, and the lens moves toward the in-focus position by the movement amount MV1. When the lens moves toward the focus position and the level of the focus signal VF rises and exceeds LEV1 (the lens position at this time is P2), the lens is switched to MV2, which is a movement amount smaller than the movement amount MV1, and moves to the focus position. Move towards. Further, when the level of the focus signal VF exceeds LEV2 (the lens position at this time is P3), the focus signal VF is switched to MV3 having a smaller moving amount than MV2 and moves. When the lens reaches the position P4, the focus vicinity determination circuit 505 determines that the current lens position is near the focus, and switches the movement amount to MV4 smaller than MV3. Next, the lens is moved by the moving amount of MV4, and when the lens is moved to P5 after passing through the focus position, the level of the focus signal VF decreases. Next, the lens is moved in the opposite direction, and the lens is moved to the focus position. Approaching. The position where the level of the focus signal VF becomes highest is the focus position.
[0058]
Next, in the case of the subject B, when the lens position is Q1, the focus signal VF is less than LEV1, and the lens moves toward the in-focus position by the movement amount MV1. When the lens moves toward the focus position and the level of the focus signal VF rises and exceeds LEV1 (the lens position at this time is Q2), the lens is switched to MV2, which is a movement amount smaller than the movement amount MV1, and moves to the focus position. Move towards. When the lens position reaches Q3, the near focus determination circuit 505 determines that the current lens position is near focus and switches the movement amount from MV2 to MV4. Next, when the lens is moved by the moving amount of MV4, and the lens is moved to Q4 after passing through the focusing position, the level of the focus signal VF is lowered. Approaching. The position where the level of the focus signal VF becomes highest is the focus position.
[0059]
As described above, since the movement of the lens in the vicinity of the in-focus state can be minimized irrespective of the photographing conditions of the subject, the disturbance of the image due to hunting can be suppressed as much as possible.
[0060]
Further, by providing the movement amount MV4 for the vicinity of focusing, it is possible to set MV1, MV2, and MV3 to values larger than before. This makes it possible to increase the moving speed of the lens at a position that is not near the in-focus state, thereby improving the response.
[0061]
Further, in the case where hill-climbing control is performed with wobbling operation, if the in-focus vicinity determination result is determined to be near the in-focus state, the amplitude amount of the wobbling is further reduced so that the in-focus state is also reduced. Can be reduced.
[0062]
If the focus is not in the vicinity of the focus, the amplitude of the wobbling can be set larger than before, so that the fluctuation component of the focus signal can be easily extracted, and the focus direction can be easily determined. This makes it possible to focus with good responsiveness even in a conventional scene or a subject where the hill-climbing method is poor, such as a low-illuminance or low-contrast subject. It is assumed that the wobbling amplitude amount is added to the lens movement amount and output to the lens driving unit 6 as a lens control amount.
[0063]
Next, the relationship between the timing at which the lens is stopped, the responsiveness, and the focusing accuracy (lens stop variation) will be described.
[0064]
The step interval of the near-focus lens control amount stored in the near-focus data memory depends on the movement amount of the lens at that time. Therefore, in the case where the near focus determination circuit 505 stops the lens immediately after determining that it is near the focus, the response is good, but the stop precision of the lens is such that the near focus lens control amount is other than the movement amount MV4. The step interval is defined by the movement amount.
[0065]
On the other hand, it is determined that the lens is in the vicinity of the in-focus state, the lens movement amount is reduced to MV4, and then the lens is stopped after a predetermined time (for example, 20 fields). And the stop control can be performed with high accuracy.
[0066]
Next, with reference to FIG. 3, the details of the process in which the focus vicinity determination circuit 505 determines that the lens position is near the focus using the subject B in FIG. 2 as an example will be described together with the behavior of the lens.
[0067]
In the schematic diagram of the lens movement in FIG. 3, the X axis indicates time, and the Y axis indicates the lens position. The operation will be described with the passage of time in the figure. First, in FIG. 3A, the lens is moved toward the in-focus position by the movement amount MV1. Since the focusing direction at this time is the positive direction from the start of the movement, the sign is the positive direction (+ direction) as shown in FIG. Therefore, the number of codes recorded in the focusing direction memory 504 is 20 for + and 0 for-. Next, when the focus signal VF exceeds LEV1, the moving amount is switched from MV1 to MV2, and when the lens continues to move and exceeds the focusing position, the focusing direction becomes a negative direction. 502 outputs a minus sign. The-sign is stored in the focusing direction memory 504, and the lens passes through the focusing position again at the timing when four-signs are stored. Then, the sign output from the focusing direction determination circuit 502 becomes + again, and the number of + is added. Such operations are repeated, and when five minus signs are stored in the focus direction memory 504, it is determined that the lens is located near the focus, and the movement amount MV2 is switched to MV4. After that, the lens is moved toward the in-focus position by the movement amount of the MV4.
[0068]
Then, the lens control amount calculation circuit 503 sets the timing (Z2 in FIG. 3) after a predetermined time has elapsed from the timing (Z1 in FIG. 3) at which the focus proximity determination circuit 505 determines that the lens position is near the focus. The operation is to be stopped regardless of the lens position of the focusing lens 1a. When the lens is stopped, the lens position when the level of the near focus signal stored in the near focus data memory 506 takes the largest value (when the lens passes through the focus position) is regarded as the focus position. By using the near-focus lens control amount associated with the maximum value of the near-focus focus signal, the moving direction and the moving amount of the lens are determined, and the lens can be finally stopped at the in-focus position.
[0069]
With the above-described configuration and operation, by performing the near focus determination and using the data in the vicinity of focus at the time of stop to stop the camera, the responsiveness is improved in places other than near the focus, and Thus, the quality and accuracy can be improved.
[0070]
Furthermore, since the shooting style and the required accuracy are different between video shooting and still image shooting, different moving amounts are provided for video and still images, and the balance of focusing performance is customized to the optimal state for each. It is also possible.
[0071]
The number stored in the focusing direction memory 504 is not limited to the above value (20). If the number is smaller than 20, the size of the memory can be reduced. Conversely, if the number is increased, even when the wobbling is performed over the in-focus position and the cycle of the direction determination is increased, the in-focus vicinity determination is performed stably and accurately. Therefore, there is also an advantage that the movement amount MV2 and the movement amount MV3 can be made larger and the responsiveness is improved.
[0072]
Note that the threshold value used in the in-focus vicinity determination circuit 505 is not fixed to the above value (5 or more in each direction). For example, if the number is larger than five, the influence of noise can be further reduced, and the difference in the period of the focus determination signal due to the difference in the contrast of the subject is easily absorbed, so that the accuracy of the focus determination is improved. Conversely, when the distance is reduced, the speed of the near focus determination is improved, which leads to an improvement in responsiveness.
[0073]
In addition, during the period when the level of the focus signal VF is not higher than the predetermined value, it is determined that the focus direction data is unreliable due to the influence of noise, and the result of the focus proximity determination is invalidated. By stopping and not always in the vicinity of focus, accurate near focus determination can be performed.
[0074]
The lens control amount stored in the near focus data memory 506 does not need to be the data itself output to the lens driving means, but a value (for example, a target position or a current position) corresponding to lens position information. Needless to say, the information may be stored and only needs to be converted into the lens control amount.
[0075]
Note that the lens driving unit 6 does not necessarily need to be a linear motor, but if a linear motor is used, high-speed driving can be performed. For example, hill-climbing control can be performed while wobbling is always performed. There is a feature that the focusing direction used for the determination can always be detected stably and accurately.
[0076]
Further, in the present embodiment, the response and the focusing accuracy are improved by performing the position feedback control by providing the lens position detection circuit, but for example, the open control may be performed by using the stepping motor. A similar effect can be obtained for improving the accuracy. In this case, since it is not necessary to provide a lens position detection circuit, the cost can be reduced.
[0077]
Note that the lens stop at the timing Z2 in FIG. 3 is performed by stopping the lens by controlling the time from the near focus determination timing Z1 to Z2. However, when focusing by wobbling such as when shooting a moving image, the wobbling operation is performed. It may be continued. However, at the time of shooting a still image, if the wobbling operation is performed when the lens is stopped, the image quality deteriorates conspicuously. Therefore, the wobbling operation is stopped.
[0078]
Note that the period management from the focus vicinity determination timing Z1 to the lens stop timing Z2 is performed by time management in the present embodiment, but after the focus vicinity determination timing Z1, the number of + or-in the focus direction memory 504 is determined. The number of times of memory management may be such that the lens stop timing is set when a focus signal having a value equal to or more than a predetermined value (five in the present embodiment) is continuously stored for a predetermined number of times.
[0079]
【The invention's effect】
As described above, the present invention does not malfunction under a wide range of subject conditions by judging whether or not it is in the vicinity of focus with extremely high accuracy and adaptively changing the amount of lens movement. It enables stable, good responsiveness and highly accurate focus adjustment, and has an extremely excellent effect on automatic focus adjustment.
[0080]
By providing such an automatic focusing device in a video camera or a digital still camera, it is possible to always obtain a stable high-quality moving image and a high-resolution still image with high resolution without missing a photo opportunity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an automatic focusing device according to an embodiment of the present invention; FIG. 2 is a schematic diagram showing an image of a hill-climbing operation by lens movement amount control in the embodiment; FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a conventional automatic focus adjustment device. FIG. 5 is a schematic diagram showing an operation image of the same focus signal detection. FIG. 6 is a schematic diagram showing an operation image of the same focus signal detection. FIG. 7 is a schematic view showing an image of a hill-climbing operation according to FIG. 7. FIG. 7 is a schematic view showing the lens behavior in the case of subject B in FIG.
Reference Signs List 1 photographing lens 1a focus adjusting lens 2 imaging means 3 video signal generation circuit 4 focus signal detection circuit 5 lens control circuit 502 focusing direction determination circuit 503 lens control amount calculation circuit 504 focusing direction memory 505 focusing proximity determination circuit 506 Near focus data memory 6 Lens drive unit

Claims (6)

  1. 焦点調節用レンズを含む撮影レンズと、レンズ制御量に応じて前記焦点調節用レンズを駆動あるいは停止させるレンズ駆動手段と、前記撮影レンズを介して結像した被写体像を光電変換する撮像手段と、前記撮像手段の出力に所定の信号処理を施して映像信号を生成する映像信号生成手段と、前記映像信号から所定の周波数帯域を抽出して所定の時間間隔ごとに被写体のコントラストの度合を示す焦点信号を検出する焦点信号検出手段と、前記焦点信号の時間変動成分の増減から合焦方向を判断し遠側か近側を示す合焦方向信号を出力する合焦方向判定手段と、前記合焦方向信号を複数個記憶する合焦方向記憶手段と、複数個の前記合焦方向信号の分布状態から合焦近傍か否かを判定する合焦近傍判定手段と、前記合焦近傍判定手段が合焦近傍であると判定している期間の前記焦点信号と前記レンズ制御量とを合焦近傍焦点信号と合焦近傍レンズ制御量として記憶する合焦近傍データ記憶手段と、前記焦点信号と前記合焦近傍判定手段の判定結果と前記合焦近傍焦点信号と前記合焦近傍レンズ制御量とに基づいて焦点調節用レンズの移動方向や移動量を決定して前記レンズ制御量として出力するレンズ制御量演算手段とを備え、
    前記レンズ制御量演算手段は、前記合焦近傍判定手段が合焦近傍であると判断してから所定時間経過後、前記合焦近傍データ記憶手段に記憶した合焦近傍焦点信号と合焦近傍レンズ制御量に基づき、焦点調節用レンズを停止させることを特徴とした自動焦点調節装置。
    A photographing lens including a focus adjusting lens, a lens driving unit that drives or stops the focus adjusting lens according to a lens control amount, and an imaging unit that photoelectrically converts a subject image formed through the photographing lens, A video signal generating means for performing predetermined signal processing on an output of the imaging means to generate a video signal; and a focus indicating a degree of contrast of a subject at predetermined time intervals by extracting a predetermined frequency band from the video signal. A focus signal detecting means for detecting a signal; a focus direction determining means for determining a focus direction based on an increase or a decrease in a time-varying component of the focus signal and outputting a focus direction signal indicating a far side or a near side; A focusing direction storing means for storing a plurality of direction signals; a focusing proximity determining means for determining whether or not the plurality of focusing direction signals are in the vicinity of focusing; and a focusing proximity determining means. Impatience Near-focus data storage means for storing the focus signal and the lens control amount during the period in which it is determined that the focus signal is near focus and the near-focus lens control amount, and the focus signal and the near focus. A lens control amount calculating unit that determines a moving direction and a moving amount of the focus adjusting lens based on the determination result of the determining unit, the in-focus near focus signal, and the in-focus near lens control amount, and outputs as the lens control amount; With
    The lens control amount calculating means, after a lapse of a predetermined time after the in-focus vicinity determining means has determined that the in-focus state is near, the in-focus near focus signal stored in the in-focus near data storage means and the in-focus near lens An automatic focus adjustment device, wherein a focus adjustment lens is stopped based on a control amount.
  2. 焦点調節用レンズを停止するとき、合焦近傍焦点信号が最大となる合焦近傍レンズ制御量をレンズ制御量として出力することを特徴とするレンズ制御量演算手段を備えたことを特徴とする請求項1記載の自動焦点調節装置。When the focusing lens is stopped, a lens control amount calculating means for outputting, as a lens control amount, a near-focus lens control amount at which the near-focus focus signal is maximized. Item 6. The automatic focusing device according to Item 1.
  3. 合焦近傍判定手段が合焦近傍であると判定している期間中はレンズの移動量を期間外に比べて小さくすることを特徴とするレンズ制御量演算手段を備えたことを特徴とする請求項1乃至2記載のいずれかの自動焦点調節装置。A lens control amount calculating means, wherein the lens movement amount is made smaller during the period in which the focus vicinity determination means determines that the focus is in the vicinity of the focus as compared to outside the period. Item 3. The automatic focusing device according to any one of Items 1 to 2.
  4. 合焦近傍判定手段が合焦近傍であると判定した場合にはレンズを停止するレンズ制御量を出力することを特徴とするレンズ制御量演算手段を備えたことを特徴とする請求項1乃至2記載のいずれかの自動焦点調節装置。3. A lens control amount calculating means, wherein the lens control amount calculating means outputs a lens control amount for stopping the lens when the in-focus vicinity judging means judges that it is near the in-focus state. An automatic focusing device according to any of the preceding claims.
  5. 合焦近傍判定手段が合焦近傍であると判定している期間中はレンズの移動量を期間外に比べて小さくするとともに、合焦近傍であると判定している期間が所定期間に達したらレンズを停止するレンズ制御量を出力することを特徴とするレンズ制御量演算手段を備えたことを特徴とする請求項1乃至2記載のいずれかの自動焦点調節装置。During the period in which the in-focus vicinity determining means determines that the lens is near the in-focus state, the moving amount of the lens is made smaller than that in the out-of-period. 3. The automatic focus adjusting device according to claim 1, further comprising a lens control amount calculating unit that outputs a lens control amount for stopping the lens.
  6. 合焦方向信号が遠側、近側それぞれ所定回数以上になる場合に限り合焦近傍であると判定することを特徴とする合焦近傍判定手段を備えたことを特徴とする請求項1乃至5記載のいずれかの自動焦点調節装置。6. The apparatus according to claim 1, further comprising a focus vicinity determination unit that determines that the focus is near the focus only when the focus direction signal is equal to or more than a predetermined number of times on each of the far side and the near side. An automatic focusing device according to any of the preceding claims.
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