JP2004085673A

JP2004085673A - オートフォーカスシステム

Info

Publication number: JP2004085673A
Application number: JP2002243357A
Authority: JP
Inventors: Tokuji Kanayama; 金山　篤司
Original assignee: Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2002-08-23
Filing date: 2002-08-23
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】映像信号の高域周波数成分により画像の鮮鋭度を示す焦点評価値を求め、その焦点評価値に基づいて撮影レンズのオートフォーカス制御を行う場合に、フォーカスを移動させたときの焦点評価値の変化の大きさに基づいてフォーカスの移動速度を変更するようにし、例えば、焦点評価値の変化が小さい場合には、フォーカスを高速で移動させることで、フォーカスを迅速且つ安定した動作で確実に合焦位置に移動させることができるオートフォーカスシステムを提供する。
【解決手段】ＡＦ制御時においてレンズ装置１０のＣＰＵ４０は、ピント状態検出用撮像素子３２Ａ、３２Ｂから得られる焦点評価値に基づいて、フォーカスを移動させたときの焦点評価値の変化の大きさを判断し、その判断に基づいてフォーカスレンズ１６の移動速度を変更しながらフォーカスレンズ１６を合焦位置に移動させる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はオートフォーカスシステムに係り、特にコントラスト方式によって撮影レンズのフォーカスを制御するオートフォーカスシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラなどのオートフォーカスは、コントラスト方式によるものが一般的である。このコントラスト方式は、撮像素子から得られた映像信号のうちある範囲（フォーカスエリア）内の映像信号の高域周波数成分を積算して焦点評価値とし、その焦点評価値が最大（極大）となるようにピント調整を自動で行うものである。これによって、撮像素子で撮像された画像の鮮鋭度（コントラスト）が最大となる最良ピント（合焦）が得られる。
【０００３】
また、合焦位置（焦点評価値の極大点）にフォーカスを設定する方法として、山登り方式と呼ばれるものが広く知られている。この方法は、フォーカスを動かしたときの異なる２点での焦点評価値の比較により焦点評価値が増加する方向を検出すると共に、その方向にフォーカスを動かし、焦点評価値が増加から減少に変わると、焦点評価値が減少する前の位置にフォーカスを戻してフォーカスを焦点評価値の極大点に設定するというものである。
【０００４】
また、上述の山登り方式の場合、フォーカスを実際に動かさないと焦点評価値の増加方向や合焦を判断することができないという欠点があるため、光路長の異なる位置に複数の撮像素子を配置してフォーカスを動かさなくても撮影レンズのピント状態（前ピン、後ピン、合焦）を検出できるようにしたピント状態検出方法が提案されている（特願２００１−１６８２４６号、特願２００１−１６８２４７号、特願２００１−１６８２４８号、特願２００１−１６８２４９号等）。このピント状態検出方法によれば、各撮像素子から得られる現時点の焦点評価値の大小関係により現時点のピント状態を即座に知ることができるため、フォーカスの移動方向や合焦をフォーカスを動かすことなく判断することができる。したがって、この方法を用いたオートフォーカスでは、フォーカスを合焦位置に迅速に設定することができる等の利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、フォーカス位置に対する焦点評価値の分布は、通常、焦点評価値の極大点を頂点とする山型の分布を示しているが、従来は、フォーカスの現在位置がその焦点評価値分布のどの部分にあるかを考慮することなく、フォーカスを焦点評価値の極大点に向けて移動させるようにしていた。
【０００６】
一方、フォーカスが山型の焦点評価値分布の裾にある場合、即ち、フォーカスの移動量に対して焦点評価値の変化（焦点評価値の傾き）が小さい部分にある場合には、フォーカスが合焦位置に対してある程度離れており、フォーカスを高速で移動させても不具合は生じないが、焦点評価値の極大点付近でフォーカスを高速で移動させると、焦点評価値の極大点を検出できずに不安定なフォーカス動作となるおそれがある。
【０００７】
このため、フォーカスの移動速度は、焦点評価値の極大点を確実に検出できる速度に制限され、フォーカスが焦点評価値分布の裾にある場合には合焦位置に移動するまでの時間が長くなるという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、撮影レンズのフォーカスを迅速に且つ安定した動作で確実に合焦位置に移動させることができるオートフォーカスシステムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、撮影レンズに入射した被写体光を撮像して映像信号を生成し、該映像信号から被写体像の鮮鋭度を示す焦点評価値を生成する焦点評価値生成手段と、該焦点評価値生成手段により生成される焦点評価値が合焦を示す状態となるように前記撮影レンズのフォーカスを制御するフォーカス制御手段と、を備えたオートフォーカスシステムにおいて、前記フォーカス制御手段は、前記撮影レンズのフォーカスを移動させる場合に、フォーカスを移動させたときの焦点評価値の変化の大きさを考慮してフォーカスの移動速度を変更することを特徴としている。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記焦点評価値生成手段は、光路長が異なる位置に配置された複数の撮像面において前記撮影レンズに入射した被写体光を撮像して各撮像面に対する複数の焦点評価値を生成し、前記フォーカス制御手段は、前記焦点評価値の変化の大きさを評価する値として、同一のフォーカス位置において前記焦点評価値生成手段によって生成されたいずれか２つの焦点評価値の差又は比を求め、該焦点評価値の差又は比に基づいて前記フォーカスの移動速度を変更することを特徴としている。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記フォーカス制御手段は、前記焦点評価値の変化の大きさが小さい程、前記フォーカスの移動速度を速くすることを特徴としている。
【００１２】
本発明によれば、フォーカスを移動させたときの焦点評価値の変化の大きさに基づいてフォーカスの移動速度を変更するようにし、例えば、焦点評価値の変化が小さい場合には、フォーカスを高速で移動させ、その後、焦点評価値の変化が大きくなった場合にはフォーカスを低速で移動させるようにすることで、フォーカスを迅速且つ安定した動作で確実に合焦位置に移動させることができるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に係るオートフォーカスシステムの好ましい実施の形態について詳説する。
【００１４】
図１は、本発明に係るオートフォーカスシステムが適用されたテレビカメラシステムのブロック図である。同図に示すように、このテレビカメラシステムは、レンズ装置１０とカメラ本体１２等から構成されており、カメラ本体１２には、放映用の映像を撮影し、所定形式の映像信号を出力又は記録媒体に記録するための撮像素子（以下、映像用撮像素子という）や所要の回路等が搭載されている。
【００１５】
レンズ装置１０は、カメラ本体１２に着脱可能に装着され、主に光学系（撮影レンズ）と制御系とから構成されている。まず、撮影レンズの構成について説明すると、撮影レンズには、フォーカスレンズ（群）１６、ズームレンズ（群）１８、アイリス２０、前側リレーレンズ２２Ａと後側リレーレンズ２２Ｂとからなるリレーレンズ（リレー光学系）等が配置されている。そして、リレー光学系の前側リレーレンズ２２Ａと後側リレーレンズ２２Ｂとの間には、撮影レンズに入射した被写体光からピント状態検出用の被写体光を分岐するためのハーフミラー２４が配置されている。
【００１６】
ハーフミラー２４は、撮影レンズの光軸Ｏに対して略４５度傾斜して設置されており、前側リレーレンズ２２Ａを通過した被写体光の一部（例えば１／３の光量）がピント状態検出用の被写体光として直角に反射するようになっている。
【００１７】
ハーフミラー２４を透過した被写体光は、映像用の被写体光として撮影レンズの後端側から射出されたのち、カメラ本体１２の撮像部１４に入射する。撮像部１４の構成については省略するが、撮像部１４に入射した被写体光は、例えば色分解光学系により、赤色光、緑色光、青色光の３色に分解され、各色ごとの映像用撮像素子の撮像面に入射する。これによって放映用のカラー映像が撮影される。なお、図中のピント面Ｐは、各映像用撮像素子の撮像面に対して光学的に等価な位置を撮影レンズの光軸Ｏ上に示したものである。
【００１８】
一方、ハーフミラー２４で反射された被写体光は、ピント状態検出用の被写体光として光軸Ｏに対して垂直な光軸Ｏ′に沿って進行し、リレーレンズ２６に入射する。そして、このリレーレンズ２６で集光されてピント状態検出部２８に入射する。
【００１９】
ピント状態検出部２８は、光分割光学系を構成する２つのプリズム３０Ａ、３０Ｂと、ピント状態検出用の一対の撮像素子３２Ａ、３２Ｂ（以下、ピント状態検出用撮像素子３２Ａ、３２Ｂという）とで構成されている。
【００２０】
上述したようにハーフミラー２４で反射した被写体光は、光軸Ｏ′に沿って進行し、まず、第１プリズム３０Ａに入射する。そして、第１プリズム３０Ａのハーフミラー面Ｍで反射光と透過光に等分割される。このうち反射光は一方のピント状態検出用撮像素子３２Ａの撮像面に入射し、透過光は他方のピント状態検出用撮像素子３２Ｂに入射する。尚、各ピント状態検出用撮像素子３２Ａ、３２Ｂのそれぞれの撮像面には、例えば、撮影レンズに入射した全被写体光のうちの１／６の光量が入射する。
【００２１】
図２は、カメラ本体１２の映像用撮像素子に入射する被写体光の光軸と一対のピント状態検出用撮像素子３２Ａ、３２Ｂに入射する被写体光の光軸を同一直線上に表示したものである。同図に示すように、一方のピント状態検出用撮像素子３２Ａに入射する被写体光の光路長は、他方のピント状態検出用撮像素子３２Ｂに入射する被写体光の光路長よりも短く設定され、映像用撮像素子の撮像面（ピント面Ｐ）に入射する被写体光の光路長は、その中間の長さとなるように設定されている。すなわち、一対のピント状態検出用撮像素子３２Ａ、３２Ｂ（の撮像面）は、それぞれ映像用撮像素子の撮像面（ピント面Ｐ）に対して前後等距離の位置に配置されている。
【００２２】
このように配置された一対のピント状態検出用撮像素子３２Ａ、３２Ｂにより、撮影レンズに入射した被写体光が映像用撮像素子の撮像面（ピント面Ｐ）に対して前後等距離の位置で撮像されるようになっている。尚、ピント状態検出用撮像素子３２Ａ、３２Ｂは後述のようにピント状態検出（オートフォーカス制御）のための映像信号を取得するものであり、カラー映像を撮像するものである必要はなく、本実施の形態では白黒画像を撮像するＣＣＤであるものとする。
【００２３】
続いて、レンズ装置１０の制御系について説明すると、上記フォーカスレンズ１６、ズームレンズ１８、アイリス２０は、それぞれ図１に示すフォーカスモータ４２、ズームモータ４６、アイリスモータ５０と図示しない動力伝達機構を介して連結されており、フォーカスモータ４２を駆動すると、フォーカスレンズ１６が光軸方向に移動して撮影レンズの焦点位置（撮影距離）が変更され、ズームモータ４６を駆動すると、ズームレンズ１８が光軸方向に移動して撮影レンズのズーム倍率が変更され、アイリスモータ５０を駆動すると、アイリス２０の絞り羽根が開閉動作して絞り径（絞り値）が変更されるようになっている。
【００２４】
各モータ４２、４６、５０には、それぞれフォーカスモータ駆動回路４４、ズームモータ駆動回路４８、アイリスモータ駆動回路５２から駆動電圧が与えられ、各駆動回路４４、４８、５２には、Ｄ／Ａ変換器５４を介してレンズ装置１０に搭載されたＣＰＵ４０から出力された制御信号が与えられるようになっている。
【００２５】
ＣＰＵ４０から出力される上記制御信号は、例えば、駆動するモータの回転速度、即ち、駆動する対象（フォーカスレンズ１６、ズームレンズ１８、アイリス２０）の動作速度に対応する電圧値を示しており、その電圧値がＤ／Ａ変換器５４によってアナログ信号に変換されて対応する駆動回路４４、４８、５２に与えられると、各駆動回路４４、４８、５２によって電圧増幅され、その増幅された電圧が駆動電圧として対応するモータ４２、４６、５０に印加される。これによって、各モータ４２、４６、５０の回転速度がＣＰＵ４０によって制御される。
【００２６】
また、フォーカスレンズ１６、ズームレンズ１８、アイリス２０の現在位置がそれぞれポテンショメータ等のフォーカスレンズ位置検出器５６、ズームレンズ位置検出器５８、アイリス位置検出器６０によって検出されており、それらの位置検出器５６、５８、６０から出力された検出信号がＡ／Ｄ変換器６８を介してＣＰＵ４０に与えられるようになっている。
【００２７】
従って、ＣＰＵ４０の処理において、上述のように各モータ４２、４６、５０の回転速度を制御することにより、フォーカスレンズ１６、ズームレンズ１８、アイリス２０の動作速度を所望の速度に制御することができると共に、各位置検出器５６、５８、６０からの検出信号によりフォーカスレンズ１６、ズームレンズ１８、アイリス２０の現在位置を読み取りながら、各モータ４２、４６、５０の回転速度を制御することにより、フォーカスレンズ１６、ズームレンズ１８、アイリス２０の設定位置を所望の位置に制御することができる。
【００２８】
撮影レンズのフォーカスやズームは、一般にフォーカスデマンド６２やズームデマンド６４等のコントローラをレンズ装置１０に接続することによって操作者がマニュアル操作することができるようになっており、例えば、フォーカスデマンド６２からは、マニュアル操作部材（フォーカスリング）の回動位置に対応した電圧のフォーカス指令信号（フォーカスデマンドデータ）が出力され、Ａ／Ｄ変換器６８を介してＣＰＵ４０に与えられる。ＣＰＵ４０は、例えば、そのフォーカスデマンドデータの値をフォーカスレンズ１６の移動目標位置を示す値として、その移動目標位置と、フォーカスレンズ位置検出器５６から取得される現在位置（フォーカス位置データ）との差に応じた移動速度での移動を指令する制御信号を上述のようにＤ／Ａ変換器５４を介してフォーカスモータ駆動回路４４に出力する。これによりフォーカスレンズ１６がフォーカスデマンド６２によって指令された移動目標位置に移動し、停止する。
【００２９】
尚、ズームデマンド６４からは、一般に、操作部材（サムリング）の回動位置に対応した電圧がズームレンズ１８の移動目標速度を示す値としてＣＰＵ４０に与えられ、ＣＰＵ４０は、その移動目標速度での移動を指令する制御信号をズームモータ駆動回路４８に出力し、ズームレンズ１８をズームデマンド６４によって指令された移動目標速度で移動させる。また、アイリス２０については、一般にカメラ本体１２からアイリス２０の動作目標位置を指令する指令信号がＣＰＵ４０に与えられ、その動作目標位置となるようにアイリス２０の位置がＣＰＵ４０によって制御される。
【００３０】
また、撮影レンズのフォーカスの制御には、上記フォーカスデマンド６２を用いたマニュアルフォーカス（ＭＦ）制御と、上記ピント状態検出用撮像素子３２Ａ、３２Ｂからの映像信号に基づくオートフォーカス（ＡＦ）制御とがあり、このようなＭＦ制御とＡＦ制御を切り替えるＡＦスイッチ６６がレンズ装置１０又はフォーカスデマンド６２等に設けられている。ＡＦスイッチ６６のオン／オフ状態は、ＣＰＵ４０によって検出され、ＡＦスイッチ６６がオフの場合にはＭＦ制御が行われ、上述のようにフォーカスデマンド６２からのフォーカス指令信号（フォーカスデマンドデータ）に基づいてフォーカスレンズ１６が制御される。
【００３１】
一方、ＡＦスイッチ６６がオンされた場合には、ＡＦ制御が行われる。即ち、上記一対のピント状態検出用撮像素子３２Ａ、３２Ｂで撮像された画像（映像）は、その各画素値を１画面を構成する複数の走査線（水平ライン）にそって順次伝送する映像信号として出力され、焦点評価値生成部７０に入力される。焦点評価値生成部７０の構成、処理については後述するが、焦点評価値生成部７０において、その入力された映像信号から、各ピント状態検出用撮像素子３２Ａ、３２Ｂで撮像された各画像のコントラスト（鮮鋭度）の高低を示す焦点評価値が生成され、それらの生成された焦点評価値がＣＰＵ４０に与えられるようになっている。尚、ピント状態検出用撮像素子３２Ａからの映像信号に基づいて生成された焦点評価値を、チャンネルＡ（ｃｈＡ）の焦点評価値といい、ピント状態検出用撮像素子３２Ｂからの映像信号に基づいて生成された焦点評価値を、チャンネルＢ（ｃｈＢ）の焦点評価値という。ＣＰＵ４０では、詳細を後述するように、焦点評価値生成部７０から取得したｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値を取得し、その取得した焦点評価値に基づいて、撮影レンズのピント状態（前ピン、後ピン、合焦）を検出すると共に、撮影レンズのピント状態が合焦となるようにフォーカスレンズ１６の位置を制御する。
【００３２】
以上の如く構成されたカメラシステムにおけるＡＦの制御について以下詳説する。まず、焦点評価値生成部７０の構成及び処理について説明する。図３に示すように、各ピント状態検出用撮像素子３２Ａ、３２Ｂから出力された映像信号は、焦点評価値生成部７０のハイパスフィルタ（ＨＰＦ）８０Ａ、８０Ｂに入力される。ここでピント状態検出用撮像素子３２Ａ、３２Ｂは、いずれも白黒画像を撮影するＣＣＤであることから、各ピント状態検出用撮像素子３２Ａ、３２Ｂから出力される映像信号は、それぞれの画面を構成する各画素の輝度値を示す輝度信号である。
【００３３】
ＨＰＦ８０Ａ、８０Ｂに入力された映像信号は、それぞれＨＰＦ８０Ａ、８０Ｂによってその高域周波数成分が抽出され、その高域周波数成分の信号は、続いてＡ／Ｄ変換器８２Ａ、８２Ｂによってデジタル信号に変換される。そして、ピント状態検出用撮像素子３２Ａ、３２Ｂにより撮像された画像の１画面分（１フィールド分）のデジタル信号のうち所定のフォーカスエリア内（例えば、画面中央部分）の画素に対応するデジタル信号のみがゲート回路８４Ａ、８４Ｂによって抽出され、抽出された範囲のデジタル信号の値が加算器８６Ａ、８６Ｂによって加算される。これにより、フォーカスエリア内における映像信号の高域周波数成分の値の総和が求められる。加算器８６Ａ、８６Ｂによって得られた値は、フォーカスエリア内における画像の鮮鋭度の高低を示す焦点評価値であり、加算器８６Ａで得られた焦点評価値はチャンネルＡ（ｃｈＡ）の焦点評価値として、加算器８６Ｂで得られた焦点評価値はチャンネルＢ（ｃｈＢ）の焦点評価値としてＣＰＵ４０に与えられる。
【００３４】
尚、同図に示す同期信号発生回路８８からは、各種同期信号が各ピント状態検出用撮像素子３２Ａ、３２Ｂやゲート回路８４Ａ、８４Ｂ等の各回路に与えられており、各回路の処理の同期が図られている。また、同期信号発生回路８８からＣＰＵ４０には、映像信号の１フィールドごとの垂直同期信号（Ｖ信号）が与えられている。
【００３５】
次に、上記焦点評価値に基づくピント状態の検出及びフォーカス（フォーカスレンズ１６）の制御について説明する。上記のように焦点評価値生成部７０から取得されるｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値により映像用撮像素子の撮像面（ピント面Ｐ）に対する撮影レンズの現在のピント状態を検出することができる。
【００３６】
図４は、横軸に撮影レンズのフォーカスレンズ１６の位置（フォーカス位置）、縦軸に焦点評価値をとり、ある被写体を撮影した際のフォーカス位置に対する焦点評価値の様子を示した図である。図中点線で示す曲線Ｃは、映像用撮像素子（又は映像用撮像素子と共役の位置に配置された撮像素子）からの映像信号により焦点評価値を求めたと仮定した場合にその焦点評価値をフォーカス位置に対して示したものであり、図中実線で示す曲線Ａ、Ｂは、それぞれピント状態検出用撮像素子３２Ａ、３２Ｂから得られるｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値をフォーカス位置に対して示したものである。同図において、曲線Ｃの焦点評価値が最大（極大）となる位置Ｆ３が合焦位置である。
【００３７】
撮影レンズのフォーカス位置が同図のＦ１に設定された場合、ｃｈＡの焦点評価値Ｖ_Ａ１は、曲線Ａの位置Ｆ１に対応する値となり、ｃｈＢの焦点評価値Ｖ_Ｂ１は、曲線Ｂの位置Ｆ１に対応する値となる。そして、この場合、ｃｈＡの焦点評価値Ｖ_Ａ１の方が、ｃｈＢの焦点評価値Ｖ_Ｂ１よりも大きくなり、このことから、フォーカス位置が合焦位置（Ｆ３）よりも至近側に設定された状態、すなわち、前ピンの状態であることが分かる。
【００３８】
一方、撮影レンズのフォーカス位置が同図のＦ２に設定された場合、ｃｈＡの焦点評価値Ｖ_Ａ２は、曲線Ａの位置Ｆ２に対応する値となり、ｃｈＢの焦点評価値Ｖ_Ｂ２は、曲線Ｂの位置Ｆ２に対応する値となる。そして、この場合、ｃｈＡの焦点評価値Ｖ_Ａ２の方が、ｃｈＢの焦点評価値Ｖ_Ｂ２よりも小さくなり、このことから、フォーカス位置が合焦位置（Ｆ３）よりも無限遠側に設定された状態、すなわち、後ピンの状態であることが分かる。
【００３９】
これに対して、撮影レンズのフォーカス位置がＦ３、すなわち合焦位置に設定された場合、ｃｈＡの焦点評価値Ｖ_Ａ３は、曲線Ａの位置Ｆ３に対応する値となり、ｃｈＢの焦点評価値Ｖ_Ｂ３は、曲線Ｂの位置Ｆ３に対応する値となる。このとき、ｃｈＡの焦点評価値Ｖ_Ａ３とｃｈＢの焦点評価値Ｖ_Ｂ３は等しくなり、このことから、フォーカス位置が合焦位置（Ｆ３）に設定された状態であることが分かる。
【００４０】
このように、焦点評価値生成部７０から得られるｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値により、撮影レンズの現在のピント状態が前ピン、後ピン、合焦のいずれの状態であるかを検出することができる。
【００４１】
従って、焦点評価値生成部７０から得られるｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値に基づいてフォーカスレンズ１６の位置を制御することにより、フォーカスレンズ１６を合焦位置に移動させることができる。即ち、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値が、前ピンであると判断される状態の場合には、フォーカスレンズ１６を無限遠方向に移動させ、後ピンであると判断される状態の場合には、フォーカスレンズ１６を至近方向に移動させ、合焦であると判断される状態となった場合には、フォーカスレンズ１６をその位置で停止させることによって、フォーカスレンズ１６を合焦位置に移動させることができる。
【００４２】
上記説明に対応するＣＰＵ４０の処理について具体的に説明すると、焦点評価値生成部７０から取得されるｃｈＡの焦点評価値をＡＦＶ＿Ａ、ｃｈＢの焦点評価値をＡＦＶ＿Ｂとすると、ＡＦＶ＿Ａ＞ＡＦＶ＿Ｂの場合には前ピンの状態であることからＣＰＵ４０は、現在設定されているフォーカスレンズ１６の移動目標位置を無限遠側に後述する移動量分（正の値）だけ変化させ、その新たな移動目標位置にフォーカスレンズ１６を移動させる制御信号を上記Ｄ／Ａ変換器５４を介してフォーカスモータ駆動回路４４に出力する。反対にＡＦＶ＿Ａ＜ＡＦＶ＿Ｂの場合には後ピンの状態であることから、現在設定されているフォーカスレンズ１６の移動目標位置を至近側に後述する移動量分（負の値）だけ変化させ、その新たな移動目標位置にフォーカスレンズ１６を移動させる制御信号を上記Ｄ／Ａ変換器５４を介してフォーカスモータ駆動回路４４に出力する。このような処理を繰り返し、ＡＦＶ＿Ａ＝ＡＦＶ＿Ｂとなった場合にはフォーカスレンズ１６の移動を停止させる。これによってフォーカスレンズ１６が合焦位置に移動する。
【００４３】
ここで、フォーカスレンズ位置検出器５６から取得されるフォーカスレンズ１６の現在位置を示す検出信号の値（フォーカス位置データ）をＦ＿ＰＯＳＩとし、上述のように設定されるフォーカスレンズ１６の移動目標位置をＡＦ＿ＣＴＲＬとすると、ＣＰＵ４０は移動目標位置ＡＦ＿ＣＴＲＬから現在位置Ｆ＿ＰＯＳＩを引いた値、即ち、ＡＦ＿ＣＴＲＬ−Ｆ＿ＰＯＳＩをフォーカスモータ駆動回路４４に出力する制御信号の値Ｆ＿ＳＰＥＥＤとする。フォーカスモータ駆動回路４４に出力される制御信号は、フォーカスモータ駆動回路４４に指令するフォーカスモータ４２の回転速度（フォーカスレンズ１６の移動速度）に対応した値であり、上述のように設定した制御信号の値Ｆ＿ＳＰＥＥＤをフォーカスモータ駆動回路４４に出力することで、移動目標位置ＡＦ＿ＣＴＲＬと現在位置Ｆ＿ＰＯＳＩとの差（ＡＦ＿ＣＴＲＬ−Ｆ＿ＰＯＳＩ）に対応した速度でフォーカスレンズ１６が移動することになる。
【００４４】
次に、上述のようにフォーカスレンズ１６を合焦位置に移動させる際のフォーカスレンズ１６の移動速度について説明する。ＣＰＵ４０は、上述のような処理によりフォーカスレンズ１６を合焦位置に移動させる際に、フォーカスレンズ１６を迅速且つ安定した動作で合焦位置に移動させるために、現在のフォーカス位置（フォーカス現在位置）における焦点評価値（例えば、図４の曲線Ｃで示した映像用撮像素子から得られる焦点評価値）の傾き（変化の大きさ）を考慮して移動速度を決定するようにしている。
【００４５】
即ち、フォーカス現在位置における焦点評価値の傾きが、例えば図４の曲線Ｃに示す山型の焦点評価値の裾の部分のように小さい場合、フォーカス現在位置が合焦位置に対して大きく離れていることを示しており、この場合、フォーカスレンズ１６をできるだけ高速で移動させ、短時間で合焦位置まで近づけることによって合焦状態となるまでに要するの時間を短縮することができる。また、焦点評価値の傾きが小さい場合には、フォーカスレンズ１６を移動させた場合の焦点評価値の変化が少ない（フォーカス現在位置が合焦位置に対して大きく離れている）ため、フォーカスレンズ１６を高速で移動させることによってフォーカスレンズ１６の移動量に対してピント状態を検出（焦点評価値を取得）する間隔が比較的長くなっても特に不具合は生じない。
【００４６】
一方、フォーカス現在位置における焦点評価値の傾きが大きい場合には、フォーカス現在位置が合焦位置に対して近いことを示しており、この場合に、もし、フォーカスレンズ１６を高速で移動させることによってフォーカスレンズ１６の移動量に対してピント状態を検出（焦点評価値を取得）する間隔が長くなると、合焦位置を検出できずに不安定な動作となるおそれがある。そのため、フォーカス現在位置における焦点評価値の傾きが大きい場合には、フォーカスレンズ１６の移動速度を遅くすることによって安定した動作で確実にフォーカスレンズ１６を合焦位置に移動させることができる。尚、ピント状態を検出（焦点評価値を取得）する時間間隔は、少なくとも１画面分の映像信号がピント状態検出用撮像素子３２Ａ、３２Ｂから出力されるのに要する時間を必要とし、フォーカスレンズ１６の移動速度が大きい程、ピント状態が検出されるフォーカス位置の間隔が広くなる。
【００４７】
フォーカス現在位置における焦点評価値の傾き（変化）の大きさは、次のように評価することができる。図５は、図４と同様にｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値の曲線Ａ、Ｂと映像用撮像素子による焦点評価値の曲線Ｃを示した図である。同図において、フォーカス現在位置がＦ１にあるとすると、そのときの曲線Ｃの焦点評価値の傾き、即ち、焦点評価値の変化量は、フォーカス位置Ｆ１において検出されるｃｈＡの焦点評価値ＡＦＶ＿Ａと、ｃｈＢの焦点評価値ＡＦＶ＿Ｂの差ΔＡＦＶ（＝ＡＦＶ＿Ａ−ＡＦＶ＿Ｂ）によって評価することができる。フォーカス現在位置が同図のＦ１にある場合とＦ２にある場合の焦点評価値の差ΔＡＦＶを比較すると、焦点評価値の傾きが小さいフォーカス位置Ｆ１での値の方が、焦点評価値の傾きが大きいフォーカス位置Ｆ２での値よりも小さくなることが分かる。
【００４８】
従って、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値の差ΔＡＦＶを求め、その焦点評価値の差ΔＡＦＶが小さい程、フォーカスレンズ１６の移動速度が速くなるように、逆に、焦点評価値の差ΔＡＦＶが大きい程、フォーカスレンズ１６の移動速度が遅くなるように制御することで、上述のように迅速且つ安定した動作でフォーカスレンズ１６を合焦位置に移動させることができる。
【００４９】
ＣＰＵ４０の処理を具体的に説明すると、上述のように現在のフォーカス位置Ｆ＿ＰＯＳＩとその移動目標位置ＡＦ＿ＣＴＲＬとの差は、フォーカスレンズ１６の移動速度に対応しており、新たな移動目標位置ＡＦ＿ＣＴＲＬを設定する際に現在の移動目標位置に加算する上記移動量が大きいほど、フォーカスレンズ１６の移動速度を速くすることができる。そこで、この移動量を上記ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値の差ΔＡＦＶに基づいて変更する。即ち、ΔＡＦＶに所定のＡＦゲインＡＦＧをかけた値ΔＡＦＶ＊ＡＦＧを、現在の移動目標位置に加算する上記移動量とすると、ΔＡＦＶが小さい程、ＡＦゲインＡＦＧの値を大きくし、移動量ΔＡＦＶ＊ＡＦＧの値が大きくなるように設定する。そして、その移動量ΔＡＦＶ＊ＡＦＧを現在設定されている移動目標位置に加算して新たな移動目標位置として設定する（ＡＦ＿ＣＴＲＬ＝ＡＦ＿ＣＴＲＬ＋ΔＡＦＶ＊ＡＦＧ）。これによって、フォーカス現在位置における焦点評価値の傾きが小さい程（フォーカス現在位置が合焦位置に対して遠い程）、フォーカスレンズ１６が高速で移動し、フォーカス現在位置における焦点評価値の傾きが大きい程（フォーカス現在位置が合焦位置に近い程）、フォーカスレンズ１６が低速で移動するようになる。
【００５０】
尚、上記説明では、焦点評価値の傾きの大きさをｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値の差ΔＡＦＶにより評価したが、これに限らずｃｈＡの焦点評価値ＡＦＶ＿ＡとｃｈＢの焦点評価値ＡＦＶ＿Ｂの比ΔＡＦＶ＝ＡＦＶ＿Ａ／ＡＦＶ＿Ｂにより評価することもできる。即ち、フォーカス現在位置が合焦位置より至近側にある場合、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値の比ΔＡＦＶ＝ＡＦＶ＿Ａ／ＡＦＶ＿Ｂ（＞１となる）が小さい程、焦点評価値の傾きが小さく、フォーカス現在位置が合焦位置に対して遠くにあると判断することができる。フォーカス現在位置が合焦位置より無限遠側にある場合には、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値の比ΔＡＦＶ＝ＡＦＶ＿Ａ／ＡＦＶ＿Ｂの逆数１／ΔＡＦＶ（＝ＡＦＶ＿Ｂ／ＡＦＶ＿Ａ）が小さい程、焦点評価値の傾きが小さく、フォーカス現在位置が合焦位置に対して遠くにあると判断することができる。従って、比ΔＡＦＶに基づいて上記移動量を変更することによって上記説明と同様にフォーカスレンズ１６の移動速度を変更することができる。
【００５１】
また、焦点評価値の傾きは、極大点にある程度近づくと、それ以降徐々に小さくなり０となるため、上述のように焦点評価値の傾きが小さい程、フォーカスレンズ１６を高速で移動させるようにすると、極大点近傍でフォーカスレンズ１６が高速で移動するようになる。このため、フォーカスレンズ１６が焦点評価値の極大点近傍にある場合には、焦点評価値の傾きが小さい場合でもフォーカスレンズ１６を低速で移動させるようにすることが適切である。そこで、フォーカスレンズ１６が焦点評価値の極大点近傍にあることを検出する方法として、例えば、合焦位置方向へのフォーカスレンズ１６の移動に対してｃｈＡ又はｃｈＢの焦点評価値が減少傾向を示した場合には、焦点評価値の極大点近傍にあると判断する方法や、映像用撮像素子又は映像用撮像素子と共役の位置（光路長が等しい位置）にある撮像素子によりｃｈＡ又はｃｈＢ以外の焦点評価値（図４、図５の曲線Ｃで示す焦点評価値）を取得し、その焦点評価値がｃｈＡ又はｃｈＢの焦点評価値より大きくなった場合には、フォーカスレンズ１６が焦点評価値の極大点近傍にあると判断する方法等が考えられる。
【００５２】
次に、ＣＰＵ４０におけるＡＦ制御の処理手順について説明する。まず、ＣＰＵ４０における処理全体の流れについて図６のフローチャートで説明すると、ＣＰＵ４０は、所要の初期設定を行った後（ステップＳ１０）、カメラ本体１２から与えられるアイリス指令信号に基づいてアイリス制御を行う（ステップＳ１２）。次いで、ズームデマンド６４からのズーム指令信号に基づいてズーム制御を行う（ステップＳ１４）。
【００５３】
次に、ＣＰＵ４０はＡＦスイッチ６６がＯＮになっているか否かを判定し（ステップＳ１６）、ＹＥＳと判定した場合には、ＡＦスタートフラグをＯＮにした後（ステップＳ１８）、フォーカス制御の処理を実行する（ステップＳ２０）。一方、ステップＳ１６においてＮＯと判定した場合にはＡＦスタートフラグをＯＮにすることなく、フォーカス制御の処理を実行する（ステップＳ２０）。ステップＳ２０のフォーカス制御の処理が終了すると、ステップＳ１２の処理に戻り、ステップＳ１２からステップＳ２０までの処理を繰り返し実行する。
【００５４】
図７は、上記ステップＳ２０におけるフォーカス制御の処理を示したフローチャートである。フォーカス制御の処理を実行する場合、まず、ＣＰＵ４０は、焦点評価値生成部７０からピント状態検出用撮像素子３２Ａ（ｃｈＡ）の焦点評価値ＡＦＶ＿Ａを取得する（ステップＳ３０）と共に、ピント状態検出用撮像素子３２Ｂ（ｃｈＢ）の焦点評価値ＡＦＶ＿Ｂを取得する（ステップＳ３２）。
【００５５】
次に、ＣＰＵ４０は、ＡＦスタートフラグがＯＮに設定されているか否かを判定する（ステップＳ３４）。ＮＯと判定した場合はＭＦの処理を実行する。
【００５６】
ＭＦの処理の場合、ＣＰＵ４０は、フォーカスレンズ位置検出器５６からフォーカスレンズ１６の現在位置を示すフォーカス位置データＦ＿ＰＯＳＩを取得するとともに（ステップＳ３６）、フォーカスデマンド６２からフォーカスレンズ１６の移動目標位置を示すフォーカスデマンドデータＦ＿ＣＴＲＬを取得する（ステップＳ３８）。そして、取得したフォーカス位置データＦ＿ＰＯＳＩとフォーカスデマンドデータＦ＿ＣＴＲＬとの差Ｆ＿ＰＯＳＩ−Ｆ＿ＣＴＲＬを求め、その値を、フォーカスデマンド６２により指令された移動目標位置にフォーカスレンズ１６を移動させるための移動速度Ｆ＿ＳＰＥＥＤとして設定する（ステップＳ４０）。そして、その移動速度Ｆ＿ＳＰＥＥＤを制御信号としてＤ／Ａ変換器５４を介してフォーカスモータ駆動回路４４に出力する（ステップＳ４４）。
【００５７】
一方、ステップＳ３４においてＹＥＳ、即ち、ＡＦスタートフラグがＯＮと判定された場合には、ＣＰＵ４０はＡＦの処理を実行する（ステップＳ４２）。
【００５８】
図８は、ステップＳ４２におけるＡＦの処理手順を示したフローチャートである。まず、ＣＰＵ４０は、パラメータＦ＿ＭＥＭＯ＿ＦＬＧが１に設定されているか否かを判断する（ステップＳ５０）。ＭＦ制御からＡＦ制御に移行した最初の処理では、ＮＯと判定され、その場合、フォーカスデマンド６２から現在の移動目標位置を示すフォーカスデマンドデータを取得し、そのデータ値を初期（現在）の移動目標位置Ｆ＿ＣＴＲＬとして設定する（ステップＳ５２）。次に、上記パラメータＦ＿ＭＥＭＯ＿ＦＬＧを１に設定する（ステップＳ５４）。上記ステップＳ５０においてＹＥＳと判定した場合には、これらのステップＳ５２、ステップＳ５４の処理は行わない。
【００５９】
次に、ＣＰＵ４０は、上記図７のステップＳ３０及びステップＳ３２で取得したｃｈＡの焦点評価値ＡＦＶ＿ＡとｃｈＢの焦点評価値ＡＦＶ＿Ｂとの差ΔＡＦＶ＝ＡＦＶ＿Ａ−ＡＦＶ＿Ｂを求める（ステップＳ５６）。そして、ΔＡＦＶに基づいてＡＦゲインＡＦＧを設定する（ステップＳ５８）。尚、ＡＦゲインＡＦＧは、ΔＡＦＶが小さい程、大きな値に設定される。
【００６０】
続いて、ＣＰＵ４０は、上記ΔＡＦＶにＡＦゲインＡＦＧをかけた値（移動量）ΔＡＦＶ＊ＡＦＧを現在の移動目標位置ＡＦ＿ＣＴＲＬに加算し、その値を新たな移動目標位置ＡＦ＿ＣＴＲＬとする（ステップＳ６０）。即ち、ＡＦ＿ＣＴＲＬ＝ＡＦ＿ＣＴＲＬ＋ΔＡＦＶ＊ＡＦＧとする。
【００６１】
次にＣＰＵ４０は、フォーカスレンズ位置検出器５６からフォーカスレンズ１６の現在位置を示すフォーカス位置データＦ＿ＰＯＳＩを読み込み（ステップＳ６２）、そのフォーカス位置データＦ＿ＰＯＳＩと、ステップＳ６０で設定した移動目標位置ＡＦ＿ＣＴＲＬとの差ＡＦ＿ＣＴＲＬ−Ｆ＿ＰＯＳＩを、フォーカスレンズ１６を移動させるための移動速度Ｆ＿ＳＰＥＥＤとして設定する（ステップＳ６４）。そして、図７のフローチャートに戻り、その移動速度Ｆ＿ＳＰＥＥＤを制御信号としてＤ／Ａ変換器５４を介してフォーカスモータ駆動回路４４に出力する（ステップＳ４４）。
【００６２】
以上の処理により、焦点評価値の傾きが小さい場合にはフォーカスレンズ１６が高速で移動し、焦点評価値の傾きが大きい場合にはフォーカスレンズ１６が低速で移動して、フォーカスレンズ１６を合焦位置に設定されるようになる。
【００６３】
尚、図８に示したＡＦ処理のようにＡＦゲインＡＦＧをｃｈＡの焦点評価値ＡＦＶ＿ＡとｃｈＢの焦点評価値ＡＦＶ＿Ｂとの差ΔＡＦＶ＝ＡＦＶ＿Ａ−ＡＦＶ＿Ｂに基づいて設定するのではなく、上述のようにｃｈＡの焦点評価値ＡＦＶ＿ＡとｃｈＢの焦点評価値ＡＦＶ＿Ｂの比ΔＡＦＶ＝ＡＦＶ＿Ａ／ＡＦＶ＿Ｂに基づいて設定することも可能であり、この場合のＡＦ処理を図９のフローチャートで説明する。
【００６４】
まず、ＣＰＵ４０は、図８の場合と同様にパラメータＦ＿ＭＥＭＯ＿ＦＬＧが１に設定されているか否かを判断する（ステップＳ７０）。ＮＯと判定された場合、フォーカスデマンド６２から現在の移動目標位置を示すフォーカスデマンドデータを取得し、そのデータ値を初期の移動目標位置Ｆ＿ＣＴＲＬとして設定する（ステップＳ７２）。次に、上記パラメータＦ＿ＭＥＭＯ＿ＦＬＧを１に設定する（ステップＳ７４）。上記ステップＳ７０においてＹＥＳと判定した場合には、これらのステップＳ７２、ステップＳ７４の処理は行わない。
【００６５】
次に、ＣＰＵ４０は、上記図７のステップＳ３０及びステップＳ３２で取得したｃｈＡの焦点評価値ＡＦＶ＿ＡとｃｈＢの焦点評価値ＡＦＶ＿Ｂとの比ΔＡＦＶ＝ＡＦＶ＿Ａ／ＡＦＶ＿Ｂを求める（ステップＳ７６）。そして、比ΔＡＦＶに基づいてＡＦゲインＡＦＧを設定する（ステップＳ７８）。尚、ＡＦゲインＡＦＧは、比ΔＡＦＶが小さい程、大きな値に設定される。
【００６６】
次に、ＣＰＵ４０は、焦点評価値の比ΔＡＦＶが１．０以上か否かを判定する（ステップＳ８０）。ＹＥＳと判定した場合には、ΔＡＦＶ＝（ΔＡＦＶ−１．０）＊ＡＦＧとする（ステップＳ８２）。一方、ＮＯと判定した場合には、−ΔＡＦＶ＝（１／ΔＡＦＶ−１．０）＊ＡＦＧとする（ステップＳ８４）。そして、ＣＰＵ４０は、上記求めた値（移動量）ΔＡＦＶを現在の移動目標位置ＡＦ＿ＣＴＲＬに加算し、その値を新たな移動目標位置ＡＦ＿ＣＴＲＬとする（ステップＳ８６）。即ち、ＡＦ＿ＣＴＲＬ＝ＡＦ＿ＣＴＲＬ＋ΔＡＦＶとする。
【００６７】
次にＣＰＵ４０は、フォーカスレンズ位置検出器５６からフォーカスレンズ１６の現在位置を示すフォーカス位置データＦ＿ＰＯＳＩを読み込み（ステップＳ８８）、そのフォーカス位置データＦ＿ＰＯＳＩと、ステップＳ８６で設定した移動目標位置ＡＦ＿ＣＴＲＬとの差ＡＦ＿ＣＴＲＬ−Ｆ＿ＰＯＳＩを、フォーカスレンズ１６を移動させるための移動速度Ｆ＿ＳＰＥＥＤとして設定する（ステップＳ９０）。そして、図７のフローチャートに戻り、その移動速度Ｆ＿ＳＰＥＥＤを制御信号としてＤ／Ａ変換器５４を介してフォーカスモータ駆動回路４４に出力する（ステップＳ４４）。
【００６８】
以上、上記実施の形態では、２つのピント状態検出用撮像素子３２Ａ、３２Ｂから２つの焦点評価値を取得してＡＦ制御を行う場合について説明したが、これに限らず、光路長が異なる位置に配置された３つ以上の撮像素子から得られる３つ以上の焦点評価値に基づいてＡＦ制御を行う場合でもいずれか２つの焦点評価値を上記ｃｈＡ、ｃｈＢの焦点評価値として扱うことにより本発明を適用することができる。また、１つの撮像素子から得られる１つの焦点評価値に基づいてＡＦ制御を行う場合においても、フォーカスレンズを移動させている際に順次得られた２つ焦点評価値を用いて焦点評価値の傾きの大きさを評価することで本発明を適用することができる。
【００６９】
また、上記実施の形態では、ＡＦ制御において、焦点評価値の傾きの大きさに基づいてフォーカスレンズ１６の移動目標位置を設定し、その移動目標位置と現在位置との差に対応した移動速度でフォーカスレンズ１６を移動させるようにしたが、これに限らず、焦点評価値の傾きに基づいて直接移動速度を設定し、その移動速度でフォーカスレンズ１６を移動させるようにしてもよい。
【００７０】
また、上記実施の形態では、本発明をテレビカメラシステムに適用した場合を例に説明したが、本発明はこれに限らず、ビデオカメラや静止画を撮影するスチルカメラにも適用することができる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るオートフォーカスシステムによれば、フォーカスを移動させたときの焦点評価値の変化の大きさに基づいてフォーカスの移動速度を変更するようにし、例えば、焦点評価値の変化が小さい場合には、フォーカスを高速で移動させ、その後、焦点評価値の変化が大きくなった場合にはフォーカスを低速で移動させるようにすることで、フォーカスを迅速且つ安定した動作で確実に合焦位置に移動させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係るオートフォーカスシステムが適用されたテレビカメラシステムのブロック図である。
【図２】図２は、映像用撮像素子に入射する被写体光の光軸と一対のピント状態検出用撮像素子に入射する被写体光の光軸を同一直線上に表示した図である。
【図３】図３は、焦点評価値生成部の構成を示したブロック図である。
【図４】図４は、横軸に撮影レンズのフォーカス位置、縦軸に焦点評価値をとり、ある被写体を撮影した際のフォーカス位置に対する焦点評価値の様子を示した図である。
【図５】図５は、フォーカスの移動速度の説明に使用した説明図である。
【図６】図６は、ＣＰＵにおける処理全体の流れを示したフローチャートである。
【図７】図７は、図６におけるフォーカス制御の処理手順を示したフローチャートである。
【図８】図８は、図７におけるＡＦ処理の処理手順を示したフローチャートである。
【図９】図９は、ＡＦ処理の他の形態における処理手順を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１０…レンズ装置、１２…カメラ本体、１４…撮像部、１６…フォーカスレンズ（群）、１８…ズームレンズ（群）、２０…アイリス、２２Ａ…前側リレーレンズ、２２Ｂ…後側リレーレンズ、２４…ハーフミラー、２６…リレーレンズ、２８…ピント状態検出部、３０Ａ…第１プリズム、３０Ｂ…第２プリズム、３２Ａ、３２Ｂ…ピント状態検出用撮像素子、４０…ＣＰＵ、４２…フォーカスモータ、４４…フォーカスモータ駆動回路、５６…フォーカスレンズ位置検出器、６２…フォーカスデマンド、６６…ＡＦスイッチ、７０…焦点評価値生成部、８０Ａ、８０Ｂ…ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）、８２Ａ、８２Ｂ…Ａ／Ｄ変換器、８４Ａ、８４Ｂ…ゲート回路、８６Ａ、８６Ｂ…加算器

Claims

撮影レンズに入射した被写体光を撮像して映像信号を生成し、該映像信号から被写体像の鮮鋭度を示す焦点評価値を生成する焦点評価値生成手段と、該焦点評価値生成手段により生成される焦点評価値が合焦を示す状態となるように前記撮影レンズのフォーカスを制御するフォーカス制御手段と、を備えたオートフォーカスシステムにおいて、
前記フォーカス制御手段は、前記撮影レンズのフォーカスを移動させる場合に、フォーカスを移動させたときの焦点評価値の変化の大きさを考慮してフォーカスの移動速度を変更することを特徴とするオートフォーカスシステム。
前記焦点評価値生成手段は、光路長が異なる位置に配置された複数の撮像面において前記撮影レンズに入射した被写体光を撮像して各撮像面に対する複数の焦点評価値を生成し、
前記フォーカス制御手段は、前記焦点評価値の変化の大きさを評価する値として、同一のフォーカス位置において前記焦点評価値生成手段によって生成されたいずれか２つの焦点評価値の差又は比を求め、該焦点評価値の差又は比に基づいて前記フォーカスの移動速度を変更することを特徴とする請求項１のオートフォーカスシステム。
前記フォーカス制御手段は、前記焦点評価値の変化の大きさが小さい程、前記フォーカスの移動速度を速くすることを特徴とする請求項１又は２のオートフォーカスシステム。