JP2005156736A - Auto focus system - Google Patents
Auto focus system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005156736A JP2005156736A JP2003392691A JP2003392691A JP2005156736A JP 2005156736 A JP2005156736 A JP 2005156736A JP 2003392691 A JP2003392691 A JP 2003392691A JP 2003392691 A JP2003392691 A JP 2003392691A JP 2005156736 A JP2005156736 A JP 2005156736A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- focus
- evaluation value
- lens
- focus evaluation
- photographing lens
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Studio Devices (AREA)
- Focusing (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
Abstract
Description
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のオートフォーカス(以下、AFという)において映像信号の高域周波数成分に基づいて撮影レンズの自動ピント調整を行うコントラスト方式のオートフォーカス(以下、AFという)を採用したオートフォーカスシステムに関する。 The present invention relates to an autofocus system, and in particular, contrast type autofocus (hereinafter referred to as AF) that performs automatic focus adjustment of a photographing lens based on a high frequency component of a video signal in contrast type autofocus (hereinafter referred to as AF). ).
テレビカメラやビデオカメラで採用されるAFの方式はコントラスト方式が一般的である。コントラスト方式のAFでは、例えば被写体を撮影して得られる映像信号からフィルター(電気的フィルター)により高域周波数成分の信号が抽出され、その高域周波数成分の信号に基づいて被写体画像のコントラストの高低(鮮鋭度)が評価される。そして、その評価値(本明細書では焦点評価値という)が最大(極大)となるように撮影レンズのフォーカス(フォーカスレンズ)位置が制御される。 A contrast method is generally used as an AF method employed in a television camera or a video camera. In contrast AF, for example, a high frequency component signal is extracted from a video signal obtained by photographing a subject by a filter (electrical filter), and the contrast of the subject image is increased or decreased based on the high frequency component signal. (Sharpness) is evaluated. Then, the focus (focus lens) position of the photographing lens is controlled so that the evaluation value (referred to as a focus evaluation value in the present specification) is maximized (maximum).
また、焦点評価値は、フォーカス位置との関係を表したグラフ(フォーカス位置−焦点評価値グラフ)において、ピーク点付近で山型の分布を示し、フォーカスをそのピーク点に設定する方法として、焦点評価値が増加を示す方向にフォーカスを動かして行き、焦点評価値が増加から減少に切り替わるところでフォーカスを停止させる、いわゆる山登り方式が一般的に知られている。 Further, the focus evaluation value indicates a mountain-shaped distribution in the vicinity of the peak point in a graph (focus position-focus evaluation value graph) representing the relationship with the focus position, and the focus is set as the peak point. A so-called hill-climbing method is generally known in which the focus is moved in a direction in which the evaluation value indicates an increase, and the focus is stopped when the focus evaluation value is switched from an increase to a decrease.
尚、例えば特許文献1,2にはコントラスト方式のAFに関して記載されている。
ところで、フォーカス(フォーカスレンズ)位置の変化量に対する焦点評価値の変化の割合(本明細書では、フォーカス感度という)は、被写体の条件だけではなく、撮影レンズの光学的な設定状態によって異なる。例えば、リヤフォーカスタイプの撮影レンズでは絞り値によって、フロントフォーカスタイプのズーム機能付き撮影レンズでは焦点距離と絞り値によって異なる。もし、後者の撮影レンズで絞り値を一定とし、フォーカスを全域で動かしたとすると、ズームがワイド側(焦点距離が短い側)のとき程、フォーカス位置−焦点評価値グラフでのグラフ曲線が平らに近く、フォーカス感度が低くなる。一方、テレ側(焦点距離が長い側)のとき程、フォーカス位置−焦点評価値グラフでのグラフ曲線がピーク点付近で急峻な山型を描く曲線となり、フォーカス感度が高くなる。焦点距離を一定とし、フォーカスを全域で動かしたとすると、絞りが開放側(絞り値(Fナンバー)が最小値となる側)に近くなる程、フォーカス位置−焦点評価値グラフでのグラフ曲線がピーク点付近で急峻な山型を描く曲線となる。 By the way, the rate of change in the focus evaluation value with respect to the amount of change in the focus (focus lens) position (referred to as focus sensitivity in this specification) differs depending not only on the subject condition but also on the optical setting state of the photographing lens. For example, a rear focus type photographing lens differs depending on an aperture value, and a front focus type photographing lens with a zoom function differs depending on a focal length and an aperture value. If the aperture value is fixed with the latter photographic lens and the focus is moved in the whole area, the graph curve in the focus position-focus evaluation value graph becomes flatter when the zoom is at the wide side (focal length is shorter). Nearly, the focus sensitivity is low. On the other hand, the closer the telephoto side is (the longer the focal length side), the more the graph curve in the focus position-focus evaluation value graph draws a steep mountain near the peak point, and the focus sensitivity increases. Assuming that the focal length is constant and the focus is moved over the entire area, the graph curve in the focus position-focus evaluation value graph peaks as the aperture becomes closer to the open side (the side where the aperture value (F number) becomes the minimum value). It becomes a curve that draws a steep mountain near the point.
一般にフォーカス位置−焦点評価値グラフでのグラフ曲線が平らに近い状況、即ち、フォーカス感度が低い場合には、真のベストピント位置を検出するのが難しく、ピント合わせの精度が低くなる。一方、グラフ曲線が急峻な状況、即ち、フォーカス感度が高い場合には、フォーカスをベストピント位置、即ち、グラフ曲線のピーク点に合わせる際に、フォーカス動作速度を相当に遅くしないとピーク点を通りすぎる可能性が大きくなり、不安定な動作となるおそれがあった。もし、これを回避するためにフォーカス動作速度を遅くすることだけで対処すると、ピント合わせに時間を要することになり、動体に対するAFの追従性能が低下する等の問題が生じる。 In general, when the graph curve in the focus position-focus evaluation value graph is almost flat, that is, when the focus sensitivity is low, it is difficult to detect the true best focus position, and the focusing accuracy is low. On the other hand, when the graph curve is steep, that is, when the focus sensitivity is high, when the focus is adjusted to the best focus position, i.e., the peak point of the graph curve, the peak point passes through unless it is slowed down considerably. There is a possibility that the possibility of being too large becomes unstable. If the problem is solved only by slowing down the focus operation speed in order to avoid this, it takes time to focus, and there arises a problem that the tracking performance of AF with respect to a moving object is lowered.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、撮影レンズの光学的な設定状態に応じて好適な特性の焦点評価値を取得できるようにし、AFの精度や迅速性等の向上を図るオートオーカスシステムを提供すること目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to acquire a focus evaluation value having a suitable characteristic in accordance with the optical setting state of the photographing lens, thereby improving the accuracy and speed of AF. An object is to provide an auto orcus system.
前記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、撮影レンズにより結像された像を撮像手段により撮像し、該撮像手段により得られた映像信号から電気的フィルター手段により高域周波数成分の信号を抽出し、該高域周波数成分の信号に基づいて前記像のコントラストの高低を評価する焦点評価値を求め、該焦点評価値に基づいて前記撮影レンズのフォーカス位置を制御して自動でピント合わせを行うオートフォーカスシステムにおいて、前記フォーカス位置の変化量に対する前記焦点評価値の変化の割合を示すフォーカス感度が適切となるように前記撮影レンズの設定状態に基づいて前記電気的フィルター手段における低域側のカットオフ周波数を変更するフィルター特性調整手段を備えたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, an image formed by a photographing lens is picked up by an image pickup means, and a high frequency is obtained from an image signal obtained by the image pickup means by an electric filter means. The component signal is extracted, a focus evaluation value for evaluating the contrast level of the image is obtained based on the high frequency component signal, and the focus position of the photographing lens is controlled automatically based on the focus evaluation value. In the auto-focus system that performs focusing with the electric filter means based on the setting state of the photographing lens so that the focus sensitivity indicating the ratio of the change in the focus evaluation value with respect to the change amount in the focus position is appropriate. A filter characteristic adjusting means for changing the cutoff frequency on the low frequency side is provided.
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、前記撮影レンズはズーム機能及び絞り機能を備え、前記フィルター特性調整手段は、前記撮影レンズの設定状態として前記撮影レンズのズーム位置及び絞り位置を検出し、該検出したズーム位置及び絞り位置に基づいて前記電気的フィルター手段における低域側のカットオフ周波数を変更することを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the photographing lens includes a zoom function and a diaphragm function, and the filter characteristic adjusting unit is configured to set the photographing lens as a setting state of the photographing lens. A zoom position and an aperture position are detected, and a cutoff frequency on the low frequency side in the electrical filter means is changed based on the detected zoom position and aperture position.
また、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記撮像手段は光路長が異なる複数の撮像面を備え、前記オートフォーカスシステムは、前記撮影レンズにより結像された像を前記複数の撮像面により撮像し、各撮像面により撮像して得られた各々の映像信号から前記電気的フィルター手段により高域周波数成分の信号を抽出して焦点評価値を求め、該焦点評価値に基づいて前記撮影レンズのフォーカス位置を制御して自動でピント合わせを行うことを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the imaging unit includes a plurality of imaging surfaces having different optical path lengths, and the autofocus system is an image formed by the imaging lens. Are picked up by the plurality of image pickup surfaces, a signal of a high frequency component is extracted by the electric filter means from each video signal obtained by picking up the images from each image pickup surface, a focus evaluation value is obtained, and the focus evaluation is performed. It is characterized in that focusing is performed automatically by controlling the focus position of the photographing lens based on the value.
本発明に係るオートフォーカスシステムによれば、映像信号から高域周波数成分の信号を抽出する電気的フィルター手段の低域側カットオフ周波数を撮影レンズの設定状態に基づいて変更することにより、好適な特性の焦点評価値を取得し、フォーカス感度を適正化する。これにより、AFの精度や迅速性等の向上が図れる。 According to the autofocus system of the present invention, it is preferable that the low-frequency cutoff frequency of the electrical filter means for extracting the high-frequency component signal from the video signal is changed based on the setting state of the photographing lens. Get the focus evaluation value of the characteristic and optimize the focus sensitivity. As a result, the accuracy and speed of AF can be improved.
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。 Hereinafter, preferred embodiments of an autofocus system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
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。尚、同図ではAFの方式としてコントラスト方式を採用し、且つ、光路長が異なる複数の撮像面(本実施の形態では2つの撮像面)で撮像した複数の画像(映像信号)のコントラストに基づいてピント合わせを行ういわゆる光路長差方式を採用した場合の構成を示している。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、放送用の映像を撮影し、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。
FIG. 1 is a block diagram of a television camera system to which an autofocus system according to the present invention is applied. In the figure, a contrast method is used as the AF method, and based on the contrast of a plurality of images (video signals) imaged on a plurality of imaging surfaces (two imaging surfaces in the present embodiment) having different optical path lengths. The configuration in the case of adopting a so-called optical path length difference method for focusing is shown. As shown in the figure, this television camera system is composed of a
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、絞り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をピント状態検出用光路に分岐するためのハーフミラー24が配置されている。
The
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光路に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。
The
ハーフミラー24を透過した被写体光は、映像用(被写体画像取得用)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。これによって放送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。
The subject light transmitted through the
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(AF用)の被写体光として光軸Oに対して垂直な光軸O′に沿ってピント状態検出用光路を進行し、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。
On the other hand, the subject light reflected by the
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。
The focus state detection unit 28 includes two
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。
As described above, the subject light reflected by the
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(d)の位置に配置されている。
FIG. 2 shows the optical axis of the subject light incident on the video image sensor of the
従って、ハーフミラー24で分岐されたピント状態検出用の被写体光は、一対のピント状態検出用撮像素子32A、32Bにより、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。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。
Therefore, the subject light for focus state detection branched by the
次に、レンズ装置10におけるAF制御に関連する制御系について説明する。図3は、フォーカス制御に関連する制御系の構成を示したブロック図である。上記フォーカスレンズ16は、図3に示すようにフォーカスモータ50に連結されており、フォーカスモータ50が駆動されると、フォーカスレンズ16が光軸方向に移動し撮影レンズのフォーカスが変更される。フォーカスモータ50には、フォーカスモータ駆動回路52から駆動電圧が与えられ、フォーカスモータ駆動回路52にはCPU54からの制御信号が与えられるようになっている。
Next, a control system related to AF control in the
CPU54からの制御信号は、例えば、フォーカスモータ50の回転速度、即ち、フォーカスレンズ16の移動速度(フォーカス指示速度)に対応する電圧値を示しており、その電圧値がフォーカスモータ駆動回路52に与えられると、フォーカスモータ駆動回路52によってその電圧が駆動電圧としてフォーカスモータ50に印加される。これによって、フォーカスモータ50の回転速度がCPU54によって制御される。
The control signal from the
また、CPU54には、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の現在位置に対応した値のフォーカス位置信号が与えられるようになっている。従って、CPU54の処理において、上述のようにフォーカスモータ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の移動速度を所望の速度に制御することができ、また、フォーカスレンズ位置検出器56からのフォーカス位置信号を取得しながらフォーカスモータ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の設定位置を所望の位置に制御することができるようになっている。
Further, a focus position signal having a value corresponding to the current position of the
尚、フォーカスの制御は、図示しない所定のスイッチによってマニュアルフォーカス制御に切り替えることも可能であり、マニュアルフォーカス制御の場合には、操作者のマニュアル操作に従ってフォーカスデマンド等からの指令信号がCPU54に与えられ、その指令信号に基づいてフォーカスレンズ16の位置等が上述のように制御される。
The focus control can be switched to manual focus control by a predetermined switch (not shown). In the case of manual focus control, a command signal from a focus demand or the like is given to the
一方、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、1画面を構成する複数の走査線(水平ライン)にそって各画素値を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58に入力される。焦点評価値生成部58の構成、処理については後述するが、焦点評価値生成部58において、各ピント状態検出用撮像素子32A、32Bにより得られた映像信号から、各ピント状態検出用撮像素子32A、32Bにより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CPU54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。
On the other hand, an image (video) captured by the pair of focus state
CPU54は、詳細を後述するように、焦点評価値生成部58から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が合焦となるようにフォーカスレンズ16を制御する。
As will be described in detail later, the
ここで、焦点評価値生成部58の構成及び処理について説明する。図4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、それぞれ焦点評価値生成部58のA/D変換器80A、80Bに入力され、デジタル信号に変換される。尚、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であり、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。
Here, the configuration and processing of the focus evaluation
A/D変換器80A、80Bによってデジタル信号に変換された映像信号は次にハイパスフィルター(HPF)82A、82Bに入力され、HPF82A、82Bによって各映像信号に含まれる高域周波数成分の信号が抽出される。そして、HPF82A、82Bによりそれぞれ抽出された高域周波数成分の信号は、ゲート回路84A、84Bに入力される。
The video signals converted into digital signals by the A /
ゲート回路84A、84Bに入力された高域周波数成分の信号は、画面上の所定のフォーカスエリア内(例えば、画面中央部)の画素に対応する範囲の信号のみを抽出され、それぞれ加算回路86A、86Bに入力される。そして、加算回路86A、86Bにより1フィールド(又は1フレーム)分ずつ加算される。これにより、HPF82A、82Bによって映像信号から抽出された高域周波数成分の信号のうち、フォーカスエリア内における信号の値の総和が求められる。加算回路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コントラスト(鮮鋭度)の高低を示す焦点評価値であり、加算回路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、加算回路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CPU54に与えられる。
From the signals of the high frequency components input to the
続いて、上記焦点評価値に基づくピント状態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。上述のように焦点評価値生成部58からchAとchBの焦点評価値を取得することにより、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。
Next, focus state detection and focus (focus lens 16) control based on the focus evaluation value will be described. By acquiring the chA and chB focus evaluation values from the focus evaluation
図5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と焦点評価値との関係を示したフォーカス位置−焦点評価値グラフである。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。
FIG. 5 shows the position of the focus lens 16 (focus position) on the horizontal axis and the focus evaluation value on the vertical axis, and the focus position showing the relationship between the focus position and the focus evaluation value when a certain subject is photographed. -Focus evaluation value graph. A curve C indicated by a dotted line in the figure indicates a focus evaluation value when it is assumed that a focus evaluation value is obtained from a video signal from a video image sensor (or an image sensor arranged at a conjugate position with the video image sensor). The curves A and B indicated by the solid line in the figure indicate the focus evaluation values of chA and chB obtained from the focus state
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FVA1は、曲線Aの位置F1に対応する値となり、chBの焦点評価値FVB1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FVA1の方が、chBの焦点評価値FVB1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。 When the focus position of the photographing lens is set to F1 in the figure, the chA focus evaluation value FVA1 corresponds to the position F1 of the curve A, and the chB focus evaluation value FVB1 corresponds to the position F1 of the curve B. The value to be In this case, the chA focus evaluation value FVA1 is larger than the chB focus evaluation value FVB1, and accordingly, the focus position is set closer to the in-focus position (F3), that is, It can be seen that this is the state of the front pin.
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FVA2は、曲線Aの位置F2に対応する値となり、chBの焦点評価値FVB2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FVA2の方が、chBの焦点評価値FVB2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。 On the other hand, when the focus position of the photographing lens is set to F2 in the figure, the chA focus evaluation value FVA2 is a value corresponding to the position F2 of the curve A, and the chB focus evaluation value FVB2 is the position F2 of the curve B. The value corresponding to. In this case, the chA focus evaluation value FVA2 is smaller than the chB focus evaluation value FVB2, and therefore, the focus position is set to the infinity side from the in-focus position (F3). That is, it can be seen that the rear pin is in the state.
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FVA3は、曲線Aの位置F3に対応する値となり、chBの焦点評価値FVB3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FVA3とchBの焦点評価値FVB3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。 On the other hand, when the focus position of the photographing lens is set to F3, that is, the in-focus position, the chA focus evaluation value FVA3 is a value corresponding to the position F3 of the curve A, and the chB focus evaluation value FVB3 is The value corresponds to the position F3 of the curve B. At this time, the chA focus evaluation value FVA3 and the chB focus evaluation value FVB3 are equal to each other, which indicates that the focus position is set to the in-focus position (F3).
このように、焦点評価値生成部58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。
As described above, it is possible to detect whether the current focus state of the photographing lens is the front pin, the rear pin, or the in-focus state based on the focus evaluation values of chA and chB obtained from the focus evaluation
従って、焦点評価値生成部58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。
Therefore, the
そこで、CPU54は、chA、chBの焦点評価値に基づいてフォーカスレンズ16を次のように制御する。まず、焦点評価値生成部58から取得されるchAの焦点評価値をFVA、chBの焦点評価値をFVBとすると、FVA>FVBの場合(FVA/FVB>1の場合)には前ピンの状態であることから、フォーカスレンズ16の駆動方向を無限遠方向に設定するとともに、フォーカスレンズ16の移動速度(フォーカス指示速度)CVを次式(1)、
CV=k*(FVA/FVB−1)…(1)
により設定する。但し、係数kは後述する所定の定数である。一方、FVA<FVBの場合(FVA/FVB<1の場合)には後ピンの状態であることから、フォーカスレンズ16の駆動方向を至近方向に設定するとともに、フォーカスレンズ16の移動速度CVを次式(2)、
CV=k*(FVB/FVA−1)…(2)
により設定する。但し、(2)式の係数kは(1)式の係数kと同一値を示す。また、FVA=FVBの場合(FVA/FVB=1)には合焦状態であることから、フォーカスレンズ16の移動速度CVを0(停止)に設定する。
Therefore, the
CV = k * (FVA / FVB-1) (1)
Set by. However, the coefficient k is a predetermined constant described later. On the other hand, in the case of FVA <FVB (in the case of FVA / FVB <1), the rear pin is in the state, so that the driving direction of the
CV = k * (FVB / FVA-1) (2)
Set by. However, the coefficient k in the equation (2) shows the same value as the coefficient k in the equation (1). When FVA = FVB (FVA / FVB = 1), the
尚、本実施の形態においてフォーカスレンズ16の移動速度CVを求める具体的方法は、まず、chAとchBの焦点評価値の比R=FVA/FVBを求め、その比Rが1より小さい(R<1)か否かを判定する。そして、この条件を満たす場合には、焦点評価値の比Rの逆数をRの値に設定し直す(即ち、R=1/Rとする)。上記条件を満たさない場合には焦点評価値の比Rの値をそのままにする。この焦点評価値の比Rを用いて、フォーカスレンズ16の移動速度CVを次式(3)、
CV=k*(R−1)…(3)
により求める。尚、FVA=FVBの場合にはR=1であるから上式によりCV=0となる。
In this embodiment, the specific method for obtaining the moving speed CV of the
CV = k * (R-1) (3)
Ask for. Note that when FVA = FVB, R = 1, so CV = 0 according to the above equation.
CPU54は、chAとchBの焦点評価値FVA、FVBを取得し、焦点評価値FVA、FVBに基づいて上述のようにフォーカスレンズ16の移動方向及び移動速度CVを設定すると、その設定した移動方向及び移動速度CVでフォーカスレンズ16を駆動するための制御信号を図3のフォーカスモータ駆動回路52に出力する。そして、この処理を繰り返し実行することにより、撮影レンズのフォーカスを合焦状態に設定する。
The
次に、上記焦点評価値生成部58において各ピント状態検出用撮像素子32A、32Bにより得られた映像信号から高域周波数成分を抽出するHPF82A、82B(図4参照)のカットオフ周波数の切替えについて説明する。HPF82A、82Bはいずれも図6に示すような周波数特性を示し、HPF82A、82Bを通過する映像信号のうち(低域側)カットオフ周波数fcより低域周波数成分の信号が遮断され、カットオフ周波数fcより高域周波数成分の信号が通過するような特性を示す。
Next, switching of the cutoff frequency of the
HPF82A、82Bは例えばデジタルフィルターのように設定パラメータを変更することによって周波数特性を変更することができる電気的フィルターであり、これらのHPF82A、82Bのカットオフ周波数fcはCPU54からの指示信号(パラメータの指示等)により所望の値に設定、変更できるようになっている。CPU54は、HPF82A、82Bのカットオフ周波数fcを例えば、fc0、fc1、fc2(fc1<fc0<fc2)の3つの値のうちで切り替える。また、CPU54は、図3に示す撮影レンズのズームレンズ及び絞りの位置を検出するズームレンズ位置検出器100及び絞り位置検出器102からの検出信号を取得しており、それらの検出信号に基づいてHPF82A、82Bのカットオフ周波数fcをfc0、fc1、fc2のうちのどの値に設定するかを決定する。即ち、ズームレンズ及び絞りの位置(検出信号の値)により決まる撮影レンズの焦点距離(ズーム倍率)及び絞り値(Fナンバー)に応じてカットオフ周波数fcの値を上記3つの値のうちで切り替える。尚、カットオフ周波数fcの値として設定される上記3つの値fc0、fc1、fc2のうちfc0を標準的な値を示す基準値とする。
The
ここで、HPF82A、82Bのカットオフ周波数fcを基準値fc0に設定した状態で、フォーカスレンズを至近端から無限遠端まで動かしたとすると、焦点評価値生成部58により生成されるchA及びchBの焦点評価値は一般的に図7(A)、(B)のフォーカス位置−焦点評価値グラフに示すような形状のグラフ曲線で表される。尚、図7(A)、(B)には略同形状となるchAとchBの焦点評価値のグラフ曲線のうち一方のみを示す(以下説明する図8においても同様)。図7(A)は、撮影レンズの焦点距離が長い場合(長焦点距離の場合)を示しており、グラフ曲線がピーク点付近で急峻な山型を描く曲線となり、フォーカスレンズの変化量に対する焦点評価値の変化の割合を示すフォーカス感度が高くなる。一方、図7(B)は、撮影レンズの焦点距離が短い場合(短焦点距離の場合)を示しており、グラフ曲線が平らに近くなり、フォーカス感度が低くなる。焦点距離ではなく絞り値(Fナンバー)が異なる場合も同様にFナンバーが小さい程、図7(A)のようにグラフ曲線が急峻な山型を描く曲線となりフォーカス感度が高くなり、Fナンバーが大きい程、図7(B)のようにグラフ曲線が平らに近くなりフォーカス感度が低くなる。
Here, if the focus lens is moved from the closest end to the infinity end with the cutoff frequency fc of the
グラフ曲線のピーク点(ベストピント位置)近傍でのフォーカス感度(グラフ曲線の傾き)は、一般に焦点距離(ズーム倍率)の2乗に比例し、Fナンバーに反比例して高くなるという性質があり、
(フォーカスの感度)=C*(ズーム倍率)^2/(Fナンバー):(Cは定数) …(4)
という式でフォーカス感度を定量的に表すことができる。フォーカス感度は、被写体の条件によっても異なるが、被写体の条件を一定と考えて定数Cを妥当な値に固定し、上式(4)でフォーカス感度を評価すると、現在の撮影レンズの設定状態において、フォーカス感度が高くなりやすい条件にあるか又は低くなりやすい条件にあるかを判断することができる。
The focus sensitivity (slope of the graph curve) near the peak point (best focus position) of the graph curve is generally proportional to the square of the focal length (zoom magnification) and increases in inverse proportion to the F number,
(Focus sensitivity) = C * (Zoom magnification) ^ 2 / (F number): (C is a constant) (4)
The focus sensitivity can be expressed quantitatively by the following formula. Although the focus sensitivity varies depending on the subject conditions, the constant C is fixed to an appropriate value assuming that the subject conditions are constant, and the focus sensitivity is evaluated by the above equation (4). It is possible to determine whether the focus sensitivity is likely to be high or low.
一方、撮影レンズの焦点距離を一定にした状態で、HPF82A、82Bのカットオフ周波数fcを例えばfc1とfc2で切り替えてフォーカスレンズを至近端から無限遠端まで動かしたとすると、chAとchBの焦点評価値は一般的に図8(A)、(B)のフォーカス位置−焦点評価値グラフに示すような形状のグラフ曲線で表される。図8(A)は、HPF82A、82Bのカットオフ周波数が高い周波数fc2の場合を示しており、グラフ曲線がピーク点付近で急峻な山型を描く曲線となり、フォーカスの感度が高くなる。一方、図8(B)は、HPF82A、82Bのカットオフ周波数が低い周波数fc1の場合を示しており、グラフ曲線が平らに近くなり、フォーカスの感度が低くなる。
On the other hand, if the cut-off frequency fc of the
そこで、CPU54は、HPF82A、82Bのカットオフ周波数fcを基準値fc0としたときに、現在の撮影レンズの焦点距離又(ズーム倍率)及び絞り値(Fナンバー)ではフォーカス感度が高くなりやすい条件であると判定した場合、例えば、上式(4)の値が所定のしきい値SHより大きい場合には、HPF82A、82Bのカットオフ周波数fcを基準値fc0より小さい値のfc1とする。これによってフォーカス感度が高くなりすぎる不具合が防止される。
Therefore, the
一方、HPF82A、82Bのカットオフ周波数fcを基準値fc0としたときに、現在の撮影レンズの焦点距離又(ズーム倍率)及び絞り値(Fナンバー)ではフォーカス感度が低くなりやすい条件であると判定した場合、例えば、上式(4)の値が所定のしきい値SL(<SH)より小さい場合には、HPF82A、82Bのカットオフ周波数fcを基準値fc0より大きい値のfc2とする。これによってフォーカス感度が低くなりすぎる不具合が防止される。
On the other hand, when the cutoff frequency fc of the
上記条件のいずれにも該当しない場合、例えば、上式(4)の値が上記しきい値SL以上で、かつ、上記しきい値SH以下の場合には、HPF82A、82Bのカットオフ周波数fcを基準値fc0とする。
When none of the above conditions is satisfied, for example, when the value of the above equation (4) is not less than the threshold value SL and not more than the threshold value SH, the cutoff frequencies fc of the
以上のようにHPF82A、82Bのカットオフ周波数fcを変更することにより、適切なフォーカス感度が得られるようになる。
As described above, by changing the cutoff frequency fc of the
尚、上記実施の形態では、HPF82A、82Bのカットオフ周波数fcを3つのレベルで切り替えるようにしたが、上式(4)で算出されるフォーカスの感度の値に応じてカットオフ周波数fcを更に多くのレベル(又は連続的な値)で切り替えられるようにしてもよいし、又は、2つのレベルで切り替えるようにしてもよい。
In the above embodiment, the cutoff frequencies fc of the
また、上記実施の形態では、例として上式(4)によりフォーカス感度を算出するようにしたが、他の式を用いてフォーカス感度を算出してもよいし、また、フォーカス感度を算出してカットオフ周波数fcの値を設定するのではなく、ズームレンズと絞りの位置に対して設定すべきカットオフ周波数fcの値として予めメモリに記憶しておいた表データを参照してカットオフ周波数fcの値を設定するようにしてもよい。 In the above embodiment, the focus sensitivity is calculated by the above formula (4) as an example, but the focus sensitivity may be calculated by using another formula, or the focus sensitivity is calculated. Instead of setting the value of the cut-off frequency fc, the cut-off frequency fc is referred to by referring to table data stored in advance in the memory as the value of the cut-off frequency fc to be set for the positions of the zoom lens and the stop. May be set.
また、上記実施の形態では、各ピント状態検出用撮像素子32A、32Bにより得られた映像信号から高域周波数成分を抽出する電気的フィルターとしてハイパスフィルター(HPF82A、82B)を使用したが、バンドパスフィルター(BPF)であってもよく、その場合においても上記実施の形態と同様にBPFの低域側カットオフ周波数を変更することによって適切なフォーカス感度が得られるようになる。
In the above embodiment, the high pass filter (
また、上記実施の形態では、HPF82A、82Bにデジタルフィルターのように設定パラメータの値を変更してカットオフ周波数を変更できる電気的フィルターを用いてカットオフ周波数を変更するようにしたが、これに限らずカットオフ周波数が異なる複数のHPFを組み合わせ、各HPFのフィルター処理の重み付けを変更するようにしてもよい。
In the above embodiment, the cutoff frequency is changed using an electrical filter that can change the cutoff frequency by changing the value of the setting parameter in the
また、上記実施の形態ではフォーカスレンズ16が光学系の前側に配置されたフロントフォーカスタイプの撮影レンズを使用した場合について説明したが、例えば光学系の後側にフォーカスレンズが配置されたリヤフォーカスタイプの撮影レンズを使用した場合には、フォーカス感度はズームレンズの位置にはあまり影響を受けず絞り値のみに変化するため、HPF82A、82Bのカットオフ周波数も絞り値のみに基づいて変更すればよい。
In the above-described embodiment, the case where the front focus type photographing lens in which the
また、上記実施の形態では、いわゆる光路長差方式のオートフォーカスにおいて本発明を適用する場合について説明したが、光路長差方式ではなく、一般に知られているコントラスト方式のオートフォーカス(例えば、1つの撮像面により撮像された映像信号により焦点評価値を取得し、その焦点評価値が最大(極大)となるようにフォーカスを制御するAF方式)においても本発明を適用できる。 In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the so-called optical path length difference type autofocus has been described. However, the contrast type autofocus (for example, one optical path length difference method) is generally used instead of the optical path length difference method. The present invention can also be applied to an AF method in which a focus evaluation value is acquired from a video signal imaged on an imaging surface and the focus is controlled so that the focus evaluation value is maximized (maximum).
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。 Further, although cases have been described with the above embodiment as examples where the present invention is applied to a television camera system, the present invention is not limited thereto, and can also be applied to a video camera and a still camera for capturing a still image. .
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…絞り、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、32A、32B…ピント状態検出用撮像素子、50…フォーカスモータ、52…フォーカスモータ駆動回路、54…CPU、56…フォーカスレンズ位置検出器、58…焦点評価値生成部、80A、80B…A/D変換器、82A、82B…ハイパスフィルター(HPF)、84A、84B…ゲート回路、86A、86B…加算回路、100…ズームレンズ位置検出器、102…絞り位置検出器
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記フォーカス位置の変化量に対する前記焦点評価値の変化の割合を示すフォーカス感度が適切となるように前記撮影レンズの設定状態に基づいて前記電気的フィルター手段における低域側のカットオフ周波数を変更するフィルター特性調整手段を備えたことを特徴とするオートフォーカスシステム。 An image formed by the photographing lens is picked up by the image pickup means, a high frequency component signal is extracted from the video signal obtained by the image pickup means by an electric filter means, and based on the high frequency component signal In an autofocus system that obtains a focus evaluation value for evaluating the level of contrast of the image and automatically adjusts the focus position of the photographing lens based on the focus evaluation value,
The cut-off frequency on the low frequency side in the electrical filter means is changed based on the setting state of the photographing lens so that the focus sensitivity indicating the ratio of the change in the focus evaluation value to the change amount in the focus position is appropriate. An autofocus system comprising a filter characteristic adjusting means.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003392691A JP2005156736A (en) | 2003-11-21 | 2003-11-21 | Auto focus system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003392691A JP2005156736A (en) | 2003-11-21 | 2003-11-21 | Auto focus system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005156736A true JP2005156736A (en) | 2005-06-16 |
Family
ID=34719310
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003392691A Pending JP2005156736A (en) | 2003-11-21 | 2003-11-21 | Auto focus system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005156736A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006215105A (en) * | 2005-02-01 | 2006-08-17 | Fuji Photo Film Co Ltd | Imaging apparatus |
JP2010286577A (en) * | 2009-06-10 | 2010-12-24 | Nikon Corp | Electronic camera |
JP2013131862A (en) * | 2011-12-20 | 2013-07-04 | Olympus Corp | Image processing system and microscope system including the same |
US9942534B2 (en) | 2011-12-20 | 2018-04-10 | Olympus Corporation | Image processing system and microscope system including the same |
CN108254853A (en) * | 2018-01-17 | 2018-07-06 | 宁波舜宇仪器有限公司 | A kind of micro imaging system and its real-time focusing method |
-
2003
- 2003-11-21 JP JP2003392691A patent/JP2005156736A/en active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006215105A (en) * | 2005-02-01 | 2006-08-17 | Fuji Photo Film Co Ltd | Imaging apparatus |
JP2010286577A (en) * | 2009-06-10 | 2010-12-24 | Nikon Corp | Electronic camera |
JP2013131862A (en) * | 2011-12-20 | 2013-07-04 | Olympus Corp | Image processing system and microscope system including the same |
US9942534B2 (en) | 2011-12-20 | 2018-04-10 | Olympus Corporation | Image processing system and microscope system including the same |
CN108254853A (en) * | 2018-01-17 | 2018-07-06 | 宁波舜宇仪器有限公司 | A kind of micro imaging system and its real-time focusing method |
CN108254853B (en) * | 2018-01-17 | 2023-08-11 | 宁波舜宇仪器有限公司 | Microscopic imaging system and real-time focusing method thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3975395B2 (en) | Camera system | |
JP5474528B2 (en) | Auto focus system | |
JP2006258944A (en) | Autofocus system | |
JP2006267221A (en) | Auto focus system | |
JP5089154B2 (en) | Auto focus system | |
WO2002099496A1 (en) | Focused state sensor | |
US7633545B2 (en) | Focus detecting system | |
JP4573032B2 (en) | Auto focus system | |
JP2004085675A (en) | Automatic focus system | |
WO2002099497A1 (en) | Device for determining focused state of taking lens | |
JP4189647B2 (en) | Auto focus system | |
JP2005156736A (en) | Auto focus system | |
JP2004085673A (en) | Autofocus system | |
JP4032877B2 (en) | Auto focus system | |
JP2007065593A (en) | Autofocus system | |
JP2006215285A (en) | Autofocus system | |
JP2006064970A (en) | Automatic focusing system | |
JP2810403B2 (en) | Automatic focusing device | |
JP2004085674A (en) | Autofocus system | |
JP2004151608A (en) | Autofocus system | |
JP2014211589A (en) | Focus adjustment device and imaging device | |
JP2006215284A (en) | Autofocus system | |
JP2004212458A (en) | Autofocus system | |
JP2004258088A (en) | Autofocus system | |
JP4568916B2 (en) | Auto focus system |