JP2005234325A - レンズ制御装置、撮像装置およびレンズ制御方法 - Google Patents

レンズ制御装置、撮像装置およびレンズ制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 TV−AF方式と他のAF方式とを組み合わせてAF制御を行う場合に、撮影条件の変化に起因した不適切なフォーカス制御の実行を回避する。
【解決手段】 被写体像を光電変換する撮像素子106を用いて得られた信号の高周波成分から被写体像のコントラスト状態を表す第1の信号を生成する第1の信号生成手段113と、第1の信号とは異なる第2の信号を生成する第2の信号生成手段126と、フォーカス制御が可能な撮影光学系に対して、第1の信号に基づく第1のフォーカス制御および第2の信号に基づく第2のフォーカス制御を行う制御手段114とを有する。制御手段は、第1および第2の信号のそれぞれの変化量に応じて、第1および第2のフォーカス制御のうち一方を選択する。
【選択図】 図1


Description

本発明は、ビデオカメラ等の撮像装置に用いられるレンズ制御装置およびレンズ制御方法に関する。
近年、ビデオカメラのオートフォーカス制御は、撮像素子によって被写体像を光電変換して得られた映像信号中より映像の鮮鋭度(コントラスト状態)を検出してこれをAF評価値信号を生成し、このAF評価値信号が最大となるフォーカスレンズの位置を検索するよう制御する、いわゆるTV−AF方式が主流である。
TV−AF方式のAF評価値信号としては、一般にある帯域のバンドパスフィルターによって映像信号から抽出された高周波成分を用いている。AF評価値信号は、通常の被写体像を撮影した場合、図2のように合焦点(合焦位置)に近づくにしたがって大きくなり、そのレベルが最大になる点が合焦点となる。
また、他のAF方式として、内測位相差検出方式がある。内測位相差検出方式では、撮影レンズの射出瞳を通過した光束を2分割し、2分割した光束を一組の焦点検出センサ(ラインセンサ)によりそれぞれ受光する。そして、その受光量に応じて出力される信号のずれ量、すなわち光束の分割方向の相対的位置ずれ量を検出することで、撮影レンズのピントのずれ量とずれ方向を直接求めるものである。この方式よれば、焦点検出センサにより一度蓄積動作を行えば、ピントずれ量とずれ方向とが得られるため、高速な焦点調節動作が可能となる。
また、測距センサを撮影レンズとは独立して設ける外測測距方式もあり、外測測距方式には、外測位相差検出方式と称されるものがある。外測位相差検出方式では、被写体から受光した光束を2分割し、該2分割した光束を一組の焦点検出センサによりそれぞれ受光する。そして、その受光量に応じて出力される信号のずれ量、すなわち光束の分割方向の相対的位置ずれ量を検出し、三角測量法によって被写体距離を求めるものである。
その他に、外部測距センサを用いるAF方式としては、超音波センサを用い、超音波の伝搬速度から被写体距離を測定する方式や、赤外線センサを用いた三角測量により被写体距離を求める方式もある。
さらに、上記AF方式を組み合わせた方式、例えば、内測位相差検出方式で合焦点近傍までフォーカスレンズユニットを移動させた後、TV−AF方式に移行して、より精度の高いピント位置までフォーカスレンズユニットを移動させる方式も提案されている(例えば、特許文献1参照)
特開平5−64056号公報(第4頁、図1等)
しかしながら、TV−AF方式には、次のような不都合が考えられる。すなわち、TV−AF方式では、映像信号からAF評価値信号を生成しているため、被写体の変化や撮影条件の変化によってAF評価値が変動してしまう。この場合、合焦方向を誤判定し、誤った方向(合焦点から離れる方向)にフォーカスレンズユニットを駆動してしまうおそれがある。
また、特定距離の被写体に合焦していた状態から、該被写体が移動等で撮影範囲から出てしまった場合において、別距離の被写体に対するピントがぼけた状態でのAF評価値が上記特定距離に対する合焦点のAF評価値とほぼ同一レベルである様な撮影状況では、AF動作の再起動が行われずに、ぼけ状態のままの映像が得られることになるおそれがある。
さらに、TV−AF方式に他のAF方式を組み合わせた場合、まずTV−AF方式以外のAF方式で粗い合焦位置にフォーカスレンズを移動させ、AF評価値が所定レベルより大きい場合(合焦点に近い場合)にのみTV−AF方式に変更して、合焦位置に移動させる制御を行っている。これは、TV−AF方式以外のAF方式に比べてTV−AF方式の方が高精度な合焦が得られるという特性を利用したものである。しかし、被写体距離の変化が無い状態であるにもかかわらず、被写体の絵柄等が変化することによりAF評価値が変動した場合にも、TV−AF動作が実行され、本来ピント位置を変化させる必要がない撮影状況であってもピント位置が変わってしまい、不必要な像ぼけを発生させてしまうおそれがある。このような不必要なTV−AF動作は、AF動作中に画像記録が行われない静止画用の撮像装置では問題ないが、AF動作中にも映像が記録されている動画用の撮像装置では、該不必要なTV−AF動作による映像のぼけが記録されてしまうことになる。
また、TV−AF方式以外のAF方式として外部測距センサを用いる方式を採用した場合、撮影レンズによる撮像範囲と測距センサによる測距範囲とにずれが発生する場合がある。この場合、TV−AF方式により合焦が得られているにもかかわらず、外部測距センサにより検出される被写体距離の変化によってフォーカスレンズが移動してしまうことにより、撮影映像がぼけてしまうおそれがある。
本発明は、TV−AF方式と他のAF方式とを組み合わせてAF制御を行う場合に、被写体の変化や撮影条件の変化に起因した不適切なフォーカス制御の実行を回避できるようにしたレンズ制御装置およびこれを用いた撮像装置を提供することを目的としている。
上記の目的を達成するために、1つの観点としての本発明は、被写体像を光電変換する撮像素子を用いて得られた信号の高周波成分から被写体像のコントラスト状態を表す第1の信号を生成する第1の信号生成手段と、第1の信号とは異なる第2の信号を生成する第2の信号生成手段と、フォーカス制御が可能な撮影光学系に対して、第1の信号に基づく第1のフォーカス制御および第2の信号に基づく第2のフォーカス制御を行う制御手段とを有する。そして、制御手段は、第1および第2の信号のそれぞれの変化量に応じて、第1および第2のフォーカス制御のうち一方を選択する。
また、他の観点としての本発明は、被写体像を光電変換する撮像素子を用いて得られた信号の高周波成分から被写体像のコントラスト状態を表す第1の信号を生成する第1の信号生成手段と、被写体距離を検出して第2の信号を生成する第2の信号生成手段と、フォーカスレンズを有する撮影光学系に対して、第1の信号に基づく第1のフォーカス制御および前記第2の信号に基づく第2のフォーカス制御を行う制御手段とを有する。そして、制御手段は、第1および第2の信号のそれぞれの変化量に応じて、第1および第2のフォーカス制御のうち少なくとも一方によりフォーカスレンズを駆動するかフォーカスレンズの駆動を停止させておくかを選択する。
上記各本発明によれば、被写体の変化や撮影状況の変化に対応した第1および第2の信号の変化に応じて、最適なAF方式を選択するので、誤った方向へのフォーカス制御や不要な映像ぼけの発生やぼけ状態での停止といった不適切なフォーカス制御が行われる可能性を低くすることができる。
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
図1には、本発明の実施例1である撮像装置としてのビデオカメラの構成を示している。図1において、不図示の被写体の側から順に、101は固定の第1レンズユニット、102は変倍を行う変倍レンズユニット、103は絞り、104は固定の第2レンズユニット、105は変倍に伴う像面変動を補正する機能とピント合わせの機能とを兼ね備えたフォーカスコンペレンズユニット(以下、フォーカスレンズユニットという)である。これらにより撮影光学系(以下、撮影レンズという)が構成される。
なお、図中には、各レンズユニットが1枚のレンズにより構成されているように記載されているが、実際には、1枚のレンズにより構成されていてもよいし、複数枚のレンズにより構成されていてもよい。
また、本実施例では、撮影レンズ一体型のビデオカメラについて説明するか、撮影レンズの着脱が可能なビデオカメラにも本発明を適用することもできる。
また、106はCCDセンサやCMOSセンサからなる撮像素子である。107は撮像素子106からの出力をサンプリングし、ゲイン調整するCDS/AGC回路である。108はカメラ信号処理回路であり、CDS/AGC回路107からの出力信号である映像信号を後述する記録ユニット109に対応した信号に処理する。
記録ユニット109は、磁気テープや半導体メモリ、光ディスク等の記録媒体にカメラ信号処理回路108で処理された信号を記録する。
110は変倍レンズユニット102を駆動するズームモータ、111はフォーカスレンズユニット105を駆動するフォーカスモータである。
112はCDS/AGC回路107からの映像信号のうち焦点検出に用いる領域の信号成分のみを通すAFゲートである。113はAFゲート112を通過した信号から高周波成分を抽出し、撮影像のコントラスト状態を表す第1の信号としてのAF評価値信号を生成するAF信号処理回路(第1の信号生成手段)である。
114はAF信号処理回路113から出力されたAF評価値信号と後述する外部測距ユニット126から出力される第2の信号である距離信号とに基づいて、フォーカスモータ111を制御し、フォーカスレンズユニット105を駆動するカメラ/AFマイクロコンピュータ(以下、単にマイクロコンピュータという)である。なお、マイクロコンピュータ114は、撮像素子106、CDS/AGC回路107、AF信号処理回路113、カメラ信号処理回路108、記録ユニット109での映像記録等の制御も司る。
115はモニタユニットで、カメラ信号処理回路108からの出力信号に応じた映像が表示される。これにより、撮影者は撮影映像をモニタすることができる。116はズームスイッチで、その操作に応じてマイクロコンピュータ114は、モータ110,111を制御し、変倍レンズユニット102およびフォーカスレンズユニット105を駆動することにより、ズーミングを行う。
外部測距ユニット(第2の信号生成手段)126は、被写体までの距離を測定し、外測定した距離に応じた第2の信号としての測距信号を出力する。外部測距ユニット126は、外測位相差検出方式、超音波センサ方式、赤外線センサ方式等いずれの方式のものでもよい。
次に、マイクロコンピュータ114で行われるAF制御について説明する。ここで、本実施例では、TV−AF方式(AF信号処理回路113)により得られるAF評価値信号(以下、単にAF評価値ともいう)と外測測距方式(外部測距ユニット126)で得られる距離信号(以下、測距情報ともいう)との変化量等に基づいて現在の撮影状況を特定し、該撮影状態に最適なAF動作方式を選択・決定するものである。これにより、撮影者の意図通りのピント合わせを実現し、且つ自然なAF機能を提供することができる。
具体的な方法としては、図2に示した表のように、被写体距離の変化量とAF評価値の変化量とAF評価値のレベルとに応じて撮影状況を特定し、AF方式およびAF処理の状態移行を最適化する。
特に、AF方式の選択やAF処理の状態移行(モード移行)を、
1)被写体距離が変化したのか絵柄が変化したのか判別がつかない、
2)AF評価値レベルが低いときに、低コントラストの被写体なのか、像ぼけ状態なのかが判別がつかない、
といった、TV−AF方式の弱点を補うと同時に、
3)外測測距センサの視野角が撮像レンズの視野角と異なってしまい、主被写体以外の被写体の距離を検出してしまう、
といった外測測距方式のパララックスの影響を低減させるように制御する。
図2の表は、撮影状況を5つのシーンに分類した例である。以下、それぞれのシーンについて、シーンの特定方法、各シーンでのAF処理モード移行、選択すべきAF方式(TV−AF方式か外測測距方式か)について説明する。
(シーン1)
パンニングやチルティング等によって被写体距離に変化があった場合を想定したシーンである。この場合、即座にAF制御を実行し、合焦に至る必要がある。
・シーン判別条件は、AF評価値の変動が大きく、且つ測距情報の変動も大きいことである。
・AF処理モードは、再起動動作モードとする。
・AF方式は、スタート時は外測測距方式により高速なピント合わせを行い、TV−AF方式でさらにピント精度を高める。
(シーン2)
等距離の被写体の絵柄等が変化した場合を想定したシーンである。この場合、フォーカスレンズユニット105を不用意に若しくは大きく動かさず、現在のフォーカスレンズ105の位置(以下、フォーカス位置ともいう)を保持するか若しくは現在のフォーカス位置を基準としてわずかな距離変化に追従する程度にフォーカスレンズユニット105を駆動する。
・シーン判別条件は、AF評価値の変動が大きく、且つ測距情報の変動は無いか微小であることである。
・AF処理モードは、現在のフォーカス位置近傍での合焦確認動作モードとする。
・AF方式は、AF評価値が変動している間は外測測距方式で距離情報の微小な変化にピント追従させ、AF評価値が安定したらTV−AF方式でピントを再確認する。外測測距方式でピント追従している間は、測距情報は概ね安定しているので、ピント位置(フォーカス位置)も保持される。
(シーン3)
撮影レンズの撮影範囲と外測測距ユニット126の測距範囲とにいわゆる視差(パララクス)が発生している場合を想定したシーンである。この場合、AF制御には、外測測距ユニット126からの測距情報は用いず、TV−AFのAF評価値に基づいてAF制御を実行する。
・シーン判別条件は、AF評価値の変動が無し(又は微小)でAF評価値のレベルが高く、且つ測距情報の変動が大きいことである。
・AF処理モードは、再起動動作モードとする。
・AF方式は、TV−AF方式とする。
(シーン4)
低コントラストの被写体で、かつパンニング等により被写体距離が変化した場合を想定したシーンである。この場合、即座にAF制御を実行し、合焦に至る必要がある。但し、TV−AF方式では低いコントラストレベルにより、合焦判定のためのAF評価値が得られないので、いわゆるハンチング状態となるおそれがある。
・シーン判別条件は、AF評価値の変動が無し(又は微小)でAF評価値のレベルが低く、且つ測距情報の変動が大きいことである。
・AF処理モードは、再起動動作モードとする。
・AF方式は、外測測距方式で被写体距離の変化にピント追従し、AF評価値のレベルが高くなったらTV−AF方式でピント確認する。
(シーン5)
被写体距離の変化も被写体の絵柄等の変化も無い状態で、かつビデオカメラが三脚等にの固定された状態を想定している。この場合、合焦位置を保持する必要がある。
・シーン判別条件は、AF評価値の変動が無し(又は微小)で、且つ測距情報の変動も無し(又は微小)であることである。
・AF処理モードは、現在のフォーカス位置を保持するモードとする。
・AFロック状態とし、AF方式の選択は次のシーン変化まで行わない。
以上説明した5つの代表的なシーンを特定してAF制御を変更する場合におけるマイクロコンピュータ114での処理を、図3に示すのフローチャートを用いて説明する。
まず、Step301で電源投入により処理を開始すると、マイクロコンピュータ114は、Step322で、AF動作に用いる主信号を選択する。すなわち、AF方式(第1のフォーカス制御としてのTV−AF方式によるAF制御か、第2のフォーカス制御としての外測測距方式でのAF制御か)を選択する。ここでの選択は、後述するStep319,320,329での設定結果に基づいて行われるが、電源投入の初期設定では外測測距方式が設定されている。そして、TV−AF方式であれば、Step302へ進み、外測測距方式であればStep323に進む。
TV−AF方式でピント合わせを行う場合、Step302で「微小駆動動作」を行い、合焦か否か、合焦でないならどちらの方向に合焦点があるかを判別する。そして、Step305に進む。なお、「微小駆動動作」については後述する。
Step305では、Step302で合焦判定できたかどうかを判別し、合焦判別できた場合はStep311へ進み、「合焦・再起動判定処理」を行い、合焦判定できていない場合はStep306へ進む。
Step306では、Step302で方向判別ができたかどうかを判別し、方向判別できた場合はStep307へ進み、方向判別ができていない場合はStep322を経てStep302へ戻り、「微小駆動動作」を継続する。
Step307では、所定の速度でフォーカスレンズユニット105の「山登り駆動動作」を実行する。「山登り駆動動作」については後述する。
Step308では、Step307での「山登り駆動動作」によりAF評価値がピークを越えたかどうかを判別する。ここで、図4には、AF評価値とフォーカスレンズユニット105の位置との関係を示している。AF評価値がピークとなるフォーカス位置が合焦点であり、そこよりも無限側および至近側にいくほど像ぼけが大きくなるとともに、AF評価値のレベルが下がる。そして、図5に実線矢印で示すように、「山登り駆動動作」によってAF評価値が大きくなる方向にフォーカスレンズユニット105が駆動され、前回取り込んだAF評価値よりも小さなAF評価値が得られたとき(すなわち、ピークを越えたとき)、前回のAF評価値がピークであったことが分かる。このため、フォーカスレンズユニット105を前回の位置に戻すことにより、合焦点にフォーカスレンズユニット105を位置させることができる。
AF評価値がピークを越えたと判別した場合はStep309へ進み、ピークを越えていない場合はStep307へ戻り、「山登り駆動動作」を継続する。
Step309では、AF評価値がピークとなる位置にフォーカスレンズユニット105を戻す。
Step310では、AF評価値がピークとなる位置(合焦点)にフォーカスレンズユニット105が戻ったかどうかを判別し、合焦点に戻っている場合はStep322を経てStep302へ戻り、再び「微小駆動動作」を行う。合焦点に戻っていない場合はStep309へ戻り、合焦点に戻す動作を継続する。
次に、Step311からの「合焦・再起動判定処理」について説明する。
まず、Step311では、合焦判定された合焦点へフォーカスレンズユニット105を駆動する。
Step312では、フォーカスレンズユニット105が合焦点へ移動したかどうかを判別し、移動していればStep313へ進み、移動していなければStep311へ戻る。
Step313では、合焦点におけるAF評価値および外測測距ユニット126からの測距情報を保持する。次に、Step314では、最新のAF評価値および測距情報を取り込む。
続いてStep315では、Step313で保持した(前回の)測距情報とStep314で取り込んだ最新(現在(今回))の測距情報とを比較し、それらの差、すなわち第2の信号としての測距情報の変動量が所定量(第2の所定量)より大きいか否かを判別する。ここでの判別は、ある1つの値としての所定量より大きいか小さいかの判別でもよいし、ある幅を持った領域の上限値より大きいか下限値より小さいかの判別でもよい。測距情報の変動量が上記所定量より大きい場合は、Step315に進む。
次に、Step317では、Step313で保持した(前回の)AF評価値とStep314で取り込んだ最新(現在(今回))のAF評価値とを比較し、それらの差、すなわち第1の信号としてのAF評価値の変動量が所定量(第1の所定量)より大きいか否かを判別する。ここでの判別も、ある1つの値としての所定量より大きいか小さいかの判別でもよいし、ある幅を持った領域の上限値より大きいか下限値より小さいかの判別でもよい。
AF評価値の変動が所定量より大きい場合は、Step319へ進む。Step319では、次回のAF動作でのAF方式を外測測距方式と設定し、Step322に戻る。この場合、Step322からStep323に進み、「再起動動作モード」へ移行する。この場合は、撮影状況がシーン1と特定されたことに相当する処理となる。
一方、Step317で、AF評価値の変動量が所定量より小さい(変動無しか微小)と判別した場合は、Step318へ進む。Step318では、Step314で取り込んだ現在(最新)のAF評価値のレベルが所定の閾値より小さいか否かを判別する。評価値レベルが該閾値より低いときは、シーン4として説明とした低コントラストの被写体までの距離が変化したシーンに相当する。このとき、Step319に進み、「再起動動作モード」に移行する。
AF評価値のレベルが所定の閾値より大きい場合には、シーン3として説明した撮影レンズと外測測距ユニット126との視差状態に相当する。この場合、Step320に進み、次回のAF動作のAF方式をTV−AF方式に設定し、Step322からStep302での処理に進み、「再起動動作モード」に移行する。
また、Step315において、測距情報の変動量が所定量より小さい(変動無しか微小)と判別した場合は、Step316に進む。Step316では、Step317と同様に、Step313で保持したAF評価値とStep314で取り込んだ現在のAF評価値とを比較し、AF評価値の変動量が所定量(第1の所定量)より大きいか否かを判定する。AF評価値の変動量が所定量より大きいときはStep319へ進み、次回のAF動作のAF方式を外測測距方式に設定する。そして、Step322に戻り、Step323から「再起動動作モード」へ移行するが、このとき測距情報はほとんど変動していないので、フォーカスレンズユニット105は現在の位置をほぼ保持するように制御されることになる。この撮影状況は、シーン2として説明した、等距離被写体をパンニング等した場合に相当し、被写体距離の変化はほとんどないが、被写体の絵柄等が変化してAF評価値が変動した状況と特定される。
Step316でAF評価値の変動量が所定量より小さいと判別した場合は、Step321に進み、フォーカスレンズユニット105の位置を保持する(フォーカスレンズユニット105の移動を禁止する(停止させる))モードとなり、Step314へ戻って「合焦・再起動判定処理」を継続する。この場合は、被写体の距離も絵柄等の変化もないシーン5に相当する。
ここで、Step319,322を経てStep323に進む場合は、撮影状況がシーン1,2および4の場合である。そして、Step322で外測測距方式と判別されると、Step323に進み、AF評価値を取り込みながら、Step324で最新の測距情報を取り込み、該測距情報に基づいてフォーカスレンズユニット105の合焦位置(以下、測距合焦位置という)が演算され、該測距合焦位置にフォーカスレンズユニット105を駆動する。
次に、Step325で、フォーカスレンズユニット105が該測距合焦位置に到達したか否かを判別し、未だ達していなければStep323に戻って、到達するまで待機する。
シーン1の場合、被写体距離の変化が確実にあった状況なので、AFの再起動動作として、測距合焦位置まで高速でフォーカスレンズユニット105が駆動され、短時間で合焦が得られることになる。また、シーン2の場合には、被写体距離の変化が無い(又は微小な)状況なので、測距合焦位置はStep316での判別時点での位置とほとんどかわらず、フォーカスレンズユニット105も該判別時点での位置をほぼ保持するように動作することになる。さらに、シーン4の場合は、被写体距離が変化したので、シーン1の場合と同様に短時間で合焦が得られることになる。
Step325でフォーカスレンズユニット105が測距合焦位置に達すると、Step326でAF評価値を再度取り込み、Step327で、Step323で取り込んで保持したAF評価値との差である変動量が所定量(第1の所定量)より大きいか否かを、Step317と同様に判別する。
AF評価値の変動量が所定量より大きい場合は、シーン2に相当するので、現在のフォーカスレンズユニット105の位置を保持すべく、Step323からの処理に戻り、該測測距方式でのフォーカス制御を継続する。Step327において、カメラワークが安定してAF評価値の変動が収まると、Step328を経てStep329に進み、次回のAF動作のAF方式をTV−AF方式に設定し、「合焦確認動作モード」に移行する。
なお、Step328では、Step318と同様に、現在のAF評価値のレベルが所定の閾値より小さいか否かを判別している。AF評価値のレベルが該閾値より小さい場合は、シーン4であるとしてTV−AF方式には移行せずにStep323からの処理に戻り、外測測距方式でのフォーカス制御を継続する。被写体がある程度以上のコントラストを持った被写体に変わった場合には、Step328にてAF評価値のレベルが所定の閾値より大きくなるので、Step329に進む。Step329では、前述したように、次回のAF動作のAF方式をTV−AF方式に設定し、「合焦確認動作モード」に移行する。
以上説明したように、本実施例によれば、AF評価値の変動量と測距情報の変動量とに基づいて(すなわち、撮影状況の変化に応じて)、TV−AF方式および外測測距方式のそれぞれの弱点を相互に補うように最適なAF方式を選択するので、誤ったフォーカス制御が行われる可能性を低くすることができる。特に、撮影レンズと外部測距ユニット126との視差による誤動作を防止することが可能となる。
そして、撮影状況に応じてフォーカスレンズユニット105の位置を保持するモードとフォーカスレンズユニット105の位置を変更するモードとが選択されることにより、あらゆる撮影シーンで自然なピント合わせ動作を実現できるようになる。
これらにより、フォーカスレンズユニット105を合焦位置に速く移動させることができるとともに、フォーカスレンズユニット105が誤った方向へ移動したり、像ぼけが生じたままフォーカスレンズユニット105の動きが停止したりすることがなくなる。したがって、高速かつ高精度のオートフォーカスが可能となる。
以下、先に説明した「微小駆動動作」と「山登り駆動動作」におけるマイクロコンピュータ114の処理について詳しく説明する。
まず、「微小駆動動作」について図6のフローチャートを用いて説明する。Step401で処理か開始されると、Step402では、現在のModeが0か否かを判別し、0であればStep403へ進み、0でなければStep412へ進む。
(フォーカスレンズユニット105が至近側に位置するときの処理)
Step403では、マイクロコンピュータ114は、AF信号処理回路113からAF評価値を取り込む。このAF評価値は、後述するMode=2で無限側にフォーカスレンズユニット105が位置している時に撮像素子106に蓄積された電荷から作られた映像信号に基づいて生成されたものになる。
次にStep404では、Step403で取り込んだAF評価値を、無限側AF評価値として保存する。
次に、Step405では、合焦方向と判別された方向が、第1の所定回数(図には、所定回数1と記す)連続して同一か否かを判別し、そうであればStep408へ進み、そうでなればStep406へ進む。
Step406では、これまでの所定期間のフォーカスレンズユニット105の位置の平均位置を合焦点として演算する。
Step407においては、第2の所定回数(図には、所定回数2と記す)フォーカスレンズユニット105が同一エリアで往復を繰り返している(つまりは、合焦点の近傍)か否かを判別し、そうであればStep409へ進み、そうでなければStep410へ進む。
Step410では、Modeを加算(4以上になった場合は0に戻し、0,1,2,3と循環的に切り換える)してStep411へ進み、本処理を抜けて図3のStep305に進む。
Step410からStep411に至る処理で、本処理を終了した場合には、図3のStep305,306で共にNOと判別され、再びStep302の「微小駆動処理」(図6のStep401からの処理)を継続する。
一方、Step408では、方向判別ができたとして、Step411へ進み、処理を終了する。この場合、図3のStep305でNO,Step306でYESと判別され、「山登り駆動動作」へ移行することになる。
Step409では、合焦判定できたとして、Step411へ進み、処理を終了する。この場合、図3のStep305でYESと判別され、図3のStep311からの「合焦・再起動判定処理」に進むことになる。
Step412では、現在のModeが1か否かを判別する。1であればStep413へ進み、後述するフォーカスレンズユニット105を無限遠側に駆動する処理を行い、そうでなければStep418へ進む。
(フォーカスレンズユニット105を無限遠側に駆動する処理)
Step413では、マイクロコンピュータ114は、微小駆動における振動振幅、中心移動振幅を演算する。ここでは詳しく述べないが、焦点深度を基準に、深度が浅い時は振幅を小さく、深度が深いときは振幅を大きくするのが一般的である。
Step414では、前述したMode=0における無限遠側AF評価値と、後述するMode=3における至近側AF評価値とを比較する。無限遠側AF評価値が至近側AF評価値よりも大きければStep415へ進み、無限遠側AF評価値が至近側AF評価値より小さければ、Step416へ進む。
Step415では、駆動振幅を、振動振幅+中心移動振幅に設定する。
また、Step416では、駆動振幅を、振動振幅に設定する。
Step417では、フォーカスレンズユニット105を無限遠方向へStep415あるいはStep416で決められた振幅で駆動する。そして、前述したStep405以降の処理に移行する。
Step418では、現在のModeが2か否かを判別する。2であればStep419へ進み、後述する、フォーカスレンズユニット105が微小駆動において無限遠側にあると判断する場合の処理を行う。一方、至近側にあると判断する場合であればStep421へ進む。
(フォーカスレンズユニット105が無限遠側に位置する場合の処理)
Step419では、マイクロコンピュータ114は、AF信号処理回路113からAF評価値を取り込む。このAF評価値は、前述したMode=0のときに至近側にフォーカスレンズユニット105が位置する場合に撮像素子106に蓄積された電荷から作られた映像信号に基づて生成されるものである。
Step420では、Step419で取り込んだAF評価値を至近側AF評価値として保存する。そして、前述したStep405以降の処理に進む。
(フォーカスレンズユニット105を至近側に駆動する処理)
Step421では、マイクロコンピュータ114は、フォーカスレンズユニット105の微小駆動における振動振幅、中心移動振幅を演算する。ここでは詳しく述べないが、被写体深度を基準に、深度が浅い時は振幅を小さく、深度が深いときは振幅を大きくするのが一般的である。
Step422では、前述したMode=0における無限遠側AF評価値と前述したMode=3における至近側AF評価値とを比較する。至近側AF評価値が無限遠側AF評価値よりも大きければStep423へ進み、至近側AF評価値が無限遠AF評価値よりも小さければStep424へ進む。
Step423では、駆動振幅を、振動振幅+中心移動振幅に設定する。
Step424では、駆動振幅を、振動振幅に設定する。
次に、Step425では、フォーカスレンズユニット105を無限遠方向へStep423あるいはStep424で決められた振幅で駆動する。そして、前述したStep405以降の処理に移行する。
上記フォーカスレンズ動作の時間経過を示したのが図8である。ここで、横軸は時間を、縦軸はフォーカスレンズユニット105の位置を示す。また、図の上部に示されたパルス波形のうち下に向かう凸部は、映像信号の垂直同期信号を表している。
図8において、Aの間に撮像素子106に蓄積された電荷(斜線楕円で示す)に対するAF評価値EVAが時刻TAで取り込まれ、Bの間に撮像素子106に蓄積された電荷(斜線楕円で示す)に対するAF評価値EVBが時刻TBで取り込まれる。時刻TC では、AF評価値EVA、EVBを比較し、EVB>EVAであれば振動中心を移動させ(駆動振幅=振動振幅+中心移動振幅)、一方、EVA>EVBであれば、振動中心を移動させない(駆動振幅=振動振幅)。
次に、「山登り駆動動作」について図7を用いて説明する。
Step601において、マイクロコンピュータ114はこの処理を開始する。Step602では、AF信号処理回路113からAF評価値を取り込む。
次に、Step603では、山登り駆動スピードを設定する。ここでは詳しく述べないが、被写体深度を基準に、深度が浅い時はスピードを小さく、深度が深いときはスピードを大きくするのが一般的である。
次に、Step604では、Step602で取り込んだAF評価値が前回のAF評価値より所定量小さいどうかを判別する。小さくなければStep605へ進み、小さければStep611へ進む。ここで、所定量とは、AF評価値のS/N比を考慮して決められる値であり、被写体を固定し、フォーカスレンズユニット105の位置が一定でのAF評価値の変動幅以上の値とする。このようにしないと、AF評価値の変動の影響を受け、正しい方向に山登り駆動できない。
Step605では、フォーカスレンズユニット105が無限遠端に達した否かを判定する。無限遠端とは、設計上決められたフォーカスレンズユニット105のストロークのうち最も無限遠寄りの位置である。無限遠端に達していればStep609へ進む。達していなければStep606へ進む。
Step606では、フォーカスレンズユニット105が至近端に達しているかどうか判定する。至近端とは、設計上決められたフォーカスレンズユニット105のストロークのうち最も至近寄りの位置である。至近端に達していればStep610へ進む。達していなければStep607へ進む。
Step609では無限遠端であることを示すフラグを、Step610では至近端であることを示すフラグをそれぞれセットし、いずれからもStep613に進む。
Step613では、フォーカスレンズユニット105が上記フラグにより示される端とは反対方向に山登り駆動を続けさせる。
Step607では、フォーカスレンズユニット105を、前回と同じ方向(順方向)に所定の速度でを山登り駆動させる。そして、Step608へ進み、今回の処理を終了する。
また、Step611においては、AF評価値がピークを越えて減ったかどうかを判別する(図5参照)。AF評価値がピークを越えて減っていなければStep612へ進む。AF評価値がピークを越えて減っていればStep614へ進み、山登り駆動を終了する。そして、Step608に進み、本処理を終了して「微小駆動動作」へ移行する。
Step612では、AF評価値が第3の所定回数(図には所定回数3と記す)連続して減少しているか判別し、連続して減少していればStep613へ進む。連続して減少していなければStep607へ進み、フォーカスレンズユニット105を前回と同じ方向(順方向)に所定の速度でを山登り駆動させる。そして、Step608へ進み、今回の処理を終了する。
また、Step613では、前回と逆方向に所定の一定速度でフォーカスレンズユニット105を山登り駆動し、Step608へ進んで今回の処理を終了する。
以上の山登り駆動時のフォーカスレンズユニット105の動きを示したのが、図5である。縦軸はAF評価値を、横軸はフォーカスレンズユニット105の位置を示す。ここで、矢印Aは、AF評価値がピークを越えて減少している場合を示す。この場合、合焦点を越えたとして山登り駆動を終了し、微小駆動に移行する、一方、矢印Bは、AF評価値がピークを越えずに減少しているので、方向を間違えたものとして駆動方向を反転し、山登り駆を続ける。
図9には、本発明の実施例2であるビデオカメラ(撮像装置)のシステム構成を示す。本実施例において、上記実施例1と共通する構成要素については、実施例1と同符号を付して説明に代える。
実施例1では、第2のフォーカス制御として、外部測距ユニット126を用いた外部測距方式によるフォーカス制御を採用した場合について説明したが、本実施例においては、TTL(内測)位相差検出方式によるフォーカス制御を採用した場合について説明する。
図9において、撮影レンズは、被写体側から順に、第1レンズユニット101、変倍レンズユニット102、フォーカスレンズユニット(フォーカスコンペレンズユニット)105、絞り103および結像レンズユニット120により構成されている。結像レンズユニット120は、絞り103と撮像素子106との間に配置されている。
また、121は、フォーカスレンズユニット133と絞り103との間に配置され、オートフォーカスのための光分割を行うハーフプリズムである。122はハーフプリズム121からの光束を反射するサブミラー、123はサブミラー121からの光束を結像させる、AF結像レンズである。125は、位相差検出方式のためのラインセンサ(AFセンサ)124を備えたAF回路(第2の情報生成手段)である。
マイクロコンピュータ114は、AF回路125を介したAFセンサ124の出力から、撮影レンズのピントずれ量(デフォーカス量)およびピントずれ方向(デフォーカス方向)を検出する。
このような構成のビデオカメラでは、絞り103は、動画撮影中に実際に動作中であるため、絞り103の手前でハーフプリズム121により撮影光学系に入射した光束を分割する必要がある。
本実施例においても、実施例1で説明したのとほぼ同様なAF制御のアルゴリズムを適用することができる。本実施例の特徴を表すフローチャートを図10に示す。
このフローチャートは、実施例1で説明した図3のフローチャートに代わるものであり、共通するステップには図3と同符号を付して説明に代える。
図3と異なっているのは、Step1001、Step1002、Step1003、Step1004、Step1005、Step1006が、図3でのStep324、Step325、Step313、Step314、Step315、Step319における測距情報から内測ずれ情報(デフォーカス量およびデフォーカス方向)に変わっている点のみである。また、「微小駆動動作」と「山登り駆動動作」は、実施例1(図6および図7)と同じである。
本実施例においても、AF評価値の変動量と内測ずれ情報の変動量とに基づいて(すなわち、撮影状況の変化に応じて)、TV−AF方式および内測位相差検出方式のそれぞれの弱点を相互に補うように最適なAF方式を選択するので、誤ったフォーカス制御が行われる可能性が低くなる。そして、撮影状況に応じてフォーカスレンズユニット105の位置を保持するモードとフォーカスレンズユニット105の位置を変更する(フォーカス制御を行う)モードとが選択されることにより、あらゆる撮影シーンで自然なピント合わせ動作を実現できるようになる。
これらにより、フォーカスレンズユニット105を合焦位置に速く移動させることができるとともに、フォーカスレンズユニット105が誤った方向へ移動したり、像ぼけが生じたままフォーカスレンズユニット105の動きが停止したりすることがなくなる。したがって、高速かつ高精度のオートフォーカスが可能となる。
本発明の実施例1であるビデオカメラの構成を示すブロック図。 撮影シーンの分類表。 実施例1のビデオカメラにおけるAF制御を示すフローチャート。 AF評価値とフォーカスレンズユニットの位置との関係を示すグラフ。 AF制御のうちフォーカスレンズユニットの山登り駆動の概要を説明する図。 実施例1のビデオカメラにおけるAF制御を示すフローチャート。 実施例1のビデオカメラにおけるAF制御を示すフローチャート。 AF制御のうちフォーカスレンズユニットの微小駆動の概要を説明する図。 本発明の実施例2であるビデオカメラの構成を示すブロック図。 実施例2のビデオカメラにおけるAF制御を示すフローチャート。
符号の説明
101 第1固定レンズユニット
102 ズームレンズユニット
103 絞り
104 第2固定レンズユニット
105 フォーカスレンズユニット
106 撮像素子
114 カメラ/AFマイクロコンピュータ
125 AF回路
126 外部測距ユニット

Claims (23)

  1. 被写体像を光電変換する撮像素子を用いて得られた信号の高周波成分から前記被写体像のコントラスト状態を表す第1の信号を生成する第1の信号生成手段と、
    被写体距離を検出して第2の信号を生成する第2の信号生成手段と、
    フォーカス制御が可能な撮影光学系に対して、前記第1の信号に基づく第1のフォーカス制御および前記第2の信号に基づく第2のフォーカス制御を行う制御手段とを有し、
    前記制御手段は、前記第1および第2の信号のそれぞれの変化量に応じて、前記第1および前記第2のフォーカス制御のうち一方を選択することを特徴とするレンズ制御装置。
  2. 前記制御手段は、現在の前記第1および第2の信号と現在より前に取得した前記第1および第2の信号とのそれぞれの差である変化量に応じて、前記第1および前記第2のフォーカス制御のうち一方を選択することを特徴とする請求項1に記載のレンズ制御装置。
  3. 前記制御手段は、さらに前記第1の信号のレベルに応じて、前記第1および前記第2のフォーカス制御のうち一方を選択することを特徴とする請求項1又は2に記載のレンズ制御装置。
  4. 前記制御手段は、前記第2のフォーカス制御を選択した場合において、該第2のフォーカス制御を行った後に前記第1のフォーカス制御を行うことを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載のレンズ制御装置。
  5. 前記制御手段は、前記第1の信号の変化量が第1の所定量より大きく、かつ前記第2の信号の変化量が第2の所定量より大きい場合は前記第2のフォーカス制御を選択することを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載のレンズ制御装置。
  6. 前記制御手段は、前記第1の信号の変化量が前記第1の所定量より小さく、かつ前記第2の信号の変化量が前記第2の所定量より大きい場合は、前記第1の信号のレベルに応じて、前記第1および第2のフォーカス制御のうち一方を選択することを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載のレンズ制御装置。
  7. 前記制御手段は、前記第1の信号の変化量が前記第1の所定量より小さく、かつ前記第2の信号の変化量が前記第2の所定量より大きい場合において、前記第1の信号のレベルが所定レベルより大きいときは前記第1のフォーカス制御を選択し、前記第1の信号のレベルが前記所定レベルより小さいときは前記第2のフォーカス制御を選択することを特徴とする請求項6に記載のレンズ制御装置。
  8. 前記制御手段は、前記第1の信号の変化量が第1の所定量より大きく、かつ前記第2の信号の変化量が第2の所定量より小さい場合は、前記第2のフォーカス制御を選択することを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載のレンズ制御装置。
  9. 前記撮影光学系はフォーカスレンズを有し、
    前記制御手段は、前記第1の信号の変化量が第1の所定量より小さく、かつ前記第2の信号の変化量が第2の所定量より小さい場合は、前記フォーカスレンズの駆動を停止させておくことを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載のレンズ制御装置。
  10. 被写体像を光電変換する撮像素子を用いて得られた信号の高周波成分から前記被写体像のコントラスト状態を表す第1の信号を生成する第1の信号生成手段と、
    被写体距離を検出して第2の信号を生成する第2の信号生成手段と、
    フォーカスレンズを有する撮影光学系に対して、前記第1の信号に基づく第1のフォーカス制御および前記第2の信号に基づく第2のフォーカス制御を行う制御手段とを有し、
    前記制御手段は、前記第1および第2の信号のそれぞれの変化量に応じて、前記第1および第2のフォーカス制御のうち少なくとも一方により前記フォーカスレンズを駆動するか前記フォーカスレンズの駆動を停止させておくかを選択することを特徴とするレンズ制御装置。
  11. 被写体像を光電変換する撮像素子と、
    請求項1から10のいずれか1つに記載のレンズ制御装置とを有することを特徴とする撮像装置。
  12. 前記被写体像を形成し、前記レンズ制御装置によるフォーカス制御が行われる撮影光学系とを有することを特徴とする請求項11に記載の撮像装置。
  13. 被写体像を光電変換する撮像素子を用いて得られた信号の高周波成分から前記被写体像のコントラスト状態を表す第1の信号を生成する第1のステップと、
    被写体距離を検出して第2の信号を生成する第2のステップと、
    フォーカス制御が可能な撮影光学系に対して、前記第1の信号に基づく第1のフォーカス制御および前記第2の信号に基づく第2のフォーカス制御を行う第3のステップとを有し、
    前記第3のステップにおいて、前記第1および第2の信号のそれぞれの変化量に応じて、前記第1および前記第2のフォーカス制御のうち一方を選択することを特徴とするレンズ制御方法。
  14. 前記第3のステップにおいて、現在の前記第1および第2の信号と現在より前に取得した前記第1および第2の信号とのそれぞれの差である変化量に応じて、前記第1および前記第2のフォーカス制御のうち一方を選択することを特徴とする請求項13に記載のレンズ制御方法。
  15. 前記第3のステップにおいて、さらに前記第1の信号のレベルに応じて、前記第1および前記第2のフォーカス制御のうち一方を選択することを特徴とする請求項13又は14に記載のレンズ制御方法。
  16. 前記第3のステップで前記第2のフォーカス制御を選択した場合において、該第2のフォーカス制御を行った後に前記第1のフォーカス制御を行うことを特徴とする請求項13から15のいずれか1つに記載のレンズ制御方法。
  17. 前記第3のステップにおいて、前記第1の信号の変化量が第1の所定量より大きく、かつ前記第2の信号の変化量が第2の所定量より大きい場合は前記第2のフォーカス制御を選択することを特徴とする請求項13から16のいずれか1つに記載のレンズ制御方法。
  18. 前記第3のステップにおいて、前記第1の信号の変化量が前記第1の所定量より小さく、かつ前記第2の信号の変化量が前記第2の所定量より大きい場合は、前記第1の信号のレベルに応じて、前記第1および第2のフォーカス制御のうち一方を選択することを特徴とする請求項13から16のいずれか1つに記載のレンズ制御方法。
  19. 前記第3のステップにおいて、前記第1の信号の変化量が前記第1の所定量より小さく、かつ前記第2の信号の変化量が前記第2の所定量より大きい場合において、前記第1の信号のレベルが所定レベルより大きいときは前記第1のフォーカス制御を選択し、前記第1の信号のレベルが前記所定レベルより小さいときは前記第2のフォーカス制御を選択することを特徴とする請求項18に記載のレンズ制御方法。
  20. 前記第3のステップにおいて、前記第1の信号の変化量が第1の所定量より大きく、かつ前記第2の信号の変化量が第2の所定量より小さい場合は、前記第2のフォーカス制御を選択することを特徴とする請求項13から16のいずれか1つに記載のレンズ制御方法。
  21. 前記第3のステップにおいて、前記第1の信号の変化量が第1の所定量より小さく、かつ前記第2の信号の変化量が第2の所定量より小さい場合は、前記撮影光学系のフォーカスレンズの駆動を停止させておくことを特徴とする請求項13から16のいずれか1つに記載のレンズ制御方法。
  22. 被写体像を光電変換する撮像素子を用いて得られた信号の高周波成分から前記被写体像のコントラスト状態を表す第1の信号を生成する第1のステップと、
    被写体距離を検出して第2の信号を生成する第2のステップと、
    フォーカスレンズを有する撮影光学系に対して、前記第1の信号に基づく第1のフォーカス制御および前記第2の信号に基づく第2のフォーカス制御を行う第3のステップとを有し、
    前記第3のステップにおいて、前記第1および第2の信号のそれぞれの変化量に応じて、前記第1および第2のフォーカス制御のうち少なくとも一方により前記フォーカスレンズを駆動するか前記フォーカスレンズの駆動を停止させておくかを選択することを特徴とするレンズ制御方法。
  23. 請求項13から22のいずれか1つに記載のレンズ制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであることを特徴とするレンズ制御処理プログラム。


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