JP2011002473A - Imaging device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging device excellent in focus detection accuracy even when a subject is a moving body in a distance.SOLUTION: A video camera includes: a focus detecting part 42 of a contrast system; a focus detecting part 60 of a phase difference system; a subject distance prediction part 53 which predicts the subject distance from past history of the phase difference focus-detecting part 60; and a CPU 50 that selects the output of a contrast focus-detecting part for focusing when the subject distance exceeds a distance threshold, and selects the output of the subject distance prediction part for focusing when the subject distance does not exceed the distance threshold.

Description

本発明は、撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging apparatus.

特許文献1は、位相差方式のAF(オートフォーカス)(位相差AF)で被写体の合焦位置近傍までフォーカスレンズを移動した後に、コントラスト方式のAF(TVAF)により高精度に合焦位置にフォーカスレンズを移動するハイブリッドAFを開示している。   In Patent Document 1, the focus lens is moved to the vicinity of the in-focus position of the subject by phase difference AF (auto focus) (phase difference AF), and then focused to the focus position with high accuracy by contrast AF (TVAF). A hybrid AF that moves the lens is disclosed.

特許文献2は、被写体が動体であるか焦点距離が閾値未満であれば位相差AFを行い、そうでなければハイブリッドAFを行なう撮像装置を開示している。   Patent Document 2 discloses an imaging apparatus that performs phase difference AF if the subject is a moving object or the focal length is less than a threshold value, and performs hybrid AF if not.

更に、過去の位相差AFの結果に基づいて被写体が動体であるかどうかを判定し、動体である場合には次の撮影タイミングでの被写体距離を予測してフォーカスレンズを動作させる動体追従AFも提案されている。   Furthermore, based on the result of the past phase difference AF, it is determined whether or not the subject is a moving object. If the subject is a moving object, the subject tracking AF for operating the focus lens by predicting the subject distance at the next shooting timing is also performed. Proposed.

特開2002−258147号公報JP 2002-258147 A 特開2006−053545号公報JP 2006-053545 A

しかし、位相差AFは、撮像装置から被写体までの距離(被写体距離)が長くなると遠近競合のために精度が低下し、その場合は、被写体の動きを正確に予測できないために動体追従AFの精度も低下する。   However, the accuracy of the phase difference AF decreases as the distance from the imaging device to the subject (subject distance) increases because of distance conflict, and in this case, the motion of the subject cannot be accurately predicted, and the accuracy of the moving object tracking AF Also decreases.

本発明は、被写体が遠距離で動体であっても焦点検出精度に優れた撮像装置を提供することを例示的な目的とする。   An object of the present invention is to provide an imaging apparatus that is excellent in focus detection accuracy even if a subject is a moving object at a long distance.

本発明の一側面としての撮像装置は、第1光学系を介した被写体像のコントラストのピーク位置を検出する第1の検出部と、前記第1光学系とは異なる第2光学系を介した被写体像から被写体距離に対応する情報を検出する第2の検出部と、前記第2の検出部の過去の履歴から被写体との距離変化後の被写体距離を予測する予測部と、前記予測された被写体距離が第1の距離の場合に前記第1の検出部の出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節し、前記予測された被写体距離が前記第1の距離よりも短い第2の距離である場合には前記予測部の出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節する制御部と、を有することを特徴とする。   An imaging apparatus according to an aspect of the present invention includes a first detection unit that detects a peak position of contrast of a subject image via a first optical system, and a second optical system that is different from the first optical system. A second detection unit that detects information corresponding to the subject distance from the subject image; a prediction unit that predicts a subject distance after a change in distance from the subject based on a past history of the second detection unit; When the subject distance is the first distance, focus adjustment is performed by following the movement of the subject using the output of the first detection unit, and the predicted subject distance is shorter than the first distance. And a control unit that adjusts the focus by following the movement of the subject using the output of the prediction unit when the distance is the second distance.

本発明は、被写体が遠距離で動体であっても焦点検出精度に優れた撮像装置を提供することができる。   The present invention can provide an imaging apparatus with excellent focus detection accuracy even when a subject is a moving object at a long distance.

本実施例のビデオカメラ(撮像装置)のブロック図である。It is a block diagram of the video camera (imaging device) of the present embodiment. 図1に示すビデオカメラのCPUが実行するAF動作を説明するためのフローチャートである。3 is a flowchart for explaining an AF operation executed by a CPU of the video camera shown in FIG. 1. 被写体がビデオカメラから遠ざかる場合の動体追従動作を示すグラフである。It is a graph which shows a moving body tracking operation | movement when a to-be-photographed object moves away from a video camera. 被写体がビデオカメラに近づく場合の動体追従動作を示すグラフである。It is a graph which shows a moving body tracking operation | movement when a to-be-photographed object approaches a video camera. リアフォーカスズーム光学系の特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic of a rear focus zoom optical system. 図1に示す絞りの状態によってFナンバーが変化した場合の距離閾値の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the distance threshold when F number changes with the state of the aperture_diaphragm | restriction shown in FIG.

図1は、本実施例のビデオカメラ(撮像装置)の構成を示すブロック図である。ビデオカメラは、撮影レンズ、絞り14、撮像素子15、画像処理回路16、各種駆動源(21〜23)、各種エンコーダ(31〜33)、各種ゲート(40、41)、コントラスト焦点検出部42、CPU50、位相差焦点検出部60、速度検出部62を有する。   FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the video camera (imaging device) of this embodiment. The video camera includes a photographing lens, an aperture 14, an image sensor 15, an image processing circuit 16, various drive sources (21 to 23), various encoders (31 to 33), various gates (40 and 41), a contrast focus detection unit 42, A CPU 50, a phase difference focus detection unit 60, and a speed detection unit 62 are included.

撮影レンズ(第1光学系)は、本実施例では4群であるが、これに限定されない。撮影レンズは、固定の前玉レンズ(群)10、バリエータレンズ(群)11、焦点調節用のフォーカシングレンズ(群)(以下、単に「フォーカスレンズ」という)13を有する。   The photographing lens (first optical system) includes four groups in the present embodiment, but is not limited to this. The photographing lens includes a fixed front lens (group) 10, a variator lens (group) 11, and a focusing lens (group) for focusing (hereinafter simply referred to as “focus lens”) 13.

バリエータレンズ11は、焦点距離を変更するのに使用され、一点鎖線で示す光軸方向に移動可能に構成される。バリエータレンズ11は、バリエータエンコーダ31によってその光軸方向の絶対位置が検出され、バリエータ駆動源21によって光軸方向に移動される。バリエータ駆動源21は、例えば、ステップモータや動力伝達部材から構成され、CPU50に接続されてCPU50によって制御される。バリエータエンコーダ31はCPU50に接続されてバリエータエンコーダ31の出力はCPU50に供給される。   The variator lens 11 is used to change the focal length, and is configured to be movable in the optical axis direction indicated by a one-dot chain line. The absolute position of the variator lens 11 in the optical axis direction is detected by the variator encoder 31, and is moved in the optical axis direction by the variator driving source 21. The variator drive source 21 is composed of, for example, a step motor or a power transmission member, and is connected to the CPU 50 and controlled by the CPU 50. The variator encoder 31 is connected to the CPU 50, and the output of the variator encoder 31 is supplied to the CPU 50.

フォーカスレンズ13は、焦点調節に使用され、光軸方向に移動可能に構成される。フォーカスレンズ13は、フォーカスエンコーダ33によってその光軸方向の絶対位置が検出され、フォーカス駆動源23によって光軸方向に移動される。フォーカス駆動源23は、例えば、ステップモータや動力伝達部材から構成され、CPU50に接続されてCPU50によって制御される。フォーカスエンコーダ33はCPU50に接続されてフォーカスエンコーダ33の出力はCPU50に供給される。   The focus lens 13 is used for focus adjustment and is configured to be movable in the optical axis direction. The absolute position of the focus lens 13 in the optical axis direction is detected by the focus encoder 33 and is moved in the optical axis direction by the focus drive source 23. The focus drive source 23 is composed of, for example, a step motor or a power transmission member, and is connected to the CPU 50 and controlled by the CPU 50. The focus encoder 33 is connected to the CPU 50, and the output of the focus encoder 33 is supplied to the CPU 50.

絞り14は、絞りエンコーダ32によってその開口状態が検出され、絞り駆動源22によって開口が調節される。絞り駆動源22は、例えば、ステップモータや動力伝達部材から構成され、CPU50に接続されてCPU50によって制御される。絞りエンコーダ32はCPU50に接続されて絞りエンコーダ32の出力はCPU50に供給される。   The aperture state of the aperture 14 is detected by the aperture encoder 32, and the aperture is adjusted by the aperture drive source 22. The aperture drive source 22 is composed of, for example, a step motor or a power transmission member, and is connected to the CPU 50 and controlled by the CPU 50. The aperture encoder 32 is connected to the CPU 50, and the output of the aperture encoder 32 is supplied to the CPU 50.

撮像素子15は、CCD、CMOSセンサーなどから構成されて、被写体からの光を光電変換して画像データを生成する。   The image sensor 15 is composed of a CCD, a CMOS sensor, and the like, and generates image data by photoelectrically converting light from a subject.

画像処理回路16は、撮像素子15の出力に対して増幅やガンマ補正などを行う信号処理回路である。信号処理された映像信号は、不図示の記録系(図1には「REC」と示す)や表示系に出力されると共にAEゲート40とAFゲート41に出力される。   The image processing circuit 16 is a signal processing circuit that performs amplification and gamma correction on the output of the image sensor 15. The video signal subjected to signal processing is output to a recording system (shown as “REC” in FIG. 1) and a display system (not shown), and is also output to the AE gate 40 and the AF gate 41.

AE(自動露出)ゲートは、画像処理回路16に接続され、画像処理回路16から信号処理された映像信号を受信して、露出決定に最適な信号取り出し範囲を決定する。   The AE (automatic exposure) gate is connected to the image processing circuit 16 and receives a video signal subjected to signal processing from the image processing circuit 16 to determine an optimum signal extraction range for exposure determination.

AFゲート41は、画像処理回路16に接続され、画像処理回路16から信号処理された映像信号を受信し、ピント合わせに最適な信号取り出し範囲を決定する。   The AF gate 41 is connected to the image processing circuit 16, receives the video signal subjected to signal processing from the image processing circuit 16, and determines an optimum signal extraction range for focusing.

コントラスト焦点検出部(第1の検出部)42は、映像の輝度信号中における、AFゲート回路41で抽出された領域の信号に含まれている高周波成分を抽出して積算し、コントラストに対応するAF評価値(焦点信号)をCPU50に出力する信号処理回路である。コントラスト焦点検出部42は、TVAFを行うのに使用され、撮影レンズを介した被写体像のコントラストのピーク位置を検出することによって焦点状態を検出する。   The contrast focus detection unit (first detection unit) 42 extracts and integrates high-frequency components included in the signal of the region extracted by the AF gate circuit 41 in the luminance signal of the video, and corresponds to the contrast. It is a signal processing circuit that outputs an AF evaluation value (focus signal) to the CPU 50. The contrast focus detection unit 42 is used to perform TVAF, and detects the focus state by detecting the peak position of the contrast of the subject image via the photographing lens.

CPU(制御部、プロセッサ)50は、AFに関する様々な演算やビデオカメラの各部の制御を行う。CPU50は、焦点距離検出部51、動体検出部52、被写体距離予測部53、Fナンバー算出部54、被写体距離推定部55、被写体距離比較部56、AF切り替え部57を有する。なお、これらのCPU50の一又は複数の構成要素はCPU50とは別個のユニット(回路、プロセッサ)としてCPU50の外部に形成されてもよい。また、CPU50は、メモリ58に接続されている。   A CPU (control unit, processor) 50 performs various calculations related to AF and controls each unit of the video camera. The CPU 50 includes a focal length detection unit 51, a moving object detection unit 52, a subject distance prediction unit 53, an F number calculation unit 54, a subject distance estimation unit 55, a subject distance comparison unit 56, and an AF switching unit 57. One or more components of the CPU 50 may be formed outside the CPU 50 as a unit (circuit, processor) separate from the CPU 50. The CPU 50 is connected to the memory 58.

焦点距離検出部51は、バリエータエンコーダ31の出力を得て焦点距離を検出する。   The focal length detection unit 51 obtains the output of the variator encoder 31 and detects the focal length.

動体検出部52は、速度検出部62から得た被写体速度vが、メモリ58に記憶された閾値Vthよりも大きいかどうかを検出する。CPU50は、被写体速度vが閾値Vthよりも大きければ、被写体が動体と判断し、閾値Vth以下であれば動体ではないと判断することができる。CPU50は、動体検出部52の検出結果から被写体が動体であると判断すると動体追従AFを準備する。動体追従AFは位相差焦点検出部60の検出結果に基づいてAFを行うため、被写体が遠距離になると精度が低下する。 Motion detector 52, the object speed v n obtained from the speed detecting unit 62 detects whether or larger than the threshold value Vth stored in the memory 58. CPU50 is larger than the object speed v n is the threshold value Vth, it is possible to subject it is determined that the moving object is determined not to be a moving object if less than the threshold value Vth. When the CPU 50 determines that the subject is a moving object from the detection result of the moving object detector 52, the CPU 50 prepares the moving object tracking AF. Since the moving body tracking AF performs AF based on the detection result of the phase difference focus detection unit 60, the accuracy decreases when the subject is at a long distance.

被写体距離予測部(予測部)53は、位相差焦点検出部の過去の履歴から被写体との距離変化後の被写体距離を予測する。   The subject distance prediction unit (prediction unit) 53 predicts the subject distance after the distance change with the subject from the past history of the phase difference focus detection unit.

Fナンバー算出部54は、絞りエンコーダ32の出力に基づいてFナンバーの値を算出する。   The F number calculation unit 54 calculates the F number value based on the output of the aperture encoder 32.

被写体距離推定部55は、TVAFが行われている場合にフォーカスエンコーダ33が測定するフォーカスレンズ13の位置に基づいて被写体距離を推定する。   The subject distance estimation unit 55 estimates the subject distance based on the position of the focus lens 13 measured by the focus encoder 33 when TVAF is being performed.

被写体距離比較部56は、被写体距離推定部55が推定した被写体距離(又はこれに対応する量)又は位相差焦点検出部60から入力される被写体距離と、メモリ58に記憶された距離閾値(又はこれに対応する量)とを比較する。   The subject distance comparison unit 56 includes the subject distance estimated by the subject distance estimation unit 55 (or an amount corresponding thereto) or the subject distance input from the phase difference focus detection unit 60 and the distance threshold value (or stored in the memory 58). And the corresponding amount).

AF切り替え部57は、被写体が動体でない場合に、焦点調節用の焦点検出部を、コントラスト焦点検出部42と位相差焦点検出部60との間で切り替える(又は優先的に使用する)。また、AF切り替え部57は、被写体が動体である場合に、被写体距離比較部56の比較結果に基づいて、焦点調節用の焦点検出部を、コントラスト焦点検出部42と被写体距離予測部53との間で切り替える(又は優先的に使用する)。   The AF switching unit 57 switches (or is used preferentially) the focus detection unit for focus adjustment between the contrast focus detection unit 42 and the phase difference focus detection unit 60 when the subject is not a moving object. In addition, when the subject is a moving object, the AF switching unit 57 sets the focus detection unit for focus adjustment between the contrast focus detection unit 42 and the subject distance prediction unit 53 based on the comparison result of the subject distance comparison unit 56. Switch between (or use preferentially).

メモリ58は、AF動作に必要な各種の閾値やデータ、図2に示すプロセッサが実行可能なAF方法のプログラムを格納する。   The memory 58 stores various threshold values and data necessary for the AF operation, and an AF method program executable by the processor shown in FIG.

位相差焦点検出部(第2の検出部)60は、撮影レンズの焦点状態を位相差方式(コントラスト方式とは異なる方式)で検出する。具体的には、位相差焦点検出部60は、被写体からの光を集光し、(撮影レンズとは異なる第2光学系である)セパレータレンズによって2つの光束に分割し、2つの光束を異なる2つの光電変換素子列に結像する。被写体距離が変化すると、2つの光束から生じる被写体像の間の距離が変動する。光電変換素子列は被写体輝度によって定まる時間だけ電荷を蓄積し、電荷蓄積後に光電変換素子列の出力はAD変換器によって量子化され、量子化された信号は相関演算回路にて相関が検出される。この相関演算により、2つの信号の間で画素単位のずれ量が算出される。位相差焦点検出部60は、ずれ量、2つの光電素子列間の距離及び測距光学系の焦点距離から三角測量の原理を用いて光軸方向の被写体距離を測定し、これをCPU50に出力する。   The phase difference focus detection unit (second detection unit) 60 detects the focus state of the photographing lens by a phase difference method (a method different from the contrast method). Specifically, the phase difference focus detection unit 60 collects light from the subject, divides it into two light beams by a separator lens (which is a second optical system different from the photographing lens), and makes the two light beams different. An image is formed on two photoelectric conversion element arrays. When the subject distance changes, the distance between the subject images generated from the two light fluxes fluctuates. The photoelectric conversion element array accumulates electric charge for a time determined by the subject luminance, and after the electric charge is accumulated, the output of the photoelectric conversion element array is quantized by the AD converter, and the correlation is detected by the correlation calculation circuit. . By this correlation calculation, a shift amount in pixel units between the two signals is calculated. The phase difference focus detection unit 60 measures the subject distance in the optical axis direction using the principle of triangulation from the deviation amount, the distance between the two photoelectric element arrays, and the focal length of the distance measuring optical system, and outputs this to the CPU 50. To do.

速度検出部62は、位相差焦点検出部60とCPU50に接続され、位相差焦点検出部60の出力(被写体距離)に基づいて単位時間あたりの被写体距離変化量を算出し、被写体の光軸方向の移動速度(被写体速度)をCPU50に送信する。速度検出部62は、位相差焦点検出部60の出力の取得時刻t、t、t…tと、測距値(被写体距離の値)d、d、d…dとから次のように被写体速度vを算出し、これをCPU50(の動体検出部52)に供給する。 The speed detection unit 62 is connected to the phase difference focus detection unit 60 and the CPU 50, calculates the subject distance change amount per unit time based on the output (subject distance) of the phase difference focus detection unit 60, and the optical axis direction of the subject The movement speed (subject speed) is transmitted to the CPU 50. Speed detecting section 62, the acquisition time t 0, t 1, t 2 ... t n of the output of the phase difference focus detection unit 60, (the value of the object distance) measured distance value d 0, d 1, d 2 ... d n calculating an object velocity v n as follows from the supplies it to CPU 50 (moving object detection section 52).

以下、図2を参照して、ビデオカメラのAF動作について説明する。ここで、図2は、AF動作を説明するためのフローチャートであり、「S」はステップの略である。   Hereinafter, the AF operation of the video camera will be described with reference to FIG. Here, FIG. 2 is a flowchart for explaining the AF operation, and “S” is an abbreviation of a step.

まず、CPU50は、動体検出部52の検出結果に基づいて被写体が動体であるかどうかを判断する(S102)。CPU50は、被写体が動体ではないと判断すると(S102のNo)、通常のハイブリッドAFを行なう(S104)。ハイブリッドAFでは、位相差AFで被写体の合焦位置近傍までフォーカスレンズ13を移動(S122)した後に山登り方式のTVAFで高精度に合焦位置にフォーカスレンズ13を移動する(S122)。   First, the CPU 50 determines whether or not the subject is a moving object based on the detection result of the moving object detection unit 52 (S102). If the CPU 50 determines that the subject is not a moving object (No in S102), it performs normal hybrid AF (S104). In the hybrid AF, the focus lens 13 is moved to the vicinity of the in-focus position of the subject by the phase difference AF (S122), and then the focus lens 13 is moved to the in-focus position with high accuracy by the hill-climbing TVAF (S122).

一方、CPU50は、被写体が動体であると判断すると(S102のYes)、焦点距離検出部51の検出結果に基づいて焦点距離が変動したかどうかを判断する(S106)。   On the other hand, when determining that the subject is a moving object (Yes in S102), the CPU 50 determines whether or not the focal length has changed based on the detection result of the focal length detection unit 51 (S106).

CPU50は、焦点距離が変動していないと判断すると(S106のNo)、Fナンバー算出部54が検出したFナンバーが変動したかどうかを判断する(S108)。   If the CPU 50 determines that the focal length has not changed (No in S106), the CPU 50 determines whether the F number detected by the F number calculation unit 54 has changed (S108).

CPU50はFナンバーが変動していないと判断すると(S108のNo)、被写体距離比較部56が、被写体距離は距離閾値よりも大きいかどうかを判断する(S110)。   When the CPU 50 determines that the F number has not changed (No in S108), the subject distance comparison unit 56 determines whether or not the subject distance is greater than the distance threshold (S110).

被写体距離比較部56が、被写体距離は距離閾値以下(第2の距離)であると判断すると(S110のNo)、CPU50は、速度検出部62が検出した被写体の移動速度vがメモリ58に記憶された速度閾値よりも大きいかどうか判断する(S112)。この速度閾値は、動体判定に使用される閾値Vthよりも大きく、TVAFが追従可能な速度よりも小さく設定される。 Subject distance comparing section 56 determines that subject distance is less distance threshold (second distance) (No in S110), CPU 50 has the moving speed v n of the object speed detector 62 detects within the memory 58 It is determined whether or not it is larger than the stored speed threshold (S112). This speed threshold is set to be larger than the threshold Vth used for moving object determination and smaller than the speed at which TVAF can follow.

CPU50は、被写体の移動速度vがメモリ58に記憶された速度閾値よりも大きい(第2の速度)と判断すると、位相差焦点検出部60を利用した動体追従AFを行なう(S114)。動体追従AFにおいて、被写体距離予測部53は、最小二乗近似などの近似手法を用いて、過去の測距結果から近似式を算出して被写体距離の予測値を求める。予測値は、次に画像が取得される時刻情報と近似式から求めることができる。 CPU50, when the moving speed v n of the object is determined to be greater than the speed threshold stored in the memory 58 (second speed), the moving object tracking AF using the phase difference focus detection unit 60 (S114). In the moving body tracking AF, the subject distance prediction unit 53 calculates an approximate expression from the past distance measurement result using an approximation method such as least square approximation and obtains a predicted value of the subject distance. The predicted value can be obtained from time information when the image is acquired next and an approximate expression.

なお、電子スティルカメラに適用する場合には、ユーザがシャッターをレリーズしてから実際に画像が取得されるまでのタイムラグを予め測定及び記憶し、このタイムラグを用いて画像取得時刻を算出する。   When applied to an electronic still camera, the time lag from when the user releases the shutter to when the image is actually acquired is measured and stored in advance, and the image acquisition time is calculated using this time lag.

被写体距離の予測値が算出されると、CPU50は、それに対応するフォーカスレンズ13の位置(フォーカスレンズ位置)を算出してその近傍にフォーカスレンズ13が移動するようにフォーカス駆動源23を制御する(S112)。これにより、被写体が動体である場合に合焦状態を維持することができる。   When the predicted value of the subject distance is calculated, the CPU 50 calculates the position of the focus lens 13 (focus lens position) corresponding to the predicted value and controls the focus drive source 23 so that the focus lens 13 moves in the vicinity thereof ( S112). Thereby, the focused state can be maintained when the subject is a moving object.

一方、被写体の移動速度vがメモリ58に記憶された速度閾値以下(閾値Vthよりは大きい第1の速度)であると判断すると(S112のNo)、AF切り替え部57はコントラスト焦点検出部42の出力を選択し、CPU50はTVAFを行う(S116)。被写体速度がTVAFで対応可能な速度なので、焦点調節精度が向上する。 On the other hand, (No of S112) the moving speed v n of the object is determined to be less than the speed threshold stored in the memory 58 (first speed greater than the threshold Vth), AF switching unit 57 the contrast focus detector 42 The CPU 50 performs TVAF (S116). Since the subject speed can be handled by TVAF, the focus adjustment accuracy is improved.

同様に、被写体距離比較部56が、被写体距離は距離閾値よりも大きい(第1の距離)と判断すると(S110のYes)、AF切り替え部57はコントラスト焦点検出部42の出力を選択し、CPU50はTVAFを行う(S116)。TVAFによって動体追従の効果が得られる。以下、これについて更に詳しく説明する。   Similarly, when the subject distance comparison unit 56 determines that the subject distance is greater than the distance threshold (first distance) (Yes in S110), the AF switching unit 57 selects the output of the contrast focus detection unit 42, and the CPU 50 Performs TVAF (S116). The effect of following a moving object can be obtained by TVAF. This will be described in more detail below.

図3は、被写体がビデオカメラから遠ざかる場合の動体追従動作を示すグラフであり、横軸は不図示のタイマが測定した時間、縦軸は位相差焦点検出部60が測定した被写体距離を示している。   FIG. 3 is a graph showing the moving object following operation when the subject moves away from the video camera. The horizontal axis indicates the time measured by a timer (not shown), and the vertical axis indicates the subject distance measured by the phase difference focus detection unit 60. Yes.

まず、被写体距離予測部53は、最小二乗近似などの近似手法を用いて、過去の測距結果である時間T1〜T6とその時の被写体距離D1〜D6に対応する点L1〜L6に基づいて近似式(直線L)を算出して被写体距離の予測値Dを求める。予測値Dは、次に画像が取得される時刻情報Tが近似式において対応する点Lから求めることができる。 First, the subject distance prediction unit 53 uses an approximation method such as least square approximation to approximate based on points T1 to L6 corresponding to the time T1 to T6 as the past distance measurement results and the subject distances D1 to D6 at that time. A formula (straight line L) is calculated to obtain a subject distance predicted value DE . The predicted value D E can be obtained from the point L E corresponding to the time information T E at which the next image is acquired in the approximate expression.

次に、被写体距離比較部56は、予測値Dが、メモリ58に記憶された距離閾値Dthよりも大きいかどうかを判断する(S110)。被写体距離比較部56は、予測値Dが距離閾値Dthよりも大きいと判断すると(S110のYes)、CPU50はフォーカスレンズ13を予測値Dに対応するフォーカスレンズ位置に移動させる。また、AF切り替え部57がAF方式をTVAFに切り換える(S118)。 Next, the subject distance comparison unit 56 determines whether or not the predicted value D E is larger than the distance threshold value D th stored in the memory 58 (S110). When the subject distance comparison unit 56 determines that the predicted value D E is greater than the distance threshold value D th (Yes in S110), the CPU 50 moves the focus lens 13 to the focus lens position corresponding to the predicted value D E. The AF switching unit 57 switches the AF method to TVAF (S118).

なお、被写体距離比較部56は、位相差焦点検出部60の出力がメモリ58に格納された距離閾値Dthを越えたと判断するとAF方式を切り換えてもよい。例えば、図3において、L6が最新の測距結果だとするとそれに対応する被写体距離D6が距離閾値Dthよりも大きいので、AF切り替え部57がAF方式を動体追従AFからTVAFに切り換える。そして、CPU50は、フォーカスレンズ13を距離閾値Dth付近に移動させてTVAFにより合焦動作を行う。このように、図3において、被写体距離がD5〜D6は距離閾値Dthを跨ぐためにその区間で動体追従AFを行なうかTVAFを行なうかは選択的である。 Note that the subject distance comparison unit 56 may switch the AF method when determining that the output of the phase difference focus detection unit 60 has exceeded the distance threshold Dth stored in the memory 58. For example, in FIG. 3, L6 since the subject distance D6 the corresponding Datosuruto latest measurement result greater than the distance threshold D th, AF switching section 57 is switched to TVAF the AF mode from the moving body tracking AF. Then, CPU 50 performs a focusing operation by TVAF moves the focus lens 13 near distance threshold D th. Thus, in FIG. 3, the object distance is D5~D6 is whether to TVAF or perform moving object tracking AF in that section to cross the distance threshold D th is selective.

CPU50は、被写体距離D1〜D5においては被写体距離が距離閾値Dth以下であると判断する(S110のNo)。このため、CPU50は、被写体速度(直線Lの傾き)が速度閾値よりも大きいと判断した場合(S112のYes)には動体追従AFを行い(S114)、速度閾値以下であると判断した場合には(S112のNo)、TVAFを行う(S116)。 The CPU 50 determines that the subject distance is equal to or less than the distance threshold value Dth in the subject distances D1 to D5 (No in S110). For this reason, when the CPU 50 determines that the subject speed (the slope of the straight line L) is larger than the speed threshold (Yes in S112), the CPU 50 performs the moving body tracking AF (S114) and determines that the subject speed is equal to or lower than the speed threshold. (No in S112), TVAF is performed (S116).

なお、CPU50は図2において被写体距離が距離閾値Dth以下である場合には合焦速度を重視して常に動体追従AFを行ってもよい。被写体距離が距離閾値Dth以下であるので動体追従AFはある程度の焦点調節精度を維持することができる。 Note that the CPU 50 may always perform the moving body tracking AF with an emphasis on the focusing speed when the subject distance is equal to or less than the distance threshold value Dth in FIG. Since the subject distance is equal to or smaller than the distance threshold Dth , the moving object tracking AF can maintain a certain degree of focus adjustment accuracy.

S116が行われている場合に被写体が遠方から近接してくる際のCPU50の動作について説明する。被写体距離が距離閾値Dthよりも大きければTVAFが使用されるが、TVAFでは、直接的に被写体距離を測定できない。AF方式の切り替えは以下のように行なわれる。 The operation of the CPU 50 when the subject approaches from a distance when S116 is performed will be described. Although the subject distance is greater than the distance threshold D th TVAF is used, the TVAF, can not directly measure the subject distance. The AF method is switched as follows.

TVAFでは、AF評価値のピークが探索される。AF評価値のピークにフォーカスレンズ13が配置されると、被写体距離推定部55が、そのフォーカスレンズ位置から被写体距離を推定する。また、Fナンバー算出部54が絞りエンコーダ32の出力値からFナンバーの値を算出する。   In TVAF, the peak of the AF evaluation value is searched. When the focus lens 13 is disposed at the peak of the AF evaluation value, the subject distance estimation unit 55 estimates the subject distance from the focus lens position. Further, the F number calculation unit 54 calculates the value of the F number from the output value of the aperture encoder 32.

CPU50は、Fナンバー算出部54が算出したFナンバー、被写体距離推定部55が推定した被写体距離、及び、メモリ58に格納されている光学系の設計データとから、許容錯乱円の直径を生ずるフォーカスレンズ13の移動距離dを算出する。 The CPU 50 determines the focus that generates the diameter of the permissible circle of confusion from the F number calculated by the F number calculation unit 54, the subject distance estimated by the subject distance estimation unit 55, and the optical system design data stored in the memory 58. calculating a moving distance d c of the lens 13.

一方、メモリ58は、距離閾値Dthに対するフォーカスレンズ位置Pthを予め記憶している。被写体距離比較部56(又はCPU50)は、TVAFの結果得られた現在のフォーカスレンズ位置Pと、許容錯乱円径を生じるフォーカスレンズ13の移動距離d、及び、位置Pthを比較に使用する。具体的には、被写体距離比較部56は、Pが、Pthからd/2を減じた値よりも至近であるかどうか(P<(Pth−d/2))を判断する。被写体距離比較部56は、Pが、Pthからd/2を減じた値よりも至近であると判断するとAF切り替え部57はAF方式をTVAFから動体追従AFに切り換える。 On the other hand, the memory 58 stores in advance the focus lens position P th with respect to the distance threshold value D th . The subject distance comparison unit 56 (or the CPU 50) uses the current focus lens position P c obtained as a result of TVAF, the moving distance d c of the focus lens 13 that generates an allowable circle of confusion, and the position P th for comparison. To do. Specifically, the object distance comparing section 56 determines P c is, whether it is near than a value obtained by subtracting the d c / 2 from P th to (P c <(P th -d c / 2)) To do. When the subject distance comparison unit 56 determines that P c is closer than the value obtained by subtracting d c / 2 from P th , the AF switching unit 57 switches the AF method from TVAF to moving object tracking AF.

図4は、上記動作を説明するための、特定の被写体についてフォーカスレンズ位置に対するAF評価値の変化を示す曲線Cを示している。図4において、横軸はフォーカスレンズ位置、縦軸はTVAFのAF評価値であり、許容錯乱円を生じるAF評価値の閾値はTh3であるとする。曲線Cは、ピーク付近では至近側と無限遠側とでほぼ対称である。従って、距離閾値Dthに相当するフォーカスレンズ位置Pthが曲線C上でTh3である場合、フォーカスレンズ位置が(Pth−d/2)であるときに、AF評価値がピーク近傍になることが期待できる。 FIG. 4 shows a curve C showing the change of the AF evaluation value with respect to the focus lens position for a specific subject for explaining the above operation. In FIG. 4, it is assumed that the horizontal axis is the focus lens position, the vertical axis is the AF evaluation value of TVAF, and the threshold value of the AF evaluation value that generates the allowable circle of confusion is Th3. The curve C is almost symmetrical on the near side and the infinity side near the peak. Therefore, when the focus lens position P th corresponding to the distance threshold value D th is Th3 on the curve C, the AF evaluation value is in the vicinity of the peak when the focus lens position is (P th −d c / 2). I can expect that.

本実施例によれば、被写体距離が大きくなった場合に、CPU50のAF切り替え部57がAF方式を動体追従AFからTVAFに切り換え、遠近競合などにより動体追従AFの精度が低下してピンぼけが発生することを防止することができる。また、焦点深度が比較的浅い近距離領域で移動する被写体に対しては動体追従AFで迅速に合焦動作を行うことができる。   According to the present embodiment, when the subject distance becomes large, the AF switching unit 57 of the CPU 50 switches the AF method from the moving body tracking AF to the TVAF, and the accuracy of the moving body tracking AF is lowered due to distance competition or the like, resulting in blurring. Can be prevented. In addition, a moving object tracking AF can be quickly performed on an object that moves in a short distance area where the depth of focus is relatively shallow.

一方、CPU50は、焦点距離検出部51の検出結果に基づいて焦点距離が変動したと判断すると(S106のYes)、被写体距離比較部56が使用する、焦点距離検出部51の検出結果に基づいて設定される距離閾値を算出(変更)して設定する(S118)。撮像光学系の焦点距離が変動した場合とは、ユーザがズーム動作を行った場合である。   On the other hand, when the CPU 50 determines that the focal length has changed based on the detection result of the focal length detection unit 51 (Yes in S106), based on the detection result of the focal length detection unit 51 used by the subject distance comparison unit 56. The distance threshold to be set is calculated (changed) and set (S118). The case where the focal length of the imaging optical system fluctuates is a case where the user performs a zoom operation.

本実施例の光学系は、バリエータレンズ11の移動に対する焦点面の移動をフォーカスレンズ13の移動によって補償するリアフォーカスズーム光学系である。リアフォーカスズーム光学系では、光学系の焦点距離と被写体距離とのどちらか一方が変動すると焦点面が変動してしまうので、フォーカスレンズ13を移動させなければ合焦状態を維持できない特性がある。   The optical system of the present embodiment is a rear focus zoom optical system that compensates for the movement of the focal plane with respect to the movement of the variator lens 11 by the movement of the focus lens 13. The rear focus zoom optical system has a characteristic that the in-focus state cannot be maintained unless the focus lens 13 is moved because the focal plane changes when either the focal length or the subject distance of the optical system changes.

図5は、リアフォーカスズーム光学系の特性を示すグラフである。図5において、横軸はバリエータレンズ11の位置(図5には「バリエータ位置」と記す)、縦軸はフォーカスレンズ13の位置である。被写体距離が無限遠、6m、3m、1m、0.3m、0.2m、0.1mの場合に合焦するための、バリエータレンズ11の位置とフォーカスレンズ13の位置との関係を実線L11〜L17で示す。また、図5において、バリエータレンズ11の移動に対する、距離閾値Dthに相当するフォーカスレンズ13の位置Pthを破線L10で示す。 FIG. 5 is a graph showing the characteristics of the rear focus zoom optical system. In FIG. 5, the horizontal axis represents the position of the variator lens 11 (referred to as “variator position” in FIG. 5), and the vertical axis represents the position of the focus lens 13. The solid lines L11 to L11 indicate the relationship between the position of the variator lens 11 and the position of the focus lens 13 for focusing when the subject distance is infinity, 6 m, 3 m, 1 m, 0.3 m, 0.2 m, and 0.1 m. This is indicated by L17. Further, in FIG. 5, the position P th of the focus lens 13 corresponding to the distance threshold D th with respect to the movement of the variator lens 11 is indicated by a broken line L10.

本実施例の光学系では、フォーカスレンズ13の移動に対する焦点面の移動敏感度はほぼ1.0であるので破線L10は実線L11からほぼ等距離の位置となる。本実施例では、距離閾値Dthはワイド端で約0.3m、テレ端で約6mとなっている。もちろんフォーカスレンズ13の移動に対する焦点面の移動敏感度や距離閾値Dthの設定は限定されない。 In the optical system of the present embodiment, the movement sensitivity of the focal plane with respect to the movement of the focus lens 13 is approximately 1.0, so the broken line L10 is at a position that is approximately equidistant from the solid line L11. In the present embodiment, the distance threshold Dth is about 0.3 m at the wide end and about 6 m at the tele end. Of course, the setting of the focal plane movement sensitivity to the movement of the focus lens 13 and the distance threshold D th is not limited.

動作において、ユーザのズーム操作によってバリエータレンズ11の位置が変動すると、CPU50は、バリエータエンコーダ31によって検出されたバリエータレンズ11の位置に対する距離閾値Dth(f)を算出する。距離閾値Dth(f)の算出には、複数の主要なバリエータレンズ11の位置と距離閾値との関係を予めメモリ58に記憶して線形補間を行って記憶されていないバリエータレンズ11の位置と距離閾値との関係を算出する方法を適用してもよい。また、距離閾値Dth(f)の算出に、バリエータレンズ11の位置と距離閾値Dth(f)との関係を近似式としてメモリ58に記憶し、検出されたバリエータレンズ11の位置から距離閾値Dth(f)を演算によって求める方法やその他の方法を適用してもよい。 In operation, when the position of the variator lens 11 fluctuates due to the user's zoom operation, the CPU 50 calculates a distance threshold D th (f) for the position of the variator lens 11 detected by the variator encoder 31. For the calculation of the distance threshold D th (f), the relationship between the positions of the plurality of main variator lenses 11 and the distance threshold is stored in the memory 58 in advance and linear interpolation is performed to store the positions of the variator lenses 11 not stored. A method of calculating the relationship with the distance threshold may be applied. Further, the calculation of the distance threshold D th (f), and stored in the memory 58 the relationship between the position and the distance threshold D th variator lens 11 (f) as an approximate expression, a distance threshold from the detected position of the variator lens 11 A method of obtaining D th (f) by calculation or other methods may be applied.

距離閾値Dth(f)が算出されると図2に示すフローはS110に移行する。即ち、被写体距離が距離閾値Dth(f)以下で(S110のNo)、かつ、被写体速度が速度閾値よりも大きい場合(S112のYes)には動体追従AFが行なわれる(S114)。また、被写体速度が速度閾値以下の場合(S112のNo)又は距離閾値Dth(f)を超えた場合(S110のYes)にはTVAFが行われる(S116)。これにより、焦点距離が変動しても、遠距離の被写体に対して遠近競合などによる誤測距の影響を低減することができる。また、ズーム操作に伴って距離閾値が調節されるので、遠近競合の生じやすく焦点深度の深いワイド側では広い被写体距離範囲でTVAFを使用することにより、誤測距の影響を効果的に低減することができる。 When the distance threshold value D th (f) is calculated, the flow shown in FIG. 2 proceeds to S110. That is, when the subject distance is equal to or smaller than the distance threshold D th (f) (No in S110) and the subject speed is larger than the speed threshold (Yes in S112), the moving body tracking AF is performed (S114). When the subject speed is equal to or lower than the speed threshold (No in S112) or exceeds the distance threshold D th (f) (Yes in S110), TVAF is performed (S116). Thereby, even if the focal length fluctuates, it is possible to reduce the influence of erroneous distance measurement due to distance competition on a long-distance subject. In addition, since the distance threshold is adjusted in accordance with the zoom operation, the influence of erroneous distance measurement is effectively reduced by using TVAF in a wide subject distance range on the wide side where the depth of focus is likely to occur because of perspective conflict. be able to.

図6は、絞り14の状態によってFナンバーが変化した場合の距離閾値の変化を示すグラフである。図6において、横軸はバリエータレンズ11の位置(図6には「バリエータ位置」と記す)、縦軸はフォーカスレンズ13の位置である。   FIG. 6 is a graph showing the change in the distance threshold when the F number changes depending on the state of the diaphragm 14. In FIG. 6, the horizontal axis represents the position of the variator lens 11 (referred to as “variator position” in FIG. 6), and the vertical axis represents the position of the focus lens 13.

実線L20は絞り14が開放の場合の距離閾値Dth(f, F)に相当するフォーカスレンズ13の位置Pth(f, F)の、バリエータレンズ11位置に対する変化を示している。また、実線L21〜L23はFナンバーがそれぞれ∞、8、16の場合の距離閾値Dth(f, F)に相当するフォーカスレンズ13の位置Pth(f, F)の、バリエータレンズ11の位置に対する変化を示している。このように、Fナンバー算出部54が算出したFナンバーが大きいほど距離閾値が小さくなる(コントラスト焦点検出部42の出力が焦点検出用に選択されやすくなる)ようにCPU50は距離閾値を算出及び設定する。 A solid line L20 indicates a change of the position P th (f, F) of the focus lens 13 corresponding to the distance threshold value D th (f, F) with respect to the position of the variator lens 11 when the diaphragm 14 is opened. The solid lines L21 to L23 indicate the position of the variator lens 11 at the position P th (f, F) of the focus lens 13 corresponding to the distance threshold value D th (f, F) when the F numbers are ∞, 8, 16 respectively. Shows changes to As described above, the CPU 50 calculates and sets the distance threshold so that the distance threshold decreases as the F number calculated by the F number calculation unit 54 increases (the output of the contrast focus detection unit 42 is easily selected for focus detection). To do.

動作において、バリエータ位置が変動すると、CPU50は、バリエータエンコーダ31によって検出されたバリエータレンズ11の位置に対する距離閾値Dth(f,F)及び対応するフォーカスレンズ13の位置Pth(f, F)を算出する。 In operation, when the variator position fluctuates, the CPU 50 determines the distance threshold value D th (f, F) with respect to the position of the variator lens 11 detected by the variator encoder 31 and the position P th (f, F) of the corresponding focus lens 13. calculate.

距離閾値Dth(f、F)の算出には、複数の主要なバリエータ位置とDth(f、F)、Pth(f, F)との関係を予めメモリ58に記憶して線形補間を行って記憶されていないバリエータ位置とDth(f)、Pth(f, F)との関係を求めてもよい。距離閾値Dth(f、F)の算出に、バリエータ位置とDth(f、F)、Pth(f, F)との関係を近似式としてメモリ58に記憶し、検出されたバリエータ位置からそれらを演算によって求める方法やその他の方法を適用してもよい。距離閾値Dth(f、F)と対応するフォーカスレンズ13の位置Pth(f, F)が算出されると、図2に示すフローはS110に移行する。
即ち、被写体距離が距離閾値Dth(f,F)以下で(S110のNo)、かつ、被写体速度が速度閾値よりも大きい場合(S112のYes)には動体追従AFが行なわれる(S114)。また、被写体速度が速度閾値以下の場合(S112のNo)又は距離閾値Dth(f,F)を超えた場合(S110のYes)にはTVAFが行われる(S116)。
In calculating the distance threshold D th (f, F), the relationship between a plurality of main variator positions and D th (f, F), P th (f, F) is stored in the memory 58 in advance and linear interpolation is performed. You may obtain | require the relationship between the variator position which went and is not memorize | stored, and Dth (f), Pth (f, F). For the calculation of the distance threshold value D th (f, F), the relationship between the variator position and D th (f, F), P th (f, F) is stored in the memory 58 as an approximate expression, and from the detected variator position, You may apply the method of calculating | requiring them by calculation, and another method. When the position P th (f, F) of the focus lens 13 corresponding to the distance threshold value D th (f, F) is calculated, the flow shown in FIG. 2 proceeds to S110.
That is, when the subject distance is equal to or less than the distance threshold D th (f, F) (No in S110) and the subject speed is larger than the speed threshold (Yes in S112), the moving body tracking AF is performed (S114). When the subject speed is equal to or lower than the speed threshold (No in S112) or exceeds the distance threshold D th (f, F) (Yes in S110), TVAF is performed (S116).

本実施例では、絞り14を絞り込んでFナンバーが大きくなった場合には距離閾値を小さくしているので、焦点深度が深い場合にTVAFを使用する範囲が広くなり、誤測距の影響を減じることができる。   In this embodiment, when the aperture 14 is narrowed down and the F-number is increased, the distance threshold is reduced, so that the range in which TVAF is used becomes wide when the depth of focus is deep, and the influence of erroneous ranging is reduced. be able to.

CPU50は、焦点検出結果に基づいてフォーカスレンズ13を駆動して合焦したと判断すると(S124)、合焦表示を行い(S126)、AEゲート40の出力を利用して露出制御に移行する。合焦していないと判断すると(S124)、フローはS102に戻る。   When the CPU 50 determines that the focus lens 13 is driven and focused based on the focus detection result (S124), the CPU 50 performs focus display (S126), and shifts to exposure control using the output of the AE gate 40. If it is determined that the subject is not in focus (S124), the flow returns to S102.

撮像装置は、被写体の撮像に適用することができる。   The imaging device can be applied to imaging a subject.

11 バリエータレンズ
13 フォーカスレンズ(群)
14 絞り
15 撮像素子
21 バリエータ駆動源
22 絞り駆動源
23 フォーカス駆動源
31 バリエータエンコーダ
32 絞りエンコーダ
33 フォーカスエンコーダ
42 AF信号処理回路
50 CPU(制御部、プロセッサ)
51 位相差焦点検出部
52 速度検出回路
11 Variator lens 13 Focus lens (group)
14 Aperture 15 Image Sensor 21 Variator Drive Source 22 Aperture Drive Source 23 Focus Drive Source 31 Variator Encoder 32 Aperture Encoder 33 Focus Encoder 42 AF Signal Processing Circuit 50 CPU (Control Unit, Processor)
51 Phase Difference Focus Detection Unit 52 Speed Detection Circuit

Claims (3)

第1光学系を介した被写体像のコントラストのピーク位置を検出する第1の検出部と、
前記第1光学系とは異なる第2光学系を介した被写体像から被写体距離に対応する情報を検出する第2の検出部と、
前記第2の検出部の過去の履歴から被写体との距離変化後の被写体距離を予測する予測部と、
前記予測された被写体距離が第1の距離の場合に前記第1の検出部の出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節し、前記予測された被写体距離が前記第1の距離よりも短い第2の距離である場合には前記予測部の出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節する制御部と、
を有することを特徴とする撮像装置。
A first detector for detecting a contrast peak position of the subject image via the first optical system;
A second detection unit that detects information corresponding to the subject distance from a subject image via a second optical system different from the first optical system;
A prediction unit that predicts a subject distance after a change in distance from the subject from a past history of the second detection unit;
When the predicted subject distance is the first distance, focus adjustment is performed by following the movement of the subject using the output of the first detection unit, and the predicted subject distance is the first distance. A control unit that adjusts the focus following the movement of the subject using the output of the prediction unit when the second distance is shorter than the distance;
An imaging device comprising:
前記撮像装置は、前記第1光学系のFナンバーを算出するためのFナンバー算出部を更に有し、
前記制御部は、前記Fナンバー算出部が算出した前記Fナンバーが大きいほど前記第1の検出部の出力が焦点調節用に選択されやすくなることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
The imaging apparatus further includes an F number calculation unit for calculating an F number of the first optical system,
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the control unit is more likely to select an output of the first detection unit for focus adjustment as the F number calculated by the F number calculation unit is larger.
前記撮像装置は、前記第2の検出部の出力から前記被写体の速度を検出するための速度検出部を更に有し、
前記制御部は、前記被写体距離が前記第2の距離の場合であっても前記被写体の移動速度が第1の速度の場合には前記第1の検出部の出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節し、前記被写体距離が前記第2の距離の場合で、かつ、前記被写体の移動速度が前記第1の速度より大きい第2の速度の場合には前記予測部の出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節することを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。
The imaging apparatus further includes a speed detection unit for detecting the speed of the subject from the output of the second detection unit,
The control unit moves the subject using the output of the first detection unit when the subject moving speed is the first speed even when the subject distance is the second distance. If the subject distance is the second distance and the moving speed of the subject is a second speed higher than the first speed, the output of the prediction unit is adjusted. The imaging apparatus according to claim 1, wherein the focus adjustment is performed by following the movement of the subject using the camera.
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