JP2018128542A - Focal position detector and imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、合焦位置検出に係る合焦位置検出器及び撮像装置に関する。 The present invention relates to a focus position detector and an imaging apparatus related to focus position detection.
撮像装置にて自動的に合焦位置を検出し調節するオートフォーカス(Auto Focus:AF)技術において、撮像素子内に画像を構成するための撮像画素とは別に画素間の位相差を検出するための位相差検出画素を配置してその位相差検出画素間の位相差出力によりデフォーカス量(結像のずれ量)を検出し合焦位置を調節する像面位相差検出式のAF方式(以下、「像面位相差AF」と称する)と、画像のコントラスト検出に基づいて合焦位置を調節するAF方式(以下、「コントラストAF」と称する)とを組み合わせたハイブリッドAF方式が数多く報告されている。 In auto focus (AF) technology that automatically detects and adjusts the in-focus position by an image pickup device, in order to detect a phase difference between pixels separately from the image pickup pixels for forming an image in the image pickup device. An image plane phase difference detection AF method (hereinafter referred to as an AF method) that adjusts the in-focus position by detecting the defocus amount (image shift amount) by the phase difference output between the phase difference detection pixels. , Referred to as “image plane phase difference AF”) and an AF method that adjusts the in-focus position based on image contrast detection (hereinafter referred to as “contrast AF”). Yes.
例えば、このハイブリッドAF方式として、像面位相差検出に基づいて撮像レンズの合焦位置を粗調し、画像のコントラスト検出に基づいて撮像レンズを微小駆動して合焦位置を微調する技法が知られている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1の技法は、像面位相差AFで得られた合焦位置に撮像レンズを駆動した後に、コントラストAFで微調する際の応答性と、その合焦位置検出精度を改善することを目的としている。 For example, as this hybrid AF method, a technique is known in which the in-focus position of the imaging lens is coarsely adjusted based on image plane phase difference detection, and the in-focus position is finely adjusted by finely driving the imaging lens based on image contrast detection. (For example, refer to Patent Document 1). The technique of Patent Document 1 improves the responsiveness when finely adjusting with contrast AF and the accuracy of detecting the in-focus position after driving the imaging lens to the in-focus position obtained by the image plane phase difference AF. It is aimed.
尚、像面位相差AFの方式において、そのAF評価値(以下、「像面位相差AF評価値」と称する)の計算方法については様々な方法があるが、その一例として1対の像の差の絶対値を加算して像面位相差AF評価値(相関演算値COR)を得る技法が知られている(例えば、特許文献2参照)。 In the image plane phase difference AF method, there are various methods for calculating the AF evaluation value (hereinafter referred to as “image plane phase difference AF evaluation value”). A technique is known in which the absolute value of the difference is added to obtain an image plane phase difference AF evaluation value (correlation calculation value COR) (see, for example, Patent Document 2).
また、コントラストAFの方式において、そのAF評価値(以下、「コントラストAF評価値」と称する)の計算方法についても様々な方法があるが、一般的に、映像のコントラストが一番高い位置へフォーカス位置を誘導するAF評価値として、画像解析のみで実装できるため多くのデジタルカメラに導入されている。 In contrast AF methods, there are various methods for calculating the AF evaluation value (hereinafter referred to as “contrast AF evaluation value”). In general, the focus is focused on the position where the contrast of the image is the highest. As an AF evaluation value for guiding the position, since it can be implemented only by image analysis, it is introduced in many digital cameras.
これら特許文献1,2の技法は、撮像装置として、主に写真撮影用の撮像レンズを駆動するデジタルカメラについて開示されたものであるが、テレビジョンカメラにおいては、カメラマンのフォーカス調整のために、映像の高コントラスト部(合焦領域)をビューファインダ(VF)映像に重畳する技法が開示されている(例えば、特許文献3参照)。 These techniques of Patent Documents 1 and 2 are disclosed as a digital camera that mainly drives an imaging lens for photographing as an imaging device, but in a television camera, for the focus adjustment of a cameraman, A technique for superimposing a high-contrast portion (focused area) of an image on a viewfinder (VF) image is disclosed (for example, see Patent Document 3).
一般的に、テレビジョンカメラにおいては低解像度のビューファインダが設けられ、このビューファインダ映像の視認性向上のために、ピーキングと呼ばれる強い輪郭補償を行い、合焦領域の輪郭を際立たせる処理が行われている。通常のテレビジョンカメラでは、撮影したカメラ映像とビューファインダに入力されるビューファインダ映像との帯域幅がほぼ等しいので、ビューファインダ自体の解像度が低い場合でも、ビューファインダ映像に基づいて、ピーキング信号を生成することができる。 In general, a television camera is provided with a low-resolution viewfinder, and in order to improve the visibility of this viewfinder image, strong contour compensation called peaking is performed, and processing to make the contour of the focused area stand out is performed. It has been broken. In ordinary television cameras, the bandwidth of the captured camera image and the viewfinder image input to the viewfinder are approximately equal, so even if the viewfinder resolution is low, the peaking signal is generated based on the viewfinder image. Can be generated.
しかしながら、ビューファインダ映像に対しピーキング処理を施しても、フォーカス調整に有用な高域空間周波数成分が失われており、カメラマンは最良のフォーカス状態を十分に確認することができないという問題やフォーカス調整領域の選択操作が必要になる。 However, even if peaking processing is applied to the viewfinder image, the high-frequency spatial frequency component useful for focus adjustment is lost, and the cameraman cannot fully check the best focus state. The selection operation is required.
そこで、特許文献3の技法では、テレビジョンカメラにて撮影した超高精細映像からビューファインダ映像の解像度に対応した低解像度映像を生成し、その超高精細映像から当該テレビジョンカメラの合焦領域を示すフォーカス調整補助信号を生成し、当該生成した低解像度映像と当該フォーカス調整補助信号とを合成してビューファインダ映像を生成するよう構成して、ビューファインダ映像におけるフォーカス状態の視認性を維持しつつフォーカス調整領域の選択操作を不要としている。 Therefore, in the technique of Patent Document 3, a low-resolution video corresponding to the resolution of the viewfinder video is generated from the ultra-high-definition video captured by the television camera, and the focus area of the television camera is generated from the ultra-high-definition video. A focus adjustment auxiliary signal is generated, and the generated low-resolution video and the focus adjustment auxiliary signal are combined to generate a viewfinder image, thereby maintaining the visibility of the focus state in the viewfinder image. However, the selection operation of the focus adjustment area is unnecessary.
特許文献1の技法では、像面位相差AFの動作でコントラストAFの開始位置を決定することにより、位相差検出画素の位相差出力を用いて視差を算出し、一意に決まるレンズフォーカス値へ撮像レンズ位置を粗調し、撮像レンズの微小駆動を繰り返しながら画像のコントラストによってAFの微調整を行うものとなっている。 In the technique of Patent Document 1, parallax is calculated using the phase difference output of the phase difference detection pixel by determining the start position of contrast AF by the operation of the image plane phase difference AF, and imaging to a lens focus value that is uniquely determined. The lens position is coarsely adjusted, and fine adjustment of AF is performed according to the contrast of the image while repeating minute driving of the imaging lens.
しかしながら、この特許文献1の技法では、コントラストAFの開始位置までの像面位相差AFによる撮像レンズの移動中は、像面位相差AF評価値及びコントラストAF評価値を監視していないため、像面位相差AFによる合焦位置推定が失敗している場合はコントラストAFのみで行う場合よりも合焦速度が遅くなる場合がある。また、像面位相差AFによるコントラストAFの開始位置までの撮像レンズ移動後の位置が、合焦位置の手前側であるのか奥側であるか判別できないため、そのどちらかへ微小駆動して合焦位置を確かめるための前後探索動作、すなわちレンズのウォブリング現象が発生し、合焦までの高速化を妨げる。 However, in the technique of Patent Document 1, the image plane phase difference AF evaluation value and the contrast AF evaluation value are not monitored while the imaging lens is moved by the image plane phase difference AF up to the contrast AF start position. When the focus position estimation by the surface phase difference AF has failed, the focus speed may be slower than when only the contrast AF is performed. In addition, since it is impossible to determine whether the position after moving the imaging lens to the contrast AF start position by the image plane phase difference AF is the front side or the back side of the in-focus position, it is finely driven to either of them and the position is adjusted. A forward / backward search operation for confirming the focal position, that is, a lens wobbling phenomenon occurs, which hinders speeding up to focusing.
更に、デジタルカメラ用の撮像レンズとは異なり、テレビジョンカメラ用の撮像レンズは、様々なメーカーのものを使用できるよう設計されていることもあって、撮像レンズを駆動する際のフォーカス値の絶対値制御がテレビジョンカメラに組み込まれていないものや、カメラマンが指定するフォーカス値を、テレビジョンカメラ本体に対する撮像レンズの物理的な相対位置(以下、「レンズ相対位置」と称する)へと換算して制御するよう構成されているものなど様々なものがある。 Furthermore, unlike digital camera imaging lenses, television camera imaging lenses are designed so that they can be used from various manufacturers. The value control is not incorporated in the television camera or the focus value specified by the cameraman is converted into the physical relative position of the imaging lens with respect to the television camera body (hereinafter referred to as “lens relative position”). There are various things, such as those configured to control.
そこで、このようなテレビジョンカメラに対し、特許文献1の技法を適用しようとしても、種々の撮像レンズを使用可能とする観点から、像面位相差AFによる合焦位置推定の正確性に欠けてしまいAFが精度よく動作しないという問題がある。 Therefore, even if the technique of Patent Document 1 is applied to such a television camera, the focus position estimation accuracy based on the image plane phase difference AF is lacking from the viewpoint of enabling use of various imaging lenses. Therefore, there is a problem that AF does not operate accurately.
また、AFを前提としたデジタルカメラ用の撮像レンズに比べ、テレビジョンカメラの撮像レンズは大きく、カメラマンのマニュアル合焦調整を前提としており、撮像レンズの操作性に比較的大きい負荷(粘り)を持たせているため、特許文献1の技法のような像面位相差AFで得られた合焦位置に撮像レンズを駆動した後にコントラストAFで微調しようとしても、その応答性や合焦位置検出精度の改善には適していないことが多い。 In addition, the image pickup lens of a television camera is larger than the image pickup lens for a digital camera based on AF, and is premised on manual focus adjustment by a cameraman, which places a relatively large load (stickiness) on the operability of the image pickup lens. Therefore, even if the image pickup lens is driven to the in-focus position obtained by the image plane phase difference AF as in the technique of Patent Document 1, an attempt is made to finely adjust the contrast with the contrast AF. Often not suitable for improvement.
従って、デジタルカメラだけでなく、特にテレビジョンカメラなどの撮像装置に対して、合焦までの時間を短縮しつつレンズウォブリング現象が起きないように制御し、優れた応答性と合焦位置検出精度を実現可能とする、像面位相差AFとコントラストAFとを組み合わせたハイブリッドAF方式の技法が望まれる。 Therefore, not only digital cameras but especially imaging devices such as television cameras are controlled so that lens wobbling does not occur while shortening the time to focus, and excellent responsiveness and focus position detection accuracy A hybrid AF method that combines image plane phase difference AF and contrast AF is desired.
本発明の目的は、上述の問題に鑑みて、像面位相差AFとコントラストAFとを組み合わせ、合焦までの時間を短縮しつつレンズウォブリング現象が起きないように制御するハイブリッドAF方式により、優れた応答性と合焦位置検出精度を実現可能とする合焦位置検出器及び撮像装置を提供することにある。 In view of the above-described problems, the object of the present invention is to combine the image plane phase difference AF and the contrast AF, and to improve the hybrid AF method that controls the lens wobbling phenomenon while reducing the time until focusing. Another object of the present invention is to provide an in-focus position detector and an imaging apparatus that can realize the responsiveness and the in-focus position detection accuracy.
本発明の合焦位置検出器は、撮像画素の画素群を構成する画素部に画素間の位相差を検出するための2画素1組の位相差検出画素の画素群が配置された撮像素子を用いて、焦点位置を調節可能な撮像レンズの合焦位置を検出する合焦位置検出器であって、前記2画素1組の位相差検出画素の画素群から得られる位相差出力を基に、デフォーカス量を検出するための所定の評価値を像面位相差AF評価値として算出する第1評価値算出手段と、前記撮像画素の画素群から得られる所定の関心領域内の画像を基に、前記合焦位置で最大となるコントラストを検出するための所定の評価値をコントラストAF評価値として算出する第2評価値算出手段と、前記合焦位置の検出の開始時に算出した前記像面位相差AF評価値を基に、前記撮像レンズの駆動方向と、変更可能な駆動速度を初期設定する初期設定手段と、当該初期設定から前記撮像レンズの合焦位置を検出するために前記撮像レンズの駆動を開始して制御するレンズ駆動制御手段と、前記合焦位置の検出のための前記撮像レンズの移動中に算出された前記像面位相差AF評価値と前記コントラストAF評価値の監視を並行して行う評価値監視手段と、前記評価値監視手段の結果を基に前記合焦位置を検出するようフィードバック制御を行うフィードバック制御手段と、を備えることを特徴とする。 An in-focus position detector according to the present invention includes an image sensor in which a pixel group of two sets of phase difference detection pixels for detecting a phase difference between pixels is arranged in a pixel portion that constitutes a pixel group of image pickup pixels. An in-focus position detector for detecting the in-focus position of the imaging lens capable of adjusting the focal position, based on the phase difference output obtained from the pixel group of the phase difference detection pixels of the two pixels, First evaluation value calculation means for calculating a predetermined evaluation value for detecting a defocus amount as an image plane phase difference AF evaluation value, and an image in a predetermined region of interest obtained from the pixel group of the imaging pixels Second evaluation value calculation means for calculating a predetermined evaluation value for detecting the maximum contrast at the in-focus position as a contrast AF evaluation value, and the image plane position calculated at the start of detection of the in-focus position Based on the phase difference AF evaluation value, the imaging lens An initial setting means for initially setting a moving direction and a changeable driving speed; and a lens drive control means for starting and controlling the driving of the imaging lens in order to detect a focus position of the imaging lens from the initial setting. Evaluation value monitoring means for monitoring the image plane phase difference AF evaluation value and the contrast AF evaluation value calculated during the movement of the imaging lens for detection of the in-focus position, and the evaluation value Feedback control means for performing feedback control so as to detect the in-focus position based on the result of the monitoring means.
また、本発明の合焦位置検出器において、前記評価値監視手段は、前記コントラストAF評価値により前記合焦位置に対する前記撮像レンズの位置及び移動方向を監視する際に当該初期設定時から第1所定時間単位で得られるコントラストAF評価値の比較により、前記撮像レンズが前記合焦位置を通過したか否かを示す合焦フラグ、及び前記撮像レンズの駆動方向が逆方向であるか否かを示す逆回転フラグを前記第1所定時間単位で逐次更新設定するとともに、前記像面位相差AF評価値により前記撮像レンズの駆動速度を変更可能に監視する際に当該初期設定時から第2所定時間単位で得られるコントラストAF評価値の比較により、前記撮像レンズの位置が前記合焦位置に近いか否かを判定し、前記撮像レンズの位置が前記合焦位置に近いほど低速とする速度フラグを前記第2所定時間単位で逐次更新設定する手段を有することを特徴とする。 In the in-focus position detector according to the present invention, the evaluation value monitoring unit is configured to monitor the position and the moving direction of the imaging lens with respect to the in-focus position based on the contrast AF evaluation value. By comparing the contrast AF evaluation values obtained in predetermined time units, a focus flag indicating whether or not the imaging lens has passed the focusing position, and whether or not the driving direction of the imaging lens is the reverse direction. The reverse rotation flag shown is sequentially updated and set in units of the first predetermined time, and the second predetermined time from the initial setting time when the driving speed of the imaging lens can be changed by the image plane phase difference AF evaluation value is monitored. By comparing the contrast AF evaluation values obtained in units, it is determined whether or not the position of the imaging lens is close to the in-focus position, and the position of the imaging lens is in the in-focus position. Characterized in that it comprises means for sequentially updating set the speed flag to Ihodo low speed by the second predetermined time unit.
また、本発明の合焦位置検出器において、前記フィードバック制御手段は、前記撮像レンズが前記合焦位置を通過した旨を前記合焦フラグが示す際に該合焦位置を通過した時点の位置に前記撮像レンズが位置するよう前記レンズ駆動制御手段に指示して駆動制御し前記合焦位置の検出動作を完了させるとともに、前記撮像レンズが前記合焦位置を通過した旨を前記合焦フラグが示していない間、前記逆回転フラグに基づいて前記撮像レンズの駆動方向を変更可能に前記レンズ駆動制御手段に指示して駆動制御し、前記速度フラグに基づいて前記撮像レンズの駆動速度を変更可能に前記レンズ駆動制御手段に指示して駆動制御するようフィードバック制御を行うことを特徴とする。 In the in-focus position detector of the present invention, the feedback control means may be set to a position at the time when the imaging lens passes the in-focus position when the in-focus flag indicates that the in-focus lens has passed the in-focus position. The in-focus flag indicates that the imaging lens has passed the in-focus position while instructing the lens drive control means to position the in-lens lens and controlling the drive to complete the detection operation of the in-focus position. The driving direction of the imaging lens is instructed to be changeable based on the reverse rotation flag, and the lens driving control means is instructed to drive and control the driving speed of the imaging lens based on the speed flag. Feedback control is performed so as to instruct the lens drive control means to perform drive control.
また、本発明の合焦位置検出器において、前記レンズ駆動制御手段は、前記速度フラグに応じて、前記撮像レンズの位置が前記合焦位置に近いほど低速とする段階的な速度制御を行う手段を有することを特徴とする。 Further, in the in-focus position detector of the present invention, the lens drive control means performs a stepwise speed control that makes the speed lower as the position of the imaging lens is closer to the in-focus position according to the speed flag. It is characterized by having.
また、本発明の合焦位置検出器において、前記初期設定手段は、前記合焦位置の検出の開始時の前記撮像画素の画素群から得られる動画の1フレームで算出した前記像面位相差AF評価値を基に前記撮像レンズの駆動方向と、変更可能な駆動速度を初期設定するか、又は前記合焦位置の検出の開始時の前記撮像画素の画素群から得られる動画の複数フレームから得られる加算平均で算出した前記像面位相差AF評価値を基に前記撮像レンズの駆動方向と、変更可能な駆動速度を初期設定する手段を有することを特徴とする。 In the in-focus position detector according to the present invention, the initial setting unit may calculate the image plane phase difference AF calculated in one frame of a moving image obtained from a pixel group of the imaging pixels at the start of detection of the in-focus position. Based on the evaluation value, the driving direction of the imaging lens and the changeable driving speed are initially set, or obtained from a plurality of frames of a moving image obtained from the pixel group of the imaging pixels at the start of detection of the in-focus position. And a means for initially setting the driving direction of the imaging lens and the changeable driving speed based on the image plane phase difference AF evaluation value calculated by the addition average.
また、本発明の合焦位置検出器において、前記評価値監視手段は、前記第1所定時間単位を前記撮像画素の画素群から得られる動画のフレーム時間単位とし、該フレーム時間単位で前記コントラストAF評価値を算出して監視する手段を有することを特徴とする。 In the in-focus position detector according to the present invention, the evaluation value monitoring means may use the first predetermined time unit as a frame time unit of a moving image obtained from the pixel group of the imaging pixels, and the contrast AF in the frame time unit. It has a means for calculating and monitoring an evaluation value.
また、本発明の合焦位置検出器において、前記評価値監視手段は、前記第2所定時間単位を前記撮像画素の画素群から得られる動画のフレーム時間単位として該フレーム時間単位で前記コントラストAF評価値を算出するか、又は前記第2所定時間単位を前記撮像画素の画素群から得られる動画の複数フレーム時間単位として該複数フレーム時間単位で得られる値の加算平均により前記コントラストAF評価値を算出して、監視する手段を有することを特徴とする。 Further, in the in-focus position detector of the present invention, the evaluation value monitoring means uses the second predetermined time unit as a frame time unit of a moving image obtained from the pixel group of the imaging pixels, and the contrast AF evaluation in the frame time unit. The contrast AF evaluation value is calculated by calculating a value, or by using the second predetermined time unit as a plurality of frame time units of a moving image obtained from the pixel group of the imaging pixels, and by averaging the values obtained in the plurality of frame time units. And a means for monitoring.
また、本発明の合焦位置検出器において、前記フィードバック制御手段は、前記撮像レンズの駆動方向が逆方向である旨を前記逆回転フラグが示す際に、該逆方向である旨を連続的に示すカウント値を管理し、該カウント値が所定のカウント閾値以上となる際に、当該合焦位置の検出の動作を強制終了する手段を有することを特徴とする。 In the in-focus position detector of the present invention, when the reverse rotation flag indicates that the drive direction of the imaging lens is the reverse direction, the feedback control means continuously indicates that the reverse direction is the reverse direction. And a means for forcibly terminating the operation of detecting the in-focus position when the indicated count value is equal to or greater than a predetermined count threshold value.
更に、本発明の撮像装置は、本発明の合焦位置検出器と、撮像画素の画素群を構成する画素部に画素間の位相差を検出するための2画素1組の位相差検出画素の画素群が配置された撮像素子と、焦点位置を調節可能な撮像レンズと、を備えることを特徴とする。 Furthermore, the imaging apparatus of the present invention includes a focusing position detector of the present invention and a pair of phase difference detection pixels for detecting a phase difference between the pixels in a pixel portion constituting a pixel group of the imaging pixels. An image pickup device in which a pixel group is arranged and an image pickup lens capable of adjusting a focal position are provided.
本発明によれば、撮像レンズの駆動中に常にコントラストAF評価値を監視しているため、像面位相差AF評価値に基づくAFが誤ってしまうような場合でも直ちにAF修正が可能となる。また、本発明によれば、合焦位置探索のための前後動作が必要なくなるため、合焦までの時間を短縮しつつレンズウォブリング現象を生じさせないようにすることができ、優れた応答性と合焦位置検出精度が実現可能となる。 According to the present invention, since the contrast AF evaluation value is constantly monitored while the imaging lens is being driven, AF correction can be performed immediately even if the AF based on the image plane phase difference AF evaluation value is erroneous. In addition, according to the present invention, it is not necessary to perform a back-and-forth operation for in-focus position search, so that the lens wobbling phenomenon can be prevented while shortening the time until in-focus, and excellent responsiveness and alignment are achieved. The focal position detection accuracy can be realized.
以下、図面を参照して、本発明による一実施形態の撮像装置50について実施例1〜3の合焦位置検出器32を順に説明する。撮像装置50において、合焦位置検出器32は、撮像素子1から得られる位相差検出画素の画素出力を用いて合焦位置の検出(デフォーカス量の算出)を行う機能部として構成される。 Hereinafter, with reference to the drawings, in-focus position detectors 32 of Examples 1 to 3 will be described in order with respect to an imaging apparatus 50 according to an embodiment of the present invention. In the imaging device 50, the focus position detector 32 is configured as a functional unit that detects the focus position (calculates the defocus amount) using the pixel output of the phase difference detection pixel obtained from the image sensor 1.
〔撮像装置〕
図1は、本発明による一実施形態の撮像装置50の概略構成を示すブロック図であり、撮像装置50は、画像を構成するための撮像画素とは別に画素間の位相差を検出するための位相差検出画素を配置した撮像素子1と、本発明に係る合焦位置検出器32を有しており、代表して、オートフォーカス(AF)システムを備えたテレビジョンカメラとして構成した例を説明する。
[Imaging device]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an imaging apparatus 50 according to an embodiment of the present invention. The imaging apparatus 50 detects a phase difference between pixels separately from imaging pixels for configuring an image. The image sensor 1 in which the phase difference detection pixels are arranged and the in-focus position detector 32 according to the present invention will be described as an example in which the image sensor 1 is configured as a television camera equipped with an autofocus (AF) system. To do.
撮像装置50は、被写体を撮像レンズ2によって撮像素子1で結像させ、撮像素子1の出力を画像処理し、その画像データを表示部6や記録部7へと出力するよう構成され、概ね撮像光学系51と、信号処理系52と、入出力系53とに区分することができる。撮像光学系51は、被写体を撮像レンズ2によって撮像素子1に結像させ、撮像素子1はデジタル量の画素信号(画素値に対応する単位信号)を出力する。 The imaging device 50 is configured to form an image of a subject on the imaging element 1 by the imaging lens 2, perform image processing on the output of the imaging element 1, and output the image data to the display unit 6 and the recording unit 7. The optical system 51, the signal processing system 52, and the input / output system 53 can be divided. The imaging optical system 51 forms an image of a subject on the imaging device 1 by the imaging lens 2, and the imaging device 1 outputs a digital amount of pixel signals (unit signals corresponding to pixel values).
信号処理系52は、入出力系53の操作部8からの操作指示をインターフェース(IF)制御部4により受け付け、IF制御部4は、その受け付けた操作に関する制御信号を撮像レンズ2やデジタル信号処理制御部3に出力する。また、IF制御部4は、デジタル信号処理制御部3に対し制御信号を送出するのみでなく画像処理に関する各種パラメータ(例えばガンマ値等)を得て操作部8に出力する機能を有する。特に、IF制御部4は、撮像レンズ2から、絞り・焦点距離・フォーカス値等のレンズパラメータを取得し、デジタル信号処理制御部3や操作部8に出力する機能や、入出力系53の操作部8からの操作指示が自動焦点調節である場合など、レンズパラメータの変更に関する撮像レンズ制御信号を撮像レンズ2に出力する機能を有する。 The signal processing system 52 receives an operation instruction from the operation unit 8 of the input / output system 53 by the interface (IF) control unit 4, and the IF control unit 4 receives a control signal related to the received operation from the imaging lens 2 and the digital signal processing. Output to the control unit 3. The IF control unit 4 has a function of not only sending a control signal to the digital signal processing control unit 3 but also obtaining various parameters (for example, a gamma value) relating to image processing and outputting them to the operation unit 8. In particular, the IF control unit 4 acquires lens parameters such as an aperture, a focal length, and a focus value from the imaging lens 2 and outputs them to the digital signal processing control unit 3 and the operation unit 8, and the operation of the input / output system 53. When the operation instruction from the unit 8 is automatic focus adjustment, the imaging lens control signal related to the change of the lens parameter is output to the imaging lens 2.
デジタル信号処理制御部3は、IF制御部4からの操作指示に応じた各種動作を制御する。特に、デジタル信号処理制御部3は、デジタル信号処理部31、合焦位置検出器32、及び駆動制御部33を備えている。 The digital signal processing control unit 3 controls various operations according to operation instructions from the IF control unit 4. In particular, the digital signal processing control unit 3 includes a digital signal processing unit 31, a focus position detector 32, and a drive control unit 33.
デジタル信号処理部31は、撮像素子1から得られるRGBの撮像画素の画素信号についてメモリ5に記憶し、更にはメモリ5から画素信号を読み出して所定の画像処理を施し、表示出力画素信号(テレビジョンカメラの映像フォーマットに準じた表示出力画素の信号)を構成して入出力系53の表示部6又は記録部7に出力する機能と、撮像素子1から得られる画素信号のうち位相差検出画素信号(位相差検出画素の画素値)を合焦位置検出器32に出力する機能と、フォーカス調整補助信号(合焦対象領域を示す画素群の画素値)を合焦位置検出器32に出力する機能と、を有する。 The digital signal processing unit 31 stores the pixel signals of the RGB imaging pixels obtained from the imaging device 1 in the memory 5, further reads out the pixel signals from the memory 5, performs predetermined image processing, and displays display pixel signals (TV) A display output pixel signal in accordance with the video format of the John camera) and output to the display unit 6 or the recording unit 7 of the input / output system 53, and a phase difference detection pixel among the pixel signals obtained from the image sensor 1. A function of outputting a signal (pixel value of a phase difference detection pixel) to the focus position detector 32 and a focus adjustment auxiliary signal (pixel value of a pixel group indicating a focus target area) are output to the focus position detector 32. And having a function.
ただし、表示部6はカメラマンが視認可能なビューファインダーで構成され、デジタル信号処理部31は、撮像光学系51を経て撮影した撮像映像から表示部6におけるビューファインダ映像の解像度に対応した低解像度映像を生成し、その撮像映像又は低解像度映像から撮像レンズ2の合焦領域を示すフォーカス調整補助信号を生成し、当該低解像度映像と当該フォーカス調整補助信号とを合成してビューファインダ映像を生成して表示部6に出力するよう構成される。 However, the display unit 6 is composed of a viewfinder that can be viewed by a cameraman, and the digital signal processing unit 31 is a low-resolution image corresponding to the resolution of the viewfinder image in the display unit 6 from the captured image captured through the imaging optical system 51. And generating a focus adjustment auxiliary signal indicating the in-focus area of the imaging lens 2 from the captured image or the low-resolution image, and combining the low-resolution image and the focus adjustment auxiliary signal to generate a viewfinder image And output to the display unit 6.
また、駆動制御部33は、撮像素子1の撮像動作を制御するための撮像素子駆動信号を撮像素子1に供給する機能を有する。 In addition, the drive control unit 33 has a function of supplying the image sensor 1 with an image sensor drive signal for controlling the imaging operation of the image sensor 1.
本発明に係る各実施例の合焦位置検出器32は、詳細に後述するが、デジタル信号処理部31から位相差検出画素信号(位相差検出画素の画素値)及びフォーカス調整補助信号(合焦対象領域(関心領域)を示す画素群の画素値)を得て、位相差検出画素信号を基に像面位相差AF評価値を算出し、フォーカス調整補助信号を基にコントラストAF評価値を算出する。そして、各実施例の合焦位置検出器32は、これらの像面位相差AF評価値及びコントラストAF評価値を基に、焦点のずれ量であるデフォーカス量を算出して合焦位置を決定し自動焦点調節を行うための制御量の情報をIF制御部4に出力する機能を有する。これにより、IF制御部4は、当該撮像レンズ制御信号を撮像レンズ2に出力して駆動させるため合焦位置検出器32によるAFが可能となり、自動焦点調節に関するレンズパラメータを変更することができる。 Although the focus position detector 32 of each embodiment according to the present invention will be described in detail later, a phase difference detection pixel signal (pixel value of the phase difference detection pixel) and a focus adjustment auxiliary signal (focusing point) from the digital signal processing unit 31. Obtain the pixel value of the pixel group indicating the target area (region of interest), calculate the image plane phase difference AF evaluation value based on the phase difference detection pixel signal, and calculate the contrast AF evaluation value based on the focus adjustment auxiliary signal To do. Then, the focus position detector 32 of each embodiment calculates a defocus amount that is a defocus amount based on the image plane phase difference AF evaluation value and the contrast AF evaluation value, and determines a focus position. And has a function of outputting information of a control amount for performing automatic focus adjustment to the IF control unit 4. Thereby, since the IF control unit 4 outputs and drives the imaging lens control signal to the imaging lens 2, AF by the in-focus position detector 32 is possible, and the lens parameter relating to the automatic focus adjustment can be changed.
従って、撮像装置50は、撮像レンズ2とIF制御部4との間で電気的な信号通信の送受信を行うことができるため、撮像光学系51と信号処理系52とは、絞り・焦点距離・フォーカス値等のレンズパラメータや、撮像素子1の露光情報などを共有することができる。そして、合焦位置検出器32の制御に基づいて、IF制御部4からの命令(撮像レンズ制御信号)によって撮像レンズ2の各種レンズパラメータを変更することが可能となっている。 Therefore, since the imaging device 50 can perform transmission and reception of electrical signal communication between the imaging lens 2 and the IF control unit 4, the imaging optical system 51 and the signal processing system 52 have a diaphragm, focal length, Lens parameters such as a focus value, exposure information of the image sensor 1 can be shared. Then, based on the control of the focus position detector 32, various lens parameters of the imaging lens 2 can be changed by a command (imaging lens control signal) from the IF control unit 4.
尚、図1に示す撮像装置50の例では、入出力系53に表示部6、記録部7、及び操作部8を備える例を示しているが、本発明に係る撮像装置50としては、中継用のテレビジョンカメラなど、表示部6、記録部7、或いは操作部8を別装置で構成し、これら装置と通信する伝送装置を入出力系53に備えた形態とすることもできる。 In the example of the imaging device 50 shown in FIG. 1, an example in which the input / output system 53 includes the display unit 6, the recording unit 7, and the operation unit 8 is illustrated, but the imaging device 50 according to the present invention includes a relay. For example, the display unit 6, the recording unit 7, or the operation unit 8 such as a television camera may be configured as a separate device, and a transmission device that communicates with these devices may be provided in the input / output system 53.
特に、各実施例の合焦位置検出器32は、各実施例について詳細に後述するが、撮像素子1における位相差検出画素間の結像のずれ量である視差から物体位置を推測する像面位相差AF評価値と、カメラマンがビューファインダー上でフォーカスを合わせるために使用するフォーカス調整補助信号を用いたコントラストAF評価値の2つの評価値を用いたハイブリッドAF方式により、正確で高速なAFの制御を行うよう構成される。 In particular, the in-focus position detector 32 of each embodiment, which will be described in detail later, describes an image plane for estimating the object position from the parallax, which is the amount of imaging deviation between the phase difference detection pixels in the image sensor 1. The hybrid AF method using two evaluation values of the phase difference AF evaluation value and the contrast AF evaluation value using the focus adjustment auxiliary signal used by the photographer to adjust the focus on the viewfinder enables accurate and high-speed AF. Configured to perform control.
また、本実施形態の撮像装置50は、テレビジョンカメラとして構成される際に、その撮像レンズ2として様々なメーカーのものを使用できるよう設計され、撮像レンズ2を駆動する際のフォーカス値の絶対値制御を組み込んだ構成であるか否かや、カメラマンが指定するフォーカス値を、当該テレビジョンカメラ本体に対する撮像レンズ2の物理的な相対位置(レンズ相対位置)へと換算して制御するよう構成したものであるか否かは問わずに、本発明に係る合焦位置検出器32を適用することができる。 Further, the imaging device 50 of the present embodiment is designed so that various manufacturers can be used as the imaging lens 2 when configured as a television camera, and the absolute value of the focus value when driving the imaging lens 2 is designed. Whether or not it is a configuration incorporating value control, and a focus value designated by a cameraman is converted into a physical relative position (lens relative position) of the imaging lens 2 with respect to the television camera body and controlled. The in-focus position detector 32 according to the present invention can be applied regardless of whether or not this is the case.
〔撮像素子〕
図2には、本発明による一実施形態の撮像装置50に係る撮像素子1における画素部11の画素配列の一部を概略的に例示している。撮像素子1は、典型的には、赤(R)色用カラーフィルター(CFR)、緑(G)色用カラーフィルター(CFG)及び青(B)色用カラーフィルター(CFB)をベイヤー配列(GGBR)で4画素1組に配置して画素部11を形成している。
[Image sensor]
FIG. 2 schematically illustrates a part of the pixel array of the pixel unit 11 in the imaging device 1 according to the imaging device 50 of the embodiment of the present invention. The image sensor 1 typically includes a red (R) color filter (CFR), a green (G) color filter (CFG), and a blue (B) color filter (CFB) arranged in a Bayer array (GGBR). ) To form a pixel portion 11 in a set of four pixels.
ただし、本発明に係る撮像素子1は、4画素1組のフィルター配列のうちG色用カラーフィルターの1つを白(W)色フィルターに置き換えたRGBW配列とするなど、他のカラーフィルター配列で構成することもできる。本願明細書中、このようなカラーフィルターを配置した画素を「撮像画素」111と称する。 However, the image pickup device 1 according to the present invention is an RGBW array in which one of the G color filters is replaced with a white (W) color filter in a set of four pixels, and other color filter arrays are used. It can also be configured. In the present specification, a pixel in which such a color filter is arranged is referred to as an “imaging pixel” 111.
ところで、図2に示すように、撮像素子1における画素部11には、これらカラーフィルターによる撮像画素111の画素群とは別に、画素間の位相差を検出するための2画素1組(図示するA画素,B画素)の位相差検出画素112の画素群が設けられ、この位相差検出画素112は、焦点を検出するための像面位相差AF用の位相差検出素子として機能する。一対のA画素,B画素の位相差検出画素112は、それぞれ左目用位相差検出画素、右目用位相差検出画素となる。 By the way, as shown in FIG. 2, the pixel unit 11 in the image pickup device 1 has a set of two pixels for detecting a phase difference between the pixels (not shown) separately from the pixel group of the image pickup pixels 111 by these color filters. A pixel group of phase difference detection pixels 112 (A pixel, B pixel) is provided, and this phase difference detection pixel 112 functions as a phase difference detection element for image plane phase difference AF for detecting a focus. The pair of A pixel and B pixel phase difference detection pixels 112 are a left-eye phase difference detection pixel and a right-eye phase difference detection pixel, respectively.
この位相差検出画素112には、発色に影響を与えることなく光量のみを所定量制限するNDフィルターを配置してもよいが、SN比の向上のためにカラーフィルターが設けられていない例を示している。そして、画素部11内に、2画素1組の位相差検出画素112が複数個所に離散的に配置される。また、位相差検出画素112におけるA画素及びB画素の瞳分割方向が互いに鏡像関係となるようマスク113が形成されている。一対のA画素,B画素の位相差検出画素112は、撮像画素111と比較して、図2に示すようなX方向に開口率が50%となり、位相差検出画素112におけるA画素及びB画素の瞳分割方向が互いに鏡像関係となるようマスク113が形成されている。マスク113の形状について様々な形状が想定され、図示する例に限定する必要はない。 The phase difference detection pixel 112 may be provided with an ND filter that limits the amount of light only by a predetermined amount without affecting color development, but an example in which a color filter is not provided to improve the SN ratio is shown. ing. In the pixel unit 11, one set of two pixels of phase difference detection pixels 112 are discretely arranged at a plurality of locations. A mask 113 is formed so that the pupil division directions of the A pixel and the B pixel in the phase difference detection pixel 112 are mirror images of each other. The phase difference detection pixel 112 of a pair of A pixel and B pixel has an aperture ratio of 50% in the X direction as shown in FIG. Masks 113 are formed so that the pupil division directions of the two are mirror images of each other. Various shapes are assumed for the shape of the mask 113, and it is not necessary to limit to the illustrated example.
そして、この2画素1組の位相差検出画素112は、焦点のずれ量であるデフォーカス量を算出して合焦位置を決定し自動焦点調節を行う像面位相差AFに用いられる。 The pair of phase difference detection pixels 112 of the two pixels is used for image plane phase difference AF that calculates a defocus amount that is a focus shift amount, determines a focus position, and performs automatic focus adjustment.
尚、本願明細書中、A画素,B画素の瞳分割方向(図2における左右方向)をX方向、画素部11上でX方向に直交する方向(図2における上下方向)をY方向、XY平面に直交する方向を(図2における図示面に対し手前方向)をZ方向としている。 In the present specification, the pupil division direction (left and right direction in FIG. 2) of the A pixel and B pixel is the X direction, and the direction perpendicular to the X direction (vertical direction in FIG. 2) on the pixel unit 11 is the Y direction. The direction perpendicular to the plane (the front side with respect to the illustrated surface in FIG. 2) is the Z direction.
(像面位相差AF評価値)
まず、像面位相差AF評価値について説明する。合焦位置検出器32は、デジタル信号処理部31から位相差検出画素信号(位相差検出画素の画素値)を得て2画素1組の位相差検出画素の画素群から得られる位相差出力を基に、デフォーカス量を検出するための所定の評価値を像面位相差AF評価値として算出する。位相差検出画素112を用いたデフォーカス量の算出方法には、様々な方法が想定されるが、その従来技法の一例として、式(1)に示すような一対の像の差の絶対値を加算したものがある(例えば、特許文献2参照)。
(Image plane phase difference AF evaluation value)
First, the image plane phase difference AF evaluation value will be described. The in-focus position detector 32 obtains the phase difference detection pixel signal (pixel value of the phase difference detection pixel) from the digital signal processing unit 31 and outputs the phase difference output obtained from the pixel group of the phase difference detection pixel of one set of two pixels. Based on this, a predetermined evaluation value for detecting the defocus amount is calculated as an image plane phase difference AF evaluation value. Various methods are assumed as the defocus amount calculation method using the phase difference detection pixel 112. As an example of the conventional technique, the absolute value of the difference between a pair of images as shown in Expression (1) is used. Some have been added (see, for example, Patent Document 2).
式(1)において、Aij,Bijは、複数の撮像画素111が格子配列される画素部11内に、離散的に配置される2画素1組の位相差検出画素112(右目用及び左目用位相差検出画素A,B)のj列目i番目の画素値を表しており、niは相関演算に用いる画素数、njは相関演算を行う一対の像の列方向の数であり、ni,njは測距視野長(測距する視野長)等に応じて適切に設定される。 In equation (1), A ij and B ij are two sets of phase difference detection pixels 112 (for the right eye and the left eye) that are discretely arranged in the pixel unit 11 in which a plurality of imaging pixels 111 are arranged in a grid. J represents the i-th pixel value of the j-th column of the phase difference detection pixels A and B), ni is the number of pixels used for the correlation calculation, nj is the number in the column direction of the pair of images on which the correlation calculation is performed, and ni , nj are appropriately set according to the distance measuring field length (field length to be measured).
式(1)に基づくデフォーカス量の算出は、相関演算値COR(k)が最小となる視差kを合焦位置として求めるものである。即ち、この相関演算値COR(k)を像面位相差AF評価値αとして利用できる。合焦位置検出器32は、デジタル信号処理部31から各フレーム毎に位相差検出画素信号を得て、像面位相差AF評価値α(即ち、COR(k))を各フレーム毎に計算する。 The calculation of the defocus amount based on the equation (1) is to obtain the parallax k that minimizes the correlation calculation value COR (k) as the in-focus position. That is, the correlation calculation value COR (k) can be used as the image plane phase difference AF evaluation value α. The in-focus position detector 32 obtains a phase difference detection pixel signal for each frame from the digital signal processing unit 31, and calculates an image plane phase difference AF evaluation value α (that is, COR (k)) for each frame. .
そして、デフォーカス量の算出時には、画素値のSN比を考慮し位相差検出画素112の信号レベルによって自動焦点調節を行うか否かの閾値を設けるのが一般的である。また、相関演算に用いる画素数(ni,nj)の決定には、画素部11の検出位置、像高や撮像レンズ2の撮像レンズ性能(レンズパラメータ)、及びその信号レベルによって予め定めた基準値内の位相差検出画素112を相関演算の対象として決定する。 When calculating the defocus amount, it is common to provide a threshold value for determining whether or not to perform automatic focus adjustment according to the signal level of the phase difference detection pixel 112 in consideration of the SN ratio of the pixel value. In addition, the number of pixels (ni, nj) used for the correlation calculation is determined by a reference value determined in advance by the detection position of the pixel unit 11, the image height, the imaging lens performance (lens parameter) of the imaging lens 2, and the signal level thereof. Among them, the phase difference detection pixel 112 is determined as a target of correlation calculation.
ところで、特許文献1の従来技法であれば、式(1)におけるkの値から合焦位置を一意に算出させ、その位置に撮像レンズ2を移動させて、コントラストAFにより微調整を行うものとなる。像面位相差AF評価値は、撮像素子1に対し位相差検出画素112を密に埋め込む程その検出精度が向上するが、その一方で位相差検出画素112は撮像画素111としては使用できないため、位相差検出画素112を埋め込む程に画質が劣化してしまう。換言すると、特許文献1の従来技法において、コントラストAFにより微調整可能とする範囲内まで像面位相差AFに従って撮像レンズ2をほぼ合焦位置へと移動させるには、この制御に十分な一定量の位相差検出画素112を埋め込む必要が生じる点に留意する。 By the way, with the conventional technique of Patent Document 1, the in-focus position is uniquely calculated from the value of k in Equation (1), the imaging lens 2 is moved to that position, and fine adjustment is performed by contrast AF. Become. The detection accuracy of the image plane phase difference AF evaluation value is improved as the phase difference detection pixels 112 are embedded more densely in the image sensor 1, but the phase difference detection pixels 112 cannot be used as the image pickup pixels 111. The image quality deteriorates as the phase difference detection pixel 112 is embedded. In other words, in the conventional technique of Patent Document 1, a certain amount sufficient for this control to move the imaging lens 2 to a substantially in-focus position in accordance with the image plane phase difference AF within a range that can be finely adjusted by contrast AF. Note that it is necessary to embed the other phase difference detection pixels 112.
(コントラストAF評価値)
次にコントラストAF評価値について説明する。合焦位置検出器32は、デジタル信号処理部31からフォーカス調整補助信号(合焦対象領域を示す画素群の画素値)を得てコントラストAFを行うための所定の評価値を算出する。コントラストAFは、映像のコントラストが最も高い位置へフォーカス位置を誘導する技法である。即ち、合焦位置検出器32は、撮像画素111の画素群から得られる関心領域(合焦対象領域)内の画像を基に、合焦位置で最大となるコントラストを検出するための所定の評価値をコントラストAF評価値として算出する。
(Contrast AF evaluation value)
Next, the contrast AF evaluation value will be described. The focus position detector 32 obtains a focus adjustment auxiliary signal (pixel value of a pixel group indicating the focus target area) from the digital signal processing unit 31 and calculates a predetermined evaluation value for performing contrast AF. Contrast AF is a technique for guiding the focus position to a position where the contrast of the image is the highest. That is, the focus position detector 32 performs a predetermined evaluation for detecting the maximum contrast at the focus position based on the image in the region of interest (focus target area) obtained from the pixel group of the imaging pixels 111. The value is calculated as a contrast AF evaluation value.
図3には、フォーカス調整補助信号によって画素部11の全領域から一部を切り出して指定されるコントラストAFを行うための関心領域114を例示している。図3に例示する関心領域114において、式(2)で示されるフォーカス調整補助信号の合計値がコントラストAF評価値となる。 FIG. 3 illustrates a region of interest 114 for performing contrast AF that is specified by cutting out a part from the entire region of the pixel unit 11 using a focus adjustment auxiliary signal. In the region of interest 114 illustrated in FIG. 3, the total value of the focus adjustment auxiliary signals represented by Expression (2) is the contrast AF evaluation value.
式(2)のCijはフォーカス調整補助信号のj列目i番目の画素の信号値を表しており、miは演算に用いる行方向の数、mjは演算に用いる列方向の数であり、mi,mjは像面位相差AFの関心領域114と同等の領域として設定される。CAFはコントラストAF評価値を示しており、CAFが最大となる時に関心領域114内が合焦していることを意味している。合焦位置検出器32は、デジタル信号処理部31から各フレーム毎にフォーカス調整補助信号を得て、コントラストAF評価値CAFを各フレーム毎に計算する。 C ij in Expression (2) represents the signal value of the j-th column i-th pixel of the focus adjustment auxiliary signal, mi is the number in the row direction used for the calculation, and mj is the number in the column direction used for the calculation. mi and mj are set as regions equivalent to the region of interest 114 of the image plane phase difference AF. CAF indicates a contrast AF evaluation value, which means that the region of interest 114 is in focus when the CAF is maximized. The focus position detector 32 obtains a focus adjustment auxiliary signal for each frame from the digital signal processing unit 31, and calculates a contrast AF evaluation value CAF for each frame.
但し、本例ではフォーカス調整補助信号を生成する機能を有する撮像装置50として説明しているが、フォーカス調整補助信号を生成する機能がない撮像装置50の場合には、デジタル信号処理部31によりコントラストAF用に高コントラスト部を抽出してフォーカス調整補助信号と同等の信号を生成し、合焦位置検出器32に出力するよう構成すればよい。或いは、デジタル信号処理部31により撮像映像又はビューファインダ映像から合焦領域の輪郭を際立たせる処理によって当該関心領域を示すピーキング信号を生成し合焦位置検出器32に出力するよう構成すればよい。この場合には、そのピーキング信号を当該フォーカス調整補助信号の代わりに用いることができる。 However, in this example, the imaging device 50 having the function of generating the focus adjustment auxiliary signal is described. However, in the case of the imaging device 50 having no function of generating the focus adjustment auxiliary signal, the digital signal processing unit 31 performs contrast. What is necessary is just to comprise so that a high contrast part may be extracted for AF, a signal equivalent to a focus adjustment auxiliary signal may be generated, and output to the in-focus position detector 32. Alternatively, the digital signal processing unit 31 may be configured to generate a peaking signal indicating the region of interest from the captured image or viewfinder image and to output the peaking signal indicating the region of interest to the in-focus position detector 32. In this case, the peaking signal can be used in place of the focus adjustment auxiliary signal.
〔合焦位置検出器〕
(実施例1)
実施例1の合焦位置検出器32は、以上の像面位相差AF評価値とコントラストAF評価値を用いてハイブリッドAFを行って撮像レンズ2を駆動制御するよう構成される。
[Focus position detector]
Example 1
The focus position detector 32 according to the first embodiment is configured to drive and control the imaging lens 2 by performing hybrid AF using the image plane phase difference AF evaluation value and the contrast AF evaluation value described above.
実施例1の合焦位置検出器32は、撮像する動画のフレーム毎に像面位相差AF評価値及びコントラストAF評価値を計算し、高精度且つ高速なAFを行う。テレビジョンカメラで構成される撮像装置50では、デジタルカメラと比して高い演算能力を有するため、撮像する動画のフレーム毎のAF評価値の演算も容易に実現される。 The focus position detector 32 according to the first embodiment calculates an image plane phase difference AF evaluation value and a contrast AF evaluation value for each frame of a moving image to be captured, and performs high-precision and high-speed AF. Since the imaging device 50 configured with a television camera has a higher calculation capability than a digital camera, calculation of an AF evaluation value for each frame of a moving image to be captured can be easily realized.
特に、実施例1の合焦位置検出器32は、像面位相差AF評価値に基づく像面位相差AFにより、AF開始時の撮像レンズ2の駆動方向の決定と撮像レンズ2の駆動速度の制御を行い、コントラストAF評価値に基づくコントラストAFは、常にその合焦位置の監視を行うよう構成される。 In particular, the in-focus position detector 32 according to the first embodiment determines the driving direction of the imaging lens 2 at the start of AF and determines the driving speed of the imaging lens 2 based on the image plane phase difference AF based on the image plane phase difference AF evaluation value. The contrast AF based on the contrast AF evaluation value is controlled, and the focus position is always monitored.
図4には、実施例1の合焦位置検出器32により像面位相差AF評価値に基づく像面位相差AF及びコントラストAF評価値に基づくコントラストAFと、撮像レンズ2のフォーカス位置との関係を示している。実施例1の合焦位置検出器32の具体的な処理については後述するが、本発明の理解を高めるために、図4を参照してその主となる動作を説明する。 FIG. 4 shows the relationship between the image plane phase difference AF based on the image plane phase difference AF evaluation value and the contrast AF based on the contrast AF evaluation value by the focus position detector 32 according to the first embodiment, and the focus position of the imaging lens 2. Is shown. Specific processing of the in-focus position detector 32 of the first embodiment will be described later. In order to improve the understanding of the present invention, the main operation will be described with reference to FIG.
図4を参照するに、図中の撮像レンズ2のフォーカス位置(レンズフォーカス位置)AでAFが開始された場合、像面位相差AF評価値αが算出される。αの±符号によって、撮像レンズ2の駆動方向(tele側、wide側)が決定される。この後、レンズフォーカス位置を合焦方向(合焦点の方向)へ速度Vaで移動させながら、像面位相差AF評価値を算出し続ける。 Referring to FIG. 4, when AF is started at the focus position (lens focus position) A of the imaging lens 2 in the figure, an image plane phase difference AF evaluation value α is calculated. The driving direction (tele side, wide side) of the imaging lens 2 is determined by the ± sign of α. Thereafter, the image plane phase difference AF evaluation value is continuously calculated while moving the lens focus position in the in-focus direction (in-focus direction) at the speed Va.
図中のレンズフォーカス位置Bで像面位相差AF評価値が2α/3以下になった時、撮像レンズ2の駆動速度を速度Vb(Vb<Va)へ減速する。更に図中のレンズフォーカス位置Cで像面位相差AF評価値が1α/3以下になった時、撮像レンズ2の駆動速度を更に減速して速度Vc(Vc<Vb)にする。つまり、実施例1の合焦位置検出器32は、レンズフォーカス位置AからBまでは速度Vaで、レンズフォーカス位置BからCまでは速度Vbで、レンズフォーカス位置Cから合焦点までは速度Vcで、撮像レンズ2を駆動制御する。 When the image plane phase difference AF evaluation value becomes 2α / 3 or less at the lens focus position B in the drawing, the drive speed of the imaging lens 2 is reduced to the speed Vb (Vb <Va). Further, when the image plane phase difference AF evaluation value becomes 1α / 3 or less at the lens focus position C in the drawing, the driving speed of the imaging lens 2 is further reduced to a speed Vc (Vc <Vb). That is, the in-focus position detector 32 according to the first exemplary embodiment has the speed Va from the lens focus position A to B, the speed Vb from the lens focus position B to C, and the speed Vc from the lens focus position C to the in-focus point. The imaging lens 2 is driven and controlled.
実施例1の合焦位置検出器32の例では、速度Va,Vb,Vcの三段階で速度調整を可能とする構成としているが、その速度分割数(段階数)は2つ以上であればよく、分割の割合も等分にする必要は無く任意である。合焦位置の検出の開始時に算出した像面位相差AF評価値αに関して、AF開始位置が合焦点付近の場合に対応するために下限値を設けておき、像面位相差AF評価値αが下限値より低い場合は最初から撮像レンズ2の駆動速度を最低(本例では速度Vc)に設定する。 In the example of the focus position detector 32 of the first embodiment, the speed can be adjusted in three stages of speeds Va, Vb, and Vc. However, if the number of speed divisions (number of stages) is two or more. Well, the division ratio need not be divided equally and is arbitrary. With respect to the image plane phase difference AF evaluation value α calculated at the start of detection of the in-focus position, a lower limit is provided in order to cope with the case where the AF start position is near the in-focus position, and the image plane phase difference AF evaluation value α is If it is lower than the lower limit value, the driving speed of the imaging lens 2 is set to the lowest (speed Vc in this example) from the beginning.
また、エラー処理として撮像レンズ2の駆動中に像面位相差AF評価値αの絶対値が増加する、αの±符号が反転する、コントラストAF評価値による監視で撮像レンズ2の駆動方向が逆転した場合は像面位相差AF評価値の信頼性は低いと判断できるため、フォーカス移動速度をAFシーケンスの終了まで最低速度に固定する。 Further, as error processing, the absolute value of the image plane phase difference AF evaluation value α increases while the imaging lens 2 is driven, the ± sign of α is inverted, and the driving direction of the imaging lens 2 is reversed by monitoring with the contrast AF evaluation value. In this case, since it can be determined that the reliability of the image plane phase difference AF evaluation value is low, the focus movement speed is fixed to the minimum speed until the end of the AF sequence.
コントラストAF評価値は合焦位置付近で変化量が大きいため、合焦付近でのコントラストAF評価値を算出するサンプリング回数が多いほど高精度の制御が可能となる。このため、実施例1の合焦位置検出器32は、コントラストAF評価値をフレーム毎に計算して合焦位置を判定するようにしている。ただし、1フレーム毎に必ずしも限定する必要はなく間欠フレーム毎など所定時間単位で計算して合焦位置を判定する構成としてもよい。また、実施例1の合焦位置検出器32は、合焦位置に近づくに従って撮像レンズ2の駆動速度を減速しているため合焦精度を高めることができる。また、実施例1の合焦位置検出器32は、撮像レンズ2の駆動速度を段階的に下げており、急停止する必要がないため撮像レンズ2にかかる負荷が少なくて済むようになる。 Since the contrast AF evaluation value has a large amount of change in the vicinity of the in-focus position, the higher the number of sampling times for calculating the contrast AF evaluation value in the vicinity of the in-focus, the higher the precision control becomes possible. For this reason, the focus position detector 32 according to the first embodiment calculates the contrast AF evaluation value for each frame and determines the focus position. However, it is not necessarily limited to each frame, and the in-focus position may be determined by calculating in units of a predetermined time such as every intermittent frame. Moreover, since the focus position detector 32 of Example 1 decelerates the drive speed of the imaging lens 2 as it approaches the focus position, the focus accuracy can be increased. In addition, the in-focus position detector 32 according to the first embodiment reduces the driving speed of the imaging lens 2 stepwise, and does not need to be stopped suddenly, so that the load on the imaging lens 2 can be reduced.
また、実施例1の合焦位置検出器32では、像面位相差AF評価値を用いて撮像レンズ2のフォーカス位置を一意に決定しなければならないような高い精度が要求されないため、画素部11に埋め込む位相差検出画素112の画素数密度を疎として、特許文献1の技法よりも少ない位相差検出画素112の画素数とすることもでき、欠損画素となってしまう位相差検出画素112による画質の劣化を低減させることができる。 Further, in the in-focus position detector 32 according to the first embodiment, the pixel unit 11 is not required to have such high accuracy that the focus position of the imaging lens 2 must be uniquely determined using the image plane phase difference AF evaluation value. The pixel number density of the phase difference detection pixels 112 to be embedded in the image may be sparse so that the number of the phase difference detection pixels 112 is smaller than that of the technique of Patent Document 1. Can be reduced.
以下、図5乃至図9を参照して、実施例1の合焦位置検出器32の具体的な処理について詳細に説明する。図5は、本発明による一実施形態の撮像装置における実施例1の合焦位置検出器32のメイン処理を示すフローチャートである。また、図6乃至図9は、それぞれ実施例1の合焦位置検出器32のメイン処理に対するサブ処理を示すフローチャートである。 Hereinafter, specific processing of the in-focus position detector 32 according to the first embodiment will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 5 is a flowchart showing main processing of the focus position detector 32 of Example 1 in the imaging apparatus according to the embodiment of the present invention. FIGS. 6 to 9 are flowcharts showing sub-processes for the main process of the in-focus position detector 32 according to the first embodiment.
ここでは、所謂ワンショットAFとして動作する例を説明する。ワンショットAFは、AF開始のための物理ボタンの操作等で開始トリガーを発生させ、合焦したところでシーケンスを終了するものである。そして、図4に示した三段階の速度に分割して制御する例を説明する。 Here, an example of operating as so-called one-shot AF will be described. In one-shot AF, a start trigger is generated by, for example, operating a physical button for starting AF, and the sequence is terminated when in-focus. An example in which the control is divided into three speeds shown in FIG. 4 will be described.
図5を参照するに、合焦位置検出器32は、まず、AF開始の開始トリガーを発生後、後述する各種フラグ(合焦フラグ、逆回転フラグ、速度フラグ等)の値を0に初期設定する(ステップS1)。 Referring to FIG. 5, the focus position detector 32 first initializes the values of various flags (focus flag, reverse rotation flag, speed flag, etc.) to be described later after generating an AF start start trigger. (Step S1).
ここで、合焦位置検出器32によるAFのため、合焦フラグ、逆回転フラグ、速度フラグ、及び逆回転フラグが用いられる。 Here, for the AF by the focus position detector 32, a focus flag, a reverse rotation flag, a speed flag, and a reverse rotation flag are used.
合焦フラグは、合焦位置に無い旨を示す“0”と、合焦位置にある旨を示す“1”の2値を有する。 The in-focus flag has two values, “0” indicating that the in-focus position is not present and “1” indicating that the in-focus position is present.
逆回転フラグは、合焦させるための撮像レンズ2の移動方向を反転させる必要が無い状態である旨を示す“0”と、合焦させるための撮像レンズ2の移動方向を反転させる必要がある状態である旨を示す“1”の2値を有する。 The reverse rotation flag needs to reverse “0” indicating that there is no need to reverse the moving direction of the imaging lens 2 for focusing, and reverse the moving direction of the imaging lens 2 for focusing. It has a binary value of “1” indicating the state.
速度フラグは、本例では、予め定めた3段階の撮像レンズ2の駆動速度として、速度Vaを示す“0”と、速度Vbを示す“1”と、速度Vcを示す“2”との3値を有する。 In this example, the speed flag is set to 3 of “0” indicating the speed Va, “1” indicating the speed Vb, and “2” indicating the speed Vc as driving speeds of the imaging lens 2 in three stages. Has a value.
また、後述する「レンズ相対位置のホールド」とは、撮像レンズ2を駆動する位置目標として撮像装置50の本体に対する撮像レンズ2の物理的な相対位置(レンズ相対位置)の情報(即ち、撮像レンズ2の位置情報)を一時保持することを意味している。撮像レンズ2の位置情報は、IF制御部4を介して得られる撮像レンズ2からの送り返し信号(レンズパラメータ)を基に特定される。 “Lens relative position hold” to be described later refers to information on the physical relative position (lens relative position) of the imaging lens 2 with respect to the main body of the imaging device 50 as a position target for driving the imaging lens 2 (that is, the imaging lens). 2 position information) is temporarily stored. The positional information of the imaging lens 2 is specified based on a return signal (lens parameter) from the imaging lens 2 obtained via the IF control unit 4.
また、後述する「逆回転回数」とは、合焦させるための撮像レンズ2の移動方向を反転させる駆動を行うたびに、その反転回数をカウントした値であり、AF開始時点での初期値は0である。 The “number of reverse rotations” to be described later is a value obtained by counting the number of inversions every time driving for reversing the moving direction of the imaging lens 2 for focusing is performed. The initial value at the start of AF is 0.
続いて、合焦位置検出器32は、図6に示す撮像レンズ2の駆動方向・駆動速度の初期設定を行う(ステップS2)。尚、撮像レンズ2の駆動方向・速度は、像面位相差AF評価値によって初期設定される。 Subsequently, the focus position detector 32 performs initial setting of the driving direction and driving speed of the imaging lens 2 shown in FIG. 6 (step S2). Note that the driving direction and speed of the imaging lens 2 are initially set by the image plane phase difference AF evaluation value.
図6を参照するに、合焦位置検出器32は、先ず像面位相差AF評価値α0とコントラストAF評価値CAF0を算出する(ステップS20)。 Referring to FIG. 6, the focus position detector 32 first calculates an image plane phase difference AF evaluation value α 0 and a contrast AF evaluation value CAF 0 (step S20).
続いて、合焦位置検出器32は、像面位相差AF評価値α0の値が0より大きいか否かを判定し(ステップS21)、α0の値が0より大きければ(ステップS21:Yes)、撮像レンズ2のレンズ回転方向フラグを1(tele側)に設定し(ステップS22)、α0の値が0以下であれば(ステップS21:No)、撮像レンズ回転方向フラグを0(wide側)に設定する(ステップS23)。 Subsequently, the focus position detector 32 determines whether or not the value of the image plane phase difference AF evaluation value α 0 is greater than 0 (step S21). If the value of α 0 is greater than 0 (step S21: yes), the setting of the lens rotational direction flag of the imaging lens 2 to 1 (tele side) (step S22), and if the value of alpha 0 is 0 or less (step S21: No), the imaging lens rotating direction flag 0 ( wide side) (step S23).
次に、合焦位置検出器32は、像面位相差AF評価値α0の値が任意に設定する閾値αthresholdより大きいか否かを判定し(ステップS24)、α0の値が閾値αthreshold以下である場合(ステップS24:No)、AF開始時から既に合焦点に近い状態と判断し、速度フラグを2(速度Vc)に設定する(ステップS26)。閾値αthresholdの値は、画素部11に埋め込めている像面位相差検出画素112の数や像面位相差AF評価値の算出方法(本例では、式(1)に基づく評価値COR)に従って任意に設定する。尚、速度フラグを2(速度Vc)の状態では、以後のシーケンスでは像面位相差AF評価値の値に関わらず設定速度は変更されない。一方、α0の値が閾値αthresholdよりも大きい場合(ステップS24:Yes)、速度フラグを0(速度Va)に設定する。 Next, the in-focus position detector 32 determines whether or not the value of the image plane phase difference AF evaluation value α 0 is larger than a threshold α threshold that is arbitrarily set (step S24), and the value of α 0 is the threshold α. If it is equal to or less than threshold (step S24: No), it is determined that AF is already close to the in-focus state, and the speed flag is set to 2 (speed Vc) (step S26). The value of the threshold α threshold is determined according to the number of image plane phase difference detection pixels 112 embedded in the pixel unit 11 and the calculation method of the image plane phase difference AF evaluation value (in this example, the evaluation value COR based on Expression (1)). Set as desired. When the speed flag is 2 (speed Vc), the set speed is not changed in the subsequent sequences regardless of the value of the image plane phase difference AF evaluation value. On the other hand, when the value of α 0 is larger than the threshold α threshold (step S24: Yes), the speed flag is set to 0 (speed Va).
図5を参照するに、図6に示す撮像レンズ2の駆動方向・駆動速度の初期設定を行うと、合焦位置検出器32は、当該初期設定した撮像レンズ2のレンズ回転方向・駆動速度に関するレンズ回転方向フラグ及び速度フラグに基づいて、IF制御部4を介して撮像レンズ制御信号を送信させ、撮像レンズ2の駆動を開始する(ステップS3)。 Referring to FIG. 5, when initial setting of the driving direction and driving speed of the imaging lens 2 shown in FIG. 6 is performed, the focus position detector 32 relates to the lens rotation direction and driving speed of the initial setting of the imaging lens 2. Based on the lens rotation direction flag and the speed flag, the imaging lens control signal is transmitted via the IF control unit 4 to start driving the imaging lens 2 (step S3).
撮像レンズ2の駆動の開始後、以降のステップS4,S5,S6に基づくAF(自動合焦制御)のフィードバックループを開始する。このフィードバックループの開始は映像の1フレームの開始と同期しており、撮像レンズ2の逆回転動作が行われない限りは1フレーム以内に完結する。このフィードバックループでは、コントラストAF評価値による合焦位置の監視処理(ステップS4)と、像面位相差AF評価値による撮像レンズ2の駆動速度の監視処理(ステップS5)とを並行に(同時に)行って、合焦フラグ、逆回転フラグ及び速度フラグに基づいて撮像レンズ2の駆動制御を行い(ステップS6)、このステップS4,S5,S6のループ処理でAFを行う。 After the driving of the imaging lens 2 is started, an AF (automatic focus control) feedback loop based on subsequent steps S4, S5, and S6 is started. The start of the feedback loop is synchronized with the start of one frame of the video, and is completed within one frame unless the reverse rotation operation of the imaging lens 2 is performed. In this feedback loop, the focus position monitoring process based on the contrast AF evaluation value (step S4) and the imaging lens 2 drive speed monitoring process based on the image plane phase difference AF evaluation value (step S5) are performed in parallel (simultaneously). Then, drive control of the imaging lens 2 is performed based on the focus flag, the reverse rotation flag, and the speed flag (step S6), and AF is performed by the loop processing of steps S4, S5, and S6.
まず、コントラストAF評価値による合焦位置の監視処理(ステップS4)について、図7を参照して説明する。 First, the focus position monitoring process using the contrast AF evaluation value (step S4) will be described with reference to FIG.
図7に示すコントラストAF評価値による合焦位置の監視処理において、合焦位置検出器32は、はじめに所定のコントラストAF評価値(本例では、式(2)に基づくCAF)を算出する(ステップS40)。以下、CAFの最大値をCAFmax、1フレーム前のCAFの値をCAF−1とする。 In the focus position monitoring process using the contrast AF evaluation value shown in FIG. 7, the focus position detector 32 first calculates a predetermined contrast AF evaluation value (CAF based on the equation (2) in this example) (step). S40). Hereinafter, the maximum CAF value is CAF max , and the CAF value one frame before is CAF- 1 .
続いて、合焦位置検出器32は、IF制御部4を介して得られる撮像レンズ2からの送り返し信号(レンズパラメータ)を基に、撮像レンズ2の位置が移動端(レンズ移動範囲の端部)でないか否かを判別し(ステップS41)、撮像レンズ2の位置が移動端であると判別した場合(ステップS41:No)、逆回転フラグ=1に設定してこのときのレンズ相対位置をホールド(一時保持)し(ステップS46)、合焦フラグ=0を維持してAFフィードバックループを継続する(ステップS47)。尚、撮像レンズ2の位置が移動端である場合、反転させる制御を行わない限りそれ以上の移動ができない状態にある。一方、撮像レンズ2の位置が移動端でない場合、撮像レンズ2は移動中であることを意味する。 Subsequently, the in-focus position detector 32 determines that the position of the imaging lens 2 is the moving end (the end of the lens moving range) based on the return signal (lens parameter) from the imaging lens 2 obtained via the IF control unit 4. ) (Step S41), and when it is determined that the position of the imaging lens 2 is the moving end (step S41: No), the reverse rotation flag = 1 is set and the lens relative position at this time is set. Hold (temporary hold) (step S46), maintain the focus flag = 0, and continue the AF feedback loop (step S47). When the position of the imaging lens 2 is at the moving end, no further movement is possible unless the reversing control is performed. On the other hand, when the position of the imaging lens 2 is not the moving end, it means that the imaging lens 2 is moving.
そして、撮像レンズ2の位置が移動端でないと判別した場合(ステップS41:Yes)、合焦位置検出器32は、CAFがCAF−1より小さいか否かを判定し(ステップS42)、CAFがCAF−1以上の値を持つ場合(ステップS42:No)、そのCAFの値をCAFmaxとし、このときのレンズ相対位置をホールド(一時保持)し(ステップS48)、合焦フラグ=0を維持してAFフィードバックループを継続する(ステップS49)。尚、当該ステップS4,S5,S6に基づくAFのフィードバックループでは、このステップS48の処理を繰り返し通過することになるため、合焦フラグ=1となるまでCAFmaxを逐次更新したレンズ相対位置をホールド(一時保持)しながら、図4に示すコントラストAF評価値CAFのピーク位置(即ち、合焦点)を探索することになる。 If it is determined that the position of the imaging lens 2 is not the moving end (step S41: Yes), the focus position detector 32 determines whether or not the CAF is smaller than CAF −1 (step S42). If it has a value equal to or greater than CAF −1 (step S42: No), the CAF value is set to CAF max , the lens relative position at this time is held (temporarily held) (step S48), and the in-focus flag = 0 is maintained. Then, the AF feedback loop is continued (step S49). In the AF feedback loop based on the steps S4, S5, and S6, since the process of step S48 is repeatedly passed, the lens relative position obtained by sequentially updating the CAF max is held until the in-focus flag = 1. While (temporarily held), the peak position (that is, the focal point) of the contrast AF evaluation value CAF shown in FIG. 4 is searched.
CAFがCAF−1より小さい値を持つ場合(ステップS42:Yes)、撮像レンズ2の位置が図4に示すコントラストAF評価値CAFのピーク位置(即ち、合焦点)を通り過ぎた可能性があるため、合焦位置検出器32は、当該CAFのピーク位置を通り過ぎたのか、或いは誤差によるCAFの減少であるのかを判断するために、“CAFmax−CAF”の値が任意に定める設定値thresholdより大きいか否かを判定する(ステップS43)。 When CAF has a value smaller than CAF −1 (step S42: Yes), there is a possibility that the position of the imaging lens 2 has passed the peak position (ie, in-focus point) of the contrast AF evaluation value CAF shown in FIG. In order to determine whether the in-focus position detector 32 has passed the peak position of the CAF or is a decrease in CAF due to an error, the value of “CAF max− CAF” is determined from a set value threshold arbitrarily determined. It is determined whether it is larger (step S43).
“CAFmax−CAF”の値が設定値threshold以下である場合(ステップS43:No)、合焦位置検出器32は、誤差によるCAFの減少と判断し、合焦フラグ=0を維持してAFフィードバックループを継続する(ステップS49)。 When the value of “CAF max −CAF” is equal to or less than the set value threshold (step S43: No), the focus position detector 32 determines that the CAF is decreased due to an error, and maintains the focus flag = 0 and performs AF. The feedback loop is continued (step S49).
一方、“CAFmax−CAF”の値が設定値thresholdより大きい場合(ステップS42:Yes)、当該CAFのピーク位置を通り過ぎた可能性と、最初の像面位相差AF評価値によって撮像レンズ2の駆動方向が誤ってしまい撮像レンズ2の移動方向(回転移動する回転方向)が合焦点に対し逆方向である可能性があるため、これを判別するために、合焦位置検出器32は、CAFmaxがCAF0より大きいか否かを判定する(ステップS44)。 On the other hand, when the value of “CAF max −CAF” is larger than the set value threshold (step S42: Yes), the possibility that the CAF peak position has been passed and the initial image plane phase difference AF evaluation value indicate that the imaging lens 2 Since the driving direction may be wrong and the moving direction of the imaging lens 2 (the rotating direction in which the imaging lens 2 rotates) may be opposite to the focal point, the in-focus position detector 32 is used to determine this. It is determined whether max is greater than CAF 0 (step S44).
CAFmaxがCAF0以下の値を持つ場合(ステップS44:No)、合焦位置検出器32は、元々の撮像レンズ2の移動方向(回転移動する回転方向)が合焦点に対し逆方向であると判定し、逆回転フラグ=1に設定してこのときのレンズ相対位置をホールド(一時保持)し(ステップS46)、合焦フラグ=0に設定する(ステップS47)。 When CAF max has a value equal to or less than CAF 0 (step S44: No), the in-focus position detector 32 indicates that the original moving direction of the image pickup lens 2 (the rotational direction in which it rotates) is opposite to the focal point. The reverse rotation flag = 1 is set and the lens relative position at this time is held (temporarily held) (step S46), and the focusing flag = 0 is set (step S47).
一方、CAFmaxがCAF0より大きい値を持つ場合(ステップS44:Yes)、合焦位置検出器32は、当該CAFのピーク位置を通り過ぎたと判定し、合焦フラグを1に設定する(ステップS45)。合焦フラグが1に設定されると、後続の処理(後述するステップS61)により、ステップS48にてCAFmaxに設定しホールドしているレンズ相対位置へ撮像レンズ2を駆動させることになる。 On the other hand, when CAF max has a value greater than CAF 0 (step S44: Yes), the focus position detector 32 determines that the peak position of the CAF has been passed, and sets the focus flag to 1 (step S45). ). When the in-focus flag is set to 1, the imaging lens 2 is driven to the lens relative position set and held at CAF max in step S48 by subsequent processing (step S61 described later).
次に、像面位相差AF評価値による撮像レンズ2の駆動速度の監視処理(ステップS5)について、図8を参照して説明する。 Next, the monitoring process (step S5) of the driving speed of the imaging lens 2 based on the image plane phase difference AF evaluation value will be described with reference to FIG.
図8に示す像面位相差AF評価値による撮像レンズ2の駆動速度の監視処理において、合焦位置検出器32は、はじめに像面位相差AF評価値αを算出する(ステップS50)。 In the monitoring process of the driving speed of the imaging lens 2 based on the image plane phase difference AF evaluation value shown in FIG. 8, the focus position detector 32 first calculates the image plane phase difference AF evaluation value α (step S50).
続いて、合焦位置検出器32は、“速度フラグが2(速度Vc)ではない”、且つ“逆回転回数が0である”、且つ“αの±符号がα−1と同じである”、且つ“αの絶対値がα−1の絶対値以下である(|α|≦|α−1|)”、且つ“αの絶対値が(1/3)α0の絶対値より大きい(|α|>(1/3)|α0|)”、の5つの条件全てを満たす状態にあるか否かを判別する(ステップS51)。 Subsequently, the in-focus position detector 32 determines that “the speed flag is not 2 (speed Vc)”, “the number of reverse rotations is 0”, and “± sign of α is the same as α −1 ”. And “the absolute value of α is equal to or smaller than the absolute value of α −1 (| α | ≦ | α −1 |)”, and “the absolute value of α is larger than the absolute value of (1/3) α 0 ( It is determined whether or not the five conditions of | α |> (1/3) | α 0 |) ”are satisfied (step S51).
上記5つの条件全てを満たす状態にないとき(ステップS51:No)、合焦位置検出器32は、常に、速度フラグを2(速度Vc)に設定する(ステップS55)。当該ステップS4,S5,S6に基づくAFのフィードバックループでは、一度でも速度フラグが2(速度Vc)になると、上記5つの条件全てを満たす状態にならない(“速度フラグが2ではない”の条件を満たさない)ため、撮像レンズ2の駆動速度は速度Vcで一定となるようになっている。そして、この速度Vcの状態は、図4に示したように合焦点近傍に達しているか、像面位相差AF評価値αの信頼性が低いことを意味している。 When not in a state satisfying all the above five conditions (step S51: No), the focus position detector 32 always sets the speed flag to 2 (speed Vc) (step S55). In the AF feedback loop based on the steps S4, S5, and S6, once the speed flag becomes 2 (speed Vc), the above five conditions are not satisfied (the condition that the speed flag is not 2). Therefore, the drive speed of the imaging lens 2 is constant at the speed Vc. The state of the speed Vc means that it has reached the vicinity of the focal point as shown in FIG. 4 or that the reliability of the image plane phase difference AF evaluation value α is low.
上記5つの条件全てを満たす状態にあるとき(ステップS51:No)、合焦位置検出器32は、αの絶対値が(2/3)α0の絶対値より大きいか否かを判定し(ステップS52)、αの絶対値が(2/3)α0の絶対値より大きい場合には速度フラグを0(速度Va)に変更し(ステップS52:Yes,ステップS53)、αの絶対値が(2/3)α0の絶対値以下の場合には速度フラグを1(速度Vb)に変更する(ステップS52:No,ステップS54)。尚、“αの絶対値がα−1の絶対値以下である”という条件があるため、撮像レンズ2の駆動速度が速度Vbから速度Vaへ加速することは無い。 When in a state that satisfies all of the above five conditions (step S51: No), the focus position detector 32, the absolute value of α is (2/3) determines whether α greater than the absolute value of 0 ( step S52), the absolute value of alpha is the (2/3) alpha 0 speed flag is greater than the absolute value of the change to 0 (velocity Va) (step S52: Yes, step S53), the absolute value of alpha is (2/3) If the absolute value of α 0 or less, the speed flag is changed to 1 (speed Vb) (step S52: No, step S54). Since there is a condition that “the absolute value of α is equal to or less than the absolute value of α− 1 ”, the driving speed of the imaging lens 2 does not accelerate from the speed Vb to the speed Va.
次に、合焦フラグ、逆回転フラグ及び速度フラグに基づいて撮像レンズ2の駆動制御(ステップS6)について、図9を参照して説明する。 Next, drive control (step S6) of the imaging lens 2 based on the focus flag, the reverse rotation flag, and the speed flag will be described with reference to FIG.
図9に示す撮像レンズ2の駆動制御において、合焦位置検出器32は、コントラストAF評価値による合焦位置の監視処理(ステップS4)と、像面位相差AF評価値による撮像レンズ2の駆動速度の監視処理(ステップS5)とを並行に(同時に)行って得られる合焦フラグ、逆回転フラグ及び速度フラグに基づいて、AFに関する撮像レンズ2の駆動制御(フィードバックループ制御)を開始する。 In the drive control of the imaging lens 2 shown in FIG. 9, the focus position detector 32 monitors the focus position based on the contrast AF evaluation value (step S4) and drives the imaging lens 2 based on the image plane phase difference AF evaluation value. Based on the focus flag, the reverse rotation flag, and the speed flag obtained by performing the speed monitoring process (step S5) in parallel (simultaneously), drive control (feedback loop control) of the imaging lens 2 related to AF is started.
まず、合焦位置検出器32は、合焦フラグが1であるか否かを判定する(ステップS60)。合焦フラグが1である場合(ステップS60:Yes)、合焦位置検出器32は、当該ステップS4,S5,S6に基づくAFのフィードバックループを抜けて、IF制御部4を介して撮像レンズ制御信号を送信させ、ホールドしているレンズ相対位置に撮像レンズ2が位置するよう撮像レンズ2の駆動を制御する(ステップS61)。このときのホールドしているレンズ相対位置は、合焦フラグが1の場合のフレームに対し、ステップS48にてCAFmaxに設定されたレンズ相対位置である。即ち、撮像レンズ2は、図4に示す合焦点に位置するよう速度Vcで駆動制御される。 First, the focus position detector 32 determines whether or not the focus flag is 1 (step S60). When the in-focus flag is 1 (step S60: Yes), the in-focus position detector 32 exits the AF feedback loop based on the steps S4, S5, and S6, and controls the imaging lens through the IF control unit 4. A signal is transmitted, and the drive of the imaging lens 2 is controlled so that the imaging lens 2 is positioned at the holding lens relative position (step S61). The lens relative position held at this time is the lens relative position set to CAF max in step S48 with respect to the frame when the in-focus flag is 1. That is, the imaging lens 2 is driven and controlled at the speed Vc so as to be positioned at the focal point shown in FIG.
一方、合焦フラグが0の場合(ステップS60:No)、合焦位置検出器32は、まず、逆回転フラグが1であるか否かを判定する(ステップS62)。 On the other hand, when the focus flag is 0 (step S60: No), the focus position detector 32 first determines whether or not the reverse rotation flag is 1 (step S62).
逆回転フラグが1である場合(ステップS62:Yes)、合焦位置検出器32は、逆回転回数のカウント値を+1(1加算)して(ステップS63)、1加算したその逆回転回数がカウント閾値X未満であるか否かを確認する(ステップS64)。当該1加算したその逆回転回数がカウント閾値X以上の場合(ステップS64:No)、既に撮像レンズ2の移動方向の反転動作としてX−1回分の逆回転を繰り返しており、AFが正常に動作していないと判定して強制終了する。カウント閾値Xの値は、2以上の任意の数とすることができるが、本発明に係る合焦位置検出器32では1回の逆回転のみ許容する場合でも正常に機能するため、X=2に設定することができる。 If the reverse rotation flag is 1 (step S62: Yes), the in-focus position detector 32 increments the count value of the reverse rotation count by +1 (1 addition) (step S63), It is confirmed whether it is less than the count threshold value X (step S64). When the number of reverse rotations added by 1 is equal to or greater than the count threshold value X (step S64: No), the reverse rotation of the moving direction of the imaging lens 2 has already been repeated X-1 times, and the AF operates normally. It is determined that it has not been performed, and it is forcibly terminated. The value of the count threshold value X can be an arbitrary number equal to or greater than 2. However, since the in-focus position detector 32 according to the present invention functions normally even when only one reverse rotation is allowed, X = 2. Can be set to
当該1加算したその逆回転回数がカウント閾値X未満の場合(ステップS64:Yes)、合焦位置検出器32は、数フレーム分の所定時間分、撮像レンズ2の移動を確保するため、合焦位置検出器3の処理を待機状態して故意に撮像レンズ2の位置を進ませる(ステップS65)。 When the number of reverse rotations obtained by adding 1 is less than the count threshold value X (step S64: Yes), the focus position detector 32 focuses to ensure the movement of the imaging lens 2 for a predetermined time of several frames. The processing of the position detector 3 is in a standby state, and the position of the imaging lens 2 is intentionally advanced (step S65).
当該数フレーム分の所定時間分の待機後、合焦位置検出器32は、IF制御部4を介して撮像レンズ制御信号を送信させ、ホールドしているレンズ相対位置に撮像レンズ2が位置するよう撮像レンズ2の駆動を制御する(ステップS66)。尚、この時点でホールドしているレンズ相対位置は、合焦フラグが0で逆回転フラグが1であることから撮像レンズ2が合焦点に達していない位置である。 After waiting for the predetermined number of frames, the in-focus position detector 32 transmits an imaging lens control signal via the IF control unit 4 so that the imaging lens 2 is positioned at the holding lens relative position. The drive of the imaging lens 2 is controlled (step S66). The lens relative position held at this time is a position where the imaging lens 2 does not reach the focal point because the focus flag is 0 and the reverse rotation flag is 1.
続いて、合焦位置検出器32は、IF制御部4を介して得られる撮像レンズ2からの送り返し信号(レンズパラメータ)を監視して、当該ホールドしているレンズ相対位置で撮像レンズ2を一旦停止させるよう制御し、その停止後に、ステップS22(又はS23)にて設定していたレンズ回転方向フラグを反転設定し、速度フラグを2(Vc)に設定し、逆回転フラグを0に戻した状態で、撮像レンズ2を当該レンズ回転方向フラグ及び速度フラグに対応する動作で駆動を再開し、図5に示す図示“FB”のAFフィードバックループの開始シーケンスに戻り、次フレームにおけるステップS4,S5の処理に移行する(ステップS67)。 Subsequently, the in-focus position detector 32 monitors a return signal (lens parameter) from the imaging lens 2 obtained via the IF control unit 4, and temporarily holds the imaging lens 2 at the held lens relative position. After stopping, the lens rotation direction flag set in step S22 (or S23) is reversed, the speed flag is set to 2 (Vc), and the reverse rotation flag is returned to 0. In this state, driving of the imaging lens 2 is resumed by an operation corresponding to the lens rotation direction flag and the speed flag, and the process returns to the start sequence of the AF feedback loop of “FB” shown in FIG. 5, and steps S4 and S5 in the next frame The process proceeds to (Step S67).
ステップS65〜S67の処理は、撮像レンズ2に逆回転(反転移動)の指示後も瞬時に物理的に切り替わるわけではないために生じる撮像レンズ2の回転のオーバーシュート現象によって、AFフィードバックループで次のフレーム以後も逆回転フラグが1になり続け、直ちに強制終了する状態になってしまうことを防ぐためである。この動作に入る場合に限りAFフィードバックループが1フレーム以内に終了しないことがある。 The processes of steps S65 to S67 are performed in the AF feedback loop due to the overshoot phenomenon of the rotation of the imaging lens 2 that occurs because the imaging lens 2 is not instantaneously switched even after the reverse rotation (reverse movement) instruction is given. This is to prevent the reverse rotation flag from continuing to be 1 after this frame and immediately forcibly terminating. Only when entering this operation, the AF feedback loop may not be completed within one frame.
合焦フラグが0で逆回転フラグが0である場合(ステップS62:No)、合焦位置検出器32は、速度フラグが前回値(1フレーム前)から変化したか否かを判定する(ステップS68)。 When the focus flag is 0 and the reverse rotation flag is 0 (step S62: No), the focus position detector 32 determines whether or not the speed flag has changed from the previous value (one frame before) (step S62). S68).
速度フラグが前回値から変化していない場合(ステップS68:No)、合焦位置検出器32は、図5に示す図示“FB”のAFフィードバックループの開始シーケンスに戻り、次の映像のフレームにおけるステップS4,S5の処理に移行する。 When the speed flag has not changed from the previous value (step S68: No), the focus position detector 32 returns to the start sequence of the AF feedback loop of “FB” shown in FIG. The process proceeds to steps S4 and S5.
速度フラグが前回値から変化している場合(ステップS68:Yes)、合焦位置検出器32は、その変化した速度フラグに対応する速度となるよう、IF制御部4を介して撮像レンズ制御信号を送信させ、撮像レンズ2の駆動を制御する(ステップS69)。 When the speed flag has changed from the previous value (step S68: Yes), the in-focus position detector 32 receives the imaging lens control signal via the IF control unit 4 so that the speed corresponds to the changed speed flag. And the drive of the imaging lens 2 is controlled (step S69).
以上のように、図5に示すステップS4,S5,S6のAFフィードバックループを経て、合焦位置検出器32によるAFが行われると、合焦フラグが1の場合は当該AFフィードバックループから抜け出して、コントラストAF評価値CAFがピークになった時に対応する当該ホールドしていたレンズ相対位置へ撮像レンズ2を移動させることができる。また、合焦フラグが0の場合は、次の映像のフレームと同期しながら当該AFフィードバックループを開始する。 As described above, when AF is performed by the focus position detector 32 through the AF feedback loop of steps S4, S5, and S6 shown in FIG. 5, if the focus flag is 1, the process leaves the AF feedback loop. The imaging lens 2 can be moved to the held lens relative position corresponding to the peak contrast AF evaluation value CAF. If the in-focus flag is 0, the AF feedback loop is started in synchronization with the next video frame.
この実施例1の合焦位置検出器32によるAFの動作例を、図4に対応付けて図10乃至図16に示している。 Examples of AF operations performed by the focus position detector 32 of the first embodiment are shown in FIGS. 10 to 16 in association with FIG.
図10では、レンズフォーカス位置Aで開始し、レンズフォーカス位置AからBまでを速度Va、レンズフォーカス位置BからCまでを速度Vb、レンズフォーカス位置CからDを速度Vcでtele側に撮像レンズ2が駆動している様子を示している。この場合、実施例1の合焦位置検出器32は、レンズフォーカス位置Dで合焦フラグが1になるとすると、CAFmaxである合焦点に撮像レンズ2を戻すよう制御する。 In FIG. 10, starting from the lens focus position A, the lens focus positions A to B at the speed Va, the lens focus positions B to C at the speed Vb, and the lens focus positions C to D at the speed Vc toward the telephoto side. Shows the state of driving. In this case, when the in-focus flag becomes 1 at the lens focus position D, the in-focus position detector 32 according to the first embodiment controls to return the imaging lens 2 to the in-focus point that is CAF max .
図11では、最初の像面位相差AF評価値によって撮像レンズ2の駆動方向が誤ってしまい撮像レンズ2の移動方向(回転移動する回転方向)が合焦点に対し逆方向であるときの例である。レンズフォーカス位置EをAF開始点とした場合、実施例1の合焦位置検出器32は、レンズフォーカス位置Fの時点で逆回転フラグが1になるのを判別し、レンズフォーカス位置Gまでオーバーシュートさせてレンズフォーカス位置Fに撮像レンズ2の位置を戻すよう制御する。その後、実施例1の合焦位置検出器32は、レンズフォーカス位置FからDまで速度Vcで撮像レンズ2を移動させ、レンズフォーカス位置Dで合焦フラグが1になる、CAFmaxである合焦位置まで撮像レンズ2を移動させるよう制御する。 FIG. 11 shows an example in which the driving direction of the imaging lens 2 is erroneous due to the first image plane phase difference AF evaluation value, and the moving direction of the imaging lens 2 (the rotational direction in which the imaging lens 2 rotates) is opposite to the focal point. is there. When the lens focus position E is set as the AF start point, the focus position detector 32 of the first embodiment determines that the reverse rotation flag becomes 1 at the time of the lens focus position F, and overshoots to the lens focus position G. Then, control is performed so that the position of the imaging lens 2 is returned to the lens focus position F. Thereafter, the focus position detector 32 according to the first embodiment moves the imaging lens 2 at the speed Vc from the lens focus position F to D, and the focus flag is set to 1 at the lens focus position D, and the focus is CAF max. Control is performed to move the imaging lens 2 to the position.
図12では、最初の像面位相差AF評価値によって撮像レンズ2の駆動方向が誤ってしまい撮像レンズ2が移動端まで移動してしまったときの例である。レンズフォーカス位置BをAF開始点とした場合、実施例1の合焦位置検出器32は、撮像レンズ2が速度Vbで移動端のレンズフォーカス位置Hまで移動するのを検知すると、レンズフォーカス位置Hで逆回転フラグ=1になり、レンズフォーカス位置HからDまで速度Vcで撮像レンズ2を移動させるよう制御する。その後、図10と同様に、実施例1の合焦位置検出器32は、レンズフォーカス位置Dで合焦フラグが1になるとすると、CAFmaxである合焦点に撮像レンズ2を戻すよう制御する。 FIG. 12 shows an example when the driving direction of the imaging lens 2 is erroneous due to the first image plane phase difference AF evaluation value and the imaging lens 2 has moved to the moving end. When the lens focus position B is set as the AF start point, the focus position detector 32 according to the first embodiment detects that the imaging lens 2 moves to the lens focus position H at the moving end at the speed Vb. Thus, the reverse rotation flag is set to 1, and the imaging lens 2 is controlled to move from the lens focus position H to D at the speed Vc. After that, as in FIG. 10, when the focus flag is set to 1 at the lens focus position D, the focus position detector 32 according to the first embodiment controls to return the imaging lens 2 to the focus at CAF max .
以上のように、実施例1の合焦位置検出器32は、撮像レンズ2の駆動中に常にコントラストAF評価値を監視しているため、像面位相差AF評価値に基づくAFが誤ってしまうような場合でも直ちにAF修正が可能となり、像面位相差AF評価値の信頼性が低い場合でも比較的早く正確なAFが可能である。また、実施例1の合焦位置検出器32は、合焦位置探索のための前後動作が必要なくなるため、合焦までの時間を短縮しつつレンズウォブリング現象を生じさせないようにすることができ、優れた応答性と合焦位置検出精度が実現可能となる。 As described above, since the focus position detector 32 according to the first embodiment constantly monitors the contrast AF evaluation value while the imaging lens 2 is being driven, the AF based on the image plane phase difference AF evaluation value is erroneous. Even in such a case, AF correction can be performed immediately, and accurate AF can be performed relatively quickly even when the reliability of the image plane phase difference AF evaluation value is low. Further, since the in-focus position detector 32 according to the first embodiment does not require a front-and-back operation for in-focus position search, it is possible to prevent the lens wobbling phenomenon from occurring while reducing the time until in-focus, Excellent responsiveness and focus position detection accuracy can be realized.
(実施例2)
前述した実施例1の合焦位置検出器32は、図10乃至図12を参照しても理解されるように、最初の像面位相差AF評価値によって決まる撮像レンズ2の駆動方向の正誤によって合焦までの時間が変わるものとなっている。そして、図5から分かるように、像面位相差AF評価値による撮像レンズ2の駆動方向・速度の設定シーケンス(ステップS2)は、ステップS4,S5,S6のAFフィードバックループに入っていないため時間がかかってもよい。
(Example 2)
As described above with reference to FIGS. 10 to 12, the in-focus position detector 32 of the first embodiment described above is based on whether the driving direction of the imaging lens 2 is determined by the initial image plane phase difference AF evaluation value. The time to focus changes. As can be seen from FIG. 5, the setting sequence (step S2) of the driving direction / speed of the imaging lens 2 based on the image plane phase difference AF evaluation value is not in the AF feedback loop of steps S4, S5, and S6. It may take.
そこで、撮像装置50として構成するテレビジョンカメラでは、60fpsという高速で常に画素値を取得していることを利用して、実施例2の合焦位置検出器32として、AFを開始する最初の撮像レンズ2の駆動方向の決定のための像面位相差AF評価値α0に限り、その算出精度向上の為、位相差検出画素112の値を数フレーム分、加算平均するよう構成することができる。例えば、10フレーム分を加算平均しても時間的には1/6秒以内に計算は終了し、この時の各位相差検出画素112の画素値のS/Nは、√10倍改善される。一般に位相差検出画素112による像面位相差AFは、低輝度状態では著しく精度が低下するが、このように構成することで、当該最初の方向決定に係る精度を高めることができ、更に合焦点までの応答性を高めることができる。 Therefore, the television camera configured as the imaging device 50 uses the fact that the pixel value is always acquired at a high speed of 60 fps, and the first imaging for starting AF as the in-focus position detector 32 of the second embodiment. Only the image plane phase difference AF evaluation value α 0 for determining the driving direction of the lens 2 can be configured to average the values of the phase difference detection pixels 112 for several frames in order to improve the calculation accuracy. . For example, even if 10 frames are added and averaged, the calculation is completed within 1/6 second in time, and the S / N of the pixel value of each phase difference detection pixel 112 at this time is improved by √10 times. In general, the accuracy of the image plane phase difference AF by the phase difference detection pixel 112 is significantly reduced in a low luminance state. However, with this configuration, the accuracy in determining the first direction can be increased, and the focal point can be further increased. Responsiveness can be improved.
(実施例3)
また、前述した実施例1の合焦位置検出器32では、像面位相差AF評価値による撮像レンズ2の駆動速度の監視処理(ステップS5)において、像面位相差AF評価値αはフレーム毎の位相差検出画素112を参照する例を説明した。ここで、像面位相差AF評価値αは撮像レンズ2の駆動速度の制御に用いられるのみであるため、像面位相差AF評価値αの値の厳密な正確性は重要ではなく、更にはその速度決定に関し高速性も問われないことから、フレーム毎に処理する必要はない。
(Example 3)
In the in-focus position detector 32 of the first embodiment described above, in the monitoring process of the driving speed of the imaging lens 2 based on the image plane phase difference AF evaluation value (step S5), the image plane phase difference AF evaluation value α is set for each frame. The example in which the phase difference detection pixel 112 is referred to has been described. Here, since the image plane phase difference AF evaluation value α is only used for controlling the driving speed of the imaging lens 2, the exact accuracy of the value of the image plane phase difference AF evaluation value α is not important. There is no need to perform processing for each frame because the speed determination is not questioned about the speed.
そこで、実施例3の合焦位置検出器32として、像面位相差AF評価値αの値を算出するために、撮像レンズ2の駆動速度に応じて位相差検出画素112の値を数フレーム分、加算平均して算出するよう構成することができる。この場合、勿論、加算されるフレーム中も撮像レンズ2が動いているため像面位相差AF評価値の正確性が失われるが、位相差検出画素112の画素値が小さい(輝度値が低い)場合や被写体の特定のパターンによる評価値が大幅なエラーとなってしまう頻度を低減できる。 Therefore, in order to calculate the value of the image plane phase difference AF evaluation value α as the in-focus position detector 32 of the third embodiment, the value of the phase difference detection pixel 112 is set for several frames according to the driving speed of the imaging lens 2. , And calculating by averaging. In this case, of course, since the imaging lens 2 is moving even during the frame to be added, the accuracy of the image plane phase difference AF evaluation value is lost, but the pixel value of the phase difference detection pixel 112 is small (the luminance value is low). In this case, it is possible to reduce the frequency at which the evaluation value due to the specific pattern of the subject or the subject causes a significant error.
また、実施例3の合焦位置検出器32においては、撮像レンズ2の駆動速度に応じて当該位相差検出画素112のフレーム加算平均数を調整し、異なるものとするよう構成することもできる。例えば図4において、撮像レンズ2を速度Vaで駆動している場合は直前フレームとの2フレームの位相差検出画素112の加算平均値を利用し、速度Vbで駆動している場合は直前フレーム、前々フレームとの3フレームの位相差検出画素112の加算平均値を利用する態様が想定される。この加算するフレーム数は設定する撮像レンズ2の駆動速度に鑑みて任意に設定すればよい。 Further, the in-focus position detector 32 according to the third embodiment may be configured to adjust the frame addition average number of the phase difference detection pixels 112 according to the driving speed of the imaging lens 2 to be different. For example, in FIG. 4, when the imaging lens 2 is driven at the speed Va, the addition average value of the phase difference detection pixels 112 of two frames with the immediately preceding frame is used, and when the imaging lens 2 is driven at the speed Vb, the immediately preceding frame, A mode in which the addition average value of the phase difference detection pixels 112 of three frames from the previous frame is used is assumed. The number of frames to be added may be arbitrarily set in view of the driving speed of the imaging lens 2 to be set.
また、実施例2と実施例3の合焦位置検出器32を組み合わせた構成とすることもできる。 Moreover, it can also be set as the structure which combined the focus position detector 32 of Example 2 and Example 3. FIG.
以上のように、本発明に係る各実施例の合焦位置検出器32は、撮像装置50(特に、テレビジョンカメラ)の処理速度を活かし撮像レンズ2の移動中もリアルタイムで像面位相差AF評価値、及びコントラストAF評価値を並行に(同時に)算出し、撮像レンズ2の駆動中に常にコントラストAF評価値を監視して、合焦位置探索のための前後動作の必要性が無い制御としているため、合焦までの時間を短縮しつつレンズウォブリング現象を生じさせないようにすることができ、優れた応答性と合焦位置検出精度が実現可能となる。 As described above, the focus position detector 32 of each embodiment according to the present invention takes advantage of the processing speed of the imaging device 50 (particularly, a television camera) and performs real-time image plane phase difference AF even while the imaging lens 2 is moving. As control in which the evaluation value and the contrast AF evaluation value are calculated in parallel (simultaneously), and the contrast AF evaluation value is constantly monitored while the imaging lens 2 is being driven, so that there is no need for a back-and-forth operation for in-focus position search. Therefore, it is possible to prevent the lens wobbling phenomenon from occurring while shortening the time to focus, and it is possible to realize excellent responsiveness and focus position detection accuracy.
更に、本発明に係る各実施例の合焦位置検出器32は、像面位相差AF評価値の厳密性が要求されない制御となっているため、撮像素子1の画素部11に埋め込む位相差検出画素112の個数を従来技法よりも減らすことができ、これにより画質の劣化を従来技法よりも抑制することができる。 Further, since the focus position detector 32 of each embodiment according to the present invention is controlled so that the strictness of the image plane phase difference AF evaluation value is not required, the phase difference detection embedded in the pixel unit 11 of the image sensor 1 is performed. The number of the pixels 112 can be reduced as compared with the conventional technique, and thereby deterioration of image quality can be suppressed as compared with the conventional technique.
更に、本発明に係る各実施例の合焦位置検出器32は、撮像レンズ2のフォーカス値を絶対値で制御できない撮像装置50に対しても、本発明に係る各実施例の合焦位置検出器32を組み入れるのみで上述した動作を実現可能である。 Further, the in-focus position detector 32 of each embodiment according to the present invention detects the in-focus position of each embodiment according to the present invention even for the image pickup apparatus 50 that cannot control the focus value of the image pickup lens 2 with an absolute value. The above-described operation can be realized only by incorporating the device 32.
更に、本発明に係る各実施例の合焦位置検出器32は、撮像レンズ2の駆動速度を段階的に落とし停止させるよう構成しているため、撮像装置50における各機構への負荷を低減させることができる。 Furthermore, since the focus position detector 32 of each embodiment according to the present invention is configured to stop the driving speed of the imaging lens 2 stepwise, the load on each mechanism in the imaging device 50 is reduced. be able to.
以上、特定の実施形態の例を挙げて本発明を説明したが、本発明は前述した例に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能であり、特許請求の範囲によってのみ制限される。 The present invention has been described above with reference to specific embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described examples, and various modifications can be made without departing from the technical concept thereof. Limited only by.
本発明によれば、AFに関し優れた応答性と合焦位置検出精度が実現可能となるので、AF機能を要する撮像装置の用途に有用である。 According to the present invention, it is possible to realize excellent responsiveness and focus position detection accuracy with respect to AF, which is useful for an application of an imaging apparatus that requires an AF function.
1 撮像素子
2 撮像レンズ
3 デジタル信号処理制御部
4 IF制御部
5 メモリ
6 表示部
7 記録部
8 操作部
11 画素部
31 デジタル信号処理部
32 合焦位置検出器
33 駆動制御部
50 撮像装置
51 撮像光学系
52 信号処理系
53 入出力系
111 撮像画素
112 位相差検出画素(A画素、B画素)
113 マスク
114 コントラストAF用関心領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image sensor 2 Imaging lens 3 Digital signal processing control part 4 IF control part 5 Memory 6 Display part 7 Recording part 8 Operation part 11 Pixel part 31 Digital signal processing part 32 Focus position detector 33 Drive control part 50 Imaging device 51 Imaging Optical system 52 Signal processing system 53 Input / output system 111 Imaging pixel 112 Phase difference detection pixel (A pixel, B pixel)
113 Mask 114 Region of Interest for Contrast AF
Claims (9)
前記2画素1組の位相差検出画素の画素群から得られる位相差出力を基に、デフォーカス量を検出するための所定の評価値を像面位相差AF評価値として算出する第1評価値算出手段と、
前記撮像画素の画素群から得られる所定の関心領域内の画像を基に、前記合焦位置で最大となるコントラストを検出するための所定の評価値をコントラストAF評価値として算出する第2評価値算出手段と、
前記合焦位置の検出の開始時に算出した前記像面位相差AF評価値を基に、前記撮像レンズの駆動方向と、変更可能な駆動速度を初期設定する初期設定手段と、
当該初期設定から前記撮像レンズの合焦位置を検出するために前記撮像レンズの駆動を開始して制御するレンズ駆動制御手段と、
前記合焦位置の検出のための前記撮像レンズの移動中に算出された前記像面位相差AF評価値と前記コントラストAF評価値の監視を並行して行う評価値監視手段と、
前記評価値監視手段の結果を基に前記合焦位置を検出するようフィードバック制御を行うフィードバック制御手段と、
を備えることを特徴とする合焦位置検出器。 Imaging capable of adjusting the focal position using an imaging device in which a pixel group of two sets of phase difference detection pixels for detecting a phase difference between pixels is arranged in a pixel portion constituting a pixel group of imaging pixels. A focus position detector for detecting a focus position of a lens;
A first evaluation value for calculating a predetermined evaluation value for detecting a defocus amount as an image plane phase difference AF evaluation value based on a phase difference output obtained from a pixel group of a pair of phase difference detection pixels of the two pixels A calculation means;
A second evaluation value for calculating a predetermined evaluation value for detecting the maximum contrast at the in-focus position as a contrast AF evaluation value based on an image in a predetermined region of interest obtained from the pixel group of the imaging pixels A calculation means;
Based on the image plane phase difference AF evaluation value calculated at the start of detection of the in-focus position, initial setting means for initially setting the driving direction of the imaging lens and a changeable driving speed;
Lens driving control means for starting and controlling driving of the imaging lens in order to detect the in-focus position of the imaging lens from the initial setting;
Evaluation value monitoring means for monitoring the image plane phase difference AF evaluation value calculated during movement of the imaging lens for detecting the in-focus position and the contrast AF evaluation value in parallel;
Feedback control means for performing feedback control so as to detect the in-focus position based on the result of the evaluation value monitoring means;
An in-focus position detector.
撮像画素の画素群を構成する画素部に画素間の位相差を検出するための2画素1組の位相差検出画素の画素群が配置された撮像素子と、
焦点位置を調節可能な撮像レンズと、
を備えることを特徴とする撮像装置。 A focusing position detector according to any one of claims 1 to 8,
An image sensor in which a pixel group of two sets of phase difference detection pixels for detecting a phase difference between pixels is arranged in a pixel portion constituting the pixel group of the imaging pixels;
An imaging lens with adjustable focal position;
An imaging apparatus comprising:
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