JP3633022B2

JP3633022B2 - フォーカシング方法及び装置

Info

Publication number: JP3633022B2
Application number: JP08054095A
Authority: JP
Inventors: 重男藤司; 正範吉田; 充史三沢
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1995-04-05
Filing date: 1995-04-05
Publication date: 2005-03-30
Anticipated expiration: 2020-03-30
Also published as: US5752098A; JPH08278442A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はオートフォーカス装置に関するもので、詳しくはズーム光学系を通して得られた被写体像をイメージセンサで撮像し、イメージセンサからの光電信号を監視しながらズーム光学系のピント合わせを行うフォーカシング方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ピントが合ったときに被写体像のコントラストが最も高くなることを利用し、対物レンズの結像面にＣＣＤ固体撮像素子などのイメージセンサを配置してイメージセンサからの光電信号のもつ所定帯域の高周波成分がピークに達するように対物レンズのフォーカシングを行うコントラスト検出型のオートフォーカス装置が知られている。このような方式のオートフォーカス装置は、イメージセンサから継続的に出力される光電信号に基づき、例えば隣接する画素ごとの輝度差（コントラストに対応する）の総和がピークに対するように、継続的に対物レンズのフォーカシングを行うフィードバック制御の形をとっており、特にビデオカメラなどに好適である。
【０００３】
ビデオカメラの一形態として、写真フイルムに撮影された画像、あるいはプリント写真の画像をイメージセンサで撮像し、得られた光電信号に適宜の信号処理を行ってＮＴＳＣ方式に準拠したビデオ信号を得、これをＣＲＴモニタやビデオプリンタに入力して画像観察できるようにした画像入力装置が知られている（例えば本出願人が商品化した「ＦＵＪＩＸＦＯＴＯＶＩＳＩＯＮＦＶ７」）。
【０００４】
このような画像入力装置では、観察される画像を適宜に拡大，縮小することができるように対物レンズとしてズーム光学系が用いられている。また、操作性及び装置のコンパクト化を考慮し、被写体となる写真フイルム（ネガ，ポジ）が対物レンズに接近した位置（１０〜３０ｍｍ程度）に置かれる。このように、被写体距離がかなり接近してくると、ズーム光学系の光学性能を保つためには、通常のビデオカメラで採用されているインナーフォーカス方式よりは、変倍によるピント面の移動を変倍レンズよりも物体側に配置したフォーカスレンズの移動で補正する前玉フォーカス方式が適している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前玉フォーカス方式でフォーカシングを行った場合には、フォーカスレンズの移動によってズーム光学系の焦点距離が少なからず変化する。したがて、変倍操作の後に上述したコントラスト検出方式あるいは位相差検出方式で知られるＴＴＬ方式でフォーカスレンズの移動調節を行うと、フォーカシングによって像倍率が変化してしまい、特にズーム光学系をワイド側に変倍した状態では、フォーカシングを行う間に不自然な変倍が行われる結果となる。
【０００６】
さらに、上記のようにフォーカシングを行う間に像倍率の変動が伴うと、ワイド側に変倍されかつ小絞りの状態であるときには焦点深度が深くなることから、コントラスト検出方式でフォーカシングを行うものの場合、フォーカシング時のコントラストの変化よりも変倍によるコントラストの変化の方が激しくなり、オートフォーカス装置が変倍に伴うコントラスト変化に追従してフォーカシングを行ってしまい、適正なフォーカシングができなくなるおそれがある。また、焦点深度が深い状態のときには、焦点深度内のどの位置でフォーカスレンズが停止するかによって像倍率が変わるため、ズーミング操作だけではなかなか意図する変倍位置が決められないという問題も生じてくる。
【０００７】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、ＴＴＬ方式によりズーム光学系のフォーカシングを行いながらも、フォーカシングの間に不自然に像倍率が変化することなく、迅速かつ的確にフォーカシングが行われるようにしたフォーカシング方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、ズーム光学系のもつ変倍機能を積極的に利用し、ズーム光学系を像倍率が高くなるテレ側の所定変倍位置に変倍レンズを自動的に移動させ、その状態でＴＴＬ方式でフォーカシング処理を実行するようにしてある。この所定変倍位置でのフォーカシングによりフォーカスレンズのセット位置が決まった後には、少なくとも１つの被写体距離に対し、変倍レンズの位置とフォーカスレンズの位置とを予め対応づけたトラッキングデータを読み出すとともに、このトラッキングデータに基づいてフォーカスレンズを移動させながら変倍レンズを元の位置に戻すように構成される。
【０００９】
被写体距離に対して変倍が行われた場合には、トラッキングデータにしたがってフォーカスレンズのセット位置を変更すればよく、変倍に伴うフォーカスレンズの移動を迅速に行うことが可能となる。また、何種類かの被写体距離ごとに同様のトラッキングデータを用意しておけば、前記所定変倍位置でのフォーカスレンズの位置に基づいて所定のトラッキングデータを選択することができる。なお、トラッキングデータが用意されていない被写体距離については、予め決められたトラッキングデータを基準にして補間演算を行うことによって、適宜の変倍位置におけるフォーカスレンズのセット位置を算出することが可能となる。
【００１０】
上述したような画像入力装置の場合には、撮像対象となる写真フイルムのセット位置が予め何種類に決められているから、写真フイルムのセット位置（被写体距離に該当する）ごとにトラッキングデータを用意しておくのが簡便である。さらに、無限遠に対するトラッキングデータを用意しておけば、これらの何種類かのトラッキングデータに基づいてほぼ満足し得る補間演算を行うことができ、どのような被写体距離に対しても適切なトラッキング制御によってフォーカスレンズのセット位置を決めることができる。
【００１１】
トラッキングデータの選択又は算出により、その被写体距離に対して適切なトラッキングデータが求められた後は、微調整ＡＦ処理によるフォーカシングを継続的に行うのが効果的である。微調整ＡＦ処理では、求められたトラッキングデータから大きく外れない範囲でフォーカスレンズの移動制御を行うもので、これにより所定変倍位置で高精度にフォーカシングを行った状態を活かしながら、ＴＴＬ方式のフォーカシングの追従性を保つことができるようになる。
【００１２】
さらに、フォーカシングの精度を向上させるためにはズーム光学系の焦点深度を浅くしておくことが望ましく、これにはズーム光学系中に組み込まれたアイリスを開放状態にするのがよい。また、コントラスト検出方式によるフォーカシング処理を行うにはイメージセンサからの光電信号の出力レベルを適正に保つ必要があるが、これにはイメージセンサの蓄積時間の制御、又はイメージセンサからの光電信号を増幅するアンプのゲイン調節の少なくともいずれかを調節するのが効果的である。
【００１３】
【実施例】
本発明を用いた画像入力装置の外観を示す図２において、本体部２の上部にはヘッド部３が設けられている。ヘッド部３は、スリット４ａが形成されたマウント部４とその上に開閉自在に軸着された一対の照明ユニット５とからなる。例えば６コマごとにシート状に分断した現像済みの写真フイルム６をフイルムホルダ７に保持させ、このフイルムホルダ７をスリット４ａに挿入して照明ユニット５を点灯すると、その照明光が乳白色のフイルムホルダ７を通して写真フイルム６を背面側から拡散照明する。
【００１４】
本体部２には一対の支持脚９，９が軸着され、これを図示のように開くことによって本体部２が正立状態に支持される。本体部２にはズーム光学系と、例えばＣＣＤ，ＭＯＳ型固体撮像素子で知られるイメージセンサが内蔵され、写真フイルム６に記録された画像を静止画像として撮像する。写真フイルム６としては、カラーネガフイルム，カラーポジフイルム，モノクロフイルムのいずれであってもよく、フイルム種別に応じてモード切替えレバー１０を適宜に操作することによって、ネガ−ポジ反転等の必要な信号処理が行われる。なお、ヘッド部３はマウント部４の部分から本体部２に対して９０°回動できるようになっており、写真フイルム６の画像が横姿勢で撮影されたものでも縦姿勢で撮影されたものでも対処できるようになっている。
【００１５】
また、支持脚９，９を図示位置からさらに上方に回動し、かつ照明ユニット５，５を開いて本体部２を倒立状態で支持することもできる。この状態では、例えば下に置かれたプリント写真を照明ユニット５，５で照明し、その画像を撮像することも可能である。また、照明ユニット５，５を開いて本体部２を把持し、これを被写体に向けることによって、通常のビデオカメラのように使用することもできる。
【００１６】
本体部２には、次に挙げるマニュアル操作部が設けられている。
（１）電源スイッチ１１
電源のＯＮ／ＯＦＦ時に操作される。また、照明ユニット５を点灯，消灯させるインバータ回路５３のＯＮ／ＯＦＦスイッチに兼用されている。
（２）オートスイッチ１２
ＯＮにすると色調整（ホワイトバランス，色の濃さ）及び明るさ調整が自動化。ＯＦＦにするとボリュームダイヤル１６〜２０の操作により、再生画像の色調整，明るさ調整が可能となる。
（３）マスクスイッチ１３
写真フイルム６の画像が横姿勢，縦姿勢であるか、さらにはパノラマサイズであるかに応じて、ＣＲＴモニタに画像表示を行うときに、画像周辺の余分なスペースを電気的にマスキングするときに操作される。押圧回数によってマスク範囲の切替えが行われる。
（４）モードスイッチ１５
撮像モードの選択を行う。撮像対象の変更時に切替え操作される。
【００１７】
（５）マニュアルボリュームダイヤル１６〜２０
赤，青の色調整用のほか、色の児さ調整用，明るさ調整用がある。これらのダイヤルは、オートスイッチ１２をＯＦＦにしたときに有効。
（６）ＡＦ切替えスイッチ２２
オートフォーカス，マニュアルフォーカスの切替え時、及びセットアップＡＦの起動スイッチとして用いられる。
（７）マニュアルフォーカススイッチ２３
マニュアルでフォーカシングを行うときに操作される。＋−の２方向シーソースイッチで、ピント合わせの方向に応じて押圧操作される。
（８）ズームスイッチ２４
ズーム光学系の変倍を行うときに操作され、テレ方向，ワイド方向の２方向シーソースイッチで構成される。
【００１８】
上記画像入力装置の機能ブロックを示す図１において、ズーム光学系２５はフォーカスレンズ２５ａと変倍レンズ２５ｂとを備え、変倍レンズ２５ｂよりも物体側でフォーカスレンズ２５ａを移動させる前玉フォーカス方式となっている。なお、写真フイルム６がズーム光学系２５の先端から１０〜３０ｍｍ程度の近距離位置にセットされることから、特に斜入光線に対する光学性能をカバーするためにフォーカスレンズ２５ａよりも物体側に固定の凸レンズを配置してもよい。また、変倍レンズ２５ｂよりも像面側に各種の収差補正用の固定レンズを設けてもよい。
【００１９】
フォーカスレンズ２５ａ及び変倍レンズ２５ｂの移動は、各々独立して駆動されるステッピングモータ２６ａ，２６ｂによって行われる。図３は、ズーム光学系２５を組み込んだ鏡筒の構造を示す。鏡筒２８の後端と前カバー２９との間には、光軸方向に延びたガイドロッド３０ａ，３０ｂ，３０ｃが固定されている。フォーカスレンズ２５ａを組み込んだフォーカス鏡筒３１は、ガイドロッド３０ａ，３０ｃによりその移動がガイドされる。また、変倍レンズ２５ｂを組み込んだ変倍鏡筒３２は、ガイドロッド３０ｂ，３０ｃによりガイドされる。
【００２０】
鏡筒２８の上面に固定される台座３３に、ステッピングモータ２６ａ，２６ｂが取付られている。モータ２６ｂについて図示してあるように、モータ２６ｂの軸３４にはリードスクリューが形成され、台座３３に固定したガイド３５に沿って光軸方向に移動自在に支持されたコマ３６の雌ネジ部３６ａが噛み合っている。したがってモータ２６ｂが回転すると、コマ３６が光軸方向に進退する。なお、他方のモータ２６ａについても全く同様の構成で、モータ２６ａの回転により他方のコマ３７が光軸方向に進退する。コマ３７，３６には図示のようにフォーク部が形成され、各々のフォーク部にフォーカス鏡筒３１，変倍鏡筒３２の突片３１ａ，３２ａが係合される。これにより、ステッピングモータ２６ａ，２６ｂに供給する駆動パルスの個数に対応して鏡筒２８内でフォーカス鏡筒３１及び変倍鏡筒３２を光軸方向に移動させることができる。
【００２１】
鏡筒２８にはフォトセンサ３９，４０が取付られ、フォーカス鏡筒３１，変倍鏡筒３２に一体に設けた遮光片３１ｂ，３２ｂを光電検出し、各々の鏡筒３１，３２が原点位置に移動したことを検知する。変倍鏡筒２８にはアイリスモータ４２とホール素子４３（図１参照）とが組み込まれている。アイリスモータ４２は、図１に示すアイリス（絞り）４５の開口径を調節するアクチュエータとして作用し、またホール素子４３はアイリスモータ４２に組み込まれたマグネットの変位を磁気的に監視し、アイリス４５の開口径検出用のセンサとして作用する。なお、符号４６はフレキシブルプリント板を示し、アイリスモータ４２への駆動電流の供給と、ホール素子４３からの出力信号の取り出しに用いられる。
【００２２】
ズーム光学系２５の光軸上に位置するように、鏡筒２８の後端にはイメージセンサ４６が固定され、ズーム光学系２５によって光電面に結像された光学画像を光電信号に変換して出力する。また、鏡筒２８は全体的に光軸方向に移動できるように本体部２に組み込まれており、外部操作によって、写真フイルム６に１０ｍｍ程度まで接近した近接位置と、その位置から１０ｍｍ程度後退した後退位置とのいずれかの位置を選択することができる。近接位置ではズーム光学系２５の撮像範囲が狭まり、後退位置ではズーム光学系２５の撮像範囲を広げることができるから、ズーム光学系２５を変倍せずに、各々の位置でフォーカシングを行うだけで像倍率を変えることが可能となる。鏡筒２８がいずれの位置にあるかを検知するために鏡筒２８に舌片２８ａが設けられ、これが一対のマイクロスイッチ４７（図１）で検出される。
【００２３】
図１に示すように、イメージセンサ４６から得られた光電信号はゲインコントロールアンプ４８により適切な出力レベルに調節された後、ＡＤコンバータ４９によってデジタル信号に変換され、デジタル信号処理ユニット５０に入力される。デジタル信号処理ユニット５０は、ＣＰＵ５５の管制の元に各種のデジタル信号処理を行い、信号処理回路５０ａ，ＡＦ回路５０ｂ，積分回路５０ｃ，同期信号発生器５０ｄ，インターフェース回路５０ｅ等を含む。信号処理回路５０ａは、デジタル信号として入力されてくる光電信号を輝度信号と色信号に分離し、ホワイトバランス調節用に色信号ごとの増幅を行ったり、マトリクス演算や補間処理等の適宜の信号処理を施してデジタル信号形態のビデオ信号を生成する作用を行う。こうして得られたビデオ信号は、ＤＡコンバータ５１によってアナログ信号に変換され、ビデオアンプ５２によりコンポジット信号形態、あるいはＲＧＢ信号形態のビデオ信号として出力される。
【００２４】
ＡＦ回路５０ｂは、信号処理回路５０ａから得られる輝度信号をもとに、撮像画面全体又は撮像画面中心を含む一定範囲内において、例えば隣接する画素ごとの輝度信号の変化分（絶対値）を検出する。この輝度信号の変化分は画像のコントラストが高くなるほど大きくなるから、変化分の総和がピークに達したときに画像のコントラストが最も高い状態、すなわちピントが合った状態であると見做せる。このような処理は、画素配列にしたがって一連となって得られる輝度信号波形について微分を行って高周波成分を取り出し、その高周波成分がピークに達したか否かによって合焦を判断するものと等価であり、輝度信号をアナログ量のまま扱うものにも同様に用いることができる。
【００２５】
ＡＦ回路５０ｂは、上記のようにして得られた輝度信号の変化分の総和データをフォーカス信号として逐次インターフェース回路５０ｅ内のレジスタに入力する。ＣＰＵ５５は、逐次入力されてくるこのフォーカス信号を監視しながらフォーカスレンズ２５ａを移動し、フォーカス信号がピークになった時点で合焦状態と判断し、フォーカスレンズ２５ａのセット位置を決定する。
【００２６】
積分回路５０ｃは、信号処理回路５０ａから輝度信号を取り込み、撮像画面全体又は撮像画面の一部について、その輝度信号をデジタル積分する。この積分値は、撮像画面全体又はその一部についての明るさに対応しているから、この積分値に対応してイメージセンサ４６に入射する被写体光の強さを調節することによって、自動的に露光量制御を行うことができる。露光量の制御は、アイリス４５の開口径あるいはイメージセンサ４６の電荷蓄積時間の制御で行うことが可能である。また、アイリス４５の開口径やイメージセンサ４６の電荷蓄積時間の調節では光電信号の出力レベルを適切な範囲に調節し得ない場合には、ゲインコントロールアンプ４８のゲインを調節してこれに対処することができる。
【００２７】
同期信号発生器５０ｄは、ＣＰＵ５５，イメージセンサ４６を駆動するセンサドライバ５６に同期信号を入力し、これらを同期して作動させる。また、同期信号はデジタル信号処理ユニット５０内の各回路部にも供給され、イメージセンサ４６，デジタル信号処理ユニット５０，ＣＰＵ５５は、互いに同期して駆動される。
【００２８】
ＣＰＵ５５は、フォーカスドライバ５８，ズームドライバ５９にそれぞれ駆動信号を供給する。各ドライバ５８，５９は、入力された駆動信号に対応した個数の駆動パルスをステッピングモータ２６ａ，２６ｂに供給し、これによりフォーカスレンズ２５ａ，変倍レンズ２５ｂが光軸方向に進退移動する。フォーカスドライバ５８及びズームドライバ５９は、ＣＰＵ５５からの指令によりステッピングモータ２６ａ，２６ｂに供給する駆動パルスの周波数を高，低２段階に可変し、同時に電流値を２段階に可変する機能をもっている。そして、ステッピングモータ２６ａ，２６ｂを高速で駆動するときには電流を増やして脱調を防ぐようにしてある。
【００２９】
さらに、詳しくは後述するが、セットアップフォーカス制御が行われるときには、通常の変倍操作とは別に、ＣＰＵ５５からはフォーカスドライバ５８及びズームドライバ５９に対し、ステッピングモータ２６ａ，２６ｂを周波数が高く、電流値が大きい駆動パルスが供給される。そして、変倍レンズ２５ｂは予めテレ端に設定した所定変倍位置まで高速に移動される。ここで行われる変倍がセットアップ変倍処理に該当し、ＣＰＵ５５，メモリ７０のＲＯＭ領域に格納されたセットアップフォーカスプログラム，そしてズームドライバ５９がセットアップ変倍手段として機能する。
【００３０】
また、セットアップフォーカス制御によってフォーカスレンズ２５ａのセット位置が決まった後は、変倍レンズ２５ｂは元の変倍位置に戻され、またフォーカスレンズ２５ａは、テレ端側に設定された所定変倍位置でのセット位置とＥＥＰＲＯＭ領域に格納されたトラッキングデータとに基づいて求められたセット位置に移動制御される。この処理は、ＣＰＵ５５，メモリ７０のＲＯＭ領域に格納されたセットアップフォーカスプログラム，ＥＥＰＲＯＭ領域に格納されたトラッキングデータ，そしてフォーカスドライバ５８及びズームドライバ５９で構成される制御手段によって実行されることになる。
【００３１】
アイリスドライバ６０には、ＤＡコンバータ６１によってアナログ信号に変換されたアイリス駆動信号が入力され、このアイリス駆動信号に応じてアイリスモータ４２が回転してアイリス４５の開口径が制御される。ＣＰＵ５５は、さらに電源回路６３，ＤＣ／ＤＣコンバータ６４，インバータ回路６５を介して駆動される照明ユニット５内の写真用蛍光灯の点灯，消灯状態を、インバータ回路６４からの信号により監視する。
【００３２】
アイリス４５の開口径に対応してホール素子４３から得られる信号は、アンプ６６を経てＡＤポートを介してＣＰＵ５５にフィードバックされる。また、フォーカス鏡筒３１，変倍鏡筒３２が原点位置を通過したときには、フォトセンサ３９，４０からの信号がＣＰＵ５５に入力される。さらに、鏡筒２８が近接位置にあるか後退位置にあるかを識別するための一対のマイクロスイッチ４７もＣＰＵ５５に入力される。
【００３３】
マニュアル入力部６８，ダイヤル入力部６９からは、段落〔００１６〕，〔００１７〕で説明した各種の操作信号が入力され、ＣＰＵ５５はこれらの操作信号に基づいて撮像シーケンスを実行する。様々な撮像シーケンスのプログラムは、メモリ７０のＲＯＭ領域に書き込まれ、またＲＡＭ領域には撮像シーケンスの実行の過程で得られる各種のフラグやデータが適宜書き込まれ、読み出される。また、ＥＥＰＲＯＭ領域には、各種プログラム実行の過程で必要となるデータが、工場での生産工程中に書き込まれる。
【００３４】
メモリ７０のＥＥＰＲＯＭ領域には、模式的に図４に示すようなカーブで表されるトラッキング調整データが格納されている。図４の横軸は原点位置に対する変倍レンズ２５ｂの位置を表しており、原点位置がワイド端に該当し、原点位置から２０．００ｍｍ離れた位置がテレ端に該当する。縦軸は原点位置に対するフォーカスレンズ２５ａの位置を表している。トラッキングデータ▲１▼〜▲４▼は、この画像入力装置において頻繁に用いられる被写体距離に対応して予め設定されたもので、例えばトラッキングデータ▲１▼について見ると、変倍レンズ２５ｂが原点位置から１５ｍｍの変倍位置にあるときには、フォーカスレンズ２５ａを５２．８ｍｍの位置に移動するとピントが合うことを意味している。
【００３５】
トラッキングデータ▲１▼〜▲４▼は次の撮像モードに対応している。
（１）トラッキングデータ▲１▼
鏡筒２８を近接位置に移動させた状態で、マウント部４にセットされた写真フイルム６の画像を撮像する第１撮像モードに対応するデータで、被写体距離がもっとも近い状態（１０ｍｍ程度）。写真フイルム６に横姿勢で撮影された画像を撮像するときに対応する。
（２）トラッキグデータ▲２▼
鏡筒２８を後退位置に移動させた状態で、マウント部４にセットされた写真フイルム６の画像を撮像する第２撮像モードに対応するデータで、被写体距離は第１撮像モードよりも少し遠い状態（２０ｍｍ程度）。写真フイルム６に縦姿勢で撮影された画像を上下にケラレなく撮像するときに対応する。
【００３６】
（３）トラッキングデータ▲３▼
支持脚９を一杯に開きいて本体部２を倒立状態で支持させ、下に置かれたプリント写真を撮像する第３撮像モードに対応するデータで、被写体距離は５０ｍｍ程度。鏡筒２８が近接位置のままで用いられるときに対応する。
（４）トラッキングデータ▲４▼
画像入力装置を通常のビデオカメラと同様に横向きに構えて一般の被写体を撮像する第４撮像モードで使用するときに、被写体距離無限遠でリミットをかけるために設けられている。
【００３７】
モード切替えスイッチ１５を操作し、第１〜第３撮像モードのいずれかが選択されると、これに対応してトラッキングデータを算出するために基準となるテレ端での基準値Ｚ_ｔ１，Ｚ_ｔ２，Ｚ_ｔ３がそれぞれ選択される。各撮像モードにおけるテレ端基準値は、後述するセットアップフォーカスが行われる毎に書き換えが行われる。
【００３８】
次に、上記のように構成された画像入力装置のフォーカシング処理について説明する。図５にフォーカシング処理のメインフローを示す。ＣＰＵ５５は、ステップ（ＳＴ）１のＡＦモードの判断により、まず通常のフォーカシング処理（通常ＡＦ）を行うモードであるかセットアップフォーカス制御（セットアップＡＦ制御）を行うモードであるかを判断する。そして、モード切替えスイッチ１５が第１〜第３撮像モードに設定されているときにはセットアップＡＦモードに、第４撮像モードに設定されているときには通常ＡＦモードに分岐する。
【００３９】
通常ＡＦモード時には、ＳＴ２においてＡＦ切替えスイッチ２２によってオートフォーカスが選択されているかマニュアルフォーカスが選択されているかが判断される。なお、オートフォーカスが選択されているときには、ＡＦ切替えスイッチ２２の上に設けてあるＬＥＤが点灯状態となっている。そして、オートフォーカスが選択されている場合には通常ＡＦ制御が実行され、信号処理回路５０ａからの輝度信号に基づいてＡＦ回路５０ｂがフォーカス信号を出力し、これがインターフェース回路５０ｅを介してＣＰＵ５５に入力される。ただし、この通常ＡＦモードは、画像入力装置を一般のビデオカメラの形態で使用する第４撮像モード下で利用されるため、通常ＡＦモードでは、ＡＦ回路５０ｂは撮像画面の中心を含む一部のエリアについてフォーカス信号を求め、背景や近景に対してフォーカシングが行われないようにしてある。
【００４０】
ＣＰＵ５５は逐次入力されてくるフォーカス信号を監視しながらフォーカスドライバ５８を介してステッピングモータ２６ａを駆動し、フォーカス信号がピーク値に達するようにフォーカスレンズ２５ａの移動制御を行う。この移動制御はイメージセンサ４６から１画面分の光電信号が出力されてくるごとに継続して実行される。
【００４１】
ＳＴ２においてマニュアルフォーカスが選択されているときには、前回のフォーカシングがオートフォーカスによるものであるかマニュアルフォーカスによるものであるかがＳＴ３で確認される。そしてオートフォーカスによるものであるときには、現時点でのフォーカスレンズ２５ａのセット位置に対応するテレ端での位置を算出し、テレ端基準値変数Ｚ_ｐｔにセットする。
【００４２】
なお、図４においてはトラッキングデータは４種類図示してあるが、これらの中間については隣接するトラッキングデータに基づいて適宜に補間演算を行うことで各々適切なトラッキングデータを算出することができる。こうしてトラッキングデータが算出された後には、このトラッキングデータにしたがってマニュアルズームトラッキング制御が行われる。すなわち、ズームスイッチ２４の操作により変倍が行われ変倍レンズ２５ｂが移動されると、算出されたトラッキングデータにしたがってフォーカスレンズ２５ａのセット位置を変更するように制御が行われる。
【００４３】
ＳＴ１によりセットアップＡＦモードに分岐したときには、ＳＴ４によりＡＦ切替えスイッチ２２が操作された時点でセットアップＡＦ制御が行われる。セットアップＡＦ制御が行われるときには、通常ＡＦとは異なり、平面被写体が主たる撮像対象物となるので、測距ゾーンが撮像画面全体に切替えられ、ＡＦ回路５０は信号処理回路５０ａから出力されてくる撮像画面全体の輝度信号をもとにフォーカス信号を求めるようになっている。セットアップＡＦ制御は図６に示すとおりで、詳しくは後述する。
【００４４】
セットアップＡＦモードに分岐した状態でＡＦ切替えスイッチ２２が操作されていない状態では、ＳＴ５での判断処理によって撮像モードが変更されたかどうかが逐次監視される。そして、撮像モードが変更されていない場合には、ＳＴ５からＳＴ７に処理が移行する。そして、マニュアルフォーカススイッチ２３から操作入力があったときには、マニュアルフォーカススイッチ２３からの操作入力に応じてフォーカスレンズ２５ａの移動制御が行われる。
【００４５】
ＳＴ７においてマニュアルフォーカススイッチ２３から操作入力がない状態では、微調整ＡＦ処理の要否が監視されている。微調整ＡＦ処理とは、ピントの移動がほとんど分からない程度だけフォーカスレンズ２５ａを駆動し、その駆動の前後でフォーカス信号の大きさを比較したときに、下がっていたときには駆動方向を反転させ、下がっていなれば引続き同方向に駆動を継続する処理であり、結果的にフォーカス信号のピークに達するようにフォーカスレンズ２５ａの位置調節を行うものである。したがってこの微調整ＡＦ処理は、フォーカス信号自体に一定幅以上の変動が生じたときに行われる。
【００４６】
これは、例えば図２に示すようにフイルムホルダ７をセットしてフォーカシングを行った後、フイルムホルダ７を移動して次の写真画像を撮像したときなどに該当する。この場合には、被写体距離の変動はほとんどないのにも係わらず、写真画像が変わるために信号処理回路５０ａから出力される輝度信号は大きく変動し、これに伴ってフォーカス信号も大きく変化するからである。結果的にこの微調整ＡＦ処理は、撮像対象となっているシーンが変わったときに実行されるようになる。また、写真フイルムに反りがあったり、フイルムホルダ７の保持部分にガタがあった場合はもとより、光学系に球面収差があり、シーンの変化に伴ってアイリス４５の開口径が変わった場合や開口径の変化によりピント移動が生じたような場合でも、この微調整ＡＦ処理によって対処することができる。
【００４７】
なお、微調整ＡＦ処理は、算出されたトラッキングデータからフォーカスレンズ２５ａの位置が大きく外れることがないようにリミッターがかけられている。このような制御は、微調整ＡＦ処理の開始後にＣＰＵ５５からフォーカスドライバ５８に出力される駆動信号の大きさを、メモリ７０のＥＥＰＲＯＭ領域に書き込まれたデータによって制限すればよい。また、この微調整ＡＦ処理は、マニュアルフォーカス入力があった時点でキャンセルされる。
【００４８】
ＳＴ５において、撮像モードの変更があった場合には、モードスイッチ１５のセット位置確認により、第１〜第３撮像モードのいずれのセット状態であるかが識別され、各々の撮像モードに対応して設定されているテレ端での基準値Ｚ_ｔ１，Ｚ_ｔ２，Ｚ_ｔ３のいずれかが選択され、ズーム操作が行われたときのトラッキングデータを算出するためのテレ端基準値変数Ｚ_ｐｔにセットされる。こうして選択されたトラッキングデータは、再び撮像モードの変更が行われない限り有効化されており、ズームスイッチ２４が操作されたときには、変倍レンズ２５ｂの移動とともにフォーカスレンズ２５ａの移動が制御される。
【００４９】
第１〜第３撮像モードにした状態でＡＦ切替えスイッチ２２が操作されると、ＳＴ４移行の処理により測距ゾーンが撮像画面全体に切替えられ、図６に示すセットアップＡＦ制御が行われる。セットアップＡＦ制御は、コマンドコード１〜４により４段階に分けて処理され、ＳＴ１０によってコマンドコードを確認した後にそれぞれの処理が行われる。これは、図５に示すフォーカシング処理も含め、この画像入力装置全体の作動シーケンスを管制するメインフローの中で、様々な処理を逐次段階的に処理してゆくためである。セットアップＡＦ制御の実行開始時には、まずコマンドコード１の処理が行われる。この処理では、ＡＦ切替えスイッチ２２が操作された時点での変倍レンズ２５ｂの位置がメモリ７０に書き込まれ、コマンドコードを「１」から「２」に変更して処理完了となる。
【００５０】
次にメインフローの中でセットアップＡＦ制御がコールされると、コマンドコード２の処理が行われる。この処理では、変倍レンズ２５ｂをテレ端位置に移動させる。このとき、ＣＰＵ５５はズームドライバ５９に対して高速駆動用の駆動パルスを供給するようになっている。このため、ズームスイッチ２４を操作して行う通常のズーミング操作のときと比較して、変倍レンズ２５ｂは高速でテレ端位置に向かって移動し、セットアップＡＦ制御を迅速に行うことができる。
【００５１】
ＡＦ切替えスイッチ２２が操作された時点で、例えば変倍レンズ２５ｂがワイド端にあったとすると、一回の処理では変倍レンズ２５ｂがテレ端まで移動し終わらないので、この場合にはコマンドコード２のままで一回の処理が終わるが、セットアップＡＦ制御が再びコールされると引続きコマンドコード２の処理が継続される。そして、変倍レンズ２５ｂがテレ端に移動したことが確認されるとコマンドコード３が割り当てられる。
【００５２】
次にセットアップＡＦ制御がコールされると、コマンドコード３によるフォーカシング処理が行われる。このフォーカシング処理は、変倍レンズ２５ｂをテレ端に移動していることから像倍率を最大にした状態で行われることになり、被写体が写真フイルムであるときには、フイルムベースに離散的に分布している乳剤粒子をフォーカシングの対象とすることができるようになる。したがって、測距ゾーンにコントラストが高い画像がない場合であっても、確実にフォーカシングを行うことができる。また、アイリス４５は開放され、焦点深度が浅い状態でフォーカシングが行われる。そして、光電信号の出力レベルの調節は、イメージセンサ４６の電荷蓄積時間の制御、あるいはゲインコントロールアンプ４８のゲイン調節によって行われる。
【００５３】
このフォーカシング処理によって、以後トラッキングデータ算出のためのテレ端基準値Ｚ_ｐｔが確定する。また、テレ端基準値Ｚ_ｐｔが確定すると、現在の撮像モードに応じてＺ_ｔ１，Ｚ_ｔ２，Ｚ_ｔ３のいずれかが書き換えられる。そして、コマンドコードを「４」に変更してこのフォーカシング処理が完了する。
【００５４】
次に行われるコマンドコード４の処理では、コマンドコード１の処理でメモリ７０に書き込んでおいたデータ、すなわちＡＦ切替えスイッチ２２が操作された時点での変倍レンズ２５ｂの位置データが読み出され、これにしたがって変倍レンズ２５ｂが元の位置に戻される。このときにもズームドライバ５９には高速駆動用の駆動パルスが供給されるため、変倍レンズ２５ｂは通常のズーミング操作時よりも高速で移動されるようになる。
【００５５】
また、テレ端におけるフォーカスレンズ２５ａのセット位置Ｚ_ｐｔにより、被写体距離に適合したトラッキングデータが算出されているから、元の変倍レンズ２５ｂの位置に対してフォーカスレンズ２５ａをどの位置に移動させればよいかは一義的に求めることができる。そしてＣＰＵ５５は、このトラッキングデータに基づいてフォーカスドライバ５８に駆動パルスを供給し、元の変倍位置における合焦位置にフォーカスレンズ２５ａを移動させる。その後、次のセットアップＡＦ制御の待機状態を得るために、コマンドコードが「４」から「１」に書き換えられ、セットアップＡＦ制御要求をクリアして１回のセットアップＡＦ制御が完了する。
【００５６】
このセットアップＡＦ制御により、ＡＦ切替えスイッチ２２が操作された時点の変倍位置で正確にフォーカシングが行われた状態となり、さらにフォーカシングに関する操作入力が行われるまでは、図５のフローにしたがってＳＴ７以降の微調整ＡＦ処理が必要に応じて行われる。また、電源投入時においては、フォーカスレンズ２５ａ及び変倍レンズ２５ｂは一旦原点位置に向けて移動され、フォトセンサ３９，４０で原点位置への移動が検知される。この間に供給された駆動パルスの個数をＣＰＵ５５でカウントすることによって、原点位置を基準にした当初の各レンズ２５ａ，２５ｂのセット位置が分り、これらは再び当初のセット位置に戻される。以後は原点位置を基準にして各レンズのセット位置をトラッキングしてゆくことができる。
【００５７】
さらに、電源投入時には変数Ｚ_ｔ１，Ｚ_ｔ２，Ｚ_ｔ３には各イニシャライズ調整値Ｉ_Ｚ１，Ｉ_Ｚ２，Ｉ_Ｚ３がセットされ、モードスイッチ１５のセット位置により撮像モードを識別し、その撮像モードに対応したトラッキングデータが選択され、算出される。そして、変倍操作が行われたときにはそのトラッキングデータを基準にフォーカスレンズ２５ａの移動制御が行われる。また、鏡筒２８を後退位置に移動したことがマイクロスイッチ４７で検出されたときには、その時点でＺ_ｔ２がテレ端基準値Ｚ_ｐｔにセットされる。セットアップＡＦ制御を実行する際には、オートホワイトバランス制御を固定するとともに、露光制御のフィードバックゲインを制限し、変倍が行われる間の色バランスや明るさの変化を目立たなくするのが有効である。
【００５８】
以上、図示した実施例をもとに説明してきたが、本発明は必ずしも図２に示す形態の画像入力装置だけでなく、ズーム光学系及び固体撮像素子を内蔵した種々の撮像装置に適用することが可能である。また、セットアップＡＦ制御を行う際の変倍レンズ２５ｂの位置としては、必ずしも通常のズーミング操作域内のテレ端でなくてもよく、例えば専用に設けられた高倍率の変倍位置にしてもよい。さらに、フォーカスレンズ２５ａ，変倍レンズ２５ｂの駆動にカム筒を用いたズームレンズや、コントラスト検出以外の他のフォーカシング方式、例えば位相差検出方式のものについても本発明は適用可能である。
【００５９】
【発明の効果】
上記のように、本発明のオートフォーカス装置によれば、セットアップ操作によって変倍レンズをテレ側に設定されたセットアップ変倍位置に移動させ、焦点深度を浅くした状態でフォーカシングを行って適切なトラッキングデータを選択するようにしてあるから、変倍レンズをセットアップ操作前の変倍位置に戻す際や、さらに変倍操作が行われた際には選択されたトラッキングデータにしたがってフォーカスレンズのセット位置を決めることができ、迅速かつ正確なフォーカシングを行うことができる。
【００６０】
また、セットアップフォーカスを行うときにアイリスを開放することによって、焦点深度を最も浅くした状態でフォーカシングを行っておくことにより、フォーカシングの精度をさらに高めることができ、被写体輝度変化によってアイリスが開くような場合でも、ピントずれを起こすことがない。この場合、イメージセンサの蓄積時間又はゲインコントロールアンプのゲイン調節を行って、フォーカシングのために用いられる光電信号の出力レベルを適正に保つことができる。さらに、セットアップフォーカス制御時には通常の変倍操作時よりも高速で変倍レンズが移動するように切り替えることによって、セットアップフォーカスを短時間で行うことが可能となる。
【００６１】
また、セットアップＡＦ制御によってフォーカシングを行った後でも、イメージセンサからの光電信号に基づき、選択されたトラッキングデータを基準にして継続してフォーカシングを行うようにしてあるから、シーンの変更により被写体距離が変化したり、また輝度変化によりアイリスが変化したような場合でもピントが合った状態を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を用いた画像入力装置の機能ブロック図である。
【図２】本発明を用いた画像入力装置の外観図である。
【図３】レンズ移動機構を示す分解斜視図である。
【図４】トラッキングデータの概念図である。
【図５】フォーカシング制御の処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】セットアップＡＦ制御の処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
６写真フイルム
２５ズーム光学系
２５ａフォーカスレンズ
２５ｂ変倍レンズ
２８鏡筒
４６イメージセンサ
５０デジタル信号処理ユニット
５０ａ信号処理回路
５０ｂＡＦ回路
５５ＣＰＵ
７０メモリ

Claims

ズーム光学系を通して得られた被写体像をイメージセンサで撮像し、イメージセンサからの光電信号を監視しながらズーム光学系中のフォーカスレンズを移動してフォーカシングを行うフォーカシング方法において、
セットアップ操作部材の操作に応答し、ズーム光学系中の変倍レンズをフォーカシング用に設定されたテレ側の所定変倍位置に移動させた状態でイメージセンサからの光電信号を監視しながらフォーカスレンズを合焦位置に移動させ、フォーカスレンズが合焦位置にセットされたときに、変倍レンズの位置とフォーカスレンズの位置とを予め対応づけたトラッキングデータを読み出すとともに、このトラッキングデータに基づいてフォーカスレンズを移動させながら変倍レンズを前記セットアップ操作部材が操作される前の位置に戻すようにしたことを特徴とするフォーカシング方法。
前記トラッキングデータを読み出した後は、このトラッキングデータを基準にして変倍操作が行われたときのフォーカスレンズのセット位置を決めるとともに、イメージセンサからの光電信号を監視しながら前記トラッキングデータから一定範囲内に収まるようにフォーカスレンズの移動を制限した状態でフォーカスレンズの移動制御を行うことを特徴とする請求項１記載のフォーカシング方法。
前記セットアップフォーカス操作手段からの操作信号に応答してズーム光学系中に組み込まれたアイリスを開放するとともに、イメージセンサの蓄積時間の制御、又はイメージセンサからの光電信号を増幅するアンプのゲイン調節の少なくともいずれかにより、前記フォーカシングに用いられる光電信号を適正レベルに保つようにしたことを特徴とする請求項１記載のフォーカシング方法。
ズーム光学系を通して得られた被写体像をイメージセンサで撮像し、イメージセンサからの光電信号に基づいてズーム光学系中のフォーカスレンズを移動してフォーカシングを行うオートフォーカス装置において、
セットアップ操作部材と、この操作部材の操作に応答し、ズーム光学系中の変倍レンズをフォーカシング用に設定されたテレ側の所定変倍位置に移動させるセットアップ変倍手段と、変倍レンズを前記所定変倍位置に留めた状態でイメージセンサからの光電信号に基づいてフォーカスレンズを移動してフォーカシングを行い、フォーカシング完了時には前記操作部材が操作される前の変倍位置に変倍レンズを戻す制御手段とを備え、前記制御手段は、変倍レンズの変倍位置とこの変倍位置に対するフォーカスレンズのセット位置とを対応づけたトラッキングデータを格納したメモリを有し、前記所定変倍位置におけるフォーカスレンズのセット位置が決まった後は、メモリから読み出された前記トラッキングデータに基づいて変倍レンズを元の変倍位置に戻すときのフォーカスレンズのセット位置を決めることを特徴とするフォーカシング装置。
前記制御手段は、前記操作部材の操作に応答してズーム光学系中に組み込まれたアイリスを開放するとともに、イメージセンサの蓄積時間の制御、又はイメージセンサからの光電信号を増幅するアンプのゲイン調節の少なくともいずれかにより、前記フォーカシングに用いられる光電信号を適正レベルに保つことを特徴とする請求項４記載のフォーカシング装置。
前記変倍レンズ及びフォーカスレンズの移動調節は、各々独立に駆動されるモータの回転によって行われることを特徴とする請求項４記載のオートフォーカス装置。
前記セットアップ変倍手段は、セットアップフォーカス操作手段の操作により変倍レンズを前記所定変倍位置に移動させるとき、及び前記所定変倍位置から変倍レンズを元の位置に戻すときに、通常のズーム操作により変倍レンズを移動させるときよりも高速で変倍レンズを移動させることを特徴とする請求項４記載のオートフォーカス装置。
前記制御手段は、トラッキングデータをメモリから読み出した後は、前記ズーム光学系の変倍操作が行われた際にはトラッキングデータに基づいてフォーカスレンズのセット位置を決めるとともに、イメージセンサからの光電信号を監視しながら前記トラッキングデータから一定範囲に収まるようにフォーカスレンズの移動を制限した状態で、フォーカスレンズの移動制御を行うことを特徴とする請求項４記載のフォーカシング装置。