JP4032877B2 - Auto focus system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はオートフォーカスシステムに係り、特にコントラスト方式によって撮影レンズのフォーカスを制御するオートフォーカスシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
ビデオカメラなどのオートフォーカスは、コントラスト方式によるものが一般的である。このコントラスト方式は、撮像素子から得られた映像信号のうちある範囲(フォーカスエリア)内の映像信号の高域周波数成分を積算して焦点評価値とし、その焦点評価値が最大(極大)となるようにピント調整を自動で行うものである。これによって、撮像素子で撮像された画像の鮮鋭度(コントラスト)が最大となる最良ピント(合焦)が得られる。
【0003】
また、合焦位置(焦点評価値の極大点)にフォーカスを設定する方法として、山登り方式と呼ばれるものが広く知られている。この方法は、フォーカスを動かしたときの異なる2点での焦点評価値の比較により焦点評価値が増加する方向を検出すると共に、その方向にフォーカスを動かし、焦点評価値が増加から減少に変わると、焦点評価値が減少する前の位置にフォーカスを戻してフォーカスを焦点評価値の極大点に設定するというものである。
【0004】
また、上述の山登り方式の場合、フォーカスを実際に動かさないと焦点評価値の増加方向や合焦を判断することができないという欠点があるため、光路長の異なる位置に複数の撮像素子を配置してフォーカスを動かさなくても撮影レンズのピント状態(前ピン、後ピン、合焦)を検出できるようにしたピント状態検出方法が提案されている(特願2001−168246号、特願2001−168247号、特願2001−168248号、特願2001−168249号等)。このピント状態検出方法によれば、各撮像素子から得られる現時点の焦点評価値の大小関係により現時点のピント状態を即座に知ることができるため、フォーカスの移動方向や合焦をフォーカスを動かすことなく判断することができる。したがって、この方法を用いたオートフォーカスでは、フォーカスを合焦位置に迅速に設定することができる等の利点がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のように複数の撮像素子を用いてオートフォーカスを行う場合、オートフォーカスの精度を上げるためには、各撮像素子から得られる焦点評価値の感度(各撮像素子に入射した被写体光と、それに対して得られる焦点評価値の大きさと関係)を合わせる必要がある。即ち、各撮像素子や各撮像素子からの映像信号を処理して焦点評価値を求める処理回路等の特性が一致していることを前提にしてオートフォーカスの制御を行うが、正確には、各撮像素子や処理回路の特性にはバラツキがあるため、オートフォーカスの精度を上げるためには、各撮像素子から得られる焦点評価値の感度を事前に校正しておくことが重要である。
【0006】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、複数の撮像素子から得られる焦点評価値に基づいてオートフォーカス制御を行う場合において、焦点評価値の感度を適切に校正し、精度の高いオートフォーカスを行えるようにしたオートフォーカスシステムを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、撮影レンズに入射した被写体光を光路長が異なる位置に配置された複数の撮像手段により撮像し、該複数の撮像手段により撮像された各画像の鮮鋭度を示す焦点評価値に基づいて前記撮影レンズのフォーカスを合焦位置に移動させると共に、前記各撮像手段から得られた焦点評価値ごとに該焦点評価値の所定の基準値からの変化量に所定のゲインを乗じて得られた値を、前記撮影レンズのフォーカスの制御に使用する焦点評価値とするオートフォーカスシステムにおいて、前記基準値及び前記ゲインを適切な値に設定することにより前記各撮像手段から得られる焦点評価値の感度が一致するように該感度を校正する校正手段を備え、前記校正手段は、コントラストのない画像を撮像した場合に前記各撮像手段から得られた焦点評価値を前記基準値として設定する基準値設定手段と、前記撮影レンズのフォーカスを移動させた場合に前記各撮像手段から得られた焦点評価値の最大値が一致するように前記ゲインを設定するゲイン設定手段と、を備えると共に、前記ゲイン設定手段によって前記ゲインを設定する際に、前記撮影レンズのズームを予め決められた位置に設定した状態でフォーカスを移動させることを特徴としている。
【0008】
請求項2に記載の発明は、撮影レンズに入射した被写体光を光路長が異なる位置に配置された複数の撮像手段により撮像し、該複数の撮像手段により撮像された各画像の鮮鋭度を示す焦点評価値に基づいて前記撮影レンズのフォーカスを合焦位置に移動させると共に、前記各撮像手段から得られた焦点評価値ごとに該焦点評価値の所定の基準値からの変化量に所定のゲインを乗じて得られた値を、前記撮影レンズのフォーカスの制御に使用する焦点評価値とするオートフォーカスシステムにおいて、前記基準値及び前記ゲインを適切な値に設定することにより前記各撮像手段から得られる焦点評価値の感度が一致するように該感度を校正する校正手段を備え、前記校正手段は、コントラストのない画像を撮像した場合に前記各撮像手段から得られた焦点評価値を前記基準値として設定する基準値設定手段と、前記撮影レンズのフォーカスを移動させた場合に前記各撮像手段から得られた焦点評価値の最大値が一致するように前記ゲインを設定するゲイン設定手段であって、前記撮影レンズのフォーカスを高速で移動させて前記各撮像素子から得られる焦点評価値の最大値の存在を確認した後、前記フォーカスを低速で移動させて前記各撮像素子から得られる焦点評価値の最大値を精度良く検出するゲイン設定手段と、を備えたことを特徴としている。
【0009】
また、請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記校正手段は、所定のスイッチがオンされた時、電源立ち上げ時、又は、出荷前の初期設定時に前記感度の校正を自動で実行することを特徴としている。
【0010】
また、請求項4に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記校正手段は、前記基準値設定手段及び前記ゲイン設定手段により設定した基準値及びゲインを校正データとしてメモリに記憶させることを特徴としている。
【0011】
また、請求項5に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記基準値設定手段は、前記撮影レンズのアイリスを閉じることによって、前記コントラストのない画像を前記各撮像素子により撮像することを特徴とする請求項1又は2のオートフォーカスシステム。
【0013】
また、請求項6に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記ゲイン設定手段は、前記撮影レンズのフォーカスを高速で移動させて前記各撮像素子から得られる焦点評価値の最大値の存在を確認した後、前記フォーカスを低速で移動させて前記各撮像素子から得られる焦点評価値の最大値を精度良く検出することを特徴としている。
【0014】
また、請求項7に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記校正手段による前記感度の校正の実行中であることを表示する表示手段を備えたことを特徴としている。
【0015】
本発明によれば、各撮像素子から得られる焦点評価値の感度を校正する校正手段を備えたため、焦点評価値の感度を適切に校正し、精度の高いオートフォーカスを行えるようになる。また、焦点評価値の感度の校正を自動で行えるようにし、煩雑な手間を不要にすることもできる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に係るオートフォーカスシステムの好ましい実施の形態について詳説する。
【0017】
図1は、本発明に係るオートフォーカスシステムが適用されたテレビカメラシステムのブロック図である。同図に示すように、このテレビカメラシステムは、レンズ装置10とカメラ本体12等から構成されており、カメラ本体12には、放映用の映像を撮影し、所定形式の映像信号を出力又は記録媒体に記録するための撮像素子(以下、映像用撮像素子という)や所要の回路等が搭載されている。
【0018】
レンズ装置10は、カメラ本体12に着脱可能に装着され、主に光学系(撮影レンズ)と制御系とから構成されている。まず、撮影レンズの構成について説明すると、撮影レンズには、フォーカスレンズ(群)16、ズームレンズ(群)18、アイリス20、前側リレーレンズ22Aと後側リレーレンズ22Bとからなるリレーレンズ(リレー光学系)等が配置されている。そして、リレー光学系の前側リレーレンズ22Aと後側リレーレンズ22Bとの間には、撮影レンズに入射した被写体光からピント状態検出用の被写体光を分岐するためのハーフミラー24が配置されている。
【0019】
ハーフミラー24は、撮影レンズの光軸Oに対して略45度傾斜して設置されており、前側リレーレンズ22Aを通過した被写体光の一部(例えば1/3の光量)がピント状態検出用の被写体光として直角に反射するようになっている。
【0020】
ハーフミラー24を透過した被写体光は、映像用の被写体光として撮影レンズの後端側から射出されたのち、カメラ本体12の撮像部14に入射する。撮像部14の構成については省略するが、撮像部14に入射した被写体光は、例えば色分解光学系により、赤色光、緑色光、青色光の3色に分解され、各色ごとの映像用撮像素子の撮像面に入射する。これによって放映用のカラー映像が撮影される。なお、図中のピント面Pは、各映像用撮像素子の撮像面に対して光学的に等価な位置を撮影レンズの光軸O上に示したものである。
【0021】
一方、ハーフミラー24で反射された被写体光は、ピント状態検出用の被写体光として光軸Oに対して垂直な光軸O′に沿って進行し、リレーレンズ26に入射する。そして、このリレーレンズ26で集光されてピント状態検出部28に入射する。
【0022】
ピント状態検出部28は、光分割光学系を構成する2つのプリズム30A、30Bと、ピント状態検出用の一対の撮像素子32A、32B(以下、ピント状態検出用撮像素子32A、32Bという)とで構成されている。
【0023】
上述したようにハーフミラー24で反射した被写体光は、光軸O′に沿って進行し、まず、第1プリズム30Aに入射する。そして、第1プリズム30Aのハーフミラー面Mで反射光と透過光に等分割される。このうち反射光は一方のピント状態検出用撮像素子32Aの撮像面に入射し、透過光は他方のピント状態検出用撮像素子32Bに入射する。尚、各ピント状態検出用撮像素子32A、32Bのそれぞれの撮像面には、例えば、撮影レンズに入射した全被写体光のうちの1/6の光量が入射する。
【0024】
図2は、カメラ本体12の映像用撮像素子に入射する被写体光の光軸と一対のピント状態検出用撮像素子32A、32Bに入射する被写体光の光軸を同一直線上に表示したものである。同図に示すように、一方のピント状態検出用撮像素子32Aに入射する被写体光の光路長は、他方のピント状態検出用撮像素子32Bに入射する被写体光の光路長よりも短く設定され、映像用撮像素子の撮像面(ピント面P)に入射する被写体光の光路長は、その中間の長さとなるように設定されている。すなわち、一対のピント状態検出用撮像素子32A、32B(の撮像面)は、それぞれ映像用撮像素子の撮像面(ピント面P)に対して前後等距離(d)の位置に配置されている。
【0025】
従って、ハーフミラー24で分岐されたピント形態検出用の被写体光は、一対のピント状態検出用撮像素子32A、32Bにより、映像用撮像素子の撮像面(ピント面P)に対して前後等距離の位置で撮像される。尚、ピント状態検出用撮像素子32A、32Bは後述のようにピント状態検出(オートフォーカス制御)のための映像信号を取得するものであり、カラー映像を撮像するものである必要はなく、本実施の形態では白黒画像を撮像するCCDであるものとする。
【0026】
続いて、レンズ装置10の制御系について説明すると、上記フォーカスレンズ16、ズームレンズ18、アイリス20は、それぞれ図1に示すフォーカスモータ42、ズームモータ46、アイリスモータ50と図示しない動力伝達機構を介して連結されており、フォーカスモータ42を駆動すると、フォーカスレンズ16が光軸方向に移動して撮影レンズの焦点位置(撮影距離)が変更され、ズームモータ46を駆動すると、ズームレンズ18が光軸方向に移動して撮影レンズのズーム倍率が変更され、アイリスモータ50を駆動すると、アイリス20の絞り羽根が開閉動作して絞り径(絞り値)が変更されるようになっている。
【0027】
各モータ42、46、50には、それぞれフォーカスモータ駆動回路44、ズームモータ駆動回路48、アイリスモータ駆動回路52から駆動電圧が与えられ、各駆動回路44、48、52には、D/A変換器54を介してレンズ装置10に搭載されたCPU40から制御信号が与えられるようになっている。
【0028】
CPU40から出力される上記制御信号は、例えば、駆動するモータの回転速度、即ち、駆動する対象(フォーカスレンズ16、ズームレンズ18、アイリス20)の動作速度に対応する電圧値を示しており、その電圧値がD/A変換器54によってアナログ信号に変換されて対応する駆動回路44、48、52に与えられると、各駆動回路44、48、52によって電圧増幅され、その増幅された電圧が駆動電圧として対応するモータ42、46、50に印加される。これによって、各モータ42、46、50の回転速度がCPU40によって制御される。
【0029】
また、フォーカスレンズ16、ズームレンズ18、アイリス20の現在位置がそれぞれポテンショメータ等のフォーカスレンズ位置検出器56、ズームレンズ位置検出器58、アイリス位置検出器60によって検出されており、それらの位置検出器56、58、60から出力された検出信号がA/D変換器68を介してCPU40に与えられるようになっている。
【0030】
従って、CPU40の処理において、上述のように各モータ42、46、50の回転速度を制御することにより、フォーカスレンズ16、ズームレンズ18、アイリス20の動作速度を所望の速度に制御することができると共に、各位置検出器56、58、60からの検出信号によりフォーカスレンズ16、ズームレンズ18、アイリス20の現在位置を読み取りながら、各モータ42、46、50の回転速度を制御することにより、フォーカスレンズ16、ズームレンズ18、アイリス20の設定位置を所望の位置に制御することができる。
【0031】
撮影レンズのフォーカスやズームは、一般にフォーカスデマンド62やズームデマンド64等のコントローラをレンズ装置10に接続することによって操作者がマニュアル操作することができるようになっており、例えば、フォーカスデマンド62からは、マニュアル操作部材(フォーカスリング)の回動位置に対応した電圧のフォーカス指令信号(フォーカスデマンドデータ)が出力され、A/D変換器68を介してCPU40に与えられる。CPU40は、例えば、そのフォーカスデマンドデータの値をフォーカスレンズ16の移動目標位置を示す値として、その移動目標位置と、フォーカスレンズ位置検出器56から取得される現在位置(フォーカス位置データ)との差に応じた移動速度での移動を指令する制御信号を上述のようにD/A変換器54を介してフォーカスモータ駆動回路44に出力する。これによりフォーカスレンズ16がフォーカスデマンド62によって指令された移動目標位置に移動し、停止する。
【0032】
尚、ズームデマンド64からは、一般に、操作部材(サムリング)の回動位置に対応した電圧がズームレンズ18の移動目標速度を示す値としてCPU40に与えられ、CPU40は、その移動目標速度での移動を指令する制御信号をズームモータ駆動回路48に出力し、ズームレンズ18をズームデマンド64によって指令された移動目標速度で移動させる。また、アイリス20については、一般にカメラ本体12からアイリス20の動作目標位置を指令する指令信号がCPU40に与えられ、その動作目標位置となるようにアイリス20の位置がCPU40によって制御される。
【0033】
また、撮影レンズのフォーカスの制御には、上記フォーカスデマンド62を用いたマニュアルフォーカス(MF)制御と、上記ピント状態検出用撮像素子32A、32Bからの映像信号に基づくオートフォーカス(AF)制御とがあり、このようなMF制御とAF制御を切り替えるAFスイッチ66がレンズ装置10又はフォーカスデマンド62等に設けられている。AFスイッチ66のオン/オフ状態は、CPU40によって検出され、AFスイッチ66がオフの場合にはMF制御が行われ、上述のようにフォーカスデマンド62からのフォーカス指令信号(フォーカスデマンドデータ)に基づいてフォーカスレンズ16が制御される。
【0034】
一方、AFスイッチ66がオンされた場合には、AF制御が行われる。即ち、上記一対のピント状態検出用撮像素子32A、32Bで撮像された画像(映像)は、その各画素値を1画面を構成する複数の走査線(水平ライン)にそって順次伝送する映像信号として出力され、焦点評価値生成部70に入力される。焦点評価値生成部70の構成、処理については後述するが、焦点評価値生成部70において、その入力された映像信号から、各ピント状態検出用撮像素子32A、32Bで撮像された各画像のコントラスト(鮮鋭度)の高低を示す焦点評価値が生成され、それらの生成された焦点評価値がCPU40に与えられるようになっている。尚、ピント状態検出用撮像素子32Aからの映像信号に基づいて生成された焦点評価値を、チャンネルA(chA)の焦点評価値といい、ピント状態検出用撮像素子32Bからの映像信号に基づいて生成された焦点評価値を、チャンネルB(chB)の焦点評価値という。CPU40では、詳細を後述するように、焦点評価値生成部70から取得したchAとchBの焦点評価値を取得し、その取得した焦点評価値に基づいて、撮影レンズのピント状態(前ピン、後ピン、合焦)を検出すると共に、撮影レンズのピント状態が合焦となるようにフォーカスレンズ16の位置を制御する。
【0035】
尚、同図において、メモリ72は、例えば、焦点評価値の感度を校正する後述の校正データ等が記憶される不揮発性メモリであり、校正開始スイッチ74は、その校正の開始を指示するスイッチであり、表示器76は、その校正の実行中であることを表示するLED等の表示手段である。
【0036】
以上の如く構成されたカメラシステムにおけるAF制御について以下詳説する。まず、焦点評価値生成部70の構成及び処理について説明する。図3に示すように、各ピント状態検出用撮像素子32A、32Bから出力された映像信号は、焦点評価値生成部70のハイパスフィルタ(HPF)80A、80Bに入力される。ここでピント状態検出用撮像素子32A、32Bは、いずれも白黒画像を撮影するCCDであることから、各ピント状態検出用撮像素子32A、32Bから出力される映像信号は、それぞれの画面を構成する各画素の輝度値を示す輝度信号である
HPF80A、80Bに入力された映像信号は、それぞれHPF80A、80Bによってその高域周波数成分が抽出され、その高域周波数成分の信号は、続いてA/D変換器82A、82Bによってデジタル信号に変換される。そして、ピント状態検出用撮像素子32A、32Bにより撮像された画像の1画面分(1フィールド分)のデジタル信号のうち所定のフォーカスエリア内(例えば、画面中央部分)の画素に対応するデジタル信号のみがゲート回路84A、84Bによって抽出され、抽出された範囲のデジタル信号の値が加算器86A、86Bによって加算される。これにより、フォーカスエリア内における映像信号の高域周波数成分の値の総和が求められる。加算器86A、86Bによって得られた値は、フォーカスエリア内における画像の鮮鋭度の高低を示す焦点評価値であり、加算器86Aで得られた焦点評価値はチャンネルA(chA)の焦点評価値として、加算器86Bで得られた焦点評価値はチャンネルB(chB)の焦点評価値としてCPU40に与えられる。
【0037】
尚、同図に示す同期信号発生回路88からは、各種同期信号が各ピント状態検出用撮像素子32A、32Bやゲート回路84A、84B等の各回路に与えられており、各回路の処理の同期が図られている。また、同期信号発生回路88からCPU40には、映像信号の1フィールドごとの垂直同期信号(V信号)が与えられている。
【0038】
次に、上記焦点評価値に基づくピント状態の検出及びフォーカス(フォーカスレンズ16)の制御について説明する。上記のように焦点評価値生成部70から取得されるchAとchBの焦点評価値により映像用撮像素子の撮像面(ピント面P)に対する撮影レンズの現在のピント状態を検出することができる。
【0039】
図4は、横軸に撮影レンズのフォーカスレンズ16の位置(フォーカス位置)、縦軸に焦点評価値をとり、ある被写体を撮影した際のフォーカス位置に対する焦点評価値の様子を示した図である。図中点線で示す曲線Cは、映像用撮像素子(又は映像用撮像素子と共役の位置に配置された撮像素子)からの映像信号により焦点評価値を求めたと仮定した場合にその焦点評価値をフォーカス位置に対して示したものであり、図中実線で示す曲線A、Bは、それぞれピント状態検出用撮像素子32A、32Bから得られるchAとchBの焦点評価値をフォーカス位置に対して示したものである。同図において、曲線Cの焦点評価値が最大(極大)となる位置F3が合焦位置である。
【0040】
撮影レンズのフォーカス位置が同図のF1に設定された場合、chAの焦点評価値VA1は、曲線Aの位置F1に対応する値となり、chBの焦点評価値VB1は、曲線Bの位置F1に対応する値となる。そして、この場合、chAの焦点評価値VA1の方が、chBの焦点評価値VB1よりも大きくなり、このことから、フォーカス位置が合焦位置(F3)よりも至近側に設定された状態、すなわち、前ピンの状態であることが分かる。
【0041】
一方、撮影レンズのフォーカス位置が同図のF2に設定された場合、chAの焦点評価値VA2は、曲線Aの位置F2に対応する値となり、chBの焦点評価値VB2は、曲線Bの位置F2に対応する値となる。そして、この場合、chAの焦点評価値VA2の方が、chBの焦点評価値VB2よりも小さくなり、このことから、フォーカス位置が合焦位置(F3)よりも無限遠側に設定された状態、すなわち、後ピンの状態であることが分かる。
【0042】
これに対して、撮影レンズのフォーカス位置がF3、すなわち合焦位置に設定された場合、chAの焦点評価値VA3は、曲線Aの位置F3に対応する値となり、chBの焦点評価値VB3は、曲線Bの位置F3に対応する値となる。このとき、chAの焦点評価値VA3とchBの焦点評価値VB3は等しくなり、このことから、フォーカス位置が合焦位置(F3)に設定された状態であることが分かる。
【0043】
このように、焦点評価値生成部70から得られるchAとchBの焦点評価値により、撮影レンズの現在のピント状態が前ピン、後ピン、合焦のいずれの状態であるかを検出することができる。
【0044】
従って、焦点評価値生成部70から得られるchAとchBの焦点評価値に基づいてフォーカスレンズ16の位置を制御することにより、フォーカスレンズ16を合焦位置に移動させることができる。即ち、chAとchBの焦点評価値が、前ピンであると判断される状態の場合には、フォーカスレンズ16を無限遠方向に移動させ、後ピンであると判断される状態の場合には、フォーカスレンズ16を至近方向に移動させ、合焦であると判断される状態となった場合には、フォーカスレンズ16をその位置で停止させることによって、フォーカスレンズ16を合焦位置に移動させることができる。
【0045】
上記説明に対応するCPU40の処理について具体的に説明すると、焦点評価値生成部70から取得されるchAの焦点評価値をAFV_A、chBの焦点評価値をAFV_Bとすると、AFV_A>AFV_Bの場合には前ピンの状態であることからCPU40は、現在設定されているフォーカスレンズ16の移動目標位置を無限遠側に後述する移動量分(正の値)だけ変化させ、その新たな移動目標位置にフォーカスレンズ16を移動させる制御信号を上記D/A変換器54を介してフォーカスモータ駆動回路44に出力する。反対にAFV_A<AFV_Bの場合には後ピンの状態であることから、現在設定されているフォーカスレンズ16の移動目標位置を至近側に後述する移動量分(負の値)だけ変化させ、その新たな移動目標位置にフォーカスレンズ16を移動させる制御信号を上記D/A変換器54を介してフォーカスモータ駆動回路44に出力する。このような処理を繰り返し、AFV_A=AFV_Bとなった場合にはフォーカスレンズ16の移動を停止させる。これによってフォーカスレンズ16が合焦位置に移動する。
【0046】
ここで、フォーカスレンズ位置検出器56から取得されるフォーカスレンズ16の現在位置を示す検出信号の値(フォーカス位置データ)をF_POSIとし、上述のように設定されるフォーカスレンズ16の移動目標位置をAF_CTRLとすると、CPU40は移動目標位置AF_CTRLから現在位置F_POSIを引いた値、即ち、AF_CTRL−F_POSIをフォーカスモータ駆動回路44に出力する制御信号の値F_SPEEDとする。フォーカスモータ駆動回路44に出力される制御信号は、フォーカスモータ駆動回路44に指令するフォーカスモータ42の回転速度(フォーカスレンズ16の移動速度)に対応した値であり、上述のように設定した制御信号の値F_SPEEDをフォーカスモータ駆動回路44に出力することで、移動目標位置AF_CTRLと現在位置F_POSIとの差(AF_CTRL−F_POSI)に対応した速度でフォーカスレンズ16が移動することになる。
【0047】
次に、上述のようにフォーカスレンズ16の新たな移動目標位置を設定する際に現在の移動目標位置に加算する移動量について説明する。上述のようにフォーカスレンズ16の現在位置F_POSIと移動目標位置AF_CTRLとの差は、フォーカスレンズ16の移動速度に対応しており、新たな移動目標位置AF_CTRLを設定する際に現在の移動目標位置に加算する上記移動量が大きいほど、フォーカスレンズ16の移動速度が速くなり、上記移動量が小さい程、フォーカスレンズ16の移動速度が小さくなる。
【0048】
一方、フォーカスレンズ16を合焦位置に移動させる場合に、フォーカスレンズ16を合焦位置に安定した動作で確実に停止させるためには、フォーカスレンズ16が合焦位置に近づいていく程、上記移動量を小さくしてフォーカスレンズ16の移動速度を遅くし、合焦位置に到達した場合に移動量を0としてフォーカスレンズ16の移動速度を0にする必要がある。
【0049】
そこで、CPU40は、上記chAとchBの焦点評価値の差ΔAFV(=AFV_A−AFV_B)を求め、その差ΔAFV(=AFV_A−AFV_B)に所定のAFゲインAFGをかけた値ΔAFV*AFGを上記移動量として設定する。これにより、フォーカスレンズ16が合焦位置に到達した場合、即ち、焦点評価値の差ΔAFVが0(AFV_A=AFV_B)となった場合には、上記移動量ΔAFV*AFGが0となり、フォーカスレンズ16がその合焦位置で停止する。また、図4から分かるようにフォーカスレンズ16が合焦位置付近から合焦位置に近づいていく際に、焦点評価値の差ΔAFVが減少して移動量ΔAFV*AFGが徐々に0に近づいていき、フォーカスレンズ16の移動速度も徐々に減速する。
【0050】
また、上述のようにchAとchBの焦点評価値の差ΔAFVに所定のAFゲインAFGをかけた値ΔAFV*AFGを上記移動量とするのではなく、次のように上記移動量を設定することもできる。即ち、CPU40は、まず、chAの焦点評価値AFV_AとchBの焦点評価値AFV_Bの比ΔAFV=AFV_A/AFV_Bを求める。そして、AFV_A>AFV_B(ΔAFV>1)の場合、即ち、前ピンの状態(図4参照)の場合には、移動量を(ΔAFV−1)*AFGとする。尚、AFGは、所定のAFゲインの値を示す。一方、AFV_A≦AFV_B(ΔAFV≦1)の場合、即ち、後ピンの状態(又は合焦の状態)の場合には、移動量を−(1/ΔAFV−1)*AFGとする。
これにより、フォーカスレンズ16が合焦位置に到達した場合には、ΔAFV=1であるから移動量が0となり、フォーカスレンズ16がその合焦位置で停止する。また、フォーカスレンズ16が合焦位置付近から合焦位置に近づいていく際に、(ΔAFV−1)又は(1/ΔAFV−1)が減少して移動量が徐々に0に近づいていき、フォーカスレンズ16の移動速度も徐々に減速する。更に、このように移動量を求める要素として焦点評価値の比ΔAFV=AFV_A/AFV_Bを用いた場合には、焦点評価値自体の大きさによる移動量(移動速度)への影響がすくなく、より安定したフォーカスの動作を実現することができる。
【0051】
次に、上記焦点評価値生成部70から取得したchAとchBの焦点評価値の感度の校正について説明する。上述の説明においては、焦点評価値生成部70から得られるchAとchBの焦点評価値の感度(以下、焦点評価値感度という)が一致している場合を前提にしている。即ち、chAの焦点評価値を生成するためのピント状態検出用撮像素子32A及び焦点評価値生成部70内のchAに関連する各種回路の特性と、chBの焦点評価値を生成するためのピント状態検出用撮像素子32B及び焦点評価値生成部70内のchBに関連する各種回路の特性とが一致しているものとしている。しかしながら、実際には、焦点評価値感度が一致していない場合もあるため、本実施の形態では、焦点評価値生成部70から得られるchAとchBの焦点評価値の感度を校正できるようにした場合について説明する。
【0052】
まず、CPU40において、上記焦点評価値生成部70から取得したchAの焦点評価値をAFV_A0、chBの焦点評価値をAFV_B0とする。そして、校正された感度でのchAとchBの焦点評価値、即ち、上記AF制御に使用する焦点評価値(補正後の焦点評価値という)をそれぞれ上述のようにAFV_A、AFV_Bとする。このとき、次式、
【0053】
【数1】
AFV_A=(AFV_A0−AFV_A_OFFSET)*AFG_A …▲1▼
【0054】
【数2】
AFV_B=(AFV_B0−AFV_B_OFFSET)*AFG_B …▲2▼
により補正後の焦点評価値を算出するものとする。尚、上式▲1▼、▲2▼によって補正する前の焦点評価値生成部70から取得される焦点評価値AFV_A0、AFV_B0を補正前の焦点評価値という。
【0055】
したがって、上式▲1▼及び▲2▼内のAFV_A_OFFSET、AFV_B_OFFSET、AFG_A、AFG_Bの値を適切な値に設定することによって焦点評価値感度を校正することができ、chAとchBの焦点評価値感度を一致させることができる。
【0056】
具体的な校正処理については後述するが、校正処理によって上記AFV_A_OFFSET、AFV_B_OFFSET(基準値)は、それぞれピント状態検出用撮像素子32A、32Bを遮光した状態で得られるchAとchBの黒レベルの焦点評価値(補正前の焦点評価値)に設定されるようになっている。例えば、アイリス20を完全に閉じた状態で取得されるchAとchBの焦点評価値に設定される。但し、これに限らず、例えば、無地の被写体(コントラストのない画像)を撮像した際に得られるchAとchBの焦点評価値に設定するようにしてもよい。
【0057】
一方、上記AFG_A、AFG_B(ゲイン)は、チャートなどの所定の被写体(但し、特別に決められた被写体でなくてもよい)を撮影しながらフォーカスレンズ16を移動させた際に得られるchAとchBのそれぞれの焦点評価値の最大値に基づいて、補正後の焦点評価値が一致するような値に設定される。
【0058】
このように校正処理によって設定された上記AFV_A_OFFSET、AFV_B_OFFSET、AFG_A、AFG_Bを用いて、上式▲1▼、▲2▼により焦点評価値生成部70から取得したchAの焦点評価値AFV_A0とchBの焦点評価値AFV_B0を補正することにより焦点評価値感度が一致した状態でのchAとchBの焦点評価値AFV_A、AFV_Bを取得することができる。
【0059】
また、校正処理によって設定された上記AFV_A_OFFSET、AFV_B_OFFSET、AFG_A、AFG_Bは、図1に示したメモリ72に校正データとして記憶され、AF制御を行う場合にそれらの校正データが読み出されて焦点評価値生成部70から取得した焦点評価値の補正に使用されるようになっている。校正処理は、図1に示した校正開始スイッチ74をオンすることによって実行され、その校正処理の実行中には、図1に示した表示器76(例えばLED)が点灯し、校正処理が終了すると表示器76が消灯するようになっている。尚、校正開始スイッチ74、表示器76は、レンズ装置10に設置されていてもよいし、フォーカスデマンド62等のコントローラ等に設置されていてもよい。また、校正開始スイッチ74をオンすることによって校正処理を実行するのではなく、レンズ装置10の電源立ち上げ時や製品出荷前の初期調整時に実行し、設定した校正データをメモリ72に記憶させるようにしてもよい。
【0060】
次に、CPU40におけるAF制御の処理手順について説明する。まず、CPU40における処理全体の流れについて図5のフローチャートで説明すると、CPU40は、所要の初期設定を行った後(ステップS10)、焦点評価値感度の校正(校正データの生成)を開始するか否かを判断する(ステップS12)。焦点評価値感度の校正を行うか否かは、上述のように校正開始スイッチ74がオンされた否かによって判断される。
【0061】
ステップS12において、YESと判断した場合には、後述の焦点評価値感度校正処理を実行し(ステップS14)、NOと判断した場合には、既に生成されてメモリ72に記憶されている校正データをメモリ72から読み出す(ステップS16)。
【0062】
次にCPU40は、カメラ本体12から与えられるアイリス指令信号に基づいてアイリス制御を行う(ステップS18)。次いで、ズームデマンド64からのズーム指令信号に基づいてズーム制御を行う(ステップS20)。
【0063】
続いてCPU40は、AFスイッチ66がONになっているか否かを判定し(ステップS22)、YESと判定した場合には、AFスタートフラグをONにした後(ステップS24)、フォーカス制御の処理を実行する(ステップS26)。一方、ステップS22においてNOと判定した場合にはAFスタートフラグをONにすることなく、フォーカス制御の処理を実行する(ステップS26)。ステップS26のフォーカス制御の処理が終了すると、ステップS18の処理に戻り、ステップS18からステップS26までの処理を繰り返し実行する。
【0064】
図6乃至図9は、上記ステップS14における焦点評価値感度校正処理の手順を示したフローチャートである。尚、焦点評価値感度校正を実行させる場合に、オペレータはコントラストの高いチャートを被写体として撮影する状態に撮影レンズを設定しておくことが望ましい。まず図6において、CPU40は、アイリスモータ駆動回路52に制御信号を出力してアイリスモータ50を駆動し、アイリス20の開口を完全に閉じる(ステップS30)。これによって、ピント状態検出用撮像素子32A、32Bが遮光される。続いて、焦点評価値生成部70からchAの焦点評価値AFV_AとchBの焦点評価値AFV_Bを取得する(ステップS32、34)。続いて、焦点評価値サンプリングカウンタのカウント値を1増加させ(ステップS36)、そのサンプリングカウンタのカウント値に基づいて、規定した数のサンプリングが終了したか否かを判定する(ステップS38)。NOと判定した場合には、上記ステップS32からの処理を繰り返す。
【0065】
一方、上記ステップS38でYESと判定した場合には、次に、chAとchBについてそれぞれサンプリングした焦点評価値のうちから最大値AFV_A_MAX、AFV_B_MAXを検出し、その検出した最大値AFV_A_MAX、AFV_B_MAXをchAとchBのそれぞれのオフセット値(黒レベルの焦点評価値)AFV_A_OFFSET、AFV_B_OFFSETとする。即ち、
【0066】
【数3】
AFV_A_OFFSET=AFV_A_MAX
【0067】
【数4】
AFV_B_OFFSET=AFV_B_MAX
とする(ステップS40)。
【0068】
次にCPU40は、アイリスモータ駆動回路52に制御信号を出力してアイリスモータ50を駆動し、アイリス20の開口を開く(ステップS42)。これによって、ピント状態検出用撮像素子32A、32Bに被写体光が入射する。続いて、CPU40は、ズームモータ駆動回路48に制御信号を出力してズームモータ46を駆動し、ズームレンズ18を適当な位置(予め決められた位置)に移動させる(ステップS44)。また、フォーカスモータ駆動回路44に制御信号を出力してフォーカスモータ42を駆動し、フォーカスレンズ16を至近端に移動させる(ステップS46)。
【0069】
尚、ステップS44において設定されるズームレンズ18の位置は、焦点評価値感度の校正に適した位置であり、例えば、ワイド側に設定しておくと、以下の処理においてフォーカスレンズ16を高速で移動させることができ、一方、テレ側に設定しておくと以下の処理において焦点評価値の正確なピーク(最大値)を検出することができるというそれぞれの利点がある。
【0070】
次に、CPU40は、焦点評価値生成部70からchAの焦点評価値AFV_Aを取得し、その取得した焦点評価値AFV_AをAFV_A_MINに設定する(ステップS48)。また、図7のフローチャートに移行して示すように、CPU40は、焦点評価値生成部70からchBの焦点評価値AFV_Bを取得し、その取得した焦点評価値AFV_BをAFV_B_MINに設定する(ステップS50)。尚、ステップS48とステップS50及び以下の処理において、AFV_A、AFV_Bで表すchAとchBの焦点評価値は、焦点評価値生成部70から取得した焦点評価値のそれぞれからステップS40において設定したchAとchBのオフセットAFV_A_OFFSET、AFV_B_OFFSETを引いた値としてもよい。
【0071】
次に、CPU40は、被写体を検出するためのフォーカスレンズ16の移動速度F_SPEED_1STを設定する(ステップS52)。そして、その移動速度F_SPEED_1STを制御信号としてD/A変換器54を介してフォーカスモータ駆動回路44に出力し、フォーカスレンズ16を無限遠方向に移動させる(ステップS54)。
【0072】
このようにフォーカスレンズ16を無限遠方向に移動させている間、CPU40は、焦点評価値生成部70からchAの焦点評価値AFV_AとchBの焦点評価値AFV_Bを取得し(ステップS56、S58)、chAの焦点評価値とchBの焦点評価値のそれぞれのピーク(最大値)を検出したか否かを判定する(ステップS60)。NOと判定した場合には、上記ステップS56からの処理を繰り返す。
【0073】
一方、ステップS60においてYESと判定した場合、続いてCPU40は、焦点評価値生成部70からchAの焦点評価値AFV_AとchBの焦点評価値AFV_Bを取得し(ステップS62、S64)、上記ステップS48及びステップS50で設定したAFV_A_MIN、AFV_B_MINに対して次式
【0074】
【数5】
AFV_A≦AFV_A_MIN
又は、
【0075】
【数6】
AFV_B_MIN≦AFV_B_MIN
が成り立つか否かを判定する(ステップS66)。NOと判定した場合には、上記ステップS62からの処理を繰り返す。一方、YESと判定した場合には、図8のフローチャートに移行して示すように、フォーカスレンズ16を停止させる(ステップS68)。
【0076】
次に、CPU40は、焦点評価値の最大値を精度良く検出できるフォーカスレンズ16の移動速度F_SPEED_MIN(上記移動速度F_SPEED_1STよりも低速)を設定する(ステップS70)。そして、その移動速度F_SPEED_MINを制御信号としてD/A変換器54を介してフォーカスモータ駆動回路44に出力し、フォーカスレンズ16を至近方向に移動させる(ステップS72)。
【0077】
このようにフォーカスレンズ16を至近方向に移動させている間、CPU40は、焦点評価値生成部70からchAの焦点評価値AFV_AとchBの焦点評価値AFV_Bを取得し(ステップS74、S76)、chAの焦点評価値AFV_AとchBの焦点評価値AFV_Bのそれぞれの最大値を検索し、それぞれの最大値をAFV_A_MAX、AFV_B_MAXに設定する(ステップS78)。そして、chAとchBともに最大値が見つかったか否かを判定する(ステップS80)。NOと判定した場合には、ステップS74からの処理を繰り返す。一方、YESと判定した場合には、図9のフローチャートに移行して示すように、フォーカスレンズ16を停止させる(ステップS82)。
【0078】
次に、CPU40は、ステップS78で設定したAFV_A_MAXとAFV_B_MAXが次式、
【0079】
【数7】
AFV_A_MAX>AFV_B_MAX
を満たすか否かを判定する(ステップS84)。YESと判定した場合には上式▲1▼、▲2▼における校正値AFG_Bを1に設定すると共に、校正値AFG_AをAFV_B_MAX/AFV_A_MAXに設定する(ステップS86)。一方、NOと判定した場合には、上式▲1▼、▲2▼における校正値AFG_Aを1に設定すると共に、校正値AFG_BをAFV_A_MAX/AFV_B_MAXに設定する(ステップS88)。
【0080】
そして、ステップS86又はステップS88で設定した校正値AFG_A及びAFG_Bを焦点評価値の校正データとしてメモリ72(不揮発性メモリ)に書き込む(ステップS90)。尚、上記ステップS40において設定したオフセットAFV_A_OFFSET及びAFV_B_OFFSETも校正データとしてメモリ72に書き込む。以上の処理により焦点評価値感度校正処理が終了する。
【0081】
図10は、上記図5のステップS26におけるフォーカス制御の処理を示したフローチャートである。フォーカス制御の処理を実行する場合、まず、CPU40は、焦点評価値生成部70からピント状態検出用撮像素子32A(chA)の焦点評価値AFV_Aを取得する(ステップS100)と共に、ピント状態検出用撮像素子32B(chB)の焦点評価値AFV_Bを取得する(ステップS102)。
【0082】
ここで、ステップS100及びステップS102において取得する焦点評価値AFV_A及びAFV_Bは、補正後の焦点評価値を示し、その補正の手順を図11に示す。まず、CPU40は、焦点評価値生成部70からchAとchBの焦点評価値(補正前の焦点評価値)を読み込み、それぞれAFV_A0、AFV_B0に設定する(ステップS120)。そして、上式▲1▼、▲2▼で示したように、図5のステップS16においてメモリ72から読み出した校正データAFV_A_OFFSET、AFV_B_OFFSET、AFG_A、AFG_Bを用いて補正後の焦点評価値AFV_A、AFV_Bを次式、
【0083】
【数8】
AFV_A=(AFV_A0−AFV_A_OFFSET)*AFG_A …▲1▼
【0084】
【数9】
AFV_B=(AFV_B0−AFV_B_OFFSET)*AFG_B …▲2▼
により算出する。
【0085】
図10に戻って説明すると、上述のように算出したchAとchBの焦点評価値AFV_A、AFV_Bを取得した後、次に、CPU40は、AFスタートフラグがONに設定されているか否かを判定する(ステップS104)。NOと判定した場合はMFの処理を実行する。
【0086】
MFの処理の場合、CPU40は、フォーカスレンズ位置検出器56からフォーカスレンズ16の現在位置を示すフォーカス位置データF_POSIを取得するとともに(ステップS106)、フォーカスデマンド62からフォーカスレンズ16の移動目標位置を示すフォーカスデマンドデータF_CTRLを取得する(ステップS108)。そして、取得したフォーカス位置データF_POSIとフォーカスデマンドデータF_CTRLとの差F_POSI−F_CTRLを求め、その値を、フォーカスデマンド62により指令された移動目標位置にフォーカスレンズ16を移動させるための移動速度F_SPEEDとして設定する(ステップS110)。そして、その移動速度F_SPEEDを制御信号としてD/A変換器54を介してフォーカスモータ駆動回路44に出力する。(ステップS114)。
【0087】
一方、ステップS104においてYES、即ち、AFスタートフラグがONと判定された場合には、CPU40はAFの処理を実行する(ステップS112)。
【0088】
図12は、ステップS12におけるAFの処理手順を示したフローチャートである。まず、CPU40は、パラメータF_MEMO_FLGが1に設定されているか否かを判断する(ステップS130)。MF制御からAF制御に移行した最初の処理では、NOと判定され、その場合、フォーカスデマンド62から現在の移動目標位置を示すフォーカスデマンドデータを取得し、そのデータ値を初期(現在)の移動目標位置F_CTRLとして設定する(ステップS132)。次に、上記パラメータF_MEMO_FLGを1に設定する(ステップS134)。上記ステップS130においてYESと判定した場合には、これらのステップS132、ステップS134の処理は行わない。
【0089】
次に、CPU40は、上記図10のステップS100及びステップS102で取得した補正後のchAの焦点評価値AFV_AとchBの焦点評価値AFV_Bとの差ΔAFV=AFV_A−AFV_Bを求める(ステップS136)。
【0090】
そして、上記ΔAFVに所定のAFゲインAFGをかけた値(移動量)ΔAFV*AFGを現在の移動目標位置AF_CTRLに加算し、その値を新たな移動目標位置AF_CTRLとする(ステップS138)。即ち、AF_CTRL=AF_CTRL+ΔAFV*AFGとする。
【0091】
次にCPU40は、フォーカスレンズ位置検出器56からフォーカスレンズ16の現在位置を示すフォーカス位置データF_POSIを読み込み(ステップS140)、そのフォーカス位置データF_POSIと、ステップS138で設定した移動目標位置AF_CTRLとの差AF_CTRL−F_POSIを、フォーカスレンズ16を移動させるための移動速度F_SPEEDとして設定する(ステップS142)。そして、図10のフローチャートに戻り、その移動速度F_SPEEDを制御信号としてD/A変換器54を介してフォーカスモータ駆動回路44に出力する(ステップS114)。
【0092】
以上の処理により撮影レンズの焦点距離及びF値に応じた移動速度でフォーカスレンズ16が合焦位置に移動する。
【0093】
次に、図12に示したAF処理のようにchAの焦点評価値AFV_AとchBの焦点評価値AFV_Bとの差ΔAFV=AFV_A−AFV_Bを上記移動量を設定する際の要素とするのではなく、上述のようにchAの焦点評価値AFV_AとchBの焦点評価値AFV_Bの比ΔAFV=AFV_A/AFV_Bを上記移動量を設定する際の要素とする場合のAF処理を図13のフローチャートで説明する。尚、図13のフローチャートにおけるステップS150〜ステップS154の処理は図12のステップS130〜ステップS134の処理と全く同じであるため図13のステップS156の処理から説明する。
【0094】
CPU40は、ステップS150〜ステップS154までの処理を行った後、次に上記図10のステップS100及びステップS102で取得した補正後のchAの焦点評価値AFV_AとchBの焦点評価値AFV_Bとの比ΔAFV=AFV_A/AFV_Bを求める(ステップS156)。
【0095】
そして、CPU40は、焦点評価値の比ΔAFVが1.0より大きいか否かを判定する(ステップS158)。YESと判定した場合には、ΔAFV=(ΔAFV−1.0)*AFGとする(ステップS160)。一方、NOと判定した場合には、−ΔAFV=(1/ΔAFV−1.0)*AFGとする(ステップS162)。尚、AFGは所定のAFゲインの値を示す。そして、CPU40は、上記求めた値(移動量)ΔAFVを現在の移動目標位置AF_CTRLに加算し、その値を新たな移動目標位置AF_CTRLとする(ステップS164)。即ち、AF_CTRL=AF_CTRL+ΔAFVとする。
【0096】
次にCPU40は、フォーカスレンズ位置検出器56からフォーカスレンズ16の現在位置を示すフォーカス位置データF_POSIを読み込み(ステップS166)、そのフォーカス位置データF_POSIと、ステップS164で設定した移動目標位置AF_CTRLとの差AF_CTRL−F_POSIを、フォーカスレンズ16を移動させるための移動速度F_SPEEDとして設定する(ステップS168)。そして、図10のフローチャートに戻り、その移動速度F_SPEEDを制御信号としてD/A変換器54を介してフォーカスモータ駆動回路44に出力する(ステップS114)。
【0097】
以上、上記実施の形態では、2つのピント検出用撮像素子32A、32Bから2つの焦点評価値を取得してAF制御を行う場合について説明したが、これに限らず、光路長が異なる位置に配置された3つ以上の撮像素子から得られる3つ以上の焦点評価値に基づいてAF制御を行う場合でもそれらの焦点評価値感度を一致させる処理を上記実施の形態と同様に行うことができる。
【0098】
また、上記実施の形態では、AF制御において、chAとchBの焦点評価値の差又は比によりフォーカスレンズ16の移動目標位置を設定し、その移動目標位置と現在位置との差に対応した移動速度でフォーカスレンズ16を移動させるようにしたが、これに限らず、chAとchBの焦点評価値の差又は比により直接移動速度を設定し、その移動速度でフォーカスレンズ16を移動させるようにしてもよい。
【0099】
また、上記実施の形態では、本発明をテレビカメラシステムに適用した場合を例に説明したが、本発明はこれに限らず、ビデオカメラや静止画を撮影するスチルカメラにも適用することができる。
【0100】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るオートフォーカスシステムによれば、各撮像素子から得られる焦点評価値の感度を校正する校正手段を備えたため、焦点評価値の感度を適切に校正し、精度の高いオートフォーカスを行えるようになる。また、焦点評価値の感度の校正を自動で行えるようにし、煩雑な手間を不要にすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明に係るオートフォーカスシステムが適用されたテレビカメラシステムのブロック図である。
【図2】図2は、映像用撮像素子に入射する被写体光の光軸と一対のピント状態検出用撮像素子に入射する被写体光の光軸を同一直線上に表示した図である。
【図3】図3は、焦点評価値生成部の構成を示したブロック図である。
【図4】図4は、横軸に撮影レンズのフォーカス位置、縦軸に焦点評価値をとり、ある被写体を撮影した際のフォーカス位置に対する焦点評価値の様子を示した図である。
【図5】図5は、CPUにおける処理全体の流れを示したフローチャートである。
【図6】図6は、CPUにおける焦点評価値感度校正処理の手順を示したフローチャートである。
【図7】図7は、CPUにおける焦点評価値感度校正処理の手順を示したフローチャートである。
【図8】図8は、CPUにおける焦点評価値感度校正処理の手順を示したフローチャートである。
【図9】図9は、CPUにおける焦点評価値感度校正処理の手順を示したフローチャートである。
【図10】図10は、図5におけるフォーカス制御の処理手順を示したフローチャートである。
【図11】図11は、CPUにおける焦点評価値算出の処理手順を示したフローチャートである。
【図12】図12は、図10におけるAF処理の処理手順を示したフローチャートである。
【図13】図13は、AF処理の他の形態における処理手順を示したフローチャートである。
【符号の説明】
10…レンズ装置、12…カメラ本体、14…撮像部、16…フォーカスレンズ(群)、18…ズームレンズ(群)、20…アイリス、22A…前側リレーレンズ、22B…後側リレーレンズ、24…ハーフミラー、26…リレーレンズ、28…ピント状態検出部、30A…第1プリズム、30B…第2プリズム、32A、32B…ピント状態検出用撮像素子、40…CPU、42…フォーカスモータ、44…フォーカスモータ駆動回路、56…フォーカスレンズ位置検出器、62…フォーカスデマンド、66…AFスイッチ、70…焦点評価値生成部、72…メモリ、74…校正開始スイッチ、76…表示器、80A、80B…ハイパスフィルタ(HPF)、82A、82B…A/D変換器、84A、84B…ゲート回路、86A、86B…加算器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an autofocus system, and more particularly to an autofocus system that controls the focus of a photographing lens by a contrast method.
[0002]
[Prior art]
In general, autofocus for a video camera or the like is based on a contrast method. This contrast method integrates the high frequency components of a video signal within a certain range (focus area) of the video signal obtained from the image sensor to obtain a focus evaluation value, and the focus evaluation value is maximized (maximum). Thus, the focus adjustment is automatically performed. As a result, it is possible to obtain the best focus (focusing) that maximizes the sharpness (contrast) of the image captured by the image sensor.
[0003]
As a method for setting the focus at the in-focus position (the maximum point of the focus evaluation value), a so-called hill-climbing method is widely known. This method detects the direction in which the focus evaluation value increases by comparing the focus evaluation values at two different points when the focus is moved, moves the focus in that direction, and changes the focus evaluation value from increase to decrease. The focus is returned to the position before the focus evaluation value decreases, and the focus is set to the maximum point of the focus evaluation value.
[0004]
In addition, in the case of the above-described hill-climbing method, there is a drawback in that it is not possible to determine the increase direction or focus of the focus evaluation value unless the focus is actually moved. In other words, Japanese Patent Application Nos. 2001-168246 and 2001-168247 have proposed methods for detecting the focus state (front focus, rear focus, in-focus) of the taking lens without moving the focus. No., Japanese Patent Application No. 2001-168248, Japanese Patent Application No. 2001-168249, etc.). According to this focus state detection method, it is possible to immediately know the current focus state from the magnitude relationship between the current focus evaluation values obtained from the respective image sensors, so that the focus movement direction and focus can be adjusted without moving the focus. Judgment can be made. Therefore, the autofocus using this method has an advantage that the focus can be quickly set to the in-focus position.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when performing autofocus using a plurality of image sensors as described above, in order to increase the accuracy of autofocus, the sensitivity of the focus evaluation value obtained from each image sensor (the subject light incident on each image sensor and Therefore, it is necessary to match the magnitude of the focus evaluation value obtained with respect to it). That is, autofocus control is performed on the assumption that the characteristics of each image sensor and the processing circuit for processing a video signal from each image sensor to obtain a focus evaluation value are the same. Since there are variations in the characteristics of the image sensor and the processing circuit, it is important to calibrate the sensitivity of the focus evaluation value obtained from each image sensor in advance in order to increase the accuracy of autofocus.
[0006]
The present invention has been made in view of such circumstances. In the case where autofocus control is performed based on focus evaluation values obtained from a plurality of image sensors, the sensitivity of the focus evaluation value is appropriately calibrated and the accuracy is high. An object of the present invention is to provide an autofocus system that can perform autofocus.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to
[0008]
The invention described in claim 2 The subject lens incident on the photographic lens is imaged by a plurality of imaging units arranged at positions having different optical path lengths, and the photographic lens is based on a focus evaluation value indicating the sharpness of each image captured by the plurality of imaging units. Move the focus to the in-focus position, For each focus evaluation value obtained from each of the imaging means, a value obtained by multiplying the amount of change of the focus evaluation value from a predetermined reference value by a predetermined gain is used for controlling the focus of the photographing lens. Evaluation value In the autofocus system, By setting the reference value and the gain to appropriate values The sensitivity of the focus evaluation values obtained from the respective imaging means is matched. Calibrate the sensitivity Proofreading means The calibration means comprises Reference value setting means for setting the focus evaluation value obtained from each imaging means as the reference value when an image having no contrast is taken, and obtained from each imaging means when the focus of the photographing lens is moved. Gain setting means for setting the gain so that the maximum values of the focus evaluation values obtained coincide with each other Then, after the focus of the photographing lens is moved at a high speed to confirm the presence of the maximum value of the focus evaluation value obtained from each image sensor, the focus is moved at a low speed and obtained from each image sensor. A gain setting means for accurately detecting the maximum focus evaluation value; It is characterized by having.
[0009]
The invention according to claim 3 is the invention according to
[0010]
The invention according to claim 4
[0011]
The invention according to claim 5
[0013]
Claims 6 The invention described in
[0014]
Claims 7 The invention according to
[0015]
According to the present invention, since the calibration means for calibrating the sensitivity of the focus evaluation value obtained from each image sensor is provided, the sensitivity of the focus evaluation value can be appropriately calibrated, and highly accurate autofocus can be performed. In addition, it is possible to automatically calibrate the sensitivity of the focus evaluation value, so that troublesome work can be eliminated.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of an autofocus system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0017]
FIG. 1 is a block diagram of a television camera system to which an autofocus system according to the present invention is applied. As shown in the figure, this TV camera system is composed of a
[0018]
The
[0019]
The
[0020]
The subject light transmitted through the
[0021]
On the other hand, the subject light reflected by the
[0022]
The focus
[0023]
As described above, the subject light reflected by the
[0024]
FIG. 2 shows the optical axis of the subject light incident on the video image sensor of the
[0025]
Accordingly, the subject light for focus form detection branched by the
[0026]
Next, the control system of the
[0027]
Each of the
[0028]
The control signal output from the
[0029]
The current positions of the
[0030]
Therefore, in the processing of the
[0031]
In general, the focus and zoom of the photographing lens can be manually operated by an operator by connecting a controller such as a
[0032]
In general, a voltage corresponding to the rotation position of the operation member (thumbing) is supplied from the
[0033]
In addition, the focus control of the photographing lens includes manual focus (MF) control using the
[0034]
On the other hand, when the AF switch 66 is turned on, AF control is performed. That is, the image (video) imaged by the pair of focus state
[0035]
In the figure, a
[0036]
The AF control in the camera system configured as described above will be described in detail below. First, the configuration and processing of the focus evaluation
The high frequency components of the video signals input to the
[0037]
It should be noted that various synchronization signals are given to the respective circuits such as the focus state
[0038]
Next, focus state detection and focus (focus lens 16) control based on the focus evaluation value will be described. As described above, the current focus state of the photographic lens with respect to the imaging surface (focus surface P) of the imaging device for video can be detected based on the focus evaluation values of chA and chB acquired from the focus evaluation
[0039]
FIG. 4 is a diagram illustrating the state of the focus evaluation value with respect to the focus position when a certain subject is imaged, with the horizontal axis representing the position of the focus lens 16 (focus position) and the vertical axis representing the focus evaluation value. . A curve C indicated by a dotted line in the figure indicates a focus evaluation value when it is assumed that a focus evaluation value is obtained from a video signal from a video image sensor (or an image sensor arranged at a conjugate position with the video image sensor). The curves A and B indicated by the solid line in the figure indicate the focus evaluation values of chA and chB obtained from the focus state
[0040]
When the focus position of the photographic lens is set to F1 in the figure, the chA focus evaluation value V A1 Is a value corresponding to the position F1 of the curve A, and the focus evaluation value V of chB B1 Is a value corresponding to the position F1 of the curve B. In this case, the chA focus evaluation value V A1 Is the focus evaluation value V of chB B1 From this, it can be seen that the focus position is set closer to the in-focus position (F3), that is, the state of the front pin.
[0041]
On the other hand, when the focus position of the photographic lens is set to F2 in FIG. A2 Is a value corresponding to the position F2 of the curve A, and the focus evaluation value V of chB B2 Is a value corresponding to the position F2 of the curve B. In this case, the chA focus evaluation value V A2 Is the focus evaluation value V of chB B2 From this, it can be seen that the focus position is set to the infinity side from the in-focus position (F3), that is, the state of the rear pin.
[0042]
On the other hand, when the focus position of the photographing lens is set to F3, that is, the in-focus position, the chA focus evaluation value V A3 Is a value corresponding to the position F3 of the curve A, and the focus evaluation value V of chB B3 Is a value corresponding to the position F3 of the curve B. At this time, the focus evaluation value V of chA A3 And chB focus evaluation value V B3 From this, it can be seen that the focus position is set to the in-focus position (F3).
[0043]
As described above, it is possible to detect whether the current focus state of the photographing lens is the front pin, the rear pin, or the in-focus state based on the chA and chB focus evaluation values obtained from the focus evaluation
[0044]
Therefore, the
[0045]
The processing of the
[0046]
Here, the value of the detection signal (focus position data) indicating the current position of the
[0047]
Next, the amount of movement added to the current movement target position when setting a new movement target position of the
[0048]
On the other hand, when the
[0049]
Therefore, the
[0050]
Further, as described above, instead of using the value ΔAFV * AFG obtained by multiplying the focus evaluation value difference ΔAFV between chA and chB by a predetermined AF gain AFG as the movement amount, the movement amount is set as follows. You can also. That is, the
As a result, when the
[0051]
Next, calibration of the sensitivity of the chA and chB focus evaluation values acquired from the focus evaluation
[0052]
First, in the
[0053]
[Expression 1]
AFV_A = (AFV_A0−AFV_A_OFFSET) * AFG_A… ▲ 1 ▼
[0054]
[Expression 2]
AFV_B = (AFV_B0−AFV_B_OFFSET) * AFG_B… ▲ 2 ▼
Thus, the corrected focus evaluation value is calculated. The focus evaluation values AFV_A0 and AFV_B0 acquired from the focus evaluation
[0055]
Therefore, the focus evaluation value sensitivity can be calibrated by setting the values of AFV_A_OFFSET, AFV_B_OFFSET, AFG_A, and AFG_B in the above formulas (1) and (2) to appropriate values, and the focus evaluation value sensitivity of chA and chB Can be matched.
[0056]
Although specific calibration processing will be described later, the AFV_A_OFFSET and AFV_B_OFFSET (reference values) obtained by the calibration processing are focus evaluations of the black levels of chA and chB obtained in a state where the focus state
[0057]
On the other hand, the above AFG_A and AFG_B (gain) are chA and chB obtained when the
[0058]
Using the AFV_A_OFFSET, AFV_B_OFFSET, AFG_A, and AFG_B set by the calibration process in this way, the focus evaluation values AFV_A0 and chB of chA acquired from the focus evaluation
[0059]
Further, the AFV_A_OFFSET, AFV_B_OFFSET, AFG_A, and AFG_B set by the calibration process are stored as calibration data in the
[0060]
Next, an AF control processing procedure in the
[0061]
If YES is determined in step S12, a focus evaluation value sensitivity calibration process described later is executed (step S14). If NO is determined, the calibration data already generated and stored in the
[0062]
Next, the
[0063]
Subsequently, the
[0064]
6 to 9 are flowcharts showing the procedure of the focus evaluation value sensitivity calibration process in step S14. When performing the focus evaluation value sensitivity calibration, it is desirable for the operator to set the photographing lens in a state of photographing a chart having a high contrast as a subject. First, in FIG. 6, the
[0065]
On the other hand, if YES is determined in step S38, the maximum values AFV_A_MAX and AFV_B_MAX are detected from the focus evaluation values sampled for chA and chB, and the detected maximum values AFV_A_MAX and AFV_B_MAX are set to chA. The chB offset values (focus evaluation values of the black level) are AFV_A_OFFSET and AFV_B_OFFSET. That is,
[0066]
[Equation 3]
AFV_A_OFFSET = AFV_A_MAX
[0067]
[Expression 4]
AFV_B_OFFSET = AFV_B_MAX
(Step S40).
[0068]
Next, the
[0069]
Note that the position of the
[0070]
Next, the
[0071]
Next, the
[0072]
While moving the
[0073]
On the other hand, if YES is determined in step S60, the
[0074]
[Equation 5]
AFV_A ≦ AFV_A_MIN
Or
[0075]
[Formula 6]
AFV_B_MIN ≦ AFV_B_MIN
It is determined whether or not holds (step S66). When it determines with NO, the process from said step S62 is repeated. On the other hand, if YES is determined, the
[0076]
Next, the
[0077]
While the
[0078]
Next, the
[0079]
[Expression 7]
AFV_A_MAX> AFV_B_MAX
It is determined whether or not the condition is satisfied (step S84). If YES is determined, the calibration value AFG_B in the above formulas (1) and (2) is set to 1, and the calibration value AFG_A is set to AFV_B_MAX / AFV_A_MAX (step S86). On the other hand, if NO is determined, the calibration value AFG_A in the above formulas (1) and (2) is set to 1 and the calibration value AFG_B is set to AFV_A_MAX / AFV_B_MAX (step S88).
[0080]
Then, the calibration values AFG_A and AFG_B set in step S86 or step S88 are written in the memory 72 (nonvolatile memory) as the focus evaluation value calibration data (step S90). The offset AFV_A_OFFSET and AFV_B_OFFSET set in step S40 are also written in the
[0081]
FIG. 10 is a flowchart showing the focus control process in step S26 of FIG. When executing the focus control process, first, the
[0082]
Here, the focus evaluation values AFV_A and AFV_B acquired in step S100 and step S102 indicate the focus evaluation values after correction, and the correction procedure is shown in FIG. First, the
[0083]
[Equation 8]
AFV_A = (AFV_A0−AFV_A_OFFSET) * AFG_A… ▲ 1 ▼
[0084]
[Equation 9]
AFV_B = (AFV_B0−AFV_B_OFFSET) * AFG_B… ▲ 2 ▼
Calculated by
[0085]
Returning to FIG. 10, after acquiring the focus evaluation values AFV_A and AFV_B for chA and chB calculated as described above, the
[0086]
In the case of the MF process, the
[0087]
On the other hand, if YES in step S104, that is, if it is determined that the AF start flag is ON, the
[0088]
FIG. 12 is a flowchart showing the AF processing procedure in step S12. First, the
[0089]
Next, the
[0090]
Then, a value (movement amount) ΔAFV * AFG obtained by multiplying the ΔAFV by a predetermined AF gain AFG is added to the current movement target position AF_CTRL, and the value is set as a new movement target position AF_CTRL (step S138). That is, AF_CTRL = AF_CTRL + ΔAFV * AFG.
[0091]
Next, the
[0092]
With the above processing, the
[0093]
Next, instead of using the difference ΔAFV = AFV_A−AFV_B between the focus evaluation value AFV_A of chA and the focus evaluation value AFV_B of chB as in the AF process shown in FIG. An AF process when the ratio ΔAFV = AFV_A / AFV_B between the focus evaluation value AFV_A of chA and the focus evaluation value AFV_B of chB is used as an element for setting the movement amount as described above will be described with reference to the flowchart of FIG. Note that the processing from step S150 to step S154 in the flowchart in FIG. 13 is exactly the same as the processing from step S130 to step S134 in FIG. 12, and therefore will be described from the processing in step S156 in FIG.
[0094]
The
[0095]
Then, the
[0096]
Next, the
[0097]
In the above embodiment, the case where two focus evaluation values are acquired from the two focus
[0098]
In the above embodiment, in AF control, the movement target position of the
[0099]
Further, although cases have been described with the above embodiment as examples where the present invention is applied to a television camera system, the present invention is not limited thereto, and can also be applied to a video camera and a still camera for capturing a still image. .
[0100]
【The invention's effect】
As described above, according to the autofocus system of the present invention, since the calibration means for calibrating the sensitivity of the focus evaluation value obtained from each image sensor is provided, the sensitivity of the focus evaluation value is appropriately calibrated, and the accuracy is improved. High autofocus can be performed. In addition, it is possible to automatically calibrate the sensitivity of the focus evaluation value, so that troublesome work can be eliminated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a television camera system to which an autofocus system according to the present invention is applied.
FIG. 2 is a diagram in which an optical axis of subject light incident on a video image sensor and an optical axis of subject light incident on a pair of focus state detection image sensors are displayed on the same line.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a focus evaluation value generation unit.
FIG. 4 is a diagram illustrating a state of a focus evaluation value with respect to a focus position when a certain subject is imaged, with a horizontal axis indicating a focus position of the photographing lens and a vertical axis indicating a focus evaluation value.
FIG. 5 is a flowchart showing the overall flow of processing in a CPU.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a procedure of focus evaluation value sensitivity calibration processing in a CPU.
FIG. 7 is a flowchart illustrating a procedure of focus evaluation value sensitivity calibration processing in a CPU.
FIG. 8 is a flowchart illustrating a procedure of focus evaluation value sensitivity calibration processing in a CPU.
FIG. 9 is a flowchart illustrating a procedure of focus evaluation value sensitivity calibration processing in the CPU.
FIG. 10 is a flowchart showing a processing procedure of focus control in FIG. 5;
FIG. 11 is a flowchart illustrating a processing procedure for calculating a focus evaluation value in a CPU.
FIG. 12 is a flowchart showing a processing procedure of AF processing in FIG. 10;
FIG. 13 is a flowchart illustrating a processing procedure in another form of AF processing;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記基準値及び前記ゲインを適切な値に設定することにより前記各撮像手段から得られる焦点評価値の感度が一致するように該感度を校正する校正手段を備え、
前記校正手段は、
コントラストのない画像を撮像した場合に前記各撮像手段から得られた焦点評価値を前記基準値として設定する基準値設定手段と、
前記撮影レンズのフォーカスを移動させた場合に前記各撮像手段から得られた焦点評価値の最大値が一致するように前記ゲインを設定するゲイン設定手段と、
を備えると共に、前記ゲイン設定手段によって前記ゲインを設定する際に、前記撮影レンズのズームを予め決められた位置に設定した状態でフォーカスを移動させることを特徴とするオートフォーカスシステム。The subject lens incident on the photographic lens is imaged by a plurality of imaging units arranged at positions having different optical path lengths, and the photographic lens is based on a focus evaluation value indicating the sharpness of each image captured by the plurality of imaging units. And a value obtained by multiplying the amount of change from a predetermined reference value of the focus evaluation value by a predetermined gain for each focus evaluation value obtained from each imaging means, In an autofocus system that is used as a focus evaluation value for controlling the focus of the photographing lens ,
A calibration unit that calibrates the sensitivity so that the sensitivity of the focus evaluation value obtained from each imaging unit matches by setting the reference value and the gain to appropriate values ;
The calibration means includes
Reference value setting means for setting a focus evaluation value obtained from each of the image pickup means as the reference value when an image without contrast is picked up;
Gain setting means for setting the gain so that the maximum value of the focus evaluation values obtained from the respective imaging means when the focus of the photographing lens is moved;
And an autofocus system that moves the focus while setting the zoom of the photographing lens to a predetermined position when the gain is set by the gain setting means .
前記基準値及び前記ゲインを適切な値に設定することにより前記各撮像手段から得られる焦点評価値の感度が一致するように該感度を校正する校正手段を備え、
前記校正手段は、
コントラストのない画像を撮像した場合に前記各撮像手段から得られた焦点評価値を前記基準値として設定する基準値設定手段と、
前記撮影レンズのフォーカスを移動させた場合に前記各撮像手段から得られた焦点評価値の最大値が一致するように前記ゲインを設定するゲイン設定手段であって、前記撮影レンズのフォーカスを高速で移動させて前記各撮像素子から得られる焦点評価値の最大値の存在を確認した後、前記フォーカスを低速で移動させて前記各撮像素子から得られる焦点評価値の最大値を精度良く検出するゲイン設定手段と、
を備えたことを特徴とするオートフォーカスシステム。 The subject lens incident on the photographic lens is imaged by a plurality of imaging units arranged at positions having different optical path lengths, and the photographic lens is based on a focus evaluation value indicating the sharpness of each image captured by the plurality of imaging units. And a value obtained by multiplying the amount of change from a predetermined reference value of the focus evaluation value by a predetermined gain for each focus evaluation value obtained from each imaging means, In an autofocus system that is used as a focus evaluation value for controlling the focus of the photographing lens ,
Comprising a calibration means for calibrating the sensitivity as the sensitivity of the focus evaluation values obtained from the respective imaging means coincides by setting the reference value and the gain to an appropriate value,
The calibration means includes
Reference value setting means for setting a focus evaluation value obtained from each of the image pickup means as the reference value when an image without contrast is picked up;
Gain setting means for setting the gain so that the maximum focus evaluation values obtained from the respective imaging means coincide with each other when the focus of the taking lens is moved ; A gain for accurately detecting the maximum value of the focus evaluation value obtained from each image sensor by moving the focus at a low speed after confirming the existence of the maximum value of the focus evaluation value obtained from each image sensor by moving Setting means;
Features and to Luo over autofocus system further comprising a.
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