JP4522249B2

JP4522249B2 - 撮像装置

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Publication number: JP4522249B2
Application number: JP2004366035A
Authority: JP
Inventors: 盛也太田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2024-12-17
Also published as: JP2006174244A; EP1672913A2; EP1672913A3; US7692711B2; US20060132617A1; EP1672913B1

Description

本発明は、交換可能なレンズ装置が装着され、静止画及び動画の撮影を行うカメラ等の撮影装置に関するものである。

従来、ビデオ・カメラ等の映像入力機器に用いられている自動焦点調節方式として、ＣＣＤ撮像素子等の固体撮像素子から得られる映像信号中の高周波成分を抽出し、この高周波成分が最大となるように撮影レンズを駆動して焦点を調節する、いわゆる山登り方式が知られている。このような自動焦点調節方式は、焦点調節用の特殊な光学部材が不要であり、遠方でも近くでも距離によらずに正確にピントを合わせることができるという長所を有する。
図１９を参照して、山登り方式の自動焦点調節装置を簡単に説明する。
被写体からの光は、固定されている第１レンズ群１１０、変倍用の第２レンズ群１１２（以下、変倍レンズという。）、絞り１１４、固定されている第３レンズ群１１６、及び、焦点調節機能と変倍による焦点面の移動を補正する機能とを兼ね備えた第４レンズ群１１８（以下、フォーカシング・レンズという。）を通って、撮像素子１２０の撮像面（光電変換面）に入射する。
撮像素子１２０は撮像面上の光学像を電気信号に変換する。撮像素子１２０の出力信号は、ＣＤＳ回路１２２によりサンプル・ホールドされ、ＡＧＣ回路１２４により所定レベルに増幅され、Ａ／Ｄ変換器１２６によりディジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器１２６の出力信号は、図示しないカメラ信号処理回路に供給される。カメラ信号処理回路の処理内容は、本発明とは関係しない周知のものであるので、これ以上の説明を省略する。Ａ／Ｄ変換器１２６の出力は、バンドパス・フィルタ（ＢＰＦ）１２８にも印加される。ＢＰＦ１２８は、Ａ／Ｄ変換器１２６から出力される映像データから所定の高周波成分を抽出する。ＢＰＦ１２８の出力は、ＡＢＳ回路１３０により全て正極性の信号に変換される。ゲート信号発生回路１３２は、撮影画面内での合焦検出領域内に相当する部分を指定するゲート信号を発生し、検波回路１３４は、ゲート信号発生回路１３２が出力するゲート信号に従って、ＡＢＳ回路１３０の出力から、合焦検出領域内に相当する信号のみを検波（例えば、ピークホールド又は積分）し、ＡＦ（自動焦点調節）評価値として垂直同期信号の整数倍に同期した間隔で出力する。
マイクロコンピュータからなる主制御回路１３６は、検波器１３４の出力（ＡＦ評価値）を取り込み、合焦度に応じたフォーカシング速度と、ＡＦ評価値が増加するモータ駆動方向とを決定し、モータ駆動回路１３８を制御する。モータ駆動回路１３８は、主制御回路１３６からの指令に従ってフォーカス・モータ１４０を駆動し、フォーカシング・レンズ１１８を指定の位置に指定の速度で移動させる。これにより、ＢＰＦ１２８の出力が最大になる位置に、フォーカシング・レンズ１１８が制御される。
主制御回路１３６はまた、ユーザの変倍操作に応じて、モータ駆動回路１４２によりズーム・モータ１４４を回転させ、変倍レンズ１１２を指定の位置まで移動させる。これにより、焦点距離を変更でき、撮影倍率が変化する。

図２０は、主制御回路１３６による山登り制御方式の自動焦点調節動作のフローチャートを示す。
主制御回路１３６は、垂直同期信号の整数倍に同期した間隔で検波器１３４の出力（ＡＦ評価値）を取り込みつつ、自動焦点調節制御を実行する。電源投入時又は撮影準備モードに入ったときに、ＡＦ帰還制御を起動し（Ｓ１）、ＡＦ評価値が大きくなる方向にフォーカシング・レンズ１１８を駆動して山登り制御を行なう（Ｓ２）。山の頂上を一度オーバーシュートしてから戻すことで山の頂点を判断し（Ｓ３）、最もレベルの高い点で停止し、再起動を待機する（Ｓ４）。ＡＦ評価値のレベルが停止時のレベルより下がったことを検出すると、ＡＦ帰還制御を再起動する（Ｓ５）。
また、ＢＰＦ１２８により映像信号中の高域成分を抽出する方式の他に、近年、画像圧縮等で用いられる二次元直交変換器の変換結果から高域成分を抽出し、自動焦点調節に利用する構成も提案されている。
また、特開平８−３２７８９３公報にて、焦点検出光学系を変更することなく、焦点検出対象の空間周波数の影響を排除し、常に最良像面位置に基づいた焦点調節を行う動焦点調節装置が提案されている。
特開平８−３２７８９３公報

昨今、カメラの撮像のためにレンズのズーム化およびその高倍率化と撮像手段の高画素化、高密度化が加速しており、静止画及び動画が撮影可能で、静止画撮影においては記録画素数が選択可能なものや、動画においてもＮＴＳＣ、ＰＡＬといった従来のＴＶ方式だけでなくハイビジョン方式といった撮像を行うことができる撮像装置が考案、普及してきているため、交換レンズシステムにおいてカメラおよびレンズはその発売時期により撮像手段や解像力の向上、高画質化が進み、また、様々な形態へと広がりつつある。
例えば初期の交換レンズシステムにおいては標準ＴＶ信号のみの映像記録であったものが、ＴＶ信号よりも高解像度な静止画やハイビジョンの撮影が可能カメラおよびレンズが開発、発売され、新、旧それぞれのカメラレンズが存在するようになる。これらの組合せは市場性、商品性、互換性において互いの組合せにおける撮影が問題なく行える事が好ましい。例えばカメラがＨＤ対応で、旧レンズが標準ＴＶ用で設計されている物との組合せでも撮影が行えないとなると交換レンズシステムとしての市場性、商品性の魅力が著しく落ちてしまうからである。

しかしながらこの組合せの場合、例えばカメラは高解像度なハイビジョンのため、図５に示されるように解像する空間周波数は高く従って映像信号から検出する高周波成分の抽出周波数特性も従来のＴＶ方式と比較して高いものが必要となり、場合によっては更なる情報を要しないと適切なＡＦが行なえない場合も容易に想像できる。一方この例の場合レンズは標準ＴＶ用の解像度しか持たないばかりか、レンズ内にＡＦシステムが存在することもある。しかしながらそのＡＦシステムは旧来の標準ＴＶ用のものしか持っていない。ＡＦを行うための合焦検出手段としては前述したように映像信号中の高周波成分を抽出して行うが、その抽出する周波数はそのカメラによってあらかじめ固定されているため、例えば、前述の組合せでカメラの合焦信号をハイビジョン用に設定されていた場合、特性が合わずにＡＦの動作が適切なものでなくなったり、また、ＡＦシステムがレンズの中に存在している場合は旧来のＴＶ用のＡＦしか行なうことが出来ないため、適切な動作が行なえなかったり、場合によっては動作しないことも考えられる。

適切な動作が出来ないとはこの場合、抽出する信号の周波数が高いため、図６に示されるようにピークが抽出する周波数が低い場合に比べてボケたときの信号変化が少なく、応答性が遅くなり、レンズの解像以上の信号で合焦動作を行なうためレンズの収差のばらつきのピークを検出してしまいボケと止まってしまうことも想像可能である。
逆にレンズがハイビジョン用でカメラが標準ＴＶ用、ＡＦはレンズでハイビジョン用のもの、合焦のための信号はカメラで作成しレンズに送信する場合、レンズは標準ＴＶ用の信号しか来ないためハイビジョン用のＡＦを行なうとボケからの起動や、合焦近辺での安動作が良好に行なえないことが考えられる。
また、例えば、静止画及びＮＴＳＣ方式の動画が撮影可能なカメラでレンズがＮＴＳＣに合わせたＡＦ機能を有し、カメラの合焦信号がＮＴＳＣ方式の抽出する周波数に合わせ、静止画でＮＴＳＣ方式よりも高画素、高密度に記録する事を想定する。

図７はＮＴＳＣの解像する空間周波数特性と静止画撮影の時の高画素、高密度で記録するときの解像する空間周波数の比較を示したものである。
この図７に示されるように、例えばＮＴＳＣの場合の解像する空間周波数をＮＴＳＣＨｚとし、静止画撮影では例えばＮＴＳＣの必要な空間周波数よりも多い画素数の３００万画素で撮影を行うと仮定した場合の解像する空間周波数「Ｓｔｉｌ−３００」ＨｚはＮＴＳＣでの解像する空間周波数よりも高くなる、というように異なる。ここで解像する空間周波数は図７中の矢印に在るように解像可能な限界の周波数でなく、ＭＴＦの十分高い周波数を対象の解像する空間周波数とする。この決め方は任意では在るが、限界解像空間周波数の８０％程度を目安とすると十分なＭＴＦが得られる。
従ってＮＴＳＣの解像する空間周波数「ＮＴＳＣ」ＨｚをＡＦの合焦検出のための周波数特性として３００万画素の静止画を撮影する場合にその空間周波数の解像限界の違いからピントのボケが認識できてしまう場合がある。つまり、「Ｓｔｉｌ−３００」Ｈｚの被写体に対してはピントのピークの検出ができないためである。

図６に抽出周波数が高い場合のＡＦの高周波成分の信号の出力とピントの位置の関係を表す。
この図６に示されるように抽出周波数の低い場合のピークの位置幅に対し、抽出周波数の高い場合のピーク位置幅は狭くなるためで、この例の場合「ＮＴＳＣ」Ｈｚでピークの信号であっても必ずしも「Ｓｔｉｌ−３００」Ｈｚではピークでないためである。一方前述の場合に静止画撮影のためにＡＦの抽出周波数をあわせると静止画撮影においてはピントのあった撮影が良好に行えるが、動画を撮影した場合に、ＡＦ動作が動画用に抽出周波数を設定した場合と比較して図６に示されるように信号のピークの立ち上がり方が急峻なため、空間周波数の低い「ＮＴＳＣ」Ｈｚでのフィルター特性だとピークから離れた場合に空間周波数「Ｓｔｉｌ−３００」Ｈｚに合わせたＡＦの抽出周波数が高い場合よりも信号変化が在るため、ボケ状態からの合焦位置の検出がわかりやすく、そのため応答性が劣化し、同様にピーク付近ではピークの位置幅が狭いためピーク位置をオーバーシュートして、安定性が欠くなどの問題が発生するなど固定された所定のＡＦ信号の周波数特性ではそれぞれについての最適な結果を得ることができない。
また、このような静止画と動画が撮影可能なカメラにおいては動画撮影と静止画撮影で必要とされる解像する空間周波数は異なる場合が多くなりつつある。しかしながらこのようなカメラの場合、静止画の記録を行うまでは動画状態での画角合わせが必要なため、静止画撮影といっても、一義的に静止画撮影のためのＡＦ特性の周波数でＡＦを行ってしまうとボケからの応答性や合焦付近でのピーク位置検出に動画用に設定した場合よりも時間が掛かり、安定しないといった問題が発生する可能性がある。

一方、静止画撮影だけを例にとって見ても、記録時の圧縮率や画素数などの撮影画の設定が複数以上あるカメラの場合、その設定によっては必要な解像する空間周波数特性が異なる。
例えば撮影画素数が１００万画素と２００万画素と選ぶことが出来る場合それらにおける必要なＡＦの周波数特性は図８に示すように異なる。
この図８に示されるように２００万画素での撮影に必要なＡＦの解像する空間周波数の周波数特性は１００万画素での撮影に必要な周波数特性よりも高い周波数特性が必要となり、また、１００万画素での撮影では２００万画素での撮影に必要な高い周波数特性は必要としない。仮に１００万画素での撮影に必要なＡＦ周波数特性に設定した場合、２００万画素での撮影においてＡＦ結果はピントボケが認識できてしまう場合が発生しやすい。図６に空間周波数が高い場合のＡＦの高周波成分の信号の出力とピントの位置の関係を表したように抽出周波数の低い場合のピークの位置幅に対し、抽出周波数の高い場合のピーク位置幅は狭くなるためで、この例の場合１００万画素での解像する抽出周波数でＡＦの周波数特性としてもそのピークの信号が必ずしも２００万画素でのピーク位置ではないためである。逆に２００万画素での撮影に必要な周波数特性に設定して１００万画素での撮影でＡＦを行った場合、１００万画素の撮影に必要なＡＦの抽出周波数と比較して図６に示されるように信号のピークの立ち上がり方が急峻なため、空間周波数の低い１００万画素での空間周波数をＡＦの周波数特性にするとピークから離れた場合に空間周波数２００万画素に合わせてＡＦの周波数特性を高くした場合よりも信号変化が在るため、ボケ状態からの合焦位置の検出がわかりやすく、そのため応答性が劣化し、同様にピーク付近ではピークの位置幅が狭いためピーク位置をオーバーシュートして、安定性が欠くなどの問題が発生するなど固定された所定のＡＦ信号の周波数特性ではそれぞれについての最適な結果を得ることができない。
また、レンズの性能は焦点距離、フォーカス位置、絞りによって異なり、それらはレンズの解像力変化の要因でもある。

従ってレンズの状態からＡＦのために必要な周波数特性もそれぞれの状態によって変化してくる。例えば焦点距離については図９に示すようにワイドとテレでは解像する空間周波数が異なる。一般にワイドではテレよりも被写体像が細かくなるため解像する空間周波数はテレよりも高い。昨今ズームの高倍率化が進む中でワイド端とテレ端の解像する空間周波数の差は大きくなりやすい傾向にある。
図９ではワイドでの解像する空間周波数は３ＭＨｚに対しテレでは０．５ＭＨｚのレンズがあったとする。この場合ＡＦのために必要な周波数特性はワイドはテレより高いものが必要となり、テレではワイドで必要な高い周波数特性は必要としない。仮にテレの必要な周波数に設定した場合、ワイドにおいてＡＦ結果はピントボケが認識できてしまう場合が発生しやすい。
図６に抽出周波数が高い場合のＡＦの高周波成分の信号の出力とピントの位置の関係を表したように抽出周波数の低い場合のピークの位置幅に対し、抽出周波数の高い場合のピーク位置幅は狭くなるためで、この例の場合テレでの解像する空間周波数でＡＦの抽出周波数特性としてもそのピークの信号が必ずしもワイドでのピーク位置ではないためである。逆にワイドの必要な周波数に設定しテレでＡＦを行った場合、ボケからの応答性や合焦付近でのピーク位置検出にテレ用で設定した場合よりも時間が掛かり、安定しないといった問題が発生する。
図６に示されるように信号のピークの立ち上がり方が急峻なため、空間周波数の低いテレでの空間周波数をＡＦの周波数特性にしたときと比較するとピークから離れた場合に空間周波数をワイドに合わせてＡＦの周波数特性を高くした場合よりも信号変化が在るため、ボケ状態からの合焦位置の検出がわかりやすく、そのため応答性が劣化し、同様にピーク付近ではピークの位置幅が狭いためピーク位置をオーバーシュートして、安定性が欠くなどの問題が発生するなど固定された所定のＡＦ信号の周波数特性ではそれぞれについての最適な結果を得ることができない。また、絞りによってレンズの解像力は変化する。

図１０に示されるように絞りのＦＮｏによって解像する空間周波数は異なり、開放付近での必要な周波数と絞り込み付近での必要周波数は異なる。例えばＦナンバー２〜３２まで変化可能なしぼりがあると仮定する。
図１０に示されるようにＦ２での解像する空間周波数は２ＭＨｚ、Ｆ８では３．５ＭＨｚ、Ｆ１６では１ＭＨｚとするとＡＦのために必要な周波数特性はＦ８ではＦ２やＦ１６より高い周波数が必要となり、また、Ｆ１６ではＦ２やＦ８などで必要な高い周波数特性は必要としない。仮にＦ１６の必要な周波数に設定した場合、Ｆ２やＦ８においてＡＦ結果はピントボケが認識できてしまう場合が発生しやすい。
図６に抽出周波数が高い場合のＡＦの高周波成分の信号の出力とピントの位置の関係を表したように抽出周波数の低い場合のピークの位置幅に対し、抽出周波数の高い場合のピーク位置幅は狭くなるためで、この例の場合Ｆ１６での解像する空間周波数でＡＦの周波数特性としてもそのピークの信号が必ずしもＦ８やＦ２でのピーク位置ではないためである。逆にＦ８の必要な周波数に設定しＦ２やＦ１６でＡＦを行った場合、ボケからの応答性や合焦付近でのピーク位置検出にＦ２はＦ２用やＦ１６はＦ１６用で設定した場合よりも時間が掛かり、安定しないという問題が発生する。
図６に示されるように信号のピークの立ち上がり方が急峻なため、空間周波数の低いＦ１６での空間周波数をＡＦの周波数特性にするとピークから離れた場合に空間周波数Ｆ８に合わせてＡＦの抽出周波数を高くした場合よりも信号変化が在るため、ボケ状態からの合焦位置の検出がわかりやすく、そのため応答性が劣化し、同様にピーク付近ではピークの位置幅が狭いためピーク位置をオーバーシュートして、安定性が欠くなどの問題が発生するなど固定された所定のＡＦ信号の周波数特性ではそれぞれについての最適な結果を得ることができない。

更に、フォーカス位置によってレンズの解像力は変化することがある。
図１１はフォーカスの位置における解像する空間周波数が異なる例である。無限端での解像する空間周波数は３ＭＨｚに対し至近端では１．５ＭＨｚのレンズがあったとする。この場合ＡＦのために必要な周波数特性は無限端は至近端より高いものが必要となり、至近端では無限端で必要な高い周波数特性は必要としない。仮に至近端の必要な周波数に設定した場合、無限端においてＡＦ結果はピントボケが認識できてしまう場合が発生しやすい。
図６に抽出周波数が高い場合のＡＦの高周波成分の信号の出力とピントの位置の関係を表したように抽出周波数の低い場合のピークの位置幅に対し、抽出周波数の高い場合のピーク位置幅は狭くなるためで、この例の場合至近端での解像する空間周波数でＡＦの周波数特性としてもそのピークの信号が必ずしも無限端でのピーク位置ではないためである。逆に無限端の必要な周波数に設定し至近端でＡＦを行った場合、ボケからの応答性や合焦付近でのピーク位置検出に至近端用に設定した場合よりも時間が掛かり、安定しないといった問題が発生する。
図６に示されるように信号のピークの立ち上がり方が急峻なため、空間周波数の低い至近端での空間周波数をＡＦの抽出周波数にするとピークから離れた場合に空間周波数無限端に合わせてＡＦの周波数特性を高くした場合よりも信号変化が在るため、ボケ状態からの合焦位置の検出がわかりやすく、そのため応答性が劣化し、同様にピーク付近ではピークの位置幅が狭いためピーク位置をオーバーシュートして、安定性が欠く等の問題が発生するなど固定された所定のＡＦ信号の周波数特性ではそれぞれについての最適な結果を得ることができない。
また、前述したようにカメラの静止画及び動画や撮像する状態、画素数、圧縮比などのカメラの撮像状態から必要なＡＦの解像する空間周波数と、レンズの焦点距離、絞り、フォーカスなどのレンズの状態から必要なＡＦの解像するための空間周波数特性が得られる場合、それらを比較し、例えばカメラの撮像状態からの周波数がレンズの状態からの必要な周波数特性よりも高い場合に、カメラの撮像状態からの周波数でＡＦを行ったとしてもレンズにはその高さまでの周波数数特性は必要でないだけでなく、レンズの状態からの必要な周波数特性でＡＦを行った場合と比較して、合焦までに時間が掛かり、安定しないといった問題が発生する。

また、カメラの撮像状態からの周波数がレンズの状態からの必要な周波数特性よりも低い場合に、レンズの状態からの必要な周波数特性でＡＦを行ったとしてもカメラにはその高さまでの周波数数特性は必要でないだけでなく、カメラの撮像状態からの周波数でＡＦを行った場合と比較して、合焦までに時間が掛かり、安定しないという問題が発生する。図６に示されるように信号のピークの立ち上がり方が急峻なため、抽出周波数の低い方の抽出周波数をＡＦの抽出周波数にするとピークから離れた場合に抽出周波数の高い方に合わせてＡＦの抽出周波数を高くした場合よりも信号変化が在るため、ボケ状態からの合焦位置の検出がわかりやすく、そのため応答性が劣化し、同様にピーク付近ではピークの位置幅が狭いためピーク位置をオーバーシュートして、安定性が欠くなどの問題が発生する等必要以上に高く周波数を設定することがある。
このように装着されるレンズにはレンズの種類やレンズの状態により、カメラはカメラの種類やカメラの撮影状態により解像する周波数が異なることで生じる様々な課題を述べた。
そこで、本発明は、ピントのボケが認識できてしまう場合や、応答性が劣化し、オーバーシュートし、安定性が欠く場合に、どのような交換レンズ及びそのレンズ状態及びカメラとの組合せ、撮影状態においても良好な自動焦点調節性能を実現できる撮影装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明の撮影装置は、レンズの状態を検出するレンズ制御手段を有する交換可能なレンズ部と、前記レンズ部により結像された像を電気信号に変換し、前記電気信号から所定の周波数を抽出し、前記像の合焦度を検出する合焦検出手段と、撮像手段と、前記合焦検出手段に前記抽出する周波数を送信するカメラ制御手段と、前記撮像手段における撮影状態を検出する撮影状態検出手段と、を有するカメラ部と、を備えた撮影装置において、
前記レンズ制御手段は、前記レンズの状態から解像する空間周波数を検出し、前記カメラ制御手段は、前記撮影状態検出手段において検出された前記撮影状態から解像する空間周波数を検出し、前記レンズ制御手段または前記カメラ制御手段は、前記レンズの状態から検出された空間周波数及び前記撮影状態から検出された空間周波数の低い方に基づいて、前記抽出する周波数を決定しており、前記レンズ制御手段にて前記抽出する周波数が決定された場合、前記抽出する周波数は、前記レンズ制御手段から前記カメラ制御手段を介して前記合焦検出手段に送信され、前記カメラ制御手段にて前記抽出する周波数が決定された場合、前記抽出する周波数は、前記カメラ制御手段から前記合焦検出手段に送信される。

本発明の撮影装置により、ピントのボケが認識できてしまう場合や、応答性が劣化し、オーバーシュートして、安定性が欠く場合に、どのような交換レンズ及びそのレンズ状態及びカメラとの組合せ、撮影状態においても良好な自動焦点調節性能を実現できる。

以下、本発明を、その実施例、参考例に基づいて、図面を参照して説明する。

（参考例１）
以下、図面を参照し、参考例１を詳細に説明する。
図１は、参考例１の概略構成ブロック図を示す。
交換可能なレンズであるレンズ部２００は、レンズマウント２０１ａ及びカメラマウント２０２ａを介してカメラ部２０１に着脱される。
被写体からの光は、固定されている第１レンズ群１０、変倍レンズ１２、固定されている第３レンズ群１６、絞り１８、及び、フォーカシング・レンズ１９を通って、撮像素子２０の撮像面（光電変換面）に入射する。撮像素子２０は、撮像面上の光学像を電気信号に変換する。撮像素子２０の出力信号は、ＣＤＳ回路２２によりサンプル・ホールドされ、ＡＧＣ回路２４により所定レベルに増幅され、Ａ／Ｄ変換器２６によりディジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器２６の出力信号は、図示しないカメラ信号処理回路に供給される。
Ａ／Ｄ変換器２６の出力は、ＡＦプリプロセス回路２８に入力する。ＡＦプリプロセス回路２８は、詳細は後述するが、ＡＦ評価値を生成し、マイクロコンピュータからなるカメラ主制御回路３０に供給する。カメラ主制御回路３０は、ＡＦプリプロセス回路２８の出力（ＡＦ評価値）を取り込み、カメラマウント及びレンズマウントを介しレンズ主制御回路３１に通信にて出力する。レンズ主制御回路３１は合焦度に応じたフォーカシング速度と、ＡＦ評価値が増加するモータ駆動方向とを決定し、モータ駆動回路３２を制御する。モータ駆動回路３２は、レンズ主制御回路３１からの指令に従ってフォーカス・モータ３４を駆動し、フォーカシング・レンズ１９を指定の位置に指定の速度で移動させる。これにより、ＡＦ評価値が最大になる位置に、フォーカシング・レンズ１９が制御される。レンズ主制御回路３１はまた、ユーザの変倍操作に応じて、モータ駆動回路３６によりズーム・モータ３８を回転させ、変倍レンズ１２を指定の位置まで移動させる。これにより、焦点距離を変更でき、撮影倍率が変化する。

図２は、ＡＦプリプロセス回路２８の一例の概略構成ブロック図を示し、図３は、画面内の合焦検出領域と、合焦検出領域内の画素構成の説明図である。１フレーム又は１フィールドの画面５４内に合焦検出領域５６が設定される。合焦検出領域５６は複数の水平ライン５８からなり、各水平ライン５８は複数の画素６０からなる。
図２に示されるようにライン・メモリ４０はＡ／Ｄ変換器２６の出力データから、合焦検出領域５６の１水平ラインの画素データＰ０，Ｐ１，・・・，Ｐｎを記憶する。離散コサイン変換（ＤＣＴ）回路４２はライン・メモリ４０に記憶される１水平ラインの画像データを直交変換し、周波数領域データＦ０，Ｆ１，・・・，Ｆｎを出力する。重み付け回路４４は、ＤＣＴ回路４２の出力に、各周波数成分がほぼ均一のレベルになるように予め決められた定数Ｋ０〜Ｋｎを乗算する。
即ち、重み付け回路４４は、ｋ０×Ｐ０、Ｋ１×Ｐ１、・・・及びＫｎ×Ｐｎを出力する。
所定周波数成分抽出回路４６は重み付け回路４４の出力ｋ０×Ｐ０、Ｋ１×Ｐ１、・・・及びＫｎ×Ｐｎから、カメラ主制御回路３０により指令される成分のみを抽出して出力する。ライン・ピーク・ホールド回路４８は、所定周波数成分抽出回路４６から出力される１ライン分の出力の内の最大値をホールドし、１水平ライン毎にホールド値を次の水平ラインの最大値で更新する。
加算器５０及びレジスタ５２はアキュムレータを構成している。このアキュムレータは垂直方向の積分回路として機能し、ライン・ピーク・ホールド回路４８の出力を累積加算する。即ち、当初、レジスタ５２にはゼロをセットしておく。そして、加算器５０はライン・ピーク・ホールド回路４８の出力にレジスタ５２の出力を加算し、加算結果をレジスタ５２に書き込む。これを合焦検出領域５６の全水平ライン５８について実行することで、合焦検出領域の全水平ライン５８の所定周波数成分の最大値の累積値がレジスタ５２に格納される。レジスタ５２の記憶値が、ＡＦ評価値としてカメラ主制御回路３０に供給される。

図４は、ライン・メモリ４０、ＤＣＴ回路４２、重み付け回路４６及び所定周波数成分抽出回路４６におけるデータの変遷の一例を示す。図４（ａ）はライン・メモリ４０に格納されるデータ列、同（ｂ）はＤＣＴ回路４２から出力されるデータ列、図４（ｃ）は重み付け回路４２の出力データ列を示す。図４（ｄ），（ｅ）及び（ｆ）は、所定周波数成分抽出回路４６の出力例である。ＤＣＴ回路４２の出力Ｆ０〜Ｆｎでは、Ｆ０が直流成分付近の最も低い周波数成分で、Ｆ１，Ｆ２，・・・の順で徐々に周波数が高くなり、Ｆｎが最も高い周波数成分になる。
カメラ主制御回路３０はレンズ主制御回路３１の通信からレンズの識別信号を得る。
本発明ではカメラはＡＦのための信号をレンズに送信する際この識別信号によってその内容を変更することができる。参考例１では映像信号からの抽出する周波数特性を変更してレンズに送信することを説明する。
例えば交換可能でＡＦを行なうレンズが複数種類有り、それらにおいてＡＦの方式が異なる場合にそれぞれに合ったＡＦ信号があらかじめ分かっている場合はレンズの識別情報からそれぞれに合わせた信号を出力するのである。
これによりどの組合せでも良好なＡＦをおこなうことが実現できる。

図１２にフローを示す。Ｓ７０１においてカメラ主制御回路３０はレンズの識別情報を取得する。Ｓ７０２においてレンズの識別情報から映像信号から抽出する周波数の帯域を判定し、Ｓ７０３において決定する。このときカメラ主制御回路はレンズ主制御回路に抽出している周波数の情報をレンズに通信して送るかどうかをレンズの識別信号から判定し、必要に応じて送信することが可能である。
この機能により、ＡＦを行なう際に映像信号からの抽出する周波数が異なる場合でも容易に対応することが出来、良好なＡＦが行なえる。
仮に抽出する周波数が低い場合は図６のように合焦のピーク付近での信号変化が少ないためピーク位置の検出がおこないにくく、ボケが残りやすい。一方、抽出する周波数が高い場合はボケ時の信号変化が少ないためボケからの応答性が鈍くなってしまうといった問題があり、本実施例によってどのカメラとレンズ組合せにおいてもこの問題が解決できる。

次に、本発明の実施例１について説明する。
本発明の目的はレンズの状態と撮影の状態を加味し、解像する空間周波数を求め映像信号からの抽出する高周波成分の帯域を求めるものである。
図１３に関して、図１と同じ符号を付した符号の説明は、省略する。
図１３に示されるように、撮影状態検出手段８７は、静止画及び動画、撮像する画像のサイズ、画素数、圧縮率、画素密度などの撮影状態を検出し、それぞれカメラ主制御回路３０に入力される。また、レンズの状態はレンズ主制御回路３１に入力される。例えば同じレンズ、撮像手段であっても、レンズの状態や撮影モード、圧縮率で、解像可能な空間周波数も異なってくる。撮影の状態が静止画２００万画素圧縮無しで解像する空間周波数が１０ＭＨｚとしても、レンズの状態がテレ端無限Ｆ８の場合に解像する空間周波数が０．５ＭＨＺであるとすると、ＡＦのための映像信号の抽出する周波数は０．５ＭＨｚでよい。空間周波数が高く抽出する周波数高くすると合焦ピーク付近以外では信号の変化が少ないためボケ時の合焦方向が見つけにくいなどの問題が有り、ＡＦのための映像信号の抽出する高周波成分の周波数帯域は低いほうボケ時の信号変化が得られることから比較すると応答性が良くなるため必要以上に抽出周波数は高く設定したくないためである。
従って、解像する空間周波数はレンズの特性及び撮像の状態を加味して求めることでどのような撮像手段におけるカメラでも、どのような光学性能を持つレンズとの組合せにおいても、常に最適なＡＦを行えるようにするものである。

主制御回路３０及び３１は空間周波数検出機能及び抽出周波数判定機能を有し、図１４、図１５に示すように内蔵するＲＯＭ３０ａ、３１ａ等に抽出周波数判定データを保有しており、撮像状態及びレンズ状態から内蔵ＲＯＭ３０ａ，３１ａ等に記憶される抽出周波数判定データに従い、所定周波数成分抽出回路４６にどの帯域の周波数成分データを抽出させるかを決定させる。
例えばカメラはレンズからの指示で抽出周波数を決定する場合、図１６のフローを用いて説明する。
Ｓ１１０１においてカメラは撮影状態を読み込みＳ１１０２において解像する空間周波数または、映像信号から抽出すべき周波数をレンズに送信し、Ｓ１１０３においてレンズはレンズの状態を読み込み、Ｓ１１０４において得られる解像する空間周波数またはそこから得られる映像信号から抽出する周波数を比較し、Ｓ１１０５においてそれらの低いほうを抽出する周波数としてカメラに指示し、Ｓ１１０４においてカメラはその指示に従って信号を得る。

また、カメラはレンズからレンズ情報を得ても良く、図１７のフローで説明すると、Ｓ１２０１においてレンズ主制御回路３１はレンズ状態を読み込み、Ｓ１２０２においてレンズ状態における解像する空間周波数または映像信号からの抽出する周波数情報を取得し、Ｓ１２０３においてカメラ主制御回路３０に送信し、Ｓ１２０４においてカメラ主制御回路３０は撮影状態を読み込み、Ｓ１２０５において撮影状態から解像する空間周波数または映像信号から抽出する周波数を検出し、Ｓ１２０３で得たレンズ状態からの情報と比較し、Ｓ１２０６においてそれらの低いものを抽出する周波数として信号を得ても良い。あるいは、自動合焦手段はカメラ内部にあり、速度と方向、駆動量といったＡＦ駆動情報をレンズに通信し、ＡＦを行なう、いわゆる一眼レフタイプのカメラにおいても容易に応用はできる。

図１８のフローで説明すると、Ｓ１３０１においてレンズ主制御回路３１はレンズ状態を読み込み、Ｓ１３０２においてレンズ状態における解像する空間周波数または映像信号からの抽出する周波数情報を取得し、Ｓ１３０３においてカメラ主制御回路３０に送信し、Ｓ１３０４においてカメラ主制御回路３０は撮影状態を読み込み、Ｓ１３０５において撮影状態から解像する空間周波数または映像信号から抽出する周波数を検出し、Ｓ１３０３で得たレンズ状態からの情報と比較し、Ｓ１３０６においてそれらの低いものを抽出する周波数として信号を得て、ＡＦを行う。
いずれの場合も抽出周波数判定データはレンズ情報と撮影状態における解像する空間周波数を含み、空間周波数検出機能及び抽出周波数判定機能を有し現在の撮影状態から解像する空間周波数を検出、求め、その周波数を含む帯域を選択するように所定周波数成分抽出回路４６に出力する。選択する周波数帯域はこのレンズの空間周波数そのものでも構わない。上限下限を超える場合は上限値、下限値に設定するのはいうまでもない。
例えばレンズ情報からワイド端・Ｆ８・無限端、撮影状態が動画，ＮＴＳＣの場合、レンズ情報からは５ＭＨｚ、撮像状態からは３ＭＨｚと得られるとすると、３ＭＨｚ＜５ＭＨｚなので、解像する周波数は３ＭＨｚと求められる。
従ってこの場合、所定周波数成分抽出回路４６に抽出する周波数帯域を３ＭＨｚと指示する。このときの解像する空間周波数は解像する限界の周波数ではなく、ＭＴＦの十分な周波数であり、例えば解像限界周波数の８０％程度のものである。
そうすることにより以上の例ではレンズ情報＋撮像状態においてのＡＦ結果は撮像状態のみの解像する空間周波数よりも低い周波数帯域でのＡＦでなく、レンズ情報＋撮像情報の解像する空間周波数にあわせているためピントボケが認識できてしまうことがなくなる。

図６に抽出周波数が高い場合のＡＦの高周波成分の信号の出力とピントの位置の関係を表したように抽出周波数の低い場合のピークの位置幅に対し、抽出周波数の高い場合のピーク位置幅は狭くなるために、この例の場合テレでの解像する空間周波数でＡＦの周波数特性としてもそのピークの信号が必ずしもレンズ情報＋撮像情報でのピーク位置ではないためであったが、レンズ情報＋撮像情報はレンズ情報＋撮像情報の解像する空間周波数に抽出する周波数とすることでこの問題を解決できる。
また、この場合においてはレンズ情報＋撮像情報の解像する空間周波数に応じて抽出する周波数帯域を指示することで、ボケからの応答性や合焦付近でのピーク位置検出にレンズ情報用で設定した場合よりも時間が掛かり、安定しないといった問題を解決することができる。図６にあるような抽出周波数の低い圧縮有り撮影においても抽出周波数の高い圧縮無し撮影の周波数にあわせた周波数を抽出した場合に信号のピークの立ち上がり方が急峻なため、空間周波数の低い撮像状態のみでの空間周波数をＡＦの周波数特性にしたときと比較するとピークから離れた場合に空間周波数を圧縮無し撮影に合わせてＡＦの周波数特性を高くした場合よりも信号変化が在るため、ボケ状態からの合焦位置の検出がわかりやすく、そのため応答性が劣化し、同様にピーク付近ではピークの位置幅が狭いためピーク位置をオーバーシュートし、安定性が欠くなどの問題が発生するといった問題があったが、レンズ情報＋撮像情報の解像する空間周波数のどちらか低い方にあわせた抽出する周波数とすることでこの問題を解決できる。

本発明の参考例１の概略構成ブロック図である。ＡＦプリプロセス回路の一例の概略構成ブロック図である。画面内の合焦検出領域と合焦検出領域内の画素構成の説明図である。ライン・メモリ４０、ＤＣＴ回路４２、重み付け回路４６及び所定周波数成分抽出回路４６におけるデータ特性図である。映像信号から検出する高周波成分の抽出周波数特性図である。抽出周波数が高い場合のＡＦの高周波成分の信号の出力とピントの位置の関係図である。ＮＴＳＣの解像する空間周波数特性と静止画撮影の時の高画素、高密度で記録するときの解像する空間周波数の比較図である。ＡＦの解像する空間周波数の周波数特性図である。ワイドとテレの解像する空間周波数特性図である。絞りのＦＮｏによって解像する空間周波数特性図である。フォーカスの位置における解像する空間周波数特性図である。本発明の参考例１の動作フロー図である。本発明の実施例１の概略構成ブロック図である。本発明の実施例１を構成する主制御回路の説明図である。本発明の実施例１を構成する主制御回路の説明図である。本発明の実施例１の動作フロー図である。本発明の実施例１の動作フロー図である。本発明の実施例１の動作フロー図である。従来例の山登り方式の自動焦点調節装置の構成図である。従来例の山登り制御方式の主制御回路による自動焦点調節動作のフローチャートである。

１０第１レンズ群
１２変倍レンズ
１６第３レンズ群
１８絞り
１９フォーカシング・レンズ
２０撮像素子
２２ＣＤＳ回路
２４ＡＧＣ回路
２６Ａ／Ｄ変換器
２８ＡＦプリプロセス回路
３０カメラ主制御回路
３１レンズ主制御回路
２００レンズ部
２０１ａレンズマウント
２０１カメラ部
２０２ａカメラマウント

Claims

レンズの状態を検出するレンズ制御手段を有する交換可能なレンズ部と、前記レンズ部により結像された像を電気信号に変換し、前記電気信号から所定の周波数を抽出し、前記像の合焦度を検出する合焦検出手段と、撮像手段と、前記合焦検出手段に前記抽出する周波数を送信するカメラ制御手段と、前記撮像手段における撮影状態を検出する撮影状態検出手段と、を有するカメラ部と、を備えた撮影装置において、
前記レンズ制御手段は、前記レンズの状態から解像する空間周波数を検出し、前記カメラ制御手段は、前記撮影状態検出手段において検出された前記撮影状態から解像する空間周波数を検出し、前記レンズ制御手段または前記カメラ制御手段は、前記レンズの状態から検出された空間周波数及び前記撮影状態から検出された空間周波数の低い方に基づいて、前記抽出する周波数を決定しており、
前記レンズ制御手段にて前記抽出する周波数が決定された場合、前記抽出する周波数は、前記レンズ制御手段から前記カメラ制御手段を介して前記合焦検出手段に送信され、
前記カメラ制御手段にて前記抽出する周波数が決定された場合、前記抽出する周波数は、前記カメラ制御手段から前記合焦検出手段に送信されることを特徴とする撮影装置。
前記レンズ部と前記カメラ部は、それぞれ通信するための通信手段を有し、前記レンズ制御手段は、前記レンズの状態から検出された前記空間周波数を前記通信手段を介して前記カメラ制御手段に送信し、
前記カメラ制御手段は、前記抽出する周波数を決定することを特徴とする請求項１に記載の撮影装置。
前記レンズ部と前記カメラ部は、それぞれ通信するための通信手段を有し、
前記カメラ制御手段は、前記撮影状態から検出された前記空間周波数を前記通信手段を介して前記レンズ制御手段に送信し、
前記レンズ制御手段は、前記抽出する周波数を決定し、前記通信手段を介して前記カメラ制御手段に前記抽出する周波数を送信することを特徴とする請求項１に記載の撮影装置。
前記レンズの状態は、焦点距離情報を含むことを特徴とする請求項１に記載の撮影装置。
前記レンズの状態は、フォーカス位置情報、絞り位置情報、レンズ解像度情報のいずれかを含むことを特徴とする請求項１に記載の撮影装置。
前記レンズの状態は、焦点距離、フォーカス、絞りから得られる情報を含むことを特徴とする請求項１に記載の撮影装置。
前記撮像状態は、静止画撮影または動画撮影であるかどうかの状態を含むことを特徴とする請求項１に記載の撮影装置。
前記撮像状態は、撮像密度、撮像画素数、撮像圧縮率、記録密度、記録画素数のいずれかを含むことを特徴とする請求項１に記載の撮影装置。
前記撮像状態は、静止画撮影時又は動画撮影時の記録画素数を含むことを特徴とする請求項１に記載の撮影装置。
前記撮像状態は、静止画撮影時又は動画撮影時の圧縮率を含むことを特徴とする請求項１に記載の撮影装置。