JP4630947B2 - 焦点検出装置、および焦点調節方法 - Google Patents

Description

本発明は、各種のビデオカメラ等用いられる焦点調節装置及び焦点調節方法に関するものである。

近年、ビデオカメラ等をはじめとする映像機器の進歩は、目覚ましく、オートフォーカス制御、オートアイリス制御、ズーム機能等が標準的に装備され、あらゆる部分において、操作性の改善、多機能化がはかられている。

ところでオートフォーカス装置を見ると、撮像素子等により、被写体像を光電変換して得られた映像信号中より画面の鮮鋭度を検出しＡＦ評価値として、それが最大となるようにフォーカスレンズ位置を制御して、焦点調節を行うようにした方式が主流になりつつある。

上記ＡＦ評価値としては、一般にある帯域のバンドパスフィルターにより抽出された映像信号の高周波成分のレベル等を用いている。これは、通常の被写体像を撮影した場合、図２に示すように焦点が合ってくるにしたがって値は大きくなり、そのレベルが最大になる点を合焦位置としている。

実際のビデオカメラでは、図１に示すように、ＡＦマイコン１１５によりＡＦ評価値処理回路１１４の出力信号レベルが最大となるようにフォーカスレンズ１０５を移動させ自動焦点調節を行っている。

そして、ＡＦマイコン１１５は図３に示すように、フォーカスレンズ１０５を微少駆動動作を行い、合焦であると判別されると合焦処理を行う。合焦していないと判別されたときには、ＡＦ評価値が大きくなる方向が判別されていればその方向にフォーカスレンズ１０５を駆動（山登り駆動）する。そして、ＡＦ評価値の頂点に達すると再び微少駆動動作を行う。その後、合焦していると判別されると、その時のＡＦ評価値と最新のＡＦ評価値とを比較して所定レベル以上差があれば再起動と判定し、微少駆動動作を行う。

次に、従来の微少駆動動作について図９で説明する。ステップＳ９０１は処理の開始を示している。ステップＳ９０２ではＡＦ評価値処理回路からＡＦ評価値を取り込む、ステップＳ９０３においては、ステップＳ９０２で取り込んだ評価値が前回の評価値より小さければステップＳ９０４へ進み、ステップＳ９０２で取り込んだ評価値が前回の評価値より大きければステップＳ９０５へ進む。ステップＳ９０４では前回の逆方向に所定量フォーカスレンズを駆動する。一方、ステップＳ９０５では前回の順方向に所定量フォーカスレンズを駆動する。

ステップＳ９０６においては、所定回数連続して合焦方向と判断される方向が同一であればステップＳ９０７へ進み、所定回数連続して同一方向に進んでいなければステップＳ９０８に進む。ステップＳ９０８においては、所定時間フォースレンズが同一エリアにいるすなわちレンズ位置が所定範囲に留まっていればステップＳ９０９へ進み、所定時間フォーカスレンズが同一エリアにいなければステップＳ９１０へ進み処理を終了する。ステップＳ９０７では方向判別できたとして、ステップＳ９１０へ進み処理を終了する。ステップＳ９０９では合焦判別できたとして処理を終了する。

このように、再起動判定→微少駆動→山登り駆動→微少駆動→再起動判定を繰返しながらフォーカスレンズを移動させ従来ではＡＦ評価値を常に最大にするようにカメラＡＦマイコン１１５は制御している。

特開平０７−２９８１２０号公報 特開平０４−０００４０４号公報 特開平０８−０４６８５３号公報 特開昭６３−２０７２７８号公報 特開平１０−０５１６７９号公報

しかしながら、上記のような従来の焦点調節装置では次のような問題点があった。
ＡＦ評価値は、一般にある帯域のバンドパスフィルターにより抽出された映像信号の高周波成分のレベルであるため、被写体により合焦点での評価値のピークレベルは一定にはならない。

ＡＦ評価値が同じ値でも片方は合焦していて、一方は合焦していないということがありうる。

したがって、例えば被写体の輝度レベルが変化したときに、レンズを動かして評価値が増えていても実はボケているということがあり、評価値が増えているからといってそのままの方向にレンズを移動していると、ボケが目立ってしまうということがあった。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、確実に焦点調整を行うことができる焦点調節装置及び焦点調節方法を提供することを目的とする。

被写体を撮影することにより撮像手段から得られる映像信号の所定の高周波成分に基づいて画像の鮮鋭度が高くなるようにフォーカスレンズを移動手段により光軸方向に移動させて焦点調節動作を行うときに、前記フォーカスレンズを微小駆動する第１の駆動モードと前記フォーカスレンズを当該第１の駆動モードよりも高速に移動する第２の駆動モードを有する焦点調節装置であって、前記第１の駆動モードにおいて、前記フォーカスレンズを移動させて取得した画像の鮮鋭度が前回取得した画像の鮮鋭度よりも高ければ前記フォーカスレンズの当該移動方向と同一方向に移動させ低ければ前記フォーカスレンズの当該移動方向と逆方向に移動させるとともに、前記フォーカスレンズの移動方向が所定回数連続して同じ場合は前記フォーカスレンズを当該移動方向と同一方向に移動することを禁止する制御手段を備えた。

被写体を撮影することにより撮像手段から得られる映像信号の所定の高周波成分に基づいて画像の鮮鋭度が高くなるようにフォーカスレンズを移動手段により光軸方向に移動させて焦点調節動作を行うときに、前記フォーカスレンズを微小駆動する第１の駆動モードと前記フォーカスレンズを当該第１の駆動モードよりも高速に移動する第２の駆動モードを有する焦点調節装置であって、前記第１の駆動モードにおいて、焦点調節装置であって、前記フォーカスレンズを移動させて取得した画像の鮮鋭度が前回取得した画像の鮮鋭度よりも高ければ前記フォーカスレンズの当該移動方向と同一方向に移動させ低ければ前記フォーカスレンズの当該移動方向と逆方向に移動させるとともに、前記フォーカスレンズの移動方向が所定回数連続して同じ場合は前記フォーカスレンズを当該移動方向と逆の方向に移動させるように制御する制御手段を備えた。

被写体を撮影することにより撮像手段から得られる映像信号の所定の高周波成分に基づいて画像の鮮鋭度が高くなるようにフォーカスレンズを移動手段により光軸方向に移動させて焦点調節動作を行うときに、前記フォーカスレンズを微小駆動する第１の駆動モードと前記フォーカスレンズを当該第１の駆動モードよりも高速に移動する第２の駆動モードを有する焦点調節装置であって、
前記フォーカスレンズが所定量動く前後の画像の鮮鋭度の増減を比較し、該画像の鮮鋭度が増加する方向を判定する比較判定手段と、
前記第１の駆動モードにおいて、前記比較判定手段の判定に伴い画像の鮮鋭度が高くなる方向に前記フォーカスレンズを移動させるとともに、前記比較判定手段の判定に伴う前記フォーカスレンズの移動する方向が所定回数連続して同一のときに前記フォーカスレンズの移動方向を前記比較判定手段の判定による画像鮮鋭度が高くなる方向に関わらず反転させるように制御する制御手段とを備えた。

本発明によれば、レンズが所定方向に連続して移動した場合に一度反転させることで、被写体変化によるＡＦ評価値の変化で方向判定を誤ることが無くなり、確実な焦点調節を実現することができるという効果がある。

本発明の実施例に係わるビデオカメラの構成を示すブロック図 フォーカスレンズ位置と焦点電圧レベルとの関係を示す図 一実施例のメインＡＦ処理動作を示すフローチャート 一実施例の微少駆動動作を示すフローチャート 一実施例のレンズ動作の時間経過を示す図 一実施例の山登り駆動動作を示すフローチャート 一実施例のレンズ動作を示す図 レンズ移動位置の比較を示す図 従来の微少駆動動作を示すフローチャート

〔発明の実施の形態〕
図１は本発明に係るビデオカメラの構成を示すブロック図である。図１において、１０１は固定の第１群レンズ、１０２は変倍を行う変倍レンズ、１０３は絞り、１０４は固定の第２群レンズ、１０５は変倍に伴う焦点面の移動を補正する機能とピント合わせの機能を兼ね備えたフォーカスコンペレンズ（以下フォーカスレンズ）である。

１０６は撮像素子であるＣＣＤ、１０７はＣＣＤ１０６の出力を増幅するＡＧＣであり後述のカメラＡＦマイコン１１５からの信号によって増幅率が調節される。１０８はカメラ信号処理回路である。１１０，１１２はそれぞれ変倍レンズ１０２、フォーカスレンズ１０５を移動させるためのアクチュエータ（モータ）、１１１，１１３はそれぞれアクチュエータ１１０，１１２を後述のカメラＡＦマイコン１１５からの信号により駆動するドライバである。

１１４は撮像素子１０６の出力信号中より焦点検出に用いられる高域成分を図２に示す焦点電圧（ＡＦ評価値）として抽出するＡＦ評価値処理回路、１１５は本システム全体を総合的に制御するとともに、ＡＦ評価値処理回路１１４の出力にもとづいて、アクチュエータ１１０，１１２を制御するＡＦマイコンである。

上記構成のビデオカメラにおいて、カメラＡＦマイコン１１５（禁止手段、比較判定手段、制御手段）はフォーカスレンズ（焦点調節部材）１０５を移動手段であるモータ１１２、ドライバ１１３により光軸方向に移動させてＡＦ評価値が最大となるように焦点調節動作を行う。そして、フォーカスレンズ１０５が所定量動作前後のＡＦ評価値の増減を比較してＡＦ評価値が増加する方向を判定し、その判定方向にフォーカスレンズ１０５を所定量ずつ移動させるとともに、その判定方向が判定回数連続して同一の時にその方向への移動を禁止し、フォーカスレンズ１０５の移動方向を反転させるように制御する。

上記カメラＡＦマイコン１１５の制御について図３〜図７を用いて詳しく説明する。図３でメインのＡＦ処理を説明する。ステップＳ３０１は処理の開始を示している。ステップＳ３０２で微少駆動動作を行い、合焦か、合焦でないならどちらの方向に合焦点があるかを判別する。細かい動作の説明は後に譲る。ステップＳ３０３においては、ステップＳ３０２で合焦と判別された場合はステップＳ３０９へ行き合焦処理を行い、ステップＳ３０２で合焦と判別されなかった場合はステップＳ３０４へ行く。

ステップＳ３０４においては、ステップＳ３０２で方向判別ができている場合はステップＳ３０５へ行き山登り処理を行い、ステップＳ３０２で方向判別ができていない場合はステップＳ３０２へ戻し微少駆動動作を継続する。ステップＳ３０５では、評価値が大きくなる方向へ高速でレンズを山上り駆動する。細かい動作の説明は後に譲る。

ステップＳ３０６において、ステップＳ３０５で評価値の頂点を越えたと判別された場合は、ステップＳ３０７へ行き、ステップＳ３０５で評価値の頂点を越えたと判別されない場合はステップＳ３０５へ戻り山登り動作を継続する。ステップＳ３０７では、山登り駆動中の評価値の頂点にレンズを戻す。ステップＳ３０８においては、ステップＳ３０７で頂点に戻った場合はステップＳ３０２へ戻り再び微少駆動動作をおこない、ステップＳ３０７で頂点に戻っていない場合はステップＳ３０７へ戻り頂点に戻す動作を継続する。

次に、ステップＳ３０９からの合焦動作について説明する。ステップＳ３０９ではＡＦ評価値を保持する。ステップＳ３１０では、ステップＳ３０９で保持したＡＦ評価値と最新のＡＦ評価値とを比較し所定レベル以上差があれば再起動と判定する。ステップＳ３１１においては、ステップＳ３１０で再起動と判定されていれば、ステップＳ３０２へ行き微少駆動動作を再開し、ステップＳ３１０で再起動と判定されていなければステップＳ３１２へ行く。ステップＳ３１２では、レンズを停止しステップＳ３１０へ戻り再起動判定を継続する。

ここで、前記ステップ３０２の微少駆動動作（低速駆動動作）について詳しく説明する。カメラＡＦマイコンの制御について図４を用いて詳しく説明する。この図は従来の技術における図９に相当する制御である。なお、従来と同様の処理を行うステップは同じステップ番号を付している。

まず、微少駆動動作について図４で説明する。ステップＳ９０１は処理の開始を示している。ステップＳ９０２ではＡＦ評価値処理回路１１４からＡＦ評価値を取り込む、ステップＳ９０３においては、ステップＳ９０２で取り込んだ評価値が前回の評価値より小さければステップＳ９０４へ進み、ステップＳ９０２で取り込んだ評価値が前回の評価値より大きければステップＳ４０１へ進む。

ステップＳ４０１においては、所定回数連続して同一方向に移動していればステップＳ９０４へ進み、所定回数連続して同一方向に移動していなければステップＳ９０５へ進む。ステップＳ９０４では前回の逆方向に所定量フォーカスレンズを駆動する。ステップＳ９０５では前回の順方向に所定量フォーカスレンズを駆動する。つまり、所定回数以上同じ方向に移動してきている時は、評価値が増えていても反転する。これにより、被写体変化によって評価値が増えてしまうような時に、誤ってフォーカスレンズ１０５がボケる方向に移動し続けてしまうようなことがなくなる。

ステップＳ９０６においては、所定回数連続して合焦方向と判断される方向が同一であればステップＳ９０７へ進み、所定回数連続して同一方向に進んでいなければステップＳ９０８へ進む。ステップＳ９０８においては、所定時間の間同一エリアにいればステップＳ９０９へ進み、所定時間の間同一エリアにいなければステップＳ９１０へ進み処理を終了する。ステップＳ９０７では方向判別できたとして、ステップＳ９１０へ進み処理を終了する。ステップＳ９０９では合焦判別できたとして処理を終了する。

上記レンズ動作の時間経過を示したのが図５である。ここでＡの間にＣＣＤに蓄積された電荷に対する評価値ＡがＴＡ で取り込まれ、Ｂの間にＣＣＤに蓄積された電荷に対する評価値ＢがＴＢ で取り込まれる、ＴＢ では、評価値Ａ，Ｂを比較し、Ａ＜Ｂであればそのまま順方向に移動し、一方Ａ＞Ｂであれば逆方向にする。

次に、前記ステップ３０５、３０６の山登り動作（高速駆動動作）について図６を用いて説明する。ステップＳ６０１は処理の開始を示している。ステップＳ６０２ではＡＦ評価値処理回路からＡＦ評価値を取り込む、ステップＳ６０３においては、ステップＳ６０２で取り込んだ評価値が前回の評価評価値より大きければステップＳ６０４へ進み、ステップＳ６０２で取り込んだ評価値が前回の評価値より小さければステップＳ６０５へ進む。

ステップＳ６０４では前回の順方向の速度でフォーカスレンズを駆動し、ステップＳ６０２へ戻る。一方、ステップＳ６０５においては、評価値がピークを越えて減っていなければステップＳ６０６へ進み、評価値がピークを越えて減っていればステップＳ６０７へ進み処理を終了する。ステップＳ６０６では、前回と逆方向に所定の速度でフォーカスレンズを駆動し、ステップＳ６０２へ戻る。

上記レンズ動作を説明したのが図７である。ここで、Ａはピークを越えて減少しているので合焦点があるとして山登り動作を終了し、微少駆動動作に移行する、一方、Ｂはピークが無く減少しているので方向を間違えたものとして反転し、山登り動作を続ける。

なお、図３，図４，図６の処理動作は不図示のＲＯＭにあらかじめ格納されているプログラムに基づいてＡＦマイコン１１５の指示により実行される。

上述したように、前記微少駆動動作に於いて、従来の方法では評価値が増えているときにはステップＳ９０２→ステップＳ９０３→ステップＳ９０５の処理を行い同じ方向に移動し続けてしまっていたが、本発明では、ステップＳ９０２→ステップＳ９０３→ステップ４０１→ステップＳ９０５の処理を所定回数連続して行った後は、ステップＳ９０２→ステップＳ９０３→ステップＳ４０１→ステップＳ９０５の処理を行いレンズが所定方向に連続して移動した場合に一度反転させることで、被写体変化によるＡＦ評価値の変化で方向判定を誤ることが無くなる。

これを図８のようにレンズの移動を示す図で見ると、フォーカスレンズの移動に関わらずＡＦ評価値が増加するような時に、従来であればステップＳ９０２→ステップＳ９０３→ステップＳ９０５の処理を行い同じ方向に移動し続けてしまうので、図８（ａ）のようにフォーカスレンズがある一方向に移動してしまう。それに対し、本発明によれば、ステップＳ９０２→ステップＳ９０３→ステップＳ４０１→ステップＳ９０５の処理を行えば３回数連続して行った後は、ステップＳ９０２→ステップＳ９０３→ステップＳ４０１→ステップＳ９０４の処理行うので、図８（ｂ）のように特定の位置に留まっていることが可能となり、確実な焦点調節を実現することができる。

このように本実施例では、レンズが所定方向に連続して移動した場合に一度反転させることで、被写体変化によるＡＦ評価値の変化で方向判定を誤ることが無くなる。例えば、フォーカスレンズの移動に関わらずＡＦ評価値が増加するような時に、従来であれば図８（ａ）のようにフォーカスレンズがある一方向に移動してしまうのに対し、本発明によれば図８（ｂ）のように特定の位置に留まっていることが可能となり、確実な焦点調節を実現することができる。

１０１ 第１群レンズ
１０２ 変倍レンズ
１０３ 絞り
１０４ 第２群レンズ
１０５ フォーカスレンズ
１０６ ＣＣＤ
１１０ アクチュエータ（モータ）
１１１ ドライバ
１１２ アクチュエータ（モータ）
１１３ ドライバ
１１４ ＡＦ評価値処理回路
１１５ カメラＡＦマイコン（禁止手段、制御手段、比較判定手段）

Claims (8)

1. 被写体を撮影することにより撮像手段から得られる映像信号の所定の高周波成分に基づいて画像の鮮鋭度が高くなるようにフォーカスレンズを移動手段により光軸方向に移動させて焦点調節動作を行うときに、前記フォーカスレンズを微小駆動する第１の駆動モードと前記フォーカスレンズを当該第１の駆動モードよりも高速に移動する第２の駆動モードを有する焦点調節装置であって、
   前記第１の駆動モードにおいて、前記フォーカスレンズを移動させて取得した画像の鮮鋭度が前回取得した画像の鮮鋭度よりも高ければ前記フォーカスレンズの当該移動方向と同一方向に移動させ低ければ前記フォーカスレンズの当該移動方向と逆方向に移動させるとともに、前記フォーカスレンズの移動方向が所定回数連続して同じ場合は前記フォーカスレンズを当該移動方向と同一方向に移動することを禁止する制御手段を備えたことを特徴とする焦点調節装置。
2. 被写体を撮影することにより撮像手段から得られる映像信号の所定の高周波成分に基づいて画像の鮮鋭度が高くなるようにフォーカスレンズを移動手段により光軸方向に移動させて焦点調節動作を行うときに、前記フォーカスレンズを微小駆動する第１の駆動モードと前記フォーカスレンズを当該第１の駆動モードよりも高速に移動する第２の駆動モードを有する焦点調節装置であって、
   前記第１の駆動モードにおいて、前記フォーカスレンズを移動させて取得した画像の鮮鋭度が前回取得した画像の鮮鋭度よりも高ければ前記フォーカスレンズの当該移動方向と同一方向に移動させ低ければ前記フォーカスレンズの当該移動方向と逆方向に移動させるとともに、前記フォーカスレンズの移動方向が所定回数連続して同じ場合は前記フォーカスレンズを当該移動方向と逆の方向に移動させるように制御する制御手段を備えたことを特徴とする焦点調節装置。
3. 被写体を撮影することにより撮像手段から得られる映像信号の所定の高周波成分に基づいて画像の鮮鋭度が高くなるようにフォーカスレンズを移動手段により光軸方向に移動させて焦点調節動作を行うときに、前記フォーカスレンズを微小駆動する第１の駆動モードと前記フォーカスレンズを当該第１の駆動モードよりも高速に移動する第２の駆動モードを有する焦点調節装置であって、
   前記フォーカスレンズが所定量動く前後の画像の鮮鋭度の増減を比較し、該画像の鮮鋭度が増加する方向を判定する比較判定手段と、
   前記第１の駆動モードにおいて、前記比較判定手段の判定に伴い画像の鮮鋭度が高くなる方向に前記フォーカスレンズを移動させるとともに、前記比較判定手段の判定に伴う前記フォーカスレンズの移動する方向が所定回数連続して同一のときに前記フォーカスレンズの移動方向を前記比較判定手段の判定による画像鮮鋭度が高くなる方向に関わらず反転させるように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする焦点調節装置。
4. 前記制御手段は、前記フォーカスレンズを微小駆動させる微小駆動モードにおいて、前記フォーカスレンズが所定時間の間、所定の範囲内で駆動された場合には、前記焦点調節系が合焦状態にあると判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の焦点調節装置。
5. 前記制御手段は、前記フォーカスレンズを微小駆動させる微小駆動モードにおいて、前記フォーカスレンズが所定時間の間、所定の範囲内で移動された場合には、前記フォーカスレンズの移動を停止することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の焦点調節装置。
6. 被写体を撮影することにより撮像手段から得られる映像信号の所定の高周波成分に基づいて画像の鮮鋭度が高くなるようにフォーカスレンズを移動手段により光軸方向に移動させて焦点調節動作を行うときに、前記フォーカスレンズを微小駆動する第１の駆動モードと前記フォーカスレンズを当該第１の駆動モードよりも高速に移動する第２の駆動モードを有する焦点調節方法であって、前記第１のモードにおいて、前記フォーカスレンズを移動させて取得した画像の鮮鋭度が前回取得した画像の鮮鋭度よりも高ければ前記フォーカスレンズの当該移動方向と同一方向に移動させ低ければ前記フォーカスレンズの当該移動方向と逆方向に移動させるとともに、前記フォーカスレンズの移動方向が所定回数連続してい同じ場合は前記フォーカスレンズを当該移動方向と同一方向に移動することを禁止することを特徴とする焦点調節方法。
7. 被写体を撮影することにより撮像手段から得られる映像信号の所定の高周波成分に基づいて画像の鮮鋭度が高くなるようにフォーカスレンズを移動手段により光軸方向に移動させて焦点調節動作を行うときに、前記フォーカスレンズを微小駆動する第１の駆動モードと前記フォーカスレンズを当該第１の駆動モードよりも高速に移動する第２の駆動モードを有する焦点調節方法であって、前記第１のモードにおいて、前記フォーカスレンズを移動させて取得した画像の鮮鋭度が前回取得した画像の鮮鋭度よりも高ければ前記フォーカスレンズの当該移動方向と同一方向に移動させ低ければ前記フォーカスレンズの当該移動方向と逆方向に移動させるとともに、前記フォーカスレンズの移動方向が所定回数連続して同じ場合は前記フォーカスレンズを当該移動方向と逆の方向に移動させることを特徴とする焦点調節方法。
8. 被写体を撮影することにより撮像手段から得られる映像信号の所定の高周波成分に基づいて画像の鮮鋭度が高くなるようにフォーカスレンズを移動手段により光軸方向に移動させて焦点調節動作を行うときに、前記フォーカスレンズを微小駆動する第１の駆動モードと前記フォーカスレンズを当該第１の駆動モードよりも高速に移動する第２の駆動モードを有する焦点調節方法であって、前記第１のモードにおいて、前記フォーカスレンズが所定量動く前後の画像の鮮鋭度の増減を比較し、該画像の鮮鋭度が増加する方向を判定し、前記判定に伴い画像の鮮鋭度が高くなる方向に前記フォーカスレンズを移動させるとともに、前記判定に伴う前記フォーカスレンズの移動する方向が所定回数連続して同一のときに前記フォーカスレンズの移動方向を前記判定による画像の鮮鋭度が高くなる方向に関わらず反転させることを特徴とする焦点調節方法。

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