JP2002365524A - オートフォーカス装置及びそれを用いた撮像装置 - Google Patents
オートフォーカス装置及びそれを用いた撮像装置Info
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Abstract
可能な技術を提供することである。 【解決手段】 被写体の撮像された光学像を映像信号に
変換する撮像素子と、前記撮像素子で得られる映像信号
に基づいて、前記撮像素子に結像する前記被写体の光学
像の鮮鋭度を示す合焦評価値を算出する評価値算出手段
と、前記合焦評価値に基づいてレンズの焦点位置を調整
し、前記撮像素子に前記被写体の光学像を結像する焦点
調整手段とを有するオートフォーカス装置において、前
記撮像素子は入射光の光軸に直交する直交面に対して傾
斜して配置され、前記評価値算出手段は前記直交面と前
記撮像素子との交線を境界として分割される分割画素領
域毎の合焦評価値を算出する評価値算出手段を備え、前
記焦点調整手段は前記分割画素領域毎の合焦評価値を比
較する比較手段を備えた。
Description
装置に関し、特に、被写体とテレビカメラとの距離が頻
繁に変化することとなるテレビカメラ等の撮像装置が備
えるオートフォーカス装置に適用して有効な技術に関す
るものである。
ーカス装置は、撮影用素子で撮像した画像の高域成分を
合焦評価値とし、焦点位置を微小に前後に移動させて撮
影した結果に基づいて、レンズの動き方向を演算する、
いわゆる山登り法を用いていた。
では、例えば現在の焦点位置である第1の焦点位置での
撮影用素子からの画像の高域成分から得られる合焦評価
値である第1の合焦評価値を演算し、次に第1の焦点位
置から微小位置ずらした第2の焦点位置での撮影用素子
からの画像の高域成分から得られる合焦評価値である第
2の合焦評価値を演算する。次に、第1の合焦評価値と
第2の合焦評価値とを比較し、合焦評価値の大きい焦点
位置の方向が合焦位置の方向として、レンズを駆動し焦
点位置を移動させる構成となっていた。このように、山
登り法によるオートフォーカス制御では、第1の焦点位
置と第2の焦点位置とにおける合焦評価値に基づいて、
焦点位置の移動方向すなわちレンズの駆動方向を決定
し、その方向にレンズを駆動する動作を順次繰り返すこ
とによって、合焦位置方向に焦点位置を移動させてい
た。
得られる映像信号から分離される輝度信号をハイパスフ
ィルタに入力し、まず高周波成分を取り出す。次に、取
り出された高周波成分の絶対値を演算し、得られた値を
撮像素子の全撮像領域内あるいは予め設定された評価領
域内にわたって積分することによって算出していた。
技術を検討した結果、以下の問題点を見いだした。
長時間にわたる撮影期間で常に被写体に焦点を追従させ
る場合には、山登り法を用いた従来のオートフォーカス
装置は常時フォーカス位置を微妙に変化させて検出を続
け、合焦位置を保つ必要があった。このとき、従来のオ
ートフォーカス装置では、前述するように、撮影用素子
で撮像した画像の合焦評価値からレンズの駆動方向を算
出する際に、現在位置を第1の焦点位置とし、この現在
位置からレンズを微小駆動した位置を第2の焦点位置と
した画像を撮像する必要があった。すなわち、山登り法
を用いた従来のオートフォーカス装置では、少なくとも
異なる2つの焦点位置での画像を撮像する必要があり、
このときの画像は撮影用素子によって撮像されることと
なるので、現在位置(第1の焦点位置)が合焦位置の場
合であっても、撮影期間中は第2の焦点位置に微小移動
され、正確な合焦位置に焦点位置を維持できないという
問題があった。
ーカス装置では、少なくとも2枚の画像が必要となるの
で、第1の焦点位置における画像と第2の焦点位置にお
ける画像とでは、少なくとも2フィールド分の時間間隔
が必要となる。すなわち、従来のオートフォーカス装置
では、レンズの駆動方向を決定するためには少なくとも
2フィールド分の時間が必要となるので、動きのある被
写体では第1の焦点位置における画像と第2の焦点位置
における画像とでは2フィールド分の時間差が生じてし
まうこととなっていた。このために、山登り法を用いた
オートフォーカス装置では、検出感度が低くなってしま
う、あるいは合焦動作が不安定になってしまうという問
題があった。
置を維持することが可能な技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、動きのある被写体であっても合焦
位置に焦点位置を設定することが可能な技術を提供する
ことにある。本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。
号に変換する撮像素子と、前記撮像素子で得られる映像
信号に基づいて、前記撮像素子に結像する前記被写体の
光学像の鮮鋭度を示す合焦評価値を算出する評価値算出
手段と、前記合焦評価値に基づいてレンズの焦点位置を
調整し、前記撮像素子に前記被写体の光学像を結像する
焦点調整手段とを有するオートフォーカス装置におい
て、前記撮像素子は入射光の光軸に直交する直交面に対
して傾斜して配置され、前記評価値算出手段は前記直交
面と前記撮像素子との交線を境界として分割される分割
画素領域毎の合焦評価値を算出する評価値算出手段を備
え、前記焦点調整手段は前記分割画素領域毎の合焦評価
値を比較する比較手段を備えた。
号に変換するオートフォーカス用撮像素子と、前記オー
トフォーカス用撮像素子で得られる映像信号に基づい
て、前記オートフォーカス用撮像素子に結像する前記被
写体の光学像の鮮鋭度を示す合焦評価値を算出する評価
値算出手段と、前記合焦評価値に基づいてレンズの焦点
位置を調整し、撮影用撮像素子に前記被写体の光学像を
結像する焦点調整手段とからなるオートフォーカス装置
を有する撮像装置において、前記オートフォーカス用撮
像素子は入射光の光軸に直交する直交面に対して傾斜し
て配置され、前記評価値算出手段は前記直交面と前記オ
ートフォーカス用撮像素子との交線を境界として分割さ
れる分割画素領域毎の合焦評価値を算出する手段とを備
え、前記焦点調整手段は前記分割画素領域毎の合焦評価
値を比較する比較手段を備えた。
の光軸に直交する直交面に対して傾斜して配置されてい
るので、直交面と撮像素子との交線を境界として分割さ
れる各分割画素領域の一方はレンズに近くなり、他方の
分割画素領域はレンズから遠くなる。従って、この撮像
素子をオートフォーカス用撮像素子として用いることに
よって、1個の撮像素子で、焦点位置を微小な量で移動
させた場合の画像を1回の撮像で得ることができる。そ
の結果、合焦位置に焦点位置がある場合には、その焦点
位置を維持することができる。また、1回の撮像で異な
る2つの焦点位置での画像を得ることができるので、動
きのある被写体であっても合焦位置に焦点位置を設定す
ることができる。
フォーカス用撮像素子との交線を境界として分割される
分割画素領域毎の合焦評価値を算出し、得られた合焦評
価値を比較することは、焦点位置を微小な量で移動させ
た場合の合焦評価値の比較を行うことと等価となるの
で、この比較結果に基づいて焦点調整手段がレンズの焦
点位置を調整することによって、撮像素子に被写体の光
学像を結像することが可能となる。
る撮像装置では、焦点位置が合焦位置に設定された場合
には、被写体の映像出力を得る撮影用撮像素子で撮像さ
れる画像の焦点位置は、オートフォーカス動作中であっ
ても移動されることがないので、高品質の被写体像を得
ることが可能となる。また、1回の撮像でオートフォー
カス動作を行うことができるので、動きのある被写体で
あっても合焦位置に焦点位置を速やかに移動させること
ができる。
施の形態(実施例)とともに図面を参照して詳細に説明
する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図に
おいて、同一機能を有するものは同一符号を付け、その
繰り返しの説明は省略する。
フォーカス装置の概略構成を説明するための図である。
特に、図1の(a)は本実施の形態であるオートフォー
カス装置の基本原理を説明するための図であり、図1の
(b)は本実施の形態のオートフォーカス用撮像素子及
び撮影用撮像素子における領域の分割の一例を説明する
ための図である。ただし、本実施の形態では、オートフ
ォーカス用撮像素子102及び撮影用撮像素子103の
配置位置並びに合焦判定手段104の構成を除く、レン
ズ101等の光学系、オートフォーカス用撮像素子10
2及び撮影用撮像素子103の動作を制御する走査駆動
パルス系、並びにオートフォーカス用撮像素子102及
び撮影用撮像素子103からの映像信号を処理する映像
処理系等は周知の構成である。従って、以下の説明で
は、本願発明のオートフォーカス装置に係わるオートフ
ォーカス用撮像素子102及び撮影用撮像素子103の
配置位置、並びに合焦判定手段104における合焦制御
について詳細に説明する。
オートフォーカス用撮像素子、103は撮影用撮像素
子、104は合焦判定手段、105はレンズ駆動手段、
106は光軸、107は第1の領域、108は第2の領
域を示す。
カス用撮像素子(以下、AF用撮像素子」と記す)10
2と、撮影用撮像素子103とはレンズ101の光軸1
06上に配置される構成となっている。また、AF用撮
像素子102と撮影用撮像素子103とからの出力は、
それぞれ合焦判定手段104に接続される。すなわち、
AF用撮像素子102で撮像された画像(被写体像)
と、撮影用撮像素子103で撮像された画像(被写体
像)とは、それぞれ合焦判定手段104に出力される構
成となっている。合焦判定手段104からの駆動出力は
レンズ駆動手段105に出力され、レンズ駆動手段10
5がレンズ101の図示しない焦点機構を駆動し、その
焦点位置を変化させる構成となっている。
素子102及び撮影用撮像素子103で撮像された画像
すなわち映像信号の内の輝度信号から高周波成分のみを
取り出す周知のハイパスフィルタ(以下、「HPF」と
記す)と、HPFを通過した高周波成分の絶対値をそれ
ぞれ演算する周知の絶対値演算手段を備える。また、合
焦判定手段104は、絶対値演算手段から出力される値
をそれぞれの撮像素子での予め設定された分割画素領域
毎すなわち図1の(b)に示す第1の領域107と第2
の領域108とに分けて、高周波成分の絶対値をそれぞ
れ加算し合焦評価値を得る周知の加算手段を備える。さ
らには、合焦判定手段104は、撮影用撮像素子103
での第1の領域107及び第2の領域108の合焦評価
値に基づいて、AF用撮像素子102での第1の領域1
07及び第2の領域108の合焦評価値を補正する補正
手段と、補正後のAF用撮像素子102での第1の領域
107の合焦評価値と第2の領域の合焦評価値とを比較
し、その比較結果に基づいてレンズの駆動方向すなわち
焦点位置の移動方向を判定(決定)する周知の判定手段
とを備える。このように、本実施の形態の合焦判定手段
104は、撮影用撮像素子103からの画像を第1の領
域107と第2の領域108との画像に分け、それぞれ
の領域毎に合焦評価値をそれぞれ演算し、この合焦評価
値を山登り法で比較することにより駆動出力を得る構成
となっている。ただし、補正手段によって補正されたA
F用撮像素子102での第1の領域107の合焦評価値
と第2の領域108の合焦評価値とを用いることなく、
補正前のAF用撮像素子102での第1の領域107の
合焦評価値と第2の領域108の合焦評価値とを比較
し、レンズ駆動方向を判定してもよい。このような構成
とすることによって、補正手段における補正のための演
算が不要となるので、画像の撮像からレンズの駆動まで
にかかる時間を短縮することができる。
04から出力される駆動方向判定に基づいて、予め設定
された量だけレンズ101の図示しない焦点機構を駆動
して焦点位置を移動させる周知のレンズ駆動手段であ
る。従って、本実施の形態では、判定手段とレンズ駆動
手段105とによって、焦点調整手段として動作する。
用撮像素子と同様に、光軸106に対して垂直、あるい
は撮影用撮像素子103で撮像された画像に規定値以上
の歪みが生じない程度の誤差で垂直に配置されている。
一方、AF用撮像素子102は、図1の(a)から明ら
かなように、撮影用撮像素子103とは異なり、光軸1
06に対して直交しない、すなわち撮影用撮像素子10
3と平行にならないように配置されている。従って、本
実施の形態では、撮影用撮像素子103に対してAF用
撮像素子102が所定の傾斜角で傾斜配置される構成と
なっている。
に、本実施の形態のオートフォーカス装置では、光軸1
06とAF用撮像素子102の入射面との交点位置を基
準として、AF用撮像素子102を撮影用撮像素子10
3に対して傾斜させる構成となっている。特に、AF用
撮像素子102に配置される横方向に配列される図示し
ない画素方向をX軸方向、縦方向に配列される図示しな
い画素方向をY軸方向とし、光軸106とAF用撮像素
子102の入射面との交点位置を原点とするX軸及びY
軸を設定した場合には、本実施の形態のAF用撮像素子
102は、X軸に沿って傾斜される構成となっている。
F用撮像素子102の受光領域の内で、光軸106すな
わち境界となるX軸よりも上部の領域を第2の領域10
8、X軸よりも下部の領域を第1の領域107とした場
合、本実施の形態では、AF用撮像素子102は光軸1
06が受光面の中心となるように配置されているので、
第1の領域107と第2の領域108との受光面積が同
じとなるように設定される。このようにX軸に沿ってA
F用撮像素子102を傾斜させることによって、第2の
領域108に対応する合焦評価値の演算を第1の領域1
07からの画像信号の読み出し中(取り込み中)に行う
ことが可能となるので、合焦評価値の演算及び比較を速
やかに行うことが可能となり、フォーカスの応答性を向
上させることが可能となる。
8との受光面積は同じ面積に限定されることはないが、
その場合には、合焦判定手段104で合焦評価値を演算
する際に、第1の領域107と第2の領域108との面
積比に従って撮影用撮像素子103で撮像した画像も合
焦評価値を演算する必要がある。また、AF用撮像素子
102の傾斜はX軸に限定されることはなく、光軸10
6とAF用撮像素子102の入射面との交点位置を原点
とするY軸に沿った傾斜、あるいはこの交点位置を通る
入射面上の他の直線に沿った傾斜としてもよい。
カス装置における合焦動作を説明するための図を示し、
以下、図2に基づいて、本実施の形態のオートフォーカ
ス装置の動作を説明する。ただし、図2の(a)は合焦
前における第1の領域の合焦評価値と第2の領域の合焦
評価値との関係を説明するための図であり、図2の
(b)は合焦後における第1の領域の合焦評価値と第2
の領域の合焦評価値との関係を説明するための図であ
る。
では、AF用撮像素子102及び撮影用撮像素子103
で撮像されたそれぞれの画像の輝度信号から、HPFに
より高周波成分のみがそれぞれ取り出され、得られた高
周波成分は次段のHPFに出力される。このときのHP
Fの処理は、例えばCCD型やCMOS型の撮像デバイ
スを用いるAF用撮像素子102及び撮影用撮像素子1
03から走査線方向に順次出力される映像信号から得ら
れる輝度信号に対して、順次ハイパスフィルタ処理を行
うものである。なお、HPFは、デジタル処理とアナロ
グ処理とのどちらでもよい。
周波成分は、次に絶対値演算手段によってその絶対値が
それぞれ演算され、この絶対値がそれぞれ加算手段に出
力される。加算手段では絶対値演算手段から出力される
それぞれの絶対値(高周波成分の絶対値)を、撮像素子
毎に入力順に順次加算していく。ここで、絶対値演算手
段からの絶対値が第2の領域108の終端に達した時
点、すなわち第2の領域108における加算が終了した
時点で、加算手段はそれぞれの加算値を第2の領域10
8の合焦評価値として補正手段に出力し、加算値をリセ
ットする。この後に、加算手段は次からの絶対値すなわ
ち第1の領域107における絶対値を順次加算してい
き、絶対値演算手段からの絶対値が第1の領域107の
終端に達した時点で、加算値を第1の領域107の合焦
評価値として補正手段に出力することによって、第2の
領域108の合焦評価値に続いて第1の領域107の合
焦評価値を算出する。
撮影用撮像素子103に対応するそれぞれの第1の領域
107の合焦評価値が入力されると、まず、撮影用撮像
素子103での第1の領域107の合焦評価値と第2の
領域108の合焦評価値との比に基づいて、例えばAF
用撮像素子102での第1の領域の合焦評価値を基準と
して、AF用撮像素子102での第2の領域108の合
焦評価値を補正する。次に、この補正された第2の領域
の合焦評価値と、基準としたAF用撮像素子102での
第1の領域の合焦評価値とは、判定手段に出力される。
なわち補正手段により補正されたAF用撮像素子102
での第1の領域107の合焦評価値と、AF用撮像素子
102での第2の領域108の合焦評価値とを比較し、
焦点位置の移動方向すなわちレンズ101の駆動方向を
決定し、レンズ駆動手段105に出力する。ただし、こ
のときの補正処理及び判定処理は、AF用撮像素子10
2での第1及び第2の領域の合焦評価値の比が撮影用撮
像素子103での第1及び第2の領域の合焦評価値比と
同じとなるように合焦評価値を補正し、この補正された
合焦評価値を比較することによって、焦点位置の移動方
向を決定するものである。
領域107の合焦評価値がa、第2の領域の合焦評価値
がbであり、撮影用撮像素子103での第1の領域の合
焦評価値がc、第2の領域の合焦評価値がdである場合
には、以下のような補正処理及び判定処理となる。前述
するように、AF用撮像素子102での第1の領域10
7の合焦評価値aを基準とする場合には、撮影用撮像素
子103での合焦評価値の比であるd/cに、AF用撮
像素子102での第2の領域108の合焦評価値bを乗
算することによって、補正後の第2の領域108の合焦
評価値b×d/cが得られる。次に、判定手段が第1の
領域107の合焦評価値aと、補正後の第2の領域10
8の合焦評価値b×d/cとを比較し、この比較結果が
a=b×d/cの場合には、現在の焦点位置が合焦位置
となるので、判定手段は現在の焦点位置を維持する指示
をレンズ駆動手段105に行う。その結果、レンズ駆動
手段105は現在の焦点位置を維持するので、撮影用撮
像素子103で得られる画像は合焦位置でのものとな
る。なお、a=b×d/cの時には、判定手段がレンズ
駆動手段105に移動指示を与えないような構成として
もよいことはいうまでもない。また、a=b×d/cの
場合を現在の焦点位置が合焦位置としたが、例えば予め
計測等で合焦位置の範囲を特定しておく場合には、判定
手段はa=b×d/cを含むa≒b×d/cとなる範囲
で現在の焦点位置を合焦位置とするように設定する。こ
のときの合焦位置の範囲の一例としては、撮影用撮像素
子103に図示しない被写体の空間的情報を再生するレ
ンズ101からなる光学系の焦点深度やこの焦点深度に
係数を乗算した値等を基準とした範囲等がある。
時には、AF用撮像素子102での第1の領域107の
合焦評価値aに比較して、AF用撮像素子102での第
2の領域108の補正後の合焦評価値b×d/cの方が
大きいので、判定手段はAF用撮像素子102での第2
の領域108の合焦評価値を減少させる方向すなわち焦
点位置をレンズ101に近づける方向に移動させる指示
をレンズ駆動手段105に行う。一方、判定手段での比
較結果がa>b×d/cの時には、AF用撮像素子10
2での第2の領域108の補正後の合焦評価値b×d/
cに比較して、AF用撮像素子102での第1の領域1
07の合焦評価値aの方が大きいので、判定手段はAF
用撮像素子102での第1の領域の合焦評価値を減少さ
せる方向すなわち焦点位置をレンズ101から遠ざける
方向に移動させる指示をレンズ駆動手段105に行うこ
とによって、現在の焦点位置が合焦位置の方向へ移動す
るように、焦点位置を移動させる。なお、判定手段にお
ける比較法としては、例えば減算結果の正負による判定
や除算結果による判定等の周知の方法を用いる。
AF用撮像素子102での比であるb/aを撮影用撮像
素子103の比であるd/cで除算する場合には、除算
結果が1の時には現在の焦点位置が合焦位置となるの
で、判定手段は現在の焦点位置を維持する指示をレンズ
駆動手段105に行う。その結果、レンズ駆動手段10
5は現在の焦点位置を維持するので、撮影用撮像素子1
03で得られる画像は合焦位置でのものとなる。ただ
し、除算結果が1の場合を現在の焦点位置が合焦位置と
したが、例えば予め計測等で合焦位置の範囲を特定して
おく場合には、判定手段は除算結果として1を含む範囲
で現在の焦点位置を合焦位置とするように設定する。こ
のときの合焦位置の範囲の一例としては、撮影用撮像素
子103に図示しない被写体の空間的情報を再生するレ
ンズ101からなる光学系の焦点深度やこの焦点深度に
係数を乗算した値等を基準とした範囲等がある。
には、撮影用撮像素子103での合焦評価値の比に比較
して、AF用撮像素子102での第2の領域の合焦評価
値の方が大きいので、判定手段はAF用撮像素子102
での第2の領域の合焦評価値を減少させる方向すなわち
焦点位置をレンズ101に近づける方向に移動させる指
示をレンズ駆動手段105に行う。一方、判定手段での
除算結果が1未満の時には、撮影用撮像素子103での
合焦評価値の比に比較して、AF用撮像素子102での
第1の領域の合焦評価値の方が大きいので、判定手段は
AF用撮像素子102での第1の領域の合焦評価値を減
少させる方向すなわち焦点位置をレンズ101に遠ざけ
る方向に移動させる指示をレンズ駆動手段105に行う
ことによって、除算結果が1すなわち現在の焦点位置が
合焦位置となるように、焦点位置を移動させる。
域107の合焦評価値cと第2の領域108の合焦評価
値dとの比が等しいあるいは等しいと見なせるような場
合には、AF用撮像素子102での第1の領域107の
合焦評価値aと第2の領域の合焦評価値bとを比較する
のみで十分となる。従って、例えば図2の(a)に示す
ように、AF用撮像素子102での第2の領域108の
合焦評価値が第1の領域107の合焦評価値よりも大き
い場合には、第2の領域108の合焦評価値から第1の
領域107の合焦評価値を減算することによって、各領
域での合焦評価値の大小を判定し、その結果に基づい
て、現在の焦点位置からの移動方向すなわちレンズの駆
動方向を決定し、その指示をレンズ駆動手段105に出
力する。ただし、図2の(b)に示すように、合焦評価
値の差が0(ゼロ)あるいは予め設定した設定値以内の
場合には、現在の焦点位置が合焦位置となるので、判定
手段は現在の焦点位置を維持する指示をレンズ駆動手段
105に行う。その結果、レンズ駆動手段105は現在
の焦点位置を維持するので、撮影用撮像素子103で得
られる画像は合焦位置でのものとなる。
1の領域107の合焦評価値cと第2の領域108の合
焦評価値dとの比が等しいあるいは等しいと見なせるよ
うな場合、あるいはAF用撮像素子102の合焦評価値
a,bのみで判定処理を行う場合には、補正手段が不要
となり、判定手段による減算のみで焦点位置の移動方向
が決定できるので、判定に要する時間をさらに小さくす
ることができる。その結果、他の評価法と組み合わせた
場合であっても、1枚の画像(あるいは1フレーム分の
画像)の取得から焦点位置移動までの要する時間を小さ
くすることができる。
置を備えるテレビカメラやビデオカメラ等の動画を撮影
するための撮像装置、及びデジタルカメラ等の静止画を
撮影するための撮像装置では、図1に示すようにAF用
撮像素子102と撮影用撮像素子103とを同一のレン
ズ101の光軸106上の同じ位置に配置することは困
難となるので、実際の撮像素子の配置では後述するよう
に、AF用と撮影用とのそれぞれの撮像素子の数に対応
して2組(あるいはそれ以上)の撮影レンズを用いる、
あるいは1組の撮影レンズに入射した光の光路を途中で
分離し、AF用と撮影用とのそれぞれの撮像素子に入射
する必要がある。
置におけるAF用撮像素子と撮影用撮像素子との配置の
一例を説明するための図である。特に、図3の(a)は
複数個のレンズを用いてAF用撮像素子と撮影用撮像素
子とを配置したオートフォーカス装置の概略構成を説明
するための図であり、図3の(b)はレンズの後ろで光
路を分離してAF用撮像素子と撮影用撮像素子とを配置
したオートフォーカス装置の概略構成を説明するための
図である。
では、図示しない被写体の空間的情報を撮影用撮像素子
103に再生する撮影用レンズ301と、被写体の空間
的情報をAF用撮像素子102に再生するオートフォー
カス用レンズ302とがそれぞれ別々に設けられた構成
となっている。すなわち、撮影用レンズ301と撮影用
撮像素子103とからなる撮影用のカメラ部と、オート
フォーカス用レンズ302とAF用撮像素子102とか
らなるオートフォーカス用のカメラ部とがそれぞれ別々
に構成されるオートフォーカス装置を備えるテレビカメ
ラとなっている。
トフォーカス用レンズ302との焦点移動は連動し、オ
ートフォーカス用レンズ302の焦点位置がこのレンズ
302の合焦位置に移動された場合には、撮影用レンズ
301の焦点位置もこのレンズ301の合焦位置となる
ように、撮影用レンズ301とオートフォーカス用レン
ズ302との特性が設定されると共に、それぞれのレン
ズに対応する撮影用撮像素子103とAF用撮像素子1
02とが配置されている。
では、テレビカメラの光学系を形成する撮影用レンズ3
01と撮影用撮像素子103との間に配置した半透過ミ
ラー303によって、撮影用レンズ301から出射され
た光線(像)の光路を分離し、分離された一方の光線を
撮影用撮像素子103に入射させ、他方の光線をAF用
撮像素子102に入射させる構成となっている。すなわ
ち、比較的大きくまたその重量も重い光学系を1系統と
するオートフォーカス装置を備えるテレビカメラとなっ
ている。
で反射されてAF用撮像素子102の入射面に至る距離
が、半透過ミラー303を透過して撮影用撮像素子10
3の入射面までに至る距離と等しくなるように、AF用
撮像素子102と撮影用撮像素子103とが配置され
る。
被写体の空間的情報すなわち画像と、撮影用撮像素子1
03に再生される被写体の空間的情報すなわち画像とで
は、天地が逆転して再生されることとなる。従って、本
実施の形態では、例えば被写体の空間的情報の上部がA
F用撮像素子102及び撮影用撮像素子103での読み
出し開始位置となるように、撮影用撮像素子103とA
F用撮像素子102とが配置される。
3とAF用撮像素子102とのずれ、すなわち光軸を回
転中心とした回転方向のずれ及び各撮像素子102,1
03の撮像面と平行な方向に対するずれに対しては、周
知の画像補正等に修正可能であることはいうまでもな
い。
置における合焦評価値の検出範囲を説明するための図で
ある。ただし、図4の(a)はオートフォーカス用撮像
素子及び撮影用撮像素子の位置関係を説明するための図
(側面図)であり、図4の(b)はオートフォーカス用
撮像素子及び撮影用撮像素子における合焦評価の検出可
能領域を説明するための図(正面図)である。
写体側焦点深度、dfは遠被写体側焦点深度を示す。ま
た、以下の説明では、レンズのF値、焦点距離、及び被
写体距離で定まる錯乱円が撮像素子の画像サイズと同等
になる位置を焦点深度とする。
子102と撮影用撮像素子103とがなす角度をαとし
た場合、焦点深度の内側においては、画像の高域成分の
差がないために、合焦評価値は得られないこととなる。
従って、合焦評価値が検出可能となる範囲は、AF用撮
像素子102と撮影用撮像素子103との交点位置から
それぞれ焦点深度以上離間した領域となる。第1の領域
107における焦点深度は、Ln=dn/tanαとな
るので、図4の(b)に示す撮像素子102,103の
交点位置から焦点深度Lnまでの領域401を除く領域
402が、第1の領域107における合焦評価値の検出
範囲となる。同様に、第2の領域108における焦点深
度は、Lf=df/tanαとなるので、図4の(b)
に示す撮像素子102,103の交点位置から焦点深度
Lfまでの領域403を除く領域404が、第2の領域
108における合焦評価値の検出範囲となる。
トフォーカス装置を用いた撮像装置では、被写体の撮像
された光学像を映像信号に変換する撮像素子の内で、A
F用撮像素子102を入射光すなわちレンズ101の光
軸106に対して傾斜して配置する。特に、光軸106
に直交する直交面と平行に配置される撮影用撮像素子1
03に対して、AF用撮像素子102を傾斜して配置す
ることによって、AF用撮像素子102の入力面と光軸
106とが交差する位置における直交面と、AF用撮像
素子106との交線を境界として、AF用撮像素子10
6の各画素は2つの領域(第1の領域107と第2の領
域108とからなる分割画素領域)の何れかに分割され
る。このとき、AF用撮像素子106の下端部がレンズ
101に近くなるような傾斜の場合には、AF用撮像素
子102の第1の領域107がレンズ101に近くな
り、第2の領域108はレンズ101から遠くなる。な
お、AF用撮像素子102の傾斜方向が逆の場合には、
第1及び第2の領域107,108とレンズ101との
関係も逆となることはいうまでもない。
ム分の被写体像を撮像した場合であっても、AF用撮像
素子102の入力面と光軸106とが交差する位置を中
心として、第1の領域107では微小な量で焦点位置を
レンズ101側に移動させた場合と同じ効果の画像が得
られ、第2の領域では微小な量で焦点位置をレンズ10
1から遠い側に移動させた場合と同じ効果の画像が得ら
れる。その結果、合焦位置に焦点位置がある場合であっ
ても、レンズ101の焦点位置を移動させることなく異
なる2つの焦点位置での画像を得ることができるので、
撮影用撮像素子103では焦点位置を維持することがで
き、オートフォーカス制御に伴う合焦位置からの焦点位
置の移動を防止できる。また、1回の撮像で異なる2つ
の焦点位置での画像を得ることができるので、動きのあ
る被写体であっても合焦位置に焦点位置を速やかに設定
することができる。
103とAF用撮像素子102とからの映像信号の読み
出しは、同じ期間で読み出すように制御することによっ
て、フォーカスのために要する演算の時間を短縮する構
成としたが、これに限定されることはなく、撮影用撮像
素子103からの映像信号の読み出しに続いてAF用撮
像素子102からの映像信号を読み出すような構成、あ
るいはその逆の順番で映像信号を読み出す構成としても
よく、このような構成とすることによって、前述する効
果に加えて、合焦判定手段104を構成するHPF、絶
対値演算手段、補正手段、及び加算手段を、撮影用撮像
素子103とAF用撮像素子とで共用することができる
ので、合焦判定手段104をハードで構成する場合には
回路規模を低減させることが可能となる。一方、合焦判
定手段104をマイコン等の周知の情報処理装置上で動
作するプログラムによって実現する場合では、情報処理
装置にかかる負担を低減できるので、情報処理装置に比
較的に安価なものを使用できる。
102と撮影用撮像素子103とを同じサイズ及び同じ
画像ピッチの撮像素子を使用する場合について説明した
が、これに限定されることはなく、例えば画像出力の品
質に影響しないAF用撮像素子102に、撮影用撮像素
子103と画素数は同じであり画素ピッチが小さい撮像
素子を使用することによって、AF用撮像素子102と
AF用撮像素子102に係わる光学系を小型化すること
が可能となるので、オートフォーカス装置を小型化する
ことができる。また、小型のAF用撮像素子102及び
光学系を使用することによって、製造コストを低減させ
ることができる。さらには、異なる大きさの入射面積の
撮像素子を用いてもよいことはいうまでもない。例え
ば、撮像用素子103の撮像領域よりも小さいフォーカ
ス領域が予め設定されている場合には、このフォーカス
領域の画像を撮像するに十分な撮像領域を有するAF用
撮像素子103を用いることによって、AF用撮像素子
102のみならずAF用撮像素子102に係わる光学系
も小型化することが可能となるので、オートフォーカス
装置を小型化することができる。また、小型のAF用撮
像素子102及び光学系を使用することによって、製造
コストを低減させることができる。
102を傾斜させることによって、撮影用撮像素子10
3に対して、焦点位置を微小距離でレンズ101の側に
移動させた画像と、焦点位置を微小距離でレンズ101
から遠ざけた位置に移動させた画像とを撮像する構成と
したが、これに限定されることはなく、第1の領域10
7と第2の領域108とをそれぞれ撮像領域とする2個
あるいはそれ以上の撮像素子を設ける構成としても前述
する効果を得られることはいうまでもない。
手段105は、合焦判定手段104から出力される駆動
方向判定に基づいて、レンズ101の焦点機構を駆動し
焦点位置を予め設定された量だけ移動させる構成とした
が、これに限定されることはない。例えば、合焦判定手
段104に第1及び第2の領域107,108の合焦評
価値の差を演算する手段を設けると共に、第1及び第2
の領域107,108の合焦評価値の差に応じたレンズ
101の移動量を格納する移動量格納手段を設け、焦点
機構が合焦判定手段104からの合焦評価値の差に基づ
いて、移動量格納手段から合焦評価値の差に対応する移
動量を検索し、この検索された移動量と合焦判定手段1
04からの移動方向でレンズ101を移動させることに
よって、レンズ101の焦点移動を精度良く、また効率
的に行うことができるので、合焦までに要する時間を短
縮し効率的な合焦動作を実現できる。ただし、第1及び
第2の領域107,108の合焦評価値の差に応じたレ
ンズ101の移動量は、合焦評価値が得られる毎に演算
してもよいことはいうまでもない。さらには、レンズ1
01のF値や焦点距離や被写体距離等も勘案してレンズ
101の移動量を算出することによって、レンズ101
の焦点移動をさらに精度良く、さらに効率的に行うこと
ができ、合焦までに要する時間をさらに短縮した効率的
な合焦動作を実現できる。
前記発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本
発明は、前記発明の実施の形態に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能で
あることは勿論である。
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。 (1)AF用撮像素子は入射光の光軸に直交する直交面
に対して傾斜して配置されているので、1個の撮像素子
で、焦点位置を微小な量で移動させた場合の画像を1回
の撮像で得ることができる。その結果、合焦位置に焦点
位置がある場合あっても、その焦点位置を移動させるこ
となくオートフォーカス動作を行うことができる。 (2)AF用撮像素子が1個のみという簡易な構成でオ
ートフォーカス動作を行うことができるので、オートフ
ォーカス装置の構成を簡単化することが可能となる。そ
の結果、装置を小型化及び低コスト化できる。 (3)オートフォーカス制御に従来の山登り法を用いた
場合であっても、1個所の焦点位置での画像に基づいた
オートフォーカス動作を行うことができる。 (4)1枚の画像からオートフォーカス動作を行うこと
ができるので、オートフォーカス動作に係わる処理を時
間的なロスなく行うことができる。その結果、動いてい
る被写体であっても、速やかに合焦位置に焦点位置を移
動させることができる。
装置の概略構成を説明するための図である。
合焦動作を説明するための図である。
AF用撮像素子と撮影用撮像素子との配置の一例を説明
するための図である。
合焦評価値の検出範囲を説明するための図である。
フォーカス用撮像素子 103…撮影用撮像素子 104…合焦判
定手段 105…レンズ駆動手段 106…光軸 107…第1の領域 108…第2の
領域 301…撮影用レンズ 302…オート
フォーカス用レンズ 303…半透過ミラー 401…第1の
領域での焦点深度領域 402,404…合焦評価値の検出可能範囲 403…第3の領域での焦点深度領域
Claims (6)
- 【請求項1】 撮像された被写体の光学像を映像信号に
変換する撮像素子と、前記撮像素子で得られる映像信号
に基づいて、前記撮像素子に結像する前記被写体の光学
像の鮮鋭度を示す合焦評価値を算出する評価値算出手段
と、前記合焦評価値に基づいてレンズの焦点位置を調整
し、前記撮像素子に前記被写体の光学像を結像する焦点
調整手段とを有するオートフォーカス装置において、前
記撮像素子は入射光の光軸に直交する直交面に対して傾
斜して配置され、前記評価値算出手段は前記直交面と前
記撮像素子との交線を境界として分割される分割画素領
域毎の合焦評価値を算出する評価値算出手段を備え、前
記焦点調整手段は前記分割画素領域毎の合焦評価値を比
較する比較手段を備えたことを特徴とするオートフォー
カス装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載のオートフォーカス装置
において、前記被写体の光学像を映像信号に変換する撮
影用撮像素子を備え、前記評価値算出手段は前記撮影用
撮像素子の画素領域を前記撮像素子の分割画素領域に対
応する領域に分割し、前記撮影用撮像手段の分割画素領
域毎に合焦評価値を算出する手段と、前記撮影用撮像素
子から算出された前記分割画素領域毎の合焦評価値に基
づいて前記撮像素子の前記分割画素領域毎の合焦評価値
を補正する補正手段とを備え、前記焦点調整手段は前記
補正された撮像素子の合焦評価値に基づいて、前記レン
ズの焦点位置を調整することを特徴とするオートフォー
カス装置。 - 【請求項3】 請求項1もしくは2に記載のオートフォ
ーカス装置において、前記直交面と前記当該撮像素子と
の交線で分割される分割領域にそれぞれ撮像素子が配置
されることを特徴とするオートフォーカス装置。 - 【請求項4】 請求項3に記載のオートフォーカス装置
において、前記分割領域に配置される撮像素子は、それ
ぞれ前記光軸に対して撮像面が垂直に配置されると共
に、それぞれの撮像素子に結像される光学像の合焦位置
が異なるように配置されることを特徴とするオートフォ
ーカス装置。 - 【請求項5】 撮像された被写体の光学像を映像信号に
変換するオートフォーカス用撮像素子と、前記オートフ
ォーカス用撮像素子で得られる映像信号に基づいて、前
記オートフォーカス用撮像素子に結像する前記被写体の
光学像の鮮鋭度を示す合焦評価値を算出する評価値算出
手段と、前記合焦評価値に基づいてレンズの焦点位置を
調整し、撮影用撮像素子に前記被写体の光学像を結像す
る焦点調整手段とからなるオートフォーカス装置を有す
る撮像装置において、 前記オートフォーカス用撮像素子は入射光の光軸に直交
する直交面に対して傾斜して配置され、前記評価値算出
手段は前記直交面と前記オートフォーカス用撮像素子と
の交線を境界として分割される分割画素領域毎の合焦評
価値を算出する手段とを備え、前記焦点調整手段は前記
分割画素領域毎の合焦評価値を比較する比較手段を備え
たことを特徴とする撮像装置。 - 【請求項6】 請求項5に記載の撮像装置において、前
記評価値算出手段は前記撮影用撮像素子の画素領域を前
記オートフォーカス用撮像素子の分割画素領域に対応す
る領域に分割し、前記撮影用撮像手段の分割画素領域毎
に合焦評価値を算出する手段と、前記撮影用撮像素子か
ら算出された前記分割画素領域毎の合焦評価値に基づい
て前記オートフォーカス用撮像素子の前記分割画素領域
毎の合焦評価値を補正する補正手段とを備え、前記焦点
調整手段は前記補正されたオートフォーカス用撮像素子
の合焦評価値に基づいて、前記レンズの焦点位置を調整
することを特徴とする撮像装置。
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