JP2011043841A - 光学機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】高解像度画像を撮像する場合に、高い合焦精度と良好なAF応答性とを両立する。
【解決手段】光学機器は、撮像系20〜26の出力から複数の周波数帯域の信号を抽出して焦点信号を生成し、フォーカスレンズ18を移動させて焦点信号が最大値に近づくようにオートフォーカス制御を行う。オートフォーカス制御には、第1の周波数帯域とこれよりも低い第2の周波数帯域の焦点信号が合成された第1および第2の焦点信号を用いる。第2の焦点信号における第1の周波数帯域の焦点信号の全第2の焦点信号に対する比率が第1の焦点信号における第1の周波数帯域の焦点信号の全第1の焦点信号に対する比率よりも高い。制御手段30は第1の焦点信号の最大値の位置を含む領域をフォーカスレンズが往復移動を繰り返すことで第1の合焦判定を行った後、第2の焦点信号の最大値の位置を含む領域をフォーカスレンズが往復移動を繰り返すことで第2の合焦判定を行う。
【選択図】図1
【解決手段】光学機器は、撮像系20〜26の出力から複数の周波数帯域の信号を抽出して焦点信号を生成し、フォーカスレンズ18を移動させて焦点信号が最大値に近づくようにオートフォーカス制御を行う。オートフォーカス制御には、第1の周波数帯域とこれよりも低い第2の周波数帯域の焦点信号が合成された第1および第2の焦点信号を用いる。第2の焦点信号における第1の周波数帯域の焦点信号の全第2の焦点信号に対する比率が第1の焦点信号における第1の周波数帯域の焦点信号の全第1の焦点信号に対する比率よりも高い。制御手段30は第1の焦点信号の最大値の位置を含む領域をフォーカスレンズが往復移動を繰り返すことで第1の合焦判定を行った後、第2の焦点信号の最大値の位置を含む領域をフォーカスレンズが往復移動を繰り返すことで第2の合焦判定を行う。
【選択図】図1
Description
本発明は、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、交換レンズ装置等の光学機器におけるオートフォーカス(AF)制御技術に関するものである。
光学機器に搭載されるAF機能には、撮像素子を含む撮像系により生成された映像信号から映像の鮮鋭度を示す焦点信号(以下、AF評価値信号という)を生成し、該AF評価値信号が最大となるようにフォーカスレンズの駆動を制御するものがある。このようなAF方式は、コントラストAF方式又はTV−AF方式と称される。
AF評価値信号は、一般にバンドパスフィルタ(BPF)により映像信号から抽出された高周波成分に基づいて生成される。映像の焦点がぼけている状態では、高周波成分、つまりはAF評価値信号のレベルは低く、焦点が合うにしたがってAF評価値信号のレベルが高くなる。そして、合焦位置に到達するとAF評価値信号は最大になる。このようなAF評価値信号の特性を利用することにより、精度の高いフォーカスレンズの駆動制御(フォーカス制御:以下、AF制御ともいう)を行うことができる。
実際のAF制御では、AF評価値信号が低い場合はこれが高くなる方向に可能な限り高速でフォーカスレンズを駆動(山登り駆動とも称される)し、AF評価値信号が高くなるにつれて減速するようにフォーカス制御を行う。さらに、フォーカスレンズの駆動方向であるAF評価値信号が高くなる方向を決定するために、フォーカスレンズを微小駆動し、そのときのAF評価値信号の変化をモニタする(特許文献1参照)。これらによって、フォーカスレンズを短時間で合焦位置に移動させることができる。
最近では、撮影レンズの高倍率化や撮像素子の高画素化、高密度化が進み、NTSCやPALといった標準TV方式だけでなく、ハイビジョン方式のように、より高精細(高解像度)な映像を撮像できるカメラが普及しつつある。ハイビジョン方式撮像においても、上述したAF評価値信号を用いたAF制御が可能である。
但し、ハイビジョン方式撮像が可能なカメラにおいて、標準TV方式での撮像と同じ周波数帯域のAF評価値信号を用いてAF制御を行うと、以下のような問題が生ずる。
図11Aには、標準TV方式(ここでは、NTSC方式とする)で撮像する場合に解像する空間周波数と、ハイビジョン方式により高画素、高密度で撮像する場合に解像する空間周波数との比較を示している。この図において、NTSC撮像の解像空間周波数を「NTSC」Hzとし、ハイビジョン撮像の解像空間周波数を「HD」Hzとして示す。「HD」Hzは「NTSC」Hzよりも高い。
なお、ここでの解像空間周波数は、図中の矢印により示すように解像可能な限界周波数でなく、MTFが十分高い空間周波数である。一般に、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。
このような解像空間周波数の違いにより、「NTSC」HzのAF評価値信号をそのままハイビジョン撮像でのAF制御に使用しても、ピントを合わせ込むことができない可能性がある。「HD」Hzの被写体像に対しては、AF評価値信号の最大値検出を行えないからである。
図11Bには、「NTSC」Hzおよび「HD」HzのAF評価値信号により合焦検出を行う場合の例を示す。「周波数低い」方の信号が「NTSC」HzのAF評価値信号であり、「周波数高い」方の信号が「HD」HzのAF評価値信号である。
「NTSC」HzのAF評価値信号はなだらかな山形状を有し、「HD」HzのAF評価値信号は鋭い山形状を有する。また、この図には、NTSC撮像において必要な合焦精度をΔNTSCとして、ハイビジョン撮像において必要な合焦精度をΔHDとして示している。両AF評価値信号のピーク部はそれぞれの撮像方式に要求されるΔの幅内に収まっているため、各撮像方式では十分な合焦精度を得ることはできる。但し、ハイビジョン撮影時に「NTSC」HzのAF評価値信号を用いると、そのΔNTSCの範囲がΔHDの範囲よりも広く、十分な合焦精度を得ることができない。
これに対し、図11Cに示すように、「NTSC」HzのAF評価値信号と、「HD」HzのAF評価値信号とを加算(合成)すれば、ハイビジョン撮像において合焦精度を確保できるとも考えられる。
しかしながら、AF制御中に常に「NTSC」HzのAF評価値信号と「HD」HzのAF評価値信号とを加算すると、良好なAF性能を得ることができない場合が生ずる。
実際の撮像においては、画面内に主被写体以外に背景等の他の被写体が存在することが多い。このため、フォーカスレンズ位置を主被写体に対する合焦位置の前後に移動させたときに、図11Cに示すように、AF評価値信号が単調に上昇および下降する状況は少ない。
図12(a)には、画面の中央に主被写体である人物が存在し、該人物の後側には背景の山、人物の前側には物体が存在している例を示す。また、図12(b)には、このときの各フォーカスレンズ位置におけるハイビジョン用(高い抽出周波数)のAF評価値信号と、NTSC用(低い抽出周波数)のAF評価値信号の変化を示す。この場合、NTSC用のAF評価値信号と比較して、ハイビジョン用のAF評価値信号では、背景と手前の物体の影響により山が鋭く形成される。
したがって、AF制御において常にこれらのAF評価値信号を合成すると、図12(c)に示すように、合成後のAF評価値信号には、主被写体に対応する山の両側(至近端側および無限端側)に2つの山(ピーク)が形成されることになる。そして、この合成AF評価値信号を用いてAF制御を行う場合に、例えば至近端又は無限端からフォーカスレンズを駆動すると、フォーカスレンズは、本来ピントを合わせたい主被写体ではなく、背景又は手前の物体に対するピーク位置で停止してしまう。このため、AFの応答性が悪くなる。
また、背景に小さい又は細かい被写体が含まれる場合、該背景に対するAF評価値信号のレベルが高くなり易い。特に、ハイビジョン用の合焦精度を得るための高い周波数帯域のAF評価値信号が高くなり易い。
例えば、図13(a)に示すように、背景が細かい「林」で、周波数帯域が高くなるような場合、図13(b)に示すように、ハイビジョン用の高い周波数帯域において、主被写体に対応するAF評価値信号よりも背景に対応するAF評価値信号が強くなる。したがって、AF制御において常にこれらのAF評価値信号を合成すると、図13(c)に示すように、合成AF評価値信号のうち背景の「林」に対応するフォーカス位置に最も高い山が形成される。この場合、主被写体よりも背景にピントが合い易くなり、いわゆる遠近競合が起きてしまう。
このように、NTSC用の低い周波数帯域のAF評価値信号だけではハイビジョンに適した合焦精度が得られない。また、ハイビジョンに適した合焦精度を得るためにハイビジョン用のAF評価値信号をNTSC用のAF評価値信号に単に合成しただけでは、主被写体にピントが合い難くなり、応答性が悪化するおそれがある。
本発明は、ハイビジョン方式等の従来よりも高解像度の画像を撮像する場合においても、高い合焦精度とAF制御の良好な応答性とを両立できるようにした光学機器およびフォーカス制御方法を提供することを目的の1つとしている。
本発明の一側面としての光学機器は、フォーカスレンズと、撮像系の出力から複数の周波数帯域の信号の抽出が可能であり、該信号から焦点信号を生成する信号生成手段と、フォーカスレンズを移動させて焦点信号が最大値に近づくようにオートフォーカス制御を行う制御手段とを有する。制御手段は、オートフォーカス制御において第1の焦点信号および第2の焦点信号を用いる。第1および第2の焦点信号はそれぞれ、少なくとも第1の周波数帯域と該第1の周波数帯域よりも低い第2の周波数帯域の焦点信号を合成した合成信号であり、第2の焦点信号において合成された第1の周波数帯域の焦点信号の該第2の焦点信号の全体に対する比率が、第1の焦点信号において合成された第1の周波数帯域の焦点信号の該第1の焦点信号の全体に対する比率よりも高い。制御手段は、第1の焦点信号が最大値となる位置を含む領域内をフォーカスレンズが往復動作を繰り返すことで第1の合焦判定を行った後に、第2の焦点信号が最大値となる位置を含む領域内をフォーカスレンズが往復動作を繰り返すことで第2の合焦判定を行うことを特徴とする。
また、本発明の他の側面としてのフォーカス制御方法は、撮像系の出力から複数の周波数帯域の信号の抽出が可能であり、該信号から焦点信号を生成する信号生成ステップと、フォーカスレンズを移動させて焦点信号が最大値に近づくようにオートフォーカス制御を行う制御ステップとを有する。制御ステップにおいて、第1の焦点信号および第2の焦点信号を用いる。第1の焦点信号および第2の焦点信号はそれぞれ、少なくとも第1の周波数帯域と該第1の周波数帯域よりも低い第2の周波数帯域の焦点信号を合成した合成信号であり、第2の焦点信号において合成された第1の周波数帯域の焦点信号の該第2の焦点信号の全体に対する比率が、第1の焦点信号において合成された第1の周波数帯域の焦点信号の該第1の焦点信号の全体に対する比率よりも高い。制御ステップにおいて、第1の焦点信号が最大値となる位置を含む領域内をフォーカスレンズが往復動作を繰り返すことで第1の合焦判定を行った後に、第2の焦点信号が最大値となる位置を含む領域内をフォーカスレンズが往復動作を繰り返すことで第2の合焦判定を行うことを特徴とする。
本発明によれば、第2の周波数帯域よりも高い第1の周波数帯域の焦点信号の比率が低い第1の焦点信号を用いて主被写体に対するオートフォーカス制御を行い、第1の周波数帯域の焦点信号の比率が高い第2の焦点信号を用いてさらにフォーカス精度を高める。このため、従来よりも高解像度の画像を撮像する場合において、高い合焦精度が得られるだけでなく、フォーカス制御の良好な応答性を得ることができる。
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
本実施例では、ハイビジョン周波数帯域のように高い周波数帯域のAF評価値信号とNTSC周波数帯域のように低い周波数帯域のAF評価値信号とを合成(加算)してAF制御に用いる合成AF評価値信号を得る。但し、高い周波数帯域のAF評価値信号の特徴が強く表れる合成をAF制御中に常に行うのではなく、低い周波数帯域のAF評価値信号を用いて合焦近傍までピント合わせした後に行い、さらに精度の高い合焦を得ることを特徴とする。
まず、本実施例の概略について、図12,図13および図10Aを用いて説明する。前述したように、図12(a)および図13(a)にはそれぞれ、画面の中央に主被写体である人物が存在し、該人物の後側には背景の「山」および「林」、人物の前側には物体が存在している例を示す。また、図12(b)および図13(b)には、図12(a)および図13(a)の場合の各フォーカスレンズ位置におけるハイビジョン周波数帯域(高い抽出周波数)のAF評価値信号と、NTSC周波数帯域(低い抽出周波数)のAF評価値信号の変化を示す。さらに、図12(c)および図13(c)にはそれぞれ、図12(a)および図13(a)の場合の上記両AF評価値信号を加算(合成)した合成AF評価値信号を示す。
なお、ここでは、「高い抽出周波数」としてハイビジョン周波数帯域を、「低い抽出周波数」としてNTSC周波数帯域を挙げるが、これらは例に過ぎず、ハイビジョン周波数帯域やNTSC周波数帯域に限定されるわけではない。例えば、「低い抽出周波数」がPAL方式の周波数帯域であってもよい。
本実施例では、第1に、図12(b)および図13(b)に示すNTSC周波数帯域のAF評価値信号に着目する。これを着目点Aとする。この低いNTSC周波数帯域のAF評価値信号の特徴は、ハイビジョン撮像での合焦精度は得られないが、主被写体の検出能力が高いことである。
図12(b)および図13(b)から分かるように、NTSC周波数帯域のAF評価値信号において、背景や手前の物体に対しての変化はなだらかであり、主被写体に対する合焦位置近傍にて最大となる。このため、至近端や無限端からAFを行っても、主被写体に対する合焦位置近傍までスムーズにフォーカスレンズを移動させることができる。つまり、主被写体の検出能力が高く、至近端や無限端のように主被写体に対する合焦位置からフォーカスレンズの位置が離れている場合でも、応答性良く主被写体の合焦位置近傍までAFを行うことができる。
次に、本実施例では、ハイビジョン周波数帯域のAF評価値信号に着目する。これを着目点Bとする。この高いハイビジョン周波数帯域のAF評価値信号は、図12(b)および図13(b)に示すように、背景、人物および手前の物体のそれぞれに対して鋭く変化している。したがって、該AF評価値信号を用いることにより、ハイビジョン撮像に要求されるAF精度を得ることができる。
そして、これら着目点Aと着目点Bを組み合わせ方に着目する。これを着目点Cとする。本実施例では、まず、AF制御の第1段階として、主被写体に対するAF評価値信号の最大位置の検出を、NTSC周波数帯域のAF評価値信号を用いてAF制御を行う。このとき、少ない比率のハイビジョン周波数帯域のAF評価値信号成分とNTSC周波数帯域のAF評価値信号との加算(合成)により得られた合成AF評価値信号を用いてもよい。
次に、AF制御の第2段階として、高い比率のハイビジョン周波数帯域のAF評価値信号成分とNTSC周波数帯域のAF評価値信号との加算(合成)により得られた合成AF評価値信号を用いてAF制御を行う。
図12(d)および図13(d)には、上記着目点Cに示した第1段階と第2段階で用いられる合成AF評価値信号を併せて示している。第2段階において合成AF評価値信号は、主被写体に対する合焦位置近傍でしか生成されないため、主被写体に対する合焦位置でのみピークを示す。このため、容易かつ高精度に主被写体に対する合焦位置にフォーカスレンズを駆動することができる。
以上の説明を言い換えれば、いわゆる粗調節を低い周波数帯域のAF評価値信号の特徴を生かして行い、その後の微調節を高い周波数帯域のAF評価値信号の特徴を生かして行う。さらに言い換えれば、AF制御に用いるAF評価値信号の主たる周波数帯域を、主被写体の合焦位置近傍とそれ以外の領域とで異ならせる。
これにより、低い周波数帯域のAF評価値信号を用いた場合の優位性である良好な応答性と、高い周波数帯域のAF評価値信号を用いた場合の優位性である高いAF精度の双方を両立させることができる。
図10Aには、以上説明したAF制御の基本的な概念をフローチャートにして示している。ここでは、低い周波数帯域のAF評価値信号を主に用いる第1段階(粗調節時)においてAF評価値信号が最大となるフォーカスレンズ位置を「ピーク位置1」とする。また、高い周波数帯域のAF評価値信号を主として用いる第2段階(微調節時)において合成AF評価値信号がピークとなるフォーカスレンズ位置を「ピーク位置2」とする。
ステップS1401では、ピーク位置1が求まっているか否かを判定する。ピーク位置1が求まっていなければステップS1402に進み、低い周波数帯域のAF評価値信号を主として用いる。そして、ステップS1401に戻る。
一方、ステップS1401において、ピーク位置1が求まっていれば、ステップS1403に進み、低い周波数帯域のAF評価値信号に、高い周波数帯域のAF評価値信号を高い比率で加算した合成AF評価値信号を用いる。
ステップS1404において、ピーク位置2が求められる(フォーカスレンズがピーク位置2に移動する)と、本フローを終了する。
以下、上記AF制御のより具体的な内容を説明する。但し、以下では、先に説明した「粗調節」を標準TV方式での解像度に適した合焦精度を得るための「調節」として、「微調節」を「合焦判定動作」として説明する。
図1には、本実施例の光学機器としての撮像装置の構成を示す。該撮像装置は、レンズ一体型のハイビジョン方式ビデオカメラ又はデジタルスチルカメラである。撮像される画像は、動画でもよいし静止画でもよい。
同図において、10は固定の第1レンズユニット、12は光軸方向に移動して変倍を行う第2レンズユニット(以下、変倍レンズという)である。14は絞り、16は固定の第3レンズユニットである。18は第4レンズユニットとしてのフォーカス・コンペンセータレンズ(以下、フォーカスレンズという)であり、光軸方向に移動して、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とを兼ね備えている。
20はCCDセンサやCMOSセンサにより構成される撮像素子である。22は撮像素子20からの出力のサンプリングを行うCDS回路、24はサンプリングした信号のゲイン調整を行うAGC回路である。26はA/D変換器であり、ゲイン調整後のアナログ信号をデジタル信号に変換する。これら撮像素子20〜A/D変換器26により、撮像系が構成される。
A/D変換器26からの出力は、不図示のカメラ信号処理回路に入力される。該カメラ信号処理回路は、A/D変換器26からの出力に基づいて映像信号を生成する。該映像信号は、不図示の記録媒体(半導体メモリ、光ディスク、磁気テープ等)に記録されたり、不図示のディスプレイに表示されたりする。
38はズームモータであり、変倍レンズ12を駆動するアクチュエータである。36はズームドライバであり、ズームモータ38を後述する主制御回路30からの信号に従って駆動する。
34はフォーカスモータであり、フォーカスレンズ18を駆動するアクチュエータである。32はフォーカスドライバであり、フォーカスモータ34を主制御回路30からの信号に従って駆動する。
28は信号生成手段としてのAF評価値処理回路であり、A/D変換器26から出力されたデジタル信号から高周波成分を抽出する。さらに、抽出した高周波成分を用いてAF評価値信号を生成する。
30は主制御回路であり、CPU等を含むマイクロコンピュータにより構成される。主制御回路30は、AF評価値処理回路28からのAF評価値信号に基づいて、フォーカスドライバ32を介してフォーカスレンズ18の駆動を制御する。具体的には、AF評価値信号のレベルが最大にできるだけ近づくように(望ましくは最大となるように)フォーカスレンズ18を駆動する。
39はフォーカスレンズ18の位置を検出する位置検出器である。
図2には、AF評価値処理回路28の構成例を示している。また、図3には、撮像画面内に設定された焦点検出領域と、該焦点検出領域内での画素構成を示す。
図3において、焦点検出領域56は、1フレーム又は1フィールドの画面54内に設定される。焦点検出領域56は、複数の水平ライン58により構成され、各水平ライン58は複数の画素60により構成されている。
ライン・メモリ41は、A/D変換器26からの出力データから、焦点検出領域56の1水平ラインの画素データP0,P1,・・・,Pnを取得して記憶する。離散コサイン変換(DCT)回路42は、ライン・メモリ41に記憶される1水平ラインの画像データを直交変換し、周波数成分の元データF0,F1,・・・,Fnを出力する。
重み付け回路44は、DCT回路42の出力に対して、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。すなわち、重み付け回路44は、K0×F0,K1×F1,・・・,Kn×Fnを出力可能である。
周波数成分抽出回路46は、重み付け回路44の出力K0×F0,K1×F1,・・・,Kn×Fnのうち、主制御回路30により指令された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、周波数成分抽出回路46から出力された1ライン分の出力中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およびレジスタ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。累積前において、レジスタ52にはゼロがセットされる。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。これを焦点検出領域56の全水平ライン58について実行することで、焦点検出領域56における全水平ライン58で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の記憶値は、AF評価値信号(焦点信号)として主制御回路30に供給される。
図4には、ライン・メモリ41、DCT回路42、重み付け回路44および周波数成分抽出回路46におけるデータの変遷の様子を例示する。図4(a)はライン・メモリ41に格納される画素データ列を、同図(b)はDCT回路42から出力されるデータ列を示す。図4(c)は重み付け回路44の出力(重み付け後の周波数成分)データ列を示し、図4(d),(e),(f)は周波数成分抽出回路46の出力例を示す。
DCT回路42の出力F0〜Fnにおいて、F0が直流成分付近の最も低い周波数成分であり、F1,F2,F3・・・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。
主制御回路30は、周波数成分抽出回路46に抽出させる周波数成分と種類を決定する機能を有している。例えば、撮像方式や解像度に応じてどの周波数成分を抽出させるかを決定する。この決定情報は、周波数成分抽出回路46に出力される。
ここで、本実施例では、抽出する周波数成分は複数であり、これら周波数成分から生成されるAF評価値信号も複数である。そして、主制御回路30は、複数のAF評価値信号のそれぞれにゲインを乗じることができ、ゲインを乗じた後のAF評価値信号を加算することも可能である。また、加算する際には、その比率を変えることもできる。
図5はAF評価値処理回路28により生成されたAF評価値信号の主制御回路30への入力とその合成回路の例を示している。この図において、BPFは周波数成分抽出回路46における抽出周波数帯域を示し、BPF0からBPFnまで複数ある。0からnは数字が大きくなるにつれて、相対的かつ絶対的に高い周波数帯域となるものである。主制御回路30は、BPF0〜BPFnの中から抽出するAF評価値信号の周波数帯域の設定が可能である。また、前述したように、主制御回路30は、抽出したAF評価値信号の加算が可能であり、加算した後のAF評価値信号を、以下、合成AF評価値信号という。
また、主制御回路30は、抽出したAF評価値信号に対するゲインを任意に変更することができる。AF評価値信号のゲインを変化させることで、該AF評価値信号の合成AF評価値信号における比率を変化させることができる。
このことから、AF評価値処理回路28は個々の周波数帯域のAF評価値信号を生成する信号生成手段として機能し、主制御回路30は個々の周波数帯域のAF評価値信号を加算(合成)して合成AF評価値信号を生成する信号生成手段としての機能を有する。
さらに、ゲインを0にすることも可能である。ゲインを0とすることで、該AF評価値信号は加算されないことになる。但し、この場合を比率0で加算されたものとして扱ってもよい。
次に、主制御回路30で行われるAF制御について、図6から図12を用いて説明する。まず、AF制御での処理について、図6を用いて説明する。図6は、図1に示したビデオカメラにおけるAF処理動作の流れを示すフローチャートである。
なお、本実施例では、先に説明したAF制御の第1段階は、後に図7を用いて詳しく説明する図6中のステップS601で実行される微小駆動制御の前半部分に相当する。また、第2段階のAF制御は、上記微小駆動制御の後半部分の合焦判定動作(合焦確認動作ともいう)に相当する。
さらに、本実施例では、第1段階では、高い周波数帯域のAF評価値信号の成分を小さな比率又は0の比率で含み(すなわち、該成分を含まず)、低い周波数帯域のAF評価値信号の成分を大きな比率で含む合成AF評価値信号を用いる。以下、このような合成AF評価値信号を、第1の合成AF評価値信号という。また、第2段階のAF制御においては、高い周波数帯域のAF評価値信号の成分を大きな比率で含む合成AF評価値信号(以下、第2の合成AF評価値信号という)を用いる。
ここにいう「比率」は、合成AF評価値信号のレベルの中で該AF評価値信号成分のレベルが占める割合を示し、比率が大きいほど合成AF評価値信号のレベルに対する該AF評価値信号成分のレベルの影響が強く出る。例えば、AF評価値信号成分AとAF評価値信号成分BとAF評価値信号成分Cとが0.5:1:1.5の割合で合成された合成AF評価値信号においては、これら信号成分の比率はそれぞれ0.16、0.33、0.5となる。上記第1および第2の合成AF評価値信号における各周波数帯域のAF評価値信号の具体的な比率については後述する。
図6において、ステップS601では、第1および第2の合成AF評価値信号のレベル変化に基づいて、フォーカスレンズ18の微小駆動制御を行う。
そして、次のステップS602では、該往復駆動制御中に合焦判定ができたか否かを判断する。この合焦判定については後述する。合焦判定ができないと判断した場合はステップS603へ進み、合焦判定ができたと判断した場合はステップS608へ進む。
ステップS603では、第1の合成AF評価値信号のレベル変化に基づいて、フォーカスレンズ18の移動方向判別ができたか否かを判断する。この移動方向判別については後述する。移動方向判別ができたと判断した場合はステップS604へ進み、移動方向判別ができないと判断した場合はステップS601へ戻る。
ステップS604では、第1の合成AF評価値信号のレベルが大きくなる方向へ高速でフォーカスレンズ18を駆動(山登り駆動)した後、次のステップS605ヘ進む。
ステップS605では、第1の合成AF評価値信号のレベルがピークを超えたか否かを判断する。第1の合成AF評価値信号のレベルがピークを超えていないと判断した場合はステップS604へ戻る。また、第1の合成AF評価値信号のレベルがピークを超えたと判断した場合はステップS606へ進む。
ステップS605では、第1の合成AF評価値信号のレベルがピークを超えたか否かを判断する。第1の合成AF評価値信号のレベルがピークを超えていないと判断した場合はステップS604へ戻る。また、第1の合成AF評価値信号のレベルがピークを超えたと判断した場合はステップS606へ進む。
ステップS606では、フォーカスレンズ18を第1の合成AF評価値信号のレベルがピークとなった位置(ピーク位置1)に戻す。
次に、ステップS607では、フォーカスレンズ18がピーク位置1に戻ったか否かを判断する。ピーク位置1に戻っていないと判断した場合はステップS606に戻る。また、ピーク位置1に戻ったと判断した場合はステップS601に戻る。
一方、ステップS608では、ピーク位置1における第1の合成AF評価値信号のレベルを不図示のメモリに記憶する。次のステップS609では、最新の第1の合成AF評価値信号を取り込む。
その後、ステップS610では、ステップS608においてメモリに記憶した第1の合成AF評価値信号のレベル(前回レベル)とステップS609において取り込んだ最新の第1の合成AF評価値信号のレベル(今回レベル)とを比較する。そして、前回レベルと今回レベルの差が所定値より大きいか否か(第1の合成AF評価値信号のレベル変動が大きいか否か)を判断する。該差が所定値より大きい場合はステップS601へ戻り、第1段階のAF制御を再起動する。また、該差が所定値以下の場合はステップS611へ進む。
ステップS611では、フォーカスレンズ18の駆動を停止し、ステップS609へ戻る。
次に、前述したステップS601で実行される微小駆動制御について、図7のフローチャートを用いて説明する。
ステップS700では、微小駆動制御の第1段階において用いられる第1の合成AF評価値信号を生成するための複数のAF評価値信号の周波数帯域と、該AF評価値信号に対するゲインの設定を行う。例えば、以下のように設定される。
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
以上の設定では、BPF0およびBPF1に示す低い周波数帯域のAF評価値信号に対するゲインに対して、BPF2に示す高い周波数帯域のAF評価値信号に対するゲインを10%と低く抑える。これにより、高い周波数帯域(5MHz)のAF評価値信号の成分比率が少ない第1の合成AF評価値信号が生成される。高い周波数帯域のAF評価値信号の成分比率としては、約0.05である。
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
以上の設定では、BPF0およびBPF1に示す低い周波数帯域のAF評価値信号に対するゲインに対して、BPF2に示す高い周波数帯域のAF評価値信号に対するゲインを10%と低く抑える。これにより、高い周波数帯域(5MHz)のAF評価値信号の成分比率が少ない第1の合成AF評価値信号が生成される。高い周波数帯域のAF評価値信号の成分比率としては、約0.05である。
高い周波数帯域のAF評価値信号の成分比率が少ないことにより、応答性に対する影響を少なくすることができる。なお、ここでは高い周波数帯域のAF評価値信号に対するゲインを10%とする場合について説明するが、これを0%として、応答性に対する影響を排除することも可能である。
ステップS701では、AF評価値処理回路28からBPF0〜BPF2のAF評価値信号を取り込み、それぞれに上記設定ゲインを乗じた後に加算して第1の合成AF評価値信号を生成する。生成された第1の合成AF評価値信号のレベルは、位置検出器39により検出されたフォーカスレンズ18の位置とともに不図示のメモリに記憶される。
次に、ステップS702では、ステップS701において今回生成した第1の合成AF評価値信号のレベルが前回生成した第1の合成AF評価値信号のレベルより大きいか否かを判断する。そして、今回のレベルが前回のレベルより小さいと判断した場合は、ステップS703へ進む。また、今回のレベルが前回のレベルより大きいと判断した場合はステップS706へ進む。
ステップS703では、前回のフォーカスレンズ18の位置をピーク位置1としてメモリに保存するとともに、今回ステップS701で記憶した第1の合成AF評価値信号をクリアする。そして、フォーカスレンズ18を前回とは逆方向に所定量駆動した後、ステップS704へ進む。
ステップS706では、今回のフォーカスレンズ18の位置をピーク位置1としてメモリに記憶するとともに、今回ステップS701で記憶した第1の合成AF評価値信号のレベルをピーク値としてメモリに記憶する。そして、フォーカスレンズ18を前回と同じ方向(順方向)に所定量駆動した後、ステップS704へ進む。
ステップS704では、フォーカスレンズ18が所定回数連続して同じ方向に駆動されたか否かを判断する。言い換えれば、第1の合成AF評価値信号のレベルが前回よりも増加していく合焦方向の判断結果が所定回数連続して同一であるか否かを判断する。合焦方向が所定回数連続して同一でないと判断した場合はステップS705に進む。合焦方向が所定回数連続して同一でないときは、フォーカスレンズ18が第1の合成AF評価値信号のレベルが最大となる位置を若干通過したときである。すなわち、この時点でのフォーカスレンズ位置は第1の合成AF評価値信号レベルが最大となる位置を含む所定の領域内に入っていることを意味する。合焦方向が所定回数連続して同一であると判断した場合はステップS709へ進む。
ステップS705では、第2段階としての合焦判定動作を開始する。ステップS704までで得られたピーク位置は第1の合成AF評価値信号に基づくピーク位置1である。このため、このステップでは、合焦判定で使用する第2の合成AF評価値信号を生成するための複数のAF評価値信号の周波数帯域と、該AF評価値信号に対するゲインの設定を行う。例えば、以下のように設定される。
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン100%
ここでは、BPF2からのAF評価値信号に対するゲインを増加させることにより、第1の合成AF評価値信号に比べて、高い周波数帯域(5MHz)のAF評価値信号の成分比率を高めている。該成分比率は、約0.33となる。
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン100%
ここでは、BPF2からのAF評価値信号に対するゲインを増加させることにより、第1の合成AF評価値信号に比べて、高い周波数帯域(5MHz)のAF評価値信号の成分比率を高めている。該成分比率は、約0.33となる。
次に、ステップS707では、フォーカスレンズ18が第2の合成AF評価値信号に基づいて、同一のエリアでの往復動作を所定回数繰り返しているか否かを判断する。この往復動作が繰り返される場合は、第2の合成AF評価値信号のレベルが最大となる位置(ピーク位置2)を挟んでフォーカスレンズ18が往復動作し続けていることを意味する。該往復動作を所定回数繰り返したと判断した場合はステップS708へ進む。また、往復動作を所定回数繰り返さなかったと判断した場合はステップS710に進む。
ステップS708では、合焦判定ができたとして、これを示すフラグを立てるとともに、上記往復動作エリア内の所定位置(例えば、第2の合成AF評価値信号のレベル変化の中心位置)であるピーク位置2にフォーカスレンズ18を移動させる。上記フラグは図6のステップS602での判別に用いられる。そして、ステップS710に進む。
ステップS710では、再び第1の合成AF評価値信号を得るために以下の設定を行い、その後、本処理動作を終了する。
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
また、ステップS709では、方向判別ができたとして、これを示すフラグを立てる。このフラグは、図6のステップS603での判別に用いられる。そして、ステップS710に進む。
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
また、ステップS709では、方向判別ができたとして、これを示すフラグを立てる。このフラグは、図6のステップS603での判別に用いられる。そして、ステップS710に進む。
以上説明したように、本実施例では、合焦位置の近傍エリアとそれ以外のエリアとで、高い周波数帯域のAF評価値信号成分のゲインを変更することで、使用する合成AF評価値信号における該信号成分の比率を変更する。これにより、AF制御の応答性と合焦精度の向上を図ることができる。
また、上記実施例にて示したAF評価値信号の周波数帯域やゲインの設定は例に過ぎず、以下の設定例1〜6に示すように設定してもよい。設定例1〜6における上段は図7のステップS700およびS710で設定される第1の合成AF評価値信号の例を、下段がステップS705で設定される第2の合成AF評価値信号の例を示している。
設定例1.第1の合成AF評価値信号に高い周波数帯域の信号成分を含ませない場合。
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン0%
↓
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン100%
設定例2.第2の合成AF評価値信号における低い周波数帯域の信号成分のゲインを下げる場合。
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン0%
↓
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン50%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン50%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン120%
設定例3.第2の合成AF評価値信号において周波数帯域を変更する場合。
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン0%
↓
BPF0:帯域1MHz、ゲイン50%
BPF1:帯域3MHz、ゲイン50%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン120%
設定例4.周波数帯域の数は3つに限らない。
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
BPF3:帯域10MHz、ゲイン0%
↓
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン90%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン110%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン100%
BPF3:帯域10MHz、ゲイン100%
設定列5.第2の合成AF評価値信号において低い周波数帯域を変更し、かつ数を減らす場合。
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
BPF3:帯域10MHz、ゲイン0%
↓
BPF0:帯域0.3MHz、ゲイン0%
BPF1:帯域1.5MHz、ゲイン50%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
BPF3:帯域10MHz、ゲイン120%
設定例6.第2の合成AF評価値信号において最も高い周波数帯域と最も低い周波数帯域との間の周波数帯域のゲインを増加させる場合。
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
BPF3:帯域10MHz、ゲイン0%
↓
BPF0:帯域0.3MHz、ゲイン10%
BPF1:帯域1.5MHz、ゲイン110%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
BPF3:帯域10MHz、ゲイン120%
設定例7.ゲイン(つまりは比率)を高くする周波数成分は最も高い周波数帯域の成分でなくてもよく、相対的に高い周波数帯域の成分であってもよい。
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域3MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域6MHz、ゲイン5%
BPF3:帯域8MHz、ゲイン5%
↓
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域3MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域6MHz、ゲイン100%
BPF3:帯域8MHz、ゲイン5%
これらの設定例のように、AF評価値信号の周波数帯域とゲインを適宜変更することで、より応答性と合焦精度をきめ細かく調整することが実現できる。例えば、撮像方式、被写体の明るさ、記録画素数、画素密度、動画、静止画などの様々な撮像状態によって任意に変更することができる。
以下、本発明の実施例2について説明する。本実施例の撮像装置の基本的な構成は、上述した実施例1にて図1を用いて説明した構成と同じてあり、共通する構成要素には図1と同一符号を付す。
本実施例では、微小駆動制御の第1段階において第1の合成AF評価値信号を用いた合焦判定を行ってから、さらに第2段階において第2の合成AF評価値信号を用いた最終的な合焦判定を行う。それぞれの合焦判定は、フォーカスレンズ18が同一エリアで所定回数往復動作したことをもって行われる。
言い換えれば、まず、低い周波数成分を多く含む第1の合成AF評価値信号を用いた所定回数の往復動作の確認により、粗い(広い許容範囲での)合焦判定を行う。その後、高い周波数成分を多く含む第2の合成AF評価値信号を用いた所定回数の往復動作の確認により、高精度の合焦判定を行う。これにより、合焦判定に第2の合成AF評価値信号のみを用いる実施例1に比べて、背景等による影響をより効果的に排除でき、正しく主被写体にピントが合う確率をより高めることができる。
図8には、本実施例の主制御回路30において実行されるAF制御のうち微小駆動制御の流れを示すフローチャートである。なお、AF制御における微小駆動制御以外の部分については、実施例1で図7を用いて説明したものと同じである。
図8において、ステップS800では、微小駆動制御の第1段階において用いられる第1の合成AF評価値信号を生成するための複数のAF評価値信号の周波数帯域と、該AF評価値信号に対するゲインの設定を行う。例えば、以下のように設定される。
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
次に、ステップS801では、AF評価値処理回路28からBPF0〜BPF2のAF評価値信号を取り込み、それぞれに上記設定ゲインを乗じた後に加算して第1の合成AF評価値信号を生成する。生成された第1の合成AF評価値信号のレベルは、位置検出器39により検出されたフォーカスレンズ18の位置とともに不図示のメモリに記憶される。
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
次に、ステップS801では、AF評価値処理回路28からBPF0〜BPF2のAF評価値信号を取り込み、それぞれに上記設定ゲインを乗じた後に加算して第1の合成AF評価値信号を生成する。生成された第1の合成AF評価値信号のレベルは、位置検出器39により検出されたフォーカスレンズ18の位置とともに不図示のメモリに記憶される。
次に、ステップS802では、ステップS801において今回生成した第1の合成AF評価値信号のレベルが前回生成した第1の合成AF評価値信号のレベルより大きいか否かを判断する。そして、今回のレベルが前回のレベルより小さいと判断した場合は、ステップS803へ進む。また、今回のレベルが前回のレベルより大きいと判断した場合はステップS806へ進む。
ステップS803では、前回のフォーカスレンズ18の位置をピーク位置1としてメモリに保存するとともに、今回ステップS801で記憶した第1の合成AF評価値信号をクリアする。そして、フォーカスレンズ18を前回とは逆方向に所定量駆動した後、ステップS804へ進む。
ステップS806では、今回のフォーカスレンズ18の位置をピーク位置1としてメモリに記憶するとともに、今回ステップS801で記憶した第1の合成AF評価値信号のレベルをピーク値としてメモリに記憶する。そして、フォーカスレンズ18を前回と同じ方向(順方向)に所定量駆動した後、ステップS804へ進む。
ステップS804では、フォーカスレンズ18が所定回数連続して同じ方向に駆動されたか否かを判断する。言い換えれば、第1の合成AF評価値信号のレベルが前回よりも増加していく合焦方向の判断結果が所定回数連続して同一であるか否かを判断する。合焦方向が所定回数連続して同一でないと判断した場合はステップS805に進む。合焦方向が所定回数連続して同一でないときは、フォーカスレンズ18が第1の合成AF評価値信号のレベルが最大となる位置を通過したときである。すなわち、この時点でのフォーカスレンズ位置は第1の合成AF評価値信号レベルが最大となる位置に近いことを意味する。合焦方向が所定回数連続して同一であると判断した場合はステップS811へ進む。
ステップS805では、第1段階内での合焦判定動作を開始する。ここでは、第1の合成AF評価値信号を用いたままで、フォーカスレンズ18が同一のエリアでの往復動作を所定回数繰り返しているか否かを判断する。この往復動作が繰り返される場合は、第1の合成AF評価値信号のレベルが最大となる位置を挟んでフォーカスレンズ18が往復動作し続けていることを意味する。該往復動作を所定回数繰り返したと判断した場合はステップS807へ進む。また、往復動作を所定回数繰り返さなかったと判断した場合はステップS810に進む。
ステップS807では、第2段階としての合焦判定動作を開始する。ここでは、第2の合成AF評価値信号を生成するための複数のAF評価値信号の周波数帯域と、該AF評価値信号に対するゲインの設定を行う。例えば、以下のように設定される。
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン100%
次に、ステップS808では、フォーカスレンズ18が第2の合成AF評価値信号に基づいて、同一のエリアでの往復動作を所定回数繰り返しているか否かを判断する。この往復動作が繰り返される場合は、第2の合成AF評価値信号のレベルが最大となる位置(ピーク位置2)を挟んでフォーカスレンズ18が往復動作し続けていることを意味する。該往復動作を所定回数繰り返したと判断した場合はステップS809へ進む。また、往復動作を所定回数繰り返さなかったと判断した場合はステップS810に進む。
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン100%
次に、ステップS808では、フォーカスレンズ18が第2の合成AF評価値信号に基づいて、同一のエリアでの往復動作を所定回数繰り返しているか否かを判断する。この往復動作が繰り返される場合は、第2の合成AF評価値信号のレベルが最大となる位置(ピーク位置2)を挟んでフォーカスレンズ18が往復動作し続けていることを意味する。該往復動作を所定回数繰り返したと判断した場合はステップS809へ進む。また、往復動作を所定回数繰り返さなかったと判断した場合はステップS810に進む。
ステップS809では、合焦判定ができたとして、これを示すフラグを立てるとともに、上記往復動作エリア内の所定位置(例えば、第2の合成AF評価値信号のレベル変化の中心位置)であるピーク位置2にフォーカスレンズ18を移動させる。そして、ステップS810に進む。
ステップS810では、再び第1の合成AF評価値信号を得るために以下の設定を行い、その後、本処理動作を終了する。
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
また、ステップS811では、方向判別ができたとして、これを示すフラグを立てる。そして、ステップS810に進む。
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
また、ステップS811では、方向判別ができたとして、これを示すフラグを立てる。そして、ステップS810に進む。
以上説明したように、本実施例によれば、第1の合成AF評価値信号を用いた合焦判定によって、実施例1に比べてより確実に主被写体を検出した後に、第2の合成AF評価値信号を用いた合焦判定によって主被写体に対する高精度の合焦を得ることができる。これにより、AF制御の応答性と合焦精度をより向上させることができる。
なお、本実施例にて示したAF評価値信号の周波数帯域やゲインの設定も例に過ぎず、実施例1にて説明した設定例1〜7のように設定してもよい。
以下、本発明の実施例3について説明する。図9には、本実施例の光学機器としての撮像装置の構成を示す。該撮像装置は、レンズ一体型のビデオカメラ又はデジタルスチルカメラであり、撮像方式を標準TV方式とハイビジョン方式とで切換えが可能である。撮像される画像は、動画でもよいし静止画でもよい。また、該カメラの構成要素のうち実施例1と共通するものには同符号を付して説明を省略する。
図9において、40は撮像方式選択スイッチであり、NTSCやPAL等の標準TV方式での撮像を行うかハイビジョン方式での撮像を行うかを撮影者が選択するためのスイッチである。言い換えれば、撮像する画像の解像度を設定するためのスイッチでもある。なお、該スイッチ40によって標準TV方式が選択された場合は、不図示のカメラ信号処理回路によって標準TV方式に対応した解像度の画像信号が生成される。また、ハイビジョン方式が選択された場合は、カメラ信号処理回路によってハイビジョンTV方式に対応した解像度の画像信号が生成される。
本実施例では、標準TV方式が選択された場合、主制御回路30により、該標準TV方式に適したAF評価値信号(第1の合成AF評価値信号)を得るための複数の抽出周波数帯域とゲインが設定される。そして、この第1の合成AF評価値信号を用いてAF制御における第1段階の動作と第2段階の合焦判定動作とが行われる。
一方、ハイビジョン方式が選択された場合は、実施例1にて説明したように、まず第1の合成AF評価値信号を用いてAF制御の第1段階の動作を行う。その後、ハイビジョン方式に適したAF評価値信号(第2の合成AF評価値信号)を得るための抽出周波数帯域とゲインが設定され、該第2の合成AF評価値信号を用いた第2段階の合焦判定動作が行われる。
図10Bには、本実施例におけるAF評価値信号の抽出周波数帯域とゲインの設定についての基本的な考え方をフローチャートにより示している。
ステップS1001では、合焦判定動作中であるか否かを判定し、合焦判定動作中でなければステップS1002に進む。合焦判定動作中であればステップS1005に進む。
ステップS1002では、撮像方式選択スイッチ40の状態を読み取り、標準TV方式かハイビジョン方式かを判別する。標準TV方式であれば、ステップS1003に進み、標準TV方式に適した第1の合成AF評価値信号を得るための抽出周波数帯域とゲインを設定する。また、ハイビジョン方式であればステップS1004に進み、第1の合成AF評価値信号を得るための抽出周波数帯域とゲインを設定する。これにより、ハイビジョン撮像における合焦判定動作までに、第1の合成AF評価値信号を用いた主被写体の検出を行うことができる。
ステップS1005では、撮像方式選択スイッチ40の状態を読み取り、標準TV方式かハイビジョン方式かを判定する。標準TV方式であれば、ステップS1006に進み、標準TV方式に適した第1の合成AF評価値信号を得るための抽出周波数帯域とゲインを設定する。また、ハイビジョン方式であれば、ステップS1007に進み、ハイビジョン方式での合焦判定動作に適した第2の合成AF評価値信号を得るための抽出周波数帯域とゲインを設定する。
なお、ステップS1003とステップS1004における第1の合成AF評価値信号を得るための抽出周波数帯域やゲインの設定は同じでもよいが、これらを異ならせてもよい。撮像方式の違いに応じて最適な設定とすることにより、各撮像方式での応答性および合焦精度を個別に向上させることができる。
また、ステップS1003とステップS1006における第1の合成AF評価値信号を得るための抽出周波数帯域やゲインの設定は異なっていてもよいし、同じであってもよい。標準TV方式での帯域幅はハイビジョン方式に比べて狭いため、標準TV方式の場合は、合焦判定動作前と合焦判定動作中とで設定を変更しなくても所望の性能を確保できることが多いためである。また、標準TV方式の場合は、ハイビジョン方式と比較してその帯域の相対的変化が大きくなる必要がないため、合焦判定動作前と合焦判定動作中とで設定が同じであってもよい。
次に、図7のフローチャートを用いて、本実施例における微小駆動制御の内容について説明する。なお、この微小駆動制御を含むAF制御全体の流れは、図6に示すフローチャートにより示される流れと同じである。
図7において、ステップS700では、撮像方式選択スイッチ40の状態(標準TV方式かハイビジョン方式か)に基づいて、高い周波数帯域のAF評価値信号成分の比率が低い第1の合成AF評価値信号を生成するための抽出周波数帯域とゲインの設定を行う。例えば、以下のように設定される。
標準TV方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
ハイビジョン方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
先にも説明したが、ステップS700での標準TV方式の場合の設定とハイビジョン方式の場合の設定とを、以下のように異ならせてもよい。例えば、標準TV方式の場合に、ハイビジョン方式の場合よりも周波数帯域が低いAF評価値信号を使用して、全体のバランスを整えるためである。
標準TV方式の場合、
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域1.5MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域3MHz、ゲイン5%
ハイビジョン方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
ステップS701からステップS704およびステップS706は、実施例1で説明したのと同様に処理が行われる。
標準TV方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
ハイビジョン方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
先にも説明したが、ステップS700での標準TV方式の場合の設定とハイビジョン方式の場合の設定とを、以下のように異ならせてもよい。例えば、標準TV方式の場合に、ハイビジョン方式の場合よりも周波数帯域が低いAF評価値信号を使用して、全体のバランスを整えるためである。
標準TV方式の場合、
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域1.5MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域3MHz、ゲイン5%
ハイビジョン方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
ステップS701からステップS704およびステップS706は、実施例1で説明したのと同様に処理が行われる。
ステップS704からステップS705に進んだ場合において、該ステップS705では、合焦判定動作を開始する。ここで、ハイビジョン方式の場合は、高い周波数帯域のAF評価値信号成分の比率が高い第2の合成AF評価値信号を生成するために、抽出周波数帯域とゲインの設定を変更する。一方、標準TV方式の場合は、抽出周波数帯域とゲインを変更しない。例えば、以下のように設定される。
標準TV方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
ハイビジョン方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン100%
ここで、先にも説明したが、ステップS705からの合焦判定動作において、標準TV方式の場合に設定を変更してもよい。但し、高い周波数帯域のAF評価値信号成分の比率が低い第1の合成AF評価値信号としての範囲内での変更に限られる。すなわち以下のように設定してもよい。
標準TV方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域1.5MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域3MHz、ゲイン5%
ハイビジョン方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン100%
次に、ステップS707では、フォーカスレンズ18が同一エリアで往復動作を所定回数繰り返しているか否かを判断し、往復動作を所定回数繰り返した場合は、ステップS708へ進む。一方、往復動作を所定回数繰り返さなかった場合は、ステップS710に進む。
標準TV方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
ハイビジョン方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン100%
ここで、先にも説明したが、ステップS705からの合焦判定動作において、標準TV方式の場合に設定を変更してもよい。但し、高い周波数帯域のAF評価値信号成分の比率が低い第1の合成AF評価値信号としての範囲内での変更に限られる。すなわち以下のように設定してもよい。
標準TV方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域1.5MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域3MHz、ゲイン5%
ハイビジョン方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン100%
次に、ステップS707では、フォーカスレンズ18が同一エリアで往復動作を所定回数繰り返しているか否かを判断し、往復動作を所定回数繰り返した場合は、ステップS708へ進む。一方、往復動作を所定回数繰り返さなかった場合は、ステップS710に進む。
ステップS708では、合焦判定ができたとして、これを示すフラグを立てるとともに、上記往復動作エリア内のピーク位置(標準TV方式の場合はピーク位置1、ハイビジョン方式の場合はピーク位置2)にフォーカスレンズ18を移動させる。上記フラグは図6のステップS602での判別に用いられる。そして、ステップS710に進む。
ステップS710では、抽出周波数帯域とゲインの設定を以下のように戻して、処理を終了する。
標準TV方式の場合、
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%(又は5%)
ハイビジョン方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
本実施例によれば、標準TV方式とハイビジョン方式とでそれぞれAF評価値信号の抽出周波数とゲインの設定を行うことにより、それぞれの方式に適した高性能なAF制御を実現できる。
標準TV方式の場合、
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%(又は5%)
ハイビジョン方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
本実施例によれば、標準TV方式とハイビジョン方式とでそれぞれAF評価値信号の抽出周波数とゲインの設定を行うことにより、それぞれの方式に適した高性能なAF制御を実現できる。
なお、本実施例にて示したAF評価値信号の周波数帯域やゲインの設定は例に過ぎず、実施例1にて説明した設定例1〜7のように設定してもよい。
以下、本発明の実施例4について説明する。本実施例の撮像装置の基本的な構成は、図9に示した実施例3の撮像装置の構成と同じである。このため、共通する構成要素には、実施例3と同符号を付す。
本実施例でも、標準TV方式が選択された場合、主制御回路30により、該標準TV方式に適したAF評価値信号(第1の合成AF評価値信号)を得るための抽出周波数帯域とゲインが設定される。そして、この第1の合成AF評価値信号を用いて、第1段階の動作および合焦判定と、第2段階の合焦判定とが行われる。
一方、ハイビジョン方式が選択された場合は、実施例2にて説明したように、まず第1の合成AF評価値信号を用いて第1段階の動作と合焦判定を行う。その後、ハイビジョン方式に適したAF評価値信号(第2の合成AF評価値信号)を得るための抽出周波数帯域とゲインが設定され、該第2の合成AF評価値信号を用いた第2段階の合焦判定が行われる。
本実施例におけるAF評価値信号の抽出周波数帯域とゲインの設定についての基本的な考え方は、実施例3で図10Bに示したものと同様である。但し、ステップS1001では、第2段階での合焦判定動作中か否かが判別される。
次に、図8のフローチャートを用いて、本実施例における微小駆動制御の内容について説明する。なお、この微小駆動制御を含むAF制御全体の流れは、図6に示すフローチャートにより示される流れと同じである。
図8において、ステップS800では、撮像方式選択スイッチ40の状態(標準TV方式かハイビジョン方式か)に基づいて、高い周波数帯域のAF評価値信号成分の比率が低い第1の合成AF評価値信号を生成するための抽出周波数帯域とゲインの設定を行う。例えば、以下のように設定される。
標準TV方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
ハイビジョン方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
なお、ステップS800での標準TV方式の場合の設定とハイビジョン方式の場合の設定とを、以下のように異ならせてもよい。例えば、標準TV方式の場合に、ハイビジョン方式の場合よりも周波数帯域が低いAF評価値信号を使用して、全体のバランスを整えるためである。
標準TV方式の場合、
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域1.5MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域3MHz、ゲイン5%
ハイビジョン方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
ステップS801からステップS804およびステップS806は、実施例2で説明したのと同様に処理が行われる。
標準TV方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
ハイビジョン方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
なお、ステップS800での標準TV方式の場合の設定とハイビジョン方式の場合の設定とを、以下のように異ならせてもよい。例えば、標準TV方式の場合に、ハイビジョン方式の場合よりも周波数帯域が低いAF評価値信号を使用して、全体のバランスを整えるためである。
標準TV方式の場合、
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域1.5MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域3MHz、ゲイン5%
ハイビジョン方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
ステップS801からステップS804およびステップS806は、実施例2で説明したのと同様に処理が行われる。
ステップS804からステップS805に進んだ場合において、該ステップS805では、第1段階の合焦判定動作を開始する。ここでは、標準TV方式の場合でもハイビジョン方式の場合でも、ステップS800での設定を変更せずに第1の合成AF評価値信号を用いた制御によって、フォーカスレンズ18が同一エリアで往復動作を所定回数繰り返しているか否かを判断する。往復動作を所定回数繰り返した場合は、ステップS807へ進む。一方、往復動作を所定回数繰り返さなかった場合は、ステップS810に進む。
ステップS807では、第2段階の合焦判定動作を開始する。ここで、ハイビジョン方式の場合は、高い周波数帯域のAF評価値信号成分の比率が高い第2の合成AF評価値信号を生成するために、抽出周波数帯域とゲインの設定を変更する。一方、標準TV方式の場合は抽出周波数帯域とゲインの設定を変更しない。例えば、以下のように設定される。
標準TV方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
ハイビジョン方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン100%
ここで、先にも説明したが、ステップS807からの合焦判定動作において、標準TV方式の場合に設定を変更してもよい。但し、高い周波数帯域のAF評価値信号成分の比率が低い第1の合成AF評価値信号としての範囲内での変更に限られる。すなわち以下のように設定してもよい。
標準TV方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域1.5MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域3MHz、ゲイン5%
ハイビジョン方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン100%
次に、ステップS808では、フォーカスレンズ18が同一エリアで往復動作を所定回数繰り返しているか否かを判断し、往復動作を所定回数繰り返した場合は、ステップS809へ進む。一方、往復動作を所定回数繰り返さなかった場合は、ステップS810に進む。
標準TV方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
ハイビジョン方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン100%
ここで、先にも説明したが、ステップS807からの合焦判定動作において、標準TV方式の場合に設定を変更してもよい。但し、高い周波数帯域のAF評価値信号成分の比率が低い第1の合成AF評価値信号としての範囲内での変更に限られる。すなわち以下のように設定してもよい。
標準TV方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域1.5MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域3MHz、ゲイン5%
ハイビジョン方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン100%
次に、ステップS808では、フォーカスレンズ18が同一エリアで往復動作を所定回数繰り返しているか否かを判断し、往復動作を所定回数繰り返した場合は、ステップS809へ進む。一方、往復動作を所定回数繰り返さなかった場合は、ステップS810に進む。
ステップS809では、合焦判定ができたとして、これを示すフラグを立てるとともに、上記往復動作エリア内のピーク位置(標準TV方式の場合はピーク位置1、ハイビジョン方式の場合はピーク位置2)にフォーカスレンズ18を移動させる。上記フラグは図6のステップS602での判別に用いられる。そして、ステップS810に進む。
ステップS810では、抽出周波数帯域とゲインの設定を以下のように戻して、処理を終了する。
標準TV方式の場合、
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%(5%)
ハイビジョン方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
本実施例によれば、標準TV方式とハイビジョン方式とでそれぞれAF評価値信号の抽出周波数とゲインの設定を行うことにより、それぞれの方式に適した高性能なAF制御を実現できる。しかも、特にハイビジョン撮像において、第1の合成AF評価値信号を用いた合焦判定によって、実施例3に比べてより確実に主被写体を検出できる。そして、第2の合成AF評価値信号を用いた再度の合焦判定によって主被写体に対する高精度の合焦を得ることができる。これにより、AF制御の応答性と合焦精度をより向上させることができる。
標準TV方式の場合、
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%(5%)
ハイビジョン方式の場合
BPF0:帯域0.5MHz、ゲイン100%
BPF1:帯域2MHz、ゲイン100%
BPF2:帯域5MHz、ゲイン10%
本実施例によれば、標準TV方式とハイビジョン方式とでそれぞれAF評価値信号の抽出周波数とゲインの設定を行うことにより、それぞれの方式に適した高性能なAF制御を実現できる。しかも、特にハイビジョン撮像において、第1の合成AF評価値信号を用いた合焦判定によって、実施例3に比べてより確実に主被写体を検出できる。そして、第2の合成AF評価値信号を用いた再度の合焦判定によって主被写体に対する高精度の合焦を得ることができる。これにより、AF制御の応答性と合焦精度をより向上させることができる。
なお、本実施例にて示したAF評価値信号の周波数帯域やゲインの設定は例に過ぎず、実施例1にて説明した設定例1〜7のように設定してもよい。
また、上述した各実施例でのAF制御は、主制御回路30やAF評価値処理回路28をコンピュータにより構成し、該コンピュータに格納されたコンピュータプログラム(ソフトウェア)が実行されることによっても実現される。すなわち、撮像系からの信号に基づいて複数の周波数帯域のAF評価値信号成分を生成するステップと、合成AF評価値信号が最大値に近づくようにフォーカスレンズ18の駆動を制御する制御ステップとを有するソフトウェアを用いることができる。該ソフトウェアは、制御ステップにおいて、第1の合成AF評価値信号を用いてAF制御の第1段階の動作を実行し、その後、第2の合成AF評価値信号を用いて第2段階の動作を実行する。
なお、上記各実施例では、レンズ一体型のビデオカメラ又はデジタルスチルカメラについて説明したが、本発明は、レンズ交換型のビデオカメラ又はデジタルスチルカメラにも適用することができる。また、カメラ本体側から撮像系により生成された信号を取得し、該信号からAF評価値信号の生成およびこれを用いたAF制御を行う交換レンズ装置にも本発明を適用することができる。
また、本発明にいう第1の焦点信号は、撮像系の出力から抽出された複数の周波数帯域の信号のうち1つの周波数帯域の信号を用いて生成されてもよい。
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
高解像度の画像を撮像する場合において、高い合焦精度とAF制御の良好な応答性とを両立できる光学機器を提供できる。
20 撮像素子
28 AF評価値処理回路
30 主制御回路
56 焦点検出領域
58 画素の水平ライン
BPF0〜BPFn バンドパスフィルタ
28 AF評価値処理回路
30 主制御回路
56 焦点検出領域
58 画素の水平ライン
BPF0〜BPFn バンドパスフィルタ
Claims (2)
- フォーカスレンズと、
撮像系の出力から複数の周波数帯域の信号の抽出が可能であり、該信号から焦点信号を生成する信号生成手段と、
前記フォーカスレンズを移動させて前記焦点信号が最大値に近づくようにオートフォーカス制御を行う制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記オートフォーカス制御において第1の焦点信号および第2の焦点信号を用い、
前記第1の焦点信号および第2の焦点信号はそれぞれ、少なくとも第1の周波数帯域と該第1の周波数帯域よりも低い第2の周波数帯域の焦点信号を合成した合成信号であり、
前記第2の焦点信号において合成された前記第1の周波数帯域の焦点信号の該第2の焦点信号の全体に対する比率が、前記第1の焦点信号において合成された前記第1の周波数帯域の焦点信号の該第1の焦点信号の全体に対する比率よりも高く、
前記制御手段は、前記第1の焦点信号が前記最大値となる位置を含む領域内を前記フォーカスレンズが往復動作を繰り返すことで第1の合焦判定を行った後に、前記第2の焦点信号が前記最大値となる位置を含む領域内を前記フォーカスレンズが往復動作を繰り返すことで第2の合焦判定を行うことを特徴とする光学機器。 - 撮像系の出力から複数の周波数帯域の信号の抽出が可能であり、該信号から焦点信号を生成する信号生成ステップと、
フォーカスレンズを移動させて前記焦点信号が最大値に近づくようにオートフォーカス制御を行う制御ステップとを有し、
前記制御ステップにおいて、第1の焦点信号および第2の焦点信号を用い、
前記第1の焦点信号および前記第2の焦点信号はそれぞれ、少なくとも第1の周波数帯域と該第1の周波数帯域よりも低い第2の周波数帯域の焦点信号を合成した合成信号であり、
前記第2の焦点信号において合成された前記第1の周波数帯域の焦点信号の該第2の焦点信号の全体に対する比率が、前記第1の焦点信号において合成された前記第1の周波数帯域の焦点信号の該第1の焦点信号の全体に対する比率よりも高く、
前記制御ステップにおいて、前記第1の焦点信号が前記最大値となる位置を含む領域内を前記フォーカスレンズが往復動作を繰り返すことで第1の合焦判定を行った後に、前記第2の焦点信号が前記最大値となる位置を含む領域内を前記フォーカスレンズが往復動作を繰り返すことで第2の合焦判定を行うことを特徴とするフォーカス制御方法。
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- 2010-10-04 JP JP2010224623A patent/JP2011043841A/ja active Pending
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