JP3557222B2 - 自動合焦装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、自動合焦装置、詳しくは、映像信号から抽出した被写体像のコントラストの如何を表すコントラストデータに依拠してレンズの合焦位置を決定する自動合焦装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、カメラ、あるいは、ビデオカメラにおいて、自動合焦装置を内蔵することは略必須の条件となっている。スチル、ムービ等のビデオカメラに関しては、イメ−ジャ、即ち、撮像素子を介して取り込まれる被写体の撮像信号からコントラスト情報を抽出し、該情報に基づいて合焦処理を行う、所謂、イメ−ジャAFの自動合焦装置を内蔵するものが主流になっている。これは、該装置が合焦検出用の専用センサを必要としないことから、コストやスペ−ス上有利となるためである。
【0003】
図5は、上記従来のイメ−ジャAFの自動合焦装置を内蔵するビデオカメラである電子的撮像装置の主要ブロック構成図である。同図に示すように本装置は、主に、フォーカシングモータ、および、モータドライバで構成されるフォーカシングアクチュエ−タ7と、該アクチュエ−タ7により駆動される合焦光学系のフォーカシングレンズ1と、取り込まれた被写体像を電気信号に変換する撮像素子2と、撮像信号増幅やサンプルホールド処理を行うプリプロセス回路3と、撮像信号を変換して図示しない映像記録再生系、または、ファインダ系にビデオ信号を出力する撮像プロセス回路4と、合焦の程度を評価するための情報であるコントラストデータ、即ち、コントラスト値Cを撮像信号から抽出する検出器であって、BPF回路(バンドパスフィルタ)や積分回路、また、A/D変換回路等で構成されるコントラスト情報検出器5と、CPU,ROM,RAMなどで構成されるものであって、上記コントラストデータを取り込み合焦位置を検出し、レンズ1を合焦位置に駆動する手段を内蔵し、更に、本装置全体の制御を司るシステムコントローラ6とで構成されている。
【0004】
以上のよう構成された本撮像装置において、まず、被写体光は撮像レンズ1を介して取り込まれ、撮像素子2の結像面上に被写体像として結像する。撮像素子2の出力信号はプリプロセス回路3においてサンプルホールドされ、撮像信号として撮像プロセス回路4、および、コントラスト情報検出器5とに出力される。そして、該撮像信号は撮像プロセス回路4で映像信号に変換され、記録再生系、または、ファインダ系にビデオ信号として出力される。一方、コントラスト情報検出器5において、撮像信号の高周波成分がコントラストデータとして抽出される。更に、デジタル値に変換され、システムコントローラ6にコントラスト値Cとして取り込まれる。そして、合焦位置の検出が行われる。そして、システムコントローラ6は、フォーカシングアクチュエ−タ7を介して該合焦位置にフォーカシングレンズ1を移動させる。
【0005】
上記合焦位置の検出動作として山登り方式を適用した例を具体的に説明すると、まず、被写体が静止状態であった場合、図6に示すように、コントラスト値がピークとなる合焦位置を検出するためのレンズ駆動動作、即ち、フォーカシングレンズ1を∞合焦位置(無限遠合焦位置)の方向から至近合焦位置方向に向けて所定の単位時間に1段づつ山登り動作の移動を行う。そして、各経過時間ti (i =1,2,……)の各位置での順次のコントラスト値C0 ,C1 ,C1 ,……を取り込む。そして、コントラスト値の変化曲線Y0 の上昇過程から下降過程に移るときをピーク越えとみて、その直後、レンズを逆転し、ピーク位置を検出する。図6の場合、コントラスト値C5 が検出された時点でピーク位置を過ぎたと判断する。そして、過去の最大値C4 のレンズ駆動位置を合焦位置と判断し、該位置にフォーカシングレンズ1を逆転駆動して合焦動作を終了する。
【0006】
以上のように被写体が静止している場合、図6に示すようにコントラスト値の変化曲線Y0 が変化しないことから、所望の位置でのピーク点が素早く、正確に求められる。しかし、被写体が動体であった場合、合焦動作中のコントラスト値の変化曲線Yが刻刻と変化する。図7は、動体である被写体がカメラへ近づいて来るような場合、即ち、∞位置から至近位置に近づくような場合のコントラスト値Cの変化状態を示す図であって、各経過時間ti (i =0,1,2,……)での上記コントラスト値のレンズ位置に対する変化を示す特性曲線は、Y0 ,Y1 ,Y2 ……のように変化する。従って、前記システムコントローラ6は、遅れながらコントラスト値C0 ,C1 ,C2 ……を取り込んでゆくことになる。そして、合焦点に対応するコントラスト値C9 が検出されるのは既に至近位置に近くなってからとなり、合焦までに長い時間を要することになる。
【0007】
更には、動体の速度がもっと速かった場合、図8に示すようにコントラスト値の特性曲線がY0 ,Y1 のように素早く変化するので、例えば、先に検出されたコントラスト値C0 よりも、後で検出されたコントラスト値C1 の方が小さい値になってしまい、ピーク点の検出ができない状態になることもある。
また、被写体がカメラから遠ざかる動体であった場合、図9に示すようにコントラスト値の特性曲線がY0 ,Y1 のように∞方向に移動する。そして、検出されるコントラスト値C0 ,C1 ……のうち、ピークを越えたと判断されるコントラストC4 が検出されると、以前の最大値であるコントラスト値C3 をピーク点対応値として採用することになる。この場合、単位時間当たりのコントラスト値の変化量が静止被写体の場合よりも大きくなるので、最大コントラスト値C3 が本当のピークからずれた値となる可能性が大きくなる。即ち、合焦精度が悪くなる。
【0008】
なお、上記の動体である被写体に対して合焦処理が可能となる提案として、本出願人が先に提案した特願平3―147626号のカメラに適用される合焦装置は、イメ−ジャAFの合焦装置に関するものであって、その合焦処理の山登り動作において、レンズ駆動モータの正転駆動でピーク位置対応のコントラスト値を取り込む。そして、レンズ駆動モータの逆転駆動で該コントラスト値を検出した時点の映像信号転送時に映像信号記録可能状態とするものである。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述の従来例の特願平3―147626号のカメラに適用された合焦装置は、山登り動作時のフォーカシングレンズの駆動速度が従来のものと変わらない。従って、比較的速度の遅い動体に対しては有効であるが、速度の速い動体に対しては、前記従来のイメ−ジャAF装置と同様の不具合点を有するものであった。
【0010】
本発明は、上述の不具合を解決するためになされたものであり、合焦動作に先だって、被写体の移動状況を検出するようにして、そのデータに基づいた合焦検出を行い、特に動体である被写体に対しても精度の高い合焦動作が可能となり、更に、合焦時間自体も短くなる自動合焦装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の自動合焦装置は、被写体に対応した映像信号から抽出した被写体像のコントラストの量を表すコントラストデータが、合焦光学系の駆動に対応して生起する変化に依拠して、該コントラストデータが実質的ピークを示す位置に上記合焦光学系を移動せしめる自動合焦装置であって、上記合焦光学系を停止させた状態で異なる時刻に係る複数のコントラストデータを得る第1の手段と、上記第1の手段による複数のコントラストデータに基づいて当該被写体の移動状況を表す移動情報を得る第2の手段と、上記第2の手段による移動情報に応じて合焦調節動作を行うための情報を生成する第3の手段と、を有してなることを特徴とする。
また、第2の自動合焦装置は、上記第1の自動合焦装置において、上記移動情報は、被写体が合焦状態に近づいていく状態であるか、遠ざかっていく状態であるかの判別情報であり、上記合焦調節動作を行なうための情報は、合焦調節駆動手段における単位時間当たりの駆動量であることを特徴とする。
【0012】
【作用】
合焦動作に先だって、第1の手段により取り込んだコントラストデータに基づいて、第2の手段により、被写体の移動状況を表す移動情報を選択し、更に、該移動情報に基づいて山登り動作を行って、被写体の移動状況に適応した順次のコントラストデータを得る。そして、得られたコントラストデータにより合焦位置の検出、および、合焦駆動を実行する。
【0013】
【実施例】
以下図示の実施例に基づいて本発明を説明する。
本発明の第1実施例を示す自動合焦装置を内蔵する電子的撮像装置の制御部の主要構成は、前記図5に示した従来の電子的撮像装置と同一であって、本自動合焦装置はイメ−ジャAF方式のものとする。
但し、システムコントローラ6は、まず、上記合焦光学系であるフォーカシングレンズ1を停止させた状態で、コントラスト検出器5を介して、異なる時刻に係る複数のコントラストデータであるコントラスト値を得る第1の手段を有している。また、上記第1の手段による複数のコントラスト値に基づいて当該被写体の移動状況、例えば、移動速度を表す移動情報を得る第2の手段をも有している。更に、上記第2の手段によってえられた移動情報に応じて、山登り動作速度、即ち、1回のコントラスト値取得のためのフォーカシングレンズ1を移動する単位移動量の段数の値を選択して、合焦調節動作を行うための情報を生成する第3の手段とを有している。
【0014】
以上のように構成された本実施例の自動合焦装置の合焦動作について説明すると、まず、山登り動作に先だってフォーカシングレンズ1を固定した状態で撮像素子の時刻の異なる2フィールドに亘って、コントラスト情報検出器5を介して2つのコントラスト値C0 とC1 とを取り込む。但し、値C1 の方が、より遅い時刻に取得されたコントラスト値とする。これらの値から当該被写体の移動状況、即ち、移動速度を表す移動情報を求める。上記フィールド数は2以上として、3つ以上のコントラスト値を得るようにしてもよい。また、取得するフィールドについても連続したフィールドでもよく、連続しないフィールドでもよい。そして、上記2つのコントラスト値に変化がなかった場合、被写体が静止状態であると判断して、前記従来の自動合焦装置の動作と変わらない合焦動作を行う。
【0015】
また、図3に示すように該コントラスト値がC0 からC1 に減少する傾向にあれば、当該被写体が動体であり、レンズ初期位置が∞位置であることを前提として、∞側から撮像装置に接近しているものと判断する。なお、その場合、経過時間とともに被写体のコントラスト値の特性曲線Y0 ,Y1 ……は上記図3に示すように至近側へ移動することになる。そして、山登り動作時に1つのコントラスト値を取り込むためにフォーカシングレンズ1を、所定の単位時間、例えば、1フィールド期間内に駆動する単位移動量を、例えば、通常の1.5倍、即ち、1.5段に設定して、被写体の移動にできるだけ追従できるようにレンズを速く移動させる。その後もレンズ1を1.5段づつ移動させ、コントラスト値C2 ,C3 ……を取り込み、より速い時期にピーク越えのコントラスト値C7 を検出する。そして、過去の最大値のコントラスト値C6 に所定の係数を乗じたコントラスト値に到達するまでレンズ1を逆転駆動する。但し、この逆転駆動におけるレンズの単位移動量は、前記山登り動作時の単位移動量とは、反対に通常より少なく移動させ、より正しいピーク位置の検出をする。このようにして合焦動作を終了する。
【0016】
更に、図4に示すように該コントラスト値がC0 からC1 に増加する傾向にあれば、当該被写体が動体であり、撮像装置から遠ざっているものと判断する。なお、その場合、経過時間とともに被写体のコントラスト値の特性曲線Y0 ,Y1 ……は上記図4に示すように∞側へ移動することになる。そして、山登り動作時に1つのコントラスト値を取り込むためにフォーカシングレンズ1を駆動する単位移動量を、例えば、通常の0.5倍、即ち、0.5段に設定して、遠ざかっている被写体のコントラスト値をできるだけきめ細かく取り込み、ピーク点からずれた値を最大コントラスト値として検出してしまうことを防止する。その後もレンズ1を0.5段づつ移動させ、コントラスト値C2 ,C3 ……を取り込み、ピーク越えのコントラスト値C5 を検出する。そして、過去の最大値のコントラスト値C4 に所定の係数を乗じたコントラスト値に到達するまでレンズ1を逆転駆動する。但し、この逆転駆動におけるレンズの単位移動量は、前記山登り動作時の単位移動量とは逆に通常より大きく移動させ、より正しいピーク位置の検出をする。このようにして合焦動作を終了する。
【0017】
次に、本実施例の自動合焦装置の合焦処理動作を図1,2のフローチャートを用いて詳細に説明する。ここで、本合焦処理で用いられる所定の単位時間、例えば、1フィールド期間に駆動されるレンズ単位移動量の設定値について説明すると、山登り動作時に1つのコントラスト値を取り込むためにフォーカシングレンズ1を駆動する単位移動量として、通常の移動量S、例えば、1段と、通常の移動量Sより長い距離である移動量R、例えば、前述のように1.5段と、通常の移動量Sより短い距離である移動量T、例えば、前述のように0.5段との3通りがシステムコントローラ6のROMに格納されているものとする。また、レンズの初期位置は∞位置とする。
【0018】
さて、合焦処理の指令が出されると、図1のルーチンの処理が開始される。まず、コントラスト値取り込み回数nを0にリセットする(ステップS1)。そして、フォーカシングレンズ1を初期位置に固定して、最初の撮像フィールドにおけるコントラスト値を値Cn としてを取り込む(ステップS2)。続いて、所定の時間経過した後の撮像フィールドのコントラスト値を値Cn+1 としてを取り込む(ステップS3)。なお、このステップS2,3の処理手段は、前記第1の手段に対応している。
【0019】
ステップS4,5において、上記取得コントラスト値Cn とCn+1 とを比較する。そして、値Cn の方が大きかった場合、当該被写体は動体であって、撮像装置へ近づいていると判断し、その移動に追従するため、レンズの単位移動量を移動量R、即ち、1.5段に設定し、大幅にレンズを移動できるようにする。そして、ステップS6に進む。一方、値Cn+1 の方が大きかった場合、当該被写体は動体であって、撮像装置から離れていると判断し、その移動によりピーク点を見逃さないため、レンズの単位移動量を移動量T、即ち、0.5段に設定し、レンズを細かく移動できるようにする。そして、ステップS15にジャンプする。また、上記ステップS4,5の判別において、値Cn とCn+1 とが等しかった場合、当該被写体は静止していると判断し、図2に示すステップS23にジャンプする。そして、レンズ移動量を通常の移動量S、即ち、1段に設定する。なお、上記ステップS4,5の処理手段は、前記第2の手段が対応している。
【0020】
ステップS6,7においては、フォーカシングレンズ1を移動量Rである1.5段分正転し、そこで得られるコントラスト値を値Cn+2 として取り込む。更に、ステップS8にて、値Cn+1 と値Cn+2 とを比較し、値Cn+2 の方が大きかった場合、コントラスト値は上昇中であると判断し、取り込み回数nをインクリメントして(ステップS9)、ステップS6に戻る。そして、移動量Rに基づいたレンズ1の正転駆動を続行する。一方、値Cn+1 の方が大きかった場合、コントラスト値はピーク越えしたと判断し、ステップS10に進む。
【0021】
ステップS10では、過去のコントラスト最大値である値Cn+1 に所定の係数k2 を乗じた値をピーク識別基準コントラスト値CM として設定する。続いて、レンズ1を単位移動量の逆転駆動を行うが、この単位移動量は、山登り動作時の移動量Rとは逆の少ない移動量T、即ち、0.5段とする(ステップS11)。そして、取得コントラスト値を値CL とし、上記値CM と比較する。値CM の方が大きい場合、まだ、ピーク点まで戻っていないと見做す(ステップS12,13)。そして、ステップS11に戻り、レンズ1の逆転移動を続行する。また、上記ステップS13の判別で、値CL の方が大きくなったと判断された場合、ピーク点に戻ったとして、ステップS14に進み、レンズ1の駆動を停止し、合焦動作を終了する。
【0022】
前記ステップS4の判別で値Cn+1 の方が大きいと判断された場合、ステップS15に進むが、この場合、フォーカシングレンズ1を移動量Tである0.5段分正転し、そこで得られるコントラスト値を値Cn+2 として取り込む(ステップS16)。更に、ステップS17にて、値Cn+1 と値Cn+2 とを比較し、値Cn+2 の方が大きかった場合、コントラスト値は上昇中であると判断し、取り込み回数nをインクリメントして(ステップS18)、ステップS15に戻る。そして、移動量Tに基づいたレンズ1の正転駆動を続行する。一方、値Cn+1 の方が大きかった場合、コントラスト値はピーク越えをしたと判断し、ステップS19に進む。
【0023】
ステップS19では、過去のコントラスト最大値である値Cn+1 に所定の係数k3 を乗じた値をピーク識別基準コントラスト値CM として設定する。続いて、レンズ1を単位移動量の逆転駆動を行うが、この単位移動量は、山登り動作時の移動量Tとは逆の大きい移動量R、即ち、1.5段とする(ステップS20)。そして、取得コントラスト値を値CL とし、上記値CM と比較する。値CM の方が大きい場合、まだ、ピーク点まで戻っていないと見做す(ステップS21,22)。そして、ステップS20に戻り、レンズ1の逆転移動を続行する。また、上記ステップS22の判別で、CL の方が大きくなった場合、ピーク点に戻ったと判断して、ステップS14にジャンプしてレンズ1の駆動を停止し、合焦動作を終了する。
【0024】
なお、前記ステップS4の判別において、値Cn と値Cn+1 とが等しかった場合、図2に示されるステップS23以下、ステップS30までの処理に進むが、この処理は、通常の静止被写体に対する合焦処理動作である。そして、前記ステップS6〜S13、または、ステップS15〜22の処理に対して異なっている点は、ステップS23、および、S28において、レンズ1の正転駆動、または、逆転駆動時の単位移動量が通常の移動量S、即ち、1段に設定される点であり、また、ステップS27において、ピーク識別基準コントラスト値CM を求める場合の係数として、前記のものとは異なる係数k1 を用いる点である。その他の処理は同一とする。前記ステップS6以降の処理、ステップS15以降の処理、ステップS23以降の処理は、前記第3の手段による処理である。
【0025】
また、上記実施例のものでは、レンズの移動量を固定値としてROMに格納していたが、その変形例として、被写体速度や絞り,輝度など自動合焦装置の撮影条件等によって、レンズ移動速度を細かく設定して制御してもよい。そのレンズ移動速度は、演算、あるいは、ルックアップテーブル方式による演算,ファジー演算等によって求められる。
【0026】
また、上記実施例のものは、説明の都合上、初期位置を∞位置としたものとし、被写体の存在方向は、常に至近側の一つの方向に限定できるシステムへの適用例であった。そして、この場合、任意のレンズ位置を初期位置とするような一般のシステムで用いられるところの山登り方向を決定のための初期試行を省略することが可能なものであった。しかし、上記初期試行を行う系へ適用する場合も同様であり、本実施例のもので山登りのはじめの1ステップに着目し、コントラスト値がC2 <C1 となった場合は、レンズを逆方向に駆動させる。また、コントラスト値がC2 >C1 となった場合は、レンズをそのまま正転させる。このときの駆動速度は、本実施例のものと同様に前記コントラスト値C0 ,C1 を利用して設定する。
【0027】
以上述べたように、本実施例の自動合焦装置は、合焦動作に先だって、レンズ位置を固定した状態で、異なるフィールドのコントラスト値を取得し、それによって、被写体が動体であるか、また、装置に対して接近しているか、あるいは、離れていく被写体であるかの移動状況を判別する。そして、その判別結果により合焦検出のための山登り動作時のレンズの単位移動量を設定するようにしたので、接近しているか、あるいは、離れていく被写体の上記移動状況に合わせた山登り動作を行うことが可能となる。従って、上記動体である被写体に対しても、より正確な合焦位置の検出が実施でき、また、素早い合焦位置検出ができ、更に、所望とする動体の被写***置からのずれの少ない状態で撮像ができる。また更に、動体であるために合焦検出ができないということも少なくなる。
なお、本発明の要旨のものは、ビデオカメラの他に、銀塩フィルムを使うカメラにも適用できる。
【0028】
【発明の効果】
上述のように本発明の自動合焦装置は、合焦動作の初期に被写体の移動状況を検出するようにして、そのデータに基づいて合焦検出のための駆動を行うようにしたので、特に動体である被写体に対しても精度も高い合焦動作が可能となり、更に、合焦時間自体も速くなるなど数多くの顕著な効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す自動合焦装置の合焦処理動作のフローチャート。
【図2】上記図1のフローチャートのうち分割して示されるフローチャート。
【図3】上記図1の自動合焦装置の合焦検出動作時において、装置に接近する被写体に合焦する場合のレンズ移動に対する取得コントラスト値の変化を示す図。
【図4】上記図1の自動合焦装置の合焦検出動作時において、装置から遠ざかる被写体に合焦する場合のレンズ移動に対する取得コントラスト値の変化を示す図。
【図5】従来のイメ−ジャAFの自動合焦装置を内蔵する撮像装置の主要ブロック構成図。
【図6】上記図5の自動合焦装置の合焦検出動作時において、静止被写体に合焦する場合のレンズ移動に対する取得コントラスト値の変化を示す図。
【図7】上記図5の自動合焦装置の合焦検出動作時において、装置に接近する被写体に合焦する場合のレンズ移動に対する取得コントラスト値の変化を示す図。
【図8】上記図5の自動合焦装置の合焦検出動作時において、装置に接近する被写体に合焦不能となる場合のレンズ移動に対する取得コントラスト値の変化を示す図。
【図9】上記図5の自動合焦装置の合焦検出動作時において、装置から遠ざかる被写体に合焦する場合のレンズ移動に対する取得コントラスト値の変化を示す図。
【符号の説明】
1…………………フォーカシングレンズ(合焦光学系)
C,Cn ,Cn+1 ,Cn+2 ……………コントラスト値(コントラストデータ)
ステップS2,ステップS3…………第1の手段による処理
ステップS4,ステップS5…………第2の手段による処理
ステップS6〜S13,ステップS15〜S22,ステップS23〜S30………………第3の手段による処理
Claims (2)
- 被写体に対応した映像信号から抽出した被写体像のコントラストの量を表すコントラストデータが、合焦光学系の駆動に対応して生起する変化に依拠して、該コントラストデータが実質的ピークを示す位置に上記合焦光学系を移動せしめる自動合焦装置であって、
上記合焦光学系を停止させた状態で異なる時刻に係る複数のコントラストデータを得る第1の手段と、
上記第1の手段による複数のコントラストデータに基づいて当該被写体の移動状況を表す移動情報を得る第2の手段と、
上記第2の手段による移動情報に応じて合焦調節動作を行うための情報を生成する第3の手段と、
を有してなることを特徴とする自動合焦装置。 - 上記移動情報は、被写体が合焦状態に近づいていく状態であるか、遠ざかっていく状態であるかの判別情報であり、上記合焦調節動作を行なうための情報は、合焦調節駆動手段における単位時間当たりの駆動量であることを特徴とする請求項1に記載の自動合焦装置。
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