以下に、本発明の第一実施形態について図面を参照して説明する。
図1は本発明の第一実施形態であるオートフォーカス装置の概略ブロック図である。
本実施形態であるオートフォーカス装置は、図1に示すように、撮影光学系1と、第一合焦評価部2と、第二合焦評価部3と、合焦方法選択装置4と、モータ5と、モータ駆動装置6と、を備えている。
撮影光学系1は、焦点調節用レンズ11、変倍レンズ12、補正レンズ13、および結像レンズ14の4群で構成されている。この構成はTVカメラ用のズームレンズとして一般的なものである。本実施形態で用いる撮影光学系1では、補正レンズ13と結像レンズ14との間に、光線分割のための光学素子(例えばビームスプリッタ)15と絞り16とが挿入されている。尚、本実施形態では、撮影光学系1の開口絞りの開口量にかかわらず、第二合焦評価部3に光線を送ることができるようにするために、光学素子15を絞り16の前に配置している。
第一合焦評価部2は、所謂山登り式を用いて合焦の評価を行うものである。第一合焦評価部2は、撮影光学系1の結像レンズ14によって形成された像を撮像し、電気信号に変換する撮像素子21と、撮像素子21からの電気信号に応じた映像信号を作成する映像信号作成装置22と、映像信号作成装置22からの映像信号に基づいて、撮像素子21上に形成された像を合焦させるための情報(第一合焦評価値)を作成する合焦評価値作成装置23と、を有する。尚、撮像素子21から出力される電気信号は、図1に示すように、ビデオカメラの映像信号を作成するのにも用いられる。
次に、合焦評価値作成装置23で作成される第一合焦評価値について説明する。従来の技術で述べたように、映像信号は複数の周波数の正弦波が合成されて形成されたものと見なすことができる。そして、映像信号の高周波成分のレベルは、図21に示すように、撮像素子21上に形成された像が鮮鋭度を増すほど、即ち焦点調節用レンズ11が合焦点Aに近づくほど急激に上昇し、撮像素子21上の像が合焦しているときにピークに到達することが知られている。そこで、合焦評価値作成装置23は、映像信号作成装置22によって得られた映像信号から、撮影光学系1の結像性能及び映像信号のS/N比を考慮して適当な高周波成分を選択し、この周波数成分のレベルを所定のサンプリング間隔で観察することにより合焦評価値を作成している。たとえば、選択した周波数成分のレベルが上昇しているときは、焦点調節用レンズ11が合焦点に近づく方向に移動しているものと評価する。また、選択した周波数成分のレベルが低下しているときは、焦点調節用レンズ11が合焦点から離れる方向に移動しているものと評価する。そして、選択した周波数成分のレベルがピーク値から所定の範囲内(例えば図21のΔV)にあるときに、撮像素子21上の像が合焦しているものと評価する。
第二合焦評価部3は、所謂像ずれ式を用いて合焦の評価を行うものである。第二合焦評価部3は、撮影光学系1の光学素子15によって分光された光線を所定の方向に反射させるミラー31と、ミラー31を介して入射した光束を共役な像に結像させる結像レンズ32と、結像レンズ32により結像した光束の一部を再び結像させる再結像用レンズ33a、33bと、再結像用レンズ33a、33bによって形成された像をそれぞれ撮像し、電気信号に変換するラインセンサ34a、34bと、画像処理装置35と、合焦評価選択装置36と、を有する。
結像レンズ32は、撮像素子21上の像が合焦しているときに、ミラー31を介して入射した光束を予定焦点面37上で結像させるように配置されている。再結像レンズ33a、33bは、結像レンズ32の光軸に対して略対象な位置に配置されている。すなわち、再結像レンズ33a、33bは、結像レンズ32によって結像された像を形成する光束のうち、焦点調節用レンズ11、変倍レンズ12、補正レンズ13、および結像レンズ32からなる光学系の瞳の異なる場所を通過する光束を各々再結像させるように配置されている。ラインセンサ34a、34bは、結像レンズ32の光軸に対して略対象な位置であって、対応する再結像用レンズ33a、33bの予定焦点面上に配置されている。画像処理装置35は、ラインセンサ34a、34bからそれぞれ送られてきた電気信号に基づいて画像処理を行う。合焦評価値作成装置36は、画像処理装置35から送られてきた信号に基づいて、撮像素子21上に形成された像を合焦させるための情報(第二合焦評価値)を作成する。
次に、合焦評価値作成装置36で作成される第二合焦評価値について説明する。従来の技術で述べたように、結像レンズ32を通過した光束が予定焦点面37上で合焦している場合、光束の一部は、再結像用レンズ33a、33bによりラインセンサ34a、34b上で再び結像する。したがって、予定焦点面37上で合焦している場合、二つのラインセンサ33a、33bが撮像する像は、ラインセンサ上の略一致する位置に形成される。一方、結像レンズ32を通過した光束が予定焦点面37よりも前で合焦している場合(所謂後ピン状態)、二つのラインセンサ34a、34bが撮像する像にずれが生じる。また、結像レンズ32を通過した光束が予定焦点面37よりも後で合焦している場合(所謂前ピン状態)、二つのラインセンサ34a、34bが撮像する像に、後ピン状態とは逆の方向のずれが生じる。そこで、合焦評価値作成装置36は、ラインセンサ34a、34bで撮像された像のずれの方向及び量を検出し、これ等の情報に基づいて、予定焦点面37上で合焦させるために必要な焦点調節用レンズ11の移動方向及び移動量又はデフォーカス量及びデフォーカス方向(第二合焦評価値)を作成している。尚、第二合焦評価値は、画像処理装置35での処理速度等を考慮して、所定時間毎に作成される。
合焦方法選択装置4は、第一合焦評価部2で作成された第一合焦評価値及び第二合焦評価部3で作成された第二合焦評価値の少なくとも一方を選択する。本実施形態では、先ず第二合焦評価値を参照し、合焦に必要な焦点調節用レンズ11の移動量がしきい値より大きいときは、第二合焦評価値を選択し、小さいときは第一合焦評価値を選択するように設定している。尚、このしきい値は、外部入力等により、撮影者等が任意に設定することができるものであることが好ましい。
モータ駆動装置6は、合焦方法選択装置4で選択された合焦評価値にもとづいて、モータ5を駆動する。モータ5は、モータ駆動装置6からの指令に基づき、焦点調節用レンズ11を撮影光学系1の光軸方向において前後に移動させる。
尚、合焦評価値作成装置23、36及び合焦方法選択装置4は、例えばCPU(セントラルプロセッシングユニット)等により、一体的に構成される。
次に、本実施形態のオートフォーカス装置の動作について説明する。
先ず、撮影光学系1に被写体からの光が入射されると、第一合焦評価部2は、撮影光学系1中の結像レンズ14を介して得られた光に基づき、第一合焦評価値を作成する。また、第二合焦評価部3は、撮影光学系1中の光学素子15で分光された光に基づき、第二合焦評価値を作成する。
次に、合焦方法選択装置3は、第二合焦評価値を参照し、合焦に必要な焦点調節用レンズ11の移動量もしくはデフォーカス量がしきい値より大きいか否かの判定を行う。そして、合焦に必要な焦点調節用レンズ11の移動量もしくはデフォーカス量がしきい値より大きい場合は、第二合焦評価値を選択し、小さい場合は第一合焦評価値を選択する。
次に、モータ駆動装置6は、合焦方法選択装置4で選択された合焦評価値に基づいて、モータ5を駆動する。たとえば、合焦方法選択装置4で第二合焦評価値が選択された場合、モータ駆動装置6は、焦点駆動用レンズ11を選択された第二合焦評価値が示す移動方向及び移動量だけ移動させるように、モータ5を駆動する。また、たとえば、合焦方法選択装置4で第一合焦評価値が選択された場合、焦点調節用レンズ11が合焦点に近づく方向に移動していると評価するものであるときは、モータ5の回転方向をそのまま維持するように駆動する。また、焦点調節用レンズ11が合焦点から遠ざかる方向に移動していると評価するものであるときは、モータ5の回転方向を反転させるように駆動する。
モータ駆動装置6は、合焦方法選択装置4で第一合焦評価値が選択され、最終的に、第一合焦評価値の内容が合焦しているものと評価されるまでモータ5を駆動する。これにより、撮像素子21上の像を合焦させる。
本発明の第一実施形態では、第一合焦評価部2が所謂山登り式を用いて第一合焦評価値を作成し、第二合焦評価部3が所謂像ずれ式を用いて第二合焦評価値を作成する。また、合焦方法選択装置4は、第二合焦評価部3で作成された第二合焦評価値がしきい値より大きいときは第二合焦評価値を選択し、しきい値より小さいときは第一合焦評価値を選択する。そして、モータ駆動装置6は、合焦方法選択装置4で選択された合焦評価値に基づいて、焦点調節用レンズ11を移動すべくモータ5を駆動する。これにより、先ず第二合焦評価値を用いて撮像素子21上の像を大まかに合焦させ、その後、第一合焦評価値を用いて撮像素子21上の像を子細に合焦させている。したがって、本発明の第一実施形態によれば、撮像素子21上の像を精度よく且つ迅速に合焦を行うことができる。また、像ずれ式を用いる第二合焦評価部3には、高い精度が要求されないので、コストアップを抑制することができる。
また、本発明の第一実施形態では、第二合焦評価部3においてラインセンサ334a、34b上に像ずれ検出用の像を形成する光学系の焦点距離は、焦点調節用レンズ11、変倍レンズ12、補正レンズ13及び結像レンズ32の合成焦点距離である。一方、撮像素子21上に映像信号用の像を形成する光学系の焦点距離は、焦点調節用レンズ11、変倍レンズ12、補正レンズ13及び結像レンズ14の合成焦点距離である。したがって、結像レンズ14及び結像レンズ32の構成を変えることにより、像ずれ検出用の像を形成する光学系と映像信号用の像を形成する光学系との焦点距離を変える、すなわち各々の光学系が形成する像の大きさを変えることができる。たとえば、像ずれ検出用の像を形成する光学系の焦点距離を長くして、像ずれ検出用の像が大きくなるように結像レンズ32を構成することにより、この像に対するラインセンサ34a、34bの画素ピッチが相対的に細かくなるので、細かい被写体にまで合焦することができる。また、たとえば、像ずれ検出用の像を形成する光学系の焦点距離を短くして、像ずれ検出用の像が小さくなるように結像レンズ32を構成することにより、この像のラインセンサ34a、34bに対する大きさが相対的に小さくなるので、検出可能な像ずれ量が大きくなる。これにより、焦点調節用レンズの位置が合焦点から遠く離れている場合(所謂おおぼけ時)でも、合焦点を素早く検出することができる。また、装置を小型にすることができる。
ところで、一般に市販されているスティルカメラ等で用いられている像ずれ式のオートフォーカス装置では、撮影光学系により形成される像のうち中央近傍の像を用いて像ずれを検出している。したがって、これ等の像ずれ式のオートフォーカス装置では、撮影光学系によって撮影される領域(以下、撮影領域ともいう)の中央付近のみしか合焦させることができない。これは、カメラ本体の大きさやコスト等の問題により、像ずれ検出に用いる再結像用レンズ、ラインセンサ等のサイズが限られてくるためである。これに対し、ビデオカメラで用いられている山登り式のオートフォーカス装置では、撮像素子上の像を用いて合焦を行うので、比較的容易にフォーカスエリアを変更することができる。ここで、フォーカスエリアとは、撮影領域のうち合焦のための情報が作成される領域のことである。本実施形態では、撮像素子21上の領域であって、当該領域上の像を対応する被写体に合焦させるための情報が作成される領域がフォーカスエリアに該当する。したがって、第二合焦評価部3に一般的な像ずれ式のオートフォーカス装置を用いる場合、図2に示すように、フォーカスエリアの位置を選択するフォーカスエリア選択装置70を設けることが好ましい。そして、合焦方法選択装置4において、フォーカスエリア選択装置70でフォーカスエリアに撮影領域の中央が選択されたときにのみ、本実施形態で述べた要領で第一合焦評価値及び第二合焦評価値の少なくとも一方を選択させ、フォーカスエリア選択装置70でフォーカスエリアに撮影領域の中央以外が選択されたときには、第一合焦評価値のみ選択させることが好ましい。これにより、第一撮像素子21上の像うち、撮影領域内の複数領域にある被写体に対応する像を合焦させることができる。
また、近年、像ずれ式のオートフォーカス装置でも、撮影領域内の複数部分でフォーカスエリアを設定できるものが開発されている。例えば、特開平6−308379に開示されていいるマルチエリア焦点検出装置が該当する。これ等の装置では、従来の技術で述べた図22に示す像ずれ式のオートフォーカス装置において、再結像用レンズ及びラインセンサを4個以上(但し偶数個)設け、結像光学系により形成された像から複数部分の像をラインセンサ上に取り出し、各々の像のずれを検出するものである。第二合焦評価部3にこれ等のオートフォーカス装置を用いれば、撮影領域内の複数部分について、当該部分にある被写体に対応する像を合焦させるのに山登り式と像ずれ式の併用が可能となる。
尚、本発明の第一実施形態では、合焦方法選択装置4として、第二合焦評価部3で作成された第二合焦評価値がしきい値より小さいときに第一合焦評価値を選択し、しきい値より大きいときに第二合焦評価値を選択するものについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。合焦方法選択装置は、例えば第一合焦評価値及び第二合焦評価値のうちのいずれか一方が有為でない場合に、他方の評価値を選択するようにしてもよい。ここで、有為でないとは、その評価値では撮像素子21上の像を合焦させることができない場合をいう。これは、従来の技術でも述べたように、山登り式と像ずれ式とでは、その原理が全く異なるため、被写体によっては合焦点を検出することができない場合があるためである。
山登り式を採用する第一合焦評価部2では、映像信号の高周波成分のレベルを参照して合焦点を検出するので、例えば被写体が暗い場合、映像信号のS/N比が悪くなり、高精度の合焦ができなくなる。また、被写体が移動している場合、いつまでたっても高周波成分のレベルのピークを検出することができないことがある。このような場合、合焦方法選択装置は、第一合焦評価値が有為でないと判断し、第二合焦評価値を選択する。一方、像ずれ式を採用する第二合焦評価部3では、ラインセンサ34a、34bで各々撮像された像のずれ方向及びずれ量に基づいて合焦点を検出するので、例えば被写体が縞模様等である場合、像ずれ量が複数検出されてしまうことがある。このような場合、合焦方法選択装置は、第二合焦評価値が有為でないと判断し、第一合焦評価値を選択する。このように、第一合焦評価値及び第二合焦評価値のうちのいずれか一方が有為でない場合に、他方の評価値を選択することにより、被写体に確実に合焦させることができる。
次に、本発明の第二実施形態について図面を参照して説明する。
図3は本発明の第二実施形態であるオートフォーカス装置の概略ブロック図である。尚、本発明の第二実施形態において、図1に示す第一実施形態と同一の機能を有するものには、同一の符号又は対応する符号を付すことにより、その詳細な説明を省略する。
図3に示す第二実施形態のオートフォーカス装置が図1に示す第一実施形態と異なる点は、合焦方法選択装置4に代えて合焦方法選択装置4aを用いたこと、および、撮影光学系1の絞り16の絞り値を検出する絞り値検出装置80を設けたことである。その他の構成は、第一実施形態のものと基本的に同様である。
合焦方法選択装置4aが第一実施形態で用いた合焦方法選択装置4と異なる点は、絞り値検出装置80から送られてきた絞り値が所定のしきい値以下のときは、第二合焦評価値から求めた合焦に必要な焦点調節用レンズ11の移動量が、しきい値より大きいか否かにかかわらず、第二合焦評価値を選択することである。以下に、合焦方法の選択に絞り値を参照することとした理由について述べる。撮影光学系1の絞り16を絞り込むと、被写界深度が深くなり、これに伴い撮像素子21によって得られた映像信号における高周波成分のレベルの山が緩やかになる。このことは、図21において、合焦と判断されるレベル範囲ΔVに対する焦点調節用レンズ11の位置の範囲Δdが大きくなることを意味する。一方、第二合焦評価部3に用いる光束は絞り16を通過しないので、第二合焦評価値から求めた合焦に必要な焦点調節用レンズ11の移動量は、絞りの影響を受けない。したがって、絞り値(絞り込みの程度)によっては、山登り式を採用する第一合焦評価部2での合焦精度が像ずれ式を採用する第二合焦評価部3での合焦精度よりも劣る場合が考えられる。そこで、本実施形態の合焦方法選択装置4aでは、絞り値が所定のしきい値以下のときは、第二合焦評価値から求めた合焦に必要な焦点調節用レンズ11の移動量にかかわらず、第二合焦評価値を選択するようにしている。その他については、第一実施形態で用いた合焦方法選択装置4と同様である。
本発明の第二実施形態では、合焦方法選択にあたって、撮影光学系1の絞り値を参照することとしたので、絞り16が絞り込まれて山登り式を採用する第一合焦評価部2での合焦精度が像ずれ式を採用する第二合焦評価部3での合焦精度よりも劣る場合は第二合焦評価値を選択することができる。これにより、合焦精度及び合焦速度において最適な合焦方法を選択することができる。
尚、第二実施形態では、合焦方法選択にあたって撮影光学系1の絞り値を参照するものについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、被写界深度に影響を与える他の要因についても参照するようにしてもよい。
図4は、第二実施形態の変形例を示す図である。図4に示すオートフォーカス装置では、絞り16の絞り値に加えて焦点調節用レンズ11の位置及び変倍レンズ12の位置も参照している。これは、焦点調節用レンズ11の位置及び変倍レンズ12の位置によって被写界深度即ち結像性能が大きく変化するような光学系があることを考慮したものである。合焦方法選択装置4bは、絞り値検出装置80から送られてくる絞り16の絞り値、変倍レンズ位置検出装置81から送られてくる変倍レンズ12の位置、および焦点調節用レンズ位置検出装置82から送られてくる焦点調節用レンズ11の位置を参照し、これ等の値に応じた結像性能を結像性能記憶装置83から読み出す。そして、読み出した結像性能から、山登り式を採用する第一合焦評価部2での合焦精度が像ずれ式を採用する第二合焦評価部3での合焦精度よりも劣ると判断した場合には、第二合焦評価値から求めた合焦に必要な焦点調節用レンズ11の移動量にかかわらず、第二合焦評価値を選択する。
図5は、第二実施形態の他の変形例を示す図である。図5に示すオートフォーカス装置では、図4に示す第二実施形態の変形例において、更に装着されている光学アクセサリの種類をも参照するようにしている。ここで、光学アクセサリとは、撮影光学系1に装着されるテレコンバータやワイドコンバータ等のコンバータ類、ワイドアタッチメントやフィッシュアイアタッチメント等のアタッチメント類、フィルタ、クローズアップレンズ類、およびエクステンダー等をいう。これ等の光学アタッチメントが装着された場合でも、その種類によって被写界深度即ち結像性能が大きく変化することがある。そこで、合焦方法選択装置4cは、絞り16の絞り値、変倍レンズ12の位置、および焦点調節用レンズ11の位置に加えて、光学アクセサリ装着状態検出装置84から送られてくる光学アクセサリの有無及び種類をも参照し、これ等の値に応じた結像性能を結像性能記憶装置83aから読み出している。そして、図4に示すオートフォーカス装置の合焦方法選択装置4bと同様の方法で、評価値を選択している。尚、光学アクセサリの種類の判断は、光学アクセサリに識別情報を持たせることにより可能である。
次に、本発明の第三実施形態について図面を参照して説明する。
図6は本発明の第三実施形態であるオートフォーカス装置の概略ブロック図、図7は撮影光学系の焦点距離、撮影光学系から被写体までの距離及び撮像素子上における被写体の寸法と、被写体の実寸法との関係を説明するための図、図8は本実施形態に用いる物体設定寸法装置の一例を示す図である。尚、本発明の第三実施形態において、図1に示す第一実施形態と同一の機能を有するものには、同一の符号又は対応する符号を付すことにより、その詳細な説明を省略する。
図6に示す第三実施形態のオートフォーカス装置が図1に示す第一実施形態と異なる点は、物体寸法設定装置71と、被写体寸法算出装置72と、合焦対象物制御装置73と、焦点調節用レンズ11の位置を検出する焦点調節用レンズエンコーダ74と、変倍レンズ12の位置を検出する変倍レンズ用エンコーダ75と、を設けたことである。その他の構成は、第一実施形態のものと基本的に同様である。
物体寸法設定装置71は、撮影者等の入力により、合焦させるべき物体(合焦対象物)の寸法(例えば縦×横のサイズ)を設定する。図8に示す例では、回転式の可変抵抗器からなるツマミ71aの印71bを目盛り71cの任意の値に合わせることにより、この値を合焦対象物の寸法に設定している。ここで、目盛り71cの値は、合焦対象物の横方向のサイズを表している。物体寸法設定装置71は、ツマミ71aの抵抗値、すなわちツマミ71aの印71bが指す目盛り71cの値に応じた信号を合焦対象物制御装置73に出力する。尚、図8において、回転式可変抵抗器からなるツマミ71aの代わりに、スライド式の可変抵抗器や他段階のスイッチ、またはエンコーダ等を用いてもよい。また、撮影者が自ら設定した合焦対象物の寸法を把握できるようにするために、この寸法をビデオカメラのファインダー上に表示したり、または、記録画像に記録させたりしてもよい。
被写体寸法算出装置72は、撮影光学系1の像側主点から像面までの距離、撮影光学系1の物体側主点から被写体までの距離及び撮像素子21上における被写体の寸法に基づいて、被写体の実寸法を算出する。図7において、撮影光学系1の像側主点H′から像面までの距離をb1、b2、撮影光学系1の物体側主点Hから被写体Z1、Z2までの距離をそれぞれa1、a2、撮像素子21上における被写体Z1、Z2の寸法をそれぞれy1、y2、被写体Z1、Z2の実寸法をそれぞれY1
、Y2とすると、Y1、Y2は次式で表せられる。
Y1=a1×y1÷b1
Y2=a2×y2÷b2
本実施形態の撮影光学系1では、変倍レンズ用エンコーダ75によって検出された変倍レンズ12の位置情報の基づいて、撮影光学系1の像側主点H′から像面までの距離b1、b2を求めている。
また、撮影光学系1から被写体Z1、Z2までの距離a1、a2は、第二合焦評価部3において、ラインセンサ33a、33bにより各々撮像された像の撮像位置のずれ方向及びずれ量(第二合焦評価値)と、焦点調節用レンズエンコーダ74によって検出された焦点調節用レンズ11の位置情報とに基づいて算出している。尚、撮像素子21上の被写体が合焦に近い状態にあれば、焦点調節用レンズ11の位置に基づいて撮影光学系1の物体側主点から被写体までの距離を求めることができる。しかし、本実施形態では、像ずれ式で作成した第二合焦評価値と焦点調節用レンズ11の位置情報とを用いることにより、撮像素子21上の被写体が合焦していない状態でも、撮影光学系1から被写体までの距離を求めることができるようにしている。
さらに、撮像素子21上における被写体Z1、Z2の寸法は、撮像素子21の画像データに適当な画像処理を施すことによって求めることができる。たとえば、画像データの色信号による被写体の切り出しや画像の2値化、または輪郭検出等の処理を施すことにより、撮像素子21上の被写体Z1、Z2の寸法を求めることができる。また、撮像素子21上の被写体が合焦に近い状態にあれば、映像信号作成装置22で作成された映像信号のコントラストの変化が大きい部分を被写体の周辺部であると認識させることにより、撮像素子21上の被写体の寸法を求めることができる。
合焦対象物制御装置73は、被写体寸法算出装置72で算出された被写体の実寸法と、物体寸法設定装置71で設定された物体の寸法とを比較する。そして、両者が略同一である場合には、当該被写体に合焦させるように第一合焦評価部2及び第二合焦評価部3を制御する。すなわち、当該被写体について第一合焦評価値及び第二合焦評価値を作成するように、第一合焦評価部2及び第二合焦評価部3を制御する。一方、両者が略同一でない場合には、撮像素子21上の像のうち当該被写体以外の被写体に合焦させるように第一合焦評価部2及び第二合焦評価部3を制御する。すなわち、当該被写体以外の被写体について第一合焦評価値及び第二合焦評価値を作成するように、第一合焦評価部2及び第二合焦評価部3を制御する。尚、この合焦対象物制御装置73は、例えばCPU(セントラルプロセッシングユニット)等により、合焦評価値作成装置23、36や合焦方法選択装置4と共に一体的に構成される。
次に、本実施形態の動作について説明する。
物体寸法設定装置71は、合焦対象物の寸法を設定し、この寸法に関する情報を合焦対象物制御装置73へ送る。一方、被写体寸法演算装置72は、第一合焦評価部2及び第二合焦評価部3で作成された第一合焦評価値及び第二合焦評価値の対象となる被写体の実寸法を算出し、この寸法に関する情報を合焦対象物制御装置73へ送る。
合焦対象物制御装置73は、被写体寸法算出装置72で算出された被写体の実寸法と物体寸法設定装置71で設定された物体の寸法とを比較する。そして、両者が略同一である場合には、当該被写体は合焦対象物であると判断し、当該対象物について引き続き第一合焦評価値及び第二合焦評価値を作成するように、第一合焦評価部2及び第二合焦評価部3を制御する。一方、両者が略同一でない場合には、当該被写体は合焦対象物ではないと判断し、当該被写体以外の被写体について第一合焦評価値及び第二合焦評価値を作成するように、第一合焦評価部2及び第二合焦評価部3を制御する。そして、撮像素子21上の像から合焦対象物を見つけ出すまで上記の比較を繰り返し行う。尚、本実施形態のその他の動作は、第一実施形態のものと基本的に同様である。
本発明の第三実施形態では、被写体寸法算出装置72で算出された被写体の実寸法が物体寸法設定装置71により設定された寸法と略一致するときにのみ当該被写体に合焦させている。これにより、合焦対象物の寸法と略同一の物にのみオートフォーカス動作させることができ、したがって、予定外の被写体や被写体前を横切るような物体に合焦するのを防ぐことができる。
また、撮影者が合焦対象物の寸法を設定することができる物体寸法設定手段71を用いることにより、撮影者は撮影時の状況に応じて合焦対象物の寸法を変えることができる。
尚、本実施形態では、被写体の水平方向の寸法を用いて合焦対象物の判定を行っているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明において、合焦判定物の判定を垂直方向や斜め方向の寸法を用いて行うことは可能であり、この場合、更に撮影対象物の範囲を広げることができる。
また、第三実施形態では、物体寸法測定装置71として、撮影者が合焦対象物の寸法を入力することができるようにしたものについて説明している。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば一般的に合焦させる可能性の高いもの(人間、車等)を記号、文字等の図形で表し、撮影者にこれ等の図形の中からいずれか一つを任意選択させることにより、合焦対象物の寸法を設定するようにしてもよい。たとえば、人間が選択された場合には、合焦対象物の寸法を人間の標準的な横幅として考えられる50cmに設定する。この場合、人間、金網、車等を表す図形は、ビデオカメラのファインダー上に表示し、それをファインダー上に設置されたタッチパネルやファインダーとは別の位置に設けられたスイッチで選択できるようにしてもよい。
さらに、第三実施形態では、合焦対象物制御装置73として、被写体寸法算出装置72で算出された被写体の実寸法が物体寸法設定装置71で設定された寸法と略同一の場合にのみ、当該被写体を合焦させるようにしたものについて説明している。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、被写体寸法算出装置72で算出された被写体の実寸法が物体寸法設定装置71で設定された寸法と略同一の場合には、当該被写体に合焦させないようにしてもよい。これにより、特定の被写体(例えば金網等)に合焦させないようにすることができる。また、たとえば、撮影者が物体寸法設定装置で設定された寸法に合焦させるか否かを選択できるようにし、選択された内容に基づいて、当該被写体に合焦させるか否かを判断するようにしてもよい。この場合、物体寸法測定装置は、図9に示すように、合焦対象物と非合焦対象物(合焦させてはならない物体)とを選択することができるものであることが好ましい。図9に示す例では、回転式の可変抵抗器71dの印71eを合焦目盛り71f又は非合焦目盛り71gの任意の値に合わせることにより、この値を合焦対象物又は非合焦対象物の寸法に設定している。ここで、目盛り71f、71gの値は被写体の横方向のサイズを表している。この物体寸法設定装置は、可変抵抗器71dの抵抗値、すなわち可変抵抗器71dの印71eが指す目盛り種類(合焦目盛り71fであるか又は非合焦目盛り71gであるか)及び目盛りの値に応じた信号を合焦対象物制御装置に出力する。
また、第三実施形態では、焦点調節用レンズ11や変倍レンズ12の位置データを取得するために、レンズ位置をエンコーダ74、75により測定したものについて説明したが、それぞれのレンズの駆動源としてステッピングモータを使用してオープンルーフ制御を行えば、エンコーダがなくともレンズ位置を常に把握することができる。
また、第一実施形態で説明したように、像ずれ式のオートフォーカス装置でも、撮影領域内の複数部分にフォーカスエリアを設定できるものが開発されている。本実施形態の第二合焦評価部3にこれ等のオートフォーカス装置を用いれば、撮影領域内の複数部分において、当該部分にある被写体に対応する像の合焦について山登り式と像ずれ式の併用が可能となり、また、被写体の実寸法を測定することが可能となる。これにより、例えば図10に示すように、撮影領域上に略同一寸法の被写体Y3、Y4が写っている場合、撮影者にフォーカスエリアを選択(例えば撮影領域の中央部)させることにより、いずれか一方の被写体に合焦させることができる。
尚、本実施形態において、合焦方法選択装置4及び第一評価部2の合焦評価値作成装置23を省略し、第一評価部2の映像信号作成装置22からの映像信号を専ら撮像素子21上における被写体の寸法を測定するのに用いるようにしてもよい。この場合、撮像素子21上の像は、第二合焦評価部3で作成された第二合焦評価値に基づいて、対応する被写体への合焦が行われる。
次に、本発明の第四実施形態について図面を参照して説明する。
図11は本発明の第四実施形態であるオートフォーカス装置の概略ブロック図、図12は第一合焦評価部のフォーカスエリアと第二合焦評価部のフォーカスエリアとを説明するための図、図13は本実施形態に用いるフォーカスエリア入力装置の一例を示す図、図14はフォーカスエリア設定装置の動作を説明するための図である。尚、本発明の第四実施形態において、図1に示す第一実施形態と同一の機能を有するものには、同一の符号又は対応する符号を付すことにより、その詳細な説明を省略する。
図11に示す第四実施形態のオートフォーカス装置が図1に示す第一実施形態と異なる点は、フォーカスエリアサイズ入力装置76と、フォーカスエリア設定装置77と、フォーカスエリア表示装置78と、を設けたことである。その他の構成は、第一実施形態のものと基本的に同様である。
山登り式を用いる第一合焦評価部2は、撮像素子21によって得られる映像信号に基づいて、第一合焦評価値を作成している。このため、図12に示すように、撮影光学系1によって撮影された撮影領域21aの任意の範囲、例えばエリア112aやエリア112bに対応する撮像素子21上の映像信号を取り出して、この映像信号に基づき第一合焦評価値を作成することができる。すなわち、第一合焦評価部2は、フォーカスエリアを任意に可変することができる。一方、像ずれ式を用いる第二合焦評価部3のフォーカスエリアは、結像レンズ32、再結像用レンズ33a、33b及びラインセンサ34a、34bのサイズにより、所定の領域に定まる。したがって、第二合焦評価部3のフォーカスエリアは可変することができない。本実施形態のオートフォーカス装置では、図12に示すように、撮影領域21aの中央付近111が第二合焦評価部3のフォーカスエリアとなるように設定している。また、画像処理装置35において所定の画像処理を施すことにより、フォーカスエリア111を更に複数の単位エリア111a〜111iに分割し、この単位エリア111a〜111i毎に像ずれを検出している。
フォーカスエリアサイズ入力装置76は、撮影者等が第一合焦評価部2のフォーカスエリアに関する情報を入力するためのものである。図13に示す例では、回転式の可変抵抗器からなるツマミ76aの印76bを目盛り76cの任意の位置に合わせることにより、フォーカスエリアのサイズを指定している。たとえば、印76bを目盛り76cの「標準」に合わせると、第一合焦評価部2のフォーカスエリアが第二合焦評価部3のフォーカスエリアと略同じサイズになる。また、印76bを目盛り76cの「標準」の位置より「エリア小」の側に設定すると、第一合焦評価部2のフォーカスエリアが第二合焦評価部3のフォーカスエリアよりも小さくなる。さらに、印76bを目盛り76cの「標準」の位置より「エリア大」の側に設定すると、第一合焦評価部2のフォーカスエリアが第二合焦評価部3のフォーカスエリアよりも大きくなる。尚、フォーカスエリアの大小の比率は、目盛り76cの「標準」の位置を基準にして、ツマミ76aを回した量に対応して変化するように構成してある。また、印76bを「AUTO」76dに合わせると、被写体の大きさに合わせて第一合焦評価部2のフォーカスエリアを変化させる。
フォーカスエリアサイズ入力装置76は、ツマミ76aの抵抗値、すなわちツマミ76aの印76bが指す位置に応じた信号をフォーカスエリア設定装置77に出力する。尚、図13において、回転式可変抵抗器からなるツマミ71aの代わりに、スライド式の可変抵抗器からなるツマミや他段階のスイッチ、またはエンコーダ等を用いてもよい。また、ビデオカメラのファインダー79上に操作部を表示し、それをファインダー79上に設置されたタッチパネル又はファインダー79とは別の位置に設けられたスイッチで選択できるようにしてもよい。さらに、「AUTO」のスイッチを別に設けたり、ツマミを押し込むことで「AUTO」の機能がオン・オフするようにしてもよい。
フォーカスエリア設定装置77は、フォーカスエリアサイズ入力装置76から送られてきた信号に基づき、第一合焦評価部2のフォーカスエリアを設定する。たとえば、フォーカスエリアサイズ入力装置76に「標準」が入力された場合、図14に示すように、第一合焦評価部2のフォーカスエリアを第二合焦評価部3のフォーカスエリア111と略同じ位置であって略同じ大きさになるように設定する。また、フォーカスエリアサイズ入力装置76に「エリア大」が入力された場合、第一合焦評価部2のフォーカスエリアを第二合焦評価部3のフォーカスエリア111と略同じ位置であってこのフォーカスエリア111よりも大きいエリア113bとなるように設定する。さらに、フォーカスエリアサイズ入力装置76に「エリア小」が入力されたときは、第一合焦評価部2のフォーカスエリアを第二合焦評価部3のフォーカスエリア111と略同じ位置であってこのフォーカスエリア111よりも小さいエリア113aとなるように設定する。
また、フォーカスエリアサイズ入力装置76に「AUTO」が入力されたときは、以下の要領で第一合焦評価部2のフォーカスエリアを設定する。先ず、フォーカスエリア設定装置77は、図15に示すように、第二合焦評価部3のフォーカスエリア111の単位エリア111a〜111i毎に検出された像ずれ量に基づいて、各単位エリア111a〜111i内に撮影されている被写体毎に、撮影光学系1から被写体までの距離を求める。次に、フォーカスエリア設定装置77は、単位エリア111a〜111iの中から、撮影光学系1から被写体までの距離が略同一であって且つ隣り合う単位エリアを検出する。撮影光学系1から被写体までの距離が略同一であって且つ隣り合う単位エリアには、同じ被写体が撮像されているものと考えられるので、これ等の単位エリアによって囲まれる領域が被写体の大きさであると判断することができる。次に、フォーカスエリア設定装置77は、検出した単位エリアを含むエリアを第一合焦評価部2のフォーカスエリアに設定する。たとえば、図15において、単位エリア111c、111dが検出された場合には、エリア114aを第一合焦評価部2のフォーカスエリアに設定する。また、単位エリア111c〜111eが検出された場合には、エリア
114bを第一合焦評価部2のフォーカスエリアに設定する。
また、フォーカスエリア設定装置77は、設定したフォーカスエリアに基づいて第一合焦評価値を作成するように、第一合焦評価部2に指令を出す。このフォーカスエリア設定装置77は、例えばCPU(セントラルプロセッシングユニット)等により、合焦評価値作成装置23、36や合焦方法選択装置4と共に一体的に構成される。
フォーカスエリア表示装置78は、合焦方法選択装置4が第一合焦評価値を選
択した場合には、第一合焦評価部2のフォーカスエリアを、また、第二合焦評価値を選択した場合には、第二合焦評価部3のフォーカスエリアを、ビデオカメラのファインダー79に表示する。尚、ファインダー79の代わりに、または、ファインダー79と共にモニタ画面等に表示してもよい。
本発明の第四実施形態では、第一合焦評価部2のフォーカスエリアのサイズを第二合焦評価部3のフォーカスエリアのサイズに対して可変することができる。このため、山登り式及び像ずれ式の利点を生かしたフォーカスエリアを設定することができる。
たとえば、第一合焦評価部2のフォーカスエリアを第二合焦評価部3のフォーカスエリアよりも小さくなるように設定したときには、第二合焦評価部3では検出不可能であった細かい被写体に合焦させることができる。また、細かい被写体への対応を第一評価部2に負担させることにより、第二合焦評価部3のラインセンサ34a、34bの分解能を大きくして精度を下げることができる。これにより、コストの上昇を抑制することができる。
また、本発明の第四実施形態では、第一合焦評価部2のフォーカスエリア及び第二合焦評価部3のフォーカスエリアのうち、合焦方法選択装置4で選択されている方のフォーカスエリアをファインダー79に表示させているので、撮影者はフォーカスエリアを常に確認することができる。
尚、本発明の第四実施形態では、フォーカスエリアサイズ入力装置76として、マニュアル調節とオート制御の両方を入力することができるものについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、図16に示すように、マニュアル調節を省いた「標準」と「AUTO」の2種類のみ切り替えスイッチにしたり、逆に「AUTO」の設定を省いてマニュアルのみのツマミとしてもよい。また、図17にしめすように、「標準」、「大」、「小」、「AUTO」の4種類の切り替えスイッチとしてもよい。
また、第一実施形態で説明したように、像ずれ式のオートフォーカス装置でも、撮影領域内の複数部分をフォーカスエリアに設定できるものが開発されている。本実施形態の第二合焦評価部3にこれ等のオートフォーカス装置を用いれば、図18に示すように、像ずれ式でも撮影領域21a内の複数エリア115でフォーカスエリアを設定することができる。このため、フォーカスエリアサイズ入力装置76を「AUTO」に設定することにより、各々のフォーカスエリア115での像ずれ量に基づいて、各フォーカスエリア115内に撮像されている被写体毎に撮影光学系1から被写体までの距離を求めることができる。このため、被写体の大きさを判定することができるので、第一合焦評価部2のフォーカスエリアを被写体の大きさに対応するように設定することができる。
尚、上記の第一実施形態乃至第四本実施形態のオートフォーカス装置をビデオカメラ等に用いる場合、レンズ鏡筒側に撮影光学系1及びモータ5を設け、カメラ本体側にその他の構成要素を設けるのが一般的である。しかし、この構成に限定されるものではない。
次に、本発明の第五実施形態について図面を参照して説明する。
図19は本発明の第五実施形態であるオートフォーカス装置の概略ブロック図である。尚、本発明の第五実施形態において、図1に示す第一実施形態又は図6に示す第三実施形態と同一の機能を有するものには、同一の符号又は対応する符号を付すことにより、その詳細な説明を省略する。
本実施形態であるオートフォーカス装置は、図19に示すように、撮影光学系1aと、第一合焦評価部2と、モータ5と、モータ駆動装置6と、物体寸法設定装置71と、被写体寸法算出装置72と、合焦対象物制御装置73と、焦点調節用レンズエンコーダ74と、変倍レンズ用エンコーダ75と、測距装置86と、を備えている。ここで、第一合焦評価部2、モータ5及びモータ駆動装置6は、第一実施形態で用いたものと同様である。また、物体寸法設定装置71、被写体寸法算出装置72、合焦対象物制御装置73、焦点調節用レンズエンコーダ74及び変倍レンズ用エンコーダ75は、第三実施形態で用いたものと同様である。
撮影光学計1aが第一実施形態で用いた撮影光学系1と異なる点は、光線分割のための光学素子15が取り除いてあることである。その他は撮影光学系1と同様である。測距装置86は、撮影光学系1aから第一合焦評価部2が作成した第一合焦評価値に対応する被写体までの距離を測定する。測距方法としては、赤外線を用いる方法等が考えられる。
本発明の第五実施形態では、撮影光学系1aから被写体までの距離を測定する測距装置86を設けたことにより、山登り式のみを用いて合焦を行うオートフォーカス装置においても、被写体の実寸法を測定することができる。また、測距装置86は、被写体の寸法を算出するための精度で十分であり、高精度に測定する必要はない。これにより、物体寸法設定装置71で設定された寸法と略同一の物にのみオートフォーカス動作させたり、または、物体寸法設定装置71で設定された寸法以外のものにのみ、オートフォーカス動作させることができる。したがって、予定外の被写体や被写体前を横切るような物体に合焦するのを防ぐことができる。
本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で様々な変形が可能である。また、上記の各実施形態のオートフォーカス装置は、ビデオカメラだけでなく、電子スチルカメラ等、その他のカメラにも用いることができる。