JP4649686B2 - Auto focus system - Google Patents
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Description
本発明はオートフォーカスシステムに係り、特にコントラスト方式のオートフォーカスにより自動でピント調整を行うオートフォーカスシステムに関する。 The present invention relates to an autofocus system, and more particularly to an autofocus system that automatically performs focus adjustment by contrast-type autofocus.
放送用テレビカメラ等のビデオカメラで採用されるオートフォーカス（ＡＦ）は、撮像素子により得られる映像信号に基づいて被写体画像のコントラストを検出し、そのコントラストが最大（極大）となるようにフォーカス（フォーカスレンズ）を制御するコントラスト方式が一般的である。被写体画像のコントラストは、例えば、撮像素子により得られた映像信号から高域周波数成分の信号を抽出し、その高域周波数成分の信号を１画面（１フィールド）分ずつ積算した積算値によって定量的に検出される。尚、その積算値は、被写体画像のコントラストの高低を示すと共に、合焦の程度を示す値であり、本明細書では焦点評価値というものとする。 Autofocus (AF) adopted in video cameras such as broadcast television cameras detects the contrast of a subject image based on a video signal obtained by an image sensor, and focuses (maximum) the contrast (maximum). A contrast method for controlling a focus lens is generally used. The contrast of the subject image is quantitatively determined by, for example, an integrated value obtained by extracting a signal of a high frequency component from a video signal obtained by an image sensor and integrating the signal of the high frequency component by one screen (one field). Detected. The integrated value indicates the level of the contrast of the subject image and the degree of focusing, and is referred to as a focus evaluation value in this specification.
また、従来、ＡＦ用撮像素子を備えたレンズ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このようなレンズ装置では、その光学系（撮影レンズ）の光路上にハーフミラー等の光分割手段が配置され、カメラ本来の撮像素子（映像用撮像素子）に導かれる被写体光からＡＦ用被写体光が分岐されるようになっている。光分割手段によって分岐されたＡＦ用被写体光は、ＡＦ用に配置されたＡＦ用撮像素子の撮像面に結像され、その結像された被写体画像がＡＦ用撮像素子によって撮像される。そして、その被写体画像のコントラストに基づいてピント合わせが行われるようになっている。
ところで、可視光のみを受光して得られた映像信号によって焦点評価値を検出する場合、被写体が暗い（可視光の光量が少ない）と、焦点評価値が小さく、特に非合焦の状態では合焦位置を検出することが困難となる。即ち、フォーカスが合焦位置付近にあるときにはある程度の大きさの焦点評価値が得られる場合であっても合焦位置から大きくずれている場合には焦点評価値が小さくなり特に被写体光の光量が少ないと合焦方向（焦点評価値が増加する方向）の検出も困難となる。更に被写体光の光量が少ない場合には合焦位置付近でも焦点評価値が極めて小さくなり、焦点評価値から合焦位置を判断することが困難となる。 By the way, when the focus evaluation value is detected by a video signal obtained by receiving only visible light, the focus evaluation value is small when the subject is dark (the amount of visible light is small), and the focus evaluation value is particularly low in the in-focus state. It becomes difficult to detect the focal position. That is, even when a focus evaluation value of a certain size is obtained when the focus is in the vicinity of the in-focus position, the focus evaluation value becomes small if the focus evaluation value is greatly deviated from the in-focus position, and in particular, the light amount of the subject light If the amount is small, detection of the in-focus direction (the direction in which the focus evaluation value increases) becomes difficult. Further, when the amount of the subject light is small, the focus evaluation value is extremely small even near the focus position, and it is difficult to determine the focus position from the focus evaluation value.
一方、上述のようにＡＦ用撮像素子を使用する場合、映像用撮像素子から得られる記録又は再生用の映像信号とは無関係にＡＦ用の映像信号を得ることができるため、可視光から赤外光までの波長領域の被写体光を受光してＡＦ用の映像信号を得ることが可能である。これによって得られたＡＦ用の映像信号から焦点評価値を検出した場合には、被写体が暗い場合でも、また、合焦位置から大きくずれている場合であっても赤外光によって合焦位置の検出が可能な大きさの焦点評価値を得ることができる。 On the other hand, when the AF image sensor is used as described above, an AF video signal can be obtained regardless of the recording or reproduction video signal obtained from the video image sensor. It is possible to receive subject light in the wavelength region up to the light and obtain an AF video signal. When the focus evaluation value is detected from the AF video signal obtained in this way, the in-focus position is detected by infrared light even when the subject is dark or is largely deviated from the in-focus position. A focus evaluation value that can be detected can be obtained.
しかしながら、一般に広い波長領域の被写体光を合焦検出に利用すると、合焦精度が低下するという問題があり、被写体が明るく可視光のみで十分な大きさの焦点評価値が得られるような場合に、赤外光まで受光して焦点評価値を検出することは合焦精度の低下を招くため適切ではない。 However, in general, when subject light in a wide wavelength region is used for focus detection, there is a problem that the focus accuracy is lowered, and when the subject is bright and a sufficient focus evaluation value can be obtained with only visible light. In addition, it is not appropriate to detect the focus evaluation value by receiving the infrared light because the focus accuracy is lowered.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ＡＦ用に配置されたＡＦ用撮像素子で受光する被写体光の波長領域を変更可能にすることによって合焦検出を確実に行えるようにすると共に、できるだけ合焦精度の低下を防止することができるオートフォーカスシステムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and enables focus detection to be reliably performed by making it possible to change the wavelength region of subject light received by an AF imaging element arranged for AF. A further object is to provide an autofocus system that can prevent a reduction in focusing accuracy as much as possible.
前記目的を達成するために、請求項１に記載のオートフォーカスシステムは、記録用又は再生用の被写体画像を撮像するための映像用撮像素子に被写体光を導く撮影レンズの本線光路からＡＦ用被写体光をＡＦ用撮像素子に導くＡＦ用光路を分岐し、前記ＡＦ用撮像素子によって撮像された被写体画像のコントラストに基づいて前記撮影レンズのフォーカスを合焦状態となるように自動調整するオートフォーカスシステムにおいて、前記映像用撮像素子は、被写体画像を撮像するために可視光の波長領域の被写体光を有効に使用し、前記ＡＦ用撮像素子は、可視光と赤外光の波長領域の光に感度を有し、さらに、前記ＡＦ用撮像素子により撮像された被写体画像のコントラストの大きさを評価する焦点評価値検出手段と、該焦点評価値検出手段により検出された焦点評価値に基づいて前記撮影レンズのフォーカスを合焦状態となるように制御するフォーカス制御手段と、前記ＡＦ用光路に挿脱可能に設けられた光学的フィルターであって、前記ＡＦ用撮像素子の撮像面に入射させる前記ＡＦ用被写体光の波長領域のうち赤外光の波長領域の光を遮断する特性を有する光学的フィルターを電動で前記ＡＦ用光路に挿脱するフィルター駆動手段と、前記焦点評価値検出手段により検出された焦点評価値に基づいて前記フィルター駆動手段によって前記光学的フィルターを前記ＡＦ用光路に挿入又は前記ＡＦ用光路から退避させるフィルター制御手段とを備え、前記フィルター制御手段は、前記焦点評価値検出手段により検出される焦点評価値が、前記光学的フィルターを前記ＡＦ用光路に挿入した状態のときに所定値より小さくなる場合には、前記光学的フィルターを前記ＡＦ用光路から退避させ、前記焦点評価値検出手段により検出される焦点評価値が、前記光学的フィルターを前記ＡＦ用光路から退避させた状態のときに所定値より大きくなる場合には、前記光学的フィルターを前記ＡＦ用光路に挿入することを特徴としている。本発明によれば、光学的フィルターをＡＦ用光路に挿脱することによってＡＦ用撮像素子に入射させるＡＦ用被写体光の波長領域を変更することができ、ＡＦ用被写体光の光量が不足するような状況では光学的フィルターをＡＦ用光路から退避させることによって合焦検出を確実に行えるようにすることができ、ＡＦ用被写体光の光量が十分な状況では光学的フィルターをＡＦ用光路に挿入することによって合焦精度を高くすることができる。
In order to achieve the above object, the autofocus system according to
即ち、可視光の映像を撮影する通常のカメラに対して、ＡＦ用撮像素子では可視光から赤外光までの広い波長領域のＡＦ用被写体光に感度を有するようにし、可視光の光量が不足する場合に赤外光によって光量の不足を補えるようにすると共に、可視光の光量が十分な場合には光学的フィルターをＡＦ用光路に挿入して赤外光を遮断し、合焦精度の低下を防止する。 In other words, compared to a normal camera that captures visible light images , the AF image sensor is sensitive to AF subject light in a wide wavelength range from visible light to infrared light, and the amount of visible light is insufficient. while to compensate for the lack of light amount by the infrared light in the case of, when the light amount of the visible light is sufficient to insert the optical filter over to the AF optical path to block the infrared light, focusing accuracy To prevent the loss of
また、本発明は、光学的フィルターを焦点評価値に基づいて自動的に制御する。 The present invention also automatically controls the optical filter based on the focus evaluation value .
本発明に係るオートフォーカスシステムによれば、合焦検出の確実性が向上すると共に、合焦精度の不要な低下が防止される。 According to the autofocus system of the present invention, the reliability of focus detection is improved and unnecessary reduction in focus accuracy is prevented.
以下、添付図面に従って本発明に係るオートフォーカスシステムの好ましい実施の形態について詳説する。 Hereinafter, preferred embodiments of an autofocus system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図１は、本発明に係るオートフォーカスシステムにおける光学系の構成を示した図である。同図には、例えば、テレビ放送用のカメラ（カメラ本体）１２とカメラ１２に装着されるレンズ装置１０の各々において構成される光学系が示されており、レンズ装置１０の光学系（撮影レンズ）には、本線光路の光軸Ｏに沿って前段側からフォーカスレンズ群ＦＬ、ズームレンズ群ＺＬ、絞りＩ、マスターレンズ群ＭＬ等が配置されている。フォーカスレンズ群ＦＬやズームレンズ群ＺＬは光軸Ｏに沿って前後移動可能に配置されており、フォーカスレンズ群ＦＬの位置を調整することによってフォーカス調整（撮影距離（被写体距離）の調整）が行われ、ズームレンズ群ＺＬの位置を調整することによってズーム調整（焦点距離の調整）が行われる。また、絞りＩの開口量を調整することによって光量調整が行われる。撮影レンズに入射してこれらのレンズ群等を通過した被写体光は、カメラ１２の光学系に入射する。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical system in an autofocus system according to the present invention. The figure shows, for example, an optical system configured in each of a camera (camera body) 12 for television broadcasting and a
カメラ１２の光学系には簡略して示した３色分解光学系１４が配置されており、この３色分解光学系によって被写体光がＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の波長ごとに分解されてそれぞれＲ、Ｇ、Ｂごとの撮像素子の撮像面に入射する。尚、Ｒ、Ｇ、Ｂごとの撮像素子を同図に示すように１つの撮像素子Ｐで表すものとする。カメラ１２に配置された撮像素子Ｐによって撮像された被写体画像は、カメラ１２内の所定の信号処理回路によって記録又は再生用の映像信号に成形される。尚、カメラ１２に配置されている撮像素子を映像用撮像素子というものとする。
A simplified three-color separation
また、上記レンズ装置１０の光学系において絞りＩとマスターレンズ群ＭＬとの間には光軸Ｏに対して略４５度に傾斜した角度でハーフミラーＭ１（ビームスプリッタ）が配置されている。これによって、フォーカスレンズ群ＦＬ、ズームレンズ群ＺＬ、絞りＩを通過してハーフミラーＭ１に入射した被写体光が、ハーフミラーＭ１を透過する被写体光とハーフミラーＭ１で反射する被写体光とに分割されるようになっている。尚、ハーフミラーＭ１では可視光以外にも赤外光も分割される。また、本レンズ装置１０が装着可能なカメラ１２として可視光の映像（被写体画像）を撮影するカメラのみの使用に限定し、赤外光の映像を撮影するいわゆる赤外線カメラの使用を除く場合にはハーフミラーＭ１で赤外光を全反射させてもよい。
In the optical system of the
ハーフミラーＭ１を透過した被写体光は上述のように本線光路の光軸Ｏに沿ってカメラ１２へと導かれ、映像用撮像素子Ｐの撮像面に被写体像を結像する。
The subject light transmitted through the half mirror M1 is guided to the
一方、ハーフミラーＭ１で反射した被写体光は、ＡＦ用被写体光として光軸Ｏに対して略直交する光軸Ｏ'のＡＦ用光路に導かれる。ＡＦ用光路には、ＡＦマスターレンズ群ＡＭＬ、プリズムＭ２、ＡＦ用撮像素子１６が配置され、また、ＩＲカットフィルターＣＦがＡＦ用光路に挿脱可能に配置されている。
On the other hand, the subject light reflected by the half mirror M1 is guided as an AF subject light to an AF optical path having an optical axis O ′ substantially orthogonal to the optical axis O. In the AF optical path, an AF master lens group AML, a prism M2, and an
ハーフミラーＭ１で反射して本線光路からＡＦ用光路に分岐されたＡＦ用被写体光は、上記マスターレンズ群ＭＬと同様に結像作用のあるＡＦマスターレンズ群ＡＭＬを通過し、プリズムＭ２によって直角に反射された後、ＡＦ用の映像信号を取得するためのＡＦ用撮像素子１６の撮像面に被写体像を結像する。
The AF subject light reflected by the half mirror M1 and branched from the main optical path to the AF optical path passes through the AF master lens group AML having an image forming function in the same manner as the master lens group ML, and is perpendicularly directed by the prism M2. After being reflected, a subject image is formed on the imaging surface of the
ＩＲカットフィルターＣＦは、ＡＦ用光路（ＡＦ用光路の光軸Ｏ'上）に電動で挿脱可能になっており、詳細を後述するようにＩＲカットフィルターＣＦをＡＦ用光路に挿入すると、このＩＲカットフィルターＣＦに入射したＡＦ用被写体光から赤外光が遮断され、可視光のみが通過してＡＦ用撮像素子１６の撮像面に入射する。一方、ＩＲカットフィルターＣＦをＡＦ用光路から退避させると、ＡＦ用被写体光に含まれる可視光と赤外光の両方がＡＦ用撮像素子１６の撮像面に入射するようになっている。
The IR cut filter CF can be electrically inserted into and removed from the AF optical path (on the optical axis O ′ of the AF optical path). When the IR cut filter CF is inserted into the AF optical path as will be described in detail later, Infrared light is blocked from the AF subject light incident on the IR cut filter CF, and only visible light passes and enters the imaging surface of the
ＡＦ用撮像素子１６は、ＡＦ用被写体光によって撮像面に結像された被写体像を電気信号に変換してＡＦ用の映像信号を出力する。ＡＦ用撮像素子１６の撮像面は、カメラ１２の映像用撮像素子Ｐの撮像面と光学的に等価な距離に配置されており、映像用撮像素子Ｐによって撮像される被写体画像と実質的に等価な被写体画像（合焦している被写体が一致している被写体画像）がＡＦ用撮像素子１６によって撮像されるようになっている。また、ＡＦ用撮像素子１６は、可視光の波長領域（約３８０〜７８０ｎｍ）からそれよりも長波長側の赤外光（近赤外）の波長領域まで及ぶ光に感度を有しており、ＩＲカットフィルターＣＦがＡＦ用光路から退避している状態では、可視光と赤外光の両方の波長領域のＡＦ用被写体光によって結像された被写体画像が撮像され、その映像信号が出力される。
The
図２は、上記レンズ装置１０の光学系を制御すると共に、本発明に係るオートフォーカスシステムが構築される制御部の構成を示したブロック図である。同図において、図１に示したフォーカスレンズ群ＦＬ、ズームレンズ群ＺＬ、絞りＩ、ＡＦマスターレンズＡＭＬ、ＩＲカットフィルターＣＦが示されており、それぞれ対応するフォーカス用モータＦＭ、ズーム用モータＺＭ、絞り用モータＩＭ、ＡＦマスター用モータＭＭ、フィルター用モータＣＭによって駆動されるようになっている。各モータＦＭ、ＺＭ、ＭＭ、ＩＭ、ＣＭは、それぞれＣＰＵ２６からＤ／Ａ変換器２８を介して与えられる駆動信号に従ってそれぞれフォーカス用アンプＦＡ、ズーム用アンプＺＡ、ＡＦマスター用アンプＭＡ、絞り用アンプＩＡ、フィルター用アンプＣＡによって駆動される。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a control unit that controls the optical system of the
また、各モータＦＭ、ＺＭ、ＭＭ、ＩＭにはそれらの回転位置を検出するポテンショメータＦＰ、ＺＰ、ＭＰ、ＩＰが設置され、各ポテンショメータＦＰ、ＺＰ、ＭＰ、ＩＰの出力信号がＡ／Ｄ変換器２４を介してＣＰＵ２６に与えられるようになっている。ＣＰＵ２６は各ポテンショメータＦＰ、ＺＰ、ＭＰ、ＩＰの出力信号によってフォーカスレンズ群ＦＬ、ズームレンズ群ＺＬ、ＡＦ用マスターレンズ群ＡＭＬ、絞りＩの現在位置の情報を取得することができるようになっている。
Further, potentiometers FP, ZP, MP, and IP for detecting the rotational positions of the motors FM, ZM, MM, and IM are installed, and output signals of the potentiometers FP, ZP, MP, and IP are converted into A / D converters. 24 is provided to the
同図のシステムでは、コントローラとしてフォーカスデマンド２０とズームデマンド２２が接続されている。フォーカスデマンド２０やズームデマンド２２には操作者によってマニュアル操作される操作部材が設けられており、それらの操作部材の操作に基づいてフォーカスデマンド２０やズームデマンド２２からフォーカスレンズ群ＦＬやズームレンズ群ＺＬの目標位置や目標速度を指令する指令信号がＡ／Ｄ変換器２４を介してＣＰＵ２６に与えられるようになっている。
In the system shown in the figure, a
フォーカスレンズ群ＦＬの制御（フォーカス制御）は、所定箇所（レンズ装置１０の本体やフォーカスデマンド２０等）に設置されたＡＦスイッチＳ１の操作によってマニュアルフォーカス（ＭＦ）の制御とオートフォーカス（ＡＦ）の制御とで切り替えられるようになっている。ＣＰＵ２６にはそのＡＦスイッチＳ１のオン／オフ状態を示す信号が与えられており、ＣＰＵ２６は後述のようにＡＦスイッチＳ１のオン／オフ状態に基づいてＭＦとＡＦの制御とを切り替えている。ＭＦの制御時の場合、ＣＰＵ２６は、フォーカスデマンド２０から与えられた指令信号に基づいてフォーカスレンズ群ＦＬを制御する。例えば、ＣＰＵ２６は、フォーカスデマンド２０から与えられた指令信号が指令する目標位置又は目標速度となるようにフォーカス用モータＦＭを駆動するための駆動信号をフォーカス用アンプＦＡに出力する。一方、ＡＦの制御時の場合、ＣＰＵ２６は、詳細を後述するように焦点評価値検出部４０から与えられる焦点評価値情報に基づいてフォーカスレンズＦＬを制御する。
Control of the focus lens group FL (focus control) is performed by controlling manual focus (MF) and autofocus (AF) by operating an AF switch S1 installed at a predetermined location (the main body of the
ズームレンズＺＬの制御（ズーム制御）は、ズームデマンド２２から与えられる指令信号に基づいて制御され、ＣＰＵ２６は、ズームデマンド２２から与えられた指令信号が指令する目標位置又は目標速度となるようにズーム用モータＺＭを駆動するための駆動信号をズーム用アンプＺＡに出力する。
Control of the zoom lens ZL (zoom control) is controlled based on a command signal given from the
絞りＩの制御（絞り制御）は、図１に示したカメラ１２から与えられる指令信号に基づいて制御され、ＣＰＵ２６は、その指令信号が指令する設定位置（絞り値）となるように絞り用モータＩＭを駆動するための駆動信号を絞り用アンプＩＡに出力する。
Control of the aperture I (aperture control) is controlled based on a command signal given from the
ＡＦマスターレンズ群ＡＭＬやＩＲカットフィルターＣＦは、ＡＦ時にＣＰＵ２６によって制御され、ＣＰＵ２６は、ＡＦマスター用モータＭＬを駆動するための駆動信号をＡＦマスター用アンプＭＡに出力し、例えばＡＦマスターレンズ群ＡＭＬにワブリングの動作を行わせる。ＡＦマスターレンズ群ＡＭＬによるワブリングの動作は、ＡＦマスターレンズ群ＡＭＬを光軸Ｏ'に沿って微小に前後移動させることによって撮影レンズのフォーカスを至近側と無限遠側に微小に変化させるのと同様の効果を得るもので、後述のように合焦状態か否か、または、合焦方向を検出するために行われる。
The AF master lens group AML and the IR cut filter CF are controlled by the
尚、本レンズ装置１０が装着されるカメラ１２が赤外線カメラの場合、その赤外線カメラによって撮影される赤外光の被写体画像と等価な被写体画像（合焦している被写体が一致している被写体画像）をＡＦ用撮像素子１６によって撮像する必要がある。これに対して光学系の特性は、可視光と赤外光とでは相違する。従って、赤外線カメラの被写体画像と等価な被写体画像を可視光を用いてＡＦ用撮像素子１６で撮像するためにはＡＦ用光路の補正が必要である。ＡＦマスターレンズ群ＡＭＬはワブリング以外にその補正の用途でも使用することができ、例えば、ズームレンズ群ＺＬ等の位置に応じてＡＦマスタ−レンズ群ＡＭＬの位置を変位させてＡＦ用光路を補正することによって、赤外線カメラの被写体画像と等価な被写体画像をＡＦ用撮像素子１６で撮像することができる。その補正のためのＡＦマスターレンズ群ＡＭＬの位置のデータは事前に作成されてＲＯＭ３０に記憶されている。
When the
また、ＡＦ時においてＣＰＵ２６は、ＡＦ用撮像素子１６によって撮像された被写体画像のコントラストの大きさを示す焦点評価値を詳細を後述する焦点評価値検出部４０から取得し、その焦点評価値に基づいて、フィルター用モータＣＭを駆動するための駆動信号をフィルター用アンプＣＡに出力して、ＩＲカットフィルターＣＦをＡＦ用光路に挿入し、又は、ＡＦ用光路から退避させる。
Further, during AF, the
ＩＲカットフィルターＣＦの制御に関する具体的な処理手順について後述するが、例えば、合焦検出（合焦状態か否かの検出、又は、合焦方向の検出）が可能な焦点評価値の値の範囲内に上側判定値Ａと下側判定値Ｂ（Ａ＞Ｂ）を設定する。上側判定値Ａは例えばそれ以上大きな焦点評価値が得られる場合には合焦検出に十分な大きさの値であり、ＩＲカットフィルターＣＦで光量を低減しても適切に合焦検出を行うことができる値として設定することができる。一方、下側判定値Ｂは例えば焦点評価値がそれ以下になると合焦検出できない値として設定することができる。 A specific processing procedure related to the control of the IR cut filter CF will be described later. For example, a range of focus evaluation value values capable of detecting focus (detection of in-focus state or detection of focus direction) The upper determination value A and the lower determination value B (A> B) are set in the inside. The upper determination value A is a value large enough for focus detection when, for example, a larger focus evaluation value is obtained, and the focus detection can be performed appropriately even if the amount of light is reduced by the IR cut filter CF. Can be set as possible values. On the other hand, the lower determination value B can be set, for example, as a value at which in-focus detection cannot be performed when the focus evaluation value becomes lower than that.
そして、ＩＲカットフィルターＣＦをＡＦ用光路から退避させている状態で焦点評価値が上側判定値Ａより大きい状態となった場合にはＩＲカットフィルターＣＦをＡＦ用光路に挿入する。これによって、ＡＦ用撮像素子１６の撮像面へと通過させるＡＦ用被写体光の波長領域を可視光のみに狭め、赤外光を遮断して合焦精度を高くする。また、焦点評価値が上側判定値Ａを超えるような場合には焦点評価値は十分大きいため、ＩＲカットフィルターＣＦをＡＦ用光路に挿入してもその時点で焦点評価値が下側判定値Ｂ以下になることは殆どなく適切に合焦検出を行うことができる。
If the focus evaluation value is larger than the upper determination value A with the IR cut filter CF retracted from the AF optical path, the IR cut filter CF is inserted into the AF optical path. As a result, the wavelength region of the AF subject light that passes through the imaging surface of the
一方、ＩＲカットフィルターＣＦをＡＦ用光路に挿入している状態で焦点評価値が下側判定値Ｂ以下となった場合には、ＩＲカットフィルターＣＦをＡＦ用光路から退避させる。これによって、ＡＦ用撮像素子１６の撮像面に入射する被写体光の波長領域を可視光と赤外光の両方の波長領域に拡大し、ＡＦ用撮像素子１６の撮像面に入射するＡＦ用被写体光の光量を増加させて焦点評価値を下側判定値Ｂより大きくなるようにする。この場合、合焦検出を確実に行えるようにすることが優先されるため合焦精度が低下する可能性がある。しかしながら、ＡＦによってフォーカスレンズ群ＦＬが合焦位置に近づいて焦点評価値が大きリ、焦点評価値が上側判定値Ａを超えた場合には、ＩＲカットフィルターＣＦがＡＦ用光路に挿入され、その状態で合焦検出が行われてフォーカスレンズ群ＦＬが合焦位置に設定されるため、結果的に合焦精度が低下することにはならない。
On the other hand, when the focus evaluation value becomes lower than the lower determination value B in a state where the IR cut filter CF is inserted in the AF optical path, the IR cut filter CF is retracted from the AF optical path. As a result, the wavelength range of the subject light incident on the imaging surface of the
また、上述の状態以外に考えられる状態として、ＩＲカットフィルターＣＦをＡＦ用光路に挿入している状態で焦点評価値が上側判定値Ａより大きい状態や、ＩＲカットフィルターＣＦをＡＦ用光路から退避させている状態で焦点評価値が下側判定値Ｂ以下となる状態がある。前者の場合には、合焦検出が可能で、かつ、合焦精度が高い状態であるためそのままの状態で維持される。後者の場合には、合焦検出が困難（下側判定値Ｂは、それ以下の焦点評価値の場合に必ずしも合焦検出が不能という値に設定される場合に限らない）であるが、ＩＲカットフィルターＣＦの状態を変えても焦点評価値が減少し、より合焦検出が困難な状態となるため、そのままの状態で維持される。 As states other than those described above, the focus evaluation value is larger than the upper determination value A when the IR cut filter CF is inserted into the AF optical path, or the IR cut filter CF is retracted from the AF optical path. There is a state in which the focus evaluation value is equal to or lower than the lower determination value B in a state where In the former case, since focus detection is possible and the focus accuracy is high, the state is maintained as it is. In the latter case, it is difficult to detect focus (the lower determination value B is not necessarily set to a value at which focus detection is impossible in the case of a focus evaluation value below that), but IR Even if the state of the cut filter CF is changed, the focus evaluation value decreases, and the focus detection becomes more difficult, so that the state is maintained as it is.
尚、ＩＲカットフィルターを挿入する位置は、本実施の形態のようにＡＦ用撮像素子１６の撮像面の直前でなくても、ＡＦ用光路（光軸Ｏ'）であればどの位置であってもよい。
Note that the IR cut filter may be inserted at any position on the AF optical path (optical axis O ′), even if it is not immediately before the imaging surface of the
また、ＩＲカットフィルターＣＦの制御は、ＩＲカットフィルターＣＦをＡＦ用光路に挿入すると、焦点評価値が小さすぎて合焦検出が不能になる場合にだけＩＲカットフィルターＣＦをＡＦ用光路から退避させるようにすることもできる。但し、その場合、例えば、焦点評価値が合焦検出が不能となる所定値Ｃより小さくなり、一旦、ＩＲカットフィルターＣＦをＡＦ用光路から退避させると、その後、焦点評価値が増加したときにＩＲカットフィルターＣＦを実際にＡＦ用光路に挿入し、ＩＲカットフィルターＣＦを挿入しても合焦検出が可能か否かを確認してからＩＲカットフィルターＣＦを挿入するか否かを決める必要があるため動作が煩雑となる。 The IR cut filter CF is controlled by retracting the IR cut filter CF from the AF optical path only when the IR cut filter CF is inserted into the AF optical path and the focus evaluation value is too small to detect the focus. It can also be done. However, in that case, for example, when the focus evaluation value becomes smaller than the predetermined value C at which in-focus detection is impossible, and the IR cut filter CF is once withdrawn from the AF optical path, the focus evaluation value subsequently increases. It is necessary to decide whether or not to insert the IR cut filter CF after actually inserting the IR cut filter CF into the AF optical path and confirming whether focus detection is possible even if the IR cut filter CF is inserted. Therefore, the operation becomes complicated.
図２に示す焦点評価値検出部４０は、ＡＦ用撮像素子１６から得られる映像信号（輝度信号）に基づいて被写体画像のコントラストの大きさ（鮮鋭度）、即ち、合焦の程度を評価する焦点評価値を検出する処理部である。ＡＦ時においてＣＰＵ２６は、焦点評価値検出部４０から取得される焦点評価値が最大（極大）となるようにフォーカスレンズ群ＦＬを制御することによって撮影レンズを合焦状態に設定する。
The focus evaluation
焦点評価値検出部４０は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３２、Ａ／Ｄ変換器３４、ゲート回路３６、加算回路３８等から構成されている。上記ＡＦ用撮像素子１６から出力された映像信号は、まず、ＨＰＦ３２に入力され、その映像信号から高域周波数成分の映像信号のみが抽出される。ＨＰＦ３２から出力された高域周波数成分の映像信号はＡ／Ｄ変換器３４によりデジタル信号に変換された後、ゲート回路３６に入力される。ゲート回路３６に入力された映像信号は、撮影範囲（画面）内に設定された所定のＡＦエリア（例えば、画面中央部の矩形状のエリア）内のみの信号を抽出され、そのＡＦエリア内の映像信号が加算回路３８に入力される。加算回路３８では入力された映像信号が１画面分（１フィールド）ずつ積算され、その積算値が加算回路３８から出力される。加算回路３８から出力される積算値はＡＦエリア内の被写体画像のコントラストの大きさを示す焦点評価値としてＣＰＵ２６に読み取られる。尚、映像信号から焦点評価値を検出する方法は周知であり、本実施の形態以外の方法を用いてもよい。
The focus evaluation
次にＡＦ時におけるＣＰＵ２６の処理について説明する。図３は、ＣＰＵ２６において行われる一連の処理のうち主にＡＦ時の処理手順を示したフローチャートである。ＣＰＵ２６は電源がオンされると、所要の初期設定を行った後（ステップＳ１０）、以下のステップＳ１２からの処理を繰り返し実行する。まず、ＣＰＵ２６は、ＡＦ以外の処理を実行する（ステップＳ１２）。例えば、ズーム制御や絞り制御、ＭＦ時のフォーカス制御等を行う。続いて、ＡＦスイッチＳ１がオンか否かを判定する（ステップＳ１４）。ＮＯと判定した場合にはステップＳ１２に戻る。一方、ＹＥＳと判定した場合には以下のステップＳ１６からステップＳ３８までのＡＦ時の処理を実行する。
Next, processing of the
ＡＦ時の処理を開始すると、ＣＰＵ２６は、焦点評価値検出部４０から焦点評価値を読み取る（ステップＳ１６）。そして、その焦点評価値が所定の基準値Ｘより大きいか否かを判定する（ステップＳ１８）。
When the AF processing is started, the
基準値Ｘは、後述する処理によって、ＩＲカットフィルターＣＦがＡＦ用光路（ＡＦ用光路の光軸Ｏ'（図１参照））から退避している状態（フィルター無効状態）のときには、上述の上側判定値Ａに設定され、ＩＲカットフィルターＣＦがＡＦ用光路に挿入されている状態（フィルター有効状態）のときには、上述の下側判定値（Ａ＞Ｂ）に設定されるようになっている。ステップＳ１８の初回の判定処理時では、ステップＳ１０の初期設定により、フィルター無効状態に設定され、基準値Ｘが上側判定値Ａに設定されているものとする。但し、初期設定においてフィルター有効状態としてもよく、その場合には、基準値Ｘは下側判定値Ｂに設定される。 When the IR cut filter CF is retracted from the AF optical path (the optical axis O ′ of the AF optical path (see FIG. 1)) by a process described later, the reference value X is the upper side described above. When the determination value A is set and the IR cut filter CF is inserted in the AF optical path (filter effective state), the above-described lower determination value (A> B) is set. In the first determination process of step S18, it is assumed that the filter is disabled and the reference value X is set to the upper determination value A by the initial setting of step S10. However, the filter may be enabled in the initial setting. In this case, the reference value X is set to the lower determination value B.
本ステップＳ１８においてＹＥＳと判定した場合、続いて、ＣＰＵ２６は、ＩＲカットフィルターがＡＦ用光路に挿入されているか（フィルター有効状態か）否かを判定する（ステップＳ２０）。ＮＯと判定した場合には、基準値Ｘを下側判定値Ｂに変更し（ステップＳ２２）、ＩＲカットフィルターＣＦをＡＦ用光路に挿入（フィルター有効状態）する（ステップＳ２４）。そして、ステップＳ３０に移行する。即ち、焦点評価値が十分に大きいため、ＩＲカットフィルターＣＦをＡＦ用光路に挿入して赤外光を遮断し、可視光のみよって得られる被写体画像（映像信号）をＡＦ用撮像素子１６から取得する。これによって合焦精度を高くする。
If YES is determined in step S18, the
一方、ステップＳ２０においてＹＥＳと判定した場合、即ち、既にフィルター有効状態の場合には、ステップＳ２２、及び、ステップＳ２４の処理を行わずにステップＳ３０に移行する。このように、フィルター有効状態で焦点評価値が下側判定値Ｂよりも大きい場合には、焦点評価値が適切な大きさであり、かつ、合焦精度が高い状態であるため、ＩＲカットフィルターＣＦの状態の切替えを行わない。 On the other hand, if YES is determined in step S20, that is, if the filter is already valid, the process proceeds to step S30 without performing the processes in steps S22 and S24. As described above, when the focus evaluation value is larger than the lower determination value B in the filter effective state, the focus evaluation value is an appropriate size and the focusing accuracy is high. Does not switch the CF state.
上記ステップＳ１８においてＮＯと判定した場合、即ち、焦点評価値が基準値Ｘ以下の場合、ＣＰＵ２６は、ＩＲカットフィルターをＡＦ用光路から退避させ（フィルター無効状態にする）（ステップＳ２６）、基準値Ｘを上側判定値Ａに変更する（ステップＳ２８）。そして、ステップＳ３０に移行する。尚、ステップＳ１８の判定時において、既にフィルター無効状態の場合には、これらのステップＳ２６、ステップＳ２８の処理は実質的に行わない。
If NO is determined in step S18, that is, if the focus evaluation value is equal to or less than the reference value X, the
即ち、ステップＳ１８の判定時においてフィルター有効状態で焦点評価値が基準値Ｘ（Ｂ）より小さい場合には、焦点評価値が小さく合焦検出が困難となるためフィルター無効状態に切替え、合焦検出を確実に行えるようにする。一方、ステップＳ１８の判定時においてフィルター無効状態で焦点評価値が基準値Ｘ（Ａ）より小さい場合には、フィルター有効状態に比べて合焦精度は低下するが合焦検出が可能な状態であり、かつ、フィルター有効状態に切り替えるには焦点評価値が小さいため、この場合にはＩＲカットフィルターＣＦの状態の切替えを行わない。 That is, when the focus evaluation value is smaller than the reference value X (B) in the filter valid state at the time of the determination in step S18, the focus evaluation value is small and it becomes difficult to detect the focus. To ensure that On the other hand, when the focus evaluation value is smaller than the reference value X (A) in the filter invalid state at the time of the determination in step S18, the focus accuracy is lower than that in the filter valid state, but the focus detection is possible. Further, since the focus evaluation value is small for switching to the filter effective state, in this case, the state of the IR cut filter CF is not switched.
以上のようにしてＩＲカットフィルターＣＦに関する制御を行ってステップＳ３０に移行すると、ＣＰＵ２６は、ＡＦマスターレンズ群ＡＭＬをワブリングし、ワブリング中の各位置において焦点評価値を読み込む（ステップＳ３０）。そして、ワブリング時に読み込んだ各位置での焦点評価値に基づいて合焦しているか否かを判定する（ステップＳ３２）。尚、各位置での焦点評価値が所定値以上で略一定値となる場合に焦点評価値が最大となる合焦状態と判定される。ＹＥＳと判定した場合には、ステップＳ１２に戻る。一方、ステップＳ３２においてＮＯ（非合焦）と判定した場合には、ワブリング時に読み込んだ各位置での焦点評価値に基づいて、ピント方向（合焦方向）が無限遠方向か否かを判定する（ステップＳ３４）。即ち、ワブリング時においてフォーカスを無限遠側の変化させたときの焦点評価値が至近側に変化させたときの焦点評価値より増加したか否かを判定する。ＹＥＳと判定した場合には、フォーカスレンズ群ＦＬを無限遠方向に所定速度で又は所定量移動させ（ステップＳ３６）、ステップＳ１２に戻る。ＮＯと判定した場合にはフォーカスレンズ群ＦＬを至近方向に所定速度で又は所定量移動させ（ステップＳ３８）、ステップＳ１２に戻る。
When the control related to the IR cut filter CF is performed as described above and the process proceeds to step S30, the
以上のステップＳ１２からステップＳ３８までの処理を繰り返し実行することによってＡＦスイッチＳ１がオンされている間、ＡＦの処理が実行されると共に、可視光だけでは合焦検出が困難となるような状況では赤外光も使用して合焦検出が適切に行われるように、かつ、可視光だけで合焦検出が適切に行えるような状況ではできるだけ赤外光を使用せずに合焦検出を行い合焦精度が高くなるようにＩＲカットフィルターＣＦの制御が行われる。 By repeatedly executing the processes from step S12 to step S38, the AF process is performed while the AF switch S1 is on, and in a situation where it is difficult to detect the focus with only visible light. In a situation where focus detection is performed properly using infrared light and focus detection can be performed properly using only visible light, focus detection is performed without using infrared light as much as possible. The IR cut filter CF is controlled so as to increase the focusing accuracy.
以上、上記実施の形態ではレンズ装置１０が装着されるカメラ１２が可視光の映像を撮影する通常のカメラであることを想定し、ＡＦ用撮像素子１６が可視光の波長領域とそれ以外の赤外光の波長領域に感度を有すると共に、赤外光を遮断するＩＲカットフィルターＣＦをＡＦ用光路に挿脱可能にすることによってＩＲカットフィルターＣＦをＡＦ用光路に挿入した場合にカメラ１２が撮影する映像と同様に可視光の映像をＡＦ用撮像素子１６によって撮像して合焦検出を行うようにしたが、レンズ装置１０が装着されるカメラ１２が赤外光の映像を撮影する赤外線カメラであっても上述のようにＡＦマスターレンズ群ＡＭＬによってＡＦ用光路を補正すれば、赤外線カメラで撮影する赤外光の映像をＡＦ用撮像素子１６で撮像する可視光の映像によって得ることができるため、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
As described above, in the above embodiment, it is assumed that the
また、レンズ装置１０を赤外線カメラに装着した場合にＡＦマスターレンズ群ＡＭＬによる補正を不要とする方法として、ＩＲカットフィルターＣＦの代わりに可視光を遮断する光学的フィルターをＡＦ用光路に挿脱可能にし、上記実施の形態と同様にその光学的フィルターを制御するようにしてもよい。更に、その光学的フィルターと、ＩＲカットフィルターＣＦの両方をＡＦ用光路に挿脱可能に設けておき、レンズ装置１０が装着されたカメラのタイプに応じて使用するフィルターを選択するようにしてもよい。
In addition, when the
また、本発明は、上記実施の形態に限らず、ＡＦ用被写体光として得られる波長領域の範囲であってＡＦ用撮像素子１６が感度を有する波長領域の範囲のうち短波長側又は長波長側等の所望の一部の波長領域を遮断する光学的フィルターをＡＦ用光路に挿脱可能に設けるようにすればよい。合焦検出が困難なほど焦点評価値が小さい場合には、光学的フィルターをＡＦ用光路から退避させてＡＦ用被写体光の光量を増加させて合焦検出を確実に行えるようにし、焦点評価値が十分大きい場合には、光学的フィルターをＡＦ用光路に挿入してＡＦ用被写体光の波長領域を狭くすることによって合焦精度を高くすることができる。また、上記実施の形態ではＡＦ用撮像素子１６が感度を有する波長領域は、カメラ１２の映像用撮像素子Ｐによって被写体画像を撮像するために有効に使用される被写体光の波長領域よりも広いものとしたが必ずしも広くなくてもよい。
In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and is a wavelength region range obtained as AF subject light and has a sensitivity to which the
また、上記実施の形態では、ＩＲカットフィルターＣＦを焦点評価値に基づいてＡＦ用光路に挿入するか否かを自動で切り替えるようにしたが、これに限らず、手動によってＩＲカットフィルターＣＦをＡＦ用光路に挿脱するようにしてもよい。 In the above embodiment, whether or not to insert the IR cut filter CF into the AF optical path based on the focus evaluation value is automatically switched. However, the present invention is not limited to this, and the IR cut filter CF is manually set to AF. You may make it insert / remove to the optical path for work.
また、上記実施の形態では、１つのＡＦ用撮像素子１６から得られるＡＦ用の映像信号（被写体画像）に基づいて合焦検出を行うオートフォーカスシステムに本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、他の方式のオートフォーカスシステムにも適用できる。例えば、ＡＦ用の映像信号（被写体画像）を光路長差を有する位置に配置された複数の撮像面から得ると共に、それらの映像信号から得られた複数の焦点評価値に基づいて合焦検出を行う、いわゆる光路長差方式のオートフォーカスシステムにおいても適用できる。
In the above embodiment, the case where the present invention is applied to an autofocus system that performs focus detection based on an AF video signal (subject image) obtained from one
１０…レンズ装置、１２…カメラ（カメラ本体）、１６…ＡＦ用撮像素子、２６…ＣＰＵ、２０…フォーカスデマンド、３２…ハイパスフィルタ、３４…Ａ／Ｄ変換器、３６…ゲート回路、３８…加算回路、４０…焦点評価値検出部、Ｐ…映像用撮像素子、ＦＬ…フォーカスレンズ群、ＺＬ…ズームレンズ群、Ｉ…絞り、ＣＦ…ＩＲカットフィルタ、ＡＦマスターレンズ群ＡＭＬ、プリズムＭ２、ＩＲカットフィルターＣＦ、ＦＭ…フォーカス用モータ、ＭＭ…ＡＦマスター用モータ、ＣＭ…フィルター用モータ、Ｓ１…ＡＦスイッチ
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記ＡＦ用撮像素子は、可視光と赤外光の波長領域の光に感度を有し、
さらに、
前記ＡＦ用撮像素子により撮像された被写体画像のコントラストの大きさを評価する焦点評価値検出手段と、
該焦点評価値検出手段により検出された焦点評価値に基づいて前記撮影レンズのフォーカスを合焦状態となるように制御するフォーカス制御手段と、
前記ＡＦ用光路に挿脱可能に設けられた光学的フィルターであって、前記ＡＦ用撮像素子の撮像面に入射させる前記ＡＦ用被写体光の波長領域のうち赤外光の波長領域の光を遮断する特性を有する光学的フィルターを電動で前記ＡＦ用光路に挿脱するフィルター駆動手段と、
前記焦点評価値検出手段により検出された焦点評価値に基づいて前記フィルター駆動手段によって前記光学的フィルターを前記ＡＦ用光路に挿入又は前記ＡＦ用光路から退避させるフィルター制御手段と、
を備え、
前記フィルター制御手段は、前記焦点評価値検出手段により検出される焦点評価値が、前記光学的フィルターを前記ＡＦ用光路に挿入した状態のときに所定値より小さくなる場合には、前記光学的フィルターを前記ＡＦ用光路から退避させ、前記焦点評価値検出手段により検出される焦点評価値が、前記光学的フィルターを前記ＡＦ用光路から退避させた状態のときに所定値より大きくなる場合には、前記光学的フィルターを前記ＡＦ用光路に挿入することを特徴とするオートフォーカスシステム。 The AF imaging path for branching the AF subject light to the AF imaging device is branched from the main optical path of the photographing lens that guides the subject light to the image pickup device for capturing the recording or reproduction subject image. In the autofocus system that automatically adjusts the focus of the photographing lens so as to be in a focused state based on the contrast of the subject image captured by the element, the image sensor for image captures visible light in order to capture the subject image. Effective use of subject light in the wavelength range,
The AF imaging element is sensitive to light in the visible and infrared wavelength regions,
further,
Focus evaluation value detection means for evaluating the size of the contrast of the subject image captured by the AF image sensor;
Focus control means for controlling the focus of the photographing lens to be in a focused state based on the focus evaluation value detected by the focus evaluation value detecting means;
An optical filter that is detachably inserted in the AF optical path, and blocks light in the infrared wavelength region of the AF subject light that enters the imaging surface of the AF imaging element. A filter driving means for electrically inserting and removing the optical filter having the characteristic to and from the AF optical path;
Filter control means for inserting or retracting the optical filter into or from the AF optical path by the filter driving means based on the focus evaluation value detected by the focus evaluation value detecting means;
With
The filter control means, when the focus evaluation value detected by the focus evaluation value detection means is smaller than a predetermined value when the optical filter is inserted in the AF optical path, the optical filter Is retracted from the AF optical path, and the focus evaluation value detected by the focus evaluation value detecting means is larger than a predetermined value when the optical filter is retracted from the AF optical path, An autofocus system, wherein the optical filter is inserted into the AF optical path .
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