JP3960647B2 - Automatic focusing device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種光学機器に適用可能な自動合焦装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、撮像レンズによって被写体像を撮像素子に投影し、この撮像素子より出力される映像信号から合焦度合いを示す被写体像の高周波成分(コントラスト値)を取得し、コントラスト値が最大となる位置を合焦位置と判断してその位置に撮像レンズを駆動する合焦方式がある。この合焦方式は「山登り方式」と呼ばれており、例えばNHK技術研究報告(昭和40年、第17巻、第1号、通算86号、第21〜37頁)に記載されている。
【0003】
図6及び図7を参照して「山登り方式」に基づいた合焦動作について説明する。
図6は被写体を撮影する際の各撮像レンズ位置と被写体像のコントラスト値との関係を示している。同図には、ステップ移動する撮像レンズの停止位置がレンズ位置L0 〜L6 で示されており、各レンズ位置で得られるコントラスト値がそれぞれC0 〜C6 で示されている。レンズ位置L3 は合焦位置である。
【0004】
図6に示すように、コントラスト値は無限大位置から合焦位置に掛けて増加しており、合焦位置で最大値を示した後は最至近位置に掛けて減少する山形の特性を示す。このようなコントラスト特性を利用して合焦位置を検出する。なお、撮像レンズの無限大位置とは理想的にはコントラスト値が0になるレンズ位置のことであるが、現実には撮像レンズの移動距離は機械的制約により無限大側に移動可能な位置が制限されるので、撮像レンズが撮像素子に最も接近する位置を無限大位置として扱う。
【0005】
図7は「山登り方式」に基づいた合焦制御のフローチャートを示している。レンズ位置をL0 に初期移動させてから最至近方向(正転方向)へレンズ移動する。まず、ステップS1でコントラスト値Cn (図6におけるC0 )を入力し、ステップS2で撮像レンズを1ステップだけ移動させるようにモータを正転駆動してからステップS3でコントラスト値Cn+1 (図6におけるC1 )を入力する。ステップS4でCn とCn+1 との大小比較を行い、Cn+1 がCn よりも大きければ合焦位置へ近付いているのでステップS5でnをインクリメントし、撮像レンズを更に最至近側へ1ステップ近付けるようにモータを正転駆動する。そして、ステップS4の大小比較でCn がCn+1 よりも大きくなったことを検出すれば、そのとき撮像レンズは合焦位置を通過してレンズ位置L4 に存在する。そのためステップS6でモータを逆転駆動して撮像レンズをレンズ位置L0 方向へ1ステップだけ戻したところで、駆動停止することにより合焦動作が終了する。
【0006】
このように、「山登り方式」では撮像レンズがレンズ位置L4 に到達したところで、最大コントラスト位置L3 を通過したと認識して、撮像レンスを最大コントラスト位置へ逆転駆動して合焦動作が終了する。
【0007】
また、以上のような「山登り方式」を基礎にした上で撮像レンズの色収差を利用して合焦速度を高速化した自動合焦装置が特開平1−212981号公報に記載されている。この自動合焦装置は、カラー撮像素子より得られる各色信号の高周波成分を抽出し、各高周波成分の一定周期での積分レベルを比較して焦点ずれの方向を判別し、その判別結果に基づき撮像レンズを駆動するものである。
【0008】
撮像レンズなどの光学的な色収差にもとづき被写体光の波長毎に合焦位置が微少に異なる。図8に示すように所定の色収差を有する撮像レンズを使用すれば、点光源Pからの光が赤色光、緑色光、青色光によりそれぞれR、G、B点に結像する。
【0009】
また、レンズ系が緑色光を基準に設計されていることを前提にした場合、R、G、Bの各点を撮像面(Q1,Q2,Q3)とした受光画像信号に含まれる赤、緑、青色光の高周波成分は図9(a)(b)(c)に示すような各色割合になる。
【0010】
したがって、図9(a)の結果が得られたときは撮像面がQ1にあるので撮像レンズを被写体側に移動し、図9(c)の結果が得られたときは撮像面がQ3にあるので撮像レンズを撮像素子側に移動することにより予定焦点面(Q2)に近付けることができ、図9(b)の結果が得られたときは合焦位置であると判断できる。
【0011】
このような撮像レンズの光学的な色収差を利用した合焦方式によれば、撮像レンズを駆動することなく焦点ずれ方向を認識できるので、合焦速度が高速化される利点がある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した撮像レンズの光学的な色収差を利用した合焦方式は、被写体に含まれる色成分(赤色、緑色、青色)が均等に配分されていれば問題ないが、色成分が均等に配分されていない被写体の場合には誤動作を起こす可能性がある。
【0013】
例えば、赤色成分の多い被写体の場合、図8に示す各撮像面Q1,Q2,Q3での受光画像信号に含まれる赤、緑、青色光の高周波成分は、図10(a)(b)(c)に示す色割合になることが予想される。同図に示すように、図9(a)に色割合の近似した図10(b)の結果が得られた場合、撮像レンズを被写体側に移動することになる。これは合焦位置にもかかわらず、さらに撮像レンズを撮像素子側へ移動させる誤動作が生じたことを意味する。
【0014】
本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、レンズの色収差を利用して合焦速度の高速化を図ることができ、しかも誤動作を起こすことなく確実に合焦させることのできる自動合焦装置を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために以下のような手段を講じた。
本発明は、被写体像を撮像レンズにより撮像素子上に結像し、該撮像素子から読み出される映像信号のコントラスト値に基づいて撮像レンズ位置を制御する自動合焦装置であり、前記映像信号に含まれた複数の色信号から1つの色信号を優先的に使用して該1つの色信号に係る合焦位置が前記撮像レンズの予定焦点面よりも先に現れるように前記撮像レンズを移動し、前記1つの色信号のコントラスト値が最大値を示した撮像レンズ位置から所定距離だけ同一方向へ前記撮像レンズを移動させてから合焦動作を終了させる自動合焦装置である。
【0016】
本発明によれば、撮像レンズの色収差によって一つの色信号の合焦位置と撮像レンズの予定焦点面とがずれていて、ある方向から撮像レンズの予定焦点面を撮像素子に近付けることにより一つの色信号に係る合焦位置が撮像レンズの予定焦点面より先に検出される。一つの色信号の合焦位置が検出されたときのレンズ位置から撮像レンズの予定焦点面までの距離は予め知ることができるので、一つの色信号の合焦位置が検出されたときのレンズ位置から予め判っている所定距離だけ同方向に撮像レンズを移動させることにより撮像レンズの予定焦点面が撮像素子の撮像面へ移動して合焦状態となる。したがって、合焦動作の中からレンズの逆転駆動を排除でき、合焦速度の高速化を図ることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図1に本実施の形態に係る自動合焦装置の全体構成を示している。
図示しない光学系から取り込まれた被写体像の光が撮像レンズ1に導かれる。撮像レンズ1はパルス駆動されるステッピングモータで構成されるレンズ駆動回路2により光軸方向へ駆動可能になっており、レンズ位置に応じた合焦度の被写体像をカラー撮像素子3に結像させる。カラー撮像素子3は撮像レンズ1によって投影された被写体像を撮像して映像信号を出力する。カラー撮像素子3の駆動は撮像素子ドライバ4が行う。カラー撮像素子3から出力された映像信号は信号増幅及びサンプルホールドさらに2重相関サンプリングを行うAMP/CDS回路5に入力される。AMP/CDS回路5で信号処理の加えられた映像信号をA/D変換器6に入力してデジタルの映像信号に変換する。A/D変換器6より出力される映像信号は色分離回路7に入力する。色分離回路7は映像信号をR(赤色)、G(緑色)、B(青色)3原色の各色信号と輝度信号とに分離する。色分離回路7で分離したR,G,Bの各色信号はそれぞれ対応して設けられたハイパスフィルタ(以下、「HPF」と呼ぶ)8−1,8−2,8−3に入力され、輝度信号はHPF8−4に入力される。各HPF8−1,8−2,8−3,8−4は合焦程度を示す高周波成分の量(コントラスト値)を各信号から抽出して演算処理回路9へ入力する。演算処理回路9は、CPU、ROM、RAM等から構成されており、ROM等に記憶しているプログラムをCPUが実行することにより後述する合焦機能を実現している。
【0018】
なお、AMP/CDS回路5、A/D変換器6に対するサンプリングパルスや、色分離回路7に対する水平同期信号、垂直同期信号等の各種パルスはパルス発生回路10が生成する。
【0019】
図2は演算処理回路9の備えた合焦機能に関する機能ブロックである。
演算処理回路9に入力されたR,G,Bの各コントラスト値及び輝度信号のコントラスト値は色信号選択部11へ入力される。色信号選択部11はオペレータ等によって設定された色選択信号によって示される指定色(輝度信号を含む)のコントラスト値を選択する。
【0020】
AF評価値算出部12は、色信号選択部11で選択したコントラスト値を積分してAF評価値を算出する。カラー撮像素子3で取り込んだ入力画像を構成する垂直同期信号(VD)と水平同期信号(HD)とA/D変換器6のサンプリングクロックを利用して作成した積分エリア指定信号がAF評価値算出部12に対して入力される。積分エリア指定信号により積分エリアの位置及び大きさを任意に設定できるようにしている。
【0021】
単一色合焦判定部13は、R,G,BいずれかのAF評価値に基づいてその指定色での合焦位置(以下、「仮合焦位置」と呼ぶ)を求め、その仮合焦位置から撮像レンズ本来の合焦位置(以下、「予定焦点面」と呼ぶ)までの焦点ずれ量だけ駆動方向を逆転させることなくさらに移動させて合焦させる制御機能を備える。
【0022】
ここで、撮像レンズ1が、図3に示すような軸上色収差を持ち、図4に示すように緑色成分による仮合焦位置Fgと輝度信号による合焦位置Fy(予定焦点面)とが一致しているものとする。また、青色成分による仮合焦位置Fbは無限大位置から最至近側に向けて輝度信号の合焦位置Fyから2ステップ手前に位置し、赤色成分による仮合焦位置Frは最至近位置から無限大側に向けて輝度信号の合焦位置Fyから2ステップ手前に位置する。なお、レンズ移動の1ステップはレンズ駆動回路2のステッピングモータの1ステップ分の駆動量に相当する。
【0023】
各色の仮合焦位置から予定焦点面までの距離(焦点ずれ量)は撮像レンズ1の設計によって予め決まっている。この実施の形態で使用している撮像レンズ1であればそれぞれ2ステップである。
【0024】
青色成分のAF評価値を使用して「山登り方式」で無限大位置から最至近側に向けて合焦制御すると、仮合焦位置Fbから1ステップ通過した位置で仮合焦位置Fbを通過したことを認識でき、その位置は予定焦点面(Fy)まで1ステップ残した場所である。また、赤色成分のAF評価値を使用して「山登り方式」で最至近位置から無限大側に向けて合焦制御すると、仮合焦位置Frから1ステップ通過した位置で仮合焦位置Frを通過したことを認識でき、その位置は予定焦点面(Fy)まで1ステップ残した場所である。
【0025】
各色のAF評価値を使用して「山登り方式」で各方向から合焦制御したときに各仮合焦位置Fb,Frを通過したことを認識できる位置から予定焦点面(Fy)までのステップ数(この例では双方とも1ステップ)を焦点ずれ量対応テーブル14にそれぞれ記憶しておく。
【0026】
なお、図4に示す例では輝度信号での合焦位置Fyと緑色信号での合焦位置Fgとが一致しているので緑色信号については残りステップ数=0である。レンズの設計によっては両者の合焦位置が一致しない場合があるので、その様な場合は緑色についても残りステップ数が存在する。
【0027】
現在合焦制御に使用している色信号は色選択信号によって決めるので、色選択信号で示された色信号の「残りステップ数」を焦点ずれ量対応テーブル14から読出して単一色合焦判定部13へ読み込んでおく。単一色合焦判定部13による合焦制御の詳細については後述する。
【0028】
駆動制御部15は、単一色合焦判定部13または輝度合焦判定部16から与えられる指令値に基づいてレンズ駆動回路2に駆動方向及び駆動タイミングの指示を出力する部分である。
【0029】
輝度合焦判定部16は、輝度信号に基づいて「山登り方式」の合焦制御を行う部分であり、駆動制御部15に対して合焦制御のための指令値を出力する。単一色合焦判定部13との使い分けは色選択信号によってオペレータから指示される。色選択信号によって輝度信号が選択されている場合は、輝度合焦判定部16の動作下で合焦制御が実行される。
【0030】
次に、以上のように構成された実施の形態の合焦制御について説明する。
図5は単一色合焦判定部13による合焦制御のためのフローチャートである。
図5のフローチャートは青色信号(B)を指定色として選択し、撮像レンズを無限大位置から最至近側に向けて駆動する場合を示している。初期設定として、撮像レンズ1をカラー撮像素子3から最も離れる無限大位置まで移動させる。
【0031】
ステップT1では、色選択信号で指示されている青色信号の「残りステップ数」を焦点ずれ量対応テーブル14から取り込み、青色成分のコントラスト値を選択しての合焦制御を開始する。
【0032】
なお、単一色合焦判定部13が合焦制御で使用するパラメータはコントラスト値そのものではなくAF評価値であるが、図7のフローチャートとの対比上、図5においてもAF評価値に代えてコントラスト値を示している。
【0033】
ステップT2で現在の撮像レンズ位置(無限大位置)での青色成分のAF評価値(Cn )をAF評価値算出部12から単一色合焦判定部13に入力し、ステップT3で撮像レンズ1を1ステップ正転駆動させる。青色信号を選択している場合、正転方向とは撮像レンズ1を最至近側へ移動させる方向である。
【0034】
ステップT4で1ステップ移動後の青色成分のAF評価値(Cn+1 )を入力し、ステップT5で1ステップ移動前のAF評価値(Cn )と現在のAF評価値(Cn+1 )とを比較する。Cn+1 が大きければ仮合焦位置Fbに近付いているのでステップT6でnをインクリメントして撮像レンズ1をさらに1ステップ最至近方向へ移動させる。Cn ≦Cn+1 の間は、nをインクリメントして撮像レンズ1を1ステップづつ最至近方向へ移動させる処理を繰り返すことにより、撮像レンズ1が青色信号の仮合焦位置Fbを通過する。
【0035】
ステップT5で移動前のAF評価値(Cn )が現在のAF評価値(Cn+1 )より大きくなった場合、図4に示すように撮像レンズ1が仮合焦位置Fbを通過して予定焦点面(Fy)まで1ステップ手前のところまで移動したことになる。そこで、Cn がCn+1 より大きくなったことを検出したら、ステップT7ではステップT1で焦点ずれ量対応テーブル14から取り込んだ青色信号の「残りステップ数」だけさらに正転駆動してから停止することにより合焦動作を終了する。
【0036】
次に、赤色信号を指定色として選択した場合について説明する。
初期設定で、撮像レンズ1をカラー撮像素子3に最も近い最至近位置まで移動させ、色選択信号で赤色信号を指定する。
【0037】
色選択信号で指示されている赤色信号の「残りステップ数」を焦点ずれ量対応テーブル14から単一色合焦判定部13に取り込んだならば、その最至近位置でのAF評価値(Cn )を取り込み、無限大側に向けた方向を正転方向として撮像レンズ1を1ステップ正転駆動する。以下、青色信号の場合と同様にして、Cn がCn+1 より大きくなるまで繰り返しnをインクリメントして撮像レンズ1を1ステップづつ無限大方向へ移動させていく。そして、Cn がCn+1 より大きくなったならば、赤色信号の「残りステップ数」だけさらに正転駆動してから停止することにより合焦動作を終了する。
【0038】
なお、輝度信号による合焦制御を実施したい場合は、色選択信号で輝度信号を選択する。輝度信号が選択された場合は、輝度信号のコントラスト値がAF評価値算出部12に入力され、そのコントラスト値のAF評価が輝度合焦判定部16へ与えられていわゆる「山登り方式」の合焦制御が掛けられる。
【0039】
このような実施の形態によれば、撮像レンズ1を無限大位置または最至近位置から対向方向に向けて正転駆動したときに撮像レンズ本来の合焦位置である予定焦点面よりも数ステップ手前に仮合焦位置が存在する各色成分のコントラスト値を使って合焦制御し、各色成分による仮合焦位置を見つけてから予定焦点面までさらに数ステップ正転駆動すれば良いようにしたので、撮像レンズ1を反転駆動させる無駄を排除でき、輝度信号を利用した合焦制御よりも数ステップ速く合焦させることができる。
【0040】
また輝度信号を利用して合焦制御した場合には、撮像レンズ本来の合焦位置を過ぎてからレンズ位置を逆方向に戻すため、当初ぼけ画像であったものがピントの合った画像に変化し、またぼけた画像に変化した後、再び焦点の合った画像に変化する。これに対して上述した実施の形態によれば、レンズの逆転動作が存在しないため、ぼけている画像から合焦した画像で止まることになり、撮像画面を見ている観察者に違和感を与えることなく合焦動作が行われる。
【0041】
なお、低照度環境下では補助光源を利用することがある。補助光源の発色光に近い色成分を色選択信号で選択することにより、合焦制御に使用する色信号の情報量が他の色成分よりも多くなり合焦精度を上げることができる。例えば、補助光源の発色光が赤色光であれば、赤色成分を色選択信号で選択することにより合焦精度を上げることができる。
【0042】
なお、図4に示す軸上色収差を持つ撮像レンズ1を使用した場合について説明したが、図4に示す場合に限定されるものではなく撮像レンズ1の設計に応じて各色成分で合焦制御する際の残りステップ数、レンズ移動方向など決めることができる。
【0043】
以上、実施の形態に基づいて説明してきたが、本明細書は以下の発明を含む。
(1) 被写体像を撮像レンズにより撮像素子上に結像し、該撮像素子から読み出される映像信号のコントラスト値に基づいて撮像レンズ位置を制御する自動合焦装置において、
前記撮像素子から読み出される映像信号に含まれる複数の色信号から前記被写体像のコントラストを表すコントラスト信号を抽出するコントラスト抽出手段と、
前記コントラスト抽出手段で抽出されたコントラスト信号のうち撮像レンズの移動方向に対応した一つの色信号のコントラスト信号を優先的に使用して当該色信号での合焦度合いを示す評価値を算出する算出手段と、
前記算出手段で算出された1つの色信号の評価値が最大値を示す撮像レンズ位置から前記撮像レンズを同一方向へ所定距離移動させたところ合焦動作を終了させる制御手段とを具備したことを特徴とする自動合焦装置。
【0044】
この発明によれば、撮像素子から読み出される映像信号に含まれる複数の色信号から被写体像のコントラストを表すコントラスト信号が抽出され、これら抽出されたコントラスト信号から優先的に使用する一つの色信号のコントラスト信号の評価値が計算される。この1つの色信号の評価値が最大値を示す撮像レンズ位置からさらに同一方向へ所定距離移動させられたところで撮像レンズが停止される。色信号の評価値が最大値を示す撮像レンズ位置から撮像レンズの予定焦点面までの距離は撮像レンズの設計によって予め知ることができるので、撮像レンズを逆方向へ移動させることなく合焦させることができる。
(2) 被写体像を撮像レンズにより撮像素子上に結像し、該撮像素子から読み出される映像信号のコントラスト値に基づいて撮像レンズ位置を制御する自動合焦装置において、
前記撮像素子から読み出される映像信号を複数の色信号に色分離する色分離手段と、
前記色分離手段で分離された複数の色信号から高周波成分をそれぞれ抽出するコントラスト抽出手段と、
前記コントラスト抽出手段で抽出した複数の色信号の高周波成分から優先的に使用する1つの色信号の高周波成分を選択する色選択手段と、
前記色選択手段で選択した色信号の高周波成分から合焦評価値を算出する評価値算出手段と、
前記評価値算出手段で算出した1つの色信号の合焦評価値が最大となるレンズ位置を、前記1つの色信号の合焦位置が現れてから前記撮像レンズの予定焦点面が現れる方向に前記撮像レンズを移動することにより検出し、前記検出した撮像レンズ位置から前記撮像レンズを同一方向へ所定距離移動させたところ合焦動作を終了させる単一色合焦判定手段とを具備したことを特徴とする自動合焦装置。 本発明によれば、撮像素子から読み出される映像信号が複数の色信号に色分離され、これら色信号から抽出された高周波成分から優先的に使用する1つの色信号の高周波成分が選択される。この選択色信号の高周波成分から合焦評価値が算出されて単一色合焦判定手段へ与えられる。1つの色信号の合焦評価値が最大となるレンズ位置が検出されると、さらに同一方向へ所定距離移動させたところで合焦動作が終了される。
(3) 上記(1)又は(2)記載の自動合焦装置において、
低照度時に利用する補助光源の発光色に近い1つの色信号を優先的に使用することを特徴とする自動合焦装置。
【0045】
本発明によれば、他の色信号に比べて情報量の多い色信号を使用して合焦制御が行われるので合焦精度が改善される。
(4) 上記(1)又は(2)記載の自動合焦装置において、
複数の色信号の中から優先的に1つの色信号の合焦評価値を用いた合焦制御と、輝度信号の合焦評価値を用いた合焦制御とを切換え可能にしたことを特徴とする自動合焦装置。
本発明によれば、1つの色信号の合焦評価値を用いる合焦方式と、輝度信号の合焦評価値を用いる合焦方式とを迅速に切換えることができる。
【0046】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、複数の色信号のなかから1つの色信号を選択して優先的に合焦制御に使用するようにしたので、レンズの色収差を利用して合焦速度の高速化を図ることができ、かつ誤動作を起こすことなく確実に合焦させることのできる自動合焦装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る自動合焦装置の全体構成図である。
【図2】上記実施の形態における演算処理回路の合焦機能に関する部分の機能ブロックである。
【図3】撮像レンズの軸上色収差を示す図である。
【図4】各色及び輝度信号のコントラスト特性とレンズステップ位置との関係を示す図である。
【図5】上記実施の形態における合焦制御のフローチャートである。
【図6】撮像レンズのレンズ位置とコントラスト値との関係を示す図である。
【図7】従来の「山登り方式」の合焦動作を示すフローチャートである。
【図8】色収差に応じた各色の撮像面を示す図である。
【図9】各色成分の合焦位置に配置した撮像面での受光画像信号の各色の高周波成分の割合を示す図である。
【図10】色成分が均等に配分されていない被写体での各受光画像信号の各色の高周波成分の割合を示す図である。
【符号の説明】
1…撮像レンズ
2…レンズ駆動回路
3…カラー撮像素子
4…撮像素子ドライバ
5…AMP/CDS回路
7…色分離回路
8−1,8−2,8−3,8−4…HPF
9…演算処理回路
11…色信号選択部
12…AF評価値算出部
13…単一色合焦判定部
14…焦点ずれ量対応テーブル
15…駆動制御部
16…輝度合焦判定部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an automatic focusing device applicable to various optical devices.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a subject image is projected onto an image sensor by an imaging lens, a high-frequency component (contrast value) of the subject image indicating the degree of focus is obtained from a video signal output from the image sensor, and a position where the contrast value is maximized is obtained. There is a focusing method in which an imaging lens is driven at the position determined as a focusing position. This focusing method is called a “mountain climbing method” and is described in, for example, NHK technical research report (1965, Vol. 17, No. 1, No. 86, pages 21-37).
[0003]
The focusing operation based on the “mountain climbing method” will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
FIG. 6 shows the relationship between each imaging lens position and the contrast value of the subject image when photographing the subject. In the figure, stop positions of the imaging lens that moves stepwise are indicated by lens positions L 0 to L 6 , and contrast values obtained at the respective lens positions are indicated by C 0 to C 6 , respectively. Lens position L 3 is a focus position.
[0004]
As shown in FIG. 6, the contrast value increases from the infinite position to the in-focus position, and after the maximum value is shown at the in-focus position, it shows a mountain-shaped characteristic that decreases toward the closest position. The in-focus position is detected using such contrast characteristics. The infinite position of the imaging lens is ideally the lens position where the contrast value is 0, but in reality, the moving distance of the imaging lens is a position that can move to the infinity side due to mechanical restrictions. Since the position is limited, the position where the imaging lens is closest to the imaging element is treated as an infinite position.
[0005]
FIG. 7 shows a flowchart of focusing control based on the “mountain climbing method”. After the lens position is initially moved to L 0 , the lens is moved in the closest direction (forward rotation direction). First, the contrast value C n (C 0 in FIG. 6) is input in step S1, the motor is driven forward so as to move the imaging lens by one step in step S2, and then the contrast value C n + 1 in step S3. (C 1 in FIG. 6) is input. In step S4, C n and C n + 1 are compared, and if C n + 1 is larger than C n, the focus position is approached. Therefore, n is incremented in step S5, and the image pickup lens is further brought closer to the camera. The motor is driven to rotate forward so that one step is closer to the side. If it is detected by the size comparison in step S4 that C n is larger than C n + 1 , then the imaging lens passes through the in-focus position and exists at the lens position L 4 . Therefore the motor reverse rotation to at returning only one step an imaging lens to the lens position L 0 direction at step S6, the focusing operation is completed by driving stop.
[0006]
As described above, in the “mountain climbing method”, when the imaging lens reaches the lens position L 4 , it is recognized that the imaging lens has passed the maximum contrast position L 3 , and the imaging lens is reversely driven to the maximum contrast position to complete the focusing operation. To do.
[0007]
Japanese Patent Laid-Open No. 1-22981 discloses an automatic focusing device based on the “mountain climbing method” as described above and using the chromatic aberration of the imaging lens to increase the focusing speed. This automatic focusing device extracts high-frequency components of each color signal obtained from a color image sensor, compares the integration level of each high-frequency component at a constant period, determines the direction of defocus, and images based on the determination result The lens is driven.
[0008]
The in-focus position is slightly different for each wavelength of the subject light based on the optical chromatic aberration of the imaging lens or the like. If an imaging lens having a predetermined chromatic aberration is used as shown in FIG. 8, the light from the point light source P is imaged at points R, G, and B by red light, green light, and blue light, respectively.
[0009]
Also, assuming that the lens system is designed with green light as a reference, red, green, and red included in the received image signal with the R, G, and B points as imaging surfaces (Q1, Q2, and Q3) The high-frequency component of blue light has color ratios as shown in FIGS. 9 (a), 9 (b) and 9 (c).
[0010]
Therefore, when the result of FIG. 9 (a) is obtained, the imaging surface is at Q1, so the imaging lens is moved to the subject side, and when the result of FIG. 9 (c) is obtained, the imaging surface is at Q3. Therefore, by moving the image pickup lens to the image pickup device side, it is possible to bring it closer to the planned focal plane (Q2), and when the result of FIG.
[0011]
According to the focusing method using the optical chromatic aberration of the image pickup lens, the defocus direction can be recognized without driving the image pickup lens, so that there is an advantage that the focusing speed is increased.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, the focusing method using the optical chromatic aberration of the imaging lens described above is not a problem if the color components (red, green, and blue) included in the subject are evenly distributed, but the color components are evenly distributed. In the case of a subject that has not been operated, there is a possibility of causing a malfunction.
[0013]
For example, in the case of a subject with many red components, the high-frequency components of red, green, and blue light included in the received image signals on the imaging surfaces Q1, Q2, and Q3 shown in FIG. The color ratio shown in c) is expected. As shown in FIG. 9, when the result of FIG. 10B, in which the color ratio is approximated to FIG. 9A, is obtained, the imaging lens is moved to the subject side. This means that, despite the in-focus position, a malfunction has occurred that further moves the imaging lens to the imaging element side.
[0014]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and can increase the focusing speed by utilizing the chromatic aberration of the lens, and can reliably focus without causing a malfunction. An object is to provide an automatic focusing device.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention takes the following measures.
The present invention is an automatic focusing device that forms a subject image on an image sensor with an imaging lens and controls the position of the imaging lens based on a contrast value of a video signal read from the image sensor, and is included in the video signal Preferentially using one color signal from the plurality of color signals, and moving the imaging lens so that the in-focus position related to the one color signal appears before the planned focal plane of the imaging lens; In the automatic focusing device, the focusing operation is terminated after the imaging lens is moved in the same direction by a predetermined distance from the imaging lens position where the contrast value of the one color signal shows the maximum value.
[0016]
According to the present invention, the in-focus position of one color signal is shifted from the planned focal plane of the imaging lens due to the chromatic aberration of the imaging lens, and the planned focal plane of the imaging lens is moved closer to the imaging element from a certain direction. The in-focus position related to the color signal is detected before the planned focal plane of the imaging lens. Since the distance from the lens position when the focus position of one color signal is detected to the planned focal plane of the imaging lens can be known in advance, the lens position when the focus position of one color signal is detected When the imaging lens is moved in the same direction by a predetermined distance that is previously known, the planned focal plane of the imaging lens is moved to the imaging plane of the imaging device and is brought into focus. Therefore, the reverse driving of the lens can be eliminated from the focusing operation, and the focusing speed can be increased.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 1 shows the overall configuration of the automatic focusing apparatus according to the present embodiment.
Light of a subject image captured from an optical system (not shown) is guided to the
[0018]
The pulse generation circuit 10 generates sampling pulses for the AMP /
[0019]
FIG. 2 is a functional block relating to the focusing function provided in the arithmetic processing circuit 9.
The R, G, B contrast values and the luminance signal contrast value input to the arithmetic processing circuit 9 are input to the color signal selection unit 11. The color signal selection unit 11 selects a contrast value of a designated color (including a luminance signal) indicated by a color selection signal set by an operator or the like.
[0020]
The AF evaluation
[0021]
The single color
[0022]
Here, the
[0023]
The distance from the temporary focusing position of each color to the planned focal plane (the amount of defocus) is determined in advance by the design of the
[0024]
When using the AF evaluation value of the blue component focusing control toward the closest side from the infinity position in the "hill-climbing method", the provisional in-focus position F b at a position passing through one step from Karigoase position Fb It can be recognized that it has passed, and its position is a place where one step is left to the planned focal plane (Fy). Further, when focusing control is performed from the closest position to the infinity side by the “mountain climbing method” using the AF evaluation value of the red component, the temporary focusing position Fr is set at a position that has passed one step from the temporary focusing position Fr. It can be recognized that it has passed, and its position is a place where one step is left to the planned focal plane (Fy).
[0025]
The number of steps from the position where it can be recognized that each of the temporary in-focus positions Fb and Fr has been passed to the planned focal plane (Fy) when focusing control is performed from each direction using the “hill climbing method” using the AF evaluation value of each color. (Both steps in this example) are stored in the defocus amount correspondence table 14 respectively.
[0026]
In the example shown in FIG. 4, since the in-focus position Fy in the luminance signal and the in-focus position Fg in the green signal coincide with each other, the remaining number of steps = 0 for the green signal. Depending on the design of the lens, the in-focus position may not match, and in such a case, there are remaining steps for green.
[0027]
Since the color signal currently used for the focus control is determined by the color selection signal, the “remaining step number” of the color signal indicated by the color selection signal is read from the defocus amount correspondence table 14 to obtain a single color focus determination unit. 13 is read. Details of focus control by the single color
[0028]
The drive control unit 15 is a part that outputs an instruction of a drive direction and a drive timing to the
[0029]
The brightness
[0030]
Next, focusing control of the embodiment configured as described above will be described.
FIG. 5 is a flowchart for focus control by the single color
The flowchart of FIG. 5 shows a case where the blue signal (B) is selected as the designated color and the imaging lens is driven from the infinite position toward the closest side. As an initial setting, the
[0031]
In step T1, the “remaining step number” of the blue signal instructed by the color selection signal is fetched from the defocus amount correspondence table 14, and focusing control is started by selecting the contrast value of the blue component.
[0032]
Note that the parameter used by the single color
[0033]
In step T2, the AF evaluation value (C n ) of the blue component at the current imaging lens position (infinity position) is input from the AF evaluation
[0034]
In step T4, the AF evaluation value (C n + 1 ) of the blue component after one step movement is input, and in step T5, the AF evaluation value (C n ) before one step movement and the current AF evaluation value (C n + 1). ). If C n + 1 is large, it is close to the temporary in-focus position Fb, so that n is incremented in step T6 and the
[0035]
When the AF evaluation value (C n ) before movement becomes larger than the current AF evaluation value (C n + 1 ) in step T5, the
[0036]
Next, a case where the red signal is selected as the designated color will be described.
In the initial setting, the
[0037]
If the “remaining step number” of the red signal instructed by the color selection signal is fetched from the defocus amount correspondence table 14 to the single color
[0038]
If it is desired to perform focusing control using a luminance signal, the luminance signal is selected using a color selection signal. When the luminance signal is selected, the contrast value of the luminance signal is input to the AF evaluation
[0039]
According to such an embodiment, when the
[0040]
Also, when focus control is performed using a luminance signal, the lens position is returned to the opposite direction after passing the original focus position of the imaging lens, so that the original blurred image changes to a focused image. Then, after changing to a blurred image, the image changes again to a focused image. On the other hand, according to the above-described embodiment, since there is no lens reversal operation, the image stops at the focused image from the blurred image, which gives an uncomfortable feeling to the observer watching the imaging screen. Focus operation is performed.
[0041]
Note that an auxiliary light source may be used in a low illumination environment. By selecting a color component close to the colored light of the auxiliary light source by the color selection signal, the information amount of the color signal used for focusing control is larger than that of the other color components, and the focusing accuracy can be increased. For example, if the color light of the auxiliary light source is red light, the focusing accuracy can be increased by selecting the red component with the color selection signal.
[0042]
Although the case where the
[0043]
As mentioned above, although demonstrated based on embodiment, this specification includes the following invention.
(1) In an automatic focusing device that forms a subject image on an image pickup element by an image pickup lens and controls the position of the image pickup lens based on a contrast value of a video signal read from the image pickup element.
Contrast extraction means for extracting a contrast signal representing the contrast of the subject image from a plurality of color signals included in a video signal read from the image sensor;
Calculation for calculating an evaluation value indicating the degree of focus on the color signal by preferentially using the contrast signal of one color signal corresponding to the moving direction of the imaging lens among the contrast signals extracted by the contrast extracting means. Means,
Control means for ending the focusing operation when the imaging lens is moved a predetermined distance in the same direction from the imaging lens position where the evaluation value of one color signal calculated by the calculation means shows the maximum value. Features an automatic focusing device.
[0044]
According to the present invention, a contrast signal representing the contrast of a subject image is extracted from a plurality of color signals included in a video signal read from an image sensor, and one color signal used preferentially from these extracted contrast signals. An evaluation value of the contrast signal is calculated. The imaging lens is stopped when it is further moved a predetermined distance in the same direction from the imaging lens position where the evaluation value of this one color signal shows the maximum value. Since the distance from the imaging lens position where the evaluation value of the color signal shows the maximum value to the planned focal plane of the imaging lens can be known in advance by the design of the imaging lens, the imaging lens should be focused without moving in the reverse direction. Can do.
(2) In an automatic focusing device that forms a subject image on an image sensor with an imaging lens and controls the position of the imaging lens based on a contrast value of a video signal read from the image sensor,
Color separation means for color-separating a video signal read from the image sensor into a plurality of color signals;
Contrast extraction means for extracting high frequency components from a plurality of color signals separated by the color separation means;
Color selection means for selecting a high-frequency component of one color signal to be used preferentially from high-frequency components of a plurality of color signals extracted by the contrast extraction means;
Evaluation value calculation means for calculating a focus evaluation value from a high-frequency component of the color signal selected by the color selection means;
The lens position at which the focus evaluation value of one color signal calculated by the evaluation value calculation means is maximized in the direction in which the planned focal plane of the imaging lens appears after the focus position of the one color signal appears. A single-color focusing determination unit that detects by moving the imaging lens, and moves the imaging lens from the detected imaging lens position in the same direction by a predetermined distance to end the focusing operation. Automatic focusing device to do. According to the present invention, the video signal read from the image sensor is color-separated into a plurality of color signals, and the high-frequency component of one color signal to be used preferentially is selected from the high-frequency components extracted from these color signals. A focus evaluation value is calculated from the high-frequency component of the selected color signal and is given to the single color focus determination means. When the lens position at which the focus evaluation value of one color signal is maximized is detected, the focus operation is terminated when the lens position is further moved a predetermined distance in the same direction.
(3) In the automatic focusing device described in (1) or (2) above,
An automatic focusing device characterized by preferentially using one color signal close to the emission color of an auxiliary light source used at low illuminance.
[0045]
According to the present invention, since focusing control is performed using a color signal having a larger amount of information than other color signals, focusing accuracy is improved.
(4) In the automatic focusing device described in (1) or (2) above,
The focus control using the focus evaluation value of one color signal and the focus control using the focus evaluation value of the luminance signal can be switched preferentially from among a plurality of color signals. Automatic focusing device to do.
According to the present invention, it is possible to quickly switch between a focusing method using a focusing evaluation value of one color signal and a focusing method using a focusing evaluation value of a luminance signal.
[0046]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, since one color signal is selected from a plurality of color signals and used preferentially for focusing control, focusing using the chromatic aberration of the lens is performed. It is possible to provide an automatic focusing device that can increase the speed and that can reliably focus without causing a malfunction.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an automatic focusing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a functional block of a portion related to a focusing function of the arithmetic processing circuit in the embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating axial chromatic aberration of an imaging lens.
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between contrast characteristics of each color and luminance signal and a lens step position.
FIG. 5 is a flowchart of focusing control in the embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between a lens position of an imaging lens and a contrast value.
FIG. 7 is a flowchart showing a conventional “mountain climbing” focusing operation.
FIG. 8 is a diagram illustrating an imaging surface of each color according to chromatic aberration.
FIG. 9 is a diagram illustrating a ratio of high-frequency components of each color of a light-receiving image signal on an imaging surface arranged at a focus position of each color component.
FIG. 10 is a diagram illustrating a ratio of high-frequency components of each color of each received light image signal in a subject in which color components are not evenly distributed.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 ... Arithmetic processing circuit 11 ... Color
Claims (3)
前記映像信号に含まれた複数の色信号から1つの色信号を優先的に使用して該1つの色信号に係る合焦位置が前記撮像レンズの予定焦点面よりも先に現れるように前記撮像レンズを移動し、前記1つの色信号のコントラスト値が最大値を示した撮像レンズ位置から所定距離だけ同一方向へ前記撮像レンズを移動させてから合焦動作を終了させることを特徴とする自動合焦装置。In an automatic focusing apparatus that forms an image of a subject on an image pickup element by an image pickup lens and controls the position of the image pickup lens based on a contrast value of a video signal read from the image pickup element.
Precise use of one color signal from a plurality of color signals included in the video signal so that the in-focus position related to the one color signal appears before the planned focal plane of the imaging lens The focusing operation is terminated after moving the lens, moving the imaging lens in the same direction by a predetermined distance from the imaging lens position where the contrast value of the one color signal shows the maximum value. Charcoal device.
前記映像信号に含まれた複数の色信号から緑色信号、赤色信号又は青色信号のいずれか1つの色信号を優先的に使用することを特徴とする自動合焦装置。The automatic focusing device according to claim 1, wherein
An automatic focusing device characterized in that any one of a green signal, a red signal, and a blue signal is preferentially used from among a plurality of color signals included in the video signal.
前記撮像レンズをパルス駆動によってステップ移動させる駆動手段を備え、前記赤色信号の合焦位置を検出できた撮像レンズ位置又は前記青色信号の合焦位置を検出できた撮像レンズ位置から前記撮像レンズの予定焦点面までに所定ステップ分の余裕を設けることを特徴とする自動合焦装置。The automatic focusing device according to claim 2, wherein
Drive means for moving the imaging lens stepwise by pulse driving, and the imaging lens is scheduled from the imaging lens position where the in-focus position of the red signal can be detected or the in-focus position of the blue signal. An automatic focusing device characterized by providing a margin for a predetermined step before the focal plane.
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