(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焦点調節を行うためのフォーカシング・レンズを有する交換レンズと、
前記交換レンズにより結像された像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子から得た電気信号から所定の周波数を抽出し前記抽出された電気信号に基いて前記像の合焦度を検出する合焦検出手段と、前記合焦検出手段の検出結果に基いて前記フォーカシング・レンズを駆動し焦点調節を行う焦点調節手段と、を有するカメラ部と、を有する撮像装置であって、
前記交換レンズは、前記カメラ部の撮影状態から解像する空間周波数を前記カメラ部から取得し、前記カメラ部から取得した前記撮影状態から解像する空間周波数と前記交換レンズのレンズ状態における解像する空間周波数とのうち低い方の周波数に基づいて、前記フォーカシング・レンズの最小駆動量を設定することを特徴とする撮影装置。
【請求項２】
焦点調節を行うためのフォーカシング・レンズを有する交換レンズと、
前記交換レンズにより結像された像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子から得た電気信号から所定の周波数を抽出し前記抽出された電気信号に基いて前記像の合焦度を検出する合焦検出手段と、前記合焦検出手段の検出結果に基いて前記フォーカシング・レンズを駆動し焦点調節を行う焦点調節手段と、を有するカメラ部と、を有する撮像装置であって、
前記交換レンズは、映像信号から抽出する周波数を前記カメラ部から取得し、前記カメラ部から取得した前記映像信号から抽出する周波数と前記交換レンズのレンズ状態における解像する空間周波数とのうち低い方の周波数に基づいて、前記フォーカシング・レンズの最小駆動量を設定することを特徴とする撮影装置。
【請求項３】
焦点調節を行うためのフォーカシング・レンズを有する交換レンズと、
前記交換レンズにより結像された像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子から得た電気信号から所定の周波数を抽出し前記抽出された電気信号に基いて前記像の合焦度を検出する合焦検出手段と、前記合焦検出手段の検出結果に基いて前記フォーカシング・レンズを駆動し焦点調節を行う焦点調節手段と、を有するカメラ部と、を有する撮像装置であって、
前記カメラ部は、前記交換レンズのレンズ状態における解像する空間周波数を前記交換レンズから取得し、前記交換レンズから取得した前記レンズ状態における解像する空間周波数と前記カメラ部の撮影状態から解像する空間周波数とのうち低い方の周波数に基づいて、前記フォーカシング・レンズの最小駆動量を設定することを特徴とする撮影装置。
【請求項４】
焦点調節を行うためのフォーカシング・レンズを有する交換レンズと、
前記交換レンズにより結像された像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子から得た電気信号から所定の周波数を抽出し前記抽出された電気信号に基いて前記像の合焦度を検出する合焦検出手段と、前記合焦検出手段の検出結果に基いて前記フォーカシング・レンズを駆動し焦点調節を行う焦点調節手段と、を有するカメラ部と、を有する撮像装置であって、
前記カメラ部は、前記交換レンズのレンズ状態における解像する空間周波数を前記交換レンズから取得し、前記交換レンズから取得した前記レンズ状態における解像する空間周波数と映像信号から抽出する周波数とのうち低い方の周波数に基づいて、前記フォーカシング・レンズの最小駆動量を設定することを特徴とする撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交換可能なレンズ装置が装着され、静止画及び動画の撮影を行うカメラ等の撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ビデオ・カメラ等の映像入力機器に用いられている自動焦点調節方式として、ＣＣＤ撮像素子等の固体撮像素子から得られる映像信号中の高周波成分を抽出し、この高周波成分が最大となるように撮影レンズを駆動して焦点を調節する、いわゆる山登り方式が知られている。このような自動焦点調節方式は、焦点調節用の特殊な光学部材が不要であり、遠方でも近くでも距離によらずに正確にピントを合わせることができるという長所を有する。
図１９を参照して、山登り方式の自動焦点調節装置を簡単に説明する。
被写体からの光は、固定されている第１レンズ群１１０、変倍用の第２レンズ群１１２（以下、変倍レンズという。）、絞り１１４、固定されている第３レンズ群１１６、及び、焦点調節機能と変倍による焦点面の移動を補正する機能とを兼ね備えた第４レンズ群１１８（以下、フォーカシング・レンズという。）を通って、撮像素子１２０の撮像面（光電変換面）に入射する。
撮像素子１２０は撮像面上の光学像を電気信号に変換する。撮像素子１２０の出力信号は、ＣＤＳ回路１２２によりサンプル・ホールドされ、ＡＧＣ回路１２４により所定レベルに増幅され、Ａ／Ｄ変換器１２６によりディジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器１２６の出力信号は、不図示のカメラ信号処理回路に供給される。カメラ信号処理回路の処理内容は、本発明とは関係のない周知のものであるので、これ以上の説明を省略する。
Ａ／Ｄ変換器１２６の出力は、バンドパス・フィルタ（ＢＰＦ）１２８にも印加される。ＢＰＦ１２８は、Ａ／Ｄ変換器１２６から出力される映像データから所定の高周波成分を抽出する。ＢＰＦ１２８の出力は、ＡＢＳ回路１３０により全て正極性の信号に変換される。ゲート信号発生回路１３２は、撮影画面内での合焦検出領域内に相当する部分を指定するゲート信号を発生し、検波回路１３４は、ゲート信号発生回路１３２が出力するゲート信号に従って、ＡＢＳ回路１３０の出力から、合焦検出領域内に相当する信号のみを検波（例えば、ピークホールド又は積分）し、ＡＦ（自動焦点調節）評価値として垂直同期信号の整数倍に同期した間隔で出力する。
マイクロコンピュータからなる主制御回路１３６は、検波器１３４の出力（ＡＦ評価値）を取り込み、合焦度に応じたフォーカシング速度と、ＡＦ評価値が増加するモータ駆動方向とを決定し、モータ駆動回路１３８を制御する。モータ駆動回路１３８は、主制御回路１３６からの指令に従ってフォーカス・モータ１４０を駆動し、フォーカシング・レンズ１１８を指定の位置に指定の速度で移動させる。これにより、ＢＰＦ１２８の出力が最大になる位置に、フォーカシング・レンズ１１８が制御される。
主制御回路１３６はまた、ユーザの変倍操作に応じて、モータ駆動回路１４２によりズーム・モータ１４４を回転させ、変倍レンズ１１２を指定の位置まで移動させる。これにより、焦点距離を変更でき、撮影倍率が変化する。
【０００３】
図２０は、主制御回路１３６による山登り制御方式の自動焦点調節動作のフローチャートを示す。
主制御回路１３６は、垂直同期信号の整数倍に同期した間隔で検波器１３４の出力（ＡＦ評価値）を取り込みつつ、自動焦点調節制御を実行する。電源投入時又は撮影準備モードに入ったときに、ＡＦ帰還制御を起動し（Ｓ１）、ＡＦ評価値が大きくなる方向にフォーカシング・レンズ１１８を駆動して山登り制御を行なう（Ｓ２）。山の頂上を一度オーバーシュートしてから戻すことで山の頂点を判断し（Ｓ３）、最もレベルの高い点で停止し、再起動を待機する（Ｓ４）。ＡＦ評価値のレベルが停止時のレベルより下がったことを検出すると、ＡＦ帰還制御を再起動する（Ｓ５）。
また、ＢＰＦ１２８により映像信号中の高域成分を抽出する方式の他に、近年、画像圧縮等で用いられる二次元直交変換器の変換結果から高域成分を抽出し、自動焦点調節に利用する構成も提案されている。
また、特開平８−３２７８９３公報にて、焦点検出光学系を変更することなく、焦点検出対象の空間周波数 の影響を排除し、常に最良像面位置に基づいた焦点調節を行う動焦点調節 装置が提案されている。
【特許文献１】特開平８−３２７８９３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
昨今、カメラの撮像のためにレンズのズーム化およびその高倍率化と撮像手段の高画素化、高密度化が加速しており、静止画及び動画が撮影可能で、静止画撮影においては記録画素数が選択可能なものや、動画においてもＮＴＳＣ、ＰＡＬといった従来のＴＶ方式だけでなくハイビジョン方式といった撮像を行うことができる撮像装置が考案され普及してきている。このため、交換レンズシステムにおいてカメラおよびレンズはその発売時期により撮像手段や解像力の向上、高画質化が進み、また、様々な形態へと広がりつつある。
例えば、初期の交換レンズシステムにおける映像記録は標準ＴＶ信号のみであったが、ＴＶ信号よりも高解像度の静止画やハイビジョンの撮影が可能なカメラおよびレンズが開発、発売され、新、旧のカメラレンズが市場に共存するようになっている。このような場合、組み合わせに互換性のあることが好ましく、ＨＤ対応のカメラと標準ＴＶ用に設計されている旧レンズとの組合せの場合でも撮影可能なようにすることが望ましい。
【０００５】
しかしながら、ＨＤ対応のカメラと標準ＴＶ用に設計されている旧レンズとの組合せの場合、カメラは高解像度のハイビジョンであるため、図５に示されるように解像する空間周波数も高く、映像信号から検出する高周波成分の抽出周波数特性も従来のＴＶ方式と比較して高いものとなる。このため、更なる情報なしには適切なＡＦが行なえない場合も起こり得る。一方、レンズは旧レンズであるため、標準ＴＶ用の解像度しか持たない上、旧来の標準ＴＶ用のものしか備えていないＡＦシステムがレンズ内に存在することもある。
ＡＦを行うための合焦検出手段としては前述したように映像信号中の高周波成分を抽出して行うが、その抽出する周波数はそのカメラによってあらかじめ固定されているため、例えば、前述のハイビジョンカメラと旧レンズとの組合せにおいてカメラの合焦信号がハイビジョン用に設定されていた場合には特性が合わずにＡＦの動作が適切なものでなくなる可能性がある。また、ＡＦシステムがレンズの中に存在している場合には旧来のＴＶ用のＡＦしか行なうことが出来ないため、適切な動作が行なえなかったり、場合によっては動作しないことも考えられる。
【０００６】
ハイビジョンカメラと旧レンズとの組み合わせにおいてＡＦの動作が適切なものでなくなる場合とは、単位当たりの駆動量が適切でなく、その結果、合焦のピークでＡＦが停止することが出来ない場合である。ハイビジョンカメラと旧レンズとの組み合わせにおいては、抽出する信号の周波数が高く、また信号のピークの幅はＮＴＳＣの場合と比べて狭いため、ボケの認識される範囲も狭いのに対し、ＮＴＳＣ用に設計されたレンズではピントのピークの焦点位置の幅やピントのボケが認識されない範囲が広いため、単位当たりの駆動量が適切でなく本当の合焦付近のピーク位置で停止できないという問題が生じるからである。従って、仮に光学的な解像する空間周波数がハイビジョンに対応していたとしても、本例の組み合わせの場合には、合焦のピークでＡＦが停止することが出来ない場合が発生するのである。また、ハイビジョンの解像する空間周波数に合わせて映像信号の高周波成分の抽出する周波数がＮＴＳＣよりも高い場合には、ピントの合う方向が検出しにくくなる。ピーク位置から離れ、ボケた場合における信号の劣化は、図６に示すように、抽出する周波数が高い方が低い場合よりも大きいからである。さらに、この点が考慮されていない本例のような旧来のＮＴＳＣに合わせたＡＦシステムの場合には、ＡＦ動作が著しく劣ったものとなる可能性がある。
つまり、光学条件が同じ場合、駆動可能な最小ピッチは、解像する周波数が高い場合には、その高さに応じて細かくなければならない。
一方、逆に周波数が低い場合に必要以上に駆動ピッチが細かくても上記のような問題が生じる。即ち、上記例とは反対に、カメラは旧式のＮＴＳＣでレンズがハイビジョン用のピッチの細かい駆動を行なうものと組み合わせた場合、カメラからのＡＦの信号はＮＴＳＣの解像する周波数に合わせた映像信号からの抽出する周波数によりＡＦを行うことになり、合焦付近においてＡＦ駆動がピークの途中で停止してしまうという問題がある。図６に示すようにピントのピーク幅が広く、かつなだらかなためピッチが細かい場合は、ピントピークの途中でも信号変化が得られないからである。ピークから離れた場合でも、駆動ピッチが細かい（信号の変化が細かい）ため、方向の検出精度の問題や、前述した山登り動作の途中で山を登りきれないといった問題がある。
また、例えば、カメラが、静止画及びＮＴＳＣ方式の動画を撮影できる機能を持ち、レンズがＮＴＳＣに合わせたＡＦ機能を有する場合、カメラの合焦信号をＮＴＳＣ方式の抽出する周波数に合わせることにより、静止画でＮＴＳＣ方式よりも高画素、高密度に記録することが想定できる。
【０００７】
図７はＮＴＳＣの解像する空間周波数特性と、静止画撮影時における高画素、高密度記録の際の解像する空間周波数特性とを比較して示したものである。
図７でＮＴＳＣの解像する空間周波数をＮＴＳＣＨｚとし、静止画撮影はＮＴＳＣの必要な空間周波数よりも多い画素数の３００万画素で行うと仮定する。図７は、静止画撮影の解像する空間周波数「Ｓｔｉｌ−３００」ＨｚはＮＴＳＣでの解像する空間周波数（ＮＴＳＣＨｚ）よりも高くなることを示している。このようにＮＴＳＣの解像する空間周波数と静止画撮影の解像する空間周波数とは異なったものとなる。ここで解像する空間周波数は図７の矢印に示すように解像可能な限界の周波数ではなく、ＭＴＦの十分高い周波数を解像する空間周波数とする。この決め方は任意ではあるが、限界解像空間周波数の８０％程度を目安とすると十分なＭＴＦが得られる。
従ってＮＴＳＣの解像する空間周波数「ＮＴＳＣ」ＨｚでＡＦの合焦検出のための周波数特性として３００万画素の静止画を撮影する場合に、その空間周波数の解像限界の違いからピントのボケが認識できてしまう場合がある。「Ｓｔｉｌ−３００」Ｈｚの被写体に対してはピントのピークの検出ができないからであり、また、停止する位置が粗いためである。
【０００８】
図６に抽出周波数が高い場合のＡＦの高周波成分の信号の出力とピントの位置の関係を示す。
上述のピントのボケが認識できてしまう理由は、図６に示すように抽出周波数の低い場合のピークの位置幅に対し、抽出周波数の高い場合のピーク位置幅は狭くなり、図の場合「ＮＴＳＣ」Ｈｚで信号がピークとなっても、「Ｓｔｉｌ−３００」Ｈｚでは必ずしもピークとならないためである。一方、この場合、静止画撮影のためにＡＦの抽出周波数を合わせると静止画撮影においてはピントのあった良好な撮影が行えるが、動画を撮影した場合には、良好な撮影を行うことができない。この理由は、図６に示すように、ＡＦ動作が動画用に抽出周波数を設定した場合と比較して信号のピークの立ち上がり方が急峻なため、空間周波数の低い「ＮＴＳＣ」Ｈｚでのフィルター特性では、ピークから離れている場合には、空間周波数「Ｓｔｉｌ−３００」Ｈｚに合わせたＡＦの抽出周波数が高い場合よりも大きい信号変化が存在するのでボケ状態からの合焦位置の検出がわかりやすく、結果として応答性が劣化するからである。ピーク付近の場合には、ピークの位置幅が狭いためピーク位置をオーバーシュートして安定性を欠くなどの問題が発生するからである。このように、固定された所定のＡＦ信号の周波数特性では、それぞれについての最適な結果を得ることができない。
【０００９】
また、レンズの性能は焦点距離、フォーカス位置、絞りによって異なり、それらはレンズの解像力変化の要因でもある。
従ってＡＦのために必要な周波数特性も、それぞれのレンズの状態によって変化してくる。例えば焦点距離については図９に示すようにワイドとテレでは解像する空間周波数が異なる。一般にワイドではテレよりも被写体像が細かくなるため解像する空間周波数はテレよりも高い。昨今ズームの高倍率化が進む中でワイド端とテレ端の解像する空間周波数の差は大きくなる傾向にある。
図９においてワイドでのレンズの解像する空間周波数が３ＭＨｚでテレでのそれが０．５ＭＨｚであったとする。この場合ＡＦのために必要な周波数特性はワイドではテレより高いものとなるが、テレではワイドで必要な高い周波数特性は必要でない。テレの必要な周波数に設定した場合は、ワイドにおいてＡＦ結果はピントボケが認識できてしまう場合が発生しやすい。この理由は、図６に抽出周波数が高い場合のＡＦの高周波成分の信号の出力とピントの位置の関係を表したように、抽出周波数の低い場合のピークの位置幅に対して抽出周波数の高い場合のピーク位置幅は狭くなるために、テレでの解像する空間周波数でＡＦの抽出周波数特性としてもそのピークの信号が必ずしもワイドでのピーク位置とは一致しないからである。逆にワイドの必要な周波数に設定しテレでＡＦを行った場合は、ボケからの応答性や合焦付近でのピーク位置検出にテレ用で設定した場合よりも時間が掛かり、安定しないといった問題が発生する。この理由は、図６に示されるように信号のピークの立ち上がり方が急峻なため、空間周波数の低いテレでの空間周波数をＡＦの周波数特性にしたときと比較すると、ピークから離れている場合には、空間周波数をワイドに合わせてＡＦの周波数特性を高くしたときよりも信号変化が大きいため、ボケ状態からの合焦位置の検出がわかりやすく、そのため応答性が劣化するからである。また、ピーク付近の場合には、ピークの位置幅が狭いためピーク位置をオーバーシュートして、安定性が欠くなどの問題が発生するからである。このように、固定された所定のＡＦ信号の周波数特性ではそれぞれについての最適な結果を得ることができない。また、絞りによってレンズの解像力は変化する。
【００１０】
図１０に示すように絞りのＦＮｏによってレンズの解像する空間周波数は異なる。即ち、開放付近での必要周波数と絞り込み付近での必要周波数とは異なったものとなる。今、Ｆナンバー２〜３２まで変化可能なしぼりがあると仮定する。
図１０において、レンズの解像する空間周波数は、Ｆ２で２ＭＨｚ、Ｆ８で３．５ＭＨｚ、Ｆ１６で１ＭＨｚとすると、ＡＦのために必要な周波数特性はＦ８ではＦ２やＦ１６より高い周波数が必要となり、一方、Ｆ１６ではＦ２やＦ８などで必要な高い周波数特性は必要でない。仮にＦ１６の必要な周波数に設定した場合、Ｆ２やＦ８においてＡＦ結果はピントボケが認識できてしまう場合が発生しやすい。この理由は、図６に抽出周波数が高い場合のＡＦの高周波成分の信号の出力とピントの位置の関係を表したように、抽出周波数の低い場合のピークの位置幅に対して抽出周波数の高い場合のピーク位置幅は狭くなるので、Ｆ１６での解像する空間周波数でＡＦの周波数特性としてもそのピークの信号が必ずしもＦ８やＦ２でのピーク位置とは一致しないからである。逆にＦ８の必要な周波数に設定しＦ２やＦ１６でＡＦを行った場合、ボケからの応答性や合焦付近でのピーク位置検出にＦ２はＦ２用、Ｆ１６はＦ１６用で設定した場合よりも時間が掛かり、安定しないという問題が発生する。この理由は、図６に示すように信号のピークの立ち上がり方が急峻なため、空間周波数の低いＦ１６での空間周波数をＡＦの周波数特性にすると、ピークから離れている場合には、空間周波数Ｆ８に合わせてＡＦの抽出周波数を高くしたときよりも信号変化が大きいためボケ状態からの合焦位置の検出がわかりやすく、そのため応答性が劣化するからである。また、ピーク付近においては、ピークの位置幅が狭いためピーク位置をオーバーシュートして安定性が欠くなどの問題が発生する。このように、固定された所定のＡＦ信号の周波数特性ではそれぞれについての最適な結果を得ることができない。
【００１１】
更に、フォーカス位置によってレンズの解像力は変化することがある。
図１１はフォーカスの位置における解像する空間周波数が異なる例である。同図において、レンズの解像する空間周波数は無限端で３ＭＨｚ、至近端では１．５ＭＨｚとする。
この場合ＡＦのために必要な周波数特性は無限端は至近端より高いものが必要となり、至近端では無限端で必要な高い周波数特性は必要でない。至近端の必要な周波数に設定した場合は、無限端においてＡＦ結果はピントボケが認識できてしまう場合が発生しやすい。この理由は、図６に抽出周波数が高い場合のＡＦの高周波成分の信号の出力とピントの位置の関係を表したように、抽出周波数の低い場合のピークの位置幅に対して抽出周波数の高い場合のピーク位置幅は狭くなるので、至近端での解像する空間周波数をもってＡＦの周波数特性としてもそのピークの信号が必ずしも無限端でのピーク位置とは一致しないからである。逆に無限端の必要な周波数に設定し至近端でＡＦを行った場合は、ボケからの応答性や合焦付近でのピーク位置検出に至近端用に設定した場合よりも時間が掛かり、安定しないといった問題が発生する。この理由は、図６に示すように信号のピークの立ち上がり方が急峻なため、空間周波数の低い至近端での空間周波数をＡＦの抽出周波数にするとピークから離れている場合には、空間周波数無限端に合わせてＡＦの周波数特性を高くしたときよりも信号変化が大きいためボケ状態からの合焦位置の検出がわかりやすく、そのため応答性が劣化するからである。また、ピーク付近の場合には、ピークの位置幅が狭いためピーク位置をオーバーシュートして安定性が欠く等の問題が発生するからである。このように、固定された所定のＡＦ信号の周波数特性ではそれぞれについての最適な結果を得ることができない。
また、前述したようにカメラの静止画及び動画や撮像する状態、画素数、圧縮比などのカメラの撮像状態から必要なＡＦの解像する空間周波数が得られる場合と、レンズの焦点距離、絞り、フォーカスなどのレンズの状態から必要なＡＦの解像するための空間周波数特性が得られる場合とを比較し、例えばカメラの撮像状態からの周波数がレンズの状態からの必要な周波数特性よりも高い場合に、カメラの撮像状態からの周波数でＡＦを行ったとしてもレンズにはその高さまでの周波数数特性は必要でないだけでなく、レンズの状態からの必要な周波数特性でＡＦを行った場合と比較して、合焦までに時間が掛かり、安定しないといった問題が発生する。
【００１２】
以上において、装着されるレンズについてはレンズの種類やレンズの状態により解像する周波数や駆動可能な（駆動させる）最小の量が異なり、カメラについてはカメラの種類やカメラの撮影状態により解像する周波数や駆動可能な（駆動させる）最小の量が異なることを述べ、また、そのことから生じる様々な問題点について述べた。
そこで、本発明は、ピントのボケが認識できてしまう場合や、応答性が劣化し、オーバーシュートし、安定性を欠く場合に、種々の交換レンズ、そのレンズ状態及び種々のカメラとの任意の組合せ並びに任意の撮影状態（静止画又は動画、撮像する画像のサイズ、撮影画素数、撮影圧縮率、撮影画素密度、記録密度、記録画素数など）において良好な自動焦点調節を実現できる撮影装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために本発明の撮影装置は、焦点調節を行うためのフォーカシング・レンズを有する交換レンズと、前記交換レンズにより結像された像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子から得た電気信号から所定の周波数を抽出し前記抽出された電気信号に基いて前記像の合焦度を検出する合焦検出手段と、前記合焦検出手段の検出結果に基いて前記フォーカシング・レンズを駆動し焦点調節を行う焦点調節手段と、を有するカメラ部と、を有する撮像装置であって、前記交換レンズは、前記カメラ部の撮影状態から解像する空間周波数を前記カメラ部から取得し、前記カメラ部から取得した前記撮影状態から解像する空間周波数と前記交換レンズのレンズ状態における解像する空間周波数とのうち低い方の周波数に基づいて、前記フォーカシング・レンズの最小駆動量を設定する。
【００１４】
削除
【００１５】
削除
【００１６】
削除
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ピントのボケが認識できてしまう場合や、応答性が劣化又はオーバーシュートにより安定性を欠く場合に、種々の交換レンズ、そのレンズ状態及び種々のカメラとの任意の組合せ並びに任意の撮影状態（静止画又は動画、撮像する画像のサイズ、撮影画素数、撮影圧縮率、撮影画素密度、記録密度、記録画素数など）において良好な自動焦点調節を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を、その実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明の一実施例の概略構成ブロック図を示す。
交換可能なレンズであるレンズ部２００は、レンズマウント２０１ａ及びカメラマウント２０２ａを介してカメラ部２０１に着脱される。
被写体からの光は、固定されている第１レンズ群１０、変倍レンズ１２、絞り１４、固定されている第３レンズ群１６、及び、フォーカシング・レンズ１８を通って、撮像素子２０の撮像面（光電変換面）に入射する。撮像素子２０は、撮像面上の光学像を電気信号に変換する。撮像素子２０の出力信号は、ＣＤＳ回路２２によりサンプル・ホールドされ、ＡＧＣ回路２４により所定レベルに増幅され、Ａ／Ｄ変換器２６によりディジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器２６の出力信号は、図示しないカメラ信号処理回路に供給される。
Ａ／Ｄ変換器２６の出力は、ＡＦプリプロセス回路２８に入力する。ＡＦプリプロセス回路２８は、詳細は後述するが、ＡＦ評価値を生成し、マイクロコンピュータからなるカメラ主制御回路３１に供給する。主制御回路３１は、ＡＦプリプロセス回路２８の出力（ＡＦ評価値）を取り込み、カメラマウント及びレンズマウントを介しレンズ主制御回路３０に通信にて出力する。レンズ主制御回路３０は合焦度に応じたフォーカシング速度と、ＡＦ評価値が増加するモータ駆動方向とを決定し、モータ駆動回路３２を制御する。モータ駆動回路３２は、主制御回路３１からの指令に従ってフォーカス・モータ３４を駆動し、フォーカシング・レンズ１８を指定の位置に指定の速度で移動させる。これにより、ＡＦ評価値が最大になる位置に、フォーカシング・レンズ１８が制御される。
レンズ主制御回路３０はまた、ユーザの変倍操作に応じて、モータ駆動回路３６によりズーム・モータ３８を回転させ、変倍レンズ１２を指定の位置まで移動させる。これにより、焦点距離を変更でき、撮影倍率が変化する。
【００２０】
図２は、ＡＦプリプロセス回路２８の一例の概略構成ブロック図を示し、図３は、画面内の合焦検出領域と、合焦検出領域内の画素構成の説明図である。１フレーム又は１フィールドの画面５４内に合焦検出領域５６が設定される。合焦検出領域５６は複数の水平ライン５８からなり、各水平ライン５８は複数の画素６０からなる。
図２に基づいて説明する。ライン・メモリ４０はＡ／Ｄ変換器２６の出力データから、合焦検出領域５６の１水平ラインの画素データＰ０，Ｐ１，・・・，Ｐｎを記憶する。離散コサイン変換（ＤＣＴ）回路４２はライン・メモリ４０に記憶される１水平ラインの画像データを直交変換し、周波数領域データＦ０，Ｆ１，・・・，Ｆｎを出力する。重み付け回路４４は、ＤＣＴ回路４２の出力に、各周波数成分がほぼ均一のレベルになるように予め決められた定数Ｋ０〜Ｋｎを乗算する。即ち、重み付け回路４４は、ｋ０×Ｐ０、Ｋ１×Ｐ１、・・・及びＫｎ×Ｐｎを出力する。
所定周波数成分抽出回路４６は重み付け回路４４の出力ｋ０×Ｐ０、Ｋ１×Ｐ１、・・・及びＫｎ×Ｐｎから、主制御回路３０により指令される成分のみを抽出して出力する。ライン・ピーク・ホールド回路４８は、所定周波数成分抽出回路４６から出力される１ライン分の出力の内の最大値をホールドし、１水平ライン毎にホールド値を次の水平ラインの最大値で更新する。
加算器５０及びレジスタ５２はアキュムレータを構成している。このアキュムレータは垂直方向の積分回路として機能し、ライン・ピーク・ホールド回路４８の出力を累積加算する。即ち、当初、レジスタ５２にはゼロをセットしておく。そして、加算器５０はライン・ピーク・ホールド回路４８の出力にレジスタ５２の出力を加算し、加算結果をレジスタ５２に書き込む。これを合焦検出領域５６の全水平ライン５８について実行することで、合焦検出領域の全水平ライン５８の所定周波数成分の最大値の累積値がレジスタ５２に格納される。レジスタ５２の記憶値が、ＡＦ評価値として主制御回路３０に供給される。
【００２１】
図４は、ライン・メモリ４０、ＤＣＴ回路４２、重み付け回路４６及び所定周波数成分抽出回路４６におけるデータの変遷の一例を示す。図４（ａ）はライン・メモリ４０に格納されるデータ列、同（ｂ）はＤＣＴ回路４２から出力されるデータ列、図４（ｃ）は重み付け回路４２の出力データ列を示す。
図４（ｄ），（ｅ）及び（ｆ）は、所定周波数成分抽出回路４６の出力例である。ＤＣＴ回路４２の出力Ｆ０〜Ｆｎでは、Ｆ０が直流成分付近の最も低い周波数成分で、Ｆ１，Ｆ２，・・・の順で徐々に周波数が高くなり、Ｆｎが最も高い周波数成分になる。
カメラ主制御回路３１はレンズ主制御回路３０に通信でカメラの識別信号を送る。これはあらかじめ決めてある番号やカメラのスペックを表すものなど識別可能な情報であればよい。カメラ主制御回路３０はレンズ主制御回路３１の通信からレンズの識別信号を得る。
本発明では、カメラはＡＦのための信号をレンズに送信する際この識別信号によってその内容を変更することができる。本実施例において映像信号からの抽出する周波数特性を変更してレンズに送信する場合について説明する。
例えば、交換可能でＡＦを行なうレンズが複数種類あり、それらにおいてＡＦの方式が異なる場合にそれぞれに合ったＡＦ信号があらかじめ分かっている場合は、レンズの識別情報からそれぞれに合わせた信号を出力するのである。これによりどの組合せでも良好なＡＦを実現できる。
【００２２】
図１２にフローを示す。Ｓ１２０１においてカメラ主制御回路３１はレンズに識別情報を送信する。Ｓ１２０２においてカメラの識別情報からＡＦ時の駆動量を判定し、Ｓ１２０３において決定する。
この機能により、ＡＦを行なう際に映像信号からの抽出する周波数が異なる場合でも容易に対応することができ、良好なＡＦが行なえる。即ち、前出の問題（抽出する周波数が低い場合は図６のように合焦のピーク付近での信号変化が少ないためピーク位置の検出が行いにくくボケが残りやすい。一方、抽出する周波数が高い場合はボケ時の信号変化が少ないためボケからの応答性が鈍くなってしまうといった問題）は、どのカメラとレンズ組合せに対しても本実施例によって解決できる。
【実施例２】
【００２３】
次に、本発明の実施例２について説明する。
本実施例はレンズの状態と撮影の状態を加味し、解像する空間周波数を求め映像信号からの抽出する高周波成分の帯域を求めるものである。
図１３に示されるように、撮影状態検出手段８７は、静止画及び動画、撮像する画像のサイズ、画素数、圧縮率、画素密度などの撮影状態を検出し、それぞれの撮影状態はカメラ主制御回路３０に入力される。また、レンズの状態はレンズ主制御回路３１に入力される。例えば同じレンズ、撮像手段であっても、レンズの状態や撮影モード、圧縮率により、解像可能な空間周波数も異なってくる。撮影の状態が静止画２００万画素、圧縮無しで、解像する空間周波数が１０ＭＨｚとしても、レンズの状態がテレ端無限Ｆ８の場合に解像する空間周波数が０．５ＭＨｚであるとすると、ＡＦのための映像信号の抽出する周波数は０．５ＭＨｚでよい。空間周波数が高く、抽出する周波数を高くすると合焦ピーク付近以外では信号の変化が少ないためボケ時の合焦方向が見つけにくいなどの問題があり、一方、ＡＦのための映像信号の抽出する高周波成分の周波数帯域は低いほうが応答性がよくなるので、抽出周波数はあまり高く設定すべきではないからである。
従って、レンズが駆動すべき最小の分解能は０．５ＭＨｚでの分解能でよいことになる。駆動ピッチについては、絞りなどの状態で焦点深度が深いほど駆動量は多くなるので駆動ピッチを細かくする必要はないが、開放付近などで深度が浅い場合には単位駆動当たりのピント変化が大きくなるため駆動ピッチを細かくする。従って、最小駆動量はレンズが開放のときにその精度が求められることになる。また、解像する空間周波数が低いときは必要以上に細かくすべきではなく相応の細かさがあれば足りる。ＡＦ性能からも、解像する空間周波数から映像信号の高周波成分の抽出する周波数を変更する場合、ピークでの停止が行なえず、山の途中で止まるといった前述の問題もあるからである。このように、最小駆動ピッチと前記抽出する周波数はＡＦを行う際に合わせて決めておくことが必要である。これは本発明の主旨でもある。
即ち、解像する空間周波数は、レンズの特性及び撮像の状態を加味して求めることにより、どのような撮像手段におけるカメラでも、また、どのような光学情報を持つレンズとの組合せにおいても、常に最適なＡＦが行えるようにすることができる。
【００２４】
主制御回路３０及び３１は空間周波数検出機能及び抽出周波数判定機能を有し、図１４、図１５に示すように内蔵するＲＯＭ３０ａ、３１ａ等に抽出周波数判定データを保有している。主制御回路３０及び３１は、撮像状態及びレンズ状態から内蔵ＲＯＭ３０ａ，３１ａ等に記憶される抽出周波数判定データに従って、どの帯域の周波数成分データを抽出させるかを所定周波数成分抽出回路４６に決定させる。
例えばカメラがレンズからの指示により抽出周波数を決定する場合について、図１６のフローを用いて説明する。
Ｓ１６０１においてカメラは撮影状態を読み込み、Ｓ１６０２において、解像する空間周波数又は、映像信号から抽出すべき周波数をレンズに送信し、Ｓ１６０３においてレンズはレンズの状態を読み込み、Ｓ１６０４においてＳ１６０４から得られる解像する空間周波数とＳ１６０４から得られる映像信号から抽出する周波数とを比較し、Ｓ１６０５においてそれらの低いほうを抽出する周波数としてカメラに指示し、Ｓ１６０６においてカメラはその指示に従って信号を得る。Ｓ１６０７でレンズは求められた解像する空間周波数から最小駆動量を求め、レンズのＦ値の状態を加味してＡＦの駆動量を決定する。
【００２５】
また、カメラはレンズからレンズ情報を得てもよい。レンズからレンズ情報を得る場合について図１７のフローで説明する。Ｓ１７０１においてレンズ主制御回路３１はレンズ状態を読み込み、Ｓ１７０２においてレンズ状態における解像する空間周波数又は映像信号からの抽出する周波数を検出し、Ｓ１７０３においてカメラ主制御回路３０に送信し、Ｓ１７０４においてカメラ主制御回路３０は撮影状態を読み込み、Ｓ１７０５において撮影状態から解像する空間周波数又は映像信号から抽出する周波数を検出し、Ｓ１７０３で得たレンズ状態からの情報と比較し、Ｓ１７０６においてそれらの低いものを抽出する周波数として信号を得る。
【００２６】
また、自動合焦手段はカメラ内部にあり、速度と方向、駆動量といったＡＦ駆動情報をレンズに通信し、ＡＦを行なう、いわゆる一眼レフタイプのカメラにおいても容易に応用できる。図１８のフローで、これについて説明する。
Ｓ１８０１においてレンズ主制御回路３１はレンズ状態を読み込み、Ｓ１８０２においてレンズ状態における解像する空間周波数または映像信号からの抽出する周波数情報を検出し、Ｓ１８０３においてカメラ主制御回路３０に送信し、Ｓ１８０４においてカメラ主制御回路３０は撮影状態を読み込み、Ｓ１８０５において撮影状態から解像する空間周波数または映像信号から抽出する周波数を検出してＳ１８０３で得たレンズ状態からの情報と比較し、Ｓ１８０６においてそれらの低いものを抽出する周波数として信号を得てＡＦを行う。
図１６―１８のいずれの場合も、抽出周波数判定データはレンズ情報と撮影状態における解像する空間周波数を含み、空間周波数検出機能及び抽出周波数判定機能を有しており、現在の撮影状態から解像する空間周波数を検出し、これらの検出情報から解像する１の周波数を求め、その周波数を含む帯域を選択するように所定周波数成分抽出回路４６に出力する。選択する周波数帯域はこのレンズの空間周波数そのものでも構わない。上限下限を超える場合は、上限値又は下限値に設定するのはいうまでもない。
例えば、レンズ情報からワイド端・Ｆ８・無限端、撮影状態が動画，ＮＴＳＣの場合、レンズ情報からは５ＭＨｚ、撮像状態からは３ＭＨｚと得られるとすると、３ＭＨｚ＜５ＭＨｚなので、解像する周波数は３ＭＨｚと求められる。この場合は、抽出する周波数帯域を３ＭＨｚと所定周波数成分抽出回路４６に指示する。このときの解像する空間周波数は解像する限界の周波数ではなく、ＭＴＦの十分な周波数であり、例えば解像限界周波数の８０％程度のものである。
そうすることにより以上の例では、レンズ情報＋撮像状態においてのＡＦ結果は撮像状態のみの解像する空間周波数よりも低い周波数帯域でのＡＦでなく、レンズ情報＋撮像情報の解像する空間周波数にあわせているためピントボケが認識できてしまうという不都合がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例１の概略構成ブロック図である。
【図２】ＡＦプリプロセス回路の一例の概略構成ブロック図である。
【図３】画面内の合焦検出領域と合焦検出領域内の画素構成の説明図である。
【図４】ライン・メモリ４０、ＤＣＴ回路４２、重み付け回路４６及び所定周波数成分抽出回路４６におけるデータ特性図である。
【図５】映像信号から検出する高周波成分の抽出周波数特性図である。
【図６】抽出周波数が高い場合のＡＦの高周波成分の信号の出力とピントの位置の関係図である。
【図７】ＮＴＳＣの解像する空間周波数特性と静止画撮影の時の高画素、高密度で記録するときの解像する空間周波数の比較図である。
【図８】ＡＦの解像する空間周波数の周波数特性図である。
【図９】ワイドとテレの解像する空間周波数特性図である。
【図１０】絞りのＦＮｏによって解像する空間周波数特性図である。
【図１１】フォーカスの位置における解像する空間周波数特性図である。
【図１２】本発明の実施例１の動作フロー図である。
【図１３】本発明の実施例２の概略構成ブロック図である。である。
【図１４】本発明の実施例２を構成する主制御回路の説明図である。
【図１５】本発明の実施例２を構成する主制御回路の説明図である。
【図１６】本発明の実施例２の動作フロー図である。
【図１７】本発明の実施例２の動作フロー図である。
【図１８】本発明の実施例２の動作フロー図である。
【図１９】従来例の山登り方式の自動焦点調節装置の構成図である。
【図２０】従来例の山登り制御方式の主制御回路による自動焦点調節動作のフローチャートである。
【符号の説明】
【００２８】
１０  第１レンズ群  １２  変倍レンズ  １４  絞り、
１６  第３レンズ群  １８、フォーカシング・レンズ  ２０  撮像素子
２２  ＣＤＳ回路  ２４  ＡＧＣ回路  ２６  Ａ／Ｄ変換器
２８  ＡＦプリプロセス回路  ３０  レンズ主制御回路
３１  カメラ主制御回路  ２００  レンズ部  ２０１ａ  レンズマウント
２０１  カメラ部  ２０２ａ  カメラマウント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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