焦点调节装置、相机系统以及焦点调节方法
【专利摘要】能够提高连拍动作中的对于移动体的追随性能，实现高速且正确的焦点调节。关于被摄体的像面移动量(Lh)、扫描驱动范围(Ls)、峰值检测所需的扫描驱动范围(Lps)、初始位置驱动量(Li)，以满足Lh＜(Ls-Lps+Li)的关系的方式，由相机的主体控制部根据被摄体速度检测部检测的被摄体速度(被摄体移动量曲线(H)的斜率)的大小，将初始位置驱动的驱动量和驱动方向设定为(Li)并执行使对焦镜头移动的初始位置驱动，使被摄体移动量曲线(H)与对焦镜头的扫描驱动量曲线(S)在实施对比度(AF)的区间(k4)内交叉，此后，在区间(k4)内执行扫描驱动动作，无论被摄体的像面移动速度(被摄体移动量曲线(H)的斜率)的大小如何，可靠地检测对焦位置。
【专利说明】焦点调节装置、相机系统以及焦点调节方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及焦点调节装置、相机系统以及焦点调节方法。
【背景技术】
[0002]例如，已知在通过摄影光学系统和摄像元件构成的作为摄像系统的相机等中，具有焦点调节功能，根据通过摄像元件取得的图像，在移动对焦镜头的同时搜索明暗差(对比度)为最大的位置，通过对准焦点的对比度AF而能够实现移动体追随。
[0003]在专利文献I中公开了采用追随移动体进行焦点调节的对比度AF方式的焦点调节装置。根据专利文献I公开的方法，公开了在正式曝光开始之前，通过移动体预测对光圈和对焦镜头这两者同时驱动，从而在进行正式曝光时进行对应的对焦的内容。此外，还公开了在进行正式曝光之后，作为进行下一次AF动作时的扫描驱动动作的准备而驱动对焦镜头的内容。
[0004]在先技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献I日本特开2010-015131号公报
【发明内容】
[0007]发明要解决的问题
[0008]然而，在专利文献I公开的方法中，虽然公开了在即将进行正式曝光前的对焦镜头驱动动作时预测对焦位置之际，执行对焦镜头的驱动动作的时机，然而关于光轴方向上的对焦镜头的驱动量和驱动方向未作公开。因此，存在无法进行与被摄体的移动速度对应的AF动作，无法进行精度高的对焦的技术问题。
[0009]本发明的目的在于提供一种能够提高连拍动作中的对于移动体的追随性能，能够实现高速且正确的焦点调节的焦点调节技术。
[0010]用于解决问题的手段
[0011]本发明第I方面的观点提供一种焦点调节装置，其对对焦镜头的移动进行控制，该对焦镜头包含于使来自被摄体的光成像的摄影光学系统中，能够在光轴方向移动，该焦点调节装置具有:摄像元件，其拍摄通过所述摄影光学系统成像的被摄体像生成图像信号；镜头驱动单元，其使所述对焦镜头移动；以及控制单元，其进行扫描动作，将所述对焦镜头控制到实现对焦的位置，其中所述扫描动作是通过所述镜头驱动单元使所述对焦镜头移动而所述摄像元件执行摄像动作，根据所述摄像元件输出的所述图像信号检测所述被摄体像的对比度成为峰值的所述对焦镜头的位置，所述控制单元具有:被摄体速度检测单元，其检测所述被摄体的移动速度；以及扫描控制单元，其根据所述被摄体速度检测单元检测的所述被摄体的所述移动速度，设定在进行所述扫描动作之前是否执行使所述对焦镜头移动的初始位置驱动。
[0012]本发明第2方面的观点提供一种相机系统，其具有相机主体，该相机主体装配有更换镜头，该更换镜头具有:包含于使来自被摄体的光成像的摄影光学系统中并能够在光轴方向移动的对焦镜头；使所述对焦镜头移动的镜头驱动单元，所述相机主体具有:摄像元件，其拍摄通过所述摄影光学系统成像的被摄体像生成图像信号；以及控制单元，其指示所述更换镜头进行扫描动作，将所述对焦镜头控制到实现对焦的位置，其中所述扫描动作是通过所述镜头驱动单元使所述对焦镜头移动而执行所述摄像元件的摄像动作，根据所述摄像元件输出的多个所述图像信号检测所述被摄体像的对比度成为峰值的所述对焦镜头的位置，所述控制单元具有:被摄体速度检测单元，其检测所述被摄体的移动速度；以及扫描控制单元，其根据所述被摄体速度检测单元检测的所述被摄体的所述移动速度，设定在进行所述扫描动作之前是否执行使所述对焦镜头移动的初始位置驱动并对所述更换镜头进行指示。
[0013]本发明第3方面的观点提供一种相机系统的焦点调节方法，该相机系统具备装配有摄影光学系统的相机主体，该摄影光学系统包含能够在光轴方向移动的对焦镜头并使来自被摄体的光成像，该焦点调节方法包含如下步骤:根据按照时序记录的对于所述被摄体的以往的多个对焦位置，计算所述被摄体的移动速度；在通过进行所述对焦镜头的固定速度且固定量的扫描驱动而确定对于所述被摄体的对焦位置时，根据所述被摄体的所述移动速度，判别在所述扫描驱动之前是否进行所述对焦镜头的初始位置驱动；使所述对焦镜头移动至通过所述扫描驱动确定的所述对焦位置；以及对所述被摄体进行拍摄。
[0014]发明的效果
[0015]根据本发明，能够提供一种提高连拍动作中的对于移动体的追随性能，能够实现高速且正确的焦点调节的焦点调节技术。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是表示本发明的一个实施方式的焦点调节装置的结构例的框图。
[0017]图2是表示本发明的一个实施方式的焦点调节装置的处理的一例的流程图。
[0018]图3是表示本发明的一个实施方式的相机系统的镜头控制部的控制动作的一例的流程图。
[0019]图4是表示本发明的一个实施方式的焦点调节装置的连拍动作中的AF处理的一例的图。
[0020]图5是表示本发明的一个实施方式的焦点调节装置的对焦位置的数据结构的一例的图。
[0021]图6是表示本发明的一个实施方式的焦点调节装置的移动的被摄体的预测位置的一例的图。
[0022]图7是表示本发明的一个实施方式的焦点调节装置的“初始位置驱动”处理的一例的流程图。
[0023]图8是表示本发明的一个实施方式的焦点调节装置的连拍动作中的AF处理的另一例的图。
[0024]图9是表示本发明的一个实施方式的焦点调节装置的连拍动作中的AF处理的另一例的图。
[0025]图10是表示本发明的一个实施方式的焦点调节装置的连拍动作中的AF处理的另一例的图。
[0026]图11是表示本发明的一个实施方式的焦点调节装置的连拍动作中的AF处理的另一例的图。
[0027]图12是表示本发明的一个实施方式的焦点调节装置的要否初始位置驱动的综合判定处理的一例的流程图。
【具体实施方式】
[0028]在本实施方式中，例如作为第I方面公开了不依赖于镜头的种类和焦点距离，通过像面换算进行固定速度且固定量的对焦镜头的扫描驱动以实现焦点调节的自动焦点调节技术。
[0029]作为第2方面，公开了在所述第I方面的自动焦点调节技术中，按照被摄体的移动速度判断在扫描驱动之前是否进行对焦镜头的初始驱动的技术。
[0030]作为第3方面，公开了在所述第2方面的自动焦点调节技术中，按照被摄体的移动速度判断对焦镜头的初始驱动的方向的技术。
[0031]作为第4方面，公开了在所述第2方面或第3方面的自动焦点调节技术中，不依赖于镜头的种类和焦点距离，通过像面换算进行固定量的对焦镜头的初始驱动的技术。
[0032]以下，参照附图，详细说明本发明的实施方式。
[0033](第I实施方式)
[0034]图1是作为本发明的一个实施方式的相机系统的结构图。本实施方式的相机系统由更换镜头100和相机主体200 (焦点调节装置)构成，更换镜头100能够在相机主体200的具有安装接点204的未图示的镜头安装部上拆装。
[0035]相机主体200具有摄像元件201、主体控制部203、液晶显示部202。主体控制部203是将对CPU和相机主体200内的各部分进行控制的控制电路与进行各种信号处理的信号处理电路一体化的大规模集成电路(LSI)。
[0036]本实施方式的主体控制部203作为控制更换镜头100，进行例如基于对比度AF的对焦控制的焦点调节装置发挥功能。
[0037]主体控制部203控制相机主体200中的各种动作序列。主体控制部203对相机主体200内的各部进行动作控制，并向镜头控制部103输出指令等控制信号。主体控制部203能够控制摄像元件201的动作。主体控制部203将从摄像元件201输出的图像信号转换为作为数字信号的图像数据，并且能够进行白平衡控制等各种信号处理。主体控制部203能够将通过各种信号处理获得的图像数据向液晶显示部202输出。主体控制部203向镜头控制部103输出用于获取摄像元件201的摄像动作与后述的对焦镜头101的驱动动作之间的同步的同步信号。
[0038]本实施方式的情况下，主体控制部203具有在后述的图2、图7、图12的流程图等中例示的用于进行扫描控制动作的扫描控制逻辑部203a(扫描控制单元)、该扫描控制逻辑部203a所需的如后所述检测被摄体的移动速度的被摄体速度检测逻辑部203b (被摄体速度检测单元)。
[0039]另外，以上内容中，主体控制部203是将控制CPU和相机主体200内的各部分的控制电路与进行各种信号处理的信号处理电路一体化的LSI，也可以由多个LSI构成。
[0040]主体控制部203、扫描控制逻辑部203a、被摄体速度检测逻辑部203b能够通过软件、固件或硬件电路等实现。此外，关于扫描控制逻辑部203a和被摄体速度检测逻辑部203b，为了便于说明而分别进行了图示，也可以作为I个软件或硬件电路的功能块来实现。相机主体200具有使用者用于指示摄影动作的释放按钮、存储通过摄影动作获得的图像数据的存储部等，在图1中省略了这部分内容。
[0041]液晶显示部202能够显示基于由主体控制部203生成的显示用的图像数据的图像。
[0042]摄像元件201能够将经由更换镜头100入射的光学像转换为图像信号并输出。摄像元件201能够通过CXD图像传感器或MOS图像传感器构成。
[0043]主体控制部203能够根据摄像元件201输出的图像信号的对比度检测对焦状态。主体控制部203在使后述的对焦镜头移动的同时进行摄像元件201的摄像动作，取得与对焦镜头的位置对应的多个图像信号。然后，主体控制部203从多个图像信号中检测与规定的AF区域对应的图像信号的对比度成为峰值的对焦镜头的位置，将对焦镜头驱动至该位置使其处于对焦状态。能够实现如上的登山AF动作。
[0044]更换镜头100具有对焦镜头101 (摄影光学系统)、镜头驱动部102 (摄影光学系统)、镜头控制部103、存储部104。
[0045]镜头控制部103是将控制CPU和更换镜头100内的各部分的控制电路一体化的LSI。镜头控制部103根据从王体控制部203输出的控制彳目号，向镜头驱动部102发送控制信号，从而能够对对焦镜头101进行驱动控制。镜头控制部103根据从主体控制部203输出的控制信号，使对焦镜头101向光轴方向移动。
[0046]此外，更换镜头100具有存储更换镜头100的固有的信息的存储部104，镜头控制部103按照主体控制部203的请求，将存储部104的信息向主体控制部203发送。
[0047]另外，在以上内容中，镜头控制部103为将控制CPU和更换镜头100内的各部分的控制电路一体化的LSI，也可以通过多个LSI构成。更换镜头100具有光圈控制机构和变焦功能等，在图1中省略了这部分内容。
[0048]首先，参照图2，说明本实施方式的相机主体200的基本动作的一例。图2是表示包含通过主体控制部203执行的AF动作的连拍动作的流程图的图。
[0049]在步骤SlOl中，主体控制部203进行扫描驱动动作，在该扫描驱动动作中，在移动对焦镜头101的同时进行摄像动作，搜索规定的AF区域的图像信号的对比度成为峰值的对焦镜头位置。
[0050]在连拍动作中，为了将连拍帧速保持为固定值、即使得摄影帧的间隔为固定值，需要使在扫描驱动动作中使用的摄像帧数固定。
[0051]作为具体的扫描驱动动作，主体控制部203经由镜头安装部向镜头控制部103发送指令和附带的动作参数，以执行扫描驱动动作。该动作参数为作为扫描驱动动作而驱动对焦镜头101的方向、驱动速度、驱动量等。然后，镜头控制部103接收该指令和动作参数并通过与该动作参数对应的设定来驱动对焦镜头1I。
[0052]此外，在扫描驱动动作中，从王体控制部203经由镜头安装部向镜头控制部103发送与摄像动作关联的同步信号。镜头控制部103按照该同步信号取得对焦镜头101的位置并存储。镜头控制部103在扫描驱动动作结束之后，将所存储的对焦镜头101的位置信息经由镜头安装部向主体控制部203发送。主体控制部203根据在扫描驱动动作中取得的多个摄像帧的图像数据分别计算AF评价值并求出AF评价值的峰值，并且使用与该AF评价值对应的对焦镜头101的位置信息，计算与AF评价值的峰值对应的对焦镜头101的对焦位置。
[0053]在步骤S102中，主体控制部203执行将对焦镜头101向对焦位置驱动的对焦驱动。在对焦驱动中，在扫描驱动动作结束后，使用通过本次的扫描驱动动作检测出的对焦位置和通过以往的扫描驱动动作检测出的对焦位置的历史信息，对下次的正式曝光时的对焦位置进行预测运算并求出。然后，将对焦镜头101驱动到预测运算而算出的对焦位置。
[0054]作为具体的对焦驱动动作，主体控制部203向镜头控制部103发送指令和预测运算的对焦位置，以执行对焦驱动动作。镜头控制部103接收到该指令和对焦位置后，向该预测运算的对焦位置驱动对焦镜头101。
[0055]在步骤S103中，主体控制部203执行正式曝光动作，在该正式曝光动作中，进行摄像元件201的静态图像摄影。
[0056]在步骤S104中，主体控制部203执行初始位置驱动控制。在初始位置驱动控制中，无论被摄体是静止还是移动，为了能够在下次的扫描动作中检测对比度的峰值，而进行将对焦镜头101驱动到最合适的位置的动作。主体控制部203向镜头控制部103发送指令、驱动方向、驱动量、驱动速度等动作参数，以执行初始位置驱动动作。镜头控制部103根据该指令和动作参数，将对焦镜头101驱动到所指定的位置。
[0057]在步骤S105中，主体控制部203检测释放按钮等的操作输入，判定是否继续连拍动作，在继续连拍动作的情况下返回步骤S101，重复进行动作。此外，在判定为结束连拍动作的情况下，结束本流程图的处理。
[0058]接着，参照图3，说明本实施方式的相机主体200的更换镜头100的包含扫描驱动的镜头控制动作的一例。
[0059]图3是表示镜头控制部103的控制的流程图。在装配了更换镜头100的状态下接通相机主体200的电源时，从相机主体200向更换镜头100提供电源，镜头控制部103开始本流程图的处理。
[0060]在步骤S301中，镜头控制部103进行更换镜头100内的各部分的初始化动作。
[0061]在步骤S302中，镜头控制部103与主体控制部203进行通信，将在更换镜头100内的存储部(存储器)中存储的各种镜头数据向主体控制部203发送。
[0062]在步骤S303中，镜头控制部103判别是否从主体控制部203接收了指令，在未接收的情况下重复执行步骤S303而处于接收待机的状态。另一方面，接收了指令的情况下进入步骤S304。
[0063]在步骤S304中，镜头控制部103判别所接收的指令是否为“扫描驱动”。为“扫描驱动”的情况下进入步骤S305，镜头控制部103根据在指令中附带的参数执行扫描驱动动作。
[0064]另一方面，所接收的指令并非“扫描动作”的情况下进入步骤S306，镜头控制部103判别所接收的指令是否为“对焦驱动”。为“对焦驱动”的情况下进入步骤S307，镜头控制部103根据在指令中附带的参数执行对焦驱动动作。
[0065]另一方面，所接收的指令并非“对焦驱动”的情况下进入步骤S308，镜头控制部103判别所接收的指令是否为“初始位置驱动”。为“初始位置驱动”的情况下进入步骤S309，镜头控制部103根据在指令中附带的参数执行初始位置驱动动作。
[0066]另一方面，所接收的指令并非“初始位置驱动”的情况下进入步骤S310，镜头控制部103执行与其他的指令对应的处理。然后，返回步骤S302并重复执行上述处理。
[0067]接着，参照图4，说明本实施方式的相机主体200在连拍中的自动对焦(AF)动作的一例。
[0068]图4是表示连拍动作中的AF动作的图，以横轴作为时间示出摄像元件201的动作和对焦镜头101的动作。此外，纵轴是换算成像面位置的量，示出被摄体的移动和对焦镜头101的移动导致的像面移动量。
[0069]如“摄像元件曝光+读出”所示，摄像元件201从t = O到4ms (区间kl)进行连拍动作中的规定的帧的静态图像的正式曝光动作(摄影)，从t = 4ms到67ms (区间k2)进行曝光了的摄像数据的读出动作。以上为与图2的流程图的步骤S103 “正式曝光动作”对应的动作。
[0070]与正式曝光动作对应的读出动作结束后，进行与图2的流程图的步骤SlOl对应的“扫描驱动控制”。另外，图4示出不执行步骤S104的“初始位置驱动控制”的情况。
[0071]主体控制部203在扫描驱动动作的最初从t = 67ms到71ms (区间k3)的期间内进行与扫描驱动动作对应的摄像元件201的重置动作。然后，从t = 71ms起进行与扫描驱动动作对应的240fps的曝光?读出动作(区间k4)。如上所述与扫描驱动动作对应地进行5个帧的曝光.读出动作(El~E5、Rl~R5)。
[0072]此外，主体控制部203将执行扫描驱动动作的指令与驱动参数一起向镜头控制部103发送，镜头控制部103根据所指定的方向和速度对对焦镜头101开始规定时间(或规定驱动量)的驱动。
[0073]“240fps曝光”表示摄像元件201的曝光动作，“240fps读出”表示摄像元件201的读出动作。在第1次的曝光动作(El)之后，并行执行第2次的曝光动作(E2)和第1次的曝光动作的摄像数据的读出动作(Rl)。以后同样地进行处理，执行第5次的曝光动作(E5)、第5次的读出动作(R5)。5个帧的曝光时间约为21ms。
[0074]主体控制部203在扫描驱动动作中向镜头控制部103发送与摄像动作同步的同步信号，镜头控制部103按照该同步信号取得对焦镜头101的镜头位置并存储。
[0075]参照图5和图6，说明本实施方式的相机主体200的与上述图2的流程图的步骤S102对应的“对焦驱动动作”的一例。
[0076]另外，通过该对焦驱动动作，在图4的区间k5的摄像元件201的重置动作之后的静态图像的正式曝光动作(摄影)(区间k6)的开始时刻(t = 100ms)，对焦镜头101对被摄体的对焦完毕，在与被摄体移动量曲线H交叉的位置处扫描驱动量曲线S(扫描动作)为固定。此外，在区间k7进行区间k6的正式曝光动作(摄影)的摄像数据的读出。
[0077]主体控制部203在扫描驱动动作完毕后，与镜头控制部103进行通信，取得扫描驱动动作中的5个帧的对焦镜头101的位置信息。然后，根据通过扫描驱动动作获得的5个帧的AF评价值与对焦镜头101的位置之间的关系，使用最小二乘法求出基于二次式的近似曲线。将如上求出的近似曲线的近似式所示的最大值作为扫描驱动动作时的对焦位置。
[0078]图5表示内置在主体控制部203内的主体存储部205 (存储器)中的与对焦位置有关的对焦位置数据206的存储格式例。对焦位置pos[]和对焦时刻time[]的对的数组要素数为4个数组数据，以先入先出(FIFO)形式进行更新。
[0079]将上述计算的对焦位置作为最新的对焦位置数据代入到pos [O]，将对焦检测时的时刻作为最新的对焦时刻代入到time [O]。
[0080]如上，在通过扫描驱动动作检测出对焦位置后，使上述数组要素数为4个数据的以往的对焦位置历史信息错开I个并向pos[0]和time[0]代入最新的对焦位置信息。即，设定为pos[i+l] = pos[i]、time[i+l] = time [i] (i = O~3),然后将最新的对焦位置信息代入pos [O]和time [O]。因而存储包含最新的信息在内的4个对焦位置、对焦时刻。
[0081]接着，主体控制部203使用与通过扫描驱动动作计算的对焦位置有关的、与连拍动作中的摄影帧对应的历史信息，利用最小二乘法求出对焦位置和对焦时刻的直线近似式(对焦位置=aX对焦时刻+b)。若假设被摄体的移动速度固定，则能够应用直线近似。
[0082]图6是表示对焦位置与对焦时刻的关系的图。对作为对焦时刻Ft、对焦位置Fp的对的 3 个数据对(time [O]、pos [O])、(time [I]、pos [I])、(time [2]、pos [2])应用最小二乘法以求出上述直线近似式。然后，根据所求出的直线近似式的参数(a、b)和本次的正式曝光的时刻(tpd)，基于下式(I)预测并计算本次的正式曝光时的对焦位置(Iddp)。
[0083]Iddp = aXtpd+b..?式(I)
[0084]上述对焦位置Iddp是作为在即将正式曝光前驱动对焦镜头101的目标位置的对焦驱动目标位置。
[0085]此外，将上述参数a作为被摄体的移动速度存储于未图示的存储部。
[0086]主体控制部203将执行对焦驱动动作的指令与作为上述对焦驱动目标位置的对焦位置Iddp —起向镜头控制部103发送。镜头控制部103接收到上述指令后向上述对焦驱动目标位置驱动对焦镜头101。
[0087]接着，在说明初始位置驱动控制之前，参照式(2)-(5)，详细说明以追随在连拍动作中移动的被摄体的方式执行的AF动作。
[0088]在本实施方式的相机主体200的焦点调节装置中，为了无论被摄体的像面移动速度如何都能够检测对比度(AF评价值)的峰值，需要通过满足下式(2)的条件进行AF动作。
[0089]SP，若设
[0090]被摄体的像面移动量Lh [mm]、
[0091]扫描驱动范围Ls[mm]、
[0092]峰值检测所需的扫描驱动范围Lps [mm]、
[0093]初始位置驱动量Li [mm],则
[0094](Lh) ( (Ls)-(Lps)+ (Li)..?式(2)
[0095]上述驱动范围(Ls、Lps)、移动量(Lh)和驱动量(Li)是换算为像面上的像移动量后的值，其符号与对焦镜头101的驱动方向对应，+表不向极近方向驱动对焦镜头的方向，-表不向00方向驱动对焦镜头的方向。
[0096]其中，在扫描驱动动作中也假设被摄体维持在从上次正式曝光开始到本次扫描驱动开始为止的期间内移动的像面移动速度而持续移动。
[0097] 主体控制部203如后所述实际检测被摄体在从正式曝光开始到扫描驱动开始为止的期间内移动的量，采用该检测出的量作为式(2)的(被摄体的像面移动量Lh)。式(2)的(被摄体的像面移动量Lh)是在扫描驱动开始前(正式曝光开始~扫描驱动开始)移动的被摄体的像面移动量，可通过下式(3)表示。
[0098]即，若设连拍间隔Tc [ms]、
[0099]扫描动作时间Ts [ms]、
[0100]被摄体的像面移动速度Vh [mm/s]，则被摄体的像面移动量Lh [mm]为
[0101](Lh) = (Tc-Ts) X (Vh)..?式(3)
[0102]接着，式⑵的(扫描驱动范围Ls)是为了通过对比度AF动作检测对比度(AF评价值)的峰值而以规定的扫描驱动速度拍摄规定数量的帧时的对焦镜头101的移动量。
[0103]若设扫描驱动速度Vs [mm/s]、
[0104]帧数N、
[0105]每I帧的驱动时间Tf [ms]，则扫描驱动范围Ls [mm]为
[0106](Ls) = (Vs) X (N) X (Tf)..?式(4)
[0107]在连拍动作的摄影动作期间内进行I次扫描驱动动作，为了使得连拍速度稳定，因而始终进行与相同帧数对应的扫描驱动动作，具体情况如后所述，例如设定为N = 5帧。
[0108]接着，式(2)的( 峰值检测所需的扫描驱动范围Lps)是与为了通过对比度AF动作检测对比度(AF评价值)的峰值所需要的帧数对应的对焦镜头101的移动量。
[0109]为了计算对比度为峰值的位置需要进行插值运算和近似函数运算等的处理，因此作为一例，使用AF评价值(对比度)的最大值(峰值)及位于其两侧的比峰值小的AF评价值进行插值运算。这种情况下，需要表示AF评价值的最大值的帧与时间上位于其前后的帧、合计共3帧的图像数据。在拍摄该3帧的期间内，驱动对焦镜头101使其移动的量例如相当于对于A、B、C这3帧按照A — B、B — C进行的2次的驱动量。由此，(峰值检测所需的扫描驱动范围Lps)如式(5)所示。
[0110](Lps) = (2 中贞)X (Tf) X (Vs)..?式(5)
[0111]接着，初始位置驱动是为了在扫描驱动动作中能够检测被摄体的对比度(AF评价值)的峰值，而在扫描动作开始前预先使对焦镜头101移动至最合适的位置的动作。而且，式(2)的(初始位置驱动量Li)是进行该初始位置驱动时的对焦镜头101的移动量。
[0112]如上，将扫描驱动速度Vs设定为所需的足够的速度，在此基础上根据式(2)，将初始位置驱动量Li最佳化，从而能够对于在前后移动的被摄体(移动体)取得在正式曝光的时刻始终实现了对焦的图像。
[0113]在本实施方式中，作为一例，设连拍速度为10帧/s (连拍间隔Tc = 100ms)、自动焦点调节装置能够对应的最大像面移动速度为Hmax = 5mm/so在这种情况下,与I帧的摄影时间对应的移动被摄体的像面移动量为Lh = 0.5mm。
[0114]此外，扫描驱动动作的条件设定是如下设定的。扫描驱动动作的方向是对应于移动被摄体的移动方向而接近对焦的方向。即，在移动被摄体接近的情况下，作为扫描驱动动作，对对焦镜头101向极近方向进行驱动。关于扫描驱动动作中的镜头驱动速度(扫描驱动速度Vs)，作为一例固定为48mm/s。
[0115]而且，如上所述将扫描驱动动作中的帧率设为240fps(Tf = 1/240)，将与扫描驱动动作对应的帧数N设为5帧。因此,关于扫描驱动动作中的对焦镜头101的移动量(Ls),根据式(4)通过像面换算为Ls = Imm(48[mm/s] X5[中贞]/240[fps])。此外，关于峰值检测所需的扫描驱动范围(Lps),根据式(5)通过像面换算成为Lps = 0.4mm (48 [mm/s]X2[帧]/240[fps])。
[0116]上述的条件设定是对焦镜头101能够实际动作的条件，而且是能够以10帧/s的连拍速度使焦点调节追随像面移动速度(Vh)为5mm/s的移动被摄体的条件设定。
[0117]接着，根据图7，说明在图2的流程图的步骤S104中执行的“初始位置驱动控制”。主体控制部203判定被摄体的移动速度是否在规定值以下，按照判定结果执行或不执行初始位置驱动。
[0118]主体控制部203的被摄体速度检测逻辑部203b在步骤S201中，读出在上述存储部中存储的与被摄体的移动速度有关的上述的参数a并换算为像面移动速度。而且当被摄体的像面移动速度Vh在阈值Vth (例如，Vth = 3mm/s)以下的情况下(Vh ( Vth),进入步骤 S202。
[0119]主体控制部203在步骤S202中执行初始位置驱动。作为一例通过像面换算使初始位置驱动中的对焦镜头101的驱动量(Li)为0.2mm,使驱动方向为与下次的扫描驱动动作的方向相反的方向。
[0120]另一方面，在步骤S201中被摄体的像面移动速度Vh比3mm/s大的情况下，不执行初始位置驱动(Li = O)而结束本处理。
[0121]通过本实施方式的自动焦点调节装置将能够追随焦点调节的移动被摄体的最大像面移动速度Hmax如上所述设为5mm/s时，通过进行式(2)所示的扫描驱动动作，从而能够通过执行或不执行初始位置驱动量Li的二选一来应对。
[0122]在被摄体的像面移动速度Vh比3mm/s大的情况下不执行初始位置驱动，在这种情况下，如下示出式(2)的具体的数值关系。
[0123]若设(初始位置驱动量)Li = O、(扫描驱动范围)Ls = 1mm、(峰值检测所需的扫描驱动范围)Lps = 0.4mm,则式(2)的右边=0.6_。另一方面,关于被摄体的像面移动速度Vh考虑3?5mm/s即可，因此式⑵的左边=(在扫描开始前移动的被摄体的像面移动量 Lh) = 0.21 ?0.35mm(3mm/sX71ms ?5mm/sX71ms),满足式(2)的左边<右边。
[0124]如上，由于扫描驱动范围Ls比被摄体的像面移动量Lh足够大，因此充分满足式
(2)，即使不进行初始位置驱动，仅通过驱动对焦镜头101达5个帧，就能在像面上追随被摄体像来检测对焦位置。另一方面，在被摄体的像面移动速度Vh比3mm/s小的情况下，作为初始位置驱动，向与下次的扫描驱动方向的反方向将对焦镜头101驱动0.2_。
[0125]关于这种情况，如下示出式(2)的具体的数值关系。
[0126]若设(初始位置驱动量)Li = -0.2mm、(扫描驱动范围)Ls = 1mm、(峰值检测所需的扫描驱动范围)Lps = 0.4mm,则式(2)的右边=0.4_。另一方面,关于被摄体的像面移动速度考虑O?3mm/s即可，因此式(2)的左边=(在扫描开始前移动的被摄体的像面移动量Lh) = O?0.2Imm(O?3mm/sX71ms)，因而满足式(2)的左边<右边的条件。
[0127]如上，通过进行初始位置驱动，从而对于被摄体移动速度在规定值以下的被摄体也能够检测对比度(AF评价值)的峰值位置。
[0128]图8示出在连拍动作中的AF动作中，执行初始位置驱动的情况。在正式曝光动作之后的摄像元件201的读出动作中，在横轴t = 40?50ms的区间内将对焦镜头101向无限远方向驱动规定量。设定为满足上述式(2)，能够检测AF评价值的峰值。
[0129]如上所述，根据本发明的实施方式，按照被摄体移动速度设定是否执行初始位置驱动，因此能够不依赖于被摄体移动速度地进行高精度的AF处理。
[0130]此外，使扫描驱动速度、初始位置驱动的驱动量和驱动方向分别为固定值来进行处理，因此能够简化更换镜头侧的处理和更换镜头与相机主体的通信处理。因此，能够缩短更换镜头侧、相机主体侧双方的处理时间和通信时间，能够使AF控制处理高速化。
[0131]进而，在连拍动作中，通过高速执行AF控制处理，能够提高被摄体的AF追随性。
[0132]另外，在本实施方式中，使扫描驱动速度、初始位置驱动的驱动量和驱动方向分别为固定值，也可以按照被摄体移动速度使它们可变。
[0133](第2实施方式)
[0134]接着，说明本发明其他的第2实施方式。
[0135]在上述第I实施方式中，在被摄体的移动速度更小的情况下，向被摄体的移动方向的相反侧执行初始位置驱动，在被摄体的移动速度更大的情况下不执行初始位置驱动。
[0136]对此，在该第2实施方式中的不同之处在于，在被摄体的移动速度更大的情况下，向与被摄体的移动方向相同的方向执行初始位置驱动，在被摄体的移动速度更小的情况下不执行初始位置驱动。
[0137]此时的条件为，该第2实施方式的对焦镜头101的镜头驱动速度比上述第I实施方式小。这例如针对的是更低价格的更换镜头100或以往销售的低性能的更换镜头100，对焦镜头101的镜头驱动部102为更低速度的规格的情况。
[0138]由于对焦镜头101的驱动速度、即扫描驱动速度Vs更小，因此相比第I实施方式，关于更高速移动的被摄体、即在被摄体的像面移动速度Vh较大的情况下无法追随，存在无法检测AF评价值的峰值的课题。
[0139]图9所示的时间范围Sn示出在扫描驱动动作中的连续的5次蓄积动作中的中间的3次(E2?E4)的电荷蓄积动作的蓄积时间，表示为了通过扫描驱动动作检测AF评价值的峰值而AF评价值的峰值需要位于的范围。如上所述，通过插值运算来计算与对焦位置对应的AF评价值的峰值位置，因此在通过扫描驱动动作求出的5点的AF评价值中两端的AF评价值为最大值的情况下，无法检测AF评价值的峰值。或者，虽然为AF评价值的最大值，然而由于无法进行是否为峰值的判定，因而无法采用。
[0140]如图9所示,在表示扫描驱动动作的扫描驱动量曲线S的情况下,扫描驱动量曲线S与被摄体移动量曲线H在时间范围Sn的区间内不具有交点，因此无法通过扫描驱动动作检测AF评价值的峰值。
[0141]于是，在本第2实施方式中为了解决上述技术课题，在与被摄体相同的方向执行初始位置驱动。
[0142]图10示出对于与图9相同的像面移动速度的被摄体移动量曲线H，将初始位置驱动的方向设为从无限远向极近处移动的方向(与图8相反的方向)，以使得被摄体移动量曲线H与扫描驱动量曲线S'在上述时间范围Sn的区间具有交点的方式设定了初始位置驱动的驱动量(Li)的情况。
[0143]如图10所示，在被摄体的像面移动速度Vh较大的情况下(即，被摄体移动量曲线H的斜率较大的情况下)，适当设定初始位置驱动的驱动量(Li)，向使得扫描驱动量曲线S'与被摄体移动量曲线H接近的方向执行初始位置驱动，然后执行扫描驱动动作，从而扫描驱动量曲线S'与被摄体移动量曲线H交叉，能够检测AF评价值的峰值。
[0144]如图11所示，在像面移动速度更小的情况下(被摄体移动量曲线H的斜率比图10的情况小)，将像面移动速度与规定的阈值进行比较并判定，能够在不执行初始位置驱动的情况下检测AF评价值的峰值。
[0145]下面说明以上说明的是否执行初始位置驱动的判別方法。
[0146]若设(在扫描驱动动作的开始前移动的被摄体的像面移动量)为Lh[mm]、(扫描驱动速度)=Vs [mm/s]、(从扫描驱动动作开始到电荷蓄积E4的曝光的中央为止的时间)=tb [s]，则在满足下式(6)的情况下执行初始位置驱动。
[0147]Lh/Vs > tb..?式(6)
[0148]tb相当于时间范围Sn的上限，在被摄体的像面移动量较大、即被摄体的像面移动量Lh为较大的数值，满足式(6)并如图9所示，在被摄体移动量曲线H与扫描驱动量曲线S的交点超过时间范围Sn而未包含于其中的情况下，执行初始位置驱动。
[0149]另外，(在扫描驱动动作的开始前移动的被摄体的移动量)正确而言是相当于被摄体移动量曲线H与扫描驱动量曲线S的交点的横轴的位置，然而利用(在扫描驱动动作的开始前移动的被摄体的移动量)Lh来代用。被摄体的像面移动速度Vh越大，则由于该代用造成的误差就越大，因此在被摄体的像面移动速度Vh比规定值大的情况下，可以代替(在扫描驱动动作的开始前移动的被摄体的移动量)Lh而采用被摄体移动量曲线H与扫描驱动量曲线S的交点的时刻(的被摄体的移动量)。
[0150]另外，式(6)用于对被摄体移动量曲线H与扫描驱动量曲线S的交点超过时间范围Sn而未包含于其中的情况进行判定，然而也可以对交点处于时间范围Sn之前的位置而未包含其中的情况进行判定，向反方向执行初始位置驱动。
[0151]图12是表示该第2实施方式的要否初始位置驱动的综合性判定处理的一例的流程图，在图2的步骤S104中执行。
[0152]首先，判定扫描驱动量曲线S与被摄体移动量曲线H的交点是否在时间范围Sn的内部(步骤S211)。
[0153]然后，在时间范围Sn的范围内存在交点的情况下不进行初始位置驱动。
[0154]另一方面，在步骤S211中，判定为被摄体移动量曲线H与扫描驱动量曲线S的交点不在时间范围Sn内的情况下，判别相对于时间范围Sn的脱离方向是时间轴方向的过去侧(图8~图11的横轴方向的左侧)还是将来侧(右侧)(步骤S212)。
[0155] 而且，在步骤S212中判定为向过去侧脱离的情况下，将初始位置驱动量Li设定为无限远(⑴)侧(步骤S213)。该步骤S213的情况是被摄体移动量曲线H的斜率(即被摄体的像面移动速度Vh)相比扫描驱动量曲线S的斜率(即扫描驱动速度Vs)较小的情况。
[0156]另一方面，在步骤S212中判定为向将来侧脱离的情况下，将初始位置驱动量Li设定为极近侧(步骤S214)。
[0157]该步骤S214的情况是被摄体移动量曲线H的斜率(即被摄体的像面移动速度Vh)相比扫描驱动量曲线S的斜率(即扫描驱动速度Vs)较大的情况。
[0158]然后，向在步骤S213或步骤S214设定的方向执行对焦镜头101的初始位置驱动(步骤 S215)。
[0159]如上所述，根据本发明的第2实施方式，按照被摄体移动速度设定是否执行初始位置驱动，在更高速的情况下执行初始位置驱动。此时，以补偿相对较小的扫描驱动速度Vs的方式，将对焦镜头101的初始位置驱动从无限远向极近侧进行驱动，因此对于更高速的被摄体也能够检测AF评价值的峰值位置，能够在不依赖于被摄体移动速度的情况下进行高精度的AF处理。
[0160]此外，在使用对焦镜头101的驱动速度更小的低价格的更换镜头100或以往售卖的低性能的更换镜头100等的情况下，也能够追随高速的被摄体进行高精度的AF处理。
[0161]进而，在本实施方式中，将扫描驱动动作时的摄像元件201的帧率设为固定值(240[fps])，然而可以按照帧率变更焦点调节镜头的移动速度和初始位置驱动的方向、驱动量并适当进行设定，从而无论被摄体的像面移动速度Vh如何都能够检测AF评价值的峰值，进行高精度的AF处理。
[0162]另外，本发明不限于在上述实施方式中例示的结构，可以在不脱离其主旨的范围内进行各种变更，这是不言自明的。此外，关于权利要求书、说明书和附图中的动作流程，为了方便起见而使用“首先，”、“接着，”等进行了说明，但这并不表示必须按照该顺序加以实施。
[0163]产业利用性
[0164]本发明能够广泛应用于在使来自被摄体的光成像的摄影光学系统中安装，对能够在光轴方向移动的对焦镜头的移动进行控制的焦点调节装置等。
[0165]标号说明
[0166]100 更换镜头
[0167]101 对焦镜头
[0168]102 镜头驱动部
[0169]103 镜头控制部
[0170]104 存储部
[0171]200 相机主体
[0172]201 摄像元件
[0173]202 液晶显示部
[0174]203 主体控制部
[0175]203a 扫描控制逻辑部
[0176]203b 被摄体速度检测逻辑部
[0177]204 接点
[0178]205 主体存储部
[0179]206 对焦位置数据
[0180]Fp 对焦位置
[0181]Ft 对焦时刻
[0182]H 被摄体移动量曲线
[0183]Lh 被摄体的像面移动量
[0184]Li 初始位置驱动量
[0185]Lps 峰值检测所需的扫描驱动范围
[0186]Ls 扫描驱动范围
[0187]S 扫描驱动量曲线
[0188]S' 扫描驱动量曲线
[0189]Sn AF评价值的峰值需要位于的时间范围
[0190]kl ?k7 区间
【权利要求】
1.一种焦点调节装置，其对对焦镜头的移动进行控制，该对焦镜头包含于使来自被摄体的光成像的摄影光学系统中，能够在光轴方向移动，该焦点调节装置的特征在于，具有: 摄像元件，其拍摄通过所述摄影光学系统成像的被摄体像而生成图像信号； 镜头驱动单元，其使所述对焦镜头移动；以及 控制单元，其进行扫描动作，将所述对焦镜头控制到实现对焦的位置，其中所述扫描动作是通过所述镜头驱动单元使所述对焦镜头移动而所述摄像元件执行摄像动作，根据所述摄像元件输出的所述图像信号检测所述被摄体像的对比度成为峰值的所述对焦镜头的位置， 所述控制单元具有: 被摄体速度检测单元，其检测所述被摄体的移动速度；以及 扫描控制单元，其根据所述被摄体速度检测单元检测的所述被摄体的所述移动速度，设定在进行所述扫描动作之前是否执行使所述对焦镜头移动的初始位置驱动。
2.根据权利要求1所述的焦点调节装置，其特征在于， 在所述被摄体速度检测单元检测的所述被摄体的所述移动速度比规定的阈值小的情况下，所述扫描控制单元设定为执行所述初始位置驱动，在所述被摄体的所述移动速度比所述规定的阈值大的情况下，所述扫描控制单元设定为不执行所述初始位置驱动。
3.根据权利要求2所 述的焦点调节装置，其特征在于， 在所述被摄体的所述移动速度比所述规定的阈值小的情况下，所述扫描控制单元设定为在所述初始位置驱动中将所述对焦镜头沿从极近侧朝向无限远侧的方向驱动。
4.根据权利要求2所述的焦点调节装置，其特征在于， 所述扫描控制单元根据所述被摄体的所述移动速度、进行所述扫描驱动时的所述对焦镜头的移动速度、所述摄像动作的帧率，设定是否执行所述初始位置驱动。
5.根据权利要求1所述的焦点调节装置，其特征在于， 在所述被摄体速度检测单元检测的所述被摄体的所述移动速度比规定的阈值大的情况下，所述扫描控制单元设定为执行所述初始位置驱动，并在所述初始位置驱动中将所述对焦镜头的驱动方向设定为从无限远侧向极近侧移动的方向。
6.根据权利要求1所述的焦点调节装置，其特征在于， 所述扫描控制单元在连拍摄影中重复执行的所述摄像元件的所述摄像动作与读出动作之间执行所述扫描动作，在所述摄像元件的读出动作中执行所述初始位置驱动。
7.一种相机系统，其具有相机主体，该相机主体装配有更换镜头，该更换镜头具有:包含于使来自被摄体的光成像的摄影光学系统中并能够在光轴方向移动的对焦镜头；使所述对焦镜头移动的镜头驱动单元，其特征在于， 所述相机主体具有: 摄像元件，其拍摄通过所述摄影光学系统成像的被摄体像而生成图像信号；以及 控制单元，其指示所述更换镜头进行扫描动作，将所述对焦镜头控制到实现对焦的位置，其中所述扫描动作是通过所述镜头驱动单元使所述对焦镜头移动而执行所述摄像元件的摄像动作，根据所述摄像元件输出的多个所述图像信号检测所述被摄体像的对比度成为峰值的所述对焦镜头的位置， 所述控制单元具有:被摄体速度检测单元，其检测所述被摄体的移动速度；以及 扫描控制单元，其根据所述被摄体速度检测单元检测的所述被摄体的所述移动速度，设定在进行所述扫描动作之前是否执行使所述对焦镜头移动的初始位置驱动并对所述更换镜头进行指示。
8.根据权利要求7所述的相机系统，其特征在于， 在所述被摄体速度检测单元检测的所述被摄体的所述移动速度比规定的阈值小的情况下，所述扫描控制单元设定为执行所述初始位置驱动，在所述被摄体的所述移动速度比所述规定的阈值大的情况下，所述扫描控制单元设定为不执行所述初始位置驱动。
9.根据权利要求8所述的相机系统，其特征在于， 在所述被摄体的所述移动速度比所述规定的阈值小的情况下，所述扫描控制单元设定为在所述初始位置驱动中将所述对焦镜头沿从极近侧朝向无限远侧的方向驱动。
10.根据权利要求8所述的相机系统，其特征在于， 所述扫描控制单元根据所述被摄体的所述移动速度、进行所述扫描驱动时的所述对焦镜头的移动速度、所述摄像动作的帧率，设定是否执行所述初始位置驱动。
11.根据权利要求7所述的相机系统，其特征在于， 在所述被摄体速度检测单元检测的所述被摄体的所述移动速度比规定的阈值大的情况下，所述扫描控制单 元设定为执行所述初始位置驱动，并在所述初始位置驱动中将所述对焦镜头的驱动方向设定为从无限远侧向极近侧移动的方向。
12.根据权利要求7所述的相机系统，其特征在于， 所述扫描控制单元在连拍摄影中重复执行的所述摄像元件的所述摄像动作与读出动作之间执行所述扫描动作，在所述摄像元件的读出动作中执行所述初始位置驱动。
13.一种相机系统的焦点调节方法，该相机系统具备装配有摄影光学系统的相机主体，该摄影光学系统包含能够在光轴方向移动的对焦镜头并使来自被摄体的光成像，该焦点调节方法的特征在于，包含如下步骤: 根据按照时序记录的对于所述被摄体的以往的多个对焦位置，计算所述被摄体的移动速度； 在通过进行所述对焦镜头的固定速度且固定量的扫描驱动而确定对于所述被摄体的对焦位置时，根据所述被摄体的所述移动速度，判别在所述扫描驱动之前是否进行所述对焦镜头的初始位置驱动； 使所述对焦镜头移动至通过所述扫描驱动确定的所述对焦位置；以及 对所述被摄体进行拍摄。
14.根据权利要求13所述的焦点调节方法，其特征在于， 根据通过像面换算得到的所述被摄体的所述移动速度、进行所述扫描驱动时的所述对焦镜头的通过像面换算得到的移动速度、拍摄所述被摄体时的帧率，设定通过所述像面换算得到的所述初始位置驱动的驱动量和驱动方向。
【文档编号】G03B15/00GK104081244SQ201380007132
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年1月18日 优先权日:2012年2月6日
【发明者】菊池哲央, 金田一刚史 申请人:奥林巴斯映像株式会社