JP2005043781A - 自動焦点調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮影状況を反映するパラメータからフォーカスレンズ位置制御動作の反復回数を決定するこで、速やかな合焦点を可能とする自動焦点調整装置を提供する。
【解決手段】 輝度レベル検出回路１６及び高周波成分検出回路１７により、映像信号の輝度レベル及び高周波成分を検出した後、マイクロコンピュータ１８で前記検出結果から高周波成分の最大値位置を複数回跨ぐフォーカスレンズ位置制御動作の反復回数を決定して駆動回路１９によりフォーカスレンズ１０を合焦点位置に移動するようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ビデオカメラ等の自動焦点調節装置に係り、特に、フォーカスレンズを移動して被写体に速やかに合焦させるのに好適な自動焦点調節装置に関するものである。

従来より、「山登り方式」による自動焦点調節装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

これについて説明すると、撮影画像の映像信号に含まれる高域周波数成分は、焦点（ピント）の度合いに対応しており、合焦点において最大値を示す。

「山登り方式」のピント検出動作を行う場合、ビデオカメラのフォーカス制御回路はまずレンズのフォーカス位置を前後に大きく振り、山登りの方向すなわち撮影画像の映像信号に含まれる高域周波数成分の増加する方向を決定する。山登りの方向を決定した後、フォーカス制御回路はフォーカスを山登りの方向に高速で動かし、高域周波数成分曲線の頂点にフォーカス位置を制御する。この頂点が合焦点となる。

合焦点において、フォーカス制御回路はレンズのフォーカス位置を前後に微小に揺動させ、フォーカス位置が高域周波数成分曲線の頂点にあることを確認する。この動作をウォブリングと呼ぶ。ウォブリングにおいてレンズのフォーカス位置が高域周波数成分曲線の頂点に無い場合、フォーカス制御回路は再びフォーカスを山登りの方向に高速で動かし、高域周波数成分曲線の頂点にフォーカス位置を制御する動作を繰り返す。

ウォブリングによりレンズのフォーカス位置が高域周波数成分曲線の頂点に有ることが確認された場合、フォーカス制御回路は待機状態に入りフォーカス位置の制御を停止する。フォーカス制御回路は所定の待機時間の後ウォブリングを再開し、フォーカス位置が高域周波数成分曲線の頂点にあることを再確認する。また、撮影画像の映像信号に含まれる高域周波数成分が変化を生じた場合も同様にウォブリングを再開する。この撮影画像の映像信号に含まれる高域周波数成分の変化は、撮影対象が移動する等の変化が起きた事を意味する。このようにして、フォーカス制御回路はビデオカメラのレンズのフォーカス位置を制御する。
特開平１１−５２２２０号公報

ところで、前記高域周波数成分曲線の傾きの度合いは、映像信号のＳ／Ｎ比、高周波成分を生成するＢＰＦの感度、被写界深度等の撮影環境により決まる。従って、映像信号のＳ／Ｎ比が高い、高周波成分を生成するＢＰＦの感度が高い状況であれば、高周波成分曲線の最大値を跨ぐフォーカスレンズ位置制御動作を多数回行わなくとも確度の高い合焦点位置の決定が可能である。

しかしながら、従来技術ではこの動作反復回数を固定値として設定しているので、どのような撮影環境であるかに関わらず、高周波成分曲線の最大値を跨ぐフォーカスレンズ位置制御動作が固定回数行われ、撮影環境が良好である場合不必要に合焦点位置の決定までに長い時間を要し、ビデオカメラ使用上の品位を損ねるという問題があった。

また、逆に撮影環境が良好ではない場合、固定の動作反復回数では合焦点位置にまで至らず、ビデオカメラ使用上の品位を損ねるという問題があった。

本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、合焦点位置である映像信号の高周波成分の最大値位置を探索するため、映像信号の高周波成分の最大値位置を複数回跨ぐフォーカスレンズ位置制御動作において、撮影状況を反映すると考えられるパラメータから反復回数を決定するこで、撮影状況に応じた最適な自動焦点調整制御が行え、速やかな合焦点を可能とする自動焦点調整装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の１）〜２）記載の手段よりなる。
すなわち、
１）画像光を撮像素子に集光するためにフォーカスレンズ、前記画像光の画角を変化させるためのズームレンズ、及び前記画像光の通過量を制御する絞り機構を有している光学系と、前記撮像素子から出力される前記画像光に対応する電気信号を処理して映像信号を得るための信号処理手段と、前記フォーカスレンズを所定位置に駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、前記駆動信号により前記フォーカスレンズを駆動する駆動部とを有し、前記レンズの前記撮像素子に対するフォーカスレンズ位置を移動することにより、前記画像光の前記撮像素子への焦点調整を山登り方式で行う自動焦点調節装置において、
前記映像信号から輝度信号レベルを検出する輝度信号レベル検出手段と、
前記映像信号から高周波成分を検出する高周波成分検出手段と、
を有し、前記駆動信号生成手段は、前記フォーカスレンズを移動させることにより前記高周波成分の最大値を求め、前記最大値を合焦点位置とする際に、前記輝度信号レベル検出手段により検出した輝度信号レベルに応じて前記高周波成分の最大値位置探索動作を行う前記山登りの回数を決定し、前記駆動部により前記フォーカスレンズを前記高周波成分の最大値で指定される位置に移動することを特徴とする自動焦点調節装置。

２）前記ズームレンズの画角位置を検出するズームレンズ位置検出手段と、
前記絞り機構の絞り値を検出する絞り値検出手段とをさらに有し、前記駆動信号生成手段は、前記ズームレンズ位置検出結果と前記絞り値検出結果を考慮して、前記高周波成分の最大値位置探索動作を行う前記山登りの回数を決定することを特徴とする１）に記載の自動焦点調節装置。

本発明の自動焦点調整装置は、合焦点位置である映像信号の高周波成分の最大値位置を探索するため、映像信号の高周波成分の最大値位置を複数回跨ぐフォーカスレンズ位置制御動作において、撮影状況を反映すると考えられる映像信号の輝度レベル、ズームレンズの位置すなわち画角、または絞り機構の絞り値等のパラメータから反復回数を決定するこで、撮影状況に応じた最適な自動焦点調整制御が行え、合焦点位置の確度を保ちつつ不必要なフォーカスレンズ動作の除去が可能となるので、速やかな合焦点を可能とする自動焦点調整装置を提供できるという効果がある。

本発明の自動焦点調整装置の発明を実施するための最良の形態につき、好ましい実施例により説明する。

図１は、本実施例に適用されるビデオカメラの概略構成図である。同図に示すように、フォーカスレンズ１０、ズームレンズ１１、絞り機構１２、撮像素子１３、ゲインコントロール回路１４、ビデオプロセス回路１５、輝度レベル検出回路１６、高周波成分検出回路１７、マイクロコンピュータ１８、及び駆動回路１９，２０より構成される。

入来映像についてその処理につき順次説明する。フォーカスレンズ１０より入来した撮像映像は、ズームレンズ１１に供給され画角が決められた後、絞り機構１２において入来映像に応じた光量として撮像素子１３に供給される。撮像素子１３で撮像信号に変換した後、ゲインコントロール回路１４にてゲイン調整して周知のビデオプロセス回路１５にて映像信号に整形した後出力される。

マイクロコンピュータ１８は、自動焦点調整を制御するブロックを含み、ズームレンズ１１よりズームレンズ位置情報、絞り機構１２より絞り値、ビデオプロセス回路１５より供給される映像信号に基づき輝度レベル検出回路１６において検出された輝度レベルが、高周波成分検出回路１７において検出された高周波成分が供給される。マイクロコンピュータ１６は、これらの供給された各情報に基き、高周波成分の最大値を跨ぐフォーカスレンズ位置制御動作回数の制御を行い、駆動回路１９によりフォーカスレンズ１０を動作させて合焦点位置にフォーカスレンズ１０を移動するようにする。

図２、図３を用いて、自動焦点調整動作についてさらに詳しく説明する。図２は、自動焦点調整動作のフローチャートの一例を示したものである。

図３は、撮影画像の映像信号に含まれる高域周波数成分曲線とフォーカスレンズの移動との関係を説明するための図である。同図に示すように、撮影画像の映像信号に含まれる高域周波数成分は、焦点（ピント）の度合いに対応しており、合焦点位置において最大値を示す。図中矢印で示すように所定の回数高域周波数成分曲線の頂点を跨ぎ、フォーカスレンズ位置制御動作を行った後、フォーカスレンズを合焦点位置まで移動して自動焦点調整動作を終了する。

図２を用いてマイクロコンピュータ１８の自動焦点調整動作について順次説明する。マイクロコンピュータ１８は、前述の供給されたた各情報に基き、高周波成分の最大値を跨ぐフォーカスレンズ位置制御動作回数の制御を行う。このフローチャート例では、輝度要因によって反復回数が決定される場合を説明するものとする。

焦点調整動作が開始されると、反復回数初期値入力として反復回数１を設定する（Ｓ２１）。次に輝度レベル検出回路１６により供給された情報に基づき、輝度レベルが設定した所定高輝度レベルより高い場合（Ｓ２２Ｙｅｓ）反復回数２を設定する（Ｓ２３）。

輝度レベルが設定した所定高輝度レベルより低い場合（Ｓ２２Ｎｏ）、設定した所定低輝度レベルとの比較（Ｓ２４）を行う。輝度レベルが設定した所定低輝度レベルより低い場合（Ｓ２４Ｙｅｓ）、反復回数３を設定する（Ｓ２５）。高い場合（Ｓ２４Ｎｏ）は、反復回数２を維持する。これらのステップで、フォーカスレンズ位置制御動作回数が決定される。

次に、フォーカスレンズの移動（Ｓ２６）を行う。高周波成分が低下の判定（Ｓ２７）すなわち、高域周波数成分曲線の頂点を通過した検出を行い、高周波成分が低下（Ｓ２７Ｙｅｓ）したことを検出するとフォーカスレンズ移動方向を反転する（Ｓ２８）。高周波成分が低下を検出するまで移動を持続する（Ｓ２７Ｎｏ）。これを、前述のステップで決定したフォーカスレンズ位置制御動作回数反復する（Ｓ２９Ｎｏ）。所定の回数フォーカスレンズ位置制御動作を行った後（Ｓ２９Ｙｅｓ）、合焦点位置を算出（Ｓ３０）して、フォーカスレンズを合焦点位置まで移動（Ｓ３１）して自動焦点調整動作を終了する。

前述のフローチャート例では、輝度要因によって反復回数が決定される場合を説明したが、ズームレンズの位置すなわち画角、または絞り機構の絞り値すなわち被写界深度の情報を用いてもよく、またこれらを組合わせて用いてもよい。

また、ビデオカメラの撮影状況によっては、ビデオプロセス回路１５から得られた映像信号から輝度レベル、高周波成分を検出する際に高域周波数成分曲線の頂点を誤検出することが考えられる。この状況を、図４、図５を用いて説明する。

図４は、映像信号の輝度レベルが低く映像信号のＳ／Ｎ比が低い場合を示した図である。同図に示すように、ノイズ成分の割合が高い場合は、高域周波数成分曲線の頂点を検出する際、信号成分の増減ではなく、ノイズ成分の増減を検出してしまい頂点位置を誤検出する可能性が高くなる。

さらに、図５は高周波成分検出回路の感度が低い場合を示した図である。高周波成分検出回路の感度が低いということは、輝度レベルが高く且つコントラストが低い被写体である場合、あるいはズームレンズが望遠側に振られている場合や絞り値が大きい場合が想定される。このような撮影状況では、同図に示すように高域周波数成分曲線の山の傾きが小さくなる、すなわちフォーカスレンズの単位移動量に対して高周波成分の変化量が小さいということである。従って、ノイズが重畳されてしまった場合、信号成分の増減ではなく、ノイズ成分の増減を検出してしまい頂点位置を誤検出する可能性が高くなる。

ビデオカメラの撮影状況が、このような図４、図５に示した状況の場合、ノイズの影響を低減するため多数回の映像信号の平均をとった平均映像信号を用いて輝度レベル、高周波成分を検出する構成としてもよい。

画像信号に含まれている雑音を除去して高画質化を図るために、従来からこのような雑音軽減回路が使用されて来ていることは周知のとおりである。そして、Ｎ枚の画像の画像信号（Ｎフレームの画像信号）の平均を求めると、フレーム間において画像信号に変化がない場合には画像信号はそのままであるのに、フレーム間で相関のない雑音は電力で１／Ｎ、平均振幅で１／√Ｎとなるということが雑音軽減回路における雑音軽減（雑音低減）の原理であること、１枚のフレームメモリを使用して巡回型の雑音軽減回路が構成できること、ならびに、加減算器だけを使用し、乗算器を使用しないで雑音軽減回路を構成させうることなどは周知のとおりである。

本実施例に適用されるビデオカメラの概略構成図である。 本実施例に適用される自動焦点調整動作のフローチャートの一例を示したものである。 撮影画像の映像信号に含まれる高域周波数成分曲線とフォーカスレンズの移動との関係を説明するための図である。 映像信号の輝度レベルが低く映像信号のＳ／Ｎ比が低い場合における高域周波数成分曲線とフォーカスレンズの移動との関係を説明するための図である。 高周波成分検出回路の感度が低い場合における高域周波数成分曲線とフォーカスレンズの移動との関係を説明するための図である。

符号の説明

１０…フォーカスレンズ
１１…ズームレンズ
１２…絞り機構
１３…撮像素子
１４…ゲインコントロール回路
１５…ビデオプロセス回路
１６…輝度レベル検出回路
１７…高周波成分検出回路
１８…マイクロコンピュータ
１９，２０…駆動回路

Claims (2)

1. 画像光を撮像素子に集光するためにフォーカスレンズ、前記画像光の画角を変化させるためのズームレンズ、及び前記画像光の通過量を制御する絞り機構を有している光学系と、前記撮像素子から出力される前記画像光に対応する電気信号を処理して映像信号を得るための信号処理手段と、前記フォーカスレンズを所定位置に駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、前記駆動信号により前記フォーカスレンズを駆動する駆動部とを有し、前記レンズの前記撮像素子に対するフォーカスレンズ位置を移動することにより、前記画像光の前記撮像素子への焦点調整を山登り方式で行う自動焦点調節装置において、
   前記映像信号から輝度信号レベルを検出する輝度信号レベル検出手段と、
   前記映像信号から高周波成分を検出する高周波成分検出手段と、
   を有し、前記駆動信号生成手段は、前記フォーカスレンズを移動させることにより前記高周波成分の最大値を求め、前記最大値を合焦点位置とする際に、前記輝度信号レベル検出手段により検出した輝度信号レベルに応じて前記高周波成分の最大値位置探索動作を行う前記山登りの回数を決定し、前記駆動部により前記フォーカスレンズを前記高周波成分の最大値で指定される位置に移動することを特徴とする自動焦点調節装置。
2. 前記ズームレンズの画角位置を検出するズームレンズ位置検出手段と、
   前記絞り機構の絞り値を検出する絞り値検出手段とをさらに有し、前記駆動信号生成手段は、前記ズームレンズ位置検出結果と前記絞り値検出結果を考慮して、前記高周波成分の最大値位置探索動作を行う前記山登りの回数を決定することを特徴とする請求項１に記載の自動焦点調節装置。
   
   

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