JP2592985B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ビデオカメラ、電子スチルカメラ等の映像
機器に用いて好適な撮像装置に関するものである。

（従来の技術） 近年、ビデオカメラ、電子カメラ等を始めとする映像
機器の発展は目覚ましく、特にその機能及び操作性の向
上のため、自動焦点調節装置（AF）等の機能が標準的に
装備されるに至つている。

ところで、自動焦点調節装置を見ると、撮像素子等に
より被写体像を光電変換して得られた映像信号中より画
面の鮮鋭度を検出し、それが最大となるようにフオーカ
シングレンズ位置を制御して焦点調節を行うようにした
方式が主流となりつつある。

前記鮮鋭度の評価としては、一般に、バンドパスフイ
ルタ（BPF）により抽出された映像信号の高周波成分の
強度、あるいは微分回路などにより抽出された映像信号
のボケ幅（被写体像のエツジ部分の幅）検出強度等を用
いる。

これは、通常の被写体像を撮影した場合、焦点がぼけ
ている状態では高周波成分のレベルは小さくボケ幅はぼ
けて広くなり、焦点が合ってくるにしたがって高周波成
分のレベルは大きくボケ幅は小さくなり、完全に合焦点
に達した状態でそれぞれ最大値、最小値をとる。したが
つて、フオーカシングレンズの制御は、前記鮮鋭度が低
い場合は、これが高くなる方向に可能な限り高速で駆動
し、鮮鋭度が高くなるにつれて減速し、精度良く鮮鋭度
の山の頂上で停止させるように制御される。このような
方式を一般に山登りオートフオーカス方式（山登りAF）
と称している。

このような自動焦点調節装置が採用されたことによ
り、従来、特に動画を撮影するビデオカメラ等では、そ
の操作性が飛躍的に向上し、近年では必須の機能となつ
ている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述したような山登りAF方式の自動焦
点調節装置によれば、たとえばレンズキヤツプを装着し
たまま電源を投入した場合や、低照度の中で撮影を行な
うような場合、画像の鮮鋭度信号が全体的に低下し、合
焦点を検出することが困難となつてくる。

このため、フオーカスモータを精度よく合焦点に停止
することができなくなり、所謂ハンチングを生じてしま
う問題があつた。

これは、撮影者にとつて極めて不快であるだけでな
く、消費電力、モータ駆動騒音の増大、フオーカシング
駆動系の耐久性の低下等の弊害をもたらしているもので
あつた。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上述した問題点を解決するためになされたも
ので、その特徴とするところは、撮像信号中より合焦度
に応じた信号を抽出して焦点調節を行う焦点調節手段
と、前記撮像信号中より撮像画面内の色情報および輝度
情報を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出
された前記色情報及び輝度情報の信号レベルをそれぞれ
所定のしきい値と比較するとともに、前記色情報及び輝
度情報の信号レベルがそれぞれ前記所定のしきい値以下
であるとき、前記焦点検出手段の動作を停止あるいは低
速動作に切換制御する制御手段とを備えた撮像装置にあ
る。

（作用） これによつて、たとえばレンズキヤツプをつけたまま
電源を投入したり、自動焦点調節動作を解除する前にレ
ンズキヤツプを装着した時、また極めて低照度での撮影
を行なう場合にも、撮像画面の状況を判別して焦点検出
手段を制御することにより、合焦不可能な状態における
有害なハンチング等を減少し、誤動作のない最適の自動
焦点調節動作及び快適な撮影が可能となる。

（実施例） 以下本発明における自動合焦装置を各図を参照しなが
らその一実施例について詳述する。

第１図は本発明のレンズ制御装置をビデオカメラに実
施した場合を示すブロツク図である。

同図において、１は撮影レンズ系を示すもので、焦点
調節を行なうための前玉によるフオーカシングレンズ群
1A,ズーム動作とともにワイドマクロ領域において焦点
調節を行なうズームレンズ群1B,補正系のレンズ群1Cを
それぞれ備えている（以下それぞれフオーカシングレン
ズ、ズームレンズ、補正レンズと称す）。

またフオーカシングレンズ1Aは、フオーカスモータ駆
動回路９及びフオーカスモータ10を介して駆動制御され
る。またズームレンズ1Bはズームモータ駆動回路11及び
ズームモータ12を介して駆動制御される。２は入射光量
を制御する絞り（アイリス）で、アイリス駆動回路７及
び絞り駆動用のigメータ８を介して駆動制御される。３
はフオーカシングレンズ1Aによつて撮像面に結像された
被写体像を光電変換して撮像信号に変換するたとえばCC
D等の撮像素子、４は撮像素子３より出力された撮像信
号を所定のレベルに増幅するプリアンプ、５はプリアン
プ４より出力された映像信号にガンマ補正，ブランキン
グ処理，同期信号の付加等の所定の処理を施して規格化
された標準テレビジヨン信号に変換し、ビデオ出力端子
より出力するプロセス回路である。プロセス回路５より
出力されたテレビジヨン信号は図示しないビデオレコー
ダ、あるいは電子ビユーファインダ等へと供給される。

また６はプリアンプ４より出力された映像信号を入力
し、該映像信号のレベルが所定のレベルに一定となるよ
うに絞り２の開口量を制御すべくアイリス駆動回路７を
介してigメータ８を自動制御するアイリス制御回路であ
る。

13は同じくプリアンプ４より出力された映像信号中よ
り合焦検出を行なうために必要な高周波成分を抽出する
バンドパスフィルタ（BPF）、14は映像信号中より被写
体像のボケ幅（被写体像のエツジ部分の幅）を検出回路
で、合焦状態に近付くほど被写体のボケ幅が小さくなる
性質を利用して合焦検出を行なうものである。このボケ
幅検出回路による合焦検出方法自体は、たとえば特開昭
62−103616号等によつて公知となつているため、その詳
細な説明は省略する。

15はバンドパスフイルタ13、ボケ幅検出回路14の出力
にゲートをかけ、撮像画面上の指令領域内に相当する信
号のみを通過させるゲート回路で、後述する論理制御回
路21により供給されるゲートパルスに従い、１フイール
ド分のビデオ信号中の指定領域に相当する信号のみを通
過させ、これによつて、撮像画面内の任意の位置に高周
波成分を抽出する通過領域すなわち合焦検出を行なう合
焦検出領域の設定を行なうことができる。16はゲート回
路15によつて抽出された合焦検出領域内に相当する映像
信号中より高周波成分のピーク値、ボケ幅情報のピーク
値（ボケ幅の最小値）、さらに高周波成分ピーク値の得
られた撮像画面内における水平、垂直方向の位置を検出
するピーク検出回路である。このピーク検出回路は、１
フイールド期間において検出されたピーク位置及び、そ
のピーク値が合焦検出領域を水平、垂直方向に所定個数
のブロツクに分割したどのブロツクに位置するかを検出
し、その水平、垂直座標を出力するものである。

また17はズーム操作,AFモード切換，ワイドマクロAF
のON,OFF,高速シヤツタの設定等、ビデオカメラの動作
に関する各種制御操作を行なう複数のスイツチからなる
操作部である。

また18はフオーカシングレンズ1Aの移動位置を検出す
るフオーカスエンコーダ、19はズームレンズ1Bによつて
可変される焦点距離情報を検出するズームエンコーダ、
20は絞り２の開口量を検出するアイリスエンコーダであ
る。これらの検出情報は論理制御回路21へと供給され
る。

22はプロセス回路において処理される撮像信号中より
色情報信号（色差信号Ｒ−Y,B−Ｙ）を抽出して画面内
の彩度を検出し論理制御回路21に出力する色情報検出回
路、23は同じく撮像信号中より抽出された輝度情報信号
（輝度信号Ｙ）より画面内の明るさを検出し論理制御回
路21へと出力する輝度情報検出回路である。

21はシステム全体を統括して制御する論理制御回路
で、たとえばマイクロコンピユータによつて構成され、
その内部には図示しない入出力ポート,A/D変換器，リー
ドオンリメモリ（ROM），ランダムアクセスメモリ（RA
M）を備えている。この論理制御回路は、ピーク位置検
出回路16より出力されたバンドパスフイルタ13の出力に
基づく高周波成分の１フイールド期間内におけるピーク
値及びそのピーク位置座標、ボケ幅検出回路14の出力に
基づくボケ幅情報、さらに各エンコーダからの検出情報
を取り込んで所定のアルゴリズムにしたがつて演算し、
これらの時系列的な変化から、合焦検出領域の撮像画面
上における位置、大きさ、移動方向、移動応答速度の設
定すなわち被写体追尾を行なうとともに、合焦点の得ら
れるフオーカシングレンズの移動方向及び移動速度等を
演算するものである。

すなわち、バンドパスフイルタ13の出力に基づく高周
波成分の１フイールド期間内におけるピーク値及びその
ピーク位置座標にもとづいて、各フイールドごとに被写
体の移動を検出し、その変化したピーク位置すなわち被
写体位置を中心とする位置に合焦検出領域を設定すべく
ゲート回路15にゲートパルスを供給してこれを開閉制御
し、映像信号の合焦検出領域内に相当する部分の映像信
号のみを通過させる。

また論理制御回路21は、上述のようにして設定された
合焦検出領域内に相当する映像信号に基いて、被写体に
対する合焦検出を行い、焦点調節を行う。すなわちボケ
幅検出回路14より供給されたボケ幅情報とバンドパスフ
ィルタ13より供給された高周波成分のピーク値（あるい
は積分値）情報を取り込み、これらの時系列的な変化に
より、１フイールド期間における最小ボケ幅値が最小
に、高周波成分のピーク値が最大となる位置へ、すなわ
ち合焦度が常に最大となるように、前玉フオーカシング
レンズ1Aを駆動すべくフオーカス駆動回路９にフオーカ
シングモータ10の回転方向、回転速度、回転／停止等の
制御信号を供給し、これを制御する。

尚、この際、論理制御回路21は、フオーカスエンコー
ダ18,ズームエンコーダ19,絞りエンコーダ20の検出値を
取り込んで、被写界深度、フオーカシングレンズの位置
等を参照し、それらの示す撮影状態に適応した制御を行
なう。

また、このとき論理制御回路21は、合焦度に応じて、
また絞りエンコーダ20、ズームエンコーダ19によつて検
出された絞り値及び焦点距離から演算した被写界深度に
応じて、合焦検出領域の大きさ、移動範囲、移動応答速
度の制御も同時に行なう。

このようにして、動きのある被写体像を追尾尾しなが
ら焦点を合わせ続けることができる。

なお、本発明において合焦検出にボケ幅検出回路14よ
り出力されたボケ幅信号と、バンドパスフイルタ13より
出力された高周波成分のピーク値を用いるのは、以下の
理由による。

すなわちボケ幅は合焦点に近付くほど小さい値となつ
て合焦点で最小となり、被写体のコントラストの影響を
受けにくいため高い合焦検出精度を得ることができる特
長を有する反面、ダイナミツクレンジが狭く、合焦点を
大きく外れると十分な検出精度を得ることができない。

これに対して、高周波成分は、ダイナミツクレンジが
広く、合焦点を大きく外れても合焦度に応じた出力を得
ることができる反面、コントラストの影響を大きく受け
る性質があり、ボケ幅情報ほどの合焦精度を得ることが
できない。

したがつて、これらを組み合わせることにより、ダイ
ナミツクレンジが広く、且つ合焦点近傍で高い検出精度
の得られる合焦検出方式を実現することができるわけで
ある。

本実施例では、全体として高周波成分のレベルに基づ
いて山登りAFを行ない、合焦点近傍における合焦判定、
あるいは再起動等の判定にボケ幅情報を用いている。

また、論理制御回路21は、以下に説明するように、撮
像画面の色情報及び輝度情報にもとづいて合焦動作の可
否判定を行なう。

次に本発明の撮像装置における論理制御回路21による
焦点制御動作を第２図に示すフローチヤートを参照しな
がら順を追って説明する。

同図において、制御フローをスタートすると、まずス
テツプ200において、色情報検出回路22,輝度情報検出回
路23よりそれぞれ検出された撮像画面内の彩度のピーク
値，輝度のピーク値を検出し、以後の合焦動作制御の可
否判定を行なう。このルーチンは本発明の主要部をなす
ものである。詳細な動作については後述する。

ステツプ200で合焦可能と判定された場合は、ステツ
プ202へと進み、第１図におけるバンドパスフイルタ13
より供給された映像信号中の高周波成分のアナログ値を
A/D変換し、毎フイールドごとに論理制御回路21に取り
込む。またステツプ204へと進み、同じくボケ幅検出回
路14より供給される被写体のエツジ部分のボケ幅のアナ
ログ値をA/D変換し、毎フイールドごとに論理制御回路2
1へと取り込む。

ステツプ206は、ステツプ202において検出した高周波
成分抽出値のレベルからフオーカスモータの駆動速度を
決定するルーチンであり、その値が所定のしきい値TH1
より小さいときは、ステツプ210へと進んでフオーカス
モータの速度を最大にし、大きいときは次のステツプ20
8のボケ幅検出値によるフオーカスモータ駆動速度決定
ルーチンに制御を移行する。

ステツプ208では、ステツプ204で検出したボケ幅検出
信号（ボケ幅は合焦点に近付くほど小さくなるが、実際
用いられるデータ信号は、高周波成分のレベル変化に対
応させ、ボケ幅の逆数を用い、合焦点で最大となるよう
なデータに変換して用いている。）のレベルが、しきい
値TH2より小さい場合には、ステツプ212へと進み、フオ
ーカシングレンズ駆動用モータの駆動速度を中速にし、
それ以外すなわち、ボケ幅検出信号のレベルがしきい値
TH2以上となつたときには、合焦点に極めて近接した位
置と判断し、ステツプ214へと進んでフオーカスモータ
の駆動速度を最小とする。

以上ステツプ206〜ステツプ214のフオーカスモータ駆
動速度決定ルーチンでフオーカスモータ速度の絶対値を
設定した後は、ステツプ216へと進み、高周波成分検出
値とボケ幅検出値の時系列変化により、フオーカシング
レンズ駆動用モータの方向を決定する。すなわちそれら
の時系列変化が、増加しているときは、フオーカシング
レンズは合焦点に向かう方向に進んでいると判断し、フ
オーカスモータの駆動方向を現状のままに設定し、時系
列変化が減少しているときは、合焦点から遠ざかつてい
ると判断し、フオーカスモータの駆動方向を逆転させ
る。

そしてステツプ218において、ステツプ206〜ステツプ
214で設定した速度とステツプ216で設定した駆動方向に
基づいて実際にフオーカスモータを駆動し、フオーカシ
ングレンズを移動する。

ステツプ220は、高周波成分検出値と、ボケ幅検出値
の変化の度合いにより合焦か否かを判定するルーチンで
あり、それらの変化の度合が小さくなり、いわゆる山登
り動作において山の頂上に到達して合焦したと判断した
場合には、ステツプ222へと進んでフオーカスモータを
停止する処理を行なう。また高周波成分検出値と、ボケ
幅検出値の時系列変化が続き合焦点に到達していないと
判定された場合には、再び制御をステツプ200へと戻
し、上述の処理を繰り返し行なう。

ステツプ222でフオーカスモータを停止した後は、ス
テツプ224の再起動判定ルーチンへと進む。ステツプ224
は合焦してフオーカスモータが停止した沿、合焦状態が
続いているか、あるいは被写体が移動するなどして合焦
状態からはずれているかを、ボケ幅検出値のレベルの減
少状態によつて判断し、合焦状態でなくなつた場合に
は、フオーカスモータを再起動させるために制御を再び
ステツプ200へと戻す。

またステツプ224の再起動ルーチンが、合焦状態が保
たれており、再起動の必要がないと判断されたときに
は、ステツプ226へと進んで再起動判断を行なうための
基礎データとして、再起動がかかるまで繰り返しボケ幅
検出値を読み込むルーチンである。

本願における自動合焦動作の基本的な制御の流れは、
以上のようになつており、次に本願の主要部をなすステ
ツプ200の処理について第３図のフローチヤートを用い
て説明する。

ステツプ200は、前述したように、色情報検出回路22,
輝度情報検出回路23よりそれぞれ検出された撮像画面内
の彩度のピーク値，輝度のピーク値を検出して以後の合
焦動作制御の可否判定を行なうルーチンである。

第３図において、制御をスタートすると、まずステツ
プ300で画面内の所定の領域内の彩度のピーク値、すな
わちプロセス回路５より出力される色差信号Ｒ−Y,B−
Ｙそれぞれの振幅の最大値C_RMAX,C_BMAXを検出する。

また、ステツプ302では、彩度すなわち色差信号を検
出した撮像画面上の領域と同じ領域における輝度信号の
最大値Y_MAXを検出する。

ステツプ304で、前記C_RMAX,C_BMAXをそれぞれ所定のし
きい値TH3と比較し、これらがとみに前記しきい値TH3よ
り低いと判定された場合には、ステツプ306の輝度信号
レベルのピーク値判定ルーチンへと移行する。また前記
C_RMAX,C_BMAXのレベルの少なくとも一方が所定のしきい
値TH3以上であつた場合には合焦動作可能と判定し、第
２図のステツプ202移行の合焦制御ルーチンへと移行す
る。

ステツプ304でC_RMAX,C_BMAXがそれぞれ所定のしきい値
TH3より低いと判定されてステツプ306へと進んだ場合、
ステツプ306では、さらに輝度信号レベルのピークY_MAX
をしきい値TH4と比較する。

そしてY_MAXがしきい値TH4より低いと判定された場合
は、合焦不可能と判定し、ステツプ308へと進み、フオ
ーカスモータを停止してフオーカシングレンズを駆動せ
ず、ステツプ300へと復帰し、上述の判定動作を繰り返
し行なう。

またステツプ306において、Y_MAXがしきい値TH4以上で
あつた場合には、合焦動作可能と判定し、第２図のステ
ツプ202以降の合焦制御ルーチンへと移行する。

このように、色差信号及び輝度信号それぞれのレベル
のピーク値を所定のしきい値と比較することにより、合
焦動作が可能であるか否かを判定しているので、合焦動
作自体不可能な撮影状態においてフオーカシングレンズ
が無駄な、予期しない誤動作をしたり、電力を無駄に消
費したり、ノイズを発生する等の不都合を未然に防止す
ることができる。

ここで、彩度（色差信号）、輝度信号ピーク値がとも
に、一定値以下の場合に合焦不可能と判定している理由
について説明する。

一般に、撮像画面における被写体像によつては、単に
色の彩度の小さい場合や、画面が暗い場合だけの状態で
は、完全にAF動作が不要、あるいは不可能と判断するこ
とはできない。

すなわち、通常合焦検出動作に用いている輝度レベル
だけで合焦可否判定を行なうと、被写体が存在するにも
かかわらず低輝度の場合にフオーカシングレンズが停止
してしまう危険がある。このため、フオーカシングレン
ズを停止するためのしきい値を下げてフオーカシングレ
ンズを停止しずらくすれば、ハンチングを生じやすくな
り、不安定になる。

そこで、本発明においては、色情報を合焦可否判定に
併用し、色情報が得られるときには被写体が存在すると
して、合焦動作を行ない、輝度れべるも色情報もないよ
うな被写体の検出自体不可能な場合に、フオーカシング
レンズを停止するように構成したものである。

たとえば、合焦動作が不可能な代表的な例としては、
レンズキヤツプを装着した状態であり、このような状態
で合焦検出動作を行なえば、合焦点を検出できないまま
フオーカシングレンズが移動を続け、ハンチングを生じ
たり、予期しない誤動作を生じ、操作感覚が悪く、逆に
大ボケ状態になつてしまう危険があり、さらに無駄な電
力消費、ノイズ等の原因となる。

本願によれば、色差信号と輝度信号の両方の情報を検
出し、これらのレベルの両方を一度に判別することによ
り、完全にAF動作が不可能あるいは不要な場合を確実に
識別し、合焦不可能な場合にはフオーカシングレンズを
駆動を禁止して上述の問題点を未然に防止し得るもので
ある。

また低照度の被写体等についても、色情報によつて被
写体が判別できる場合にはAF動作を行なうようにしたの
で、被写体が存在するにもかかわらず低輝度であるため
に合焦動作ができなくなる不都合を回避することができ
る。

このように、本願によれば、色情報、輝度情報を有効
に用いて、合焦動作の可否を判断することにより、レン
ズキヤツプ装着時など、AF動作が不要な場合を確実に判
別し、ハンチング等の有害な誤動作を提言することがで
きる。

なお、上述の実施例によれば、合焦不可能と判定され
た場合、フオーカスモータを停止させていたが、何もこ
れに限定されるものではなく、たとえば第４図のフロー
チヤートに示すように、フオーカスモータの速度を低さ
せてもよい。

この場合、第３図のフローチヤートにおけるステツプ
308を、ステツプ408に示すように変更し、このルーチン
でフオーカスモータを停止せずに減速する処理を行な
う。他の処理については第３図のフローチヤートと同じ
であるため、同一の符号を用いてその説明を省略する。

また、第５図のフローチヤートに示すように、合焦不
可能と判定された場合、電子ビユーフアインダ内に警告
表示を出したり、合焦検出領域の枠を点滅させたり、合
焦検出領域の枠を消すなどして、操作者に合焦不可能と
いう状態を認識させるようにすることもできる。

この場合も、第３図のフローチヤートにおけるステツ
プ308を第５図に示すように警告表示を行なうステツプ5
08のように変更する。

なおこの場合第３図，第４図の実施例のようにフオー
カシングレンズを停止する処理，フオーカシングレンズ
を減速する処理と併用してよいことは言うまでもない。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明における撮像装置によれ
ば、撮像画面内の色情報および輝度情報を検出して撮像
画面の状況を判別し、その判別結果に応じて合焦動作の
可否を判定するようにしたので、たとえばレンズキヤツ
プをつけたまま電源を投入したり、自動焦点調節動作を
解除する前にレンズキヤツプを装着した時、また極めて
低照度での撮影を行なう場合にも、撮像画面の状況を判
別して焦点検出手段を制御することにより、有害なハン
チング等を減少し、誤動作のない最適の自動焦点調節動
作及び快適な撮影が可能となり、結果として最適速度制
御を行なうことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における撮像装置をビデオカメラに適用
した場合の構成を示すブロツク図、 第２図は本発明における撮像装置による制御動作を説明
するためのフローチヤート、 第３図は本発明における撮像装置における撮影状態判別
手段の制御動作を説明するためのフローチヤート、 第４図は本発明における撮像装置の制御動作の他の実施
例を示すフローチヤート、 第５図は本発明における撮像装置の制御動作の他の実施
例を示すフローチヤートである。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮像信号中より合焦度に応じた信号を抽出
   して焦点調節を行う焦点調節手段と、 前記撮像信号中より撮像画面内の色情報および輝度情報
   を検出する検出手段と、 前記検出手段によって検出された前記色情報及び輝度情
   報の信号レベルをそれぞれ所定のしきい値と比較すると
   ともに、前記色情報及び輝度情報の信号レベルがそれぞ
   れ前記所定のしきい値以下であるとき、前記焦点検出手
   段の動作を停止あるいは低速動作に切換制御する制御手
   段と、 を備えたことを特徴とする撮像装置。