JP2834784B2

JP2834784B2 - オートフォーカスカメラ

Info

Publication number: JP2834784B2
Application number: JP1244298A
Authority: JP
Inventors: 治彦村田
Original assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Current assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Priority date: 1989-09-20
Filing date: 1989-09-20
Publication date: 1998-12-14
Anticipated expiration: 2013-12-14
Also published as: JPH03106273A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明は、撮像素子から得られる撮像映像信号中の輝
度信号を基に、焦点の自動整合を行うカメラのオートフ
ォーカス装置に関する。

（ロ）従来の技術カメラのオートフォーカス装置において撮像素子から
の映像信号自体を焦点制御の評価に用いる方法は、本質
的にパララックスが存在せず、また被写界深度が浅い場
合や遠方の被写体に対しても、精度良く焦点を合わせら
れる等の優れた点が多い。しかも、オートフォーカス用
の特別なセンサも不要で、機構的にも極めて簡単であ
る。

従来、このオートフォーカスの方法の一例が、“NHK
技術報告"S40、第17巻第１号、通巻86号21ページに石田
他著「山登りサーボ方式によるビデオカメラの自動焦点
調節」として述べられており、いわゆる山登りサーボ制
御として知られている。この山登りサーボ制御は常に映
像信号の高域成分の量が最大になるようにレンズを光軸
方向に進退させる方式である。

特開昭63−125910号公報（G02B7/11）には、前述の所
謂山登りオートフォーカス方式の一例が開示されてい
る。ここで、この従来技術について、第２図及び第３図
を用いてその骨子を説明する。第２図は従来は従来技術
の全体の回路ブロック図であり、この図において、レン
ズ（１）によって結像した画像は、固体撮像素子を含む
撮像回路（４）によって映像信号となり、焦点評価値検
出手段となる焦点評価値発生回路（５）に入力される。
焦点評価値発生回路（５）は第３図に示すように構成さ
れる。映像信号より同期分離回路（5a）によって分離さ
れた垂直同期信号（VD）、水平同期信号（HD）はフォー
カスエリアとしてのサンプリングエリアを設定するため
のゲート制御回路（5b）に入力される。ゲート制御回路
（5b）では垂直同期信号（VD）、水平同期信号（HD）及
び撮像素子を駆動する固定の発振器出力に基づいて、画
面中央部分に長方形のサンプリングエリアを設定し、こ
のサンプリングエリアの範囲のみの輝度信号の通過を許
容するゲート開閉信号をゲート回路（5c）に供給する。

ゲート回路（5c）によって取り出されたフォーカスエ
リアの範囲内に対応する輝度信号のみが、高域通過フィ
ルター（H.P.F）（5d）を通過して高域成分のみが分離
され、次段の検波回路（5e）で振幅検波される。この検
波出力はA/D変換回路（5f）に所定のサンプリング周波
数でディジタル値に変換されて、順次積算器（5g）に入
力される。

この積算器（5g）は、具体的にはA/D変換データと後
段のラッチ回路のラッチデータとを加算する加算器と、
この加算値をラッチし、１フィールド毎にリセットされ
るラッチ回路から成る所謂ディジタル積分器であり、こ
のリセット直前のラッチデータ、即ち１フィールド期間
についての全A/D変換データの和が焦点評価値として出
力される。従って、焦点評価値発生回路はフォーカスエ
リア内での輝度信号を時分割的に抜き取り、更にこの高
域成分を１フィールド期間にわたってディジタル積分
し、この積分値を現フィールドの焦点評価値として出力
することになる。オートフォーカス動作開始直後に、最
初の焦点評価値は最大値メモリ（６）と初期値メモリ
（７）に保持される。その後、フォーカス制御手段とな
るフォーカスモータ制御回路（10）はフォーカスリング
（２）を介してレンズ（１）を撮像素子に直交する光軸
方向に進退させる相対位置変更手段となるフォーカスモ
ータ（３）を予め決められた方向に回転させ第２比較器
（９）出力を監視する。第２比較器（９）は、フォーカ
スモータ駆動後の焦点評価値と初期値メモリ（７）に保
持されている初期評価値を比較しその大小を出力する。

フォーカスモータ制御回路（10）は、第２比較器
（９）が大または小という出力を発するまで最初の方向
にフォーカスモータ（３）を回転せしめ、現在の焦点評
価値が初期の評価値よりも、予め設定された所定幅を越
えて大であるという出力がなされた場合には、そのまま
の回転方向を保持し、現在の評価値が初期評価値に比べ
て、上記所定幅を越えて小であるという出力がなされた
場合にはフォーカスモータ（３）の回転方向を逆にし
て、第１比較器（８）の出力を監視する。

第１比較器（８）は最大値メモリ（６）に保持されて
いる今までの最大の焦点評価値と現在の焦点評価値を比
較し、現在の焦点評価値が最大値メモリ（６）の内容に
比べて大きい（第１モード）、予め設定した第１の閾値
以上に減少した（第２モード）の２通りの比較信号（P
1）（P2）を出力する。ここで最大値メモリ（６）は、
第１比較器（８）の出力に基づいて、現在の焦点評価値
が最大値メモリ（６）の内容よりも大きい場合にはその
値が更新され、常に現在までの焦点評価値の最大値が保
持される。

（13）はレンズ（１）を支持するフォーカスリング
（２）の位置を指示するフォーカスリング位置信号を受
けて、フォーカスリング位置を記憶する位置メモリであ
り、最大値メモリ（６）と同様に第１比較器（８）の出
力に基づいて、最大評価値となった場合のフォーカスリ
ング位置を常時保持するように更新される。ここで、フ
ォーカスリング（２）はフォーカスモータ（３）により
回転し、この回転に応じてレンズ（１）が光軸方向に進
退することは周知の技術である。

尚、フォーカスリング位置信号はフォーカスリング位
置を検出するポテンショメータにて出力されるが、フォ
ーカスモータ（３）をステッピングモータとし、このモ
ータの近点及び∞点方向への回転量を正及び負のステッ
プ量とし、フォーカスリングあるいはフォーカスモータ
の位置をこのステップ量にて表現することも可能であ
る。

フォーカスモータ制御回路（10）は、第２比較器
（９）出力に基づいて決定された方向にフォーカスモー
タ（３）を回転させながら、第１比較器（８）出力を監
視し、評価値の雑音による誤動作を防止するために、第
１比較器（８）出力にて現在の評価値が最大評価値に比
して上記予め設定された第１の閾値（Δｙ）より小さい
という第２モードが指示される（第４図のＱに達する）
と同時にフォーカスモータ（３）は逆転される。この逆
転後、位置メモリ（13）の内容と、現在のフォーカスリ
ング位置信号とが第３比較器（14）にて比較され、一致
したとき、即ちフォーカスリング（２）が焦点評価値が
最大となる位置（Ｐ）に戻ったときにフォーカスモータ
（３）を停止させるようにフォーカスモータ制御回路
（10）は機能する。同時にフォーカスモータ制御回路
（10）はレンズ停止信号（LS）を出力して合焦動作を完
了する。尚、上述の一連の合焦動作をマイクロコンピュ
ータにてソフトウェア的に処理する場合のフローチャー
トは第５図（ａ）の通りである。この合焦動作完了後に
被写体が移動すると、第４図の一点鎖線の如く焦点評価
値も変化して、そのピークをとるレンズ位置も変化し、
再び合焦動作を再開してフォーカスモータを再起動する
必要が生じる。そこで、レンズ停止信号（LS）が発生せ
られると、第４メモリ（11）にてこの時点での焦点評価
値を記憶し、この値とそれ以後の焦点評価値を第４比較
器（12）にて比較し、両者の差が予め設定された第２の
閾値（Ｍ）を越えた時に、被写体が移動したとして再び
合焦動作が再開される様に構成されている。尚、この再
起動についてのフローチャートは、第５図（ｂ）の通り
である。

前記従来技術において、合焦動作の再開の目安となる
第２の閾値（Ｍ）を固定値とすると、被写体が有する高
域成分に応じて再起動のタイミングに大きな差が生じる
ことになる。即ち、高域成分を多く含むことになる、縦
縞の白黒のストライプの模様の高コントラストの被写体
の焦点評価値の山はピークが高い急峻な山となる（第６
図（ｂ））が、白い壁の様に高域成分が生じにくい低コ
ントラストの被写体ではピークの低い緩やかな山（第６
図（ａ））となる。従って、第２の閾値（Ｍ）が固定値
であれば、前者については被写体が僅かに変位するだけ
で、焦点評価値に大きな変動が生じるため直ちに合焦動
作が再開されるが、後者については被写体がかなり大き
く変位しても、焦点評価値に大きな変動が生じず、かな
りピンボケ状態にならなければ合焦動作が再開されない
ことになる。

そこで、再起動時の判断の目安となる第２の閾値を、
レンズ停止信号（LS）が発せられた時点での焦点評価値
（F₀）に比例した値に設定することにより、上述の問題
を解決することができる。例えば、Ｍ＝F₀×0.05＋f₀ …（１）に設定することにより、第６図（ｂ）の時には第２の
閾値（Ｍ）が大きく、（ａ）の時には第２の閾値が小さ
くできて、いずれの場合にも被写体が一定量だけ変位し
た時に合焦動作が再開されることになる。

（ハ）発明が解決しようとする課題ビデオカメラは一般に各種の雑音を有しているが、固
体撮像素子を用いたビデオカメラ特有の雑音として固定
パターン雑音（FPN）がある。固定パターン雑音は固体
撮像素子の製造過程中の種々の要因による不均一性の結
果として発生し、画素欠陥や感度むら、暗電流むら等と
なって現れる。画素欠陥を有する固体撮像素子は不良品
とされるのでビデオカメラに使用されることはないが、
感度むらによる固定パターン雑音は固体撮像素子を用い
たビデオカメラでは避けることができない。ビデオカメ
ラでは一般の撮影時には固定パターン雑音はほとんど検
知することはできないが、低照度時のように信号系の利
得が増加している場合には固定パターン雑音はその利得
に比例して増加し、雑音として検知できるようになる。

固定パターン雑音は固体撮像素子の画素毎の感度むら
であり、その雑音による高域周波数成分の量は各フィー
ルドとも一定である。そのため通常撮影時には第６図
（ａ）（ｂ）のように焦点評価値が変化していたもの
が、低照度時には映像信号の利得の増加により固定パタ
ーン雑音成分が増加し、第７図（ａ）（ｂ）のように焦
点評価値が変化するようになる。従って、元来、ピーク
が低く緩やかな山を有する被写体を低照度下にて撮影す
ると、焦点評価値は上側にシフトされ、焦点評価値自体
は高いが傾斜は緩やかなまま維持される。そこで、式
（１）にて第２の閾値の設定が為されると、第７図
（ａ）（ｂ）の如く、第２の閾値（Ｍ）は大きく設定さ
れることになる。ところが山の傾斜自体は変化しないた
め、結果的に同一被写体を同一距離にて撮影しても低照
度時にはFPNの影響により被写体の移動確認に時間を要
することになり、被写体が大きく移動してかなりピンボ
ケ状態に達しなければ再起動がかからないことになる。

尚、第７図（ａ）（ｂ）の斜線部分は、固定パターン
雑音による固定のノイズ成分のためのオフセット分であ
る。また、第２図の回路ブロック図では省略されている
が、撮像回路（４）の後段には、通常はAGC回路が挿入
されており、低照度時の様に撮像映像信号レベルが小さ
い時には、利得が大きくなりレベルを大きくする様に機
能している。

（ニ）課題を解決するための手段本発明は、撮像素子から得られる撮像映像信号が基準
レベルとなる様に利得を制御して増幅する自動利得制御
手段と、該自動利得制御手段からの撮像映像信号中の輝
度信号の高域成分の所定期間にわたる積分値を焦点評価
値として出力する焦点評価値検出手段と、レンズの前記
撮像素子に対する相対位置を変更させる相対位置変更手
段と、前記焦点評価値がピーク値をとる合焦位置に相対
位置が達した時に、前記相対位置変更手段を停止させる
フォーカス制御手段と、前記焦点評価値検出手段の焦点
評価値から前記自動利得制御手段の利得に比例した値を
減算した値より閾値を設定する閾値設定手段と、前記相
対位置変更手段の停止後の焦点評価値の変動を監視し、
焦点評価値の変動量が前記閾値を超えた時に、前記相対
位置変更手段を再起動させる再起動判別手段と、を備え
ることを特徴とする。

（ホ）作用本発明は上述の如く構成したので、低照度時にも迅速
に合焦動作の再起動がかかることになる。

（ヘ）実施例以下、図面に従い本発明の一実施例について説明す
る。尚、各図において第２図と同一部分には同一符号を
付して説明を省略する。

第１図は本実施例の全体の回路ブロック図である。図
中、（20）は利得可変アンプ（21）及び利得制御回路
（22）にて構成された自動利得制御手段となるAGC回路
であり、撮像回路（４）から出力される撮像映像信号
は、このAGC回路（20）を経ることにより、異常高レベ
ルあるいは異常低レベルが抑えられる。具体的には、利
得可変アンプ（21）にて利得（Ｇ）で増幅された撮像映
像信号は、十分に時定数の大きな積分回路（図示省略）
にて積分された後に、利得制御回路（22）に入力され
て、予め決定された基準レベルになる様に利得（Ｇ）を
制御する利得制御信号が利得可変アンプ（21）に供給さ
れる。

（30）は第２の閾値（Ｍ）を決定する閾値設定手段と
なる演算回路であり、定数（K₁）（K₂）（K₃）を夫々保
持する第１乃至第３メモリ（31）（32）（33）、第１及
び第２乗算回路（34）（35）、減算回路（36）及び加算
回路（37）にて構成される。

第２乗算回路（35）は、利得制御信号にて決定された
利得可変アンプ（21）のゲイン（Ｇ）を第３メモリ（3
3）に保持された定数（K₃）にて乗算して、（K₃×Ｇ）
を導出して後段の減算回路（36）に供給する。減算回路
（36）は、第４メモリ（11）と同様に、レンズ停止信号
（LS）が発せられると同時に、この時点での焦点評価値
をホールドし、更にこの焦点評価値（F₀）から（K₃×
Ｇ）を減算して、この減算結果（F₀−K₃×Ｇ）を第１乗
算回路（34）に出力する。第１乗算回路（34）は、前述
の減算結果に第１メモリ（31）に記憶されている定数
（K₁）を乗算して、更にこの乗算結果は加算回路（37）
にて第２メモリ（32）の定数（K2）に加算され、この加
算結果Ｍ＝（F₀−K₃×Ｇ）×K₁＋K₂ …（２）が第２の閾値（Ｍ）として第４比較器（12）に出力さ
れる。

ところで、定数（K₁）は第２の閾値（Ｍ）が焦点評価
値（F_o）に略比例した値となる様にするために与えられ
ており、具体的には焦点評価値（Ｍ）の５％程度となる
様にK₁＝0.05に設定されている。定数（K₂）は雑音等に
よる焦点評価値のばらつきに起因する誤動作を防ぐため
の定数であり、予め実験により設定されている。定数
（K₃）は焦点評価値内の第７図（ａ）（ｂ）の斜線部分
に示す固定パターン雑音（FPN）によるノイズ成分を除
去するための定数であり、FPNがAGC回路（20）の利得
（Ｇ）に比例して大きくなる点に着目し、予め焦点評価
値（F_o）からK₃×Ｇを減じることによりFPNの影響が取
り除かれ、第６図（ａ）（ｂ）の様に、純粋に焦点評価
値が撮像画面のコントラストにのみ追従して変化する値
となる。

第４比較器（12）は第４メモリ（11）に保持されてい
る、レンズ停止信号（LS）発生時、即ち合焦動作完了直
後の焦点評価値（F_o）と現在の焦点評価値を比較し、両
者の差が式（２）にて算出された第２の閾値（Ｍ）を越
える、即ち合焦動作完了後に焦点評価値が第２の閾値
（Ｍ）以上に落ち込んだ時に、被写体が移動したとし
て、再起動指令信号（RG）をフォーカスモータ制御回路
（10）に供給し、以後、再び初期値メモリ（７）、最大
値メモリ（６）及び位置メモリ（13）がリセットされ
て、フォーカスモータ（３）を再起動して一連の合焦動
作をやり直す。

従って、第８図（ａ）（ｂ）の如く、低照度時でFPN
の影響により焦点評価値が一律に大きくなった場合にも
第２の閾値（Ｍ）はFPNの影響を除いた状態での値に抑
えることができ、被写体の移動に伴う合焦動作の再起動
が迅速に行なわれる。特に第８図（ａ）の様に被写体自
体のコントラストが低く山が緩やかな場合には有効であ
る。尚、第８図（ｂ）は被写体のコントラストが比較的
高い場合を示す。

前述の実施例では、第２の閾値（Ｍ）は常時、利得
（Ｇ）に応じて変化させているが、FPNの影響が著しい
低照度時にのみ式（２）にて算出する、即ち利得（Ｇ）
が所定値を越える時には式（２）にて算出し、所定値を
下回る時には式（１）にて算出する様に構成することも
可能である。尚、この時のフローチャートは第９図の通
りである。

尚、本実施例では、実際の合焦動作に際しては、フォ
ーカスモータ（３）にてレンズ（１）を光軸方向に進退
させて、レンズ（１）と固体撮像素子間の距離を変化さ
せているが、レンズ（１）を固定して、固体撮像素子自
体をフォーカスモータ制御回路（10）出力にて制御され
るモータあるいはバイモルフを用いて光軸方向に進退さ
せることも可能であり、いずれにしても、レンズの固体
撮像素子に対する相対位置を変化させるものであれば問
題はない。

更に、焦点評価値発生回路（５）から後段の各回路ブ
ロックの動作を、マイクロコンピュータを用いてソフト
ウェア的に処理可能であることは言うまでない。

（ト）発明の効果上述の如く本発明によれば、被写体の照度に追従して
再起動の目安となる閾値が最適値に制御され、被写体の
移動に対して低照度時にも迅速な合焦動作の再起動が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路ブロック図、第８図は
同実施例の閾値設定の説明図である。また、第２図、第
３図は従来例の回路ブロック図、第４図は山登りオート
フォーカスの動作説明図、第５図は第２図の回路動作を
示すフローチャート、第６図、第７図は従来例の閾値設
定の説明図、第９図は本発明の他の実施例のフローチャ
ートである。（５）……焦点評価値発生回路、（１）……レンズ、
（３）……フォーカスモータ、（10）……フォーカス制
御回路、（12）……第４比較器、（30）……演算回路

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像素子から得られる撮像映像信号が基準
レベルとなる様に利得を制御して増幅する自動利得制御
手段と、該自動利得制御手段からの撮像映像信号中の輝度信号の
高域成分の所定期間にわたる積分値を焦点評価値として
出力する焦点評価値検出手段と、レンズの前記撮像素子に対する相対位置を変更させる相
対位置変更手段と、前記焦点評価値がピーク値をとる合焦位置に相対位置が
達した時に、前記相対位置変更手段を停止させるフォー
カス制御手段と、前記焦点評価値検出手段の焦点評価値から前記自動利得
制御手段の利得に比例した値を減算した値より閾値を設
定する閾値設定手段と、前記相対位置変更手段の停止後の焦点評価値の変動を監
視し、焦点評価値の変動量が前記閾値を超えた時に、前
記相対位置変更手段を再起動させる再起動判別手段と、
を備えることを特徴とするオートフォーカスカメラ。