JP3218408B2 - 焦点自動検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ビデオカメラ、電子
スチルカメラなどの光学機器に利用するところの焦点自
動検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ビデオカメラや電子スチルカメラでは、
撮像素子が出力する映像信号からコントラストに関する
高周波成分を焦点信号として検出し、この焦点信号が最
大となるようにフォ−カスレンズを移動して合焦させる
焦点整合手段を備えている。

【０００３】このような焦点整合手段は、図３に示した
ところの、焦点信号とフォ−カスレンズの位置との関係
を現わしたグラフ、いわゆる山登り曲線（焦点電圧曲
線）にしたがって動作する構成となっている。

【０００４】フォ−カスレンズを∞位置から至近に向か
って移動させたと仮定すれば、時刻ｔｎ−１では、レン
ズ位置ＣＣｎ−１、焦点信号Ｓｎ−１、また、時刻ｔｎ
では、レンズ位置ＣＣｎ、焦点信号Ｓｎとなるから、焦
点信号の差分デ−タ△Ｓｎは、 △Ｓｎ＝Ｓｎ−Ｓｎ−１ …………（１） となる。

【０００５】そして、差分デ−タ△Ｓｎが、ある一定の
閾値Ａより大きければ増加と判定し、一定の閾値−Ｂよ
り小さければ減少と判定する判定手段を備え、増加判定
を繰返した後に減少判定に移行したとき、焦点信号の最
大値を通過したと判定する。 増加判定 △Ｓｎ＝Ｓｎ−Ｓｎ−１＞Ａ …………（２） 減少判定 △Ｓｎ＝Ｓｎ−Ｓｎ−１＜−Ｂ ………・（３）

【０００６】この減少判定によって、焦点信号が最大と
なるレンズ位置Ｃｏにフォ−カスレンズを戻し移動させ
て合焦させる。

【０００７】また、差分デ−タ△Ｓｎは、現時点まで検
出した焦点信号Ｓｎの最大値Ｓｍａｘと最小値Ｓｍｉｎ
を用いて増加減少の判定を行なうこともあ。 △Ｓｎ＝Ｓｎ−Ｓｍｉｎ ＞Ａ …………（４） △Ｓｎ＝Ｓｎ−Ｓｍａｘ ＜−Ｂ ………（５）

【０００８】一方、図３に示す焦点電圧曲線は、焦点信
号の電圧レベルに応じて変化することから、上記した閾
値Ａ、Ｂを焦点信号の電圧レベルに応じて変化させるよ
うにして精度をより高めるようにした増加減少の判定手
段が既に提案されている。

【０００９】また、焦点信号からノイズゃ被写体のフリ
ッカ−成分の影響を除くために、焦点成分Ｓｎの平均化
したデ−タを使用して増加と減少とを判定する手段が開
発されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記した焦点整合手段
は、図３に示すような焦点電圧曲線が理想的な山を描く
場合には有効に動作するが、実際には、ノイズや被写体
のフリッカ−などの影響を受けるために、焦点整合の精
度を上げるために困難を伴う。

【００１１】そのため、焦点信号の平均デ−タを得るよ
うにした焦点電圧曲線が利用されることが多い。（図４
参照）ただ、このように構成する場合には、閾値Ａ、−
Ｂを大きくして最大となる焦点信号を判定する必要があ
る。

【００１２】しかし、閾値Ａ、−Ｂを大きく設定する
と、増加減少判定の感度を鈍らせることになるため、焦
点電圧曲線が理想的なもの、また、これに近い曲線とな
るような場合に最大値の判定が遅れるという問題があ
る。

【００１３】また、被写体のコントラストが低い場合に
は焦点信号のレベルも小さくなるので、最大となる焦点
信号の判定が不可能となり、合焦感度が低下するという
問題がある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明では、撮影レンズの入射光を受光する撮像
手段が出力する映像信号の高周波成分を処理し、現時点
から所定時間過去の期間におけるフォ−カスレンズの各
移動位置における焦点信号から平均デ−タを順次検出
し、この平均デ−タの差分を予め定めた増加判定閾値及
び減少判定閾値と比較して焦点信号の増加または減少を
判定し、焦点信号がピ−ク値を越え増加判定から減少判
定に移ったとき、その減少判定の移動位置から前回判定
したピ−ク値を得る移動位置にフォ−カスレンズを戻し
移動させて焦点を合焦させる焦点自動検出装置におい
て、焦点検出を行なうフォ−カスレンズの初期位置で、
焦点信号を複数回検出し、その焦点信号の最大値と最小
値との差信号から初期の信号変動成分を求める第１の手
段と、この第１の手段による初期の信号変動成分を上記
増加判定閾値に加えた増加判定算出閾値とその初期の信
号変動成分を上記減少判定閾値に加えた減少判定算出閾
値とを算出する第２の手段と、フォ−カスレンズの移動
位置各々における焦点信号からその平均デ−タの差分を
上記の増加判定算出閾値及び減少判定算出閾値と比較し
焦点信号の増加減少を判定する第３の手段と、焦点信号
がピ−ク値を越えこの第３の手段が増加判定から減少判
定に移ったとき、その減少判定したフォ−カスレンズの
移動位置で、焦点信号を複数回検出し、検出した焦点信
号の最大値と最小値との差信号から新たな信号変動成分
を求める第４の手段と、この第４の手段による新たな信
号変動成分を予め定めた閾値に加えて上限の合焦判定閾
値と下限の合焦判定閾値とを求める第５の手段と、第３
の手段の減少判定にもとづき、前回判定したピ−ク値を
得る移動位置にフォ−カスレンズを戻し移動したときの
焦点信号の平均デ−タと前回ピ−ク値判定した焦点信号
の平均デ−タとの差信号値を求める第６の手段と、この
第６の手段の差信号値が上記した合焦判定閾値の上限と
下限の範囲内にあるとき合焦判定する第７の手段とを備
えたことを特徴とする焦点自動検出装置を提案する。

【００１５】

【作用】焦点検出を行なうフォ−カスレンズの初期位置
において、焦点信号に含まれるノイズ成分やフリッカ−
成分が第１の手段によって検出される。つまり、フォ−
カスレンズの初期位置で数回検出した焦点信号から、こ
の信号の最大値と最小値との差信号を算出し初期の信号
変動成分が求められる。この初期の信号変動成分は、第
２の手段によって増加判定閾値と減少判定閾値に加え、
増加判定算出閾値と減少判定算出閾値とが算出され、こ
のように算出された閾値がその後に行なう増加減少判定
の閾値として利用される。

【００１６】第３の手段では、フォ−カスレンズの移動
位置各々の焦点信号からその平均デ−タ差分を上記した
増加判定算出閾値及び減少判定算出閾値とを比較し、焦
点信号の増加、減少を判定する。

【００１７】焦点信号がピ−ク値を経過した直後、つま
り、第３の手段が増加判定から減少判定に移ったときフ
ォ−カスレンズを停止すると共に、第４の手段によっ
て、この時点で検出した焦点信号から新たな信号変動成
分が求められる。この新たな信号変動成分は、減少判定
したフォ−カスレンズの移動位置で焦点信号を複数回検
出し、検出した焦点信号の最大値と最小値の差信号から
求められる。 また、この新たな信号成分は、第５の手段
によって予め定めた閾値に加えられ、上限と下限の合焦
判定閾値が算出される。

【００１８】そして、第３の手段による減少判定にもと
づいて、減少判定となった移動位置から前回判定したピ
−ク値判定の移動位置にフォ−カスレンズが戻り移動さ
れる。第６の手段では、フォ−カスレンズがこのように
戻り移動されたときの焦点信号の平均デ−タと減少判定
直前にピ−ク値判定した焦点信号の平均デ−タとの差信
号値を算出する。 そして、第７の手段によって、その差
信号値が上記した合焦判定閾値の上限と下限の範囲内に
あるときに合焦判定される。

【００１９】

【実施例】次に、本発明の一実施例について図面に沿っ
て説明する。図１は、電子スチルカメラの焦点自動検出
装置として実施した回路例を示すブロック図である。

【００２０】この図において、１１、１２は撮影レンズ
に含まれたズ−ムレンズとフォ−カスレンズで、これら
レンズ１１、１２を通って入射した被写体光１３を撮像
素子であるＣＣＤ１４が受光して映像信号を出力する。

【００２１】ＣＣＤ１４が出力した映像信号は、カメラ
プロセス回路１５によって処理され、輝度信号、色信号
に生成され出力される。なお、図１は焦点自動制御に必
要な輝度信号（Ｙ）のみが示してある。

【００２２】この輝度信号（Ｙ）はＡＦウインド回路１
６に入力され、焦点自動制御に必要なエリアの輝度信号
のみが抽出された後、焦点自動制御に必要な信号帯域の
みをパスさせるバンドパスフィルタ（Ｂ、Ｐ、Ｆ）１７
に入力される。

【００２３】バンドパスフィルタ１７より出力した輝度
信号（Ｙ）は、絶対値回路１８、積分器１９を通してマ
イクロコンピュ−タ２０の演算器（ＡＬＵ）に入力され
る。

【００２４】積分器１９は、１フィ−ルド分の輝度信号
（Ｙ）を積分した後、マイクロコンピュ−タ２０から送
られる積分クリア信号ＣＲによって積分デ−タをクリア
する。

【００２５】マイクロコンピュ−タ２０は、入力される
垂直同期信号（ＶＤ）、水平同期信号（ＨＤ）から１フ
ィ−ルドの開始を判断し、１フィ−ルドの開始時に積分
器１９に対して積分クリア信号ＣＲを送り、１フィ−ル
ドの終了時に演算器（ＡＬＵ）に積分デ−タＦＤを取り
込む。

【００２６】マイクロコンピュ−タ２０のこの動作の繰
返しによって焦点信号（焦点電圧）が得られる。そし
て、このマイクロコンピュ−タ２０は、１フィ−ルド毎
にフォ−カスレンズ１２を駆動するようにレンズ駆動信
号Ａｓを出力する。なお、フォ−カスレンズ１２の駆動
速度は、ズ−ムレンズ１１の位置や被写体輝度に応じて
変えるようにしてある。

【００２７】上記した焦点自動検出装置の動作は、下記
の表１に示すＰＨＡＳＥにしたがって行なわれる。以
下、その動作を図２に示すフロ−チャ−トを参照しなが
ら説明する。

【００２８】

【表１】

【００２９】ビデオカメラのように動画を扱う場合に
は、ＰＨＡＳＥ「０」でのフォ−カスレンズの初期位置
は任意の位置であるが、電子スチルカメラのように静止
画を扱うものでは、このフォ−カスレンズ１２を∞位
置、或いは至近位置に移動させる。

【００３０】このＰＨＡＳＥ「０」では、フォ−カスレ
ンズ１２を停止させた状態で、焦点電圧をＮｏ回検出
し、Ｎｏ回検出した焦点電圧の最大値と最小値から初期
の信号変動成分として変動幅δＳｏを求め、 δＳｏ＝Ｓｏｍａｘ−Ｓｏｍｉｎ ＞Ａｏ …………（６） の式よりフリッカ−の判定を行なう。そして、検出した
焦点電圧の平均化されたデ−タＳｏを求め、これを初期
デ−タとしてマイクロコンピュ−タ２０のＲＡＭに格納
する。（ステップＳＴ１００）

【００３１】上記した（６）式を満足する場合には、Ｐ
ＨＡＳＥ「１」に進む。ＰＨＡＳＥ「１」以後の焦点電
圧は、Ｎｉ回（ｉは各ＰＨＡＳＥを示す）の平均化され
たデ−タを用いる。なお、平均化はフォ−カスレンズ１
２の停止時のみでなく、フォ−カスレンズ１２の駆動中
は移動平均を用い、下記の（７）式によって信号平均デ
−タを求める。 Ｓｉｎ＝（Ｓｎ＋Ｓｎ−１＋・ ・ ・ ・＋Ｓｎ−ｉ）／Ｎｉ ……（７） なお、Ｓｎは現時点の焦点電圧である。

【００３２】このＰＨＡＳＥ「１」における前後判定に
おいては、予め実験によって求めた増加判定閾値Ａ _１ と
減少判定閾値−Ｂ _１ に変動幅δＳｏを加えた値を増加減
少の判定閾値とする。すなわち、Ａ _１ ＋δＳｏを増加判
定算出閾値、−（Ｂ _１ ＋δＳｏ）を減少判定算出閾値と
する。（ステップＳＴ１００、ステップＳＴ２００）な
お、実際には、平均化デ−タを考慮して、変動幅δＳｏ
に係数Ｃ_１を掛けた値を加えることにより、焦点電圧の
変動成分の影響を受けにくい増加・減少の判定制御を行
なうことができる。また、Ｃ_１は平均化回数を考慮し、
Ｃ_１＝１／Ｎとすることが好ましい。なお、Ｎは取得す
るデ−タ回数を表わし、上記Ｎｉに相当する。

【００３３】前後判定を数式をもって示せば下記のよう
になる。 差分デ−タ △Ｓ_１ｎ＝Ｓ_１ｎ−Ｓ_１，ｎ−１ ………（８） 増加判定 △Ｓ_１ｎ＞Ａ_１＋Ｃ_１・δＳｏ ……………（９） 減少判定 △Ｓ_１ｎ＜−（Ｂ_１＋Ｃ_１・δＳｏ） ………（１０） なお、差分デ−タ△Ｓ_１ｎを焦点電圧の最大値と最小値
とから求める場合は、 △Ｓ_１ｎ＝Ｓ_１ｎ−Ｓ _１ ｍｉｎ ………（１１）△Ｓ _１ ｎ＝Ｓ _１ ｎ−Ｓ _１ ｍａｘ ………（１２） とする。（ステップＳＴ４００〜ＳＴ７００）

【００３４】上記した前後判定にしたがってＰＨＡＳＥ
「２」に移行する。この動作段階では、増加判定にした
がい焦点電圧を増加させる方向へフォ−カスレンズ１２
を移動駆動する。

【００３５】また、このＰＨＡＳＥ「２」では、下記の
（１３）式〜（１５）式にしたがって増加、減少判定を
行なう。すなわち、増加判定を繰返しながら合焦となる
焦点電圧（ピ−ク値）の最大値Ｓ _２ ｍａｘを検出し、さ
らに、ピ−ク値を越え焦点電圧が減少し減少判定に移行
するまでフォ−カスレンズ１２を移動駆動する。そし
て、最大値Ｓ_２ｍａｘとなる焦点電圧の平均デ−タと焦
点電圧がピ−ク値を示すフォ−カスレンズ１２の移動位
置ＣＣｍａｘとをマイクロコンピュ−タ２０のメモリに
記載する。（ステップＳＴ４００、ステップＳＴ５０
０、ステップＳＴ８００）

【００３６】 差分デ−タ △Ｓ_２ｎ＝Ｓ_２ｎ−Ｓ_２ｎ−１ …………（１３） 増加判定 △Ｓ_２ｎ＞Ａ_２＋Ｃ_２・δＳｏ ……………（１４） 減少判定 △Ｓ_２ｎ＜−（Ｂ _２ ＋Ｃ _２ ・δＳｏ） ………（１５） なお、差分デ−タを焦点電圧の最大値Ｓ_２ｍａｘと最小
値Ｓ_２ｍｉｎとから求める場合は、 △Ｓ_２ｎ＝Ｓ_２ｎ−Ｓ_２ｍｉｎ ………（１６） △Ｓ_２ｎ＝Ｓ_２ｎ−Ｓ_２ｍａｘ ………（１７）Ａ _２ 、−Ｂ _２ はＰＨＡＳＥ「２」にしたがって予め定め
た閾値である。

【００３７】減少判定に移行したときは、ＰＨＡＳＥ
「３」に移る。この段階では、フォ−カスレンズ１２を
停止させ、フリッカ−による焦点電圧の変動幅を下記す
る（１８）式によって再度求め、新たな信号変動成分を
算出する。（ステップＳＴ９００） δＳ_３＝Ｓ_３ｍａｘ−Ｓ_３ｍｉｎ ………（１８）そして、この変動幅δＳ _３ を閾値Ａ _５ と閾値−Ｂ _５ とに
加えて上限の合焦判定閾値Ａ _５ ＋δＳ _３ と下限の合焦判
定閾値−（Ｂ _５ ＋δＳ _３ ）を算出する。 なお、Ａ _５ 、−
Ｂ _５ はＰＨＡＳＥ「３」にしたがって予め定めた閾値で
ある。

【００３８】次に、ＰＨＡＳＥ「４」に移り、フォ−カ
スレンズ１２をＰＨＡＳＥ「２」で求められたＣＣｍａ
ｘ位置に戻し移動する。（ステップＳＴ１０００）

【００３９】続いて、ＰＨＡＳＥ「５」に移り、下記す
る（１９）、（２０）式にしたがって合焦判定を行な
う。この動作段階では、ＰＨＡＳＥ「２」で求められた
焦点電圧が最大値Ｓ_２ｍａｘとなるピ−ク電圧の平均デ
−タと、フォ−カスレンズをＣＣｍａｘ位置に戻した現
時点の焦点電圧の平均デ−タとを比較し、その差分デ−
タ△Ｓ_５ｎが合焦判定閾値の上限と下限の範囲内である
とき合焦と判定する。（ステップＳＴ１１００）

【００４０】 差分デ−タ △Ｓ_５ｎ＝Ｓ_５ｎ−Ｓ_２ｍａｘ ………（１９） 合焦判定 −（Ｂ_５＋Ｃ_５・δＳ_３）＜△Ｓ_５ｎ＜Ａ_５＋Ｃ_５・δＳ_３ ……（ ２０） このように合焦判定段階においても、焦点電圧の変動幅
δＳ_３を含めた閾値と比較するため、焦点電圧の変動成
分に影響されない合焦判定を行なうことができる。

【００４１】

【発明の効果】上記した通り、本発明によれば、焦点信
号の増加減少判定と合焦判定とを焦点信号の変動成分を
加えた閾値との比較において行なう構成としたので、ノ
イズやフリッカ−によって生ずる焦点信号の変動の影響
が少なく、判定閾値を小値とすることができ、この結
果、増加減少判定、合焦判定の感度が低下せず、コント
ラストの低い被写体に対しても正確に合焦できる焦点自
動検出装置となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を電子スチルカメラの焦点自動検出装置
として実施した回路例を示すブロック図である。

【図２】上記した焦点自動検出装置の動作を説明するた
めのフロ−チャ−トである。

【図３】焦点自動検出に従来から使用されているし電圧
曲線を示す図である。

【図４】焦点信号を平均化した焦点電圧曲線を示す図で
ある。

【符号の説明】

１１ ズ−ムレンズ １２ フォ−カスレンズ １３ 被写体光 １４ ＣＣＤ １５ カメラプロセス回路 １６ ＡＦウィンド回路 １７ バンドパスフィルタ １８ 絶対値回路 １９ 積分器 ２０ マイクロコンピュ−タ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮影レンズの入射光を受光する撮像手段
   が出力する映像信号の高周波成分を処理し、現時点から
   所定時間過去の期間におけるフォ−カスレンズの各移動
   位置における焦点信号から平均デ−タを順次検出し、こ
   の平均デ−タの差分を予め定めた増加判定閾値及び減少
   判定閾値と比較して焦点信号の増加または減少を判定
   し、焦点信号がピ−ク値を越え増加判定から減少判定に
   移ったとき、その減少判定の移動位置から前回判定した
   ピ−ク値を得る移動位置にフォ−カスレンズを戻し移動
   させて焦点を合焦させる焦点自動検出装置において、焦
   点検出を行なうフォ−カスレンズの初期位置で、焦点信
   号を複数回検出し、その焦点信号の最大値と最小値との
   差信号から初期の信号変動成分を求める第１の手段と、
   この第１の手段による初期の信号変動成分を上記増加判
   定閾値に加えた増加判定算出閾値とその初期の信号変動
   成分を上記減少判定閾値に加えた減少判定算出閾値とを
   算出する第２の手段と、フォ−カスレンズの移動位置各
   々における焦点信号からその平均デ−タの差分を上記の
   増加判定算出閾値及び減少判定算出閾値と比較し焦点信
   号の増加減少を判定する第３の手段と、焦点信号がピ−
   ク値を越えこの第３の手段が増加判定から減少判定に移
   ったとき、その減少判定したフォ−カスレンズの移動位
   置で、焦点信号を複数回検出し、検出した焦点信号の最
   大値と最小値との差信号から新たな信号変動成分を求め
   る第４の手段と、この第４の手段による新たな信号変動
   成分を予め定めた閾値に加えて上限の合焦判定閾値と下
   限の合焦判定閾値とを求める第５の手段と、第３の手段
   の減少判定にもとづき、前回判定したピ−ク値を得る移
   動位置にフォ−カスレンズを戻し移動したときの焦点信
   号の平均デ−タと前回ピ−ク値判定した焦点信号の平均
   デ−タとの差信号値を求める第６の手段と、この第６の
   手段の差信号値が上記した合焦判定閾値の上限と下限の
   範囲内にあるとき合焦判定する第７の手段とを備えたこ
   とを特徴とする焦点自動検出装置。