JP3244863B2 - 自動焦点調節装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動焦点調節装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、カメラの小型軽量化に対する要望
とあいまってレンズの電子制御技術が著しく向上し、自
動焦点調節方式も、赤外線等を被写体に照射してその反
射光によって被写体距離を認識するアクティブＡＦ方式
から、映像信号の高周波成分量を極大にすべくフォーカ
シングを行うパッシブＡＦ方式に移行しつつある。

【０００３】パッシブＡＦ方式の大きな利点の一つとし
て、アクティブＡＦ方式のような投光部及び受光部を必
要とせず、カメラ部の小型化に適している点を挙げるこ
とができる。

【０００４】この種のパツシブＡＦ方式の中で、ビデオ
カメラの分野においては、撮像素子の出力信号中より焦
点状態に応じてそのレベルの変化する高周波成分等を抽
出して画像の鮮鋭度を検出し、これが最大となるように
フオージャスレンズを駆動する所謂テレビジヨンＡＦ方
式が広く用いられるようになつてきている。

【０００５】この方式は、撮像素子の出力信号から焦点
検出を行うことができ、専用のフオーカスセンサを必要
としない上に、画像の鮮鋭度から焦点検出を行うので、
被写体の距離等の制限を受けない長所があるからであ
る。

【０００６】そしてテレビジヨンＡＦ方式のＡＦシステ
ムにおいては、まず撮像素子で撮像して光電変換された
映像出力信号中の高周波成分のみをバンドパスフイルタ
で抜き取る。この高周波成分量はピントが合っていると
きに極大値を示し、ピントがズレてくると次第にそのレ
ベルが低下する。この高周波成分量を以後焦点電圧と呼
ぶことにし、フオーカスレンズの移動に対する焦点電圧
の変化の様子を示すと図４の特性曲線４０１、４０２の
ようになる。

【０００７】また映像信号中の高周波成分を抽出するこ
とを考えるに、ビデオカメラに於いては、その画面走査
方式から見て水平走査信号中に含まれる高周波成分量を
バンドパスフイルタで抽出するタイプが一般的であり、
従って画面に垂直な線が多く含まれるほど、又、その垂
直な線の濃淡がはっきりしているほど焦点電圧の極大値
は大きい。図４で見れば、曲線４０２に対する映像は曲
線４０１に対する映像に比べ、画面に垂直な線が少ない
（例えば斜めの線が多い等）か、線の濃淡がはっきりし
ていないということになる。そしてこの焦点電圧が最大
になるようフオーカスレンズを駆動してＡＦ動作を実行
する。

【０００８】ところでこのようなパッシブＡＦの場合に
は、撮像画面の情報をもとにしてピント合わせ動作を行
うので、撮像画面のどこにピントを合わせるべきかが問
題となる。例えば画面内において焦点検出を行う範囲を
画面全体として常にピント合わせ動作を行っていると、
撮影者の意図する被写体にはピントが合わず、その他の
被写体にピントが合ってしまうことが起こりやすい。

【０００９】たとえば図５に示すように、シマウマの縫
いぐるみを５０５を背景として５０４の人物を撮影しよ
うとする場合、画面全体の焦点電圧の分布は、それぞれ
図６に示すように、特性曲線６０１と６０２の様にな
る。シマウマに対する焦点電圧６０１は主被写体である
人物５０４に対して遠方にあるので比較的無限側で極大
となり、シマが縦線ではっきりしているので極大値は大
きい。又、人物５０４に対する焦点電圧は比較的至近側
で極大となり、シマウマに比べれば縦線が少なくはっき
りもしていないので、極大値も小さい。

【００１０】したがつてフォーカスレンズが無限端から
フォーカシングを開始した場合、焦点電圧が極大となる
ところにピントを合わせる動作をとれば、シマウマに合
焦し人物に合焦しないのは明らかである。仮に至近側か
らフォーカシングを始めたとしても、図６のように焦点
電圧の形成する「山」が重なり合っているので、６０２
の極大部を合焦位置と判断せず、そのまま６０１の極大
点までレンズを移動させる可能性がある。

【００１１】このような距離の異なる複数の点に対して
どの位置に合焦するのかが定まらない状態を遠近競合状
態と呼ぶが、遠近競合状態をできるだけ避け、撮影者が
意図する被写体にピントを合わせる為、従来から画面内
の特定の位置に測距枠すなわち焦点検出領域を設ける手
法がとられてきた。例えば撮影者は画面中央に撮影する
被写体を置く可能性が高いとして、図５において５０３
で示す様に、画面中央にゲート枠を置き、このゲート枠
の内側に相当する部分の映像信号のみをゲートをかけて
抽出し、その他の部分の信号はＡＦに用いないとする方
法である。

【００１２】この方法によれば、測距枠５０３の内側以
外の被写体にはピントが合わなくなるので、上記シマウ
マにピントが合ってしまうという現象を取り除くことが
できる。しかしながら測距枠５０３の内側に被写体がな
くなってしまった場合、例えば図５の人物５０４が突然
測距枠外へと移動し、人物の後方に全く被写体がなくな
ってしまった場合、焦点電圧はフォーカスレンズのどの
位置に於いても平坦になるので、カメラ側では図４、図
６のような焦点電圧の山を見つけることができなくな
る。そして画面内にシマウマが存在するにもかかわら
ず、シマウマには合焦せずにレンズを至近端と無限端の
間でサーチさせ続け、焦点電圧の極大値を探し続けてし
まうことになる。

【００１３】そこで次の方法として、図５における測距
枠５０３の他に大きさの異なる別の測距枠３０２を設
け、測距枠５０３と５０２のどちらかの内側の被写体の
焦点電圧を用いて測距を行おうとする手法が提案され
た。

【００１４】図８はこのように互いに大きさの異なる測
距枠５０３、５０２を用いたＡＦを行う為の基本的な処
理のフローチャートである。

【００１５】図８は一旦合焦している状態から、別の被
写体距離にある被写体にピントを移す時のＡＦ動作につ
いて示したものである。同図において、ステツプ８０１
で処理の実行が開始されると、ステツプ８０２で焦点電
圧が再起動しきい値を下回ったかどうかを確認する。再
起動しきい値とは図７から明らかなように、焦点電圧の
曲線に対してしきい値７０１の様に設定されていて、合
焦状態にある時の焦点電圧が再起動しきい値７０１を下
回った場合に、明らかに被写体が移動したか、撮影者が
被写体距離の違う別の被写体にカメラを向けたと判断
し、停止していたフオーカスレンズを再起動するもので
ある。

【００１６】ステツプ８０２で焦点電圧が再起動しきい
値７０１を下回っていないと判断された場合には、合焦
状態を維持する為に再起動を行わず、ステツプ８０２の
判断動作を継続する。焦点電圧が再起動しきい値を下回
った場合、ステツプ８０３で合焦時に測距枠５０２の様
に大きい測距枠と、測距枠５０３の様に小さい測距枠の
どちらで合焦していたかを確認する。合焦時に大きい枠
で合焦していたのであれば、再起動するとしても、被写
体として大きい枠で合焦するのが適切な被写体（例えば
画面中央に何も被写体がないような構図）を追い続けて
いる場合が多いとしてステツプ８０４で大きい枠を使用
することにし、逆に小さい枠で合焦していたのであれば
小さい枠で再起動することとする。

【００１７】このようにして測距枠の大きさを決定して
ステツプ８０６でＡＦを行い、ステツプ８０７で合焦と
判断されるまでＡＦ動作を繰り返す。そしてステツプ８
０７で合焦と判断された場合、ステツプ８０８でレンズ
を停止し、ステツプ８０２の処理に戻って再起動条件が
満たされるまで待機する。

【００１８】以上のようにすることにより、およそ撮影
者が継続して被写体を追いかける場合の適切な測距枠を
決定することができ、２つの測距枠を使い分けている
分、中央に被写体が存在するときには中央の被写体にピ
ントが合い、中央に被写体が無い場合にはその外側の被
写体にピントが合って、画面内に被写体があるのにその
被写体には合焦せず、無限端と至近端の間をサーチし続
けるという不具合も発生しなくなる。

【００１９】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら上記
の例によれば、大きい測距枠と小さい測距枠を使い分け
ることにより、遠近競合状態にある被写体に於いても画
面中央の被写体に対して合焦する確立が高くなり、画面
中央に被写体がなくなった場合にはその他の被写体に合
焦しやすくはなる長所を有するが、測距枠の大小を決定
するのは再起動前の被写体や測距枠の状態によってしま
うので、大きい測距枠で再起動を開始した場合、画面中
央以外に存在する被写体についてＡＦ動作をしてしまう
と、その被写体に対する合焦点でレンズを停止してしま
う問題を生じる。

【００２０】つまり測距枠を複数用意することによっ
て、遠近競合被写体について画面中央の被写体に合焦す
る確立は高まったが、依然として撮影者が満足し得るま
での被写体識別性能を有してはいないという課題が残さ
れている。

【００２１】更に、一旦画面中央以外の被写体に合焦
し、撮影者が画面中央の被写体に再合焦させようとして
カメラを振る等の動作を行ったとしても、再起動前の測
距枠を受け継いで再起動がかかる以上、再び画面中央以
外の被写体に合焦することが多いという問題がある。

【００２２】本発明の目的は、より高精度に所望の対象
物にピントを合わせることのできる自動焦点調節装置を
提供しようとするものである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、画面内に設定される焦点調節信号検出領域
より検出される焦点調節信号に基づいて焦点調節を行う
焦点調節手段と、前記焦点調節手段が再起動待機状態か
ら再起動を開始する際に前記焦点検出領域として第１又
は第２の焦点調節信号検出領域を選択的に設定すると共
に、該設定として前記第１の焦点調節信号検出領域を選
択するにあたって、該第１の焦点調節信号検出領域によ
り検出される焦点調節信号のレベルを判定し、該判定結
果に応じて前記設定を前記第１の焦点調節信号検出領域
から前記第２の焦点調節信号検出領域に変更する検出領
域設定手段とを有する自動焦点調節装置とするものであ
る。

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【実施例】以下、本発明における自動焦点調節装置をそ
の位置実施例について詳細に説明する。

【００２７】図１は、本発明をテレビジヨンＡＦ方式を
用いたビデオカメラに適用した場合一例を示す構成図で
ある。同図において、１０１は固定の第１のレンズ群、
１０２は光軸と平行に移動することによって変倍を行う
第２のレンズ群（以下変倍レンズと称す）、１０３は絞
り、１０４は固定の第３のレンズ群、１０５は光軸と平
行に移動することによりフォーカシングを行い、かつ変
倍時には１０２の動きに合わせて補正動作を行うことに
より、変倍時のピント面の移動を防止するフォーカスコ
ンペ機能を有した第４のレンズ群（以下フオーカスレン
ズと称す）、１０６、１０７、１０８はそれぞれ変倍レ
ンズ１０２、絞り１０３、フオーカスレンズ１０５の位
置あるいは移動量等を検出する為のエンコーダ、１０
９、１１０、１１１はそれぞれ変倍レンズ１０２、絞り
１０３、フオーカスレンズ１０５を駆動する為のアクチ
ュエータ、１１２、１１３、１１４はそれぞれアクチユ
エータ１０９、１１０、１１１を駆動する為のドライ
バ、１１５はＣＣＤ等の撮像素子の撮像面、１１６は増
幅器である。

【００２８】１１７は増幅器１１６の出力信号中の高周
波成分を通過させるバンドパスフイルタ及び後述のゲー
ト制御回路１２２で指示される期間だけ増幅器１１６の
出力信号中の高周波成分を通過させることにより画面内
に測距枠を設定するゲート回路を備えたゲート回路＋バ
ンドパスフィルタ、１１８はマイクロコンピユータ等で
構成され、ゲート回路＋バンドパスフィルタ１１７より
出力された測距枠内の高周波成分信号すなわち焦点電圧
を入力してＡ／Ｄ変換し、その値に基づいてフオーカス
レンズを合焦点へと駆動制御するとともに、後述するよ
うにゲート制御回路１２２を制御して測距枠の位置及び
大きさを制御するシステム制御回路である。

【００２９】１１９は増幅器１１６の出力信号の輝度信
号レベルの平均値が一定となるようにドライバ１１３及
びアクチユエータ１１０を制御して絞り１０３を調節
し、撮像素子の撮像面１１５に適正な露光を行わせる為
の絞り制御回路、１２０、１２１はそれぞれ水平同期信
号ＨＤと垂直同期信号ＶＤをゲート制御回路１２２に供
給する線路、そしてゲート制御回路１２２は内部に水平
同期信号ＨＤと垂直同期信号ＶＤに対するカウンタ等を
備えていて、画面内に測距枠を設定し、その測距枠内の
範囲のみゲート回路＋バンドパスフィルタ１１７内のゲ
ート回路を開かせるように制御するものであり、システ
ム制御回路１１８によつて制御される。

【００３０】そしてこのようなＡＦシステムの場合、撮
像素子１１５で撮像して光電変換された映像信号を増幅
器１１６で増幅し、バンドパスフイルタ１１７で増幅器
１１６の出力信号中の高周波成分のみをゲート回路によ
つて設定された測距枠内についてのみ抜き取る。この高
周波成分量は前述の如く、ピントが合っているときに極
大値を示し、ピントがズレてくると次第にそのレベルが
下がってくる。この高周波成分量すなわち焦点電圧のフ
オーカスレンズ位置との関係は、前述の図２に示すもの
と同様である。

【００３１】また本実施例におけるビデオカメラに於い
ても、測距枠内の水平走査信号中に含まれる高周波成分
量をゲート回路＋バンドパスフィルタ１１７で抜き取る
ものであり、画面に垂直な線が多く含まれるほど、又、
その垂直な線の濃淡がはっきりしているほど焦点電圧の
極大値は大きい。

【００３２】次に本発明の特徴とするところの、システ
ム制御回路１１８の制御アルゴリズムについて、図２を
用いて具体的に説明する。

【００３３】図２はシステム制御回路１１８内に於いて
実行される、本発明の特徴とする処理のフローチャート
である。

【００３４】尚、図２は一旦合焦してフオーカスレンズ
が合焦点位置に停止した後、被写体が移動あるいはカメ
ラが移動される等により、焦点電圧が図７に示すように
しきい値７０１以下に低下し、再起動条件が満足される
まで待機している状態から処理が開始される。

【００３５】ステツプ２０１に於いて処理の実行が開始
されると、ステツプ２０２で図８と同様に焦点電圧が再
起動しきい値７０１を下回ったかどうかを確認し、しき
い値７０１を下回っていなければステツプ２０２でその
まま待機し、下回ればステツプ２０３の処理に移行す
る。

【００３６】ステツプ２０３では合焦時に大きい測距枠
であったかどうかを確認する。大きい測距枠であった場
合には、ステツプ２０４へと進み、図３に３０２で示す
しきい値Ａを用い、大きい測距枠内での焦点電圧がしき
い値Ａを下回っているかどうかを確認する。

【００３７】再起動の際に大きい測距枠内での焦点電圧
がしきい値Ａをも下回っているということは、撮影画面
内全体が大ボケとなっていると判断することができる。
即ち撮影者が前とは全く違う被写体にカメラを向けたと
か、カメラの前に突然大きな被写体が現れた、又は被写
体が突然カメラの前からいなくなったという場合等が想
定されるので、再起動前の測距枠の状態を維持する必要
がない。そこで、このような場合には画面中心の被写体
に優先してピントを合わせる意味で、ステツプ２０５の
処理を行って小さい測距枠を用いることとする。

【００３８】ステツプ２０３で、再起動前の測距枠が小
さいと判断された場合には、ステツプ２０６で合焦時の
測距枠、即ち小さい測距枠を選択する。

【００３９】再起動前の測距枠が大きく、かつステツプ
２０４で焦点電圧がしきい値Ａを上回っていると判断さ
れる場合には、これまで撮影していた構図と大きく変化
していないとみなし、ステツプ２０６で合焦時の測距
枠、即ち大きい測距枠を選択し、フォーカスレンズの不
要なハンチングを避けながらＡＦ動作を行う。

【００４０】このようにして再起動時の測距枠の大きさ
を選択してからステツプ２０７でＡＦ動作を行い、ステ
ツプ２０８で合焦と判断するまでＡＦ動作を継続し、合
焦に至ればステツプ２０９でフオーカスレンズを停止す
る。

【００４１】ここで一旦ＡＦ動作は完了するが、この
後、ステツプ２１０で大きい測距枠で合焦・停止したか
どうかを再確認する。その結果、小さい測距枠で合焦・
停止したのであれば、画面中央の被写体に対して合焦し
ていると判断し、ステツプ２０２の再起動待機状態に戻
る。

【００４２】ステツプ２１０で大きい測距枠で合焦・停
止していると判断された場合、ステツプ２１１で小さい
測距枠内の焦点電圧を再度確認する。大きい測距枠で小
さい測距枠外の被写体に対して合焦・停止しているとし
ても、小さい測距枠内にボケながらも被写体が存在する
のであれば、図６の６０３に示されるように有限量の焦
点電圧が小さい測距枠内で検出されるはずである。そこ
でステツプ２１１では、小さい測距枠内の焦点電圧が図
３において３０１で示されるようなしきい値Ｂ（しきい
値Ｂ＞しきい値Ａ）を上回っているとき、小さい測距枠
内に被写体があるにもかかわらず小さい測距枠外の被写
体に合焦したと判断し、ステツプ２１２、２１３、２１
４で小さい測距枠のみを用いてもう一度ＡＦ動作を行
い、合焦・停止動作を行うようにする。

【００４３】ステツプ２１１で小さい測距枠内の焦点電
圧がしきい値Ｂを下回っていれば、大きい測距枠で合焦
した合焦点は適切であるとしてステツプ２０２の処理に
戻る。

【００４４】しきい値Ｂは小さい測距枠内には被写体が
無い、又は、仮に被写体があったとしてもその被写体に
対する焦点電圧の山は相当平坦で、明らかな山の極大点
を見つけるのは困難であるという判断ができる値に設定
する。

【００４５】以上のように、これまでのＡＦ動作及び測
距枠の選択処理に加え、２つのしきい値を用いて再起動
時の測距枠の再選択と合焦時の小さい測距枠内に於ける
被写体の有無の再確認を行うことによって、仮に大きい
測距枠内に焦点電圧の極大値の大きい被写体があったと
しても、画面中央の被写体に合焦する優先度が極めて高
まり、撮影者が満足する被写体認識能力とＡＦ性能を確
保することができるようになる。

【００４６】又、画面中央に被写体が存在しない場合に
は、これまで通り画面中央以外の被写体に対してＡＦ動
作を行うので、これまでのＡＦの利点であるところの所
謂「中抜け」と呼ばれる被写体に対する安定したレンズ
挙動を損なうことはない。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
より高精度に所望の対象物にピントを合わせることので
きる自動焦点調節装置を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における自動焦点調節装置の構成を示す
ブロツク図である。

【図２】本発明における自動焦点調節装置の制御動作を
説明するためのフローチヤートである。

【図３】本発明における自動焦点調節装置の再起動動作
を説明するための焦点電圧とフオーカスレンズ位置の関
係を示す図である。

【図４】自動焦点調節装置の動作を説明するための焦点
電圧とフオーカスレンズ位置の関係を示す図である。

【図５】画面と被写体と測距枠の関係を説明するための
図である。

【図６】図５に関連した焦点電圧とフオーカスレンズ位
置の関係を示す図である。

【図７】一般的な自動焦点調節装置の再起動動作を説明
するための焦点電圧とフオーカスレンズ位置の関係を示
す図である。

【図８】従来の図５に関連した自動焦点調節装置の再起
動動作を説明するためのフローチヤートである。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画面内に設定される焦点調節信号検出領
   域より検出される焦点調節信号に基づいて焦点調節を行
   う焦点調節手段と、前記焦点調節手段が再起動待機状態
   から再起動を開始する際に前記焦点検出領域として第１
   又は第２の焦点調節信号検出領域を選択的に設定すると
   共に、該設定として前記第１の焦点調節信号検出領域を
   選択するにあたって、該第１の焦点調節信号検出領域に
   より検出される焦点調節信号のレベルを判定し、該判定
   結果に応じて前記設定を前記第１の焦点調節信号検出領
   域から前記第２の焦点調節信号検出領域に変更する検出
   領域設定手段とを有することを特徴とする自動焦点調節
   装置。
2. 【請求項２】 前記検出領域設定手段は、前記焦点調節
   手段が焦点調節動作状態から前記再起動待機状態に入っ
   た際の前記焦点調節信号検出領域に対応して前記第１又
   は第２の焦点調節信号検出領域を設定することを特徴と
   する請求項１記載の自動焦点調節装置。
3. 【請求項３】 前記検出領域設定手段は、前記焦点調節
   手段が再起動する際の前記第１の焦点調節信号検出領域
   により検出される焦点調節信号が所定レベルにない場合
   には、前記焦点検出領域を前記第１の焦点調節信号検出
   領域から前記第２の焦点調節信号検出領域に変更するこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載の自動焦点調節装
   置。
4. 【請求項４】 前記検出領域設定手段は、前記焦点調節
   手段が再起動する際の前記第１の焦点調節信号検出領域
   により検出される焦点調節信号が所定レベルにある場合
   には、前記焦点調節信号検出領域を前記第１の焦点調節
   信号検出領域とすることを特徴とする請求項１〜３のい
   ずれかに記載の自動焦点調節装置。
5. 【請求項５】 前記第１の焦点調節信号検出領域は、前
   記第２の焦点調節信号検出領域を含み、該第２の焦点調
   節信号検出領域より大きな焦点調節信号検出領域である
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の自動
   焦点調節装置。