JP3310323B2 - 自動合焦装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動合焦装置、詳しく
は、映像信号に基づくコントラスト情報に基づいて合焦
位置の検出を行う自動合焦装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、撮像素子を用いた撮像装置の自動
合焦方式の一つとして、フォーカシングレンズの繰り出
し、または、繰り込み時の映像信号に基づき、合焦の程
度を評価する被写体のコントラスト情報を得て、その値
がピークを示すレンズ位置を合焦位置と判断し、該位置
にフォーカシングレンズを駆動する方式があった。この
方式は、「山登り方式」と称され、ＮＨＫ技術研究報告
書（昭和４０年、第１７巻 第１号（通算第８６号）、
第２１頁〜第３７頁）にその詳細が記載されている。こ
の「山登り方式」を適用した合焦制御装置においては、
コントラスト情報が抽出される映像信号として、輝度信
号の光電変換特性に関するガンマ補正（以下、γ補正）
と記載する）された輝度信号Ｙγが利用される場合と、
γ補正される前の輝度信号Ｙが利用される場合とがあっ
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の従来
の合焦制御装置において、コントラスト情報が抽出され
る映像信号として、前記輝度信号Ｙγを利用するもので
は、被写体画面Ｇ２０として図５の（Ａ）に示すよう
に、画面中央部に高輝度の主要被写体である燃焼中の蝋
燭Ｂ1 があって、その周辺が暗い背景の周辺部Ｂ2 であ
った場合、高輝度部は、γ補正のため高輝度信号が圧縮
され、コントラスト情報であるコントラスト値の増減が
少なくなってしまう。そのために上記高輝度の主要被写
体に対する正確な合焦ができない状態になる。一方、前
記輝度信号Ｙを利用するものにあっては、被写体画面Ｇ
３０が図５の（Ｂ）に示すように、逆光状態の主要被写
体Ｃ1を有し、その被写体Ｃ１ に合焦させようとした場
合、高輝度の背景の周辺部Ｃ2にコントラスト情報が引
かれてしまい正確な合焦が行えない。即ち、周辺部Ｃ2
の高輝度被写体の方のＹ信号が大きくＤＣ（直流）成分
が増えるため、そのコントラスト値も大きくなってしま
い、低輝度側である主要被写体Ｃ1 に対する合焦を正確
に行えなかった。

【０００４】本発明は、上述の不具合を解決するために
なされたものであり、被写体のコントラスト情報を用い
る自動合焦装置において、当該画面内の特定領域に係る
輝度レベルと該特定領域の周辺領域に係る輝度レベルに
よって、異なるコントラスト情報生成手段のうちの何れ
かのコントラスト情報を選択するようにして、特定領域
と周辺領域に輝度差があったとしても、特定領域の被写
体に高精度の合焦調節が可能となる自動合焦装置を提供
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の自動合焦装置
は、ガンマ補正された映像信号に基づくコントラスト情
報を得る第１のコントラスト情報生成手段と、ガンマ補
正されない映像信号に基づくコントラスト情報を得る第
２のコントラスト情報生成手段と、当該画面内の特定領
域に係る輝度レベルが該特定領域の周辺領域に係る輝度
レベルより低い第１の状態にあるか、または、該特定領
域に係る輝度レベルが該特定領域の周辺領域に係る輝度
レベルより高い第２の状態にあるかを識別するための識
別手段と、上記識別手段による識別結果に応じて上記第
１のコントラスト情報生成手段によるコントラスト情
報、または、上記第２のコントラスト情報生成手段によ
るコントラスト情報に選択的に依拠して合焦調節動作を
行う合焦調節手段を有してなることを特徴とする。

【０００６】

【作用】合焦位置検出に先立ち、被写体が特定領域と周
辺領域の輝度差から第１の状態にあるか、第２の状態に
あるかの識別を行い、その識別結果に基づいて第１、ま
たは、第２のコントラスト情報生成手段のコントラスト
情報を選択して合焦調節処理を実行する。

【０００７】

【実施例】以下図示の実施例に基づいて本発明を説明す
る。図１は、本発明の一実施例を示す自動合焦装置を内
蔵する電子的撮像装置の主要ブロック構成図である。同
図に示すように本装置は、主に、合焦モータ３１２によ
り合焦駆動されるフォーカシングレンズ３０１と、取り
込まれた被写体光を測光素子３１３側と撮像素子３０３
側に分割するハーフミラー３０２と、被写体像を電気信
号に変換する上記撮像素子３０３と、撮像信号増幅やサ
ンプルホールド処理や輝度信号のγ補正等を行う撮像処
理回路３０４と、図示しない映像記録再生系に映像信号
を出力する出力端子部３１５と、合焦の程度を評価する
ための情報であるコントラスト値として、γ補正された
輝度信号Ｙγの高周波成分を抽出する第１のコントラス
ト情報生成手段のＹγ用ＢＰＦ回路（バンドパスフィル
タ）３０６と、γ補正がなされていない輝度信号Ｙの高
周波成分を抽出する第２のコントラスト情報生成手段の
Ｙ用ＢＰＦ回路（バンドパスフィルタ）３０７と、上記
の２つのコントラスト値のうち何れかを、端子Ａ，Ｂを
介して選択して取り込むアナログスイッチ３０８と、そ
の取得コントラスト値のアナログ／デジタル変換用の第
１Ａ／Ｄ変換回路３０９と、ハーフミラー３０２で分割
した被写体光を測光する測光素子３１３と、その測光出
力をアナログ／デジタル変換する第２Ａ／Ｄ変換回路３
１４と、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどで構成される演算
処理回路３１０と、上記合焦モータ３１２と同モータ駆
動用のモータドライブ回路３１１によって構成されてい
る。

【０００８】なお、上記演算処理回路３１０には、コン
トラスト値のピーク点認識手段と、測光素子３０３の出
力に基づいて撮像処理回路３０４へのゲイン設定信号を
出力するゲイン設定手段と、被写体の輝度の状態を識別
する識別手段と、上記第１，２のコントラスト情報生成
手段を選択指定して、更に、モータドライブ回路３１１
を介して合焦モータ３１２を駆動しフォーカシングレン
ズ３０１を移動せしめる合焦調節手段をも内蔵されてい
る。また、被写体輝度レベルの識別手段である測光素子
３１３は、図３の画面Ｇ１に示す日の丸型の測光領域を
持つ測光素子であって、中央部の領域を特定領域Ａ１と
し、その周辺部を周辺領域Ａ２とする。

【０００９】以上のよう構成された本撮像装置の合焦動
作を説明すると、まず、フォーカシングレンズ３０１を
介して取り込まれた被写体光の特定領域Ａ１と周辺領域
Ａ２のそれぞれの光量を測光素子３１３で検出し、第２
Ａ／Ｄ変換回路３１４を介してデジタル値として演算処
理回路３１０に取り込む。まず、特定領域Ａ１の光量に
基づいて特定被写体の輝度レベルを判別し識別する。更
に、周辺領域Ａ２の光量により２つの状態を演算処理回
路３１０により識別する。即ち、特定領域Ａ１の輝度が
低く、しかも、特定領域Ａ１の輝度レベルが周辺領域Ａ
２の輝度レベルよりも低い場合で、例えば、図５の
（Ｂ）のような逆光状態のとき、第１の状態として識別
する。また、特定領域Ａ１の輝度が高く、しかも、特定
領域Ａ１の輝度レベルが周辺領域Ａ２の輝度レベルより
も高い場合、例えば、図５の（Ａ）のように周囲が暗
く、中央に輝度の高い被写体があるとき、第２の状態と
して識別する。この識別された状態に基づいてアナログ
スイッチ３０８を切り替える。

【００１０】そして、被写体の輝度レベルが上記第１の
状態であった場合、アナログスイッチ３０８の端子Ａ側
をオンとし、Ｙγ用ＢＰＦ回路３０６の出力を取り込む
ように設定する。そして、フォーカシングレンズ３０１
を１段づつ繰り出しながら、逐次のコントラスト情報と
して、高輝度側が圧縮された輝度信号Ｙγに基づいたコ
ントラスト値の信号を抽出し、第１Ａ／Ｄ変換回路３０
９を介して演算処理回路３１０に取り込む。このように
して求められたコントラスト値により、該コントラスト
値が高輝度の周辺側に引き込まれることなく、中央の特
定被写体に対する正確な合焦位置が検出可能となる。一
方、被写体の輝度レベルが上記第２の状態であった場
合、アナログスイッチ３０８の端子Ｂ側をオンとし、高
輝度側の圧縮されない輝度信号Ｙに基づいたコントラス
ト値の信号をＹ用ＢＰＦ回路３０７より抽出可能に設定
する。そして、該コントラスト値を第１Ａ／Ｄ変換回路
３０９を介して演算処理回路３１０に取り込む。この検
出動作により、特定領域の高輝度側の輝度信号が圧縮さ
れないことから、中央の高輝度の被写体のより正確なコ
ントラスト値が取り込まれ、高精度の合焦位置が検出可
能となる。

【００１１】なお、上記第１，２の状態以外の場合、即
ち、特定領域Ａ１が高輝度であって、周辺領域Ａ２が高
輝度、または、標準輝度レベルであった場合は、コント
ラスト値はＹγ用ＢＰＦ回路３０６より抽出される。ま
た、特定領域Ａ１が標準、または、低輝度レベルであっ
て、周辺領域Ａ２も標準、または、低輝度レベルであっ
た場合は、コントラスト値はＹ用ＢＰＦ回路３０７より
抽出される。また、この第１，第２の状態以外の場合
は、この組み合わせのＢＰＦ回路を選択しなくても合焦
位置の検出に支障はない。

【００１２】以上のように選択して取り込まれたコント
ラスト値に基づいて、上記演算処理回路３１０は、上記
コントラストピーク位置を検出し、そのピーク位置まで
モータドライブ回路３１１および合焦モータ３１２を介
して、フォーカシングレンズ３０１を高速で移動させて
合焦動作を終了する。

【００１３】次に、本実施例の自動合焦装置の上述の合
焦処理動作を図２のフローチャートを用いて更に詳細に
説明する。合焦処理の指令が出力されると、演算処理回
路３１０は処理動作をスタートし、まず、ステップＳ１
において、測光素子３１３の出力に基づいて被写体の画
面の特定領域Ａ１（図３参照）の輝度レベルをチェック
し高輝度であればステップＳ２へ、標準か低輝度であれ
ばステップＳ３にジャンプする。ステップＳ２におい
て、同様に測光素子３１３の出力に基づいて被写体の画
面の周辺領域Ａ２（図３参照）の輝度レベルをチェック
し高輝度、または、標準であればステップＳ４へ進み、
アナログスイッチ３０８を端子Ａ側をオンとし、γ補正
した輝度信号Ｙγを処理するＹγ用ＢＰＦ回路３０６の
出力をコントラスト値として取り込むように設定する。
上記ステップＳ２のチェックの結果が低輝度であれば、
被写体が前記第２の状態にあるとしてステップＳ５にジ
ャンプする。そして、アナログスイッチ３０８を端子Ｂ
側をオンとし、γ補正しない輝度信号Ｙを処理するＹ用
ＢＰＦ回路３０７の出力をコントラスト値として取り込
むように設定する。

【００１４】また、上記ステップＳ３において、測光素
子３１３の出力に基づいて被写体の画面の周辺領域Ａ２
の輝度レベルをチェックし高輝度であれば、前記第１の
状態であると判断し、ステップＳ６へ進む。そして、ア
ナログスイッチ３０８を端子Ａ側をオンとし、γ補正し
た輝度信号Ｙγを処理するＹγ用ＢＰＦ回路３０６の出
力をコントラスト値として取り込むように設定する。上
記ステップＳ３のチェックの結果が標準、または、低輝
度であれば、ステップＳ７にジャンプする。そして、ア
ナログスイッチ３０８を端子Ｂ側をオンとし、γ補正し
ない輝度信号Ｙを処理するＹ用ＢＰＦ回路３０７の出力
をコントラスト値として取り込むように設定する。

【００１５】続いて、ステップＳ８以下に進み、上記の
ステップで設定された状態のもとでコントラスト値が取
り込まれ、値のピーク段数を検出する。即ち、フォーカ
シングレンズ３０１の段数ｎ、スタート時は、０段での
取得コントラスト値をＣｎに取り込む（ステップＳ
８）。そして、フォーカシングレンズ３０１を１段正転
駆動し（ステップＳ９）、その位置でのコントラスト値
をＣn+1 に取り込む（ステップＳ１０）。続いて、コン
トラスト値ＣｎとＣn+1 とを比較し、値Ｃｎの方が大と
なるまでは、コントラスト値が上昇しているものと判断
する（ステップＳ１１）。そして、ｎをインクリメント
して（ステップＳ１３）、ステップＳ９に処理が戻る。
コントラスト値Ｃｎの方が大となった時点でピーク越え
をしたと判断し、フォーカシングレンズ３０１を１段だ
け逆転駆動し、合焦状態として本ルーチンを終了する。

【００１６】以上述べたように本実施例の自動合焦装置
は、逆光の被写体の場合、周辺の高輝度の背景の方にコ
ントラスト値が引かれることを防ぐために、コントラス
ト値を求めるときにγ処理した輝度信号を用いるように
して、周辺の高輝度の被写体のコントラストを弱め、暗
い中央の被写体のコントラストを強調する。また、周辺
が暗く、中央に高輝度の被写体がある場合、コントラス
ト値を求めるときにγ処理しない輝度信号を用いるよう
にして、中央の高輝度の被写体のコントラストを強調す
る。これらの処理によって高精度の合焦位置検出がなさ
れ、各輝度レベル状態の被写体に対して具合のよいコン
トラスト情報が得られるような処理を行うものである。

【００１７】上記実施例の自動合焦装置に用いた測光素
子３１３の変形例として、撮像素子３０３の撮像信号を
利用した測光手段を適用するものを提案できる。上述の
実施例のものは、輝度情報を２つの測光領域をもつ専用
の測光素子３１３を介して取り込んだが、撮像素子３０
３の撮像信号に基づいて各領域の測光情報を取り込むよ
うにしても、本発明の自動合焦装置を構成することは可
能である。例えば、撮像素子３０３の撮像画面Ｇ１０を
図４に示すような９つの測光領域に分割する。そして、
前記特定領域Ａ１に対応して、領域Ａ１５，Ａ１８の２
つの領域を該当させ、周辺領域Ａ２としては、領域Ａ１
１〜Ａ１４，Ａ１６，Ａ１７，Ａ１９の７つの領域を該
当させる。特定，周辺の各領域の輝度には上記分割領域
の光量の合計を当てる。被写体の輝度レベルは、上記実
施例の場合と同様に特定，周辺の各領域の輝度を求め、
前記第１の状態と第２の状態の識別をする。以下の合焦
処理は第１実施例のものと同一である。なお、特定，周
辺の各領域の輝度の違いを判別する場合、各領域の光量
比をとって、その比の値により前記第１の状態と第２の
状態の識別を行っても良い。

【００１８】また、上記の実施例のものでは、撮像処理
回路３０４へのゲイン設定を測光素子３１３の出力に基
づいて行ったが、撮像処理回路３０４からの映像信号に
基づいて該ゲインの設定を行ってもよく、更に、ＢＰＦ
回路を介した第１Ａ／Ｄ変換回路３０９の出力信号に基
づいて、該ゲインの設定を行ってもよい。また、上記実
施例のものは、「山登り方式」の合焦処理を適用したも
のであったが、本発明の自動合焦装置は、これに限るも
のではなく、全レンズ駆動範囲、あるいは、所定の駆動
範囲のコントラスト情報を、一旦は、取り込み、その情
報を用い、本発明の要旨により合焦位置を求めるような
合焦方式のものにも、勿論、適用可能である。また、本
発明の要旨のものは、電子カメラは勿論のこと、ムービ
カメラや銀塩フィルムを使うカメラにも適用できる。

【００１９】

【発明の効果】上述のように本発明の自動合焦装置は、
合焦位置検出に際して利用するコントラストデータを求
めるための輝度信号として、γ補正された信号とγ補正
されない信号を被写体の輝度の状態によって選択するよ
うにしたので、逆光の被写体や、中央に高輝度の被写体
が位置している被写体等であっても、その周辺の輝度の
状態に左右されず正確な合焦位置の検出が可能であるな
ど、顕著な効果を有する自動合焦装置を提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す自動合焦装置を内蔵す
る電子的撮像装置のブロック構成図。

【図２】上記図１の電子的撮像装置の合焦処理のフロー
チャート。

【図３】上記図１の電子的撮像装置に用いられる測光素
子の測光領域のパターンを示す図。

【図４】上記図１の自動合焦装置の測光素子の変形例の
ものの測光領域のパターンを示す図。

【図５】撮影画面の被写体の輝度の状態を示す図であっ
て、（Ａ）は中央の特定領域に高輝度の被写体があり、
周辺領域が暗い状態、（Ｂ）は中央の特定領域が暗く、
周辺領域が明るい逆光状態の画面を示す。

【符号の説明】

３０６………………Ｙγ用ＢＰＦ回路（第１のコントラ
スト情報生成手段） ３０７………………Ｙ用ＢＰＦ回路（第２のコントラス
ト情報生成手段） ３０８………アナログスイッチ（第１，第２のコントラ
スト情報生成手段） ３０９……第１Ａ／Ｄ変換回路（第１，第２のコントラ
スト情報生成手段） ３１０……………演算処理回路（第１，第２のコントラ
スト情報生成手段，識別手段，合焦調節手段） ３１３…………………測光素子（識別手段） ３１４…………………第２Ａ／Ｄ変換回路（識別手段） Ａ１，Ａ１５，Ａ１８ ……………………………………
………特定領域 Ａ２，Ａ１１〜Ａ１４，Ａ１６，Ａ１７，Ａ１９ ……
………周辺領域

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガンマ補正された映像信号に基づくコント
   ラスト情報を得る第１のコントラスト情報生成手段と、 ガンマ補正されない映像信号に基づくコントラスト情報
   を得る第２のコントラスト情報生成手段と、 当該画面内の特定領域に係る輝度レベルが該特定領域の
   周辺領域に係る輝度レベルより低い第１の状態にある
   か、または、該特定領域に係る輝度レベルが該特定領域
   の周辺領域に係る輝度レベルより高い第２の状態にある
   かを識別するための識別手段と、 上記識別手段による識別結果に応じて上記第１のコント
   ラスト情報生成手段によるコントラスト情報、または、
   上記第２のコントラスト情報生成手段によるコントラス
   ト情報に選択的に依拠して合焦調節動作を行う合焦調節
   手段と、 を有してなることを特徴とする自動合焦装置。