JP3494479B2

JP3494479B2 - フォーカス制御装置

Info

Publication number: JP3494479B2
Application number: JP20868794A
Authority: JP
Inventors: 清春西山
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1994-09-01
Filing date: 1994-09-01
Publication date: 2004-02-09
Anticipated expiration: 2019-02-09
Also published as: JPH0879595A; US6373525B1; US6091452A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、撮像素子に対する光学
系の焦点合わせを電気的な制御によって行うためのフォ
ーカス制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ビデオカメラの殆どは、その焦点合わせ
を自動化したオートフォーカスカメラになっている。こ
のオートフォーカスの方式の代表的なものに山登りサー
ボ方式がある。この方式によるフォーカス制御は、映像
信号から得られる焦点評価値の最大値を合焦位置と定
め、フォーカスモータを駆動（鮮鋭度が低いときにはで
きるだけ高速駆動し、鮮鋭度が高くなるにつれて減速駆
動する）しながら前記焦点評価値の最大値を探索するも
のである。

【０００３】この種の方式において問題になるのは映像
信号のノイズであり、特に、蛍光灯下で撮影したときの
フリッカの影響は大きい。ビデオカメラにおける垂直走
査周波数が６０Ｈｚ（１６．６ｍｓ）であることから、
電源周波数が６０Ｈｚ（１６．６ｍｓ）の場合もフリッ
カは生じない（また、シャッタースピードが１００Ｈｚ
（１０ｍｓ）の場合も、蛍光灯の明滅周期が１００Ｈｚ
（１０ｍｓ）であることからフリッカは生じない）。し
かし、電源周波数が５０Ｈｚ（２０ｍｓ）の場合には蛍
光灯の明滅周波数が１００Ｈｚ（１０ｍｓ）になるた
め、フリッカによるちらつきの周期は２０Ｈｚ（５０ｍ
ｓ）になる。このフリッカの周期によって焦点評価値が
変動し、合焦が行えなくなることがある。

【０００４】この影響を低減すべく、フリッカの周期を
考慮して焦点評価値をサンプリングまたは平均化する
（例えば、フリッカ周期が５０Ｈｚ（２０ｍｓ）であれ
ばサンプリングを２０Ｈｚ（５０ｍｓ）にする）等の方
法が提案されている。フリッカ周期（ビートによる明滅
周期）がフィールド周期６０Ｈｚ（１６．６ｍｓ）の３
倍であることから、３フィールド（＝２０Ｈｚ（５０ｍ
ｓ））毎に輝度成分をサンプリングすることにより蛍光
灯の明滅により付加された成分に関しては、常に同じレ
ベルのものをサンプリングすることになり、フリッカの
影響を排除することができる。

【０００５】なお、オートフォーカスに関する技術に
は、例えば、特開平５−２３６３２８号公報がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、焦点
評価値は、映像信号の垂直周波数（ＶＤ）である約２０
Ｈｚ（５０ｍｓ）毎にサンプリングが可能であるが、こ
のサンプリングでは評価値の演算周期の方が長くなり、
合焦までの時間が遅くなるという問題がある。

【０００７】すなわち、３フィールド毎に焦点評価値を
サンプリングするため、１回のサンプリングデータに基
づくフォーカス制御コマンドの発行まで（つまり、演算
終了まで）に１フィールド（６０Ｈｚ（１６．６ｍ
ｓ））に対して３フィールド（２０Ｈｚ（５０ｍｓ））
の時間がかかることになり、合焦までに３倍の時間を要
することになる。

【０００８】そこで、本発明は、サンプリング周期を短
くしても十分な焦点評価値を得ることができるフォーカ
ス制御装置を提供することを目的にしている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明は、合焦レンズがモータで駆動される光
学系を介して撮像素子で撮像した被写体に対する映像信
号中の輝度成分を検出し、この輝度成分に基づいて前記
モータを制御して合焦を行うフォーカス制御装置におい
て、前記輝度成分を積分して得られる焦点評価値と予め
設定したフリッカの影響を排除するための比較値とを比
較する演算手段と、この演算手段による比較結果に基づ
いて焦点評価値のサンプリング周期を変更する制御手段
とを具備することを特徴とする。

【００１０】この場合のサンプリング周期は、前記合焦
レンズの位置が合焦位置の近傍の時と、それ以外の時と
で異なる値にすることができる。

【００１１】

【００１２】また、前記焦点評価値が最大値を更新する
毎に前記映像信号の記録を行うようにすることができ
る。

【００１３】

【作用】上記した手段によれば、焦点評価値と予め設定
した比較値とが演算手段によって比較され、〔焦点評価
値＞比較値〕の時には、例えば１００Ｈｚ（１０ｍｓ）
で１フィールド周期のサンプリングをし、〔比較値＞焦
点評価値〕の時には任意のシャッタースピードで２０Ｈ
ｚ（５０ｍｓ）周期のサンプリングを行うようなサンプ
リング周期の変更が行われる。これにより、フリッカの
影響を排除し、かつ合焦速度の高速化を図ることができ
る。

【００１４】焦点評価値はフォーカス（合焦）レンズの
位置、すなわち焦点位置に応じて変化する山形である。
したがって、焦点評価値がピークにある時にモータが始
動した場合、焦点評価値のピーク値（最大値）が合焦位
置であるにもかかわらず、それよりレベルの低い位置が
停止位置になってしまう。そこで、合焦位置の近傍の時
と他の位置とでサンプリング周期が異なる値、具体的に
は、合焦位置近傍ではサンプリング周期を２フィールド
以上の周期にすれば、合焦精度の向上及び合焦時間の短
縮を図ることができる。

【００１５】記録装置によっては、静止画記録モードと
動画記録モードを備えた機種があるが、動画記録時のシ
ャッタースピードは被写体の状況に応じて変化するのに
対し、静止画記録時のシャッタースピードは一定であ
る。したがって、焦点評価値を得るための静止画記録時
おけるサンプリング周期は、動画記録時とは異なる値に
でき、具体的には、合焦時間が短縮されるフィールド数
にする（例えば、動画記録時の３フィールド毎に対して
１フィールド毎にする）ことができる。これによって、
静止画記録時の合焦時間を短縮することができる。

【００１６】例えば、被写体を静止画として記録する場
合、高速な合焦制御が要求される。このような要求に対
しては、合焦位置近傍ではサンプリングされた焦点評価
値が増加した場合に記録を開始し、それ以外の場合には
記録動作を開始しないような制御、すなわち、前記焦点
評価値が最大値を更新する毎に前記映像信号の記録を行
うように制御すれば、フォーカス制御の開始から記録開
始までの時間を短縮することができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１８】〔実施例１〕図１は本発明によるフォーカ
ス制御装置の構成を示すブロック図である。

【００１９】合焦レンズ１ａを含む複数枚の光学レンズ
を用いて構成されると共にズーム機構を備えた撮像レン
ズ系１の合焦位置には、撮像素子２が配設されている。
撮像素子２にはＣＣＤ等が用いられ、被写体像を電気信
号に変換して出力する。撮像素子２にはカメラプロセス
回路３が接続され、撮像信号の増幅等が行われる。カメ
ラプロセス回路３には映像信号処理回路４が接続され、
この映像信号処理回路４には、順次、ハイパスフィルタ
（ＨＰＦ）５、焦点評価値を算出する積分回路６が順次
接続されている。更に、積分回路６には、サンプリング
周期を決定する演算回路７及びフォーカス制御を実行す
るためのＣＰＵ８が順次接続され、このＣＰＵ８にはフ
ォーカスモータ駆動回路９及びフォーカスモータ１０が
順次接続されている。フォーカスモータ駆動回路９によ
って駆動されるフォーカスモータ１０は合焦レンズ１ａ
を光軸方向に前後進させる駆動源となる。

【００２０】図１における概略の動作を説明すると、撮
像レンズ系１によって撮像された被写体像は撮像素子２
の撮像面に結像し、撮像素子２によってカラー映像信号
に変換される。撮像素子２の出力信号は、カメラプロセ
ス回路３及び映像信号処理回路４によって各種の処理が
施され、映像信号処理回路４から輝度信号が出力され
る。この信号に対し、高域部分のみをハイパスフィルタ
５によって通過させ、更に、積分回路６によってハイパ
スフィルタ５の出力信号の１フィールド分の積分が行わ
れる。この積分値が焦点評価値になる。

【００２１】焦点評価値は演算回路７によって予め決定
されている比較値と比較され、〔焦点評価値＞比較値〕
を満足する時には撮像素子２の露光時間（シャッタース
ピード）を不図示の制御部によって１００Ｈｚ（１０ｍ
ｓ）にしたフォーカス制御が行われる。ここで、比較値
は、レンズを含む鏡筒の特性、回路系の増幅度、評価値
のサンプリング回路特性等によって決まる値であるが、
分かりやすく言えば、シャッタースピードを１００Ｈｚ
（１０ｍｓ）とすると、得られる映像の輝度が落ちる
が、それでも焦点評価値として十分に使用可能な値であ
る。この比較値は、システム毎に異なる値になる。

【００２２】或る程度以上の焦点評価値の被写体ではシ
ャッタースピードを１００Ｈｚ（１０ｍｓ）にしても、
合焦制御に要求される十分な焦点評価値を得ることがで
きる。そこで、本発明では或る値以上の評価値が得られ
た場合、シャッタースピードを１００Ｈｚ（１０ｍｓ）
にし、サンプリング周期を１フィールド＝６０Ｈｚ（１
６．６ｍｓ）にしてフリッカの影響を除くと同時に、フ
リッカ対策のためにサンプリング周期を３フィールドに
することで、合焦速度の低下が防止される。

【００２３】一方、演算回路７において〔比較値＞焦点
評価値〕が判定されたとき、制御部で露光時間を６０Ｈ
ｚ（１６．６ｍｓ）にしたフォーカス制御が行われる。
このように６０Ｈｚ（１６．６ｍｓ）にするのは、暗い
被写体に焦点を合わせたときでも焦点評価値を高くでき
ることによるものであり、また、６０Ｈｚ（１６．６ｍ
ｓ）は垂直周波数が６０Ｈｚ（１６．６ｍｓ）であるビ
デオカメラ等における通常の最も遅いシャッタースピー
ドである。

【００２４】なお、演算回路７による比較対象を焦点評
価値としたが、これに代え、被写体の輝度値（又はコン
トラストを表す値）を用いてもよい。

【００２５】以上のように、シャッタースピードを６０
Ｈｚ（１６．６ｍｓ）にしたとき、この値より焦点評価
値が小さい場合にはシャッタースピードを６０Ｈｚ（１
６．６ｍｓ）のままとし、フリッカ対策を行うために３
フィールドの周期（＝２０Ｈｚ（５０ｍｓ）で焦点評価
値を取得する。そして、焦点評価値が或る値より大きい
場合には、シャッタースピードをフリッカ防止に有効な
１００Ｈｚ（１０ｍｓ）にして焦点評価値を取得する。
このときの或る値より大きい場合に合焦時間の短縮が可
能になる。

【００２６】〔実施例２〕ところで、上記実施例におい
ては、評価値が最大となる位置の近傍においてもモータ
の駆動と同時に評価値が積分されるため、真の最大値と
のずれが生じ、真の合焦位置と停止位置がずれる（誤合
焦）場合がある。この理由について図２を参照して説明
する。

【００２７】図２はフォーカスレンズ位置と焦点評価値
の関係を示す特性図である。図中、縦軸が焦点評価値、
横軸がフォーカスレンズ位置である。ａ位置が合焦位置
である場合、その１フィールド前のフォーカスレンズ位
置がａ′であった場合、合焦レンズ１ａは、ａ′位置か
らａ位置まで移動する。このときに得られる焦点評価値
は、Ｐ１とＰ０の間の値をとり、合焦レンズ１ａはａ位
置で停止する。更に、フォーカスモータ１０を駆動して
１フィールド後に合焦レンズ１ａがａ位置からｂ位置へ
移動したとすると、得られる焦点評価値は同様にＰ１と
Ｐ０の間の値をとる。焦点評価値は、図２に示すように
合焦位置を中心として対称的な特性を示すので、ａ位置
が合焦位置であるにもかかわらず、焦点評価値は合焦レ
ンズ１ａがｂ位置にあるときと同一値になり、合焦位置
が必ずしも最大値になるとは限らない。

【００２８】これを防止するには、焦点評価値をサンプ
リングする時間と合焦レンズ１ａを駆動する時間とが重
ならない様にすればよく、合焦位置近傍においてサンプ
リング周期を２フィールド以上の周期として評価値をサ
ンプリングすれば、合焦精度の向上と合焦速度の短縮を
図ることができる。具体的には、ａ位置で合焦レンズ１
ａが停止している間の１フィールド期間に焦点評価値を
積分して取得すれば、焦点評価値はＰ０のレベルにな
る。このためには、最初の１フィールドでフォーカスモ
ータ１０を駆動し、次の１フィールドで焦点評価値を取
得する。

【００２９】この処理の詳細について図３のフローチャ
ートを参照して説明する。

【００３０】まず、サンプリング周期を６０Ｈｚ（１
６．６ｍｓ）に設定し（ステップ３０１）、フォーカス
モータ１０を駆動する（ステップ３０２）。この過程で
焦点評価値を取得し（ステップ３０３）、焦点評価値が
最大値を通過して減少傾向を示したか否かを判定する
（ステップ３０４）。減少傾向を示さなかった場合、フ
ォーカスモータ１０の駆動方向を判定し、フォーカスモ
ータ１０を駆動し（ステップ３０５）、処理をステップ
３０３に戻して以降の処理を繰り返し実行する。また、
減少傾向を示した場合、フォーカスモータ１０を逆回転
させ（ステップ３０６）、焦点評価値を取得する（ステ
ップ３０７）。ついで、取得した焦点評価値が減少傾向
を示したか否かを判定し（ステップ３０８）、減少傾向
を示した場合にはサンプリング周期を２０Ｈｚ（５０ｍ
ｓ）にする（ステップ３０９）。また、焦点評価値が減
少しなかった場合、フォーカスモータ１０を正方向へ駆
動し（ステップ３１０）、ステップ３０７以降の処理を
繰り返し実行する。

【００３１】

【００３２】

【００３３】〔実施例４〕山登りサーボ方式によるフォ
ーカス制御は、焦点評価値の最大値を合焦位置として、
その最大値をフォーカスモータを駆動しながら探索する
方式であるので、最大値位置を確実に検出すべく焦点評
価値が最大値位置から減少したことを確認してから最大
値位置へ戻す操作が必要になる。このため、合焦時間の
短縮には限界がある。

【００３４】しかし、最大値位置を検出したら行き過ぎ
ることなく最大値位置で停止すれば、最大値を検出して
から、減少を検出して再び最大値検出位置に戻すまでの
時間分の合焦時間を短縮することが可能になる。また、
被写体を静止画として記録する場合、高速なフォーカス
制御が要求されるが、合焦位置近傍ではサンプリングさ
れた焦点評価値が増加した場合に記録を開始し、それ以
外の場合には記録動作を開始しないようにすれば、フォ
ーカス動作の開始から記録開始までの時間を短縮するこ
とができる。次に、これらの処理について、図４及び図
５を参照して以下に説明する。

【００３５】図４は本発明の第４実施例を示すフローチ
ャートであり、図５は図４の処理に関するタイミングチ
ャートである。

【００３６】まず、フォーカスモータ１０の駆動方向を
判定し、この判定結果に基づいてフォーカスモータ１０
が駆動される（ステップ４０１）。この駆動過程で焦点
評価値を取得し（ステップ４０２）、ついで、合焦位置
の近傍にあるか否かが判定（ステップ４０３）される
（このステップは必要に応じて加える）。更に、合焦位
置を通過したか否かが判定される（ステップ４０４）。
通過の判定がなされた場合、焦点評価値最大値以外の記
録情報を消去し（ステップ４０５）、処理を終了する。

【００３７】また、ステップ４０４で合焦位置の通過無
しが判定された場合、焦点評価値の増加の有無が判定さ
れる（ステップ４０６）。増加無しの場合には、記録は
開始されず、処理をステップ４０１に戻して以降の処理
を繰り返し実行する。また、ステップ４０６で焦点評価
値の増加が判定された場合、フォーカスモータ１０を停
止させた後、記録処理が開始される（ステップ４０
７）。１フレームの記録は、焦点評価値が増加する間は
継続される。この処理の完了後、処理はステップ４０１
に戻され、以降の処理が繰り返し実行される。

【００３８】

【発明の効果】本発明は上記の通り構成されているの
で、次に記載する効果を奏する。

【００３９】請求項１記載の発明によれば、輝度成分を
積分して得られる焦点評価値と予め設定したフリッカの
影響を排除するための比較値とを比較する演算手段と、
この演算手段による比較結果に基づいて焦点評価値のサ
ンプリング周期を変更する制御手段とを設けたので、フ
リッカの影響を排除し、かつ合焦速度の高速化を図るこ
とができる。

【００４０】請求項２記載の発明によれば、合焦レンズ
の位置が合焦位置の近傍の時と、それ以外の時とでサン
プリング周期を異なる値にしたので、合焦精度の向上及
び合焦時間の短縮を図ることができる。

【００４１】

【００４２】請求項３記載の発明によれば、焦点評価値
が最大値を更新する毎に映像信号の記録を行うようにし
たので、フォーカス制御の開始から記録開始までの時間
を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるフォーカス制御装置の構成を示す
ブロック図である。

【図２】フォーカスレンズ位置と焦点評価値の関係を示
す特性図である。

【図３】本発明の第２実施例の処理を示すフローチャー
トである。

【図４】本発明の第４実施例を示すフローチャートであ
る。

【図５】図４の処理に関するタイミング図である。

【符号の説明】

１撮像レンズ系１ａ合焦レンズ２撮像素子４映像信号処理回路６積分回路７演算回路１０フォーカスモータ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】合焦レンズがモータで駆動される光学系
を介して撮像素子で撮像した被写体に対する映像信号中
の輝度成分を検出し、この輝度成分に基づいて前記モー
タを制御して合焦を行うフォーカス制御装置において、前記輝度成分を積分して得られる焦点評価値と予め設定
したフリッカの影響を排除するための比較値とを比較す
る演算手段と、この演算手段による比較結果に基づいて焦点評価値のサ
ンプリング周期を変更する制御手段とを具備することを
特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項２】前記サンプリング周期は、前記合焦レン
ズの位置が合焦位置の近傍の時と、それ以外の時とで異
なる値にすることを特徴とする請求項１記載のフォーカ
ス制御装置。
【請求項３】前記焦点評価値が最大値を更新する毎に
前記映像信号の記録を行うことを特徴とする請求項１記
載のフォーカス制御装置。