JP3697745B2 - オートフォーカス制御装置及び方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はカメラ一体型ビデオテープレコーダ（以下「カムコーダ」という）等の撮像装置におけるオートフォーカス制御、特に誤動作の防止技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カムコーダ等の撮像装置におけるオートフォーカス制御装置としては、例えば図１１に示すものがある。この図において、被写体（図示せず）からの光はフォーカスレンズ１により集光され、アイリス２において適当な光量に調整されてＣＣＤ撮像素子３に結像する。そして、ここで映像信号に変換され、サンプル／ホールド及びＡＧＣ回路４においてノイズ除去とレベル調整を受けた後、Ａ／Ｄ変換器５によりデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された映像信号は、カメラ信号処理部６において、Ｙ／Ｃ分離、ガンマ補正等のカメラ信号処理を施される。カメラ信号処理部６の出力信号は、図示されていない記録再生回路へ送られ、所定の記録再生処理を施される。カメラ信号処理部６内で分離された輝度信号は、オートフォーカス（ＡＦ）検波部７へ送られる。
【０００３】
オートフォーカス検波部７は、図１２に示すように、輝度信号の高域成分を通すハイパスフィルタ（又はバンドパスフィルタ）７１と、このフィルタ７１の出力を整流する整流回路７２と、整流回路７２の出力からオートフォーカス用の測距枠内の輝度信号を抽出するためのゲート回路７３と、ゲート回路７３の出力を検波することによりフィールド内の高域成分の最大値を検出して焦点信号を作成する検波回路７４とから構成されている。
【０００４】
図１２に示したオートフォーカス検波部７が作成した焦点信号のレベルとピント位置との関係の一例を図１３に示す。このように、焦点信号のレベルは合焦位置においてピークになる。
【０００５】
再び図１１の説明に戻る。オートフォーカス検波部７で作成された焦点信号は制御マイクロコンピュータ（以下「マイクロコンピュータ」を「マイコン」という）８へ送られる。制御マイコン８は、焦点信号のレベルが大きくなる方向にフォーカスレンズ１を移動させるためのモータ制御信号をモータ駆動回路９へ与える。モータ駆動回路９はモータ制御信号に応じた方向と速度でモータ１０を回転させる。つまり、焦点信号のレベルのピークが検出される位置にフォーカスレンズ１を移動させるように閉ループが構成されている。このオートフォーカス制御は、焦点信号のピークを検出するものであるため山登り制御と呼ばれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した山登り制御では、測距枠外にコントラストの高い被写体が存在し、測距枠内の被写体のコントラストが低いとピント合わせが出来なくなってしまうことがあった。この点について図１４〜図１６を参照しながら説明する。
【０００７】
図１４に合焦状態と、中ボケ状態と、大ボケ状態とを示す。ここで、測距枠外にコントラストの高い被写体Ａ、これと比較してコントラストの低い被写体Ｂが枠内にある。図１４［１］の合焦状態では、被写体Ａは測距枠外に、被写体Ｂは測距枠内にある。図１４［２］の中ボケ状態では、被写体Ａの輪郭がボケて、そのボケた像（錯乱円）の一部が測距枠の周辺部に接するようになる。さらに、図１４［３］の大ボケ状態では、被写体Ａのボケた像の一部が測距枠内に入る。
【０００８】
被写体Ａ，Ｂが撮像装置から同じ距離に存在するとき、被写体Ａ，Ｂ各々が単独に存在して測距枠がないと仮定したときのフォーカスレンズの位置に対する焦点信号の変化は図１５のようになる。したがって被写体Ａ，Ｂが同時に存在して測距枠があるときの焦点信号は図１６のようになる。
【０００９】
焦点信号は測距枠内の最もコントラストの高い部分を検出したものであるため、大ボケ状態（３）から中ボケ状態（２）では被写体Ａのエッジを検出するが、中ボケ状態（２）から被写体Ａのエッジが測距枠の外に出ていくにつれて焦点信号は急激に小さくなり、やがて被写体Ｂのエッジを検出するようになる。このため、測距枠外の被写体Ａのボケた像が測距枠から出る位置が焦点信号のレベルのピークとなる。つまり、中ボケ状態（２）で焦点信号のレベルがピークとなることから、この位置を合焦位置と判断してしまい、真の合焦位置を見つけることは出来なくなってしまう。
【００１０】
このため、焦点信号のレベルのピークを探す従来のオートフォーカス制御方法では、測距枠外にコントラストの高い被写体が存在し、測距枠内の被写体のコントラストが低いと、ピントがボケて被写体の像が広がることで、測距枠外の被写体のボケた像の一部が測距枠内に入って来た時に、ピント合わせが出来なくなってしまう。
【００１１】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、コントラストの高い被写体が測距枠内に出入りするような場合であっても正しいオートフォーカス制御が行なえるオートフォーカス制御装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記問題点を解決するために、本発明に係るオートフォーカス制御装置及び方法は、被写体を撮像して得た映像信号の所定の周波数成分から焦点信号を作成するオートフォーカス制御装置又は方法において、焦点信号の検出位置が撮像エリア内の所定の測距枠の周辺部であることを検出したときに、測距枠の周辺部で焦点信号が検出されないように前記所定の測距枠を変化させることを特徴とするものである。
【００１３】
ここで、第１の手段としては、例えば焦点信号の検出位置と所定の測距枠の位置との比較による検出手段、あるいは上記所定の測距枠に隣接する複数個の異なる大きさや位置の測距枠内の前記所定の周波数成分の比較による検出手段を採用することができる。
【００１４】
また、第２の手段は、所定の測距枠の大きさや位置等を変化させるものである。
【００１５】
【作用】
本発明に係るオートフォーカス制御装置及び方法によれば、被写体を撮像して得た映像信号の所定の周波数成分から作成される焦点信号の検出位置が所定の測距枠の周辺部であるときに、この測距枠の位置や大きさ等を変化させる。
【００１６】
【実施例】
以下本発明の実施例について図面を参照しながら、
〔１〕本発明を適用したオートフォーカス制御装置の基本構成
〔２〕焦点信号の検出位置が測距枠の周辺部であることを検出する手段
（１）焦点信号の検出位置と測距枠の位置との比較による検出
（２）複数の異なる測距枠の焦点信号の比較による検出
の順序で詳細に説明する。
【００１７】
〔１〕本発明を適用したオートフォーカス制御装置の基本構成
図１は本発明を適用したオートフォーカス制御装置の基本構成を示すブロック図である。ここで、図１１と同一の部分には同一の番号が付してある。
【００１８】
本発明を適用したオートフォーカス制御装置は、被写体（図示せず）からの光を集光するフォーカスレンズ１と、フォーカスレンズ１を通過した光の量を調整するアイリス２と、アイリス２を通過した被写体の像を映像信号に変換するＣＣＤ撮像素子３と、ＣＣＤ撮像素子３の出力映像信号のノイズ除去とレベル調整を行なうサンプル／ホールド及びＡＧＣ回路４と、サンプル／ホールド及びＡＧＣ回路４の出力をデジタル化するＡ／Ｄ変換器５と、Ａ／Ｄ変換器５のデジタル出力に対してＹ／Ｃ分離、ガンマ補正等の信号処理を施すカメラ信号処理部６とを備えている。
【００１９】
本発明を適用したオートフォーカス制御装置は、さらに、カメラ信号処理部６内で分離された輝度信号からオートフォーカス制御用の焦点信号を作成するオートフォーカス検波部７’と、オートフォーカス検波部７’からの焦点信号のレベルが大きくなる方向にフォーカスレンズ１を移動させるためのモータ制御信号をモータ駆動回路９へ送ると共に、焦点信号の検出位置が測距枠の周辺部である場合には、測距枠の位置やサイズ（大きさ）を変化させるための測距枠制御信号をオートフォーカス検波部７’へ送る制御マイコン８’と、制御マイコン８’から送られたモータ制御信号に応じてモータ１０を駆動するモータ駆動回路９と、モータ駆動回路９により駆動され、フォーカスレンズ１を移動させるモータ１０と、カメラ信号処理部６とオートフォーカス検波部７’に対して、垂直同期信号ＶＤ，水平同期信号ＨＤ、及び例えば約１４ＭＨｚのクロックＣＬを供給するタイミング発生部１１を備えている。
【００２０】
次に、図１に示した装置の動作を説明する。図１において、被写体（図示せず）からの光はフォーカスレンズ１により集光され、アイリス２において適当な光量に調整されてＣＣＤ撮像素子３に結像する。そして、ここで映像信号に変換され、サンプル／ホールド及びＡＧＣ回路４においてノイズ除去とレベル調整を受けた後、Ａ／Ｄ変換器５によりデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された映像信号は、カメラ信号処理部６において、Ｙ／Ｃ分離、ガンマ補正等のカメラ信号処理を施される。カメラ信号処理部６の出力信号は、図示されていない記録再生回路へ送られ、所定の記録再生処理を施される。カメラ信号処理部６内で分離された輝度信号は、オートフォーカス検波部７’へ送られる。
【００２１】
オートフォーカス検波部７’はカメラ信号処理部６から供給された輝度信号とタイミング発生部１１から供給された垂直同期信号ＶＤ，水平同期信号ＨＤ、及びクロック信号ＣＬとから焦点信号を作成し、制御マイコン８’へ送る。制御マイコン８’は、焦点信号が大きくなる方向にフォーカスレンズ１を移動させるためのモータ制御信号をモータ駆動回路９へ与える。モータ駆動回路９はモータ制御信号に応じた方向と速度でモータ１０を回転させる。制御マイコン８’は、さらに、焦点信号の検出位置が測距枠の周辺部であるか否かを判定し、焦点信号の検出位置が測距枠の周辺部であるときには、オートフォーカス検波部７’における測距枠を変化させるための測距枠制御信号を出力する（詳細は後述）。
【００２２】
〔２〕焦点信号の検出位置が測距枠の周辺部であることを検出する手段
焦点信号の検出位置が測距枠の周辺部であることを検出するために、二つの手段を考えた。その一つは、焦点信号の検出位置と測距枠の位置とを比較して検出するもの、他の一つは複数の異なる測距枠の焦点信号を比較して検出するものである。以下順に説明する。
【００２３】
（１）焦点信号の検出位置と測距枠の位置との比較による検出
図２はオートフォーカス検波部７’の構成を示すブロック図である。ここで、図１２と同一の部分には同一の番号が付してある。
【００２４】
図２に示すように、オートフォーカス検波部７’は、輝度信号の高域成分を通すハイパスフィルタ（又はバンドパスフィルタ）７１と、このフィルタ７１の出力を整流する整流回路７２と、整流回路７２の出力からオートフォーカス用の測距枠内の輝度信号を抽出するためのゲート回路７３’と、ゲート回路７３’の出力を検波することによりフィールド内の高域成分の最大値を検出して焦点信号を作成すると共に、この焦点信号が検出されたタイミングにおいて、後述する水平位置カウンタ７５と垂直位置カウンタ７６のカウント値を保持する検波回路７４’とを備えている。ここで、ゲート回路７３’には制御マイコン８’から測距枠の位置またはサイズを設定するための制御信号が入力されている。この制御信号は、焦点信号の検出位置が測距枠の周辺部であることを制御マイコンが検出したときに、オートフォーカス制御に誤動作を生じないようにするために、測距枠の位置やサイズを変えるものである（詳細は後述）。
【００２５】
オートフォーカス検波部７’は、さらにタイミング発生部１１から供給されるクロックＣＬでカウントアップすると共に水平同期信号ＨＤ毎にクリアされる水平位置カウンタ７５と、水平同期信号ＨＤに同期してカウントアップすると共に垂直同期信号ＶＤ毎にクリアされる垂直位置カウンタ７６とを備えている。垂直位置カウンタ７６のカウント値はｃｏｕｎｔ１として、また水平位置カウンタ７５のカウント値はｃｏｕｎｔ２として、共に検波回路７４’へ送られる。
【００２６】
次に、図３を参照しながら、図２に示したオートフォーカス検波部７’の動作を説明する。この図の［１］は撮像エリアと測距枠とｃｏｕｎｔ１，ｃｏｕｎｔ２との関係を示す。オートフォーカス検波部へ図３の［２］に示すような輝度信号が入力された場合について説明する。この場合、測距枠の左周辺部にコントラストの高い被写体が存在し、測距枠の右周辺部にコントラストの低い被写体が存在する。
【００２７】
オートフォーカス検波部へ図３の［２］に示すような輝度信号が入力されると、ハイパスフィルタ（又はバンドパスフィルタ）７１により、図３の［３］に示すような高域成分が抽出される。この高域成分は整流回路７２により、図３の［４］に示すように整流される。そして、図３の［５］に示すゲート信号によりＡＦ測距枠内の整流出力のみが取り出され、検波回路７４’により測距枠内の最大値が焦点信号として検出される。
【００２８】
一方、水平位置カウンタ７５は、タイミング発生部１１から供給された約１４ＭＨｚのクロックを水平同期信号ＨＤ毎にカウントし、そのカウント値ｃｏｕｎｔ２を検波回路７４’へ送る。同様に、垂直位置カウンタ７６は、タイミング発生部１１から供給された水平同期信号ＨＤを垂直同期信号ＶＤ毎にカウントし、そのカウント値ｃｏｕｎｔ１を検波回路７４’へ送る。
【００２９】
検波回路７４’は、整流出力の最大値が更新される毎にｃｏｕｎｔ１及びｃｏｕｎｔ２の値をラッチする。この結果、検波回路７４’には、各フィールドにおける焦点信号のレベルとそれを検出したタイミングにおけるｃｏｕｎｔ１及びｃｏｕｎｔ２の値がラッチされる。この焦点信号のレベルとｃｏｕｎｔ１及びｃｏｕｎｔ２の値は制御マイコン８’へ送られる。
【００３０】
次に、図４を参照しながら制御マイコン８’の処理を説明する。まず、オートフォーカス検波部７’から送られてくるｃｏｕｎｔ１，ｃｏｕｎｔ２の値、すなわち焦点信号の検出位置と、測距枠の位置とを比較する（ステップＳ１）。そして、ｃｏｕｎｔ１，ｃｏｕｎｔ２の値の少なくとも一方が測距枠の周辺部を示すものであったときは（ステップＳ２でＹｅｓ）、測距枠の位置あるいはサイズを変化させるための制御信号を、オートフォーカス検波部７’のゲート回路７３’へ送り（ステップＳ３）、その後処理を終了する。これに対して、ｃｏｕｎｔ１，ｃｏｕｎｔ２の値のいずれも測距枠の周辺部を示すものでないときは（ステップＳ２でＮｏ）、そのまま処理を終了する。
【００３１】
図５に測距枠の周辺部で焦点信号が検出された場合の測距枠の変化例を示す。この図において被写体Ａはコントラストが相対的に高く、被写体Ｂはコントラストが相対的に低い。
【００３２】
図５［１］は測距枠を広げて被写体Ａが測距枠内に入るようにしたものである。このようにすれば、ボケ状態から合焦状態に制御する過程で被写体Ａが測距枠の外へ出ることがなくなるため、焦点信号は常に被写体Ａ及びＢを検出したものとなり、正しい合焦方向を判断することができる。
【００３３】
また、図５［２］は測距枠を狭めて被写体Ａが測距枠内に入らないようにしたものである。このようにすると、被写体Ａが測距枠へ入ることが無くなるため、焦点信号は常に被写体Ｂだけを検出したものとなり、正しい合焦方向を判断することができる。
【００３４】
そして、図５［３］は測距枠の位置を変えて被写体Ａが測距枠内に入らないようにしたものである。この場合も、図５［２］と同じ理由により正しい合焦方向を判断することができる。
【００３５】
このように、測距枠の周辺部で焦点信号が検出された場合には、測距枠を変化させることにより、正しい合焦方向を判断できるようにしている。
【００３６】
（２）複数の異なる測距枠の焦点信号の比較による検出
図６は複数の異なる大きさの測距枠の焦点信号の比較により焦点信号の検出位置が測距枠の周辺部であることを検出する原理を説明する図である。ここでは、測距枠を枠ａとし、この枠より若干大きい測距枠である枠ｂを新たに設定する。図５と同様、被写体Ａはコントラストの高い被写体であり、被写体Ｂはコントラストが低い被写体である。
【００３７】
このとき、枠ａ、ｂ内の焦点信号とピント位置との関係は図７の様になる。枠ｂは枠ａより若干大きいため、被写体Ａのエッジが枠から出るタイミングがずれる。これにより、枠ｂの焦点信号は枠ａの焦点信号よりやや合焦点に近い位置から焦点信号が急激に変化する。
【００３８】
被写体Ａの枠への出入りがない領域｛（３）〜（２），（２´）〜（１）｝では枠ａ，ｂとも焦点信号が検出される位置が同じであるため、焦点信号自体も全く同じになる。そしてこの領域では、従来のオートフォーカス制御で正しい合焦方向を判断することができる。
【００３９】
一方、被写体Ａの枠への出入りがある領域｛（２）〜（２´）｝では、枠ａ，ｂで焦点信号が検出される位置が異なり、また焦点信号の変化も急激なことから、枠ａの焦点信号と、枠ｂの焦点信号には大きな差ができる。逆に枠ａの焦点信号と、枠ｂの焦点信号に大きな差がある場合は、焦点信号の検出位置が測距枠の周辺部に存在する領域とみなすことができる。
【００４０】
そこで、枠ａの焦点信号と、枠ｂの焦点信号には大きな差ができた場合には、図５と同じように、測距枠の位置やサイズを変化させることにより、正しい合焦方向の判断ができるようにする。
【００４１】
なお、図６では大きさが若干異なる二つの枠を同時に用いたが、図８に示すような大きさは同じで、若干位置をずらした枠を用いても同様に検出することができる。また、一つの枠をフィールド毎またはフレーム毎に大きさまたは位置を切り替えて用い、その変調の周期に合わせて焦点信号を同期検波することで同様に枠出入りを検出することが出来る。さらに、より多くの枠を比較に用いることで、より精度の高い検出も可能である。
【００４２】
図９はオートフォーカス検波部７’の構成を示すブロック図である。ここで、図２と同一あるいは対応する部分には同一の番号が付してある。
図９に示すように、オートフォーカス検波部７’は、輝度信号の高域成分を通すハイパスフィルタ（又はバンドパスフィルタ）７１と、このフィルタ７１の出力を整流する整流回路７２と、整流回路７２の出力から測距枠ａ，ｂ内の輝度信号を抽出するための第１ゲート回路７３−１，第２ゲート回路７３−２と、第１ゲート回路７３−１，第２ゲート回路７３−２の出力を検波することにより、測距枠ａ，ｂ内の高域成分の最大値を検出して第１焦点信号，第２焦点信号を作成する第１検波回路７４−１，第２検波回路７４−２とを備えている。ここで、第１ゲート回路７３−１と第２ゲート回路７３−２には制御マイコン８’から測距枠の位置またはサイズを設定するための測距枠制御信号が入力されている。
【００４３】
次に、図１０を参照しながら制御マイコン８’の処理を説明する。まず、オートフォーカス検波部から送られてくる第１焦点信号のレベルと第２焦点信号のレベルを比較する（ステップＳ１１）。そして、それらのレベルの差が所定値以上であるときは（ステップＳ１２でＹｅｓ）、測距枠の位置あるいはサイズを変化させるための測距枠制御信号を、オートフォーカス検波部の第１ゲート回路７３−１と第２ゲート回路７３−２へ送り（ステップＳ３）、その後処理を終了する。これに対して、第１焦点信号のレベルと第２焦点信号のレベルの差が所定値以上でないときは（ステップＳ１２でＮｏ）、そのまま処理を終了する。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、被写体を撮像して得た映像信号の所定の周波数成分から作成される焦点信号の検出位置が所定の測距枠の周辺部であるときに、測距枠の大きさを変えたり、測距枠の位置を変えたりするので、コントラストの高い被写体が測距枠内に出入りするような場合であっても正しいオートフォーカス制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したオートフォーカス制御装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】図１のオートフォーカス検波部の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】図２のオートフォーカス検波部の動作を示す図である。
【図４】図１の制御マイコンの処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】測距枠の変化例を示す図である。
【図６】複数の異なる大きさの測距枠の焦点信号の比較により焦点信号の検出位置が測距枠の周辺部であることを検出する原理を説明する図である。
【図７】図６における枠ａ、ｂ内の焦点信号とピント位置との関係を示す図である。
【図８】複数の異なる位置の測距枠の焦点信号の比較により焦点信号の検出位置が測距枠の周辺部であることを検出する原理を説明する図である。
【図９】オートフォーカス検波部の構成の他の一例を示すブロック図である。
【図１０】制御マイコンの処理の他の一例を示すフローチャートである。
【図１１】従来のオートフォーカス制御装置の基本構成を示すブロック図である。
【図１２】従来のオートフォーカス検波部の構成を示すブロック図である。
【図１３】従来のオートフォーカス制御装置における焦点信号のレベルとピント位置との関係の一例を示す図である。
【図１４】合焦状態、中ボケ状態、及び大ボケ状態における測距枠と被写体との関係を示す図である。
【図１５】図１４の被写体Ａ，Ｂ各々の焦点信号の変化を示す図である。
【図１６】図１４の測距枠内の焦点信号の変化を示す図である。
【符号の説明】
１…フォーカスレンズ、３…ＣＣＤ撮像素子、７，７’…オートフォーカス検波部、８，８’…制御マイコン

Claims (8)

1. 被写体を撮像して得た映像信号の所定の周波数成分から焦点信号を作成するオートフォーカス制御装置において、
   前記焦点信号の検出位置が撮像エリア内の所定の測距枠の周辺部であることを検出する第１の手段と、
   該第１の手段の検出出力があるときに測距枠の周辺部で焦点信号が検出されないように前記所定の測距枠を変化させる第２の手段と
   を具備することを特徴とするオートフォーカス制御装置。
2. 第１の手段は、焦点信号の検出位置と所定の測距枠の位置との比較により該焦点信号の検出位置が該測距枠の周辺部であることを検出する請求項１記載のオートフォーカス制御装置。
3. 第１の手段は、上記所定の測距枠内の前記周波数成分と該所定の測距枠に若干ずれた状態で重なる異なる測距枠内の前記周波数成分を比較することにより焦点信号の検出位置が上記所定の測距枠の周辺部であることを検出する請求項１記載のオートフォーカス制御装置。
4. 第１の手段は、上記所定の測距枠内の前記周波数成分と上記所定の測距枠に若干ずれた状態で重なる異なる測距枠である該所定の測距枠と異なる大きさの測距枠内の前記周波数成分を比較する請求項３記載のオートフォーカス制御装置。
5. 第１の手段は、上記所定の測距枠内の前記周波数成分と上記所定の測距枠に若干ずれた状態で重なる異なる測距枠である該所定の測距枠と異なる位置の測距枠内の前記周波数成分を比較する請求項３記載のオートフォーカス制御装置。
6. 第２の手段は、所定の測距枠の大きさを変化させる請求項１記載のオートフォーカス制御装置。
7. 第２の手段は、所定の測距枠の位置を変化させる請求項１記載のオートフォーカス制御装置。
8. 被写体を撮像して得た映像信号の所定の周波数成分から焦点信号を作成するオートフォーカス制御方法において、
   前記焦点信号の検出位置が所定の測距枠の周辺部であることを検出したときに、前記所定の測距枠を変化させて測距枠の周辺部で焦点信号が検出されないようにすることを特徴とするオートフォーカス制御方法。

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