JP3780047B2 - 自動焦点調節装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動焦点調節装置に関し、より具体的には、ビデオ・カメラ及び電子スチル・カメラ等に用いる自動焦点調節装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、ビデオ・カメラ等の映像入力機器に用いられている自動焦点調節方式として、CCD撮像素子等の固体撮像素子から得られる映像信号中の高周波成分を抽出し、この高周波成分が最大となるように撮影レンズを駆動して焦点を調節する、いわゆる山登り方式が知られている。このような自動焦点調節方式は、焦点調節用の特殊な光学部材が不要であり、遠方でも近くでも距離によらずに正確にピントを合わせることができるという長所を有する。
【0003】
図14を参照して、山登り方式の自動焦点調節装置を簡単に説明する。被写体からの光は、固定されている第1レンズ群110、変倍用の第2レンズ群112(以下、変倍レンズという。)、絞り114、固定されている第3レンズ群116、及び、焦点調節機能と変倍による焦点面の移動を補正する機能とを兼ね備えた第4レンズ群118(以下、フォーカシング・レンズという。)を通って、撮像素子120の撮像面(光電変換面)に入射する。
【0004】
撮像素子120は撮像面上の光学像を電気信号に変換する。撮像素子120の出力信号は、CDS回路122によりサンプル・ホールドされ、AGC回路124により所定レベルに増幅され、A/D変換器126によりディジタル信号に変換される。A/D変換器126の出力信号は、図示しないカメラ信号処理回路に供給される。カメラ信号処理回路の処理内容は、本発明とは関係しない周知のものであるので、これ以上の説明を省略する。
【0005】
A/D変換器126の出力は、バンドパス・フィルタ(BPF)128にも印加される。BPF128は、A/D変換器126から出力される映像データから所定の高周波成分を抽出する。BPF128の出力は、ABS回路130により全て正極性の信号に変換される。ゲート信号発生回路132は、撮影画面内での合焦検出領域内に相当する部分を指定するゲート信号を発生し、検波回路134は、ゲート信号発生回路132が出力するゲート信号に従って、ABS回路130の出力から、合焦検出領域内に相当する信号のみを検波(例えば、ピークホールド又は積分)し、AF評価値として垂直同期信号の整数倍に同期した間隔で出力する。
【0006】
マイクロコンピュータからなる主制御回路136は、検波器134の出力(AF評価値)を取り込み、合焦度に応じたフォーカシング速度と、AF評価値が増加するモータ駆動方向とを決定し、モータ駆動回路138を制御する。モータ駆動回路138は、主制御回路136からの指令に従ってフォーカス・モータ140を駆動し、フォーカシング・レンズ118を指定の位置に指定の速度で移動させる。これにより、BPF128の出力が最大になる位置に、フォーカシング・レンズ118が制御される。
【0007】
主制御回路136はまた、ユーザの変倍操作に応じて、モータ駆動回路142によりズーム・モータ144を回転させ、変倍レンズ112を指定の位置まで移動させる。これにより、焦点距離を変更でき、撮影倍率が変化する。
【0008】
図15は、主制御回路136による山登り制御方式の自動焦点調節動作のフローチャートを示す。主制御回路136は、垂直同期信号の整数倍に同期した間隔で検波器134の出力(AF評価値)を取り込みつつ、自動焦点調節制御を実行する。電源投入時又は撮影準備モードに入ったときに、AF帰還制御を起動し(S1)、AF評価値が大きくなる方向にフォーカシング・レンズ118を駆動して山登り制御を行なう(S2)。山の頂上を一度オーバーシュートしてから戻すことで山の頂点を判断し(S3)、最もレベルの高い点で停止し、再起動を待機する(S4)。AF評価値のレベルが停止時のレベルより下がったことを検出すると、AF帰還制御を再起動する(S5)。
【0009】
また、BPF128により映像信号中の高域成分を抽出する方式の他に、近年、画像圧縮等で用いられる二次元直交変換器の変換結果から高域成分を抽出し、自動焦点調節に利用する構成も提案されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
BPFにより映像信号中の高域成分を抽出する従来例では、BPFにはそのフィルタ特性を細かく設定しにくいという制約があるので、撮影条件又はレンズ状態等にあわせてきめ細かくフィルタ特性を設定するのが困難であった。
【0011】
また、2次元直交変換器を用いる方式では、画像圧縮等と兼用することが多く、その結果、周波数特性を画像圧縮処理に合わせる必要があり、自動焦点調節用として最適にできないという制約があった。勿論、自動焦点調節専用に2次元直交変換器を用意すればよいが、そうすると、回路規模が大きくなってしまい、コストが大幅に上昇する。
【0012】
本発明は、これらの問題点を解決し、きめ細かくダイナミックに周波数特性を設定でき、且つ低コストに実現できる自動焦点調節装置を提供することを目的とする。
【0013】
本発明はまた、多くの被写体に対して、誤判断することなく迅速かつ安定に合焦する自動焦点調節装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る自動焦点調節装置は、撮像信号から被写体の1次元画像を周波数領域に変換する変換手段と、当該変換手段の変換結果からレンズの透過周波数特性に起因するうねりの周期に影響されないような飛び飛びの所定周波数成分を抽出する抽出手段と、当該抽出手段の飛び飛びの所定周波数成分の抽出出力に基づくレンズの透過周波数特性に起因するピークを持たないAF評価値にしたがって光学系のフォーカシング・レンズを合焦点へ制御する制御手段とを具備することを特徴とする。
【0015】
本発明に係る自動焦点調節装置は、撮像信号の、合焦検出領域内の水平ライン画像を周波数領域に直交変換する直交変換手段と、当該直交変換手段の出力からレンズの透過周波数特性に起因するうねりの周期に影響されないような飛び飛びの所定周波数成分を抽出する抽出手段と、当該抽出手段の出力から飛び飛びの所定周波数成分に基づくレンズの透過周波数特性に起因するピークを持たないAF評価値を形成するデータ処理手段と、当該データ処理手段の出力に従い光学系のフォーカシング・レンズを合焦点へ制御する制御手段とを具備することを特徴とする。
【0016】
一次元の直交変換でよいので、安価に実現できる。周波数成分を重み付けしてから、所定周波数成分を抽出するので、焦点調節に適した周波数成分の抽出が容易になる。これらの結果、幅広い被写体に対して、誤判断することなく、迅速かつ安定に焦点調節できる。
【0017】
更に、撮像レンズ系の特性及び撮影状態に応じて当該抽出手段で抽出する当該所定周波数成分を選択する抽出周波数選択手段を設けることで、撮像レンズ系の特性及び撮影状態に応じた最適な自動焦点調節が可能になる。その結果、レンズ・システムに関わらずに幅広い被写体及び撮影条件で、誤判断することなく迅速かつ安定に自動焦点調節でき、レンズ・システムの設計自由度が向上する。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0019】
図1は、本発明の一実施例の概略構成ブロック図を示す。被写体からの光は、固定されている第1レンズ群10、変倍レンズ12、絞り14、固定されている第3レンズ群16、及び、フォーカシング・レンズ18を通って、撮像素子20の撮像面(光電変換面)に入射する。撮像素子20は、撮像面上の光学像を電気信号に変換する。撮像素子20の出力信号は、CDS回路22によりサンプル・ホールドされ、AGC回路24により所定レベルに増幅され、A/D変換器26によりディジタル信号に変換される。A/D変換器26の出力信号は、図示しないカメラ信号処理回路に供給される。
【0020】
A/D変換器26の出力は、AFプリプロセス回路28に入力する。AFプリプロセス回路28は、詳細は後述するが、AF評価値を生成し、マイクロコンピュータからなる主制御回路30に供給する。主制御回路30は、AFプリプロセス回路28の出力(AF評価値)を取り込み、合焦度に応じたフォーカシング速度と、AF評価値が増加するモータ駆動方向とを決定し、モータ駆動回路32を制御する。モータ駆動回路32は、主制御回路30からの指令に従ってフォーカス・モータ34を駆動し、フォーカシング・レンズ18を指定の位置に指定の速度で移動させる。これにより、AF評価値が最大になる位置に、フォーカシング・レンズ18が制御される。
【0021】
主制御回路30はまた、ユーザの変倍操作に応じて、モータ駆動回路36によりズーム・モータ38を回転させ、変倍レンズ12を指定の位置まで移動させる。これにより、焦点距離を変更でき、撮影倍率が変化する。
【0022】
図2は、AFプリプロセス回路28の一例の概略構成ブロック図を示し、図3は、画面内の合焦検出領域と、合焦検出領域内の画素構成の説明図である。1フレーム又は1フィールドの画面54内に合焦検出領域56が設定される。合焦検出領域56は複数の水平ライン58からなり、各水平ライン58は複数の画素60からなる。
【0023】
図2を説明する。ライン・メモリ40はA/D変換器26の出力データから、合焦検出領域56の1水平ラインの画素データP0,P1,・・・,Pnを記憶する。離散コサイン変換(DCT)回路42はライン・メモリ40に記憶される1水平ラインの画像データを直交変換し、周波数領域データF0,F1,・・・,Fnを出力する。重み付け回路44は、DCT回路42の出力に、各周波数成分がほぼ均一のレベルになるように予め決められた定数K0〜Knを乗算する。即ち、重み付け回路44は、k0×P0、K1×P1、・・・及びKn×Pnを出力する。
【0024】
所定周波数成分抽出回路46は重み付け回路44の出力k0×P0、K1×P1、・・・及びKn×Pnから、主制御回路30により指令される成分のみを抽出して出力する。ライン・ピーク・ホールド回路48は、所定周波数成分抽出回路46から出力される1ライン分の出力の内の最大値をホールドし、1水平ライン毎にホールド値を次の水平ラインの最大値で更新する。
【0025】
加算器50及びレジスタ52はアキュムレータを構成している。このアキュムレータは垂直方向の積分回路として機能し、ライン・ピーク・ホールド回路48の出力を累積加算する。即ち、当初、レジスタ52にはゼロをセットしておく。そして、加算器50はライン・ピーク・ホールド回路48の出力にレジスタ52の出力を加算し、加算結果をレジスタ52に書き込む。これを合焦検出領域56の全水平ライン58について実行することで、合焦検出領域の全水平ライン58の所定周波数成分の最大値の累積値がレジスタ52に格納される。レジスタ52の記憶値が、AF評価値として主制御回路30に供給される。
【0026】
図4は、ライン・メモリ40、DCT回路42、重み付け回路46及び所定周波数成分抽出回路46におけるデータの変遷の一例を示す。図4(a)はライン・メモリ40に格納されるデータ列、同(b)はDCT回路42から出力されるデータ列、図4(c)は重み付け回路42の出力データ列を示す。図4(d),(e)及び(f)は、所定周波数成分抽出回路46の出力例である。DCT回路42の出力F0〜Fnでは、F0が直流成分付近の最も低い周波数成分で、F1,F2,・・・の順で徐々に周波数が高くなり、Fnが最も高い周波数成分になる。
【0027】
主制御回路30は、図5に示すように内蔵するROM30aにレンズ特性データを保有しており、外部からの焦点距離情報、デフォーカス情報及び絞り値情報と、内蔵ROM30aに記憶されるレンズ特性データに従い、所定周波数成分抽出回路46にどの帯域の周波数成分データを抽出させるかを決定し、所定周波数成分抽出回路46に指示する。
【0028】
図6、図7及び図8を参照して、抽出すべき周波数成分の決定方法を説明する。図6、図7及び図8は、レンズの、合焦度(又はデフォーカス量)に対する周波数特性の変化を示す。
【0029】
図6では、特性62が合焦状態のものであり、合焦点から外れるほど、特性64,66,68というようにカットオフ周波数が低くなる。合焦状態では、特性62に示すように、レンズの透過周波数特性に起因するうねり又は波打ち様の特性になる。このうねりを考慮せずにAF評価値を算出すると、至近から無限までフォーカシング・レンズを移動したときのAF評価値の変化は、図8に特性74として例示したように、局部的なピークを持ち、これが合焦点と誤解されてフォーカシング・レンズが停止してしまう。即ち、合焦点を誤認識してしまう。
【0030】
そこで、本実施例では、所定周波数成分抽出回路46に対し、特性62のうねりの周期に影響されないような、図4(f)に示すような飛び飛びの周波数成分を抽出させる。これにおり、特性62のうねりの影響が緩和され、実質的には、図7に特性70として示すように滑らかに変化する特性になる。この結果、至近から無限までフォーカシング・レンズを移動したときのAF評価値の変化も、図8に特性76として例示するように、局部的なピークを持たないなだらかな山状になる。
【0031】
図9は、合焦時のレンズ周波数特性の一例であり、焦点距離が短いときと長いときの比較図を示す。焦点距離の短い方が、高域成分が多く出ている。主制御回路30は、所定周波数成分抽出回路46に対し、焦点距離が短いときは、例えば図4(e)に示すように低域よりの成分を中心に抽出させ、焦点距離が長いときは、図4(d)に示すように高域よりの成分を中心に抽出させる。これにより、レンズの特性を補正し、あらゆる条件で同一のAF評価値を生成できる。
【0032】
図10は、絞り14の開き具合に対するレンズの周波数特性の一例を示す。絞り14を開放した状態では、曲線78に示すような周波数特性であるが、少し絞ると、曲線80に示すように高域特性が良くなる。しかし、さらに絞ると、曲線82に示すように、逆に高域特性が悪くなる。この場合も、主制御回路30は、絞り14に対するこのような特性を補正するように、所定周波数成分抽出回路46を制御して、平滑な特性の周波数成分を抽出させる。主制御回路30は、このようにして生成されるうねりの無いAF評価値に基づいて、図15で説明したアルゴリズムに従い焦点を自動調節する。
【0033】
図11、図12及び図13は、AFプリプロセス回路28の別の構成例の概略構成ブロック図を示す。図2と同じ構成要素には同じ符号を付してある。
【0034】
図11では、ライン・ピーク・ホールド回路48の代わりにライン積分回路84を設け、1ラインのデータを全て加算し、その結果を加算器50及びレジスタ52からなる垂直積分回路で累積するようにした。
【0035】
図12では、加算器50及びレジスタ52からなる垂直積分回路の代わりに垂直ピーク・ホールド回路86を設けた。垂直ピーク・ホールド回路86は、ライン・ピーク・ホールド回路48の出力を垂直方向で比較し、そのピーク値をAF評価値として出力する。
【0036】
図13では、ライン積分回路88が、所定周波数成分抽出回路46の出力をライン内で積分し、垂直ピーク・ホールド回路90が、ライン積分回路88の各ラインの出力を垂直方向で比較し、そのピーク値をAF評価値として出力する。
【0037】
上記実施例では、周波数領域への変換に直交変換の一つであるDCTを用いたが、他の直交変換方式、例えば、DFT又はFFTであってもよい。
【0038】
【発明の効果】
以上の説明から容易に理解できるように、本発明によれば、被写体の1次元画像を周波数領域に変換し、その変換結果の特定周波数成分により焦点を自動調節するので、焦点調節に最適な周波数変換と最適な周波数成分の抽出を行なうことができる。従って、あらゆる被写体に対して、誤判断することなく迅速かつ安定に自動焦点調節できる。また、一次元画像を周波数変換でよいので、安価に実現できる。
【0039】
撮像レンズ系の特性及び/又は撮影状態に合わせて、抽出すべき周波数成分を制御することにより、撮像レンズ系の特性及び/又は撮影状態に適した焦点調節を行なうことができ、レンズ・システムに関わらずに幅広い被写体及び撮影条件で、誤判断することなく迅速かつ安定に自動焦点調節できる。この結果、レンズ・システムの設計自由度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例の概略構成ブロック図である。
【図2】 AFプリプロセス回路28の1具体例の概略構成ブロック図である。
【図3】 画面内の合焦検出領域の説明図である。
【図4】 AFプリプロセス回路28の動作の説明図である。
【図5】 主制御回路30の入出力情報の説明図である。
【図6】 レンズの、合焦度(又はデフォーカス量)に対する周波数特性の変化を示す模式図である。
【図7】 レンズの、合焦度(又はデフォーカス量)に対する周波数特性の変化を示す模式図である。
【図8】 合焦度(又はデフォーカス量)に対するAF評価値の変化を示す模式図である。
【図9】 合焦時のレンズ周波数特性の一例を示す模式図である。
【図10】 絞り値に対するレンズ周波数特性の変化を示す模式図である。
【図11】 AFプリプロセス回路28の第2の構成例の概略構成ブロック図である。
【図12】 AFプリプロセス回路28の第3の構成例の概略構成ブロック図である。
【図13】 AFプリプロセス回路28の第4の構成例の概略構成ブロック図である。
【図14】 従来例の概略構成ブロック図である。
【図15】 山登り制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【符号の説明】
10:第1レンズ群
12:変倍レンズ
14:絞り
16:第3レンズ群
18:フォーカシング・レンズ
20:撮像素子
22:CDS回路
24:AGC回路
26:A/D変換器
28:AFプリプロセス回路
30:主制御回路
30a:レンズ特性データを記憶する内蔵ROM
32:モータ駆動回路
34:フォーカス・モータ
36:モータ駆動回路
38:ズーム・モータ
40:ライン・メモリ
42:離散コサイン変換(DCT)回路
44:重み付け回路
46:所定周波数成分抽出回路
48:ライン・ピーク・ホールド回路
50:加算器
52:レジスタ
54:1フレーム又は1フィールドの画面
56:合焦検出領域
58:水平ライン
60:画素
84:ライン積分回路
86:垂直ピーク・ホールド回路
88:ライン積分回路
90:垂直ピーク・ホールド回路
110:第1レンズ群
112:第2レンズ群(変倍レンズ)
114:絞り
116:第3レンズ群
118:第4レンズ群(フォーカシング・レンズ)
120:撮像素子
122:CDS回路
124:AGC回路
126:A/D変換器
128:バンドパス・フィルタ
130:ABS回路
132:ゲート信号発生回路
134:検波回路
136:主制御回路
138:モータ駆動回路
140:フォーカス・モータ
142:モータ駆動回路
144:ズーム・モータ
Claims (8)
- 撮像信号から被写体の1次元画像を周波数領域に変換する変換手段と、
当該変換手段の変換結果からレンズの透過周波数特性に起因するうねりの周期に影響されないような飛び飛びの所定周波数成分を抽出する抽出手段と、
当該抽出手段の飛び飛びの所定周波数成分の抽出出力に基づくレンズの透過周波数特性に起因するピークを持たないAF評価値にしたがって光学系のフォーカシング・レンズを合焦点へ制御する制御手段
とを具備することを特徴とする自動焦点調節装置。 - 当該変換手段が直交変換手段である請求項1に記載の自動焦点調節装置。
- 撮像信号の、合焦検出領域内の水平ライン画像を周波数領域に直交変換する直交変換手段と、
当該直交変換手段の出力からレンズの透過周波数特性に起因するうねりの周期に影響されないような飛び飛びの所定周波数成分を抽出する抽出手段と、
当該抽出手段の出力から飛び飛びの所定周波数成分に基づくレンズの透過周波数特性に起因するピークを持たないAF評価値を形成するデータ処理手段と、
当該データ処理手段の出力に従い光学系のフォーカシング・レンズを合焦点へ制御する制御手段
とを具備することを特徴とする自動焦点調節装置。 - 前記直交変換手段が離散コサイン変換手段である請求項3に記載の自動焦点調節装置。
- 当該データ処理手段は、当該抽出手段の各ラインの出力からピーク値を選択するピーク選択手段と、当該ピーク選択手段により選択されたピーク値を複数ラインにわたって加算する積分手段とを具備する請求項3に記載の自動焦点調節装置。
- 当該データ処理手段は、当該抽出手段の各ラインの出力からピーク値を選択する第1の選択手段と、当該第1の選択手段の、複数ラインのピーク値から最大のピーク値を選択する第2の選択手段とを具備する請求項3に記載の自動焦点調節装置。
- 当該データ処理手段は、当該抽出手段の各ラインの出力を加算する第1の加算手段と、当該第1の加算手段の、複数ラインの加算結果をさらに加算する第2の加算手段とを具備する請求項3に記載の自動焦点調節装置。
- 当該データ処理手段は、当該抽出手段の各ラインの出力を加算する加算手段と、当該第1の加算手段の、複数ラインの加算結果から最大値を選択する選択手段とを具備する請求項3に記載の自動焦点調節装置。
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- 1996-12-11 JP JP33011896A patent/JP3780047B2/ja not_active Expired - Lifetime
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