JP4470651B2

JP4470651B2 - 自動焦点調節装置

Info

Publication number: JP4470651B2
Application number: JP2004250072A
Authority: JP
Inventors: 禎史金田
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2004-08-30
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2024-08-30
Also published as: JP2005099785A

Description

本発明は、ビデオカメラ等の自動焦点調節装置に係り、特に、フォーカスレンズを移動して被写体に速やかに合焦させるのに好適な自動焦点調節装置に関するものである。

従来より、「山登り方式」による自動焦点調節装置が知られている。これについて説明すると、撮影画像の映像信号に含まれる高域周波数成分は、焦点（ピント）の度合いに対応しており、合焦点において最大値を示す。通常、この高域周波数成分を電圧値で算出し、高域周波数成分の最大値を焦点電圧の最大値として合焦検出動作を行う。

「山登り方式」の検出動作を行う場合、ビデオカメラのフォーカス制御回路はまずフォーカスレンズの位置を前後に大きく振り、山登りの方向すなわち撮影画像の映像信号に含まれる高域周波数成分の増加する方向を決定する。山登りの方向を決定した後、フォーカス制御回路はフォーカスレンズを山登りの方向に高速で動かし、焦点電圧曲線の頂点にフォーカス位置を制御する。この頂点が合焦点となる。

合焦点において、フォーカス制御回路はフォーカスレンズの位置を前後に微小に揺動させ、フォーカスレンズの位置が高域周波数成分曲線の頂点にあることを確認する。この動作をウォブリングと呼ぶ。ウォブリングにおいてレンズのフォーカス位置が高域周波数成分曲線の頂点に無い場合、フォーカス制御回路は再びフォーカスを山登りの方向に高速で動かし、高域周波数成分曲線の頂点にフォーカス位置を制御する動作を繰り返す。

上述のように、フォーカスレンズの移動速度の制御としては、大ボケで焦点電圧が小さい場合はレンズの移動速度を速くし、小ボケで焦点電圧が大きい場合は遅くするように制御する。
しかし、撮影画像の映像信号に含まれる高域周波数成分を検出するフィルタが１つの場合、大ボケの場合に焦点電圧の検出自体が困難になるという問題や、焦点電圧が合焦状態だけでなく被写体の種類やコントラストにも依存しているため合焦度の正確な判定が困難だったり、合焦まで非常に長い時間を要するという問題がある。

そこで、大ボケでの焦点検出が可能で合焦点の方向が判定出来る中心周波数の低い高域通過バンドパスフィルタと、合焦点近傍での合焦精度に優れる合焦点検出用の中心周波数の高いバンドパスフィルタというように２種類のフィルタを設け、レンズの移動速度の適切な制御と正確な合焦判断制御とを可能にする提案がされている（例えば特許文献１、特許文献２参照。）。

特許文献１によれば、抽出された２つの焦点電圧の比率を表す新たな合焦状態の検出信号を演算によって生成することで、被写体のコントラストの変動による影響を抑えて合焦度の判定の精度を上げることが可能となり、レンズの移動速度の適切な制御を可能としている。

特許文献２によれば、焦点電圧の傾きの大小判定により、２つのフィルタの使い分けを行い合焦点近傍での正確な制御を可能とし、適切な速度制御によってオーバーシュートによる画質劣化を防ぐことを可能としている。

特開平５−１４５８２７号公報特開平６−２３３１７３号公報

ところで、特許文献１のように２種類のフィルタから得られた焦点電圧を基に、新たな１つの合成検出信号を演算によって求め、この求めた信号を用いる方法は、大ボケの場合には合成検出信号の精度が出ないという問題があり、そのため元の検出信号との使い分けが必要となるという問題があった。

また、特許文献２では、２種類のフィルタから得られた焦点電圧の傾きの判定において、焦点電圧の傾きは被写体のコントラストや絵柄にも影響されるため閾値の設定が難しいという問題があった。

本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、合焦点位置である映像信号の高周波成分の最大値位置を探索するため、映像信号の高周波成分の最大値位置を跨ぐフォーカスレンズ位置制御動作において、大ボケでの焦点検出が可能で合焦点の方向が判定出来る周波数の低いバンドパスフィルタと、合焦点近傍での合焦精度に優れる合焦点検出用の周波数の高いバンドパスフィルタというように２種類のフィルタを設け、夫々のフィルタの傾きを比較演算し制御することで、撮影状況に応じた最適な自動焦点調節制御が行え、速やかな合焦点を可能とする自動焦点調節装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、フォーカスレンズを介して供給された映像を所定の信号に変換する撮像素子と、前記所定の信号を映像信号に整形する映像信号処理手段と、前記映像信号における、第１の周波数帯域の信号である第１の映像検出データを、前記映像信号から抽出する第１の抽出手段と、前記映像信号における、前記第１の周波数帯域よりも高い周波数帯域の信号である第２の映像検出データを、前記映像信号から抽出する第２の抽出手段と、前記フォーカスレンズを駆動する駆動部と、所定の状態の前記第１の映像検出データのレベルとその所定の状態よりも以前の状態の前記第１の映像検出データのレベルとの差分を前記フォーカスレンズの移動速度で割ることによって求められる第１の傾きと、所定の状態の前記第２の映像検出データのレベルとその所定の状態よりも以前の状態の前記第２の映像検出データのレベルとの差分を前記フォーカスレンズの移動速度で割ることによって求められる第２の傾きとを算出し、前記第１の映像検出データのレベルが前記第２の映像検出データのレベルよりも大きく、かつ、前記第１の傾きが前記第２の傾きよりも大きい場合は、前記第１の映像検出データに基づいて前記駆動部を制御し、前記第２の映像検出データのレベルが前記第１の映像検出データのレベルよりも大きい、または、前記第２の傾きが前記第１の傾きよりも大きい場合は、前記第２の映像検出データに基づいて前記駆動部を制御する制御部とを有することを特徴とする自動焦点調節装置を提供する。

本発明の自動焦点調節装置は、映像検出データを大ボケでの焦点検出が可能で合焦点の方向が判定出来る中心周波数の低い高域通過バンドパスフィルタと、合焦点近傍での合焦精度に優れる合焦点検出用の中心周波数の高いバンドパスフィルタというように２種類のフィルタを設け検出する。さらに、現在入力する映像検出データと以前に入力した映像検出データとの差をフォーカスレンズの移動速度で割ることにより夫々傾きを求める。この夫々の傾きを比較して自動焦点調節を行うことにより、フォーカスレンズの移動速度の正確な制御を行い速やかな合焦点を可能とする効果が、また合焦度の判定の精度を上げるという効果がある。
さらに、傾きを比較するとき固定の閾値を用いる構成とは異なり、夫々の傾き同士を比較するようにしたため、撮像する被写体のコントラストや絵柄により、高周波成分を検出するフィルタの映像検出データが変化しても追従することが可能となり、正確に焦点を合わせ得る自動焦点調節装置を提供できるという効果がある。

本発明の自動焦点調節装置の発明を実施するための最良の形態につき、好ましい実施例により説明する。
図１は、本実施例に適用されるビデオカメラの概略構成図である。同図に示すように、フォーカスレンズ１０、撮像素子１１、ゲインコントロール回路１２、ビデオプロセス回路１３、フォーカス位置検出部１４、及び駆動回路１５、マイクロコンピュータ１６、ＢＰＦ１７，２１、ゲート回路１８，２２、ピークホールド回路１９，２３、及びＡ／Ｄ変換部２０，２４より構成される。ここで、ＢＰＦ１７は周波数の低いＢＰＦ−１であり、ＢＰＦ２１は、合焦点近傍での合焦精度に優れる合焦点検出用の周波数の高いＢＰＦ−２とする。

同図に基づき、入来映像についてその処理につき順次説明する。フォーカスレンズ１０より入来した撮像映像は、撮像素子１１に供給される。撮像素子１１で撮像信号に変換した後、ゲインコントロール回路１２にてゲイン調整して周知のビデオプロセス回路１３にて映像信号に整形した後出力される。

自動焦点調節制御処理については、ゲインコントロール回路１２から供給される映像信号に基づき２種類のＢＰＦ１７，２１で映像信号中の高周波成分を抽出する。さらに、ゲート回路１８，２２で合焦点検出領域に相当する部分を抜き出し、ピークホールド回路１９，２３でピークホールドした後Ａ／Ｄ変換部２０，２４に供給されピークホールドされたデータをデジタルデータとしてマイクロコンピュータ１６に供給する。マイクロコンピュータ１６は、自動焦点調節を制御するブロックを含み、フォーカス位置検出部１４よりフォーカスレンズ位置情報が供給される。マイクロコンピュータ１６は、これらの供給された各情報に基き、高周波成分の最大値を跨ぐフォーカスレンズ位置制御動作の制御を行い、駆動回路１５によりフォーカスレンズ１０を動作させて合焦点位置にフォーカスレンズ１０を移動するようにする。

図２、図３、図４を用いて、自動焦点調節動作について説明する。図２は、自動焦点調節動作のフローチャートの一例を示したものである。
同図に示すように、自動焦点調節制御が開始されると、印加する映像検出データが焦点調節の可能な安定したデータであるかを判断する（Ｓ２１）。安定なデータであると判断されると、レンズの移動方向を判定する（Ｓ２２）。周波数の低いＢＰＦ−１の検出データに応じてレンズ移動速度を制御して、合焦点方向にフォーカスレンズを移動させる（Ｓ２３）。その後、焦点近傍での合焦精度に優れる合焦点検出用の周波数の高いＢＰＦ−２からの検出データに切り換え、フォーカスレンズを１ステップ移動させ頂点を検索する（Ｓ２４）。さらに、検索した頂点でフォーカスレンズを１ステップずつ移動させ頂点を確認する（Ｓ２５）。このようにして、自動焦点調節制御が行われる。

さらに、図３に示す詳細な自動焦点調節動作のフローチャートの一例に基づき詳しく説明する。
同図に示すように、自動焦点調節制御が開始されると、まず頂点フラグがセットされているかを判断する（Ｓ３１）。ここで、頂点フラグとは、現在入力するＢＰＦ−１による映像検出データが最高頂点に至ったかをチェックするためのフラグである。開始当初は、前述のように、カットオフ周波数の低い高域通過ＢＰＦ−１の検出データに応じてレンズ移動速度を制御して、合焦点方向にフォーカスレンズを移動させるためフラグはセットされていない。頂点フラグがセットされていないとき（Ｓ３１Ｎｏ）、ＢＰＦ−１によりフィルタリングされた映像検出データと以前に入力された映像検出データとの大きさを比較し、現在入力する映像検出データが以前に入力された映像検出データよりも大きいとき（Ｓ３２Ｙｅｓ）、現在移動している方向にフォーカスレンズ１０を移動させ、現在入力する映像検出データが以前の入力映像検出データよりも小さいとき（Ｓ３２Ｎｏ）、現在移動しているフォーカスレンズ１０の方向と反対方向に移動させる（Ｓ３５）。さらに、該映像検出データの傾きを演算する（Ｓ３３）。

該映像検出データの傾きは現在入力する映像検出データと以前に入力した映像検出データとの差をフォーカスレンズ１０の移動速度で割ることにより求められる。ＢＰＦ−１，ＢＰＦ−２に対して夫々求め、傾き１、傾き２とする。傾き１，２を比較して傾き２が傾き１よりも小さいとき（Ｓ３４Ｎｏ）、フォーカスレンズの位置は合焦点位置より遠方にあり、求めた傾き１に基づいて速度制御されフォーカスレンズを移動する（Ｓ３９）。その後、開始へ戻り処理を続行する。

傾き１，２を比較して傾き１が傾き２よりも小さいとき、もしくはＢＰＦ−１のレベルがＢＰＦ−２のレベルより小さいとき（Ｓ３４Ｙｅｓ）、自動焦点調節制御に用いる映像検出データをＢＰＦ−２のものに切り換え、フォーカスレンズ移動を１ステップごとに移動するモードに切り換える（Ｓ３６）。そして、頂点検索フラグをセット（Ｓ３７）し、現在の映像検出データから合焦点と判定できる許容値ＴＫを計算する（Ｓ３８）。その後、開始へ戻り処理を続行する。

ここからは、頂点検索フラグがセットされたので（Ｓ３１Ｙｅｓ）、ＢＰＦ−２の映像検出データより頂点を検索する制御を行う。頂点検索フラグがセットされたデータが入力される（Ｓ３１Ｙｅｓ）と、現在のフォーカスレンズの移動方向に頂点カウント値のステップを１ステップ進める（Ｓ４０）。頂点カウント値のステップを１ステップ進めた前後のＢＰＦ−２のデータを比較し、現在データの方が前データより大きいとき（Ｓ４１Ｎｏ）、まだ頂点には達してないと判断してモータを逆転せず１ステップ進め開始へ戻り処理を続行する（Ｓ４７，Ｓ４８）。

現在データの方が前データより小さいとき（Ｓ４１Ｙｅｓ）、前データと現在データの差の絶対値Ｄを求める（Ｓ４２）。求めた絶対値Ｄと先に計算しておいたＴＫとを比較して、ＤがＴＫより小さいとき（Ｓ４３Ｎｏ）、頂点には達しているかどうか確定できないと判断してモータを逆転せず１ステップ進め開始へ戻り処理を続行する（Ｓ４８）。

開始に戻るとさらに頂点カウント値のステップが１ステップ増加されるので、前述のように１ステップ進めた前後のＢＰＦ−２のデータを比較し、前データと現在データの差の絶対値Ｄを求める（Ｓ４２）。求めた絶対値Ｄと先に計算しておいたＴＫとを比較して、ＤがＴＫより大きいとき（Ｓ４３Ｙｅｓ）、頂点に達して且つ頂点を超えたと判断してフォーカスレンズの移動方向を逆転する（Ｓ４４）。そして、頂点カウント値のステップだけフォーカスレンズを移動する（Ｓ４５）。この地点をの頂点＝合焦点位置と確認して、自動焦点調節制御動作を終了し（Ｓ４６）、次に撮像画像が変更され新たな自動焦点調節制御が開始されるのを待つ。

本実施例に適用されるビデオカメラの概略構成図である。本実施例に適用される自動焦点調節動作の概略フローチャートの一例を示したものである。本実施例に適用される自動焦点調節動作の詳細なフローチャートの一例を示したものである。本実施例に適用される周波数の低い高域通過ＢＰＦ−１、及び合焦点近傍での合焦精度に優れる合焦点検出用の周波数の高いＢＰＦ−２とフォーカスレンズの移動との関係を説明するための図である。

符号の説明

１０…フォーカスレンズ
１１…撮像素子
１２…ゲインコントロール回路
１３…ビデオプロセス回路
１４…フォーカス位置検出部
１５…駆動回路
１６…マイクロコンピュータ
１７，２１…ＢＰＦ
１８，２２…ゲート回路
１９，２３…ピークホールド回路
２０，２４…Ａ／Ｄ変換部

Claims

フォーカスレンズを介して供給された映像を所定の信号に変換する撮像素子と、
前記所定の信号を映像信号に整形する映像信号処理手段と、
前記映像信号における、第１の周波数帯域の信号である第１の映像検出データを、前記映像信号から抽出する第１の抽出手段と、
前記映像信号における、前記第１の周波数帯域よりも高い周波数帯域の信号である第２の映像検出データを、前記映像信号から抽出する第２の抽出手段と、
前記フォーカスレンズを駆動する駆動部と、
所定の状態の前記第１の映像検出データのレベルとその所定の状態よりも以前の状態の前記第１の映像検出データのレベルとの差分を前記フォーカスレンズの移動速度で割ることによって求められる第１の傾きと、所定の状態の前記第２の映像検出データのレベルとその所定の状態よりも以前の状態の前記第２の映像検出データのレベルとの差分を前記フォーカスレンズの移動速度で割ることによって求められる第２の傾きとを算出し、前記第１の映像検出データのレベルが前記第２の映像検出データのレベルよりも大きく、かつ、前記第１の傾きが前記第２の傾きよりも大きい場合は、前記第１の映像検出データに基づいて前記駆動部を制御し、前記第２の映像検出データのレベルが前記第１の映像検出データのレベルよりも大きい、または、前記第２の傾きが前記第１の傾きよりも大きい場合は、前記第２の映像検出データに基づいて前記駆動部を制御する制御部と
を有することを特徴とする自動焦点調節装置。