JPH03204277A - 合焦検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電子撮像装置の合焦検出方法に関する。

「従来の技術］ 撮影レンズが前ピンか後ピンか、それとも合焦状態、即
ちピントの合った状態にあるか否かを検出する合焦検出
装置としては、２眼光学系で撮影した画像の相関をとっ
て合焦度を判定する受動方式、赤外光を被写体に照射し
、反射した光束によって生じるスポットの位置から合焦
度を判定する能動方式なとか知られている。また、近年
、ビデオ・カメラ、電子スチル・カメラなどの電子撮像
装置の普及により、映像信号を画像処理して合焦検出を
行なう構成が提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記受動式及び能動式の何れも、特別な光学系
及び光学素子を必要とし、装置が複雑化、大型化し、高
価になるという欠点がある。また、画像処理による従来
の構成は、撮影画像が焦点外れを起こしている時に、最
良像面が現在の撮像面の前側（所謂前ピン状態）か、後
側（後ビン状態）かを知ることができない。従って、撮
影レンズを微小量、前又は後に移動させた状態での画像
処理結果と比較し、その比較結果に基づいて、適切なレ
ンズ移動方向及び合焦状態か否かを判定していた。即ち
、合焦状態に到達するのに時間がかかり、仮に合焦状態
にあったとしても、撮影レンズを前後移動させざるを得
ないという欠点がアル。

そこで本発明はこのような欠点の無い合焦検出方法を提
示することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る合焦検出方法は、撮像信号の色成分毎の像
信号を比較することにより、撮像面の、合焦位置に対す
る位置関係を知ることを特徴とする。

［作用］ 撮影光学系の細土色収差により、各色成分で撮影光学系
による結像状態が異なる。従って、各色成分の結像状態
を比較することにより、前ピン、後ピン又は合焦状態か
否かを判別できる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

先ず、本発明の基本原理を説明する。第１Ａ図は前ビン
時のＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各信号のスペクト
ルを示し、第１Ｂ図は、後ビン時のＲ，Ｇ、Ｈの各信号
のスペクトルを示す。第１Ａ図で、ＩＯＲ，ＩＯＧ、Ｉ
ＯＢはそれぞれ、ＲＧＢの各色信号のスペクトルを示し
、第１Ｂ図で、１２Ｒ，１２Ｇ、１２Ｂはそれぞれ、Ｒ
，Ｇ。

Ｂの各色信号のスペクトルを示す。各スペクトル分布は
、焦点外れによるぼけのために、被写体の持つ空間スペ
クトルから高周波成分が落ちたちのになっている。撮影
レンズの色収差、特に細土色収差により各色成分毎のぼ
けの量が異なるので、後ビン時（第１Ａ図）と前ビン時
（第１Ｂ図）とでは、各色成分の劣化の程度が異なる。

細土色収差によって生じる各色成分のぼけ量の違いは、
前ピンか後ピンか、及び合焦位置からのずれ量によって
変化するので、各色成分のスペクトルを評価すれば、前
ピンか後ピンかを判別できる。

第２図は細土色収差の光線図である。１４は撮影レンズ
、１６Ｒ，１６Ｇ、１６ＢはそれぞれＲＧ、Ｂの各色信
号の結像光束を示す。１８は後ビン時の撮像面、２０は
合焦時の撮像面、２２は前ビン時の撮像面である。撮影
レンズ１４の細土色収差により、結像光束１６Ｒ，１６
Ｇ、１６Ｂはこの順に、撮影レンズ１４よりも遠い位置
でスポットを結び、その面は各色で一致しない。即ち、
後ピンの撮像面１８では、Ｒ成分の結像光束１６Ｒが最
も外側に、Ｂ成分の結像光束１６Ｂが最も内側に、Ｇ成
分の結像光束１６Ｇがその中間に位置する。これとは逆
に、前ピンの撮像面２２では、Ｒ成分の結像光束１６Ｒ
が最も内側に、Ｂ成分の結像光束１６Ｂが最も外側に、
Ｇ成分の結像光束１６Ｇがその中間に位置する。合焦時
の撮像面２０では、Ｒ，Ｇ、Ｈの各成分の結像光束１６
Ｒ１１６Ｇ、１６Ｂはほぼ集中し、最小のスポットに近
くなる。

第３図は撮像面１８，２０．２２における各色成分の錯
乱円を比較したものである。第３図（ａ）は撮像面１８
であり、１８ＲはＲ成分、１８ＧはＧ成分、１８ＢはＢ
成分の錯乱円を示す。第３図（ｂ）は撮像面２０であり
、２ＯＲはＲ成分、２０ＧはＧ成分、２０ＢはＢ成分の
錯乱円を示す。

第３図（Ｃ）は撮像面２２であり、２２ＲはＲ成分、２
２ＧはＧ成分、２２ＢはＢ成分の錯乱円を示す。撮像面
１８では、結像光束１６Ｒ，１６Ｇ、１６Ｂの順に外側
にあることから、錯乱円１８Ｒ１１８Ｇ、１８Ｂの順に
、直径が大きい。即ち、Ｒ成分よりＢ成分の方がぼけ量
が少ない。スペクトルで考えると、Ｒ成分のスペクトル
はＢ成分のスペクトルより高周波成分が劣化しているこ
とになり、第１Ａ図の関係になる。

合焦時の撮像面２０では、第３図（ｂ）に示すように、
Ｒ，Ｇ、Ｈの各成分の錯乱円２ＯＲ，２０Ｇ、２０Ｂは
、相対的な大小関係は変化するが、それぞれほぼ最小径
になる。

前ピンの撮像面２２では、後ビン時とは逆に、Ｂ成分の
錯乱円２２ＢがＲ成分の錯乱円２２Ｒより大きくなり、
Ｇ成分の錯乱円２２Ｇがその中間になる。スペクトル的
には、第１Ｂ図に示すように、Ｂ成分のスペクトル１２
Ｂは、Ｒ成分のスペクトル１２Ｒより高周波成分が劣化
していることになる。

このように、前ピンと後ピンとでは、Ｒ成分のＢ成分で
錯乱円の大小関係が逆になり、スペクトルもその高周波
成分で大小関係が逆になる。従って、適当な周波数ｆ０
でＲ成分とＢ成分のスペクトルを比較すれば、前ピンか
後ピンかを即座に判定できる。

各色成分のスペクトルは、撮像面の全領域から求めても
よいが、光軸付近の中央領域から求めるのがよい。光軸
付近では、ぼけを与える他の要因である残存収差、即ち
倍率収差やコマ収差、非点収差などの影響が少なく、軸
上色収差の影響のみを抽出できるからである。また、多
くのカメラでは、画面中央付近の被写体に焦点を合わせ
るので、この点でも、画面中央付近の像から前ピンか後
ピンか、従って合焦か否かを判定するのがよい。また、
各色成分のスペクトルを比較する際、正規化を行なって
おくのが望ましく、このためには、直流成分を等しくす
るような前処理を付加すればよい。

色の変化領域に着目して、各色成分のぼけ量の大小を判
定できる。第４Ａ図は後ピン状態での色変化領域におけ
る各色成分の強度変化を示し、第４Ｂ図は前ビン状態で
の色変化領域における各色成分の強度変化を示す。

第４Ａ図において、２４Ｒ，２４Ｇ、２４Ｂはそれぞれ
Ｒ，Ｇ、Ｂ成分の強度変化である。色の変化する領域で
は、各色成分の強度はある一定値から別の一定値に徐々
に変化する。その徐々に変化する幅を遷移幅と呼ぶこと
にすると、第４Ａ図の２６Ｒ，２６Ｇ、２６Ｂはそれぞ
れ、Ｒ，ＧＢ酸成分遷移幅を示す。後ピンでは、第３図
（ａ）に示したように、Ｒ成分の錯乱円１８Ｒの径が最
も大きく、Ｂ成分の錯乱円１８Ｂの径が最も小さい。こ
れに応じて、第４Ａ図に示すように、Ｒ成分の遷移幅２
６Ｒが最も大きく、Ｂ成分の遷移幅２６Ｂが最も小さく
、Ｇ成分の遷移幅２６Ｇがその中間になる。

また、第４Ｂ図において、２８Ｒ，２８Ｇ、２８Ｂはそ
れぞれＲ，Ｇ、Ｂ成分の強度変化であり、３０Ｒ，３０
Ｇ、３０Ｂはそれぞれ、Ｒ，Ｇ、Ｂ成分の遷移幅を示す
。前ピンでは、第３図（Ｃ）に示したように、Ｒ成分の
錯乱円２２Ｒの径が最も小さく、Ｂ成分の錯乱円２２Ｂ
の径が最も大きい。これに応じて、第４Ｂ図に示すよう
に、Ｒ成分の遷移幅３０Ｒが最も小さく、Ｂ成分の遷移
幅３０Ｂが最も小さく、Ｇ成分の遷移幅３０Ｇがその中
間になる。

従って、各色成分（具体的にはＲ成分とＢ成分）の遷移
幅を互いに比較することにより、前ピンか後ピンかを判
別できる。このように色成分の強度変化により前ピン及
び後ピンを判定する場合には、撮像系によるぼけの影響
だけを観測でき、被写体固有の特性にあまり依存しない
ので、正確な判定を行なえる。

第５図を参照して、遷移幅の測定法を具体的に説明する
。第５図に示すように、色の変化の前後における色強度
変化量を１０、遷移幅をｘ７とすると、０ ｘ　ｔ　＝　　　　　　　　　　　　　　　　（１）ｄ
ｌ（ｘ）／ｄｘ 但し、Ｉ（ｘ）は色強度関数であり、ｄｌ（ｘ）／ｄｘ
は遷移部での傾きを表わす。この傾きには、色強度の変
化開始点から再び一定になった点までの間の複数点での
平均値を用いればよい。

第６図は、上述の合焦検出原理を適用したＴＶカメラの
回路構成の概略ブロック図を示す。４０は撮影レンズ、
４２は被写体、４４は固体撮像素子や撮像管などからな
る撮像装置、４６は撮像装置４４の出力信号をＲ信号、
Ｇ信号及びＢ信号の各色に分解する色分解回路、４８Ｒ
，４８Ｇ、４８Ｂはそれぞれ、色分解回路４６から出力
されるＲ、Ｇ、Ｈの各信号を増幅するアンプ、５０Ｒ１
５０Ｇ、５０ＢはＡ／Ｄ変換器、５２はフレーム・メモ
リである。

５４は第５図で説明した遷移幅を計算する幅計算回路、
５６は幅計算回路５４で計算された幅の最小値を検出す
る最小値検出回路、５８は合焦検出のために着目する被
写体の領域（即ち、合焦検出領域）を設定する領域設定
回路、６０は以前に設定された領域と新たに設定されて
領域とを比較し、領域を更新するか否かを決定する領域
制御回路、６２は比較回路、６４はメモリ、６６はレン
ズ制御回路、６８はレンズ制御回路６６に制御されて撮
影レンズ４０（のフォーカシング・レンズ）を駆動する
レンズ駆動装置である。７０はスイッチであり、初期化
信号７２によりオン状態に初期化される。７４は前ピン
・後ビン判別回路、７６は撮影レンズの特性及び状態、
具体的には、Ｆ値、ズーム状態などを検出するレンズ状
態検出回路である。

第６図の動作を説明する。撮像装置４４による被写体４
２の画像信号は色分解回路４６によりＲｌＧ、Ｂの各色
成分に分解され、夫々アンプ４８Ｒ４８Ｇ、４８Ｂで増
幅され、Ａ／Ｄ変換器５０Ｒ。

５０Ｇ　　５０Ｂによりディジタル化され、フレーム・
メモリ５２に格納される。フレーム・メモリ５２に格納
された信号は読み出されて、映像出力又は記録媒体への
記録のための、図示しない映像処理回路に送られる。他
方、フレーム・メモリ５２から読み出された信号は幅計
算回路５４にも印加される。幅計算回路５４は第５図で
説明した方法でＲ，Ｇ、Ｂの各色成分の遷移幅を計算す
る。

最小値検出回路５６は、幅計算回路５４で計算された幅
の最小値を検出する。即ち、最も鋭く色が変化している
場所を検出する。

領域設定回路５８は最小値検出回路５６の検出出力に基
づき合焦検出領域を決定する。被写体は画面内で変化す
るので、今回決めた領域と既に設定した領域のどちらを
採用するのがよいかを領域制御回路６０が決定する。比
較回路６２には領域設定回路５８を介して遷移幅信号が
印加される。

メモリ６４には前フィールド又は前フレームの遷移幅が
記憶されており、比較回路６２は領域設定回路５８から
の遷移幅とメモリ６４の記憶データとを比較し、新たに
入力された遷移幅が以前のものより小さい場合には撮影
レンズ４０を同一方向に駆動させ、逆の場合には撮影レ
ンズ４０を逆方向に駆動させる制御信号をレンズ制御回
路６６に印加する。比較回路６２はまた、小さい遷移幅
をメモリ６４に書き込む。

レンズ制御回路６６は比較回路６２の出力信号によりレ
ンズ駆動回路６８を介して撮影レンズ４０を指定方向に
駆動する。レンズ制御回路６６はまた、比較回路６２に
おける比較差量に応じて撮影レンズ４０の移動速度を制
御するようにしてもよい。更には、遷移幅の変化量が非
常に小さい場合や、変化量が負から生に転じた場合には
、合焦状態にあると判断できるので、撮影レンズ４０の
駆動を停止させてもよい。細かい制御を行なうには、メ
モリ６４に複数個の過去の遷移幅データを格納しておく
のがよい。

通常の自動合焦動作では上記のように動作するが、合焦
検出動作スタート時には、以下のように動作する。即ち
、合焦検出動作スタート時には、初期化信号７２により
スイッチ７０がオン状態にされ、前ピン・後ピン判別回
路７４には幅計算回路５４で計算された遷移幅が入力さ
れる。撮影レンズ４０の軸土色収差員はズーム状態、Ｆ
値等に応じて変化するので、レンズ状態検出回路７６が
レンズ状態を検出し、その検出結果も前ピン・後ピン判
別回路７４に入力されている。前ピン・後ピン判別回路
７４は、検出されたレンズ状態に基づいて、どの色信号
の遷移幅を用いればよいかを決定し、第４Ａ図、第４Ｂ
図及び第５図で説明した方法により前ピンか後ピンかを
判別する。この判別結果はレンズ制御回路６６に送られ
、レンズ制御回路６６は、これに従い、合焦位置に近づ
く方向に撮影レンズ４０を移動させる。

第６図では単板式又は単管式の撮像装置４４を用いたが
、勿論、３板式の撮像装置構成であっても、各撮像装置
の位置とレンズ状態に応じた軸上色収差の量とを予め知
ることができれば、本発明を適用できる。

［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、簡単な回路処理により前ピンか後ピンかを判別でき
、従って、撮影レンズを合焦位置の方向に素速く移動さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は後ピン状態での各色成分のスペクトル、第１
Ｂ図は前ピン状態でも各色成分のスペクトル、第２図は
軸上色収差を示す光線図、第３図は第２図の撮像面１８
，２０．２２における錯乱円の比較図、第４Ａ図は後ピ
ン状態における色変化領域での色強度変化、第４Ｂ図は
前ピン状態における色変化領域での色強度変化、第５図
は遷移幅の計算方法の説明図、第６図はＴＶ右カメラ自
動合焦装置に適用した場合の回路構成ブロック図である
。 ４０：撮影レンズ　４２：被写体　４４：撮像装置　５
２：フレーム・メモリ　５４：幅計算回路５６：最小値
検出回路　５８：領域設定回路６０・領域制御回路　６
２：比較回路　６４：メモリ、６６：レンズ制御回路　
６８：レンズ駆動装置　７４：前ビン・後ピン判別回路
　７６：レンズ状態検出回路 史〕・ 第 図 第１Ａ図 第１Ｂ図 第４Ａ図 第 図 第４Ｂ図 ０ 第６ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 撮像信号の色成分毎の像信号を比較することにより、撮
   像面の、合焦位置に対する位置関係を知ることを特徴と
   する合焦検出方法。