JPH03207174A - 自動合焦装置 - 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） 未発日旧十ビヂオ−１！？）＜ラ　Ｗ竿ズ手ノレカメラ
謔の映像機器に用いて好適な自動合焦装置に関するもの
である。

（従来の技術） 従来より、カメラの自動焦点調節装置としては、種々の
方式があるが、ビデオカメラ、電子スチルカメラ等のよ
うに被写体像を光電変換して映像信号を得る撮像手段を
有する装置では、映像信号中から被写体像の精細度を検
出し、該精細度が最大になるように焦点調節を行なう方
式が用いられている。

この種の装置では、通常撮像画面の一部に合焦検出領域
を設定し、その領域内の被写体像に対して合焦検出を行
なうように構成されているが、近年では、合焦検出領域
を被写体像の移動に追従して移動させ、移動する被写体
に対しても合焦させ続けることのできる自動被写体追尾
機能を備えた装置が提案され、高性能化、多機能化がは
かられている（例えば特開昭６０−２４９４７７号）。

７の上らｆｐ油竃ルニ食巴士廿ｒ啼ハ１＼イ一エ蚤んハ
方式が提案されているが、例えば１フィールド（または
１フレーム）毎に、合焦検出領域内における高周波或分
のピーク値等を被写体像の特徴点として検出することに
よって被写体の移動位置を知り、合焦検出領域を被写体
の移動位置を略中心とする位置に再設定し、移動する被
写体に対して焦点を合わせ続けることができるようにし
たものがある。

（発明の解決しようとする問題点） しかしながら、上述したような装置では、撮影状況にか
かわらず、被写体を追尾している状態では、合焦検出領
域を移動し続けるので、例えば被写体やカメラ自体の移
動で、主要被写体が撮像画面外に出てしまった場合や、
自動焦点調節装置の誤動作により大きくボケを生じた場
合には、合焦検出領域内に特徴点を持つ被写体が存在し
なくなり、合焦検出領域の動きが不安定となり、被写体
に正確に焦点を合わせ続けることができなくなる問題が
ある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上述した問題点を解決することを目的としてな
されたもので、その特徴とするところは、撮影光学系に
よって撮像画面上に結像された被写体像の合焦度を検出
する合焦検出領域を前記撮像画面内において移動可能な
自動合焦装置であって、前記合焦検出領域内における被
写体位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段
の情報に基づいて前記合焦検出領域の設定位置を演算す
る演算手段と、前記演算手段の演算結果に基づいて前記
合焦検出領域を設定する領域設定手段と、前記演算手段
によって前記合焦検出領域の設定位置の演算が不能とな
ったとき前記合焦検出領域の設定位置の更新を中止して
所定の位置に前記合焦検出領域を設定する手段とを備え
た自動合焦装置にある。

（作用） これによって撮像画面内に被写体が存在しない場合ある
いは被写体の判別が困難な場合等においても、合焦検出
領域が不自然な動きをせず、常に合焦検出領域の動きを
自然に且つ安定に制御することができ、目的とする被写
体像を正確に追尾することができる。

（実施例） 以下本発明における自動合焦装置を各図を参照しながら
その一実施例について詳述する。

第ｌ図は本発明の自動合焦装置をビデオカメラ等に実施
した場合を示すブロック図である。

同図において、１は焦点調節を行なうためのフォー力シ
ングレンズで、フォーカス駆動回路９及びフォー力シン
グモータ１０を介して駆動制御される。２は入射光量を
制御する絞り（アイリス）で、アイリス駆動回路７及び
絞り駆動用のｉｇメータ８を介して駆動制御される。３
はフォー力シングレンズ１によって撮像面に結像された
被写体像を光電変換して撮像信号に変換するたとえばＣ
ＣＤ等の撮像素子、４は撮像素子３より出力された撮像
信号を所定のレベルに増幅するブリアンプ、５はブリア
ンブ４より出力された映像信号にガンマ補正，プランキ
ングｍａｑ．同朋償畳の付加等、所定の処理を施して規
格化された標準テレビジョン信号に変換し、ビデオ出力
端子より出力するプロセス回路である。プロセス回路５
より出力されたテレビジョン信号は図示しないビデオレ
コーダ、あるいは電子ビューファインダ等のモニタ２０
へと供給される。

６はブリアンブ４より出力された映像信号を入力し、該
映像信号のレベルが所定のレベルに一定となるように絞
り２の開口量を制御すべくアイリス駆動回路７を介して
ｉｇメータ８を自動制御するアイリス制御回路である。

１１はブリアンブ４より出力される映像信号中から被写
体のコントラストの大小を判別できるように設定された
全域フィルタ、１２は同じくブリアンブ４より出力され
た映像信号中より合焦検出を行なうために必要な高周波
成分を抽出するバンドパスフィルタ、１３は映像信号中
より被写体像のボケ幅（被写体像のエッジ部分の幅）を
検出回路で、合焦状態に近付くほど被写体のボケ幅が小
さくなる性質を利用して合焦検出を行なうものである。

このボケ幅検出回路による合焦検出方法自体は、たとえ
ば特開昭６２−１０３６１６号等によって公知となって
いるため、その詳細な説明は省略する。

ｌ４は被写体判別フィルタ１１、バンドパスフィルタｌ
２、ボケ幅検出回路１３の出力にゲートをかけ、撮像画
面上の指定領域内に相当する信号のみを通過させるゲー
ト回路で、後述する論理制御装置１６により供給される
ゲートパルスに従い、１フィールド分のビデオ信号中の
指定領域に相当する信号のみを通過させ、これによって
、撮像画面内の任意の位置に高周波成分を抽出する通過
領域すなわち合焦検出を行なう合焦検出領域の設定を行
なうことができる（第３図に撮像画面上に設定された合
焦検出領域を示す）。

１５はゲート回路１４によって抽出された合焦検出領域
内に相当する映像信号中より高周波成分のピーク値の得
られたの水平、垂直方向における位置を検出するピーク
位置検出回路である。このピーク位置検出回路は、１フ
ィールド期間において検出されたピーク位置が、合焦検
出領域を水平、垂直方向に所定個数に分割したどの領域
に位置するかを検出し、その水平、垂直座標を出力する
ものである。

１６はフォー力シングレンズの移動位置を検出するフォ
ー力シングエンコーダ、ｌ７は絞り２の開口量を検出す
るアイリスエンコーダである。

１８はシステム全体を統括して制御し、ピーク位置検出
回路１５より出力されたバンドパスフィルタ１２の出力
に基づく高周波成分の１フィールド期間内におけるピー
ク値及びそのピーク位置座標、被写体判別フィルタ１１
の出力に基づく被写体コントラスト情報、ボケ幅検出回
路１３の出力に基づくボケ幅情報を取り込んで所定のア
ルゴリズムにしたがって演算し、これらの時系列的な変
化から、合焦検出領域の撮像画面上における位置、大き
さの設定すなわち被写体の自動追尾を行なうとともに、
合焦点の得られるフォーカシングレンズの移動方向及び
移動速度等を演算する論理制御装置であり、たとえばマ
イクロコンピュータによって構成され、その内部には図
示しない入出力ボート，　Ａ／Ｄ変換器，リードオンリ
メモリ（ＲＯＭ），ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）
を備えている。

すなわち、バンドバスフィルタｌ２の出力に基づく高周
波成分の１フィールド期間内におけるピーク値及びその
ピーク位置座標にもとづいて、各フィールドごとに被写
体の移動を検出し、その変化したピーク位置すなわち被
写体位置を中心とする位置に合焦検出領域を設定すべく
ゲート回路ｌ４にゲートパルスを供給してこれを開閉制
御し、映像信号の合焦検出領域内に相当する部分の映像
信号のみを通過させる。

また論理制御部１８は、設定された合焦検出領域内に相
当する映像信号に基いて、被写体に対する合焦検出を行
い、焦点調節を行なう。すなわちボケ幅検出回路１３よ
り供給されたボケ幅情報とバンドバスフィルタｌ２より
供給された高周波成分のピーク値情報を取り込み、１フ
ィールド期間におけるボケ幅が最小に、高周波成分のピ
ーク値が最大となる位置へとフォー力シングレンズｌを
駆動すべくフォーカス駆動回路９にフォーカシングモー
タ１０の回転方向、回転速度、回転／停止等の制御信号
を供給し、これを制御する この際、論理制御装置１８は、合焦度に応じて、また絞
りエンコーダ２５によって検出された絞り値から演算し
た被写界深度に応じて、合焦検出領域の大きさ、移動範
囲、移動応答速度を制御する。

このようにして、動きのある被写体を自動追尾しながら
焦点を合わせ続けることができる。

ここで本発明において、合焦検出にボケ幅検出回路１３
より出力されたボケ幅信号と、バンドパスフィルタ１２
より出力された高周波成分のピーク値を用いているのは
、以下の理由による。すなわちボケ幅は合焦点に近付く
ほど小さい値となって合焦点で最小となり、被写体のコ
ントラストの影響を受けにくいため高い合焦検出精度を
得ることが出来る特長を有する反面、ダイナミックレン
ジが狭く、合焦点を大きく外れると十分な検出精度を得
ることができない。

これに対して、高周波成分は、ダイナミックレンジが広
く、合焦点を大きく外れても合焦度に応じた出力を得る
ことができる反面、コントラストの影響を大きく受ける
ため全体にボケ幅検出情報ほどの合焦精度を得ることが
できない。

したがって、これらを組み合わせることにより、ダイナ
ミックレンジが広く、且つ合焦点近傍で高い検出精度の
得られる合焦検出方法を実現することができる。

また論理制御装置１８は、被写体判別フィルタ１１の出
力に基づいて撮像画面内の合焦検出領域内におけるコン
トラストを取り込んで常時検出し、これによって撮像面
内における被写体の有無を判別している。

すなわち被写体像が撮像面外に出てしまったり、大ボケ
状態で被写体と背景のコントラストがほとんど得られな
い状態では被写体の判別自体困難となりこれを正確に追
尾することができず、誤動作を生じやすく焦点調節も正
確に行なうことはできない。

本発明はこの点を考慮し、撮像面内のコントラストから
被写体の有無を判別し被写体が存在しない場合には、合
焦検出領域の移動すなわち被写体追尾動作を中止し、合
焦検出領域の不自然な移動、被写体以外のものを誤検出
することによる誤動作等を防止している。

また論理制御装置１８から出力されたゲートパルスは、
ゲート回路１４だけでなく、表示回路１９を介して所定
の信号処理を施された後、プロセス回路７より出力され
るテレビジョン信号に重畳され、モニタ２０へと供給さ
れ、モニタ画面内に合焦検出領域をスーパーインポーズ
することができるように構成されている。

次に本発明の自動合焦装置による合焦検出領域の制御動
作を第２図に示すフローチャートを参照しながら順を追
って説明する。

第２図において、制御フローをスタートすると、ステッ
プＳ１で絞りエンコーダ１８で検出されたフィールドご
との絞り値が論理制御装置１８内でＡ／Ｄ変換された後
論理制御装置１８内のメモリに読み込まれる。ステップ
Ｓ２ではボケ幅検出回路１３より出力されたそのフィー
ルドにおけるボケ幅情報が、ステップＳ３ではバンドバ
スフィルタ１２より出力されたそのフィールドにおける
ピーク値情報がそれぞれ論理制御装置１８内でＡ／Ｄ変
換されてメモリに読み込まれる。ステップＳ４では、ス
テップＳ１〜Ｓ３で求められた絞り値情報、ボケ幅情報
、高周波成分ピーク値情報から合焦検出を行い、フオー
カシングレンズ１の駆動方向及び合焦度に応じた駆動速
度を演算して決定する。この際フオーカシングレンズの
速度は、絞り値から求めた被写界深度を考慮して補正さ
れる。この被写界深度及び速度の決定に際しては、論理
制御部１８内のＲ（ＩＭにあらかじめ情報テーブルを記
憶しておき、これを参照して決定することにより、演算
時間を短縮し、プログラムを簡略化することができる。

ステップＳ５では、ステップＳ４で決定されたフォー力
シングレンズ駆動情報（フォー力シングモータ駆動速度
、駆動方向、駆動／停止等の制御信号）をフォーカス駆
動回路９に供給してフォー力シングモータ１０を駆動し
、フォー力シングレンズ１を合焦点へと駆動する。

ステップＳ６では、被写体判別フィルタ１１より出力さ
れたそのフィールドにおけるアナログのコントラスト情
報をＡ／Ｄ変換し手論理制御装置ｌ８内の所定の領域に
読み込み、ステップＳ７において、所定の演算を行い、
被写体のコントラストを判別する。具体的には、被写体
判別フィルタ１１より出力された輝度信号レベルの情報
を所定の閾値と比較して被写体のコントラストを判別し
、高周波成分のピーク値の変化に基づいた精度の高い自
動追尾が可能であるか、あるいは低輝度で被写体追尾が
不可能であるかが判断される。

ステップＳ７で被写体のコントラストが十分高く合焦検
出領域内に被写体が確実に存在し、高精度の被写体追尾
が可能であると判断された場合には、ステップＳ８に進
んで、ピーク位置検出回路１５より出力されたそのフィ
ールドにおける高周波成分のピーク値検出位置の水平及
び垂直座標が論理制御装置ｌ８内に読み込まれ、Ａ／Ｄ
変換されて所定のメモリ領域に記憶される。

続いてステップＳ９では、ステップＳ８で求められた高
周波成分のピーク値検出位置の水平及び垂直座標の情報
に基いて、このピーク位置を中心とするような合焦検出
領域の移動位置が廣算される。この際、合焦検出領域の
設定位置を前回のフィールドにおける情報との比較のみ
によって決定せず、過去所定数のフィールドにおける情
報の平均を取ることにより、ノイズ等の影響のない安定
した位置設定を行うことができろ（たとえば本出願人が
先に出願した特願平１−２１３９２１号に開示されてい
る合焦検出領域の設定方法を適用することができる）。

そしてステップＳ１０では、ステップｓ９で演算された
位置に合焦検出領域を実際に移動すべく、ゲート回路１
４にゲートパルスを供給して、撮像面内における合焦検
出領域の設定位置を更新し、ステップＳ１へと戻って次
のフィールドの制御に移行する。

このようにして、動きのある被写体をそのピーク検出位
置の移動を検出することによって自動追尾するものであ
る。

上述のステップＳ７において、被写体判別フィルタ１１
より取り込んだ被写体輝度の情報を演算した結果、被写
体が低輝度で精度の高い追尾が不可能であると判断され
た場合には、被写体が合焦検出領域内に存在しないか、
あるいは極端な大ボケ状態であって被写体の判別が困難
な状態であり、被写体追尾を続けても誤動作を生じるば
かりか、合焦検出領域の移動が不安定となり合焦動作自
体困難となるため、ステップＳｌ２へと進んで合焦検出
領１域の位置をリセット位置に強制的に設定し、追尾動
作を中止する。合焦検出領域のリセット動作は、たとえ
ばあらかじめ撮像画面の略中央部に設定されていたリセ
ット位置座標を設定してステップＳＩＯへと移行し、そ
のリセット位置に応じたゲートパルスをゲート回路１４
に出力することによって行われる（合焦検出領域のリセ
ット位置については第３図に示す）。これによって追尾
不能時の合焦検出領域の動きが自然になる。

尚、この時、合焦検出領域の表示をモニタＭの画面上に
おいて点滅表示としたり、警告表示を行ったり、警告音
を発生させることにより、撮影者に注意を促してもよい
。

以上の制御フローをフィールド周期で繰り返し行うこと
により、動きのある被写体に対して焦点を合わせ続けな
がらこれを自動追尾することができる。

尚、上述のフローチャートにおいて、ステップＳ９で示
す合焦検出領域の位置すなわち被写体追尾位置設定ルー
チンにおいては、高周波成分のピーク位置座標にもとづ
いて次のフィールドにおける合焦検出領域の設定位置が
演算されるが、この際、ステップＳ１で求められた被写
界深度に応じて、合焦検出領域の大きさ，移動の応答速
度を同時に制御することにより、さらに被写体の状況に
適応した追尾動作を行うことができる。その方法として
は、被写界深度に応じた合焦検出領域の大きさ、移動速
度の情報テーブルを論理制御部１８内のＲＯＭにあらか
じめ記憶しておき、これを参照することによって設定動
作を行うことができる。

具体的な動作は、被写界深度が深いときは、合焦検出領
域の大きさは大きく、垂直方向の移動範囲は小さく、応
答速度は遅くする。すなわち被写界深度が深いときは、
主要被写体に関係なく撮′像画面上の多くの点で合焦し
やすくなるので、画像の高周波成分のピーク点は激しく
変化してバラツキが大きくなり、正常なピーク点追尾動
作が困難になる。言い換えれば、被写界深度が深く、合
焦しやすい状態では、合焦させるための被写体追尾動作
の必要性が少なくなる。したがってこのような場合は、
合焦検出領域の大きさを出来るだけ大きくし、主要被写
体が合焦検出領域内に位置する確立を上げ、より自然な
追尾動作を可能とすることができるわけである。

逆に被写界深度が浅い場合には、合焦、非合焦状態で合
焦度な変化が大きく、主要被写体に合焦しやすい状態と
なり、また撮像画面上においても被写体の特徴を表す高
周波成分のピーク値を検出しやすくなるため、合焦検出
領域の大きさを小さくし、確実に主要被写体に合焦させ
るとともに、これを正確に追尾し得るように制御するも
のである。

これらの合焦検出領域の大きさの制御については、第３
図にて図示する。

以上述べたように、被写体追尾撮影時に、合焦検出領域
内の被写体判別フィルタの出力を監視し、その出力の大
小により、追尾可能状態と追尾不能状態とに制御を分岐
させ、それぞれの状態に適した合焦検出領域の制御を行
うことにより、被写体の状況にかかわらず不自然さのな
い快適な追尾撮影を実現することができる。

上述の実施例によれば、被写体追尾動作の可能、不可能
を全域フィルタによって構威された被写体判別フィルタ
を用いて行っていたが、これに限るものではなく、たと
えば前記バンドパスフィルタ、ボケ幅検出回路の出力を
用いても、被写体の判別を行うことができる。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明における自動合焦装置によれ
ば、合焦検出領域内における被写体の存在の有無を判別
する手段を備え、被写体の追尾が可能であるときと、不
能であるときとで合焦検出領域の制御アルゴリズムを変
更し、各状態に応じた最適制御を行うことができるよう
にしたので、被写体の追尾が不可能な状態においても誤
動作のない自然で品位がよくかつ安定な被写体追尾撮影
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における自動合焦装置の構成を示すブロ
ック図、 第２図は本発明の自動合焦装置の制御動作を説明するた
めのフローチャートである。 第３図は本発明の自動合焦装置における合焦検出領域の
撮像面内における位置関係を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　撮影光学系によつて撮像画面上に結像された被写体像
   の合焦度を検出する合焦検出領域を前記撮像画面内にお
   いて移動可能な自動合焦装置であつて、前記合焦検出領
   域内における被写体位置を検出する位置検出手段と、前
   記位置検出手段の情報に基づいて前記合焦検出領域の設
   定位置を演算する演算手段と、前記演算手段の演算結果
   に基づいて前記合焦検出領域を設定する領域設定手段と
   、前記演算手段によつて前記合焦検出領域の設定位置の
   演算が不能となつたとき前記合焦検出領域の設定位置の
   更新を中止して所定の位置に前記合焦検出領域を設定す
   る手段とを備えたことを特徴とする自動合焦装置。