JPH0321172A - 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−１二の利用分野］ 本発明は、ビデオカメラ等の映像機器に用いて公的な自
動合焦装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来より、ビデオカメラ等の映像機器においては、その
撮像手段より１１１力された撮像信号な利用して合焦度
を検出し撮像光学系を合ブ，ｋ状態となる位置へと移動
制御ずるタイプの白動合焦装置か知られている。

この種の装置によれば、例えば固体撮像素子の受光面に
所定の大きさの合焦検出用の検出領域（以下測距領域と
称す）を設定し、この測距領域内に相当する信号を用い
て合ｊ．１％度を検出して焦点調節を自動的に行なうよ
うに構成されているのか常てある。

ところでビデオカメラに使用されるレンズは通常４〜１
０倍のズームレンズてあることか多く、被写体が近距離
て広角撮影される時には被写体像か受光面の略全域に存
イ１−するのに対し、遠距離て広角撮影する場合には被
写体像は受光面の一部に存在するに過ぎない。したかっ
て測距領域の大きさか固定的てあると、合魚動作に誤り
を生しる場合かある。

すなわち、近距離広角撮影の場合は、被写体像か測距領
城を逸脱してしまうので、被写体情報か不足し、逆に遠
距離広角撮影の場合には、不必要な情報か混入する。

このような問題点に鑑みて、受光面の中心部を基地とし
てレンズ状態に応じて測距領域を拡大、あるいは縮小す
る方法か提案されている。

［発明の解決しようとする問題点］ しかしながら、従来の方法では、第　図に示すように、
測距領域内に目的の被写体像とそれ以外の被写体像か混
在し、且つ両被写体像の距離か十分離れているような場
合、所謂遠近競合か生じ、目的の被写体に合焦せず，目
的以外の被写体像に合焦して目的の被写体かぼけてしま
う。すなわち測距領城内に遠近が共存する被写体像かあ
る場合、目的の被写体に合焦しないという誤動作を生し
やすい。

また被写体像の画面内における大きさ、背景の状態等に
よって合焦精度か劣化したり、誤動作を生しる問題かあ
った。

［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ためになされたもの
て、州距領城内において、遠近か共存ずる被写体が存在
していても画面全体の状況から目的の被写体に的確に合
焦させることのてきる自動合魚装置を提供することを目
的とする。

かかる目的を達成するために、本発明によれば、撮像手
段の出力から撮像面」二に設定された所定の検出領域内
に相当する撮像信号を抽出ずるゲート手段と、前記ゲー
ト手段より抽出された撮像信号を用いて合点状態を判定
する合焦検出手段と、前記撮像手段からの撮像信号ある
いは前記検出領域内に相当する撮像信号をデジタル値化
して画面の煩雑さを検出する煩雑検出手段と、前記煩雑
検出手段の出力に応じて前記ゲート回路の通過特性を制
御するゲート制御手段と、を備えたＭ１成の自動合焦装
置を提供するものてある。

［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。

なお本実施例によれば、映像信号φの高周波戒分か撮影
画面の精細度に対応することに着目し，当該高周波成分
か最大となるように撮影光学系の焦点調節リンク（以後
ヘリコイトという）を回転制御する所謂山登り方式（石
田他「山登りサーボ方式によるテレビ・カメラの自動焦
点調整Ｊ　ＮＨＫ技術研究報告昭４０、第１７巻、第１
号通関第８６号２１ページ）を自動焦点調節方式として
用いたビデオカメラを例にして説明しているか、画像信
号を利用して合焦動作を行なう方式の装置であればすべ
て本発明を適用することがてきる。

第１図は本発明の自動合焦装置をビデオカメラに適用し
た一例を示すブロック図である。同図において１はフオ
ーカシングレンズ、２はフオーカシンクレンズｌによっ
て撮像面に結像された被写体像を電気信号に変換して出
力するＣＣＤ等の撮像素子、３は撮像素子２より出力さ
れた撮像信号を所定のレベルに増幅するプリアンプ、４
はプリアンプ３を介して出力された信号にプランキング
処理、同期信号の付加、ガンマ補正等の処理を行なって
規格化されたテレビション信号に変換するプロセス回路
、５はプリアンプ３の出力信号にゲートをかけ、該出力
信号中より、撮像素子の撮像面上の所定の位置に設定さ
れた測距領城内に相当する撮像信号のみを通過させるゲ
ート回路、６はゲート回路５の通過信号から合焦度の検
出を行なうための高周波成分を取り出すハイパスフィル
タ（ＨＰＦ）．７はＨＰＦ４より出力された高周波成分
を検波して直流レベルに変換する検波回路である。この
検波回路の出力レベルか被写体映像の高周波成分の量す
なわち精細度を表わしており、フオーカシングレンズす
なわちヘリコイトの調節位置に対して合焦点で極大にな
るように上に凸の特性を示す。８は検波回路７の出力（
以下焦点電圧という）を一定時間ごとにサンプル・ホー
ルｌヘし、焦点電圧の時間変化量に相当する信号を出力
する差分ホールト回路でその出力信号は合ｊ．１．２点
てＯとなりその前後てはｌＩ二または負の信号レヘルと
なる。９は差分ホールト回路８の１１１力にもとづいて
、フォー力シンクレンズｌ駆動用のモータ１０を翠動し
てフオーカシンクレンズを移動ずるためのモータ駆動同
路てある。そして差分ホールト回路８の出力信号のレベ
ル、極性に応じてモータ１０すなわちフオーカシンクレ
ンズ１（具体的にはそのヘリコイド）の駆動方向及び速
度を決定し、合ｊ，Ｉ，％点へと駆動する。

以−１二のようにしてモータ１０のヘリコイド駆動ｎ＃
　１Ｊ１ループは検波回路７より出力される焦点電仄の
山を登り、結局由の頂点すなわち合焦点でフオーカシン
クレンズを停止させるように動作するものである。

１ｌは撮像信号中より被写体像の煩雑さを定量的に検出
する被写体煩雑検出回路てある。本実施例ては被写体煩
雑検出回路１１の検出信号によりゲート回路５を制御し
てその通過領域を変化させる。

第２図は撮像面を示すものである。同図において１０｛
）は撮像面全体、１旧，１０２は互いに面積の異なる人
、小２種の測距領域てある。これらの測距領城は煩雑検
１１１回路１１の出力によって選択的に切り換えられ、
合焦検出を行なう撮像信号を抽出する領域が設定される
。

第３図は被写体煩雑検出回路１１の−例を示すものてあ
る。

１１１はブリアンプ３からの撮像信号の輝度レベルを所
定の基準レベルＹｒｅｆと比較して２偵化する２値化回
路、１１２は２値化回路より出力された２値化信号中の
高周波戊分のみを通過させるハイパスフィルタ（ＨＰＦ
）．１１：ｌはＨＰＦＩ＋２よりＨｆＨ力された高周波
成分を積分して直流レベルに変換する積分回路、ＩＮは
積分回路１１３より出力された直流信号を所定の閑値Ｔ
Ｈと比較する比較回路、１１５は比較回路１１４の比較
結果にもとづいてゲート回路５の通過領域を設定するた
めのゲートパルス発生回路、］１６はゲートパルス発生
回路へと垂直、水平同期信号を供給し、撮朦而上の任意
の位置にゲー１〜をかけるゲー１〜パルスを発生させる
ための同期信号発生回路である。

そしてゲートパルス発生回路１１６は、比較回路１１４
て積分回路１１３の直ｉ　ｉＪ，１カレベルを閾値ＴＨ
と比較した結果、直流出力レベルか閾値ＴＨより高い場
合は第２図中１０２て示ず小さい州距領域を選択し、直
流出力レベルか閾値ＴＨより低い場合には第２図中１０
１で示す大きい測距領城を選択するよう制御される。

すなわち、積分回路１】３の直流出力レベルは、撮像面
全体に相当する撮像信号中の高周波或分の分布状態の総
和を表わしており、これか所定の閾値ＴＨより高いとい
うことは画面全体に空間周波数の高周波威分か分布して
おり、撮像而−Ｉ；において主要被写体像の背景部分に
も合ｊ，！，％　ｌ，やすい物体が存イ１…ずることに
なる。すなわち遠距離広角撮影の場合て被写体像か背景
に対して小さく、主要被写体以外の像か測距領域内に入
り込んて遠近競合等を生しる可能性か高い。

したかって主要被写体をてきるかぎり測距領域内に正確
にとらえるため測距領域を縮小すべく、第２図１（１２
て示ず小さい測距領城を選択するわけてある。

逆に積分回路１１３の直流出力レベルか閾値ＴＨより低
い場合には画面全体の精細度か低いことを意味しており
、画面全体の空間周波数か低く主要被写体以外の背景部
分にも空間周波数の高い部分か少なく、撮像面七に被写
体像の．１ｊめる面積が大きい望遠側の撮影状態である
と考えることかてきる。このような場合、主要被写体か
大きく測距領城内を主要被写体像か逸脱し、被写体情報
か不足し、合焦粘度か劣化する危険かあるため、州距領
域を拡大して被写体像を的確にとらえるよう、第２図１
０１て示ず大きい測距領域を選択するわけてある。

このように撮像面の煩雑さを定ｊｉ１−的に検出す１　
０ ることによって撮像面内における被写体像の状態を判別
し、被写体像を正確にとらえるよう最適の測距領域の大
きさを選択するようにしたので、撮像面内に遠近のある
対象物が混在している場合、被写体像か大きい場合、ま
た被写体像か非常に小さい場合等、被写体パターンによ
らず、適正な測距領城を設定して、高精度の合焦検出動
作を行なうことかてきる。

また上述の閾値ＴＨの大きさは使用する光学系の性能、
撮像面の大きさ測距領域の大きさ等に応じて適宜設定す
ればよい。

上述の実施例によれば、大小２種の測距領域を選択的に
使用する方法をとっているため、単一の閾値電圧ＴＨに
ついて２値化しているか、本発明はこれに限定されるも
のてはなく、３種以上又は連続的に大きさを変化するよ
うな測距領城の適用も、閾値を複数個設定してより細か
く状況判定を行なうことにより可能である。

またさらに上述の第３図に示す実施例ては、ブリアンプ
３からの撮像信号を直接２値化回路１Ｈで２値化してい
るか、第４図に示すように、ゲート回路５を通過した撮
像信号を２値化回路１１１に供給し、測距領域内に相当
する撮像信号を２値化して測距領城内の画而の煩雑さに
よって測距領城を選択するようにしてもよい。

このためには初期状憇ては大きい方のＪｌｌ距領域か選
択されていることか望ましい。他の構威動作については
前述の第３図に示す第１の実施例と同様てあり説明を省
略する。

第５図は本発明における被写体煩雑検出回路のさらに他
の実施例を示すツロック図、第６図は撮像面の状態を示
す図である。

本実施例によれば、第６図に示すように撮像面を縦横複
数の区画（本実施例を示す第６図では１６Ｘ　１６）に
区切り、各区画内の信号レベルより画面」二の煩雑さを
検出ずるものてある。

ｌ２は本実施例における被写体煩雑検出回路ｌ２て、２
値化回路１２１で、撮像信号の輝度レベルを各区画ごと
に平均（又は積分）し、所定｛（ｉＹｒｃｆとの比較に
より２値化ずる。２値化回１１ ｌ　２ 路１２１によって２値化された１ビット信号（０または
ｌ）は１区画分のサンプリング期間遅延させる遅延回路
てある。この遅延回路１２２アナログ遅延線でもデジタ
ルメモリによるデジタル遅延素子てもよい。１２３は２
値化回路１２１の出力と遅延回路２ｌの出力とを入力し
、これらの排他的論理和を演算する排他的論理和ゲート
で、ようするに現在と１区画前の各区画の２値化信号と
を比較し、相違すればハイ（Ｈ）レベル、同してあれば
低い（Ｌ）レベルの信号を出力する。１２４は撮像画面
１枚分すなわちｌフィールド分について排他的論理和ゲ
ート１２３の出力がＨレベルとなる回数、すなわち隣接
区画の２値化輝度情報が異なる部分の数（これは被写体
像のエッジ部分に相当すると考えることができる）をカ
ウントするカウンタである。そしてこのカウンタ１２４
の１フィールド分のカウント値は被写体像の煩雑の程度
を示す指標となる。このカウンタ１２４はｌフィールド
ごとにクリアされ、ｌフイールト分のカウントを終了し
た段階てそのカウント値を比較回路１２５へと供給し、
閾値ＴＨ’と比較する。比較回路１２５はカウンタ１２
４のカウント値かその閾値ＴＨ’より小さい時には画面
の煩雑の度合が小さいので、望遠側て被写体を拡大して
撮影していると判断し、大きい測距領域１０１を選択ず
るための制御信号をゲートパルス発生回路１２６に印加
して被写体情報を測距領城内に多く取り込むようになす
。また閾値ＴＨ’以上の時には画面全体か煩雑で背景が
精細てあるため小さい測距領城１０２を選択する制御信
号をゲートパルス発生回路１２６へと出力し、被写体の
みを測距領域内にとらえるようにする。

尚、上述の実施例において、撮像面上を分割して形威し
た区画の数は適宜設定することがてきるか、区画数か多
い方が、より画面の情報を正確にとらえることかてきる
。

また本実施例も２個の測距領城１０１，１０２のどちら
かを選択する形式になっているのて、カウンタ２３の計
数値を１つの閾値ＴＨ’で２値化ｌ　３ ｌ　４ しているか、本発明はこれに限定されず、３個以上又は
連続的に広さの変化する測距領域の選択利用を妨げない
。

［発明の効果］ 以１：述べたように、本発明によれば、撮像画面上にお
ける被写体像の煩雑さを検出することによって被写体の
状態を判別し、特に遠近の被′リ′体像の混在する被写
体に対して適切な測距領域を設定することかてき、遠近
競合等の誤動作を肪止し，］−１的とする被写体に的確
に合魚させることができる。

また、撮影光学系の被写界深度か深い場合、浅い場合夫
々においても、精度よく自動合焦検出を行なうことかて
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検出装置の実施例を示
すフロック図 第２図は撮像面−■二における州距領城の設定動作を説
明するための図、 第３図は第１図中被写体煩雑検出手段の具体例を示すフ
ロック図、 第４図は被写体煩雑検出手段の他の例を示すフロック図
、 第５図は被写体煩雑検１１１手段のさらに他の例を示す
フロック図、 第６図は撮像而を複数の区画に分’＋！３１　Ｌ／た状
態を示す図 第７図は遠近被写体の混在する撮像面」二の被写体像を
説明ずるための国てある。 ｌ　５ ｌ　６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　撮像手段の出力から撮像面上に設定された所定の検出
   領域内に相当する撮像信号を抽出するゲート手段と、 前記ゲート手段より抽出された撮像信号を 用いて合焦状態を判定する合焦検出手段と、前記撮像手
   段からの撮像信号あるいは前記 検出領域内に相当する撮像信号をデジタル値化して画面
   の煩雑さを検出する煩雑検出手段と、 前記煩雑検出手段の出力に応じて前記ゲー ト回路の通過特性を制御するゲート制御手段と、 を備えたことを特徴とする自動合焦装置。