JPH04180477A - オートフォーカス装置 - 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］ この発明はオートフォーカス装置に係り、特にビデオカ
メラに適用して合焦点精度を向上するに好適なオートフ
ォーカス装置に関する。

［従来の技術］ 一般に、ビデオカメラなどの撮像装置は、被写体に自動
的に焦点を合わせる、いわゆるフォーカシングを行なう
オートフォーカス装置を備えている。このようなオート
フォーカス装置には各種の方式が知られており、撮像部
から得られる映像信号を用いてフォーカシングする方式
もその中の一つである。撮像映像信号を用いて合焦点制
御するオートフォーカス方式は、他の方式に比べてオー
トフォーカス用の特別な光学系やセンサを必要とせず機
構が極めて簡単になると共に撮像レンズの被写体深度に
かかわらず正確に焦点合わせを行なうことができるとい
う多くの利点を有する。このようなオートフォーカス方
式の一例である山登りサーボ方式が文献ｒＮＨＫ技術報
告（昭和４０年第１７巻、第１号通巻８６号２６頁）「
山登りサーボ方式によるテレビカメラの自動焦点調節」
」に開示されている。

第６図は従来のオートフォーカス装置のプロ、ツク図で
あり、特に山登りサーボ方式を用いた構成を例示するも
のである。図において、（１）はオートフォーカスによ
る合焦点動作に伴って駆動されるフォーカスレンズや撮
影画角を変化させるためのズームレンズを他の一連のレ
ンズ系と共に内蔵するカメラ部、（１６）はその回転で
カメラ部（１）に内蔵されるフォーカスレンズを図面の
左右方向に移動するべくフォーカスレンズに連動するよ
うに外縁に設けられるフォーカスリング、（２８）はフ
ォーカスリング（１６）を回転駆動するフォーカスモー
フ、（２）はカメラ部（１）の結像部に配置される図示
しない撮像素子から撮像信号をテレビジョン系の映像信
号として出力する撮像回路、（５）は撮像回路（２）か
ら出力された映像信号の輝度信号から垂直及び水平の同
期信号を分離する同期分離回路、（６）は分離された水
平及び垂直同期信号から焦点合わせのための輝度信号抽
出領域、つまりサンプリングエリアとして撮像画面内の
比較的狭い特定の領域を設定するためのケート開閉信号
ＧＣＩを発生するケート制御回路、（３）はゲート制御
回路（６）からのゲート開閉信号ＧＣＩにより撮像回路
（２）から出力された映像信号の中のオートフォーカス
動作のためのサンプリングエリアの輝度信号のみを通過
させるゲート回路、（３０）は／％イパスフィルタ（Ｈ
ＰＦ）（７）、検波回路（８）、積分回路（９）　、Ａ
／Ｄ変換器（１０）から構成されフォーカス評価値をデ
ィジタル信号で出力するフォーカス評価値作成部、（３
１）は最大値メモリ（１１）と比較器（１２）で構成さ
れフォーカス評価値作成部（３０）からのフォーカス評
価値の変化を示す比較信号Ｓ１と比較信号Ｓ２を出力す
るフォーカス評価値変化検出部、（３Ｂ）はメモリ（１
３）と比較器（１４）で構成されフォーカス評価値作成
部（３０）からのフォーカス評価値から被写体の変化を
検出して制御信号Ｓ３と被写体変化信号Ｓ４を出力する
被写体変化検出部、（３２）はモータ位置メモリ（１７
）と比較器（１８）から構成されフォーカスリング位置
検出センサ（２９）からのフォーカスリング位置信号と
被写体変化検出部（３３）からの制御信号Ｓ３とフォー
カス評価値変化検出部（３１）からの比較信号Ｓ１を受
けて制御信号ＣＬを出力する合焦点位置検出部、（１５
）はフォーカス評価値変化検出部（３１）からの比較信
号Ｓ２、被写体変化検出部（３３）からの被写体変化信
号Ｓ４、制御信号Ｓ３並びに合焦点位置検出部（３２）
からの制御信号ＣＬを受けてフォーカスモーフ（２８）
に対する駆動信号を出力すると共に被写体変化検出部（
３３）に対してレンズ停止信号ＬＳを出力するフォーカ
スモータ制御回路、（３５）はカメラ部（１）内に内蔵
されるズームレンズを駆動するためのズームモータ、（
３６）はズームモータ（３５）をマニュアルで操作する
ためのズームスイッチを示すものである。

フォーカス評価値作成部（３０）においてＨＰＦ（７）
はカットオフ周波数として２００ｋＨｚ〜８００ｋＨｚ
の間で選択される値を有し、撮像回路（２）からの輝度
信号の中でゲート回路（３）を通過したサンプリングエ
リアに対応する信号から高域成分のみを抽出する。得ら
れた高域成分は次の検波回路（８）で振幅検波される。

積分回路（９）は振幅検波された輝度信号を１フイール
ド毎に積分し輝度信号の当該フィールドにおける高域成
分のレベルを表わす信号として送出する。積分回路（９
）の出力はＡ／Ｄ変換器（１０）でディジタル信号に変
換され光学系の被写体に対する合焦点状態を示す値、つ
まりフォーカス評価値として導出されフォーカス評価値
変化検出部（３１）と被写体変化検出部（３３）に出力
される。フォーカス評価値作成部（３０）からのフォー
カス評価値を受けたフォーカス評価値変化検出部（３１
）はこれを最大値メモリ（１１）に受けると共に最大値
メモリ（１１）の値と比較するための比較器（１２）に
受けるが、その結果与えられたフォーカス評価値か最大
値メモリ（１１）に格納されている過去の最大値よりも
大きいか小さいかを比較器（１２）で比較検出して比較
信号Ｓ１、Ｓ２を出力させ最大値の入力に対してはこれ
をその時点の最大フォーカス評価値として最大値メモリ
（１１）に格納するように比較信号Ｓ１で制御する。

そして、フォーカス評価値作成部（３０）からのフォー
カス評価値が最大値メモリ（１１）に格納されている評
価値よりも小さい場合はこれを示す信号として比較器（
１２）から比較信号Ｓ２が出力される。被写体変化検出
部（３３）のメモリ（１３）はフォーカスモータ制御回
路（１５）からのレンズ停止信号ＬＳに基づいてフォー
カス評価値作成部（３０）からのフォーカス評価値を記
憶するもので、これは合焦点時のフォーカス評価値とな
る。

一方、比較器（１４）はオートフォーカス動作終了後に
合焦点時のフォーカス評価値を現在のフォーカス評価値
と比較しこれがある閾値よりも小さくなった場合に被写
体か変化したものとして検出し被写体変化信号Ｓ４をフ
ォーカスモータ制御回路（１５）に出力する。一方、比
較器（１４）はメモリ（１３）に記憶されているフォー
カス評価値がオートフォーカス動作開始時点のフォーカ
ス評価値よりも小さい場合に制御信号Ｓ３をフォーカス
モータ制御回路（１５）に出力する。次に、フォーカス
評価値変化検出部（３１）においてフォーカス評価値作
成部（３０）からのフォーカス評価値の最大値か検出さ
れた時点で合焦点位置検出部（３２）においてモータ位
置メモリ（１７）には比較信号Ｓ１に基づいてフォーカ
スリング位置検出センサ（２９）からのフォーカスリン
グ位置信号を格納する。一方、フォーカスリング位置信
号とモータ位置メモリ（１７）からの記憶値を入力され
ている比較器（１８）は被写体変化検出部（３３）から
の制御信号Ｓ３に基づいてフォーカスモータ（２８）を
停止させるための制御信号ＣＬをフォーカスモータ制御
回路（１５）に出力する。

以上述べたような構成において、次にその動作を説明す
る。

被写体の撮像時にはカメラ部（１）内部のフォーカスレ
ンズを含む一連のレンズ系によって被写体像が図示しな
い撮像素子上に結像するか、この被写体像は撮像回路（
２）によって水平同期信号と垂直同期信号を有する輝度
信号を含む映像信号に変換される。この映像信号の中の
輝度信号はゲート回路（３）及び同期分離回路（５）に
入力されるが、同期分離回路（５）では与えられた輝度
信号から垂直と水平の各同期信号を分離しゲート制御回
路（６）に与える。ゲート制御回路（６）は一定の周波
数で発振する固定発振器を有しており垂直同期信号、水
平同期信号並びに固定発振器出力に基づいて輝度信号の
所定の領域を時間的に規定して輝度信号の必要部分のみ
を通過させるべくゲート開閉信号ＧＣＩを発生しこれを
ゲート回路（３）に出力する。

その結果、ゲート回路（３）からＨＰＦ　（７）に対し
てはゲート制御回路（６）により設定されたサンプリン
グエリアに対応する輝度信号成分のみが与えられ、当該
エリアの高域成分だけが抽出される。ＨＰＦ　（７）で
抽出された高域成分は次段の検波回路（８）により振幅
検波される。検波回路（８）の検波出力、すなわち高域
成分のレベルは積分回路（９）に与えられ、ここで１フ
イールド毎に積分されフォーカス評価値としてＡ／Ｄ変
換器（１０）に与えられる。Ａ／Ｄ変換器（１０）はフ
ォーカス評価値をディジタル信号で出力する。このフォ
ーカス評価値はフォーカス評価値変化検出部（３１）の
最大値メモリ（１］）と比較器（１２）並びに被写体変
化検出部（３３）のメモリ（１３）と比較器（１４）に
入力される。

第７図は以上のようにして得られたフォーカス評価値と
フォーカスレンズの位置の関係を示す説明図である。図
において、横軸はフォーカスレンズの位置を間接的に示
すフォーカスリング（１６）の位置、縦軸はフォーカス
評価値をそれぞれ示す。

同図に示すように、被写体がカメラ部（１）から２ｍの
距離に在った場合、フォーカスリング（１６）を回動さ
せてフォーカスレンズを移動させてゆくと、フォーカス
評価値はフォーカスリング（１６）がフォーカスレンズ
をカメラ部（１）から２ｍの距離にある任意の被写体に
焦点が合う位置まで移動させたときに最大値を示す。つ
まり、フォーカス評価値は合焦点時のフォーカスレンズ
の位置を中心とする山形を描いて変化する。

最大値メモリ（１１）は比較器（１２）からの比較信号
Ｓ１に基づいてフォーカス評価値作成部（３０）から与
えられたフォーカス評価値の最大値を記憶すると共にそ
の時点までの最大のフォーカス評価値を比較器（１２）
に与える。比較器（１２）は最大値メモリ（１１）から
与えられる値、すなわち前フィールドまでの最大フォー
カス評価値とフォーカス評価値作成部（３０）から与え
られている現在のフォーカス評価値とを比較する。そし
て、比較器（１２）は現在のフォーカス評価値が最大値
メモリ（１１）に記憶されている値に較べて大きい場合
の第１モードと現在のフォーカス評価値が最大値メモリ
（１］）に記憶されている値よりもあらかじめ設定され
た閾値以上に小さい場合の第２モードのそれぞれに対応
して異なる比較信号Ｓ１と比較信号Ｓ２を出力する。そ
して、比較信号Ｓ１は最大値メモリ（１１）及びモータ
位置メモリ（１７）に与えられ、比較信号Ｓ２はフォー
カスモータ制御回路（１５）に与えられる。

先にも述べたように、フォーカス評価値はフォーカスレ
ンズが合焦点位置に達した場合に最大値を示す。したが
って、フォーカスレンズか非合焦点位置から合焦点位置
に近付く程にフォーカス評価値は大きくなる。それゆえ
に第１モードはフォーカスレンズが合焦点位置に近付く
方向に移動しつつある状態を示し、第２モードはフォー
カスレンズが合焦点位置から遠ざかる方向に移動しつつ
ある状態を示す。

最大値メモリ（１１）は比較器（１２）の比較信号Ｓ１
出力に応答してフォーカスレンズか合焦点位置に達して
いない第１モードの場合にフォーカス評価値作成部（３
０）から与えられた最新のフォーカス評価値に更新しな
がら記憶してゆく。

これによって、最大値メモリ（１１）には常に現在まで
のフォーカス評価値のうちの最大値が最大フォーカス評
ｉｉとして保持されることになる。

一方、フォーカスモータ制御回路（１５）は撮像開始と
同時にフォーカスレンズが前後いずれかの方向に移動さ
れるようにフォーカスモータ（２８）を回転させる。そ
して、フォーカスモータ制御回路（１５）はフォーカス
レンズが合焦点位置を越える第２モード及び初期状態に
おいてフォーカスレンズの移動方向が適正でない、つま
り合焦点位置から遠ざかる方向に移動する第２モードに
おいて、それぞれ比較器（１２）から出力される比較信
号Ｓ２及び比較器（１４）からの制御信号Ｓ３に応答し
てフォーカスモータ（２８）の回転方向を逆転させる。

このフォーカスモータ（２８）の逆転によってフォーカ
スレンズの移動方向は、例えば撮像素子に接近する方向
から離れる方向に変わり、再びフォーカスレンズは合焦
点位置に向かって移動を始める。

例えば、第７図において、カメラ部（１）から２ｍの距
離にある被写体を撮像する際に初期状態においてフォー
カスレンズがカメラ部（１）から１０ｍの距離にある被
写体に焦点が合う位置Ｐにあり、フォーカスレンズが合
焦点位置に向かう方向ａに向かって移動し始めた場合は
フォーカス評価値はフォーカスレンズが合焦点位置Ｑに
達するまでは単調に増加する。したがって、フォーカス
レンズが合焦点位置に達するまでは比較器（１２）から
比較信号Ｓ１が出力されて最大値メモリ（１１）及びモ
ータ位置メモリ（１７）の記憶内容が次々に更新される
。そして、フォーカスモータ（２８）かフォーカスモー
タ制御回路（１５）によって制御されてフォーカスリン
グ（１６）をフォーカスレンズが合焦点位置に近付く方
向に連続的に移動させる。その結果、フォーカスレンズ
はやがて合焦点位Ｗ／ｌＱに達し、ここを通過する。こ
こで比較器（１２）の閾値が幅Ａの逆転基準値であれば
フォーカスレンズが合焦点位置を越えた後でフォーカス
リング（１６）がＲ１の位置まで移動したときに比較器
（１２）から第２モードを示す比較信号Ｓ２が出力され
る。これに応答してフォーカスモータ（２８）はフォー
カスモータ制御回路（１５）によって制御され、フォー
カスリング（１６）をそれまでとは逆の方向に移動させ
る。

これによって、フォーカスレンズは再び合焦点位置に向
かう方向に移動し始める。

さて、モータ位置メモリ（１７）は現在までの合焦点位
置に最も近いフォーカスレンズ位置Ｘを記憶するために
設けられており、フォーカスリング（１６）に結合され
るフォーカスリング位置検出センサ（２９）の出力であ
るフォーカスリング位置信号を受けており、比較器（１
２）から出力される比較信号Ｓ１に応答してフォーカス
リング位置信号を記憶する。つまり、第１モードにおい
てはモータ位置メモリ（１７）の記憶内容は常に現在の
フォーカスレンズ位置に対応するものとなる。

しかし、第２モードにおいてはモータ位置メモリ（１７
）には比較信号Ｓ１が与えられないためモータ位置メモ
リ（１７）は第１モードから第２モードへの切り替わり
点での記憶内容、つまりフォーカス評価値が最大となる
フォーカスレンズ位置、つまり合焦点位置を示すフォー
カスリング（１６）の位置信号を保持し続ける。その結
果、モータ位置メモリ（１７）には常に最大値メモリ（
１１）に最大フォーカス評価値として記憶されているフ
ォーカス評価値に対応するフォーカスレンズ位置が記憶
されていることになる。

さて、比較器（１８）はモータ位置メモリ（１７）の記
憶内容とフォーカスリング位置検出センサ（２９）から
のフォーカスリング位置信号とを比較し、これらが一致
したことに応答してフォーカスモータ制御回路（１５）
に所定の制御信号ＣＬを出力する。フォーカスモータ制
御回路（１５）はこの制御信号ＣＬに応答してフォーカ
スモータ（２８）を停止させる。これに伴い、フォーカ
スリング（１６）の動き、すなわちフォーカスレンズの
動きが停止する。ちなみに、第２モードにおけるモータ
位置メモリ（１７）の記憶内容はフォーカス評価値が最
大となるフォーカスリング（１６）の位置を示す信号で
ある。したがって、第２モードにおいて比較器（１２）
の比較信号Ｓ２によってフォーカスモータ（２８）がそ
れまでとは逆方向に回転し、フォーカスレンズか再び合
焦点位置に達すると比較器（１８）が動作して制御信号
ＣＬが出力されフォーカスモータ制御回路（１５）を通
じてフォーカスモータ（２８）を停止させ、フォーカス
レンズを合焦点位置に停止させる。

以上のようにして、撮像画面内の所定の領域を合焦点検
出領域とするこの装置の基本的なオートフォーカス動作
が終了する。

さて、フォーカスモータ制御回路（１５）は比較器（１
８）からの制御信号ＣＬに応答してフォーカスモータ（
２８）を停止させると同時にメモリ（１３）にレンズ停
止信号ＬＳを出力する。メモリ（１３）はオートフォー
カス動作終了時に与えられるレンズ停止信号ＬＳに応答
して、その時点でＡ／Ｄ変換器（１０）から入力された
焦点評価値、すなわち合焦点時のフォーカス評価値を次
にレンズ停止信号ＬＳが与えられるまで保持し、後段の
比較器（１４）に出力する。ここで比較器（１４）には
Ａ／Ｄ変換器（１０）から現在のフォーカス評価値が与
えられる。オートフォーカス動作終了後、比較器（１４
）はメモリ（１３）の出力、すなわち合焦点時のフォー
カス評価値を現在のフォーカス評価値と比較する。そし
て、現在のフォーカス評価値がメモリ（１３）の記憶内
容に較べて予め設定された閾値以下に小さくなったこと
に応答して比較器（１４）は被写体が変化したことを示
す被写体変化信号Ｓ４をフォーカスモータ制御回路（１
５）に出力する。フォーカスモータ制御回路（１５）は
この被写体変化信号Ｓ４に応答して再びフォーカスモー
タ（２８）をいずれかの方向に駆動し、上述の一連のオ
ートフォーカス動作を再開する。その結果、オートフォ
ーカス動作は被写体の変化に追随して行なわれることに
なる。つまり、被写体の状態の変化はメモリ（１３）と
比較器（１４）から成る被写体変化検出部（３３）によ
って実施される。被写体変化検出部（３３）は同時にオ
ートフォーカス動作開始直後においてフォーカスモータ
（２８）の回転方向が適正であるか否かを判別して、こ
れを適正な方向に補正する機能を有する。すなわち、メ
モリ（１３）はオートフォーカス動作終了時点のフォー
カス評価値だけでなくオートフォーカス動作開始時にＡ
／Ｄ変換器（１０）から最初に与えられるフォーカス評
価値も記憶する。そして、比較器（１４）はオートフォ
ーカス動作開始直後にＡ／Ｄ変換器（１０）から与えら
れているフォーカス評価値がメモリ（１３）に記憶され
ているオートフォーカス動作開始時のフォーカス評価値
の初期値よりも小さい場合、つまり現在のレンズの移動
方向が合焦点位置に向かわない方向である場合、制御信
号Ｓ３をフォーカスモータ制御回路（１５）に出力する
。フォーカスモータ制御回路（１５）は比較器（１４）
からの制御信号Ｓ３に応答してフォーカスモータ（２８
）を逆転駆動する。同時に、制御信号Ｓ３は比較器（１
８）にも入力されその比較動作を停止させる。つまり、
比較器（１８）は現在のフォーカス評ｉ値かメモリ（１
３）に記憶されている初期値よりも大きくなるまで制御
信号Ｓ３を出力し続ける。その結果、現在のフォーカス
評価値がオートフォーカス動作開始時のフォーカス評価
値より大きくなるまで比較器（１８）から制御信号ＣＬ
は出力されず、フォーカスモータ（２８）は最初の駆動
方向とは反対方向に動き続ける。このため、オートフォ
ーカス動作開始時点のフォーカスレンズの移動方向か適
正でなくともフォーカスレンズはフォーカス評価値か最
大になる方向に必ず駆動されることになる。

第７図に示すように、例えばカメラ部（１）から２ｍの
距離にある被写体を撮像する際に、フォーカスレンズが
カメラ部（１）から１０ｍの距離にある被写体に焦点が
合うような位置Ｐから合焦点位置から離れるｂ方向に移
動し始めた場合、フォーカス評価値はフォーカスリング
（１６）の移動に伴い減少する。ここで、比較器（１４
）の閾値か図において幅Ｂで示される逆転基準値であれ
ば、オートフォーカス動作開始後、フォーカスリング（
１６）が位置Ｒ２まて移動した時に、比較器（１４）か
ら制御信号Ｓ３が出力される。これに応答してフォーカ
スモータ（２８）はそれまでと逆方向にフォーカスリン
グ（１６）を移動し始める。そして、比較器（１４）の
比較動作はフォーカスリング（１６）が図における位ａ
ｔＰを越えるまでは無効とされるのでフォーカスリング
（１６）はフォーカスレンズをオートフォーカス動作開
始時における位置まで戻した後にさらに合焦点位置に向
かう方向に動かし続ける。その後、フォーカスリング（
１６）はモータ位置メモリ（１７）及び比較器（１８）
等の動作を通じて合焦点位置Ｑを若干越えた位置まで移
動した後で再び合焦点位置に戻り停止する。

以上のように、フォーカス評価値作成部（３０）、フォ
ーカス評価値変化検出部（３１）そして合焦点位置検出
部（３２）、被写体変化横比部（３３）によりフォーカ
スモータ制御回路（１５）を制御することによって山登
りサーボ方式によるオートフォーカス動作を実現するこ
とができる。

なお、画面の中央部に映し出される映像が焦点の合った
ものになるようにする為、一般には画面全体ではなく予
め定められた画面中央部の一部の領域か焦点合わせの対
象とされる。この領域を合焦点検出領域というが、この
領域はゲート制御回路（６）により任意に設定すること
かできる。

一方、カメラ部（１）のズームレンズ系はズームモータ
（３５）によって駆動されて光軸に対して平行に移動す
る。これによって、カメラ部（１）内のレンズ系の焦点
距離か変化して撮像画角か変化する。ズームモータ（３
５）はユーザが必要に応じて画角を変化させることがで
きるように設けられるズームスイッチ（３６）からのキ
ー人力に応答してズームレンズを移動させる。すなわち
、ズームスイッチ（３６）が押されるとズームモータ（
３５）が動作してズームレンズを撮像画角が大きくなる
広角側または画角か小さくなる望遠側に移動させる。し
たがって、ズームスイッチ（３６）が押されている時は
撮像回路（２）によって撮像された画像は拡大される方
向または縮小される方向に変化する。

［発明が解決しようとする課題〕 従来のオートフォーカス装置は以上のように、被写体を
撮像して得られる１フイ一ルド分の輝度信号に含まれて
いる所定の高周波成分の振幅の積分値に基づいて非合焦
点位置から合焦点位置に向かう方向を判断して山登りサ
ーボ方式によりオートフォーカス動作を行なうように構
成されているが、被写体の明るさやコントラスト等によ
って得られる輝度信号の周波数帯域やそのレベルは異な
り、またコントラストの高い被写体でもオートフォーカ
ス動作以前の状態か大きくぼけている場合は高周波成分
の積分値は非常に小さくなり、誤動作になることが少な
くないという問題点がある。

つまり、被写体の条件によっては得られる輝度信号中に
抽出すべき周波数帯域が存在しない場合、あるいは存在
したとしてもそのレベルが極めて低い場合等がある。こ
のため、被写体によっては所定の高周波成分が得られな
かったり、得られたとしても極めてレベルが低い場合が
ある。このような場合には、フォーカス評価値が得られ
なかったり、得られたとしても正確な値でないというこ
とになる。つまり、原理的に高周波成分に基づくオート
フォーカスはこのような被写体に対しては非常に困難で
あるということになる。

一方、従来の山登りサーボ方式のオートフォーカスでは
被写体による映像信号のスペクトラムの違いにかかわら
ずオートフォーカスのための一連の動作を行なう。つま
り、所定の高周波成分を含まない輝度信号しか得られな
い被写体に対しても所定の高周波成分が十分に得られる
被写体に対しても一律にオートフォーカス動作を行なう
。したがって、従来の山登りサーボ方式のオートフォー
カス装置によれば所定の高周波成分を含まない輝度信号
しか得られないような被写体を撮像した場合はフォーカ
ス評価値が最大となるフォーカスレンズ位置が見出され
ないまま、すなわち撮像された画像がぼけた状態のまま
フォーカスレンズか無駄に動き続けることになる。なお
、フォーカス評価値を導出するための所定の高周波成分
はコントラストの明確な被写体から得られる輝度信号に
は含まれるが、遠方の山や空のようなコントラストか極
めて小さい被写体や、壁や天井のようにもともとコント
ラストのない被写体から得られる輝度信号にはほとんど
含まれない。したがって、上述のような問題はコントラ
ストの小さな被写体を撮像する場合に発生することが多
い。

以上説明したように、従来のオートフォーカス装置では
、撮影中の被写体が原理的にオートフォーカスに適さな
いいわゆるコントラストの無い被写体で、結果として合
焦点位置か見付からずにフォーカスレンズが無駄に動く
ような現象か発生した場合に、撮影者がその原因を知っ
てこれを止めるための適切な対処を迅速に講じることが
できないという問題があり、撮影した画像が長時間焦点
ぼけ状態になってしまうという解決すべき大きな課題が
ある。

この発明は上述した従来技術の課題を解決し、被写体の
映像信号のスペクトラムを判別する機能を持たせること
によりコントラストの有無を判別し、合焦点を得られな
いような場合のフォーカスレンズの無駄な動きを抑制す
ると共に撮影者にそのことを報知して合焦点し易い被写
体での撮影を促すことを可能としたオートフォーカス装
置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、この発明は、撮像レンズを
通じて撮像した被写体の映像信号を出力する撮像手段と
、前記撮像手段から得られた映像信号の高周波成分を抽
出しこれに基づいてフォーカス状態の評価に必要なフォ
ーカス評価値を作成するフォーカス評価値作成手段と、
撮像レンズの焦点位置をフォーカスリングの正逆転駆動
により制御するフォーカス制御手段と、前記フォーカス
評価値作成手段からのフォーカス評価値に基づき前記フ
ォーカス制御手段により撮像レンズの焦点位置を変化し
ながら山登りサーボ方式によりフォーカス評価値が最大
となる位置に撮像レンズを位置させるオートフォーカス
制御手段と、映像信号の最大値と最小値の差を演算する
ことにより被写体のコントラストを検出するコントラス
ト検出手段と、前記コントラスト検出手段により検出さ
れたコントラストが予め定められた値よりも小さい場合
にコントラスト不足でオートフォーカス動作が不能であ
ることを示す信号を出力する検知手段を備えるオートフ
ォーカス装置を提供するものである。

［作用コ 上記手段において、この発明のオートフォーカス装置は
、撮像手段により撮像レンズを通して撮像した被写体の
映像信号を得て、次にフォーカス評価値作成手段により
得られた映像信号の高周波成分を抽出しこれに基づいて
フォーカス状態の評価に必要なフォーカス評価値を作成
し、次にオートフォーカス制御手段により撮像レンズの
焦点位置をフォーカスリングの正逆転駆動により制御す
るフォーカス制御手段を制御して撮像レンズの焦点位置
を変化しながら前記フォーカス評価値作成手段からのフ
ォーカス評価値を用いた山登りサーボ方式による撮像レ
ンズの制御を行ない、フォーカス評価値が最大となる位
置に撮像レンズを位置させるという一連の動作を行なわ
せ、この間に、コントラスト検出手段により映像信号の
最大値と最小値の差を演算することにより被写体のコン
トラストを検出し、コントラストか予め定められた値よ
りも小さい場合に検知手段を通じてこれを検出しコント
ラスト不足でオートフォーカス動作か不能であることを
示す信号を出力させている。

［実施例コ 以下、図面を参照しながらこの発明の詳細な説明する。

第１図はこの発明の一実施例に係るオートフォーカス装
置のブロック図である。図において、（３７）は撮像回
路（２）で得られた映像信号の輝度信号をディジタル変
換するＡ／Ｄ変換器、（３８）は前記Ａ／Ｄ変換器（３
７）の出力の１フイ一ルド分の中からその最大値を検出
して保持する最大値検出回路、（３９）は前記Ａ／Ｄ変
換器（３７）の出力の１フイ一ルド分の中からその最小
値を検出して保持する最小値検出回路、（４０）は最大
値検出回路（３８）の出力から最小値検出回路（３９）
の出力を減算して撮像回路（２）で得られた映像信号の
コントラストつまり被写体のコントラスト値を算出する
減算回路、（４１）は前記コントラスト値を設定器（４
２）に予め設定された閾値と突き合わせ、コントラスト
値が前記閾値よりも小さい場合にフォーカスモーフ制御
回路（１５）に対して信号ＮＣを出力するコンパレータ
回路（４１）であり、前記のＡ／Ｄ変換器（３７）、最
大値検出回路（３８）、最小値検出回路（３９）、減算
回路（４０）、フンパレータ回路（４１）、設定器（４
２）によりコントラスト検出回路（４３）が構成される
。ちなみに、最大値検出回路（３８）と最小値検出回路
（３９）はディジタルメモリとディジタル比較器による
よく知られた構成を有する。

なお、第１図の構成における他の部分に関しては第６図
に示した従来装置と略々同様構成を有するものである。

以上のような構成において、次にその動作を説明する。

カメラ部（１）において得られた被写体像は撮像回路（
２）により映像信号に変換されるか、その中の輝度信号
がＡ／Ｄ変換器（３７）に入力されるとｎビットのディ
ジタル信号に変換される。

なお、撮像回路（２）からの輝度信号は同時にゲート回
路（３）を通じてフォーカス評価値作成部（３０）にも
入力され、フォーカス評価値変化検出部（３１）、合焦
点位置検出部（３２）、被写体変化検出部（３３）とフ
ォーカスモーフ制御回路（１５）を通じてフォーカスモ
ータ（２８）を制御することによりフォーカスリング（
１５）か駆動されオートフォーカス動作か行なわれる。

さて、Ａ／Ｄ変換器（３７）で得られたディジタル信号
は最大値検出回路（３８）と最小値検出回路（３９）に
入力され、当該フィールドにおける輝度信号の最大値と
最小値が検出され保持される。

最大値検出回路（３８）の出力と最小値検出回路（３９
）の出力は減算回路（４０）に入力され、両者の差分つ
まりコントラスト値が演算される。

ところで、一般に画像は決められた振幅つまり濃度また
は輝度の範囲内で様々なレベルをとり、被写体の輝度分
布の時間変化により時々刻々と変化している。ビデオカ
メラ等のようにＮＴＳＣやＰＡＬ等の標準テレビジョン
信号を出力する装置の場合、−画面内の画像データを１
つ１つの画素単位で見たとすると、画面の（ｘ、ｙ）座
標に対して、各々輝度または濃度のレベルｆ　（ｘ、ｙ
）を持つことになる。このような画像データで特定の輝
度または濃度を持つ画素の数を一画面内で数え上げてグ
ラフ化したのが第２図（ａ）、（ｂ）に示すヒストグラ
ム図である。第２図において横軸は濃度で右側になる程
、輝度レベルか高い、つまり濃度値が大きいとなってい
る。一方、縦軸は各輝度または濃度値における画素の数
である。つまり、ヒストグラム図は画面の輝度または濃
度の分布を示すもので、画面全体が均一の輝度または濃
度であればヒストグラムにはその輝度または濃度に対応
する１本の棒しか表現されない。したがって、第２図（
ａ）においては、全ての画素の分布が輝度または濃度値
の狭い範囲に集中しているのて、コントラスト値の低い
濃淡の少ない被写体のものであることが分かる。したが
って、壁や空のように濃淡の変化の少ない被写体ではノ
イズ成分を含めても更に狭い範囲に集中する。一方、同
図（ｂ）では、全ての画素の分布が輝度または濃度値の
広い範囲に広がっており、輝度差つまり濃淡の大きなコ
ントラストの高い被写体のものであることが分かる。

ここで、第２図（ａ）における濃度値の最大値をｆ　Ｉ
ａａｘ、最小値をｆ　１１ｎ、第２図（ｂ）における濃
度値の最大値をｆ　ｈｍａｘ、最小値をｆｈｉｉｎとす
ると、定性的に ｆｈｍａｘ　−ｆｈｍｉｎ　　ｆ　１ＩＩａｘ　−ｆ　
ｌ＊ｉｎ・・・（１）が成立する。ちなみに、通常は濃
淡の度合いを見る場合は、ヒストグラムから分散を計算
し、濃度分布のばらつきを判断するのであるか、（１）
式でも十分に判断することができる。このことを、映像
信号の波形でみると第３図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）のよ
うになる。つまり、コントラストの低い被写体では同図
（ａ）に示すように最大値と最小値の開きの小さな映像
信号しか得られず、コントラストの高い被写体では同図
（ｂ）に示すように最大値と最小値の開きの大きな映像
信号か得られる。各図は映像信号の１ライン分に相当す
るものであるが１画面についても同様のことが成立する
。一方、第２図（ｂ）の映像信号を得ている被写体をデ
フォーカス状態で撮像した場合、同図（Ｃ）に示すよう
な波形の映像信号となる。この場合、映像信号の高周波
成分は無くなるか、信号の最大値と最小値の差はそれ程
小さくならない。

したがって、１フイ一ルド画面内での輝度レベルの最大
値と最小値の差を検出することによりコントラスト値の
大小を判定することができる。

以上のような理由から、カメラ部（１）に対して被写体
が合焦点位置にあっても非合焦点位置にあっても、減算
回路（４０）からはコントラスト値に対応する出力が得
られることになり、（１）式におけるｆ　ｈｍａｘ　−
ｆ　ｈｍｉｎやｆ　１ｉａｘ　−ｆ　１ａｉｎに相当す
る値を得ることができる。減算回路（４０）の出力はコ
ンパレータ回路（４１）に入力されるか、このコンパレ
ータ回路（４１）は例えば第４図（ａ）の論理表に示す
ような動作を行なう市販のＩＣ（商標名：ＴＤ３５０２
Ｆ）を組み合わせることにより構成することができる。

同図（ｂ）のブロック図は前記ＩＣを組み合わせて１６
ビツトコンパレータ回路を構成した場合を例示している
。以上のような構成を有するコンパレータ回路（４１）
の一方、つまり第４図の構成のＡ側に減算回路（４０）
の出力、すなわち演算で得られたコントラスト値を入力
し、他方、つまり第４図の構成のＢ側に設定器（４２）
に設定された閾値を入力することにより、閾値を境にコ
ントラストのある被写体かコントラストの無い被写体か
を判別することができる。そして、第４図の構成ではコ
ントラストのある被写体の場合は、その出力Ｘに。

１′、出力Ｙに”０“か送出され、コントラストの無い
被写体の場合は、その出力Ｘに”０′、出力Ｙ１ご１゛
が送出される。そして、コンパレータ回路（４１）の出
力信号ＮＣをフォーカスモータ制御回路（１５）に接続
することにより、山登リサーボ方式によるフォーカシン
グ動作を行なっても合焦点位置に達することかできない
程の低コントラスト時にフォーカスモータ（２８）の動
きを禁止することができる。その結果、低コントラスト
被写体の時にフォーカスモータ（２８）か無駄に動き続
けるのを防止することができる。

ちなみに、設定器（４２）からコンパレータ回１（４１
）に与える閾値レベルは固定でもよい。

ところが、撮像回路（２）から得られる映像信号のレベ
ルは同一被写体であっても照度か変化すると大きく変動
し、通常はこの変動を抑制するためにカメラ部（１）に
オートアイリスと呼ばれる絞り制御機構を設けたり撮像
回路（２）に自動利得制御回路を設けたりしている。し
かしながら、両者とも信号レベルを完全に一定レベルに
保つことができるわけではなく、大きな時定数により照
度変化に十分に追従できる訳でもない。このために設定
器（４２）からコンパレータ回路（４１）に与える閾値
は照度の変化に十分に対応できるような値が選択される
方が好ましい。

さて、第５図は設定器（４２）の設定閾値を照度変化に
応して変化させるための構成の一例を示すブロック図で
ある。同図において、（４４）はＡ／Ｄ変換器（３７）
の出力にゲート開閉信号ＧＣ１を加算して特定のサンプ
リングエリアの輝度レベルを累積加算する加算回路、（
４５）は加算回路（４４）による加算結果を予め設定さ
れた設定値と比較するコンパレータ回路である。そして
、設定器（４２）はコンパレータ回路（４５）の出力に
基づいて通常照度時の閾値として用いるべき大きな値の
入力データＡまたは低照度時の閾値として用いるべき小
さな値の入力データＢを選択してコンパレータ回路（４
１）に出力する。

以上のような構成において、低照度時にＡ／Ｄ変換器（
３７）の入カレベルか下がると加算回路（４４）の出力
も低下するか、この時コンパレータ回路（４５）の設定
値をそれか低照度と判定できるレベルに決めておく。そ
の結果、コンパレータ回路（４５）の設定値より加算回
路（４４）の出力か大きい場合は設定器（４２）に与え
られるセレクト入力により入力データＡをコンパレータ
回路（４１）に与えることになり、逆にコンパレータ回
路（４５）の設定値より加算回路（４４）の出力が小さ
い場合には設定器（４２）に与えられるセレクト入力が
反転して入力データＢをコンパレータ回路（４１）に与
えることになる。その結果、被写体の照度変化に応じて
コンパレータ回路（４１）には異なるコントラスト値の
判定用の閾値が与えられることになり、コントラスト値
判定の確実性を大きくすることができる。なお、設定器
（４２）における設定値は２つに限らず照度のレベルに
応じて更にたくさんの値から選択するようにしてもよく
判定の信頼性を更に高められる効果がある。

なお、上記実施例においては、撮像回路（２）からの映
像信号を直接Ａ／Ｄ変換器（３７）に入力する構成を例
示したが、フォーカシング用のサンプリングエリア内の
輝度信号を抽出しているゲート回路（３）の出力をＡ／
Ｄ変換器（３７）に入力し、サンプリングエリア内のコ
ントラスト値に基づくオートフォーカス動作の可否の判
定を行なうようにしてもよい。一方、上記実施例ではコ
ントラスト検出回路（４３）をディジタル的に動作する
回路として例示したが、アナログ的な回路で構成して同
様の機能効果を得るようにしてもよい。

更に、上記実施例においてはコンパレータ回路（４１）
の出力である信号ＮＣをフォーカスモータ制御回路（１
５）に与えることによりフォーカスモータ（２８）の動
きを規制する構成を例示したか、至近の物体を望遠側で
取っていた場合に合焦点させるために自動的にズームを
広角側に制御するオートマクロ機能やフルレンジオート
フォーカス機能を禁止するような構成としてもよい。

一方、コンパレータ回路（４１）の出力をフォーカス制
御系に与える代わりに撮影者に対するオートフォーカス
不能の警告信号として用い、撮影者にコントラストのあ
る被写体への変更を促すようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、被写体のコントラス
トを映像信号の最大値と最小値から検出し、これを予め
定められた閾値と比較することによりコントラスト値が
オートフォーカス動作に十分か否かを判定し、レンズの
無駄な動作を抑制して良好な撮影画像を得られる効果か
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のオートフォーカス装置のブロック図
、第２図は第１図の構成の動作原理を説明するためのヒ
ストグラム図、第３図は被写体のコントラストと映像信
号の関係を示す波形図、第４図はディジタル式のコンパ
レータの構成例を示す説明図、第５図はコントラスト値
判定用の設定閾値を照度変化に応じて変化させるための
構成の一例を示すブロック図、第６図は従来のオートフ
ォーカス装置のブロック図、第７図はフォーカス評価値
とフォーカスレンズの位置の関係を示す説明図である。 （１）はカメラ部、（２）は撮像回路、（３）はゲート
回路、（５）は同期分離回路、（６）はゲート制御回路
、（７）はＨＰＦ、（８）は検波回路、（９）は積分回
路、（１０）はＡ／Ｄ変換器、（１１）は最大値メモリ
、（１２）は比較器、（１３）はメモリ、（１４）は比
較器、（１５）はフォーカスモーフ制御回路、（１６）
はフォーカスリング、（１７）はモータ位置メモリ、（
］８）は比較器、（２８）はフォーカスモーフ、（２９
）はフォーカスリング位置検出センサ、（３０）はフォ
ーカス評価値作成部、（３］）はフォーカス評価値変化
検出部、（３２）は合焦点位置検出部、（３３）は被写
体変化検出部、（３７）はＡ／Ｄ変換器、（３８）は最
大値検出回路、（３９）は最小値検出回路、（４０）は
減算回路、（４１）はコンパレータ回路、（４２）は設
定器、（４３）はコントラスト検出回路である。 なお、図中、同一符号は同一、又は１１当部分を示す。 代理人　弁理士　吉　１）研　二 （外２名） （０）コツトラストのｆへい場合のＪｎｔニーストア°
ラム小　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　大（ｂ）コントラストの高１４７．％の；農
汁乙スＦり゛ラムコ〉トラストＩＪ宥ｌ、−ｒ：吠（勢
ｆ！号のＪ１盲ヒスＦタラム図第２図 コ′７トラストのイへい１し含のΩ夫ｆ幕ず；号湾形コ
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＞ｍ第　３　　図 （０）　コ〉ノル−りｒｃ　（ＴＤ３５０２Ｐ）　ｉｓ
　”１表（ｂ）コ〉パレータＩＣ（ＴＯ３５０２Ｐ）ｋ
用Ｌｌｉ二１６ビツトコ゛７ハ’Ｌ−７［］ＸＫ第４　
図 ？４ ７オーηスソンクイ立置　− フォーカスｉ＋ｆ品ｆＪを用いた山臂ｌノサーボ”方Ａ
によるオートフォーカス初ｆ１の説明図手続補正書　（
自発） 平成　３年　６月２８日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 撮像レンズを通じて撮像した被写体の映像信号を出力す
   る撮像手段と、前記撮像手段から得られた映像信号の高
   周波成分に基づいてフォーカス評価値を作成するフォー
   カス評価値作成手段と、撮像レンズの焦点位置を制御す
   るフォーカス制御手段と、前記フォーカス評価値作成手
   段からのフォーカス評価値に基づき前記フォーカス制御
   手段を駆動しながら山登りサーボ方式によりフォーカス
   評価値が最大となる位置に撮像レンズを位置させるオー
   トフォーカス制御手段と、映像信号の最大値と最小値の
   差を演算するコントラスト検出手段と、前記コントラス
   ト検出手段により検出されたコントラストが予め定めら
   れた値よりも小さい場合にオートフォーカス動作が不能
   であることを示す信号を出力する検知手段を備えること
   を特徴とするオートフォーカス装置。