JPH04305609A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はオートフォーカス装置、
特に、ビデオカメラなどの撮像装置における映像信号処
理方式のオートフォーカス装置の改良に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ビデオカメラなどの撮像装置は、一般に
被写体に自動的に焦点を合わせる（以下合焦という）た
めのオートフォーカス装置が設けられている。オートフ
ォーカス装置の動作原理の１つとして、特公昭３９−５
２６５号公報に記載されているような山登り制御と呼ば
れる、映像信号処理方式の１つの手法がある。

【０００３】山登り制御においては、撮像素子から得ら
れた輝度信号から、所定の高周波数帯域の信号が抽出さ
れ、その振幅が検波されてレベル信号に変換される。こ
のようにして得られたレベル信号は、１フィールド分あ
るいは１フレーム分というような一定期間分積算処理さ
れる。この結果得られた値は、以下この明細書中におい
てフォーカス評価値と呼ばれる。すなわち、１フィール
ドごとに、あるいは１フレームごとにフォーカス評価値
が求められる。

【０００４】フォーカスを合わせられるべきレンズの位
置が合焦状態に近いときには、得られる映像のいわゆる
エッジ部分は、はっきりしている。このような映像を現
わす信号には、高周波成分が多く含まれる。一方、焦点
のずれた映像においては、エッジ部分がはっきりしない
。そのような信号では高周波成分は比較的少なくなる。 したがって、映像信号処理回路の出力する輝度信号成分
のうち、高周波成分の量を検出することにより、レンズ
が合焦位置にあるかどうかを評価することができる。前
述のフォーカス評価値は、この合焦状態を評価するため
のデータである。

【０００５】図５は、レンズの位置とフォーカス評価値
との関係を示す図である。同図において、横軸はレンズ
の位置、縦軸はフォーカス評価値、曲線４０は高周波成
分のフォーカス評価値の特性を示す。図中レンズ位置Ｐ
は焦点がぴったりと合っているレンズの位置を示す。

【０００６】図５から明らかなように、フォーカス評価
値は、レンズ位置Ｐにおいて最大値を示す。レンズ位置
Ｐの前後Ｑ，Ｒにおいては、フォーカス評価値は単調増
加し、または単調減少する。

【０００７】そこで、山登り制御においては、レンズを
一定方向に向けて移動させながら、たとえば、１フィー
ルドごとにフォーカス評価値を求める。求められたフォ
ーカス評価値は、１フィールド前のフォーカス評価値と
比較される。その結果、現フィールドのフォーカス評価
値のほうが大きければ、レンズをそれまでと同じ方向に
さらに移動させる。逆に、１フィールド前のフォーカス
評価値のほうが大きければ、レンズをそれまでと逆の方
向に移動させる。図５からわかるように、レンズの位置
が合焦位置Ｐを越えてしまったと判断できるためである
。

【０００８】このようにして、１フィールド前のフォー
カス評価値と同じ値のフォーカス評価値が得られるとこ
ろでレンズを停止させる。

【０００９】たとえば、レンズが初期状態において図５
のレンズ位置Ｐにあったとする。上述の山登り制御によ
って、レンズが合焦位置Ｐを越えて位置Ｒに達すると、
フォーカス評価値が減少し始める。そこで、レンズを負
の方向に戻し、合焦位置Ｐで停止させる。以上のように
することにより、レンズは焦点の合った位置に自動的に
移動する。

【００１０】図６に示されるように、撮像するときには
被写体が画面５０の中央部に置かれることが一般的であ
る。被写体に焦点を合わせるためには、通常は画面５０
の全体ではなく画面中央の一部のフォーカス制御エリア
５１が焦点合わせの対象とされる。

【００１１】また、上述の山登り制御においては、ノイ
ズなどにより、フォーカス評価値に真正でないピークを
生じることがある。そのため、一般的には複数回のフォ
ーカス評価値が連続して大きくなっているか、あるいは
小さくなっているかを調べることによって制御を行なう
。

【００１２】図７は、従来のオートフォーカス装置を有
するビデオカメラの１例のブロック図である。同図にお
いて、このビデオカメラは、レンズ系２と、レンズ系２
により被写体の像が結ばれる位置に配置された受光面に
設けられた被写体の像を電気信号に変換するためのＣＣ
Ｄ３と、ＣＣＤ３から出力される信号を相関ダブルサン
プリングするためのＣＤＳ（コーリレーション・ダブル
・サンプリング）回路４と、ＣＤＳ回路４によりサンプ
リングされた信号を処理して映像信号（輝度信号Ｙｏｕ
ｔ，クロマ信号Ｃｏｕｔ）を出力するための映像信号処
理回路５と、レンズ系２の中に含まれるフォーカスレン
ズを移動させるためのモータ６と、映像信号処理回路５
の出力する輝度信号Ｙｏｕｔを処理してフォーカス評価
値を求めることにより、合焦のためにフォーカスレンズ
の移動方向を定め、モータ６を制御するためのオートフ
ォーカス装置１ａとを含む。

【００１３】映像信号処理回路５は、ＣＤＳ回路４の出
力する信号を増幅して一定レベルにするためのＡＧＣ回
路７と、ＡＧＣ回路７の出力する信号を輝度信号および
２つの色差信号に分離して出力させるための色分離回路
８と、色分離回路８から出力される色差信号を処理しク
ロマ信号Ｃｏｕｔとして出力するためのクロマ処理回路
９と、色分離回路８から輝度信号を受取り出力輝度信号
Ｙｏｕｔとして出力するための輝度処理回路１０とから
構成されている。

【００１４】オートフォーカス装置１ａは、輝度信号Ｙ
ｏｕｔから垂直同期信号Ｖｓ，水平同期信号Ｈｓを分離
するための同期分離回路１１と、同期分離回路１１から
与えられる同期信号Ｖｓ，Ｈｓに応答して、図６に示さ
れるフォーカス制御エリア５１に対応する信号のみを通
過させるためのゲート回路１２と、ゲート回路１２から
与えられる信号のうち高周波成分のみを通過させるため
のＢＰＦ（バンドパスフィルタ）１３と、ＢＰＦ１３の
出力する信号のレベルを検波するための検波回路１６と
、検波回路１６の出力する信号を所定の周波数でサンプ
リングするためのサンプリング回路２４と、サンプリン
グ回路２４の出力する値を、例えば、１フィールドにわ
たって積算することによりフォーカス評価値を求める積
算回路２３と、積算回路２３の出力するフォーカス評価
値に基づいてフォーカスレンズを合焦位置に移動させる
ようにモータ６の移動を制御するための制御回路２１と
から構成されている。

【００１５】図７において、このようなオートフォーカ
ス装置１ａを有する従来のビデオカメラは、以下のよう
に動作する。レンズ系２は、ＣＣＤ３の受光面上に被写
体の像を結ぶ。ＣＣＤ３は、結ばれた被写体の像を光電
変換により電気信号に変換する。ＣＤＳ回路４は、ＣＣ
Ｄ３から出力される信号を相関ダブルサンプリングし、
ＡＧＣ回路７に与える。

【００１６】ＡＧＣ回路７はＣＤＳ回路４から出力され
る信号のレベルを、所定のレベルとなるように増幅し、
色分離回路８に与える。色分離回路８は、ＡＧＣ回路７
によって増幅された信号を、色差信号と輝度信号とに分
離し、色差信号をクロマ処理回路９に、輝度信号を輝度
処理回路１０にそれぞれ与える。クロマ処理回路９は、
色分離回路８から与えられた色差信号を処理し、クロマ
信号Ｃｏｕｔとして外部に出力する。輝度処理回路１０
は色分離回路８から与えられた輝度信号を処理し、出力
輝度信号Ｙｏｕｔとして外部に出力する。輝度信号Ｙｏ
ｕｔはまた、オートフォーカス装置１ａのゲート回路１
２および同期分離回路１１にも与えられる。

【００１７】同期分離回路１１は、輝度信号Ｙｏｕｔか
ら垂直同期信号Ｖｓ及び水平同期信号Ｈｓを分離してゲ
ート回路１２に与える。ゲート回路１２は垂直同期信号
Ｖｓ、水平同期信号Ｈｓおよび所定のクロック信号に同
期して、現在走査中の位置が、図６に示されるフォーカ
ス制御エリア５１内にある場合だけ、輝度信号をＢＰＦ
１３に与える。ＢＰＦ１３は、ゲート回路１２から出力
される輝度信号のうち、所定の高周波帯域成分のみを抽
出し、検波回路１６に与える。検波回路１６は、与えら
れた高周波帯域成分の信号のレベルを検波し、サンプリ
ング回路２４に与える。サンプリング回路２４は、検波
回路１６から出力されるレベル信号を所定の周波数でサ
ンプリングし、積算回路２３に与える。積算回路２３は
、サンプリング回路２４から与えられる信号を１フィー
ルド分積算し、制御回路２１に与える。積算された値は
、そのフィールドのフォーカス評価値を表わす。制御回
路２１は、積算回路２３より与えられたこのフォーカス
評価値を用い、前述の山登り制御によってフォーカスレ
ンズを合焦位置に移動させるように、モータ６を制御す
る。このように、フォーカス評価値を用いてレンズ系内
のフォーカスレンズを合焦位置に移動させることにより
、オートフォーカスが行なわれる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来のオートフ
ォーカス装置には、以下のような問題点がある。ノイズ
などによる誤動作を避けるため、複数回のフォーカス評
価値が連続して大きくなっているか、あるいは小さくな
っているかを調べることによって、現在山登りの方向に
あるのか、それとも山を越してしまったのか、といった
判断を行なう。たとえば、フォーカス評価値が連続して
２回以上大きくなっていれば、山登りの最中であるため
それまでと同じ方向にフォーカスを動かし、逆に、連続
して２回以上小さくなっていればピークを越えてしまっ
たと判断できるため、フォーカスを逆の方向に移動させ
る。

【００１９】ところが、たとえば、図３ａのように、フ
ォーカス評価値が各サンプリングごとに大きくなったり
小さくなったりというように、交互に変化する状況が続
いた場合に、前述の方法では正しい判断ができない。す
なわち、図３ａの１番目から８番目のフォーカス評価値
に見られるように、全体的にとらえた場合、明らかにフ
ォーカス評価値が小さくなっているにもかかわらず、ピ
ークを越えてしまったという判断ができない。この場合
、７番目から９番目のフォーカス評価値を見ることによ
って初めてピークを越えたという判断がなされる。

【００２０】また、たとえば動いている被写体を撮影し
た場合など、フォーカス評価値がフォーカスの移動方向
とは全く無関係に、大きく変化する場合がある。すなわ
ち、図３ｂの１番目から９番目の変化に見られるように
、フォーカス評価値が無秩序に変化する場合も、前述と
同様な問題が発生する。このような場合、フォーカス評
価値の信頼性が低いため、従来の装置ではハンチングな
どが発生したり、ピントを大きく外すことがあった。 本発明の目的は、前述のようなフォーカス評価値の変動
が各サンプリングごとに異なるときに対処させることに
ある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明においては、被写
体を撮像して輝度信号を取出す手段と、前記輝度信号に
含まれる所定の周波数帯成分のレベルを検出してフォー
カス評価値信号を出力するための手段と、前記フォーカ
ス評価値信号に応答してフォーカスレンズを移動させる
ための制御手段に加えて、前記フォーカス評価値信号の
変化の傾向と信頼性の度合いを検出する手段とを設けた
。

【００２２】

【作用】本発明においては、フォーカス評価値の変化の
傾向と信頼性の度合いを検出する手段があるから、これ
らのデータとフォーカス評価値の３つを山登り制御に用
いる。したがって、フォーカス評価値の変化だけでは正
しく判断できない場合においても、本発明に係るオート
フォーカス装置においては、正しく合焦動作を行なうこ
とができる。

【００２３】

【実施例】図１は、本発明に係るオートフォーカス装置
１を備えたビデオカメラのブロック図である。これに示
されるビデオカメラは、オートフォーカス装置１の一部
を除いて、図７に示されるものと同一である。両図にお
いて、同一の部品には同一の符号および名称が与えられ
ており、それらの機能も同一である。したがって、重複
する部分についての詳しい説明は省略する。

【００２４】図１のオートフォーカス装置１において、
同期分離回路１１、ゲート回路１２、ＰＢＦ１３、検波
回路１６、サンプリング回路２４、積算回路２３までは
図７の装置と同様である。本発明においては、積算回路
２３から出力されたフォーカス評価値を一定期間サンプ
リングし、最小二乗法による近似を行なって、フォーカ
ス評価値の変化の傾向と信頼性の度合い（以下フォーカ
ス変動値と呼ぶ）を検出するＬＳＣ（最小二乗計算）回
路２２を、積算回路２３と制御回路２１との間に設け、
その出力を制御回路２１に供給し、制御回路２１は、積
算回路２３から出力されたフォーカス評価値とＬＳＣ回
路２２から出力されたフォーカス変動値に基づいて、レ
ンズ系２の中のフォーカスレンズを合焦位置に移動させ
るように、モータ６の移動を制御する。

【００２５】図２は、ＬＳＣ回路２２の動作の１例を説
明するためのグラフである。

【００２６】まず、ＬＳＣ回路２２に入力されたフォー
カス評価値を、例えば、８回サンプリングし、順番にＤ
０からＤ７とする。そして、ｘ軸をフォーカス評価値の
順番（ここでは０〜７としている）、ｙ軸をフォーカス
評価値の大きさに対応させた２次元の座標系を考え、Ｄ
０からＤ７までをそれぞれプロットする。これらを表に
すると次のようになる。

【００２７】

【表１】

【００２８】これらのプロットした値との誤差が最も少
なくなるような直線ｙ＝ａｘ＋ｂを計算する。その傾き
ａと、接片ｂを表１の数値により計算すると次の数式１
および２に示されるようになる。

【００２９】

【数１】

【００３０】

【数２】

【００３１】その後、残差平方和ｒを下記の数式３

【０
０３２】

【数３】

【００３３】に従って計算し、傾きａと残差平方和ｒを
、それぞれフォーカス変動値ＡおよびＲとして制御回路
２１へ出力する。たとえば表１の例では、フォーカス評
価値として順番に１０，３０，２５，３５，４０，４０
，５５，５０という値が入力されているとすると、傾き
ａが約５．４２、接片ｂが約１６．７、残差平方和ｒが
約１９０となり、フォーカス変動値Ａ＝５．４２、フォ
ーカス評価値Ｒ＝１９０が制御回路２１へ出力される。 このフォーカス変動値Ａはフォーカス評価値の変化の傾
向を表わし、フォーカス変動値Ｒはフォーカス評価値の
変化の信頼性の度合いを表わす。

【００３４】以下、図１〜図３について本発明のオート
フォーカス装置１について説明する。制御回路２１によ
る山登り制御は、従来技術において説明されたものと基
本的な部分は同一であるから、ここでは従来技術との相
違点について説明する。

【００３５】制御回路２１は、積算回路２３から出力さ
れるフォーカス評価値と、ＬＳＣ回路２２から出力され
るフォーカス変動値Ａおよびフォーカス変動値Ｒを常に
監視している。そして、フォーカス変動値Ｒが所定の範
囲内であれば、フォーカス評価値の信頼性は高いと判断
し、従来と同様にフォーカス評価値の連続した変化で制
御を行なう。ただし、フォーカス変動値Ａが負の値を示
し、かつ、その絶対値が所定の範囲を越えているにもか
かわらず、フォーカス評価値が連続して小さくなってい
ない場合は、図３ａのような変化をしている場合が考え
られるため、ピークを越えたと判断し、フォーカスを逆
の方向に移動させる。

【００３６】一方、フォーカス変動値Ｒが所定の範囲を
越えているような場合は、図３ｂのようにフォーカス評
価値が無秩序な変化をしていると考えられるため、フォ
ーカス評価値の信頼性は低いと判断し、一旦フォーカス
の制御を中断してフォーカスをその位置で停止させる。 そして、フォーカス変動値Ｒが所定の範囲内に収まるの
を待った後、フォーカスの制御を再開させる。

【００３７】以上のように、フォーカス変動値Ａおよび
フォーカス変動値Ｒを用いて制御を行なうことにより、
確実な合焦動作を行なうことができる。したがって、画
面の変化などによってフォーカス評価値の信頼性が低く
なったような場合でも、従来のようにハンチングを起こ
したり大きくピントを外したりする恐れがない。

【００３８】実際には、制御回路２１は、マイクロコン
ピュータなどで実現させる。図４は、制御回路２１で実
行されるプログラムの１例のフローチャートである。図
４に示されるように、このプログラムは以下のようなス
テップで制御を行なう。

【００３９】ステップＳ００１において、サンプリング
パルスの検出が試みられる。

【００４０】ステップＳ００２において、サンプリング
パルスの検出ができたかどうかが判断される。判断の答
がＹＥＳであれば制御はステップＳ００３に進み、判断
の答がＮＯであれば制御はステップＳ００１に戻る。

【００４１】ステップＳ００３においては、フォーカス
評価値およびフォーカス変動値Ａ，Ｒのサンプリングが
行なわれる。制御はその後ステップＳ００４に進む。

【００４２】ステップＳ００４においては、フォーカス
変動値Ｒの値をチェックする。

【００４３】ステップＳ００５においては、チェックさ
れた値が予め定められた値を越えているかどうかが判断
される。判断の答がＹＥＳならば検出されたフォーカス
評価値の信頼性は低いため、制御はステップＳ２０１に
移り、ＮＯならばステップＳ００６に進む。

【００４４】ステップＳ００６においては、フォーカス
評価値による山登り制御が行なわれる。

【００４５】ステップＳ００７においては、山登り制御
の結果、合焦に達したかどうかの判断が行なわれる。判
断の答がＹＥＳならばオートフォーカス動作を終了する
ため、制御はステップＳ３０１に移り、ＮＯならばステ
ップＳ００８に進む。

【００４６】ステップＳ００８においては、山登り制御
の結果、山を越したかどうかの判断が行なわれる。判断
の答がＹＥＳならばフォーカスを逆に移動させるためス
テップＳ００９に進み、ＮＯならば山はまだ越していな
いと判断され、制御はステップＳ１０１に移る。

【００４７】ステップＳ００９においては、フォーカス
をそれまでと逆の方向に移動させる。その後、制御はス
テップＳ００１に戻る。

【００４８】ステップＳ１０１に進んだ場合は、次にフ
ォーカス変動値Ａの値をチェックする。制御はステップ
Ｓ１０２に進む。

【００４９】ステップＳ１０２においては、チェックさ
れたデータが負の場合で、なおかつその絶対値が予め定
められた値を越えているかどうかが判断される。判断の
答がＹＥＳならば、フォーカス評価値は小さくなってい
る傾向にあり、フォーカス評価値は図３ａのような変化
をしていると考えられるため、制御はステップＳ００９
に移る。一方、判断の答がＮＯであった場合は、フォー
カスを同方向に移動させるために、制御はステップＳ１
０３に進む。

【００５０】ステップＳ１０３においては、フォーカス
をそれまでと同じ方向に移動させる。その後、制御はス
テップＳ００１に戻る。

【００５１】ステップＳ２０１に進んだ場合は、フォー
カス評価値の信頼性が低いと判断されているため、フォ
ーカスを一時停止させる。制御はその後ステップＳ００
１に戻る。

【００５２】ステップＳ３０１に進んだ場合は、合焦点
に達しているため、フォーカスを完全に停止させる。そ
してオートフォーカス動作の処理を終了する。

【００５３】制御回路２１が、図４に示されるフローチ
ャートに従って制御するプログラムを実行することによ
り、フォーカス評価値がどのような変化をしても確実な
合焦動作を行なうことができる。これにより、ピントが
大きく外れたり、ハンチングを起こしたりすることがな
くなる。

【００５４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、フォーカ
ス評価値の変化の傾向と信頼性とによって制御が行なわ
れるから、移動方向の不安定な被写体を撮影しても確実
なオートフォーカスの制御を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を用いたビデオカメラのブロ
ック図である。

【図２】ＬＳＣ回路の処理内容の１例を示すグラフであ
る。

【図３】ａおよびｂはフォーカス評価値の変化を示す模
式図である。

【図４】制御回路において実行されるプログラム１例の
フローチャートである。

【図５】山登り制御の原理を示すためのフォーカス評価
値の特性図である。

【図６】撮影画面の模式図である。

【図７】従来のオートフォーカス装置を用いたビデオカ
メラのブロック図である。

【符号の説明】

１　　オートフォーカス装置 １１　　同期分離回路 １２　　ゲート回路 １３　　ＢＰＦ １６　　検波回路 ２１　　制御回路 ２２　　ＬＳＣ回路 ２３　　積算回路 ２４　　サンプリング回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被写体を撮像して輝度信号を取出す手
   段と、前記輝度信号に含まれる所定の周波数帯域成分の
   レベルを検出してフォーカス評価値信号を出力するため
   の手段と、前記フォーカス評価値信号の変化の傾向と信
   頼性の度合いを検出する手段と、前記のフォーカス評価
   値信号ならびにその傾向および信頼性の度合いに応答し
   てレンズを移動させるための制御手段とを有することを
   特徴とするオートフォーカス装置。