JPH05284415A - 自動合焦装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】コントラストデータをもちいる自動合焦装置に
おいて、特定領域と周辺領域に輝度差があったとして
も、特定領域の被写体に高精度の合焦調節が可能となる
自動合焦装置を提供する。 【構成】レンズ３０１と、被写体光を分割するハーフミ
ラー３０２と、撮像素子３０３と、撮像処理回路３０４
と、Ｙ信号，Ｙγ信号のコントラスト値抽出用ＢＰＦ回
路３０５，３０７と、演算処理回路３０９と、合焦モー
タ３１１と、測光素子３１２等によって主に構成され
る。測光素子３１２によって取り込まれた被写体領域の
輝度差によって、γ補正輝度信号と、γ補正されない輝
度信号から求めたコントラスト値に重み付けを行い、両
者の値を加算して、輝度差のある被写体に対しても高精
度の合焦位置精度が検出可能なコントラスト値を求め
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動合焦装置、詳しく
は、映像信号に基づくコントラストデータに基づいて合
焦位置の検出を行う自動合焦装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、撮像素子を用いた撮像装置の自動
合焦方式の一つとして、フォーカシングレンズの繰り出
し、または、繰り込み時の映像信号に基づき、合焦の程
度を評価する被写体のコントラストデータを得て、その
値がピークを示すレンズ位置を合焦位置と判断し、該位
置にフォーカシングレンズを駆動する方式があった。こ
の方式は、「山登り方式」と称され、ＮＨＫ技術研究報
告書（昭和４０年、第１７巻 第１号（通算第８６
号）、第２１頁〜第３７頁）にその詳細が記載されてい
る。この「山登り方式」を適用した合焦制御装置におい
ては、コントラストデータが抽出される映像信号とし
て、輝度の光電変換特性の補正であるガンマ補正（以
下、γ補正と記す）される前の輝度信号Ｙが利用される
場合と、γ補正された輝度信号Ｙγが利用される場合と
があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の従来
の合焦制御装置において、コントラストデータが抽出さ
れる映像信号として、γ補正した輝度信号Ｙγを利用す
るものでは、中央に高輝度の被写体がある画面に対して
は不具合が生じる。即ち、被写体画面Ｇ２０の図５の
（Ａ）に示すように、画面中央部に高輝度被写体である
燃焼中の蝋燭Ｂ1 があって、その周辺が暗い背景の周辺
部Ｂ2 であった場合、高輝度部は、γ補正のため輝度信
号が圧縮されることから、中央の被写体についてのコン
トラストデータであるコントラスト値の増減が少なくな
ってしまい、正確な合焦ができない状態になる。また、
γ補正しない輝度信号Ｙを利用するものでは、、被写体
画面Ｇ３０の図５の（Ｂ）に示すように、逆光状態の主
要被写体Ｃ1 を有し、その被写体Ｃ１ に合焦させよう
とした場合、高輝度の背景の周辺部Ｃ2 にコントラスト
データが引かれてしまい正確な合焦が行えない。即ち、
周辺部Ｃ2 の高輝度被写体の方の輝度信号のＤＣ（直
流）成分が増えるため、そのコントラスト値も大きくな
ってしまい、主要被写体Ｃ1 に対する正確な合焦が行え
なかった。上記何れの場合もコントラストデータを得る
ための輝度信号としては、γ補正される前の輝度信号Ｙ
か、あるいは、γ補正された輝度信号Ｙγのいずれかが
単独で利用されるだけであって、適切なコントラストデ
ータを得るような工夫がなされていなかった。

【０００４】本発明は、上述の不具合を解決するために
なされたものであり、被写体のコントラストデータを用
いる自動合焦装置において、画面内の特定領域と周辺領
域に係る輝度レベルによって、コントラストデータに重
み付けを与えるようにして、特定領域と周辺領域に輝度
差があったとしても、特定領域の被写体に高精度の合焦
調節が可能となる自動合焦装置を提供することを目的と
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の自動合焦装置
は、ガンマ補正された映像信号に基づく第１のコントラ
ストデータとガンマ補正されない映像信号に基づく第２
のコントラストデータとともに得るコントラストデータ
生成手段と、当該画面内の特定領域に係る輝度レベルが
該特定領域の周辺領域に係る輝度レベルより低い第１の
状態にあるか、または、該特定領域に係る輝度レベルが
該特定領域の周辺領域に係る輝度レベルより高い第２の
状態にあるかを識別するための識別手段と、上記第１の
コントラストデータおよび上記第２のコントラストデー
タのそれぞれに対して上記識別手段による識別結果に応
じた重み付けを与えて加算してなる第３のコントラスト
データに依拠して合焦調節動作を行う合焦調節手段を有
してなることを特徴とする。

【０００６】

【作用】合焦位置検出に先立ち、被写体が特定領域と周
辺領域の輝度差から第１の状態にあるか、第２の状態に
あるかの識別を行い、その識別結果に基づきガンマ補正
された映像信号に基づく第１のコントラストデータと、
ガンマ補正されない映像信号に基づく第２のコントラス
トデータにそれぞれ適正な重み付けを与えて加算し、合
焦のための第３のコントラストデータを求める。そし
て、該コントラストデータによって合焦調節を行う。

【０００７】

【実施例】以下図示の実施例に基づいて本発明を説明す
る。図１は、本発明の一実施例を示す自動合焦装置を内
蔵する電子的撮像装置の主要ブロック構成図である。同
図に示すように本装置は、主に、合焦モータ３１１によ
り合焦駆動されるフォーカシングレンズ３０１と、取り
込まれた被写体光を測光素子３１２側と撮像素子３０３
側に分割するハーフミラー３０２と、被写体像を電気信
号に変換する上記撮像素子３０３と、撮像信号増幅やサ
ンプルホールド処理、更に、輝度信号のγ補正等を行う
撮像処理回路３０４と、図示しない映像記録再生系に映
像信号を出力する出力端子部３１４と、合焦の程度を評
価するための情報であって、光電変換特性に関するγ補
正を施した輝度信号Ｙγの高周波成分による第１のコン
トラストデータを抽出するコントラストデータ生成手段
の第１ＢＰＦ回路（バンドパスフィルタ）３０５と、同
様に、γ補正を施さない輝度信号Ｙの高周波成分による
第２のコントラストデータを抽出するコントラストデー
タ生成手段の第２ＢＰＦ回路３０７と、上記のコントラ
ストデータをそれぞれアナログ／デジタル変換する第
１，２Ａ／Ｄ変換回路３０６，３０８と、ハーフミラー
３０２で分割した被写体光を測光する測光素子３１２
と、その測光出力をアナログ／デジタル変換する第３Ａ
／Ｄ変換回路３１３と、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどで
構成される演算処理回路３０９と、合焦調節手段である
合焦モータ３１１と同モータ駆動用のモータドライブ回
路３１０によって構成されている。

【０００８】なお、上記演算処理回路３０９には、コン
トラストデータであるコントラスト値のピーク点認識手
段と、撮像信号増幅時のゲイン設定手段と、被写体の輝
度の状態を識別する識別手段と、上記第１，２のコント
ラストデータに後述する重み付けを行った値を加算して
第３のコントラストデータを算出し、その値に基づきモ
ータドライブ回路３１０を介して合焦モータ３１１によ
りフォーカシングレンズ３０１を合焦駆動する合焦調節
手段が内蔵されている。また、演算処理回路３０９に内
蔵するＲＯＭには、上記被写体の輝度状態に対応する上
記重み付け係数α，βが記憶されているか、あるいは、
該係数α，βを演算するための基本のデータが記憶され
ている。また、被写体の輝度の状態を識別する識別手段
である上記測光素子３１２は、図３の画面Ｇ１に示す日
の丸型の測光領域を持つ測光素子であって、中央部の領
域を特定領域Ａ１に、また、その周辺部を周辺領域Ａ２
に該当させる。

【０００９】以上のよう構成された本撮像装置の合焦動
作を説明すると、まず、フォーカシングレンズ３０１を
介して取り込まれた被写体光の特定領域Ａ１と周辺領域
Ａ２のそれぞれの光量を測光素子３１２で検出し、第３
Ａ／Ｄ変換回路３１３を介してデジタル値として演算処
理回路３０９に取り込む。そして、その中央の特定領域
Ａ１の光量に基づいて特定被写体の輝度レベルを判別し
識別する。更に、周辺領域Ａ２の光量により２つの状態
を演算処理回路３０９により識別する。即ち、特定領域
Ａ１の輝度が標準か、または、低く、更に、周辺領域Ａ
２の輝度レベルが特定領域Ａ１の輝度レベルよりも高い
場合、即ち、図５の（Ｂ）のような逆光状態のとき、第
１の状態として識別する。また、中央の特定領域Ａ１の
輝度が高く、更に、周辺領域Ａ２の輝度レベルが特定領
域Ａ１の輝度レベルよりも低い場合、即ち、図５の
（Ａ）のように暗い背景の中央に輝度の高い被写体があ
るとき、第２の状態として識別する。なお、上記第１，
２の状態ではない状態、即ち、特定領域の輝度が高く、
周辺領域の輝度が高いか、標準である状態、また、特定
領域の輝度が標準か、低く、更に、周辺領域の輝度が高
い状態の識別も同様に行う。上述のように識別されてい
る被写体の輝度の上記第１の状態、第２の状態、及び、
その他の状態にそれぞれ対応した重み付け係数α、βを
演算処理回路３０９に内蔵するＲＯＭより読み出すか、
演算により求める。

【００１０】一方、フォーカシングレンズ３０１の各駆
動段数位置において、撮像処理回路３０４の上記輝度信
号ＹγとＹの出力信号を第１，２ＢＰＦ回路３０５，３
０７および第１，２Ａ／Ｄ変換回路３０６，３０８で処
理して、それぞれ信号Ｙγと信号Ｙに基づく第１および
第２のコントラストデータであるコントラスト値のデジ
タル値を演算処理回路３０９に取り込む。そこで、上記
第１の状態、第２の状態、及び、その他の状態にそれぞ
れ対応した重み付け係数α、βを、Ｙ信号とＹγ信号に
基づくコントラスト値に乗じて重み付けを行う。その重
み付けされたコントラスト値を加算して第３のコントラ
スト値を求める。撮像処理回路３０９に内蔵される合焦
調節手段により、この第３のコントラスト値の値のピー
クを示すレンズ駆動段数を求め、同じく合焦調節手段で
あるモータドライブ回路３１０と合焦モータ３１１によ
りフォーカシングレンズ３０１を上記合焦段数位置に移
動する。

【００１１】なお、第１、および、第２のコントラスト
データに対する重み付け係数α、βは、上記第１の状
態、第２の状態、及び、その他の状態にそれぞれ対応し
た値である。例えば、第１の状態に対する重み付け係数
をα3 、β3 とすると、α3 ＞β3 の値をとる。即ち、
逆光状態のときは、Ｙγ信号に基づくコントラスト値に
対して大きく重み付けをして、周辺領域のコントラスト
を弱める。また、第２の状態に対する上記重み付け係数
をα2 、β2 とすると、α2 ＜β2 の値をとる。即ち、
暗いなかに高輝度の被写体がある状態のときは、Ｙ信号
に基づくコントラスト値に対して大きく重み付けをし
て、特定領域のコントラストを強調する。また、第１，
第２の状態以外の状態に対してもそれぞれ重み付け係数
α1 ，β1 ，α4 ，β4 がそれぞれ与えられる。なお、
この重み付け係数は、上記被写体の輝度情報以外にも撮
像素子３０３の感度、絞り値、ＢＰＦ回路３０５，３０
７の特性、シャッタ速度等によっても変化する値であ
る。また、この係数α、βをもとめる演算は、ファジィ
推論によっても良いし、実験によって得られた値を記憶
したＲＯＭテーブルデータを用いて演算しても良い。

【００１２】以上のようにして求められる第３のコント
ラスト値に基づいて、上記演算処理回路３０９は、上記
コントラストピーク位置を検出し、そのピーク位置まで
モータドライブ回路３１０および合焦モータ３１１を介
して、フォーカシングレンズ３０１を高速で移動させて
合焦動作を終了する。

【００１３】次に、本実施例の自動合焦装置の上述の合
焦処理動作を図２のフローチャートを用いて更に詳細に
説明する。合焦処理の指令が出力されると、演算処理回
路３０９は処理動作をスタートし、まず、ステップＳ１
において、測光素子３１２の出力に基づいて被写体の画
面の特定領域Ａ１の輝度レベルをチェックし高輝度であ
ればステップＳ２へ、標準か低輝度であればステップＳ
３にジャンプする。ステップＳ２において、同様に測光
素子３１２の出力に基づいて被写体の画面の周辺領域Ａ
２の輝度レベルをチェックし、高輝度、または、標準で
あればステップＳ４へ進み、γ補正した輝度信号Ｙγを
処理する第１ＢＰＦ回路３０５のコントラスト値に対し
ては、重み付け係数α1 を、γ補正しない輝度信号Ｙを
処理する第２ＢＰＦ回路３０７のコントラスト値に対し
ては、重み付け係数β1 を、それぞれ設定する。また、
ステップＳ２のチェックで、周辺領域Ａ２の輝度レベル
が低輝度であれば、被写体が前記第２の状態にあるとし
てステップＳ５にジャンプする。そして、γ補正した輝
度信号Ｙγを処理する第１ＢＰＦ回路３０５のコントラ
スト値に対しては、重み付け係数α2 を、γ補正しない
輝度信号Ｙを処理する第２ＢＰＦ回路３０７のコントラ
スト値に対しては、重み付け係数β2 を、それぞれ設定
する。

【００１４】また、上記ステップＳ３において、測光素
子３１２の出力に基づいて被写体の画面の周辺領域Ａ２
の輝度レベルをチェックし高輝度であれば、前記第１の
状態である逆光状態と判断し、ステップＳ６へ進む。そ
して、γ補正した輝度信号Ｙγを処理する第１ＢＰＦ回
路３０５からのコントラスト値に対する重み付け係数重
み付け係数α3 を、γ補正しない輝度信号Ｙを処理する
第２ＢＰＦ回路３０７のコントラスト値に対しては、重
み付け係数β3 を、それぞれ設定する。また、ステップ
Ｓ３のチェックで、周辺領域Ａ２の輝度レベルが標準か
低輝度であれば、ステップＳ７にジャンプする。そし
て、γ補正した輝度信号Ｙγを処理する第１ＢＰＦ回路
３０５のコントラスト値に対しては、重み付け係数α4
を、γ補正しない輝度信号Ｙを処理する第２ＢＰＦ回路
３０７のコントラスト値に対しては、重み付け係数β4
を、それぞれ設定する。

【００１５】続いて、ステップＳ８以下に進み、上記の
ステップで設定された状態のもとでコントラスト値が取
り込まれ、値のピーク段数を検出する。即ち、フォーカ
シングレンズ３０１の段数ｎ、最初は、０段での取得し
た第１，第２のコントラストデータに対して、それぞれ
前記の設定重み付け係数α，βを乗じて加算した第３の
コントラストデータのコントラスト値をＣｎに取り込む
（ステップＳ８）。そして、フォーカシングレンズ３０
１を１段正転駆動し（ステップＳ９）、その位置での重
み付け処理された第３のコントラストデータの値をＣn+
1 に取り込む（ステップＳ１０）。続いて、コントラス
ト値ＣｎとＣn+1 とを比較し、値Ｃｎの方が大となるま
では、コントラスト値が上昇しているものと判断する
（ステップＳ１１）。そして、ｎをインクリメントして
（ステップＳ１３）、ステップＳ９に処理が戻る。コン
トラスト値Ｃｎの方が大となった時点でピーク越えをし
たと判断し、フォーカシングレンズ３０１を１段だけ逆
転駆動し、合焦状態として本ルーチンを終了する。

【００１６】以上述べたように本実施例の自動合焦装置
は、逆光の被写体の場合、γ補正しない輝度信号Ｙだけ
では周辺の高輝度の背景の方にコントラスト値が引かれ
てしまい偽合焦する可能性があるので、合焦検出用のコ
ントラスト値を求める場合に、γ補正した輝度信号Ｙγ
によるコントラスト値の方に、より大きな重み付け係数
を乗じる。γ補正しない輝度信号Ｙから得られたコント
ラスト値には、より小さな重み付け係数を乗じる。そし
て、両者を加算して求めたコントラスト値を合焦位置検
出情報として用いるようにしたので、周辺の高輝度の被
写体のコントラストが弱められ、暗い中央の特定被写体
のコントラストが強調され、特定被写体に対して高精度
の合焦位置検出がなされる。また一方、周辺が暗く、中
央に高輝度の被写体がある場合、γ補正した輝度信号Ｙ
γだけでは中央の高輝度部のコントラストの変化量が少
なく、偽合焦の可能性があるので、合焦検出用のコント
ラスト値を求める場合に、γ補正した輝度信号Ｙγによ
るコントラスト値に対しては、より小さな重み付け係数
を乗じる。γ補正しない輝度信号Ｙから得られたコント
ラスト値には、より大きな重み付け係数を乗じる。そし
て、両者を加算して求めたコントラスト値を合焦位置検
出情報として用いるようにしたので、明るい中央の特定
被写体のコントラストが強調され、特定被写体に対して
高精度の合焦位置検出がなされる。このように本実施例
の自動合焦装置によると、各種の輝度状態の被写体に対
して具合のよいコントラストデータが得られるような処
理を行うことが可能となる。

【００１７】なお、上述の実施例の装置においては、コ
ントラストデータの抽出回路系として、第１，第２ＢＰ
Ｆ回路系の２系統を設けたが、必ずしも、この構成に限
らずフィルタ特性の異なる他の系統のＢＰＦ回路系を別
に配設し、それぞれに重み付けを与えるようにして、合
焦検出用のコントラストデータを得るようにして、更に
合焦精度を上げる自動合焦装置を構成することも可能で
ある。また、前記実施例のものでは、撮像処理回路３０
４とは別に第１，第２のＢＰＦ回路とＡ／Ｄ変換回路３
０５〜３０８を設けて、デジタル信号であるコントラス
トデータを演算処理回路３０９に取り込むようにした
が、その変形例として、撮像処理回路３０４をその内部
に上記Ｙγ信号やＹ信号のデジタル化処理部を内蔵した
回路で構成し、そのＹγ信号，Ｙ信号のデジタル信号を
演算処理回路３０９に取り込み、該処理回路の内部でデ
ジタルフィルタリングを行い、コントラスト値を演算
し、更に、重み付け係数を乗じる等の処理をデジタル処
理により行うようにすれば、上記ＢＰＦ回路とＡ／Ｄ変
換回路３０５〜３０８が不要になり、回路が単純化す
る。

【００１８】また、前記実施例のものは、撮影処理回路
のゲイン設定用の輝度情報を測光素子３１３を介して取
り込んだが、撮像素子３０３の撮像信号に基づいて、上
記ゲインを設定するようにして、本発明の自動合焦装置
を構成することも可能である。更に、前記実施例の自動
合焦装置に用いた測光素子の変形例として、撮像素子３
０３の撮像信号を利用して測光情報をうるようにした装
置も提案できる。即ち、上述の実施例のものは、輝度情
報を２つの測光領域をもつ専用の測光素子３１２を介し
て取り込んだが、撮像素子３０３の撮像信号に基づいて
各領域の測光情報を取り込むようにしても、本発明の自
動合焦装置を構成することは可能である。例えば、撮像
素子３０３の撮像画面Ｇ１０を図４に示すような９つの
測光領域に分割する。そして、前記特定領域Ａ１に対応
して、領域Ａ１５，Ａ１８の２つを該当させ、周辺領域
Ａ２としては、領域Ａ１１〜Ａ１４，Ａ１６，Ａ１７，
Ａ１９の７つの領域を該当させる。特定，周辺の各領域
の輝度には上記分割領域の光量の合計を当てる。被写体
の輝度レベルは、前記実施例の場合と同様に特定，周辺
の各領域の輝度を求め、前記第１の状態と第２の状態の
識別をする。以下の処理は第１実施例のものと同一であ
る。なお、特定，周辺の各領域の輝度の違いを判別する
場合、各領域の光量比を求め、その比の値により前記第
１の状態と第２の状態の識別を行っても良い。

【００１９】また、前記実施例のものは「山登り方式」
の合焦処理を適用したものであったが、本発明の自動合
焦装置は、これに限るものではなく、全レンズ駆動範
囲、あるいは、所定の駆動範囲のコントラスト情報を、
一旦は、取り込み、その情報に基づいて本発明の要旨に
基づいて合焦位置を求めるような合焦方式のものにも、
勿論、適用可能である。また、本発明の要旨のものは、
電子カメラは勿論のこと、ムービカメラや銀塩フィルム
を使うカメラにも適用できる。

【００２０】

【発明の効果】上述のように本発明の自動合焦装置は、
合焦位置検出に際して利用するコントラストデータを求
める場合、γ補正された輝度信号に基づいた第１のコン
トラストデータとγ補正されない輝度信号に基づいた第
２のコントラストデータに対して、被写体の輝度の状態
によって重み付け係数を与えて求めたコントラストデー
タを加算して上記合焦位置検出用の第３のコントラスト
データに該当させたので、逆光の被写体や、中央に高輝
度の被写体が位置している被写体等であっても、その周
辺の輝度の状態に左右されず正確な合焦位置の検出が可
能であるなど、顕著な効果を有する自動合焦装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す自動合焦装置を内蔵す
る電子的撮像装置のブロック構成図。

【図２】上記図１の電子的撮像装置の合焦処理のフロー
チャート。

【図３】上記図１の電子的撮像装置に用いられる測光素
子の測光領域のパターンを示す図。

【図４】上記図１の自動合焦装置の測光素子の代わりに
撮像素子の出力を利用した変形例のものの測光領域のパ
ターンを示す図。

【図５】撮影画面の被写体の輝度の状態を示す図であっ
て、（Ａ）は中央の特定領域に高輝度の被写体があり、
周辺領域が暗い状態、（Ｂ）は中央の特定領域が暗く、
周辺領域が明るい逆光状態の画面を示している。

【符号の説明】

３０４………………撮像処理回路（コントラストデータ
生成手段） ３０５………………第１ＢＰＦ回路（コントラストデー
タ生成手段） ３０６………………第１Ａ／Ｄ変換回路（コントラスト
データ生成手段） ３０７………………第２ＢＰＦ回路（コントラストデー
タ生成手段） ３０８………………第２Ａ／Ｄ変換回路（コントラスト
データ生成手段） ３０９………………演算処理回路（被写体輝度レベル識
別手段，コントラストデータ生成手段，合焦調節手段） ３１０………………モータドライブ回路（合焦調節手
段） ３１１………………合焦モータ（合焦調節手段） ３１２………………測光素子（被写体輝度レベル識別手
段） ３１３………………第３Ａ／Ｄ変換回路（被写体輝度レ
ベル識別手段） Ａ１，Ａ１５，Ａ１８ ……………………………………
………特定領域 Ａ２，Ａ１１〜Ａ１４，Ａ１６，Ａ１７，Ａ１９ ……
………周辺領域 α，β，α2 ，β2 ，α3 ，β3 ，α4 ，β4 …重み付
け係数（重み付けを与える値）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガンマ補正された映像信号に基づく第１の
   コントラストデータとガンマ補正されない映像信号に基
   づく第２のコントラストデータとをともに得るコントラ
   ストデータ生成手段と、 当該画面内の特定領域に係る輝度レベルが該特定領域の
   周辺領域に係る輝度レベルより低い第１の状態にある
   か、または、該特定領域に係る輝度レベルが該特定領域
   の周辺領域に係る輝度レベルより高い第２の状態にある
   かを識別するための識別手段と、 上記第１のコントラストデータおよび上記第２のコント
   ラストデータのそれぞれに対して上記識別手段による識
   別結果に応じた重み付けを与えて加算してなる第３のコ
   ントラストデータに依拠して合焦調節動作を行う合焦調
   節手段と、 を有してなることを特徴とする自動合焦装置。