JPH06125493A - 自動焦点調節装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 撮影像が合焦不能な低コントラスト被写体で
あることをフォーカスレンズを動かすことなく自動的に
瞬時に判断し、フォーカスレンズの無駄な動きを抑制す
るとともに、撮影者にそのことを報知して他の合焦しや
すい被写体での撮影を促すことを可能とした自動焦点調
節装置を提供すること。 【構成】 まず１フィールドの所定範囲の輝度信号の最
大値と最小値を求め、次に最大値から最小値を減算して
輝度の幅を求め、さらにこの幅と第１のしきい値とを比
較する。ここで輝度の幅が第１のしきい値より小さいと
きは、この最大値および最小値を中間輝度レベルと比較
する。この比較結果がともに大またはともに小であった
ときは、焦点の調節が不能であることを示す信号を出力
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、カメラ一体型ＶＴＲ
等の自動焦点調節装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】カメラ一体型ＶＴＲ等に用いられる自動
焦点調節装置は、映像信号のうち輝度信号の中高域成分
の量が合焦の度合いに対応していることを利用し、この
量が常に最大となるように焦点調節用のレンズ（以下、
「フォーカスレンズ」という）をモータで位置制御す
る、いわゆる山登りサーボ方式を使用している。この山
登りサーボ方式による自動焦点調節の原理については、
ＮＨＫ技術研究報告昭４０第１７巻第１号通巻第８６号
２１貢に石田他著「山登りサーボ方式によるテレビカメ
ラの自動焦点調整」として詳しく記述されている。この
方式は測距のための特別な光学系やセンサを用いないた
め装置が簡便で、また高精度な焦点合わせができるとい
う多くの利点を有する。

【０００３】図１２は山登りサーボ方式による従来の自
動焦点調節装置の構成を示すブロック回路図で、図にお
いて、１は焦点を調節するフォーカスレンズ、２はフォ
ーカスレンズ１によって結像された被写体像を電気信号
に変換するＣＣＤ、３はＣＣＤ２の出力をデジタル値に
変換するＡ／Ｄコンバータ、４はＡ／Ｄコンバータ３の
出力から映像信号Ｖを生成するカメラ信号処理回路、５
は映像信号Ｖの輝度信号Ｙが入力され合焦の度合に対応
した焦点評価値ＦＶを出力する焦点検出回路、６は焦点
評価値ＦＶが入力され山登りサーボ方式によりフォーカ
スレンズ１の位置を調節する制御回路、７は焦点評価値
ＦＶの変化を検出し再起動を指示する信号ｌを出力する
再起動判定回路、８はフォーカスレンズを光軸方向に進
退させるパルスモータ、９はパルスモータ８を制御回路
６の指令に基ずき駆動するパルスモータドライバ、１０
はフォーカスレンズ１の可動範囲の端点を検知する端点
検知器である。

【０００４】また図１３は焦点検出回路５の詳細な構成
を示したブロック回路図で、５０１は輝度信号Ｙの入力
端子、５０２は輝度信号Ｙの中高域周波数成分の信号を
通過させるバンドパスフィルタ（以下、「ＢＰＦ」とい
う）、５０３はＢＰＦ５０２の出力信号ｇを絶対値化す
る絶対値回路、５０４は絶対値回路５０３の出力信号ｈ
のピーク値を一水平走査期間単位で検出するピーク検出
回路、ＨＷはピーク検出回路５０４の検出範囲を与える
水平窓信号、５０６はピーク検出回路５０４の出力を垂
直走査線方向に加算する加算回路、ＶＷは加算回路５０
６の加算範囲を与える垂直窓信号、５０８は焦点評価値
ＦＶの出力端子である。

【０００５】さらに図１４は再起動判定回路７の詳細な
構成を示したブロック回路図で、７０１は焦点検出回路
５の出力である焦点評価値ＦＶの入力端子、７０２は合
焦時の焦点評価値ＦＶ（以下、「ＦＶ0」と いう）を記
憶する最大値メモリ、ＭＴは制御回路６より出力され最
大値メモリ７０２に焦点評価値ＦＶの記憶タイミングを
与える指示信号、７０４は現在の焦点評価値ＦＶ（以
下、「ＦＶn」という）からＦＶ0を減算する減算回路、
７０５は減算回路７０４の出力を絶対値化する絶対値回
路、７０７は絶対値回路７０５の出力と第５のしきい値
ＴＬ５であるΔＦＶとを比較する比較回路、７０９は比
較回路７０７の出力信号ｊを合図に第６のしきい値ＴＬ
６である時間Δｔを計測するカウンタ、７１０はカウン
タ７０９の出力信号ｋを分周する分周回路、７１１は分
周回路７１０の出力信号ｌの出力端子である。

【０００６】次に動作について説明する。フォーカスレ
ンズ１によって焦点を調節された被写体像はＣＣＤ２に
よって電気信号に変換され、さらにＡ／Ｄコンバータ３
でデジタル信号に変換される。このデジタル信号はカメ
ラ信号処理回路４に送られ、輝度信号Ｙ（図１５
（ａ））と図示しない色信号とからなる映像信号Ｖとな
る。このうち輝度信号Ｙは焦点検出回路５に導かれ、ま
ずＢＰＦ５０２によって合焦の度合に対応する中高域の
周波数成分信号ｇ（図１５（ｂ））が抽出される。次に
絶対値回路５０３により負の成分が正方向に折り返され
信号ｈ（図１５（ｃ））となる。この信号ｈはピーク検
出回路５０４により一水平走査期間ごとにピーク値が検
出され、さらに加算回路５０６によって垂直走査線方向
に累積加算されて焦点評価値ＦＶとなる。ここで焦点評
価値ＦＶは図１６に示すような画面の中央の焦点検出領
域で１フィールド毎に求められ、この領域は水平窓信号
ＨＷと、垂直窓信号ＶＷで指示される。

【０００７】このように、焦点評価値ＦＶは輝度信号Ｙ
の中高域周波数成分の積分値であり、この中高域周波数
成分は撮影像のコントラストと対応しているので、コン
トラスト最大、すなわち焦点評価値ＦＶが最大のとき合
焦状態にあり、不合焦となるに従い小さな値となる。従
って、焦点評価値ＦＶはフォーカスレンズ位置をパラメ
ータとすると図１７に示すように合焦位置を頂点とする
山形の特性を示す。ここで、図１７中の特性ＦＶ１、Ｆ
Ｖ２の違いはＢＰＦ５０２の通過帯域の設定の違いによ
るものであり、ＦＶ１はＦＶ２の場合よりもＢＰＦ５０
２のカットオフ周波数を低く設定した場合の特性であ
る。図１８はこのようなＢＰＦ５０２の通過帯域特性を
示したものであり、図１８（ａ）が図１７の特性ＦＶ１
に、図１８（ｂ）が図１７の特性ＦＶ２に対応してい
る。

【０００８】また、焦点評価値ＦＶは制御回路６に送ら
れ、フォーカスレンズの位置制御に供せられる。制御回
路６は、まず最初にパルスモータドライバ９に指令して
パルスモータ８を駆動し、フォーカスレンズを光軸方向
の前後いずれかに進退させる（図１９（１））。そして
焦点評価値ＦＶが増加すれば最初の駆動方向を維持し、
減少すれば反転させることで合焦の方向を判断する。さ
らに焦点評価値ＦＶが増加する方向にフォーカスレンズ
の駆動を保持し（図１９（２））、減少に転じた状態
（図１９（３））をもって合焦位置を行き過ぎたことを
検知して停止し、駆動方向を反転する（図１９
（４））。そして焦点評価値ＦＶが最大を示した位置に
フォーカスレンズを移動させ停止する（図１９
（５））。この様にして山登りサーボ方式の基本動作が
達成される。そして被写体の変化により焦点評価値ＦＶ
が増減するのを検知して、上記山登り動作を繰り返すこ
とで常に被写体に合焦させておくことが可能となり、自
動焦点調節動作が達成される。

【０００９】次に再起動動作について説明する。再起動
動作とは図２０に示したように、上述した山登り自動焦
点調節動作による合焦状態１から、被写体の変化による
焦点評価値ＦＶの変化を検知して再び山登り自動焦点調
節動作を実行し、新たな合焦状態２を得んとするもので
ある。

【００１０】まず、制御回路６は最大値メモリ７０２に
記憶指示信号ＭＴを出力し、ＦＶ0を記憶させる（図２
１（ａ）中の黒丸）。そして減算回路７０４により、そ
の後得られるＦＶnからＦＶ0を減算して、さらにこの減
算結果を絶対値回路７０５によって絶対値化する。次に
その絶対値出力と第５のしきい値ＴＬ５（以下、「ΔＦ
Ｖ」という）とを比較回路７０７を用いて大小比較し、
絶対値出力の方がΔＦＶよりも大きかった場合、すなわ
ち、 ｜ＦＶn−ＦＶ0｜＞ΔＦＶ のときに“Ｈ”となる信号ｊ（図２１（ｂ））を出力す
る。その時刻をｔ0とする。ここで、この信号ｊは合焦
時に“Ｌ”にセットされている。

【００１１】カウンタ７０９は信号ｊが“Ｌ”から
“Ｈ”になるタイミングｔ0で動作を始め、第６のしき
い値ＬＴ６（以下、「Δｔ」という）までカウントして
信号ｋ（図２１（ｃ））を出力する。その時間ｔは、 ｔ＝ｔ0＋Δｔ である。信号ｋは通常“Ｌ”で、カウント満了時に
“Ｈ”となる。この信号ｋは分周回路７１０によって分
周され、制御回路６に再起動を指令する信号ｌ（図２１
（ｄ））となる。信号ｌは合焦時に“Ｌ”にセットさ
れ、再起動指令時に“Ｈ”となるような信号である。た
だし、このカウンタ７０９の動作は、ＦＶnが上記の条
件をはずれた場合ただちに停止され、再起動の指令は行
なわず、信号ｌも“Ｌ”のままである。制御回路６は信
号ｌが“Ｌ”から“Ｈ”となるタイミングをもって再び
フォーカスレンズを駆動して山登り自動焦点調節動作を
開始する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来の自動焦点調節装
置は以上のように構成されているので、コントラストの
無い被写体、またはコントラストが著しく低い被写体で
は焦点評価値を抽出することができず、原理的に自動焦
点調節を行うことができない。従ってこのような被写体
が撮影された場合、合焦位置が見つからずフォーカスレ
ンズが無駄に動いてしまうとともに、撮影者がその原因
を知ってこれを止めるための適切な措置を迅速に講じる
ことができないという問題があり、撮影した画像が長時
間不合焦状態になってしまうという課題がある。

【００１３】また従来の自動焦点調節装置の別の課題
は、被写体に単純な繰り返し模様などが含まれていたと
きに、この繰り返し模様によって生じた特定の固有周波
数が焦点評価値を抽出する周波数範囲内にあった場合、
この固有周波数の成分はコントラストの高さを示す他の
中高域周波数成分とは異なり不合焦状態になってもほと
んど減衰せず、自動焦点調節動作を誤らせてしまうとい
う課題がある。

【００１４】また従来の自動焦点調節装置の別の課題
は、再起動動作の判定において手振れ等による焦点評価
値の変動があった場合に、この変動を被写体の変化と誤
認識してしまい、不要な再起動動作を行なってしまう。
その結果、フォーカスレンズが無駄に動いて電力を浪費
し不用意な不合焦状態を生じるという課題がある。

【００１５】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、撮影像が合焦不能な低コントラ
スト被写体であることをフォーカスレンズを動かすこと
なく自動的に瞬時に判断し、フォーカスレンズの無駄な
動きを抑制するとともに撮影者にそのことを報知して他
の合焦しやすい被写体での撮影を促すことを可能とした
自動焦点調節装置を提供することを目的とする。

【００１６】また第２の発明は、特定の固有周波数を有
する被写体を撮影する場合においても合焦動作に迷いを
生ぜず、正確な合焦を可能とした自動焦点調節装置を提
供することを目的とする。

【００１７】また第３の発明は、手振れ等による焦点評
価値の変動があった場合でも誤った再起動動作を行なわ
ず、フォーカスレンズの無駄な動きを廃した自動焦点調
節装置を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この発明における自動焦
点調節装置は、輝度信号の最大値と最小値の幅を求める
演算手段と、この演算手段の出力が第１のしきい値より
小さいときに上記最大値および最小値と中間輝度レベル
（グレーレベル）とを比較する比較手段と、この比較手
段の出力結果がともに大またはともに小であったときに
焦点の調節が不能であることを示す信号を出力する検知
手段とを備えている。

【００１９】また、第２の発明における焦点調節装置
は、輝度信号の最大値と最小値の幅を求める演算手段
と、この演算手段の出力が第２のしきい値より大きいと
きに中間輝度レベルの画素を計数する計数手段と、この
計数手段の出力が第３のしきい値より小さいとき上記演
算手段の出力を焦点評価値として焦点の調節を行う制御
手段とを備えている。

【００２０】また、第３の発明における焦点調節装置
は、輝度信号の最大値と最小値の幅を求める演算手段
と、この演算手段の出力の変化が第４のしきい値より小
さい時に再起動動作を停止する停止手段とを備えてい
る。

【００２１】

【作用】この発明における検知手段は、輝度信号の最大
値と最小値の幅が第１のしきい値より小さいときに、こ
の最大値および最小値と中間輝度レベルとを比較し、こ
の比較結果がともに大またはともに小であったときに焦
点の調節が不能であることを示す信号を出力する。

【００２２】第２の発明における制御手段は、輝度信号
の最大値と最小値の幅が第２のしきい値より大きく、ま
た中間輝度レベルの画素数が第３のしきい値より小さい
とき輝度信号の最大値と最小値の差を焦点評価値として
焦点の調節を行う。

【００２３】第３の発明における停止手段は、輝度信号
の最大値と最小値の幅の変化が第４のしきい値より小さ
い時に再起動動作を停止する。

【００２４】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１はこの発明の実施例１の構成を示すブロック
回路図で、図１２と同一構成部分にはそれぞれ同一符号
を付している。図において、１２は演算回路で、焦点検
出領域の輝度信号の最大値と最小値の幅を演算し、その
幅が第１のしきい値ＴＬ１より大きい場合と小さい場合
とで極性の異なる信号ＣＬを１フィールド毎に出力す
る。１３は比較回路で、演算回路１２より出力された輝
度信号の最大値と最小値が中間輝度レベル（以下、「グ
レーレベル」という）よりともに大きいかともに小さい
場合とそうでない場合とで極性の異なる信号ＩＰを１フ
ィールド毎に出力する。６０１は焦点評価値ＦＶ，比較
回路１３の出力信号ＩＰ等が入力されフォーカスレンズ
を制御する制御回路である。

【００２５】また、図２はこの実施例１の演算回路１２
と比較回路１３の詳細な構成を示すブロック回路図で、
１２０１はカメラ信号処理回路４より出力される輝度信
号Ｙの入力端子、１２０２，１２０４は輝度信号Ｙとラ
ッチ１２０３，１２０５の出力をそれぞれ比較するコン
パレータ、１２０３，１２０５は水平窓信号ＨＷ，垂直
窓信号ＶＷの示す焦点検出領域でコンパレータ１２０
２，１２０４の出力を記憶するラッチ、１２０６はラッ
チ１２０３の出力ＭＡＸからラッチ１２０５の出力ＭＩ
Ｎを減算し減算結果Ｄを出力する減算回路、１２０７は
減算回路１２０６の出力Ｄと第１のしきい値ＴＬ１とを
比較し、その大小によって極性の異なる信号ＣＬを出力
するコンパレータ、１２０９はラッチ１２０３の出力Ｍ
ＡＸの出力端子、１２１０はラッチ１２０５の出力ＭＩ
Ｎの出力端子、１２１１はコンパレータ１２０７の出力
信号ＣＬの出力端子で、以上で演算回路１２を構成す
る。

【００２６】また１３０４はＭＡＸとグレーレベルＧＬ
とを比較しその大小により極性の異なる信号ａを出力す
るコンパレータ、１３０５はＭＩＮとグレーレベルＧＬ
とを比較しその大小により極性の異なる信号ｂを出力す
るコンパレータ、１３０７はコンパレータ１３０４の出
力信号ａとコンパレータ１３０５の出力信号ｂとの排他
的論理和をとり信号ｃを出力するエクシクルーシブノ
ア、１３０８はエクシクルーシブノア１３０７の出力信
号ｃとＣＬとの積をとって被写体有無判別信号ＩＰを出
力するアンド、１３０９はアンド１３０８の出力信号Ｉ
Ｐの出力端子で、以上で比較回路１３を構成する。

【００２７】次に動作を図について説明する。焦点検出
回路５によって検出された焦点評価値ＦＶは、被写体に
コントラストが無いかまたは極端に少ない場合は零とな
るので、合焦位置を見いだすことは原理的にも不可能で
ある。図３は被写体のコントラストの有無による輝度信
号Ｙの１フィールドの分布を示す図で、合焦時のコント
ラスト被写体の輝度分布例図３（ａ）では、最大輝度と
最小輝度との差Ｄ１は極めて大きく、一般にダイナミッ
クレンジいっぱいに広がる。不合焦時のコントラスト被
写体の輝度分布例図３（ｂ）では、Ｄ１＞Ｄ２となり、
最大輝度と最小輝度はともにグレーレベルに近づくこと
が知られている。合焦時の低コントラスト被写体の輝度
分布例図３（ｃ）では、最大輝度と最小輝度の差Ｄ３は
極めて小さくなり、しかもグレーレベルから離れて分布
することが多い。不合焦時の低コントラスト被写体の輝
度分布例図３（ｄ）では、Ｄ３≒Ｄ４で、最大輝度と最
小輝度の値も合焦時とほとんど変化しない。この事実を
利用し、最大輝度と最小輝度の差の大きさによって被写
体のコントラストの有無を判別することが考えられる
が、不合焦の度合が大きくなって差が小さくなった場合
に判別が難しい。

【００２８】また、フォーカスレンズの移動によって差
が変化するか否かにより判別することも考えられるが、
この方法ではコントラストの状態を知るのに一度フォー
カスレンズを動かすという余分な動作が必要となる欠点
がある。そこでフォーカスレンズを動かさずに瞬時に被
写体のコントラストの状態を知る方法として、差が極め
て小さいときに、輝度分布がグレーレベルＧＬを挟んで
いるかいないかを調べるということが考えられる。なぜ
なら、上述したようにコントラストのある被写体はグレ
ーレベルＧＬにまたがって輝度信号Ｙが分布するからで
ある。

【００２９】カメラ信号処理回路４より取り出された輝
度信号Ｙは、焦点検出回路５に導かれて焦点評価値ＦＶ
を算出するのに供されるとともに、演算回路１２に導か
れコンパレータ１２０２，１２０４，ラッチ１２０３，
１２０５に入力される。コンパレータ１２０２，１２０
４の出力はそれぞれラッチ１２０３，１２０５に入力さ
れ、ラッチ１２０３，１２０５の出力は次段の回路に供
されるとともにそれぞれコンパレータ１２０２，１２０
４にフィードバックされる。ここでコンパレータ１２０
２は輝度信号Ｙとラッチ１２０３の出力を比較し輝度信
号Ｙが大きい時に“Ｈ”となる信号を出力するように構
成され、コンパレータ１２０４は輝度信号Ｙとラッチ１
２０５の出力を比較し輝度信号Ｙが小さい時に“Ｈ”と
なる信号を出力するように構成されている。

【００３０】また、ラッチ１２０３，１２０５はコンパ
レータ１２０２，１２０４の出力信号が“Ｈ”の時輝度
信号Ｙを記憶するように構成され、水平窓信号ＨＷ，垂
直窓信号ＶＷで示される焦点検出領域で記憶動作を行
う。従ってラッチ１２０３には最終的に１フィールド中
の焦点検出領域内の輝度信号Ｙの最大値が記憶され、ラ
ッチ１２０５には１フィールド中の焦点検出領域内の輝
度信号Ｙの最小値が記憶される。この最大値と最小値を
ＭＡＸ，ＭＩＮとする。以上の回路動作は１フィールド
で完結するようになっており、ＭＡＸとＭＩＮも１フィ
ールド毎に更新される。

【００３１】さらにＭＡＸとＭＩＮは減算回路１２０６
に導かれて（ＭＡＸ−ＭＩＮ）の減算がなされ、減算結
果Ｄ（＝ＭＡＸ−ＭＩＮ）をコンパレータ１２０７に出
力する。この減算結果Ｄは図３中にてＤ１〜Ｄ４で示し
たようなものである。コンパレータ１２０７は第１のし
きい値ＴＬ１と減算結果Ｄとを比較し、減算結果Ｄが第
１のしきい値ＴＬ１より小さかった場合“Ｈ”、そうで
なかった場合“Ｌ”となる信号ＣＬを出力する（図４
（ａ））。ＭＡＸ，ＭＩＮ，ＣＬはさらに比較回路１３
に導かれ、ＭＡＸはコンパレータ１３０４に、ＭＩＮは
コンパレータ１３０５に、ＣＬはアンド１３０８に入力
される。コンパレータ１３０４，１３０５には別にグレ
ーレベルＧＬが入力され、コンパレータ１３０４ではＭ
ＡＸがグレーレベルＧＬより大きかったとき“Ｈ”、そ
うでなかったとき“Ｌ”となる信号ａを出力し（図４
（ｂ））、コンパレータ１３０５ではＭＩＮがグレーレ
ベルＧＬより大きかったとき“Ｈ”、そうでなかったと
き“Ｌ”となる信号ｂを出力する（図４（ｃ））。

【００３２】コンパレータ１３０４の出力信号ａとコン
パレータ１３０５の出力信号ｂはエクシクルーシブノア
１３０７に入力され、図４（ｄ）に示す論理の信号ｃを
出力する。信号ｃは信号ＣＬとともにアンド１３０８に
入力され、図４（ｄ）に示す論理の信号ＩＰを出力す
る。すなわち、信号ＩＰは減算結果Ｄが第１のしきい値
ＴＬ１より小さく、かつＭＡＸ，ＭＩＮがグレーレベル
よりともに大であるか、またはともに小である場合に
“Ｈ”となり、それ以外の場合はすべて“Ｌ”となるの
で、“Ｈ”のときコントラスト無し、“Ｌ”のときコン
トラスト有りという被写体のコントラストの状態を示す
信号となる。この被写体有無判別信号ＩＰは、焦点評価
値ＦＶとともに制御回路６０１に入力される。これによ
り制御回路６０１は、信号ＩＰが“Ｈ”であったときに
フォーカスレンズ駆動を抑制し、信号ＩＰが“Ｌ”とな
るまでフォーカスレンズを駆動しないということが可能
になる。

【００３３】実施例２．図５はこの発明の第２の実施例
の構成を示すブロック回路図で、１４は演算回路で焦点
検出領域の輝度信号の最大値と最小値の幅を演算し、そ
の幅が第２のしきい値ＴＬ２より大きい場合と小さい場
合とで極性の異なる信号ＣＨを１フィールド毎に出力す
る。１５は計数回路で、焦点検出領域の輝度信号Ｙのグ
レーレベルＧＬの画素数を計数し、その画素数が第３の
しきい値ＴＬ３より大きい場合と小さい場合とで極性の
異なる信号ＡＮを１フィールド毎に出力する。６０２は
焦点評価値ＦＶと計数回路１５の出力信号ＡＮ等が入力
されてフォーカスレンズを制御する制御回路で、その他
の部分は実施例１と同一である。

【００３４】また、図６はこの実施例２の演算回路１４
と計数回路１５の詳細な構成を示すブロック回路図で、
１４０１はカメラ信号処理回路４より出力される輝度信
号Ｙの入力端子、１４０２，１４０４は輝度信号Ｙとラ
ッチ１４０３，１４０５の出力をそれぞれ比較するコン
パレータ、１４０３，１４０５は水平窓信号ＨＷ，垂直
窓信号ＶＷの示す焦点検出領域でコンパレータ１４０
２，１４０４の出力を記憶するラッチ、１４０６はラッ
チ１４０３の出力ＭＡＸからラッチ１４０５の出力ＭＩ
Ｎを減算し減算結果Ｄを出力する減算回路、１４０７は
減算回路１４０６の減算結果Ｄと第２のしきい値ＴＬ２
とを比較し、その大小によって極性の異なる信号ＣＨを
出力するコンパレータ、１４０９は減算回路１４０６の
出力端子、１４１０はコンパレータ１４０７の出力端子
で、以上で演算回路１４を構成する。

【００３５】また、１５０１はカメラ信号処理回路４よ
り出力される輝度信号Ｙの出力端子、１５０４はアンド
回路で、輝度信号Ｙと信号ＣＨと信号ＧＬとが入力され
る。１５０５は焦点検出領域内のアンド回路１５０４の
出力信号ｄの幅を計数するカウンタ、１５０６はカウン
タ１５０５の出力信号ｅと第３のしきい値ＴＬ３とを比
較し、その大小によって極性の異なる信号ＡＮを出力す
るコンパレータ、１５０８は信号ＡＮの出力端子で、以
上で計数回路１５を構成する。

【００３６】次に動作について説明する。まず、コンパ
レータ１４０２，ラッチ１４０３により１フィールド中
の焦点検出領域で輝度信号Ｙの最大値ＭＡＸを求める動
作、およびコンパレータ１４０４，ラッチ１４０５によ
り同様に最小値ＭＩＮを求める動作、また減算回路１４
０６によりＭＡＸとＭＩＮの差Ｄを演算する動作は、上
記実施例１のコンパレータ１２０２，１２０４、ラッチ
１２０３，１２０５、減算回路１２０６の動作と同一で
ある。

【００３７】減算結果Ｄは第２のしきい値ＴＬ２ととも
にコンパレータ１４０７に入力され、大小が比較され
る。このコンパレータ１４０７は減算結果Ｄが第２のし
きい値ＴＬ２より大きいとき“Ｈ“、そうでないとき
“Ｌ“を示す信号ＣＨを出力するようになっている（図
８（ａ））。計数回路１５には、輝度信号Ｙ，信号Ｃ
Ｈ，グレーレベルＧＬが入力され、これらはアンド回路
１５０４に導かれる。アンド回路１５０４では、図７の
ようにまず輝度信号Ｙのビット数だけアンドゲートが用
意され（８ｂｉｔなら８つ）、輝度信号Ｙ，グレーレベ
ルＧＬは各アンドゲートに１ｂｉｔづつ入力される。こ
れらのアンドゲートは各ｂｉｔの論理が一致したとき
“Ｈ”を出力するようにインバータゲートを用いて論理
を調整する。

【００３８】このアンドゲートの出力は信号ＣＨととも
に別のアンドゲートに入力され、信号ＣＨが“Ｈ”で、
さらに輝度信号ＹとグレーレベルＧＬの大きさが一致し
たときのみ“Ｈ”、そうでないとき“Ｌ”である信号ｄ
（図８（ｂ））を出力する。信号ｄはカウンタ１ＨＷの
イネーブル端子に入力され、図示しないクロックによっ
て信号ｄの論理が“Ｈ”の期間を計数するようになって
いる。またカウンタ１ＨＷの別のイネーブル端子には水
平窓信号ＨＷおよび垂直窓信号ＶＷが入力されるので、
カウンタ１ＨＷからは焦点検出領域内の信号ｄが“Ｈ”
の期間に相当する数値ｅが１フィールド毎に出力され
る。このカウンタ１５０５の出力ｅはコンパレータ１５
０６に入力され、第３のしきい値ＴＬ３と大小が比較さ
れる。このとき数値ｅが第３のしきい値ＴＬ３より大き
い場合“Ｈ”、そうでない場合“Ｌ”となる信号ＡＮが
出力される（図８（ｃ））。

【００３９】ところで被写体に単純な繰り返し模様など
が含まれていたときに、この繰り返し模様によって生じ
た特定の固有周波数が焦点評価値ＦＶを抽出する周波数
範囲内にあった場合、この固有周波数の成分はコントラ
ストの高さを示す他の中高域周波数成分とは異なり不合
焦状態になってもほとんど減衰せず、自動焦点調節動作
を誤らせてしまうことは従来の課題として述べた通りで
ある。このような繰り返し模様の被写体では、その輝度
分布は図９のように輝度の比較的高い部分と比較的低い
部分に集中し、またその分布範囲も広くなることが多
い。このような場合、グレーレベル付近の画素数に注目
すると、一般の被写体とは異なりその数が極端に少な
く、その数を計数することでこのような被写体を判別す
ることが可能である。

【００４０】また、このような繰り返し模様の被写体で
は、画素のほとんどが明と暗の２つの輝度に分類できる
ので、この２つの輝度範囲が最も広い状態を最も合焦の
度合が大きい状態と考えることができる。従って、その
明と暗の２つの輝度をＭＡＸとＭＩＮと考えると減算結
果Ｄが最大となる位置がこのような被写体の合焦位置と
判断できる。

【００４１】制御回路６０２には焦点評価値ＦＶのほか
に、演算回路１４の出力Ｄと計数回路１５の出力信号Ａ
Ｎが入力される。まず信号ＡＮが“Ｌ”のとき、これは
被写体が一般的な被写体であることを示しているので、
制御回路６０２は従来の実施例にて説明したような焦点
評価値ＦＶの大小による山登りサーボ方式の自動焦点調
節動作を行う。次に信号ＡＮが“Ｈ”のとき、これは十
分広い輝度分布を持ちながら、グレーレベルの画素をほ
とんど含まないという特殊な被写体であることを示して
おり、繰り返し模様の被写体がこれに該当する。このと
き制御回路６０２は焦点評価値ＦＶによる合焦動作を中
止し、新たに減算結果Ｄを合焦の評価値として合焦動作
を行う。すなわち山登りサーボ方式により、減算結果Ｄ
が最大となる位置にフォーカスレンズを駆動制御する。

【００４２】実施例３．図１０はこの発明の第３の実施
例の構成を示すブロック回路図で、１６は輝度信号Ｙが
入力され再起動動作の可否を示す信号ＲＳを出力する演
算回路、６０３は焦点評価値ＦＶ、演算回路１６の出力
信号ＲＳ等が入力されフォーカスレンズを合焦位置に制
御する制御回路で、その他の部分については前記実施例
と同一である。

【００４３】また、図１１はこの実施例３の演算回路１
６の詳細な構成を示すブロック回路図で、１６０１は輝
度信号Ｙの入力端子、１６０２，１６０４は輝度信号Ｙ
とラッチ１６０３，１６０５の出力をそれぞれ比較する
コンパレータ、１６０３，１６０５は水平窓信号ＨＷ，
垂直窓信号ＶＷの示す焦点検出領域でコンパレータ１６
０２，１６０４の出力を記憶するラッチ、１６０６はラ
ッチ１６０３の出力ＭＡＸからラッチ１６０５の出力Ｍ
ＩＮを減算し減算結果Ｄを出力する減算回路、１６０７
は合焦時の減算結果Ｄ（以下、「Ｄ0」という）を記憶
するラッチ、ＬＩは制御回路６０３より出力されるラッ
チ指示信号、１６０９はＤ0から現在の減算結果Ｄ（以
下、「Ｄn」という）を減算する減算回路、１６１０は
減算回路１６０９の出力信号ｆと第４のしきい値ＴＬ４
とを比較し、その大小によって極性の異なる信号ＲＳを
出力するコンパレータ、１６１２はコンパレータ１６１
０の出力信号ＲＳの出力端子で、以上で演算回路１６を
構成する。

【００４４】次に動作について説明する。まず、コンパ
レータ１６０２，ラッチ１６０３により１フィールド中
の焦点検出領域で輝度信号Ｙの最大値ＭＡＸを求める動
作、およびコンパレータ１６０４，ラッチ１６０５によ
り同様に最小値ＭＩＮを求める動作、また減算回路１６
０６によりＭＡＸとＭＩＮの差Ｄを演算する回路の動作
は、上記実施例１のコンパレータ１２０２，１２０４、
ラッチ１２０３，１２０５、減算回路１２０６の動作と
同一である。

【００４５】減算結果Ｄは制御回路６０３よりのラッチ
指示信号ＬＩによりラッチ１６０７に記憶されるととも
に減算回路１６０９に入力される。減算回路１６０９で
はＤnとＤ0との間で減算処理を行い、その結果ｆを出力
する。減算結果ｆは第４のしきい値ＴＬ４とともにコン
パレータ１６１０に入力され、大小が比較される。この
コンパレータ１６１０は、減算結果Ｄが第４のしきい値
ＴＬ４より大きいとき“Ｈ“、そうでないとき“Ｌ“を
示す信号ＲＳを出力するようになっている。

【００４６】焦点評価値ＦＶを用いた山登りサーボによ
り、制御回路６０３はフォーカスレンズを焦点評価値Ｆ
Ｖが最大となる位置に制御する。そして焦点評価値ＦＶ
が最大となる位置にフォーカスレンズを停止させ、焦点
評価値ＦＶを再起動判定回路７内の最大値メモリ７０２
に書き込む。

【００４７】さらに制御回路６０３は、ラッチ１６０７
にラッチ指示信号ＬＩを出力し、その時の減算結果Ｄを
記憶させて再起動待機状態になる。再起動待機状態で
は、制御回路６０３は焦点評価値ＦＶの変動を毎フィー
ルド監視し、ＦＶnが最大値メモリ７０２に書き込んだ
合焦時のＦＶ0からΔＦＶ以上離れたときにカウンタ７
０９を動作させる。このカウンタ７０９は焦点評価値Ｆ
Ｖが変動している時間を計測するもので、 ＦＶn＜ＦＶ0＋ΔＦＶまたはＦＶn＞ＦＶ0−ΔＦＶ となったときにはただちにその動作を停止し、内容をク
リアする。ただし焦点評価値ＦＶの変動が継続し、カウ
ンタ７０９の計測時間がΔｔに達すると制御回路６０３
は被写体に変化があったものと判断し再起動動作を実行
しようとする。

【００４８】ここで、本来再起動動作は不合焦状態が発
生した場合に速やかにこれを検知し、速やかに新たな合
焦位置を得るものであるが、従来不合焦状態の検知を焦
点評価値ＦＶの変動によって判断しているため、本来再
起動動作が必要な被写体の変化（被写体距離の変化、パ
ニングによるシーン変化等）と、再起動動作が不要な外
乱（手振れ、被写体の表情やしぐさ等の動き）とを区別
できず、上記したしきい値条件（ΔＦＶ，Δｔ）を満た
す場合無条件に再起動動作を行ってしまい、不要な不合
焦状態を生じてしまっていた。

【００４９】ここで被写体の輝度信号Ｙの分布に注目す
ると、不合焦状態が生じた場合輝度信号Ｙの最大値ＭＡ
Ｘと最小値ＭＩＮの幅Ｄは合焦時のそれより小さくな
る。よって制御回路６０３はＤ0とＤnの差ｆが第４のし
きい値ＴＬ４以上変化しているか否かにより再起動動作
の要不要を判断する。この判断は演算回路１６で自動的
におこなわれ、要の場合信号ＲＳの論理が“Ｈ”、不要
の場合信号ＲＳの論理が“Ｌ”である。この判断の基準
となる第４のしきい値ＴＬ４は、焦点深度を考慮し、視
覚的に合焦と不合焦の判断がつく境界での減算結果Ｄを
用いて決定すると効果が大きい。

【００５０】この制御回路６０３では、例えば焦点評価
値ＦＶが変動して再起動条件を満足するような場合、ま
ず再起動条件を満足したフィールドの信号ＲＳの論理を
調べる。信号ＲＳの論理が“Ｈ”であった場合、制御回
路６０３は不合焦状態が発生していると判断し、従来の
実施例と同様に再起動動作を実行する。信号ＲＳが
“Ｌ”であった場合、制御回路６０３は不合焦状態は発
生しておらず外乱による誤検出と判断し、焦点評価値Ｆ
Ｖの変動期間を計測するカウンタ７０９の内容をクリア
することで、再起動動作を回避する。

【００５１】また、例えば被写体の変化により焦点評価
値ＦＶが変動したにも係わらず、その変動量が小さいた
めに再起動条件を満足せず再起動動作を起こさない場合
でも、不合焦状態が生じれば減算結果Ｄが減少するので
信号ＲＳの論理は“Ｈ”となり、制御回路６０３は再起
動動作を実行することができる。

【００５２】なお上記実施例１，実施例２，実施例３に
おいては、ファジィ推論を用い、しきい値をメンバシッ
プ関数で表してもよい。

【００５３】また上記実施例１，実施例２，実施例３に
おいては、輝度信号の最大値および最小値を焦点検出領
域に限らずその他の領域、例えば画面全領域などから抽
出するように構成しても良い。

【００５４】また実施例１においては、焦点の調節が不
能であった場合、ビューファインダ、またはその他の表
示部材を用いて操作者に警告を発するように構成しても
良い。

【００５５】また実施例２においては、グレーレベルだ
けでなくグレーレベル付近の画素数を計数するようにし
ても良い。

【００５６】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、フォー
カスレンズを動かすことなく瞬時に被写体のコントラス
トの有無を検出することができる。これにより誤って合
焦が得られないような低コントラストの被写体を撮影し
ても、フォーカスレンズが無駄に動いて電力を浪費する
ことがない。そのため結果的にバッテリの使用時間が伸
び、撮影チャンスが増えるとともに、バッテリ交換の手
間を省くことに寄与する。

【００５７】また第２の発明によれば、焦点検出周波数
領域に固有の絵柄周波数成分を有する被写体を的確に検
出することができる。さらにこのような被写体を検出し
た場合、輝度信号の最大値と最小値の差を評価値として
合焦動作を行うように構成したので自動焦点調節動作を
誤ることがない。そのため撮影者は不合焦状態の見苦し
い映像を記録することがない。

【００５８】また第３の発明によれば、不合焦状態の発
生を容易に検出することができる。これにより外乱によ
る誤った再起動動作を行うことがない。そのためフォー
カスレンズが無駄に動いて電力を浪費することがなく、
不用意な不合焦状態を生じることもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１の自動焦点調節装置を示す
ブロック回路図である。

【図２】実施例１の演算回路と比較回路のブロック回路
図である。

【図３】実施例１の演算回路と比較回路の動作を説明す
るための波形図である。

【図４】実施例１の演算回路と比較回路の動作を説明す
るためのタイミング図である。

【図５】この発明の実施例２の自動焦点調節装置を示す
ブロック回路図である。

【図６】実施例２の演算回路と計数回路のブロック回路
図である。

【図７】実施例２の計数回路のアンド回路を説明するた
めのブロック回路図である。

【図８】実施例２の演算回路と計数回路の動作を説明す
るためのタイミング図である。

【図９】実施例２の演算回路と計数回路の動作を説明す
るための波形図である。

【図１０】この発明の実施例３の自動焦点調節装置を示
すブロック回路図である。

【図１１】実施例３の演算回路のブロック回路図であ
る。

【図１２】従来の自動焦点調節装置を示すブロック回路
図である。

【図１３】従来例の焦点検出回路を示すブロック回路図
である。

【図１４】従来例の再起動判定回路を示すブロック回路
図である。

【図１５】従来例の焦点検出回路の動作を説明するため
の波形図である。

【図１６】従来例の焦点検出回路の焦点検出領域を示す
図である。

【図１７】従来例の焦点評価値の特性を示す図である。

【図１８】従来例の焦点検出回路内のＢＰＦの特性を示
す図である。

【図１９】山登りサーボ方式の動作を説明するための図
である。

【図２０】再起動動作を説明するための図である。

【図２１】従来の再起動判定回路の動作を説明するため
のタイミング図である。

【符号の説明】

１ フォーカスレンズ ２ ＣＣＤ ３ Ａ／Ｄコンバータ ４ カメラ信号処理回路 ５ 焦点検出回路 ７ 再起動判定回路 １２ 演算回路 １３ 比較回路 １４ 演算回路 １５ 計数回路 １６ 演算回路 ６０１ 制御回路 ６０２ 制御回路 ６０３ 制御回路

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年６月２８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】カウンタ７０９は信号ｊが“Ｌ”から
“Ｈ”になるタイミングｔ0で動作を始め、第６のしき
い値ＴＬ６（以下、「Δｔ」という）までカウントして
信号ｋ（図２１（ｃ））を出力する。その時間ｔは、 ｔ＝ｔ0＋Δｔ である。信号ｋは通常“Ｌ”で、カウント満了時に
“Ｈ”となる。この信号ｋは分周回路７１０によって分
周され、制御回路６に再起動を指令する信号ｌ（図２１
（ｄ））となる。信号ｌは合焦時に“Ｌ”にセットさ
れ、再起動指令時に“Ｈ”となるような信号である。た
だし、このカウンタ７０９の動作は、ＦＶnが上記の条
件をはずれた場合ただちに停止され、再起動の指令は行
なわず、信号ｌも“Ｌ”のままである。制御回路６は信
号ｌが“Ｌ”から“Ｈ”となるタイミングをもって再び
フォーカスレンズを駆動して山登り自動焦点調節動作を
開始する。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焦点を調節可能な光学手段により被写体
   を撮像して得られる光学像を電気信号に変換して映像信
   号を生成し、この映像信号のうち輝度信号の中高域成分
   を積算してその積算値を焦点評価値とし、この焦点評価
   値が最大となる位置に上記光学手段の焦点を調節する自
   動焦点調節装置において、上記輝度信号の最大値と最小
   値の幅を求める演算手段と、この演算手段の出力が第１
   のしきい値ＴＬ１より小さいときに上記最大値および最
   小値と中間輝度レベルとを比較する比較手段と、この比
   較手段の出力結果がともに大またはともに小であったと
   きに焦点の調節が不能であることを示す信号を出力する
   検知手段とを備えたことを特徴とする自動焦点調節装
   置。
2. 【請求項２】 焦点を調節可能な光学手段により被写体
   を撮像して得られる光学像を電気信号に変換して映像信
   号を生成し、この映像信号のうち輝度信号の中高域成分
   を積算してその積算値を焦点評価値とし、この焦点評価
   値が最大となる位置に上記光学手段の焦点を調節する自
   動焦点調節装置において、上記輝度信号の最大値と最小
   値の幅を求める演算手段と、この演算手段の出力が第２
   のしきい値より大きいときに中間輝度レベルの画素を計
   数する計数手段と、この計数手段の出力が第３のしきい
   値より小さいとき上記演算手段の出力を焦点評価値とし
   て焦点の調節を行う制御手段とを備えたことを特徴とす
   る自動焦点調節装置。
3. 【請求項３】 焦点を調節可能な光学手段により被写体
   を撮像して得られる光学像を電気信号に変換して映像信
   号を生成し、この映像信号のうち輝度信号の中高域成分
   を積算してその積算値を焦点評価値とし、この焦点評価
   値が最大となる位置に上記光学手段の焦点を調節する自
   動焦点調節装置において、上記輝度信号の最大値と最小
   値の幅を求める演算手段と、合焦時にこの演算手段の出
   力を記憶するメモリと、このメモリ出力と合焦後の上記
   演算手段の出力の差が第４のしきい値より小さい時に再
   起動動作を停止する停止手段とを備えたことを特徴とす
   る自動焦点調節装置。