JPH0686139A - 自動焦点調節装置およびそれを備えたビデオカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定性を向上させた、応答性の良い自動焦点
調節装置を提供することを目的とする。 【構成】 焦点信号検出手段５にて生成される出力信号
の内、１フィールド周期の焦点信号をもとにレンズ制御
部６で焦点調節用レンズ群１ａの駆動方向および駆動量
を決定し、モータ８により自動焦点調節を行う。それと
並行して、焦点信号検出手段５にて生成される出力信号
の内、水平走査方向の焦点信号の最大レベルおよびその
位置信号を追尾演算手段９に入力、そこで設定レベルと
比較を行い入力信号の有効性を判断し、しかる後被写体
の移動判定を行い、移動方向および移動量をゲート制御
手段へ出力し焦点検出領域を被写体に追尾するように移
動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はビデオカメラやスチルカ
メラなどの焦点調節をする際に、撮影すべき被写体の像
を最適な焦点位置に自動的にフォーカシングする自動焦
点調節装置とその自動焦点調節装置を備えたビデオカメ
ラ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システムにおい
て、重要な機能である自動焦点調節（オートフォーカ
ス）装置については、既に何種類かの方式が提案・実施
されている。その中の１つであり、現在の主流となって
いるものとしてビデオカメラの映像信号を利用する方式
（「山登り方式」と称する）がある。この山登り方式に
ついては、例えば「山登りサーボ方式によるテレビカメ
ラの自動焦点調整」（「ＮＨＫ技術研究」第１７巻 第
１号 ２１頁 昭和４０年発行 石田他）の論文に詳細
に発表されている。また特願昭６３−２４８１９８号で
は山登り方式における山登り始動時の方向判定に撮影レ
ンズの一部を光軸方向に振動させて応答性を改善する方
式が開示されている。

【０００３】山登り動作のパラメータとなる映像信号内
の高周波成分（被写体のコントラスト）は焦点信号とし
て画面のある特定領域から検出される。通常、被写体は
画面の中央部に位置すると考えられることから、この検
出する特定領域いわゆる焦点検出領域は撮影画面中央部
に固定されている。この焦点検出領域を広くとると、撮
影者の目的とする被写体以外の物体の影響を受け易く、
例えば遠近混在のシーンが撮影されたとき被写体からピ
ントがずれ、結果としてフォーカシングに誤動作を招く
恐れがある。また逆に焦点検出領域を狭くとると、被写
体がその領域の内外を出入りし易くなり、その度に上記
高周波成分が大きく変動し山登り動作が不安定となり、
やはりフォーカシングに誤動作を招いてしまう。

【０００４】そこで焦点検出領域を可動にし、移動する
被写体にその検出領域を追尾させることで焦点検出領域
から被写体が外れることを防ぎ、より的確なフォーカシ
ングを行ういわゆる自動追尾オートフォーカス方式が提
案されている。その一例として映像信号から被写体の特
徴を抽出し、被写体を認識し、その移動を判定もしくは
予測し、焦点検出領域を被写体の移動に追尾させるよう
移動させる方式がある。中でも焦点信号のみを特徴抽出
情報として用いる方法は比較的容易に構成でき、経済的
にも優位である。この方式の一つとしてフィールド毎の
焦点信号のピーク位置を追尾情報としてフィールド間で
相関をとり被写体の移動を予測して焦点検出領域を移動
させる方式が提案されている（例えば、特開昭６３−１
２８８７６号）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】焦点信号を被写体の特
徴抽出情報として利用し被写体の移動を判定もしくは予
測する場合、上記焦点信号のピーク位置のみをその情報
とすると、焦点検出領域内に例えば被写体よりもコント
ラストの高い物体が進入してきた場合に被写体の移動を
誤判定し、結果としてフォーカシングの不安定動作及び
誤動作を招いてしまう。この問題点を解決するためには
被写体の移動判定に用いる信号の信頼性を向上させなけ
ればならない。すなわち、焦点検出領域にて検出される
焦点信号から被写体の焦点信号をできるだけ高い精度で
得る必要がある。

【０００６】上記課題に留意し、追尾精度が高い自動焦
点調節装置およびそれを備えたビデオカメラを提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、特に撮影画面上の焦点検出領域内の被写体
像から焦点信号を検出し、被写体の移動に追尾するよう
焦点検出領域を移動および停止する自動焦点調節装置お
よびそれを備えたビデオカメラにおいて、焦点検出領域
の移動・停止および移動量や移動方向を制御するゲート
制御手段を有し、かつ焦点検出領域から出力される水平
走査１期間毎の焦点信号最大レベルとその位置信号を入
力とし、その入力信号の被写体情報としての有効性を設
定レベルとの比較により判定し、被写体の移動を判定
し、移動方向及び移動量をゲート制御手段へ出力する追
尾演算手段を備えることを特徴とする。

【０００８】

【作用】焦点信号検出手段にて生成される出力信号の
内、１フィールド周期の焦点信号をもとにレンズ制御部
で焦点調節用レンズ群の駆動方向および駆動量を決定
し、モータにより自動焦点調節を行う。それと並行し
て、焦点信号検出手段にて生成される出力信号の内、水
平走査１期間毎の焦点信号の最大レベルおよびその位置
信号を検出し、その信号の有効性を追尾演算手段で判定
し、被写体とそれ以外の物体との識別処理を行う。しか
る後、被写体の移動判定を行い、移動方向および移動量
をゲート制御手段へ出力し、焦点検出領域を被写体に追
尾するように移動させる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の自動焦点調節装置の実施例に
ついて、図面を参照しながらその構成要素とその関連動
作について説明する。図１において１はズームレンズで
あり、４個のレンズ群より構成されている（各レンズ群
は便宜上各々１枚の凸レンズ、あるいは凹レンズで示
す。図１において各々１ａ〜１ｄにて示す）。１ａはフ
ォーカシング用のレンズ群であり、モータ８により位置
調節される。被写体２の光学像は撮像手段となる撮像素
子３（例えばＣＣＤ）上に結像される。撮像素子３は結
像した被写体像を光電変換し時系列信号として出力す
る。信号処理手段４は撮像素子３の出力に各種信号処理
を施し所定の映像信号Ｃo（例えばＮＴＳＣ信号）を生
成する。ここでの各種信号処理とは撮像素子３より出力
される時系列信号を所要の同期合成、変調および補正処
理することである。

【００１０】５は焦点信号検出手段であり、信号処理手
段４より出力される信号の内、輝度信号Ｙから焦点信号
を生成する。その焦点信号は影像画面上の所定の検出領
域内の被写体２のピント状態に対応している。すなわち
焦点信号検出手段５は水平走査１期間毎の焦点信号の最
大レベルＶpとそれに対応する撮像素子３上の位置を示
す位置信号Ｐpとを追尾演算手段９に出力し、また最大
レベルＶpを１フィールド毎に累積加算した焦点信号Ｖf
をレンズ制御部６に出力する。レンズ制御部６は焦点信
号Ｖfから被写体の焦点調節用レンズ群１ａの駆動量お
よび駆動方向を決定し、レンズ駆動手段７へ出力する。
レンズ駆動手段７はモータ８を駆動させ焦点調節用レン
ズ群１ａを所定の位置へ移動させる。これにより被写体
の影像がピントの合った状態へ導かれる。一方、追尾演
算手段９では焦点信号検出手段５の出力信号である最大
レベルＶpとその位置信号Ｐpを受け、その入力信号の有
効性を判定し、被写体２の移動を判定し、焦点検出領域
の移動量Ｍmと移動方向Ｍdをゲート制御手段１０へ出力
する。

【００１１】ゲート制御手段１０は焦点検出領域の移動
量Ｍmおよび移動方向Ｍdを入力とし、焦点信号の検出領
域を更新し、ゲート信号Ｇsとして焦点信号検出手段５
へ出力する。これにより、焦点信号検出手段５における
焦点検出領域を被写体の移動に追随させて更新すること
ができる。また、更新された焦点検出領域で検出される
焦点信号は被写体のコントラスト情報として信頼性のよ
り高いものとなる。

【００１２】次に第１の実施例として図１の追尾演算手
段９の処理動作の一例を図２を参照しながら説明する。
図２は追尾演算手段９の一構成ブロック図である。追尾
演算手段９はフィールド代表値演算手段１１と移動検出
手段１２とから構成される。フィールド代表値演算手段
１１は入力信号の有効性を判定する第１有効性判定手段
１３とその有効と判定された信号をフィールド平均しフ
ィールドの代表値を出力する平均演算手段１４とから構
成される。第１有効性判定手段１３は焦点信号検出手段
５から出力される水平走査１期間毎の焦点信号最大レベ
ルＶpとその位置信号Ｐpとを入力とし、第１設定レベル
Ｔ1および第２設定レベルＴ2と最大レベルＶpとを比較
し、位置信号Ｐpが被写体情報として有効かどうかを判
定する。すなわち、最大レベルＶpが第１設定レベルＴ1
を越え、かつ第２設定レベルＴ2以下の場合の最大レベ
ルＶpおよびその位置信号Ｐpを有効最大レベルＶpeおよ
び有効位置信号Ｐpeとして出力する。この有効性判定に
より、１フィールドにおける被写体の焦点信号以外の信
号いわゆるノイズおよび外乱の信号を除去でき、より正
確な被写体のコントラスト情報を得ることができ、被写
体移動判定の信頼性を高めることができる。

【００１３】平均値演算手段１４は有効性判定手段１３
から出力された有効最大レベルＶpeと有効位置信号Ｐpe
をそれぞれ１フィールドにわたって平均し、そのレベル
および位置を平均レベルＶaおよび平均位置信号Ｐaとし
て出力する。ここで平均位置信号Ｐaは水平方向の位置
情報となっている。

【００１４】移動検出手段１２は１フィールド分もしく
はそれ以上のメモリー１５と差分演算手段１６と第２有
効性判定手段１７とから構成される。差分演算手段１６
は、フィールド代表値演算手段１１からの出力である平
均最大レベルＶaおよび平均位置信号Ｐaとその１フィー
ルド以上前の出力であり、メモリー１５にある平均最大
レベルＶaaおよび平均位置信号Ｐaaとの差分をとり、そ
の結果をレベル差信号Ｄvおよび位置差信号Ｄpとして第
２有効性判定手段１７へ出力する。

【００１５】第２有効性判定手段１７は、レベル差信号
Ｄvと第３設定レベルＴ３とを比較して、被写体の移動
情報として有効かどうかを判定した後出力する。すなわ
ち、レベル差信号Ｄvが第３設定レベルＴ３を越えない
場合、その位置差信号Ｄpを被写体の移動情報とみな
し、焦点検出領域の移動量Ｍmと移動方向Ｍdとしてゲー
ト制御手段１０へ出力する。またこの判定条件を満たさ
ない場合は移動量Ｍmおよび移動方向Ｍdとも０として出
力する。すなわち焦点検出領域は動かさない。この有効
性判定により、レベル差信号および位置差信号のフィー
ルド毎の相互関係を見て、外乱などの判定および除去が
可能となり、より精度の高い移動判定をおこなうことが
できる。ここで、移動量Ｍmは被写体移動の水平方向成
分、移動方向Ｍdは被写体移動の水平方向の向きを示す
ことになる。

【００１６】ゲート制御手段１０はこの出力を受け、焦
点検出領域を示すゲート信号Ｇsを更新し、焦点信号検
出手段５へ出力する。焦点信号検出手段５は逐次更新さ
れる焦点検出領域内で焦点信号Ｖfを算出し、レンズ制
御部６は焦点信号Ｖfから被写体の焦点調節用レンズ群
１ａを駆動すべき方向と駆動量とをレンズ駆動手段７へ
出力する。レンズ駆動手段７はモータ８を駆動させ焦点
調節用レンズ群１ａを所定の位置へ移動させる。

【００１７】本実施例により、特に追尾演算手段９にお
いて焦点信号の水平走査１期間毎の最大レベルをまたフ
ィールド代表値のレベルを追尾情報の有効性判定に用い
ることで、被写体の水平方向の移動を的確に判定し、追
尾するように焦点検出領域を更新し、常に安定した合焦
動作をすることができる。

【００１８】次に第２の実施例として追尾演算手段９の
処理動作の他の一例を図３に示し、その構成と動作を同
図を参照しながら説明する。追尾演算手段９は図２と同
様、フィールド代表値演算手段１１ａと移動検出手段１
２ａとから構成される。フィールド代表値演算手段１１
ａは焦点信号検出手段５から出力される水平走査１期間
毎の焦点信号の最大レベルＶpとその位置信号Ｐpとを入
力とし、第１の実施例の第１有効性判定と同様の有効性
判定により有効最大レベルＶpeおよび有効位置信号Ｐpe
を移動検出手段１２ａへ出力する。

【００１９】移動検出手段１２ａは１フィールドもしく
はそれ以上のメモリー１５ａと、相関を求める領域を限
定する演算領域制御手段１８と、相関を求めるためのシ
フトレジスタ１９と、シフト量を求めるカウンタ２０
と、相関値を算出するための差分演算手段２１とから構
成される。まずフィールド代表値演算手段１１ａからの
出力である有効最大レベル信号Ｖpeと、メモリー１５ａ
から出力される１フィールド以上前の演算領域制御手段
１８で設定される有効最大レベル信号Ｖpeaとの相関を
シフトレジスタ１９によって垂直方向に移動させながら
差分演算手段２１によって求め、その差分値が最小をと
る時をもってシフトレジスタ１９のシフト量をカウンタ
２０から読みとり焦点検出領域の垂直方向の移動量Ｍmv
としてまた移動方向をＭdvとしてゲート制御手段１０へ
出力する。

【００２０】続いてそのシフト状態から、フィールド代
表値演算手段１１ａからの出力である有効最大レベル信
号Ｖpeおよび有効位置信号Ｐpeとメモリー１５ａから出
力される１フィールド以上前の有効最大レベル信号Ｖpe
aおよび有効位置信号Ｐpeaとの水平方向の相関を求め、
相関値が最小となるときのシフト量をカウンタ２０から
読みとり、焦点検出領域の水平方向の移動量Ｍmhおよび
移動方向Ｍdhとしてゲート制御回路１０へ出力する。ゲ
ート制御手段１０はこれらの信号を受け、焦点検出領域
を更新し、ゲート信号Ｇsとして焦点信号検出手段５へ
出力する。焦点信号検出手段５は逐次更新される焦点検
出領域内で焦点信号Ｖfを算出し、レンズ制御部６は焦
点信号Ｖfから被写体の焦点調節用レンズ群１ａを駆動
すべき方向と駆動量とをレンズ駆動手段７へ出力する。
レンズ駆動手段７はモータ８を駆動させ焦点調節用レン
ズ群１ａを所定の位置へ移動させる。

【００２１】本実施例により、被写体の移動を精度よく
また２次元的に追尾でき、より信頼性の高い焦点信号Ｖ
fを求めることができ、引いては安定した合焦動作を行
うことができる。

【００２２】なお、第１および第２の実施例での第１有
効性判定手段における判定条件は上記記載には限定され
ず、上限レベルのみもしくは下限レベルのみであっても
ノイズもしくは外乱を抑制することができる。また、有
効性の判定に最大レベルを用いたが最大レベルに限らず
ピークレベルを用いることにより同様の項かを有するこ
とは言うまでもない。

【００２３】また、上記実施例では図１におけるズーム
レンズ１のレンズ群の数を４群としたがこの数に限定さ
れるものではなく、ズーム動作およびフォーカス動作を
伴うレンズ群を有していればよい。また、フォーカス調
整に用いるレンズ群を１ａとしているが、これに限定さ
れるものではなく、例えば一般的にインナーフォーカス
方式と呼ばれるズームレンズで用いられているレンズ群
１ｂ〜１ｄをフォーカス調整に用いても良い。この場
合、軽いレンズ群を駆動することになり、さらに高速性
が増すことになる。

【００２４】なお、このような自動焦点装置を用いてビ
デオカメラを構成すれば、従来の装置に比較的簡単な信
号処理を付加するだけでよく、簡単な構成で、よって安
価で、常に安定したオートフォーカスを提供できる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明から明かなように本発明は、追
尾演算手段およびゲート制御手段を設けることにより、
被写体の移動に追尾した焦点検出領域を得ることができ
る。これにより撮影画面の位置に依らず常に被写体にピ
ントを合わせることが可能となる。また、追尾演算手段
への入力信号として１フィールド毎の焦点信号最大レベ
ルとその位置信号を用いることで、追尾演算手段におい
て設定レベルと入力信号との比較をおこない、その信号
の有効性を判定することができ、外乱やノイズといった
被写体以外の情報を除去することができる。つまり、焦
点検出領域の移動を判定するための情報の信頼性を向上
させることができる。また被写体移動判定のための信号
に代表レベルとその位置信号を情報として用いること
で、フィールド間の相関をとることもでき、より正確な
移動方向および移動量を得ることができる。

【００２６】これにより、移動した焦点検出領域から検
出される焦点信号は被写体情報として、より信頼性の高
い信号となって合焦動作すなわち山登り動作を行うもの
となり、常に誤動作のない安定した自動焦点調節を可能
とするものである。

【００２７】以上説明した自動焦点調節装置は撮像手段
として特に撮像素子を使う撮像システムとして代表的な
ビデオカメラに用いれば、動画の録画に対して被写体の
ボケを感じさせない高品位な画像を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である自動焦点調節装置および
それを備えたビデオカメラの一部を示すブロック図

【図２】同実施例である図１の自動焦点調節装置におけ
る追尾演算手段の第１実施例のブロック図

【図３】同実施例である図１の自動焦点調節装置におけ
る追尾演算手段の第２実施例のブロック図

【符号の説明】

１ ズームレンズ ２ 被写体 ３ 撮像素子 ４ 信号処理手段 ５ 焦点信号検出手段 ６ レンズ制御部 ７ レンズ駆動手段 ８ モータ ９ 追尾演算手段 １０ ゲート制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石黒 敬三 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮影レンズを介して得られる被写体像を
   光電変換する撮像手段と、前記撮像手段の出力に一定の
   信号処理を施し映像信号を出力する信号処理手段と、前
   記信号処理手段にて生成される前記映像信号から一定値
   以上の周波数成分を抽出し焦点信号を検出する焦点信号
   検出手段と、前記焦点信号検出手段に接続され前記焦点
   信号を検出する焦点検出領域を制御するゲート制御手段
   と、前記焦点信号検出手段の出力に信号処理を施し前記
   焦点検出領域を制御する信号を前記ゲート制御手段に出
   力する追尾演算手段と、前記撮影レンズの一部であって
   ピント調節機能を有する焦点調節用レンズ部を前記撮影
   レンズの光軸上に沿って移動させピント調節を行うレン
   ズ駆動手段と、前記焦点信号検出手段が出力する前記一
   定値以上の周波数成分のレベルの増減により前記被写体
   のピント状態を検出し、この検出結果に応じて前記レン
   ズ駆動手段に前記焦点調節用レンズ部を駆動する指示を
   行うレンズ制御部とを備え、前記追尾演算手段は前記焦
   点信号検出手段の出力の内、少なくとも水平走査期間１
   期間における前記焦点信号の最大レベルとそれに対応す
   る前記撮像手段上の位置から少なくとも一組の代表レベ
   ルと代表位置を求め、１フィールド以上前の前記代表レ
   ベルと前記代表位置との比較により、前記焦点検出領域
   の移動方向および移動量を決定し、前記ゲート制御手段
   に出力することを特徴とした自動焦点調節装置。
2. 【請求項２】 追尾演算手段は水平走査期間毎の焦点信
   号の最大レベルとその位置の有効性を判定する第１設定
   レベルおよび第２設定レベルを有し、前記第１設定レベ
   ル以上の最大レベルとその位置、もしくは前記第２設定
   レベル以下の最大レベルとその位置、もしくは前記第１
   設定レベル以上で前記第２設定レベル以下の最大レベル
   とその位置から少なくとも一組の代表レベルと代表位置
   を求めることを特徴とした請求項１記載の自動焦点調節
   装置。
3. 【請求項３】 追尾演算手段は水平走査期間毎の焦点信
   号の最大レベルとその位置とから少なくとも２期間の前
   記最大レベルの平均レベルと平均位置を代表レベルと代
   表位置とすることを特徴とした請求項１記載の自動焦点
   調節装置。
4. 【請求項４】 追尾演算手段は代表レベルおよび代表位
   置と１フィールド以上前の代表レベルおよび代表位置と
   の相関を求めることで、焦点検出領域の移動方向と移動
   量とを決定することを特徴とした請求項１記載の自動焦
   点調節装置。
5. 【請求項５】 請求項１、２、３、４のいずれか１項に
   記載の自動焦点調節装置を備えていることを特徴とする
   ビデオカメラ。