JPH0730798A - オートフォーカスビデオカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 撮像映像信号中の輝度信号の高域成分量が最
大となるようにレンズ位置の制御を行う山登りオートフ
ォーカスシステムにおいて、撮像映像信号を増幅した際
に連動して増幅されたノイズの高域成分への影響、及び
画面内に高輝度部分が存在することにより生じる輝度信
号の飽和による影響を抑える。 【構成】 撮像映像信号を増幅する増幅回路１２０の増
幅率あるいは撮像画面内に輝度レベルが所定レベルＲを
越える高輝度部分の有無を検知する高輝度検出回路２１
からの出力により、ＨＰＦ５ｃにて取り出された撮像映
像信号の高域成分の基準レベルＰ以下の振幅の信号成分
を除去する低レベル除去回路４５ｈの基準レベルＰを可
変とすることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、撮像素子から得られる
撮像映像信号を用いて焦点の自動整合を行うビデオカメ
ラのオートフォーカス装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ビテオカメラのオートフォーカス装置に
於て、撮像素子からの得られる撮像映像信号自体を焦点
制御状態の評価に用いる方法は、本質的にパララックス
が存在せず、また被写界深度が浅い場合や遠方の被写体
に対しても、精度よく焦点を合わせられるなど優れた点
が多い。しかも、オートフォーカス用の特別なセンサも
不必要で機構的にも極めて簡単である。

【０００３】特開昭６３−２１５２６８号公報（Ｈ０４
Ｎ５／２３２）には、上述のごときオートフォーカス装
置の一例が開示されている。以下に、この従来技術の骨
子を図２及び図３を参照に説明する。

【０００４】図２は前記オートフォーカス装置の全体の
回路ブロック図である。レンズ１によって撮像素子上に
結像された入射光による画像は、撮像素子を含む撮像回
路４によって撮像映像信号となり、この撮像映像信号が
増幅回路２０にてその平均レベルが所定のレベルになる
まで増幅された後に、この撮像映像信号中の輝度信号が
焦点評価値発生回路５に入力される。

【０００５】この焦点評価値発生回路５は、例えば図３
に示すように構成される。撮像映像信号中の輝度信号
は、高域通過フィルタ（ＨＰＦ）５ｃを通過して高域成
分のみが分離され、次段の検波回路５ｄにて振幅検波さ
れる。更に、低レベル除去回路５ｈにて所定の振幅以下
の低レベルの信号が除去される。この低レベル除去回路
５ｈの動作を図４を用いて説明すると、（ａ）で示すよ
うな検波回路５ｄ出力は、中心電位より正、負の両方向
に対して、破線で示す基準レベルＰ分だけ圧縮される、
即ち振幅が基準レベルＰ以上の部分はこのレベルＰ分を
減じ、このレベルＰより振幅が小さい部分はゼロレベル
とすることで、（ｂ）のような出力が得られる。これに
より振幅が基準レベルＰ未満の微小なノイズ成分は除去
されることになる。

【０００６】こうして低振幅部分が除去された信号は、
Ａ／Ｄ変換回路５ｅにてサンプリングしつつ順次デジタ
ル値に変換され、ゲート回路５ｆで画面中央部のフォー
カスエリア内の情報だけが抜き取られて、積算回路５ｇ
でフィールド毎に積算され、即ち１フィールド期間に得
られるフォーカスエリア内のＡ／Ｄ変換回路５ｅ出力を
全て加算するディジタル積分が実行され、この積分値が
現フィールドの焦点評価値として出力される。

【０００７】このとき、撮像映像信号より同期分離回路
５ａによって分離された垂直同期信号及び水平同期信号
は、フォーカスエリアを設定するためにゲート制御回路
５ｂに入力される。ゲート制御回路５ｂでは、垂直同期
信号、水平同期信号及び固定の発振器出力に基いて、画
面中央部分に長方形のフォーカスエリアを設定し、この
エリア内のみの輝度信号の高域成分のディジタル値の通
過を許容するゲート開閉信号をゲート回路５ｆに供給し
ている。

【０００８】前述のように構成された焦点評価値発生回
路５は、常時１フィールド分の焦点評価値を出力し、後
段の各回路はこの焦点評価値を用いて合焦動作を開始す
る。

【０００９】合焦動作開始直後に、最初の焦点評価値は
最大値メモリ６と初期値メモリ７に保持される。その
後、フォーカスモータ制御回路１０は、フォーカスモー
タ３を予め決められた方向に回転させて、レンズ１を支
持するフォーカスリング２を回動させ、レンズ１を光軸
方向に変位させ第２比較器９出力を監視する。

【００１０】第２比較器９は、フォーカスモータ駆動後
に得られる焦点評価値と初期値メモリ７に保持されてい
る初期評価値を比較し、その大小を出力する。

【００１１】フォーカスモータ制御回路１０は、第２比
較器９が大または小という出力を発するまで、最初の方
向にフォーカスモータ３を回転せしめ、現在の焦点評価
値が初期評価値に比べ大であるという出力がなされた場
合には、そのままの回転方向を保持し、現在の評価値が
初期評価値よりも小さいと判断された場合には、フォー
カスモータの回転方向を逆にして、レンズの移動方向を
逆にし第１比較器８出力を監視する。

【００１２】第１比較器８は、最大値メモリ６に保持さ
れている今までの最大の焦点評価値と現在、即ち最新の
評価値を比較し、現在の焦点評価値が最大値メモリ６の
内容に比べて大きい（第１モード）、予め設定した第１
の閾値Ｍ以上に減少した（第２モード）の２通りの比較
信号Ｓ１、Ｓ２を出力する。ここで最大値メモリ６は第
１比較器８の出力に基づいて、現在の評価値が最大値メ
モリ６の内容よりも大きい場合には、その値が更新さ
れ、常に現在までの焦点評価値の最大値が保持される。

【００１３】１３はモータ一検出回路３０から出力され
るレンズ１の光軸方向の位置（レンズ位置）を示すレン
ズ位置信号を記憶するレンズ位置メモリである。ここ
で、レンズ位置信号はモータ位置検出回路３０にて、フ
ォーカスモ−タ３の回転量を検出することにより算出さ
れる。このレンズ位置メモリ１３は、最大値メモリ６と
同様に第１比較器８出力Ｓ１に基づいて最大評価値とな
った場合のレンズ位置を常時保持するように更新され
る。

【００１４】フォーカスモータ制御回路１０は、第２比
較器９出力に基づいて決定された方向にフォーカスモー
タ３を回転させながら、第１比較器８出力を監視し、図
５に示すように焦点評価値が最大評価値に比べて予め設
定された第１の閾値Ｍより小さいという第２モードが指
示されると同時にフォーカスモータ３は逆転される。

【００１５】このフォーカスモータ３の逆転により、レ
ンズ１の移動方向は、例えば撮像素子に接近する方向か
ら離れる方向へ、あるいはその逆に離れる方向から接近
する方向に変わる。

【００１６】この逆転後、レンズ位置メモリ１３の内容
と、現在のレンズ位置信号とが第３比較器１４にて比較
され、一致したとき、即ちレンズ１が焦点評価値が最大
となる位置に戻ったときに、フォーカスモータ３を停止
させるようにフォーカスモータ制御回路１０は機能す
る。同時にフォーカスモータ制御回路１０はレンズ停止
信号ＬＳを出力する。

【００１７】１１はフォーカスモータ制御回路１０によ
る合焦動作が終了して、レンズ停止信号ＬＳが発せられ
ると同時に、その時点での焦点評価値が保持される第４
メモリであり、後段の第４比較器１２でこの第４メモリ
１１の保持内容は合焦動作終了後の最新の焦点評価値と
比較され、最新の焦点評価値が第４メモリ１１の内容に
比べ、予め設定された第２の閾値以上に小さくなったと
きに、被写体が変化したと判断され、被写体変化信号が
出力される。フォーカスモータ制御回路１０はこの信号
を受け取ると、再び合焦動作をやり直して被写体の変化
に追随する。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】前記オートフォーカス
システムは、合焦精度、広範囲な被写体への対応性に優
れているが、以下に示す欠点を有している。即ち、暗い
場面を撮影している際には、適切な輝度レベルを得るた
めに増幅回路２０での増幅率を高くしなければならない
が、この場合、撮像映像信号中のノイズ成分も併せて増
幅することになり、ＨＰＦ５ｃを通過したノイズ成分の
中に振幅が低レベル除去回路５ｈの信号幅Ｐを越えるも
のが生じることになる。このような状態では、図６の破
線１００で示すようにレンズ位置が合焦点から大きくず
れたピンぼけ状態となって、本来焦点評価値が０である
べきレンズ位置でもノイズ成分による評価値分が生じる
ことになる。このようなノイズ成分による影響が顕著な
状態で合焦動作を実行すると、合焦点の方向を間違えた
り、ぼけた位置で合焦動作を終了するといった誤動作を
生じやすくなる。尚、図６の実線で示す曲線１０１は、
ノイズが混入していない場合の焦点評価値の変化を示す
ものである。

【００１９】この誤動作の発生を防止するための対策と
して、低レベル除去回路での基準レベルＰを大きく設定
すると、特に暗くはない通常の撮影状況下で、比較的コ
ントラストの少なく、輝度信号中の高域成分が生じにく
い被写体を撮影すると、焦点評価値が得られなくなり逆
に合焦動作を実行できなくなる。

【００２０】また、図７に例示するように、撮像画面内
に螢光灯６０等の光源のように高輝度で信号レベルが飽
和した部分があると、飽和によるエッジ部分で高域成分
が発生する。この飽和部分はボケるにしたがって図中の
破線で示すように像が大きくなり、横切る走査線数（一
点鎖線）が増加するために、結果としてぼけていくにも
かかわらず焦点評価値が増加するという減少が発生す
る。このような状況での、レンズ位置と焦点評価値との
関係は図８のようになる。この図８からわかるように合
焦点から離れる方向に山ができ、合焦動作が正確に行え
ないことになる。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、レンズを経て
撮像素子上に結像される入射光より撮像映像信号を作成
する撮像手段と、該撮像映像信号を可変の増幅率にて増
幅する増幅手段と、増幅手段出力の高域成分を取り出す
ＨＰＦと、ＨＰＦ出力の基準レベル以下の振幅の信号成
分を除去する低レベル除去手段と、低レベル除去手段を
経た高域成分の量を焦点評価値として出力する評価値出
力手段と、レンズの撮像素子に対する相対的な位置であ
る相対的レンズ位置を、焦点評価値が極大値となる位置
に変更させるレンズ位置変更手段を備え、合焦動作開始
時に増幅手段の増幅率が大きくなるときに低レベル除去
手段の基準レベルを高くすることを特徴とする。

【００２２】また、他の手段として、撮像映像信号を基
に撮像画面内に輝度レベルが所定レベルを越える高輝度
部分の有無を検知する高輝度検知手段を備え、高輝度部
分が有るときに前記基準レベルを高くすることを特徴と
する。

【００２３】

【作用】本発明は、上述のように構成することにより、
増幅回路の増幅率が高くなりノイズによる高域成分のレ
ベルが大きくなると、ノイズ除去用の基準レベルが上昇
してノイズ成分の焦点評価値への混入が阻止され、ま
た、画面内に高輝度部が存在する時にも基準レベルを大
きくすることにより、螢光灯等の光源が画面内に存在
し、しかも画面がぼけている時に飽和部分を横切る走査
線数は増加するが、１走査線当りの高域成分は低下して
いるので、これを低レベルとして除去することで焦点評
価値への悪影響を抑制することができる。

【００２４】

【実施例】以下、図面に従い本発明の一実施例について
説明する。図１は本実施例装置の全体の回路ブロックを
示し、図２と同一部分には同一符号を付して説明を省略
する。

【００２５】１２０は増幅回路２０と同様に、図９に示
すようにレベル検出器４０と利得可変アンプ４１より構
成されるＡＧＣアンプ型の増幅回路であり、撮像映像信
号の平均的な輝度レベルをレベル検出器４０にて検出
し、この信号レベルが所定レベルになるように利得可変
アンプ４１の利得、即ち増幅率を制御する利得制御信号
ＧＣを利得可変アンプ４１に出力し、これにより利得制
御アンプ４１は撮像映像信号の増幅利得を変更する。例
えば、暗い場所での撮影により得られる撮像映像信号レ
ベルが小さいときには、利得制御信号レベルが大きくな
って、アンプ４１での増幅率が自動的に大きくなり、逆
に撮像映像信号レベルが大きいときには、利得制御信号
レベルが小さくなって、増幅率が自動的に小さくなる。

【００２６】２１は一画面中での撮像映像信号の輝度信
号レベルが所定の判定レベルＲを越える部分があるか否
かを判定する高輝度検出回路であり、具体的には図１０
に示すように撮像映像信号の輝度信号レベルと予め設定
されている判定レベルＲを比較するレベル比較回路にて
構成され、この比較の結果、輝度信号レベルが判定レベ
ルを越える場合にＨ（ハイ）レベルの比較出力ＣＳを発
する。尚、判定レベルＲは螢光灯のような高輝度部を撮
影した時に生じる輝度信号レベルに設定されている。

【００２７】焦点評価値発生回路４５は、図１１に示す
ように、低レベル除去回路４５ｈを除く全ての構成要素
は、図２の焦点評価値発生回路５と全く同一であり、ま
た低レベル除去回路４５ｈは、図２の低レベル除去回路
４５ｈと同様に信号幅Ｐ分だけ検波回路５ｄ出力を圧縮
して、低レベル成分を除去する動作を実行するが、唯一
の相違点は、後述の基準レベル制御回路２２からの制御
信号に応じて信号幅Ｐの値を変更することが可能である
点である。

【００２８】基準レベル制御回路２２は、増幅回路１２
０からの利得制御信号ＧＣ及び高輝度検出回路２１から
の比較出力ＣＳに応じて、低レベル除去回路４５ｈの基
準レベルＰを可変する。即ち、初期の基準レベルとして
Ｐ１を設定しておき、増幅回路１２０からの利得制御信
号ＧＣを受けて、増幅回路１２０の初期増幅率に対して
増幅率を上昇させる利得制御信号ＧＣが入力されてきた
時に、低レベル除去回路４５ｈに制御信号を発して、こ
の増幅率の上昇率に比例するように基準レベルＰを初期
レベルＰ１から上昇させる。ここで、増幅回路１２０の
初期増幅率としては、例えば１のように、即ち信号増幅
が為されない値に設定可能である。

【００２９】これにより、増幅回路１２０での増幅率が
大きいほど、即ち被写体が暗い場所にあって撮像映像信
号の輝度レベルが小さい程、増幅回路１２０での増幅に
よりノイズ成分も大きくなるため、基準レベルＰを大き
くしてこのノイズ成分を除去することができる。

【００３０】また、基準レベル制御回路２２は、Ｈレベ
ルの比較出力ＣＳの入力時、即ち画面内に光源等の高輝
度部分が存在することが判明した時には、基準レベルＰ
を所定量Ｑだけ上昇させる様に動作する。これにより、
画面内に螢光灯等の光源が存在して見かけ上の輝度信号
の高域成分量が増加する場合には、基準レベルＰが上昇
して、この基準レベル以下の振幅の高域成分が焦点評価
値の算出から除かれ、螢光灯等の影響が除去される。

【００３１】尚、基準レベル制御回路２２での前記２種
類の基準レベル制御動作は共に独立的に実行される。従
って、増幅回路１２０での増幅率が大きくなり、同時に
画面内に高輝度部が存在するような状況では、基準レベ
ルＰは増幅率の上昇率に比例して上昇する上に更に所定
量Ｑだけ上昇することになる。

【００３２】以上のように２種類の基準レベルの制御動
作を実行することにより、低レベル除去回路４５ｈで
は、増幅されたノイズ成分が焦点評価値に混入するこ
と、あるいは高輝度部の存在に伴う飽和した信号による
高域成分への影響を抑圧して、焦点評価値を正確に得る
ことにより、山登り合焦動作に誤動作が生じることを防
止することができる。また、増幅回路１２０での増幅率
が小さく、あるいは高輝度部分が含まれない通常の撮影
では、基準レベルは小さく維持されるので、高域成分の
少ない被写体を撮影中には、低レベル除去回路４５ｈで
の輝度信号の高域成分の除去は最小限に抑えられ、焦点
評価値を大きくでき、高精度な合焦動作が可能になる。

【００３３】尚、低レベル除去回路４５ｈでの基準レベ
ルＰの変更を、合焦動作の途中で実行すると、レンズ１
の変位によらない焦点評価値の変化を生むことになり、
合焦動作に悪影響を及ぼすことになるので、基準レベル
Ｐの変更動作は合焦動作の開始直前の１フィールド間で
実行され、一旦変更が為されると一連の合焦動作が完了
する、即ちレンズが合焦位置にて停止し、第４比較器１
２にて被写体の変化を検知して合焦動作が再開される必
要があると判断される時点までは、変更動作は為され
ず、合焦動作を再開する際には、この合焦動作の開始直
前に再度基準レベルＰの変更が為される。

【００３４】また、前記実施例の各回路ブロック図の回
路動作をマイクロプロセッサによりソフトウェア的に処
理可能であることは言うまでもない。また、前記実施例
では、レンズ１を光軸方向に進退させて合焦動作を実行
したが、レンズ１を固定して撮像素子自体を光軸方向に
進退させても、同様の効果が得られることはいうまでも
ない。この場合、撮像素子の進退にはモータに代えて圧
電素子を用いることもでき、これらのモータあるいは圧
電素子にフォーカスモータ制御回路１１０からの制御信
号を供給するように構成すればよい。

【００３５】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、撮像映像信
号を増幅した増幅率、及び画面内の高輝度部分の有無に
基づいて輝度信号の高域成分の低レベル成分の除去レベ
ルを可変とすることにより、ノイズの焦点評価値への混
入あるいは輝度信号の飽和による焦点評価値への悪影響
を抑えて、高精度な合焦動作が実行可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の回路ブロック図である。

【図２】従来例の回路ブロック図である。

【図３】従来例の要部回路ブロック図である。

【図４】低レベル除去動作を説明する図である。

【図５】合焦動作に伴うレンズ位置と焦点評価値の関係
を示す図である。

【図６】ノイズ成分の焦点評価値への混入を説明する図
である。

【図７】螢光灯が画面内に存在する時の状態を説明する
図である。

【図８】飽和した信号の焦点評価値への影響を説明する
図である。

【図９】本発明の一実施例の増幅回路の構成を説明する
図である。

【図１０】本発明の一実施例の高輝度検出回路の構成を
説明する図である。

【図１１】本発明の一実施例の要部回路ブロック図であ
る。

【符号の説明】

１ レンズ ４ 撮像回路 １２０ 増幅回路 ５ｃ ＨＰＦ ４５ｈ 低レベル除去回路 ４５ 焦点評価値発生回路 ３ フォーカスモータ ２１ 高輝度検出回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レンズを経て撮像素子上に結像される入
   射光より撮像映像信号を作成する撮像手段と、 該撮像映像信号を可変の増幅率にて増幅する増幅手段
   と、 該増幅手段出力の高域成分を取り出すハイパスフィルタ
   と、 該ハイパスフィルタ出力の基準レベル以下の振幅の信号
   成分を除去する低レベル除去手段と、 該低レベル除去手段を経た高域成分の量を焦点評価値と
   して出力する評価値出力手段と、 前記レンズ及び前記撮像素子のいずれか一方の他方に対
   する相対的な位置を、前記焦点評価値が極大値となる位
   置に変更させるレンズ位置変更手段と、 前記増幅手段の増幅率が大きくなるときに前記基準レベ
   ルを高くすることを特徴とするオートフォーカスビデオ
   カメラ。
2. 【請求項２】 レンズを経て撮像素子上に結像される入
   射光より撮像映像信号を作成する撮像手段と、 撮像映像信号の高域成分を取り出すハイパスフィルタ
   と、 該ハイパスフィルタ出力の基準レベル以下の振幅の信号
   成分を除去する低レベル除去手段と、 該低レベル除去手段を経た高域成分の量を焦点評価値と
   して出力する評価値出力手段と、 前記レンズ及び前記撮像素子のいずれか一方の他方に対
   する相対的な位置を、前記焦点評価値が極大値となる位
   置に変更させるレンズ位置変更手段と、 撮像映像信号を基に撮像画面内に輝度レベルが所定レベ
   ルを越える高輝度部分が存在するか否かを検知する高輝
   度検知手段と、 該高輝度検知手段により高輝度部分が有ると判断される
   時に前記基準レベルを高くすることを特徴とするオート
   フォーカスビデオカメラ。
3. 【請求項３】 合焦動作の開始直後にのみ前記基準レベ
   ルの変更を実行することを特徴とする請求項１及び２記
   載のオートフォーカスビデオカメラ。