JPH0779434B2 - 合焦検出装置 - Google Patents

合焦検出装置

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JPH0779434B2
JPH0779434B2 JP61110544A JP11054486A JPH0779434B2 JP H0779434 B2 JPH0779434 B2 JP H0779434B2 JP 61110544 A JP61110544 A JP 61110544A JP 11054486 A JP11054486 A JP 11054486A JP H0779434 B2 JPH0779434 B2 JP H0779434B2
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    • G02B7/28Systems for automatic generation of focusing signals
    • G02B7/36Systems for automatic generation of focusing signals using image sharpness techniques, e.g. image processing techniques for generating autofocus signals
    • HELECTRICITY
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    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60Control of cameras or camera modules
    • H04N23/67Focus control based on electronic image sensor signals
    • H04N23/673Focus control based on electronic image sensor signals based on contrast or high frequency components of image signals, e.g. hill climbing method

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、例えばビデオカメラ等の撮像光学系に好適な
合焦検出装置に関する。
[従来の技術] 従来、ビデオカメラ等において、撮像素子から得られる
画像信号により撮像面上の被写体像の鮮鋭度を検出し、
鮮鋭度が最も高くなるように光学系を駆動して焦点合わ
せを行う種々の鮮鋭度検出方式が知られている。これら
の方式のうちで代表的な方式としては基本的にはハイパ
スフィルターあるいは微分回路等によって画像信号の高
周波数成分を抽出し、抽出した高周波成分の大小によっ
て像の鮮鋭度を評価する方式であって、かかる方式によ
り焦点合わせを行う際には、光学系を駆動して得られる
結像状態の異なる2つの像の鮮鋭度を比較することによ
り光学系の駆動方向を決定し、鮮鋭度が最大となった位
置で光学系を停止し、光学系の合焦状態を得るようにし
ていた。
第9図はこのような方式による従来の合焦検出装置の構
成例を示す。本図において、1は被写体を撮像面に結像
させる結像レンズ、2は撮像素子3を駆動する駆動回
路、4は測距領域を定めるゲート回路、5はその測距領
域内の所定周波数帯域を検出するバンドパスフィルタ、
6は結像レンズ1をその焦点深度内で微小振動させる駆
動回路、10はその駆動回路6で駆動されるアクチュエー
ターである。7はマイクロコンピューターであり、バン
ドパスフィルタ5の出力信号により、レンズ1の駆動方
向および合焦位置を判断する。8はマイクロコンピュー
ター7の指令にもとづいて結像レンズ1の結像位置を制
御する駆動回路、9はその駆動回路8で駆動されるアク
チュエーターである。
第10図はある被写体を撮像し、その所定領域内のバンド
パスフィルタ5から得られる周波数成分を、レンズ1の
位置の関数として図示したものである。合焦点Cは本図
に示すように、周波数成分が極大値を示すレンズ1の位
置である。第9図の合焦装置ではレンズ1の位置をこの
合焦点Cに制御する。上述の極大値を検出するには、ア
クチュエーター10により結像レンズ1を構成する一部の
レンズを微小振動させ、その周波数成分の変化から検出
する。
第11図は合焦点Cおよびその前後での周波数成分の変動
を表わしたものである。本図のAの波形はレンズ1を微
小振動させるための駆動信号であり、B〜Dの波形は、
それぞれ合焦点前側,合焦点,合焦点後側でのバンドパ
スフィルター5の出力成分である。本図のBおよびDの
波形で示すように、合焦点の前後でバンドパスフィルタ
ー成分の出力変動の位相が180゜変わり、この位相が入
れかわる所が合焦点となり本図のCのように出力に変動
がない状態となる。そこで、マイクロコンピューター7
はこのバンドパスフィルター5の出力信号の振幅と位相
とを入力して、結像レンズ1の駆動方向を判断し、合焦
位置Cに結像レンズを止めるようにアクチュエーター9
の駆動回路8へ指令を出す。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、このような従来方式では、被写体の合焦
近傍では、この方式は成り立つが、合焦点から大きくは
ずれた大ぼけ位置、例えば第10図のE点では、バンドパ
スフィルター5の出力の成分は第11図のEで示すように
なり、合焦信号と区別がつかない。従って、この方式に
よる従来装置では、大ぼけ状態にレンズ位置があるとき
の結像レンズ1の駆動方向がわからず、試作錯誤で駆動
する以外に方法がないという重大な欠点があった。
そこで、本発明は上記の欠点を除去し、大ぼけ状態にお
けるレンズの駆動方向の判断が容易に行える合焦検出装
置を提供することを目的とする。
[問題点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、焦点調節用レン
ズと、前記焦点調節用レンズによつて光電変換面に結像
された被写体像を画像信号に変換する光電変換素子と、
前記焦点調節用レンズの位置を制御するレンズ駆動手段
と、前記光電変換素子の出力信号に基づいて画面内に設
定された所定の測距領域内の合焦度と該測距領域外の合
焦度とを検出する検出手段と、該検出手段から検出され
た前記測距領域内の合焦度が所定のレベル以下の場合に
前記測距領域内の合焦度と前記測距領域外の合焦度とを
比較することにより前記レンズ駆動手段による前記レン
ズを駆動する方向を判定する判定手段とを具備したこと
を特徴とする。
また本発明は、前記検出手段が、前記被写体像のエツジ
部分の幅を合焦度として検出することを特徴とする。
また本発明は、前記検出手段が、前記エツジ部分の幅
を、前記被写体像のエツジ部分の輝度変化の勾配と該エ
ツジ部分における輝度差との比をとることによつて検出
することを特徴とする。
さらに、本発明は、焦点調節用レンズと、前記レンズに
よつて光電変換面に結像された被写体像を画像信号に変
換する光電変換素子と、前記焦点調節用レンズの位置を
制御するレンズ駆動手段と、前記光電変換素子の出力画
像信号中より、画面の中央部に設定された中央領域内に
相当する前記光電変換素子の出力画像信号を抽出して合
焦度を検出する第1の検出手段と、前記光電変換素子の
出力画像信号中より、前記中央領域周辺に設定された周
辺領域内に相当する前記光電変換素子の出力画像信号を
抽出して合焦度を検出する第2の検出手段と、前記第1
の検出手段によつて検出された合焦度が所定のレベル以
下のとき、前記第1の検出手段によつて検出された合焦
度と、前記第2の検出手段によつて検出された合焦度と
を比較して前記レンズ駆動手段による前記レンズを駆動
する方向を判定する判定手段とを具備したことを特徴と
する。
[作 用] 本発明では、測距領域内における被写体が大ぼけ状態の
ときに、測距領域外の合焦度を用いてレンズの駆動方向
を判定するようにしたので、大ぼけ状態におけるレンズ
駆動方向の誤動作を改善できる等の効果が得られる。
[実施例] 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。
第1図は本発明の一実施例の全体構成を示す。本図にお
いて、41,42はそれぞれTV画像の所定の測距領域とそれ
以外の領域を定めるゲート回路、51,52は合焦度を検出
する合焦度検出回路である。61,62は上述の各領域内の
最大値を検出するピーク検出回路である。ゲート回路4
1,42は、後述の第3図(B),(C)の斜線部分で示す
ような領域の信号のみを通過させるものである。ここで
第3図(A)は撮像画面に受光される物体像(被写体
像)を示す。なお、1,2,9,7,8は第9図の従来例と同様
なのでその詳細な説明は省略する。
第2図(A)は第1図の合焦度検出回路51,52の回路構
成例を示したものである。
第2図(A)において、102は撮像素子(光電変換素
子)より得られる画像信号I(t)を微分して、画像信
号の勾配dI/dtを求める微分回路、103は絶対値回路であ
り、104は画像信号のエッジ部分における輝度差ΔI
(x)に対応する信号ΔI(t)を算出する微分積分回
路である。なお、tは撮像素子1から信号を読み出す際
における読み出し開始時からの時間を示す。
第2図(B)にはΔI(t)算出の微分積分回路104の
回路構成を示す。第2図(B)において114は時間Tだ
け信号を遅延させる遅延回路、115は減算回路、116は積
分回路であり、この両回路により入力信号 の遅延差信号 を積分することにより出力信号 を得る。
第2図(A)の106は を時間T/2程度遅延させる遅延回路105,107は対数回路、
108は差分回路であり、対数の差をとることにより を得る。
すなわち、物体像のエッジ部分の輝度変化の勾配と、こ
のエッジ部分における輝度差との比をとることによりエ
ッジ部分の幅を検出し、この幅の大きさqに基づいて合
焦度を検出する。特に、合焦度検出回路51,52での合焦
度検出の特徴は画像信号I(t)のみから合焦値qが求
まり、さらに被写体の形状や明るさ等に影響されずに合
焦点では常に一定の値q0を示すことにある。
第4図は、結像レンズ(焦点調節用レンズ)1の位置と
合焦度の関係を表わしたものであり、合焦度のピーク値
q0は被写体によらず一定であることを示している。従っ
て、ある上限のスライスレベルq1を設定することによ
り、q1を合焦値が越えると合焦であると判断でき、逆に
ある下限のスライスレベルq2を下まわると大ぼけ状態だ
と判断できる。
今、第3図(A)に示すような被写体像を撮像する場合
には、一般には撮像したい物体(図では人物)が中央の
測距領域内にあり、その外側には被写体より遠方の景色
が入ることが多い。このようなときの合焦度を表わした
のが第5図である。第5図の実線で示した波形がゲート
回路41による測距領域内(第3図(B)の斜線部分)で
の合焦度の曲線であり、点線で示した波形がゲート回路
42による測距領域の外側領域(第3図の(C)の斜線部
分)での合焦度の曲線である。本図からも分るように測
距領域内の合焦点P1に比べ、その外側の領域の合焦点P2
はずれており、P1の方がレンズ1を繰り出した位置とな
る。
今もし、測距領域内の合焦度がq2より小さく、大ぼけ状
態だとすれば、その時のレンズ1の位置は本図のA点よ
り右側、もしくは本図のB点より左側にあると判断でき
る。そこで、次に測距領域外の合焦度を比べたとき、そ
の測距領域外の合焦度の値が測距領域内の合焦度の値よ
り大きければ、レンズ1の位置はB点より左側にあると
判断できるのでレンズ1を繰り出す方向へ駆動すればよ
い。また、逆に測距領域外の合焦度の値が測距領域内の
合焦度の値より小さければ、A点より左側にあると判断
でき、レンズを繰り込む方向へ移動すればよい。このよ
うに、従来レンズ駆動方向の判断が困難であった大ぼけ
時に、測距領域外の合焦度を用いれば、レンズ1の駆動
方向の判断が容易にできる。
第5図は上述の本発明実施例装置による大ぼけ時のレン
ズ駆動方向判別手順の一例を示す。まず、ステップS1に
おいて第1のピーク検出回路61の出力に基づいて測距領
域内の合焦度PFを検出し、次のステップS2においてあら
かじめ定めた所定の下限スライスレベル(閾値)q2
り、合焦度PFの値の方が小さいか否かを判定する。ステ
ップS2が肯定判定のときには、大ぼけ時であるので、次
にステップS3で測距領域外の合焦度PEを第2のピーク検
出回路62の出力に基づいて検出し、次いでステップS4で
検出値PFとPEとを比較してPE>PFのときにはステップS5
でレンズ1を駆動回路8およびアクチュエータ9を介し
て繰り出し方向へ移動させる。一方、PE>PFでないとき
にはステップS6でレンズ1を繰り込む方向へ移動させ
る。なお、ステップS2でPF<q2でないと判断した時には
ステップS7へ進み、大ぼけ時でないのでレンズ微小振動
による方向判別および駆動を行う。
また、本発明では、第7図に示すように測距領域の上下
の領域(斜線で示す部分)からの合焦度からもレンズ1
の駆動方向を求めることができる。
普通、野外などで撮像する場合には、視野の上側には空
など、被写体より遠方の景色が入ることが多く、また逆
に視野の下側は道路などの被写体よりも近景の景色が入
ることが多い。そこで、測距領域W0の外側を上部領域W2
と下部領域W1とに分けて合焦度を検出すると、第8図に
示すように、3つのピークをもった合焦度の曲線2,
0,が表われる。測距領域W0に被写体を入れたとき
に、大ぼけ状態であれば、レンズ1は前記実施例と同様
に第8図のA点の右側もしくは第8図のB点の左側にあ
るはずであるから、次に、W1,W2の領域からの合焦度
1,を検出してなるときは近景側に合焦
になるようにレンズ1が位置していると判断できるの
で、被写体に合わすにはレンズ1を繰り込む方向にレン
ズ1を駆動すればよい。また逆に、のときに
はレンズ1が遠景側に合っていると判断できるので、レ
ンズ1を繰り出せばよい。このような動作を行うには例
えば第1図においてゲート回路,合焦度検出回路,ピー
ク検出回路の一組をさらに並列に付け加えればよいこと
は明らかである。
[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、測距領域内におけ
る被写体が大ぼけ状態のときに、測距領域外の合焦度を
用いてレンズの駆動方向を判定するようにしたので、大
ぼけ状態におけるレンズ駆動方向の誤動作を改善できる
等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の全体構成を示すブロック図、 第2図(A)は第1図の合焦度検出回路の内部構成を示
すブロック図、本図(B)は本図(A)の微分積分回路
の内部構成を示すブロック図、 第3図(A)は本発明実施例の被写体の例、本図(B)
は測距領域、本図(C)はその測距領域の両側の領域を
示すそれぞれ説明図、 第4図,第5図は本発明実施例でのレンズ位置と合焦度
との関係を示す特性図、 第6図は第1図の本発明実施例の動作手順を示すフロー
チャート、 第7図は本発明の他の実施例における測距領域と該領域
外との分割方法を示す説明図、 第8図は第7図の分割方法でのレンズ位置と合焦度の関
係を示す特性図、 第9図は従来装置の構成を示すブロック図、 第10図は従来装置のレンズ位置と周波数成分との関係を
示す特性図、 第11図はレンズを微小変動したときの周波数成分の変動
状態を示す波形図である。 2,8……駆動回路、 3……撮像素子、 7……マイクロコンピュータ、 9……アクチュエータ、 41,42……ゲート回路、 51,52……合焦度検出回路、 61,62……ピーク検出回路。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】焦点調節用レンズと、 前記焦点調節用レンズによつて光電変換面に結像された
    被写体像を画像信号に変換する光電変換素子と、 前記焦点調節用レンズの位置を制御するレンズ駆動手段
    と、 前記光電変換素子の出力信号に基づいて画面内に設定さ
    れた所定の測距領域内の合焦度と該測距領域外の合焦度
    とを検出する検出手段と、 該検出手段から検出された前記測距領域内の合焦度が所
    定のレベル以下の場合に前記測距領域内の合焦度と前記
    測距領域外の合焦度とを比較することにより前記レンズ
    駆動手段による前記レンズを駆動する方向を判定する判
    定手段と、 を具備したことを特徴とする合焦検出装置。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載の装置におい
    て、 前記検出手段は、前記被写体像のエツジ部分の幅を合焦
    度として検出することを特徴とする合焦検出装置。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第2項記載の装置におい
    て、 前記検出手段は、前記エツジ部分の幅を、前記被写体像
    のエツジ部分の輝度変化の勾配と該エツジ部分における
    輝度差との比をとることによつて検出することを特徴と
    する合焦検出装置。
  4. 【請求項4】焦点調節用レンズと、 前記レンズによつて光電変換面に結像された被写体像を
    画像信号に変換する光電変換素子と、 前記焦点調節用レンズの位置を制御するレンズ駆動手段
    と、 前記光電変換素子の出力画像信号中より、画面の中央部
    に設定された中央領域内に相当する前記光電変換素子の
    出力画像信号を抽出して合焦度を検出する第1の検出手
    段と、 前記光電変換素子の出力画像信号中より、前記中央領域
    周辺に設定された周辺領域内に相当する前記光電変換素
    子の出力画像信号を抽出して合焦度を検出する第2の検
    出手段と、 前記第1の検出手段によつて検出された合焦度が所定の
    レベル以下のとき、前記第1の検出手段によつて検出さ
    れた合焦度と、前記第2の検出手段によつて検出された
    合焦度とを比較して前記レンズ駆動手段による前記レン
    ズを駆動する方向を判定する判定手段と、 を具備したことを特徴とする合焦検出装置。
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