JPS60183879A - 焦点検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） この発明は、撮像手段の出力信号によって焦点検出全行
う装置に関し、とくにビデオカメラ等の高感度化に伴い
、高精度の焦点検出を行うことができる焦点検出装置に
関する。

（従来技術） 主としてビデオカメラに用いられる、映像信号中の輝度
４５号から焦点検出を行ういわゆるＴＴＬ−受動方式の
自動焦点調節装置として、ｒ　ＮＨＫ技術研究」第１７
巻第１号（通巻第８６号）（昭和４０年発行）中の「山
登りザーボ方式によるテレビカメラの自動焦点調整」の
論文をはじめとして各種の方式が提案されている。これ
らの方式の多くは、被写体の像が鮮鋭になるほど輝度信
号中の高周波成分が高くなる現象を利用し、なんら力・
の信号処理手段によってこの高周波成分を取シ出し、こ
れがビーりになる位［ｉ合焦とする原理によるものであ
る。

ところで、後に詳細に説明するように、従来のビデオカ
メラでは、短焦点側で被写界深度が深くなるため、短焦
点側で遠近競合が起きる確率か高くても、後記第１０図
及び第１１図の２４で示す程度の一定の測距視野を設足
していたが、カメラの高感度化に伴い、短焦点側でも正
確なピントを得ることが必要になって来ている。

（目的） この発明は、前述の問題点に対処するため、撮像手段の
出力信号によって焦点検出を行う焦点検出装置において
、一定の測距視野のもとでは起０り勝ぢであった遠近競
合被写体による誤測距を減少し、高精度の焦点検出を行
うことができる手段を提供することを目的とする。

（笑施例による説明） 以下図示の火施例全参照して上記の目的を達成するため
この発明において講じた手段について例示説明する。下
記の説明は、この発明全二次元イメージセンサの出力信
号中の輝度信号の高周波成分から焦点検出を行う方式の
焦点検出装置に適用した例について、従来の焦点検出装
置、Ｃの発明の焦点検出装置の一実施例の構成及びその
合焦プロセスのノー序で行う。

（従来の焦点検出装置）（第１図〜第１１図）第１図〜
第４図は、前述の輝度（、ｉ対中の高周波成分がピーク
になる位置を合焦とする原理を模式的に説明するもので
ある。第１図は、白黒の縞をもつ被写体をビデオカメラ
で撮像する場合の結像面における像の状態を示しておシ
、図中縦方向の線を引いた部分が黒の部分に対応してい
る。結像面で合焦時には同図（Ａ）のようになるのに対
し、非合焦時には同図（［３）のように被写体の白黒の
境界がほけた状態になる。第２図は、上記のそれぞれの
状態におけるイメージセンサの出力中の輝度信号（Ｙ信
号）を示し、崩然合焦状態囚が（Ｂ）に比べて位置によ
る出力差が大きい。すガわち、合焦に近づくほどコント
ラストが高い。このＹ信号の処理手段についてはいくつ
かの提案がされており、例えばこの信号を微分して絶対
値化すると第３図（５）。

信号を２乗してから按分するという手段を採ってもよい
。

第４図は、縦軸に上記のようにして検出された高周波成
分の出力を、横軸に撮影レンズのうち焦点調節に関与す
るレンズ群の停止位置を示すもので、図から明らかなよ
うに合焦位置Ａでは高周波成分がピークを示し、非合焦
位置Ｂではピークをはずれる。

第５図は、第１図〜第４図に示す焦点検出動作を実行す
るためのシーケンスの一例を示し、このシーケンスは、
この発明の焦点検出動作にもその一例として適用される
ものである。測距開始と同時に後述の手段により測距視
野に相当する部分のＹ信号がとシ出され、■でその高周
波成分が抽出される。次に■で前記のレンズを徽小量、
この例ではぐりこむ方向へ駆動する（一般にくりこむこ
とによシ遠方の被写体に合焦するようになる）。

なお第５図では「→Ｆ」の符号でレンズヲ〈シこみ方向
へ駆動するＣとを示し、「→Ｎ」の符号でぐＤ（Ｂし方
向へ駆動することを示している。この状態で■で再び高
ＪＤ波成分がとシ出される。測距囲始時点でこのように
２つのレンズ位置に寂ける高周波成分金とシ出すのは、
方向（前ビンか後ピンか）を検知ブるためであシ、■で
これら２つの信号が比較される。

第６図は、前記の■及び■でそれぞれ抽出された高周波
成分Ａ及びＢの大小と焦点検出系の状態との関係を示す
ものであシ、同図（５）ではＡ（’Ｂであって前ビンの
状態であるからレンズをさらにくりこむことを要しく０
）、同図（Ｂ）ではＡ＃Ｂであるから合ビンとみなすこ
とができ（■）、同図（Ｃ）ではＡ＞Ｂであって後ピン
の状態であるからレンズをさらにくυ出すことを要する
（■）。このようにして方向検知した結果、レンズを駆
動した新たな位置で■において再び高周波成分をとシ出
し、駆動前の値と比較する（■）。その際、今回の値は
次のサイクルでも比較に用いるので■でサンプルホール
ドしく　Ｓ／Ｈ）　、次回の高周波成分抽出時にとシ出
されて比較に用いられる。このようにして、Ａ嬌Ｂとな
った段階で合焦と判断してレンズの駆動を停止する。

第７図は、上記のＹ信号を取シ出す手段を芙除のカメラ
に組みこんだ例を示すものであシ、図において１０は撮
影レンズのうちで焦点脆節に関与するレンズ群、１１は
ズーム系を構成するレンズ群で通常バリエータレンズと
コンペンセータレンズよシなシ、１２は結像系のレンズ
群である。１３は例えばＣＣＤよりなるイメージセンス
タイプの固体撮像素子、１４はクロック信号発生器、１
５は分周器、１６はＣＣＤ駆動回路、１７は水平及び垂
直同期信号発生器、１８ｉｌ−ｉアナログケ゛−ト、１
９は自動焦点調節回路であって具体的には前述のように
高周波成分によって方向検知を行うものとする。２０は
マイクロプロセッサであって、その指令に基づきモータ
駆動回路２ノが動作し、モータ２２を駆動する。

上記の構成において、クロック信号発生器１４が発生す
るクロック４８号は、分周器１５で分周されてＮＴＳＣ
又はＰＡＬ方式等における標準テレビジョン信号に基づ
いて１フイールド１／６０秒で画面を作シ出すようにＣ
ＣＤ　１３の１水平期間の読み出しタイミングを定める
信号が形成される。この信号に基づきＣＣＤ駆動回路１
６によって、ＣＣＤ　１３上に蓄積された光情報が順次
読み出される。読み出された信号は加算回路１７にで同
期信号が重畳され、さらに不図示の処理回路で公知のよ
うに処理されて映像信号が形成される。

一方分周器１５７Ｊ・らは、あらかじめ定められた測距
視野（例えば第８図の２４で示す位置）に対応する位置
でのみケ゛−トを開くべき信号が同時に出力され、アナ
ログゲート１８を経て、この部分のＹ信号のみが自動焦
点調節回路１９へ送られる。

以後の動作は前述のとおりである。

第９図は、第７図中のＤ−Ｇの各位置での信号の一例を
示し、ｐ）はＣＣＤ　１３からｖしみ出されたばかシの
生の信号を、（Ｅ）はこの信号に加算器１７にで同期１
３号が重畳された信号を、Ｃ）は自動焦点調節のだめの
同期信号を、また（Ｇ）は自動焦点調節のために取９出
されたところの測距視野２４に相当する部分のＹ信号を
それぞれ示している。

第１Ｏ図及び第１１図は、上記のように構成熟れたビデ
オカメラで被写体３２を撮影した場合のファインダ画面
内の像を示すもので、第１０図は比較的長焦点よシの、
第１１図は比較的短焦点よシの焦点距離で被写体３２を
撮影した場合である。

この図からも分かるように、一般的に、短焦点距離で撮
影している場合は両面内で被写体が占める割合は、長焦
点距離で撮影している場合よりも小さいことが多い。ま
た長焦点距離で撮影しても、被写体が小さい場合は被写
体距離が遠方であることが多い。これらのことを考え合
わせると、第１０図、第１１図に示した程度の測距視野
２４の位置を設定しておくと、長焦点側で撮影している
ときは、遠近競合による誤測距が起こシ離いが、短焦点
側ではこれが起こシ易い。なお図中２３は撮像視野領水
している。

一方、遠近競合を防ぐ目的で、第１０図、第１１図に示
す測距視野位置２４をさらに小さく構成することもでき
るが、この場合には、主として長焦点側で被写体のコン
トラストのない部分を測距する確率が高くなるので好ま
しくない。それで、従来のビデオカメラでは、短焦点側
で被写界深度が深くなることから、短焦点側で遠近競合
が起きる確率が高くても、前述の２４で示した程度の太
きさの測距祝野位ｆｉ、を設定している。しかしながら
、カメラの高感度化等に伴い、できれば短焦点側でも正
確なピントを得ることが必要になって来ている。

さらに、第１０図、第１１図は、被写体距離の差である
とも考えることができる。すなわち、第１０図は、被写
体が比較的近距離にある場合であって、測距視野２４で
とらえてしへる範囲は、はとんどすべて被写体３２であ
り、遠近競合が起こらないが、被写体３２が比較的遠距
離にある場合は、第１．１図のように遠近競合が起きる
可能性がある。

この考え方においても、被写体距離が遠いほど被写界深
度が深くなるために、遠近競合が起きてもそれほど大き
なほけにはならないという考えでやはシ紀１０図、第１
１図の２４で示す程度の大きさの測距視野が適当である
とされていた。しかしながら、上記の考え方においても
撮影レンズが高倍率化し、Ｆ値が小さくなるに伴い、よ
シ高い測距精度が必要になって来る◎ （この発明の焦点検出装置の一災施例の４．＋４成）（
第１２図、第１３図） この発明は、従来の焦点検出装置の前述の欠点を除去し
、一定の測距視野のも七では起こシ勝ちであった遠近競
合被写体による誤測距を減少し、高精度の焦点検出を行
うことができるようにするものである。すなわち、従来
の装置の前述の欠点についてさらに検討すると、測距視
野が大きすぎれば遠近競合が起きる可能性があシ、逆に
測距視野が小さずぎれば被写体のコントラストｉまくと
らえられない可能性があることが原因である。

そこで、この発明の実施態様によれば、撮影開始時又は
非合焦検出時には最小の測距視野にしておき、焦点検出
動作を可能にするだけの信号成分が撮像手段の出力から
得られないときは、測距視野を拡大するようにする。測
距視野の最小及び最大は設計意図によるが、例えば第１
２図の視野２５を最小の視野、第１０図、第１１図の視
野２４ｆ。

最大の視野とする。第１１図と第１２図とを比較すれば
、被写体３２が遠距離又はワイドである等の理由で画面
内で小さい場合は、第１２図の測距視野２５の方がまさ
っていることは明らかである。

第１３図は、この発明の焦点検出装置の一実施例を示し
、第７図の装置と基本的に同一の構成及び機能を有する
部分は、第７図と同一符号を付してその詳細な説明を省
略する。第１３図中２６はケ゛−ト制御回路の一例であ
るゾログラマプル・ロジック・アレイ（ＰＬＡ）であっ
て、測距視野を選択する信号を制御する。撮影開始時点
では、ＰＬＡ２６からのダート信号は、第１２図の２５
で示すような最小の測距視野に対応する。そしてこの小
さい測距視野内では、前ビン、後ビン等の方向検知がで
きない場合、すなわちコントラストが得られない場合は
、自動焦点調節回路１９に接続されたマイクロプロセッ
サ２０は焦点検出が不可能である旨の信号’ｉ　ＰＬＡ
　２６にフィードバックする。

ここで焦点検出が不可能とは、第６図の高周波成分Ａと
Ｂとの差が実質的に生ぜず、かつＡ＋Ｂ又はＡもしくは
Ｂがある一定レベルを超えない等の条件によシ、前ビン
、後ビン又は合ビンのどの状（ 態を検知できないことをいう。

ＰＬＡＲ６は上記の信号を受けてケ゛−ト１８を開く時
間を長くする。このように、撮影開始時点では測距視野
を最小（例えば第１２図の２５）としておき、この視野
では焦点検出が不可能であれば、これが可能になる壕で
測距視野を徐々に拡大するものである。

（この発明の焦点検出装置の一実施例の合焦プロセス）
（第１２図〜第１５図） 第１４図は、第１３図の実施例において合焦までの過程
においてＹ信号、ダート信号及びケ゛−トよシ取シ出さ
れたＹ信号が変化する態様を示し、第１５囚は、同じく
レンズ停止位置と高周波成分出力との関係を示すもので
あって、同図において横軸は、第６図と同様に距離環の
停止位置であり、Ｎは合焦距離が至近端である最くシ出
し位置、■は最〈シこみ位置を示し、縦軸は高周波成分
のレベルを示している。

先ず第１４図（Ａ）は、撮影開始時点の測距視野をｍの
距離全合焦位置とする位置であったとする。

裁１４図（［３）は、この場合のＰＬＡ　２６から出力
されるダート信号を示し、前述のようにダート１８のオ
ンの期間が最小であって、ケ”−ト１Ｂから取り出され
る被写体のＹ信号はコントラストが全くないので方向検
知かできず焦点検出が不可能である。

同図で示す測距視野による開局波成分は、第１５図の曲
線１０３で表わされる。曲１ｆ６Ｊ１０３は、上記の測
距視野では被写体上のほとんどコントラストがない個所
を検出するのみであるため合焦近傍にのみ山登シ曲線が
現われ、他の位置ではＣれが現われないことを示してい
る。なお合焦近傍で山登シ曲線か現われるということは
、第１４図（５）又は（Ｃ）のＹ信号では非合焦のため
にｈｌ、〜別できない小さいコントラストが突成には存
在していることを示している。この場合レンズの停止位
置は、第１５図のｍの位置にあるため第１４図（Ｃ）の
Ｙ（Ｈ号よシ得られた高周波成分は第１５図の０点で示
す傾斜のないレベルにあるから焦点検出は不可能である
。

このように焦点検出不可の判断がされると、その旨を表
わす信号がマイクロプロセッサ２θからＰＬＡ　２６に
転送され、ダート信号はオンの期間がより長くなる。第
１４図の）はこの場合のダート信号を、同図（Ｑはこの
ゲート信号の制御によ）取り出されるＹ信号を示してい
る。この新しい測距視野に対応する高周波成分が、第１
５図では曲線ｌθ２−（示される。第１４図（８では、
その両端部でコントラスト部分をとらえているので、高
周波成分は第１５図中Ｅで示すレベルになる。そしてこ
の位置では十分焦点検出が５４’能であるので、前述の
自動焦点＃□′！１節系の動作によシレンズ１０が〈シ
出され、第１４図囚におけるよりも幾分ピントが合って
くるために、Ｙ信号は同図（Ｆ）のように背景のコント
ラストがなだらかになシ、被写体部分のコントラストが
鮮明になる。この測距視野では焦点検出が可能であるの
で、ＰＬＡ　２６は同図（Ｄ）と同一のり゛−ト信号を
出力し、これにより取シ出されたＹ信号は同図し）で示
される。またこの位置での高周波成分出力は第１５図中
Ｇで示すレベルになる。

上記の動作の〈シ返しにより次のステップで取シ出され
たＹ信号で第１４図（Ｉ）で示され、高周波成分は第１
５図の曲線１０２の頂土工で示すレベルになシ、被写体
に合焦した位置であることが分かる。合焦状態において
測距視野を含む１水平川」間のＹ信号は第１４図（旬で
示され、同図（Ａ）と比べ被写体にピントが合って背景
がぼけたことが分かる。なおマイクロプロセッサ２０は
、いったん合焦状態に達した後に非合焦を検知したとき
は、再び最小の測距視野（第１２図の２５）に戻し、前
述の合焦プロセスを〈シ返すように制御する。

第１５図の曲線１０１は、前述のような測距視野の調整
をせずに、つねに最大の測距視野で測距を行った場合を
示しており、曲線の山は被写体距離ｌと背景の距離ｎと
の中間までずれてしまっている。第１１図に示す状態で
は、曲線１０１のような誤測距をする可能性が太きいが
、前述のこの発明の実施例によれは、被写体に検出可能
なコントラストがある限シ、正確な焦点検出を行うこと
ができ、測距系あるいは焦点調節系の精反が向上する。

前述の実施例は、撮像手段として二次元のイメージセン
サを使用し、その出力信号中の輝度信号の高周波成分に
よって焦点検出を行うものであったが、この発明におけ
る撮像手段は一次元のイメージセンサであってもよい。

あるいはインターラインＣＣＤよりなる撮像素子中のひ
とつ又は一部の列の出力信号の高周波成分によって焦点
検出を行う場合にも適用することができる。恣らに、こ
の発明は、撮像手段中の測距視野対応位置を２つの部分
に分け、これら２つの部分の出力を比較して焦点検出を
行う装置のように、高周波成分を利用しない装置にも適
用することができる。また第１３図のゲート１８をｆｆ
ｉ制御するには同図の！ログラマプル・ロジックアレイ
２６以外にも公知のタート制御回路を利用することがで
きる。

（効果） 以上詳細に説明したように、この発明によれば〜撮像手
段の出力信号によって焦点検出を行う装置において、撮
像手段の出力信号のとり出し範ＩＪ’ｌを可変とし、撮
影開始時又は非合焦検出時には前記のとり出し範囲のう
ち最小のとシ出し範囲で作動させるようにしたので、一
定の測距視野で作動させる従来の焦点検出装置で起こり
勝ちであった遠近競合被写体による誤測距を減少し、高
精度の焦点検出わるいは自動焦点調節を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

きも１図（Ａ）及びの）は、それぞれ合焦時及び非合焦
時における撮像装置の結像面上の被写体像の状態を模式
的に示す説明図、第２図（４）及び（Ｔ（）は、それぞ
れ第１図（Ａ）及び（１３）の状態におけるイメージセ
ンサの出力中の輝度信号を示す説明図、第３図（Ｎ及び
（Ｂ）は、それぞれ第２図囚及び（Ｂ）で示す信号を微
分した信号を示す説明図、第４図は撮像装置のレンズ位
置とイメージセンサの出力中の高周波成分との関係會示
す線図、第５図は焦点検出動作のシーケンスの一例を示
す説明図、第６図（５）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞ
れ焦点検出系の状態とイメージセンサの出力中の高周波
成分との関係を示す説明図、第７図は従来の焦点検出装
置のブロック図、第８図は標準的な測距視野位置を示す
説明図、第９図（Ｄ）　、　（Ｅ）　、（ト）及び（Ｇ
）はそれぞれ第７図のり、Ｅ、Ｆ及びＧの個所の信号を
示す波形図、第１０図は従来の焦点検出装置を用いる撮
像装置において比較的長焦点よシの焦点距離で被写体を
撮影した場合のファインダ画面内の像の状態を示す説明
図、第１１図は同じく比較的短焦点よりの焦点距離で撮
影した場合の像の状態を示す説明図、第１２図はこの発
明を実施した撮像装置において撮影開始時の測距視野の
大きさを示す説明図、第１３図はこの発明の焦点検出装
置の一実施例のブロック図、第１４図は第１３図の実施
例の動作を説明する波形図であって、同図（５）は撮影
開始時点の１水平期間の輝度信号を、同図（Ｂ）は同じ
くダート信号を、同図（Ｃ）は同じくダートから取シ出
された輝度信号を、同図（Ｄ）はオンの期間が長くなっ
たときのグートイら号を、同図（匂は同図Φ）のダート
信号の制御により取シ出された輝度信号を、同図Ｃ）は
同図（５）の場合よシもピントが合った状態における１
水平期間の輝度信号を、同図（Ｇ）は同じくダートから
取シ出された輝度信号を、同図＠）は合焦状態における
１水平期間の輝度信号を、同図（Ｉ）は同じくゲートか
らホ（シ出された輝度信号をそれぞれ示す波形しくであ
シ、第１５図は第１３図の丈ハ例におけるレンズの位置
とイメージセンサの出力中の筋周波成分との関係を第１
４図に対応させて示す線図である。 符号の説明 １０・・・撮影レンズのうち焦点調節に関与するし動焦
点調節回路、２０・・・マイクロプロセッサ、２２・・
・モータ、２４．２５・・・測距視野、２６・・・ダー
ト制御回路の一例であるプログラマプ／ｌ・口・ノック
・アレイ。 第１図 （Ａ）（Ｂ） 第２図　６ 第３図 第４図 第５閃 弓− 第６図 第１４図 第１４図 第１５図 Ｎ　χ　ｍｒｔｃ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）撮像手段の出力信号によって焦点検出を行う焦点
   検出装置であって、 前記撮像手段の出力信号のとり出し範囲を角変にする手
   段と、 撮影開始時又は非合焦検出時には前記の１ｊｉｉｌ囲の
   うち最小のとり出し範囲で作動させる制御手段と、 を具える焦点検出装置。 （２〕　前記制御手段は、前記最小のとり出し範囲では
   焦点検出が不可能であるとき前記出力信号のとシ出し範
   囲を拡大するよう制御する特許請求の範囲（１）記載の
   焦点検出装置。