JPS63128876A - 自動合焦装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は二次元撮像素子により光学像を電気信号に変換
するカメラの自動合焦装置に関する。

〔従来の技術〕

ビデオ・カメラでは、ビデオ信号の高周波成分により撮
影画面の精細度を検出し、その間周波成分が最大になる
ようにフォーカシング・レンズ位置を制御することによ
り、カメラを合焦状態に自動制御する方式が知られてい
る。具体的には、被写体の境界線では映像信号が急激に
変化し、映像信号の高周波成分が増加する。そして、よ
り高い周波数成分の振幅が増すほど、合焦状態に近いこ
とになる。

また、ビデオ・カメラのように二次元撮像素子により光
学像を電気信号に変換するカメラにおいて、撮影画面の
一部を合焦検出領域とし、この合焦検出領域を被写体の
移動に追尾させ、合焦検出領域内からの金魚信号により
カメラを合焦状態に自動調節する構成は、既に公知であ
る（例えば、特開昭６０−２４９４７７号参照）。

この従来装置では、１フイールド（又はフレーム、以下
本明細書において同じ。）毎に、その合焦検出領域内で
被写体の特徴点を検出することにより、被写体像の移動
位置を知り、合焦検出領域を、その移動位置を中心とす
る小さな令頁域に再設定する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような従来装置では、連続するフィールドで被写体
像が設定合焦検出領域を外れる程に高速に移動する場合
には、合焦検出領域を被写体に追尾させることが出来な
い。動きの速い被写体に対応出来るようにするためには
、合焦検出領域を拡げる方法が考えられるが、そうする
と、追尾目的の被写体以外の他の被写体による影響を受
は易くなり、本来の追尾の意味が薄れ好ましくない。ま
た、動きの遅い被写体でも、ズーム・レンズを用いこの
ズーム・レンズをテレ側にズーミングする場合には、結
果的に動きの速い被写体になるので、従来の追尾式自動
合焦装置では、レンズ焦点距離に対する融通性が全く無
いといってもよい。

そこで本発明は、従来装置の欠点を克服し、撮影画面内
での被写体像の移動速度に関わらず合焦検出領域を目的
被写体像に追従させることのできる自動合焦装置を提示
することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る自動合焦装置は、撮影画面上の選択された
合焦検出領域内の被写体像で合焦検出を行い、被写体像
の移動に追随して合焦検出領域を更新する自動合焦装置
であって、合焦検出領域内での被写体像位置を検出する
位置検出手段と、連続する画面における被写体像位置情
報から次の画面における被写体像位置を予測し、その予
測位置に基づき次画面での合焦検出領域を変更する演算
手段とを具備することを特徴とする。

〔作用〕

本発明では、演算手段により、被写体像の移動位置を予
測し、その予測値に基づいて合焦検出領域を更新するの
で、次画面におい合焦検出領域内に被写体像が存在する
確率は極めて高くなり、追尾式の合焦検出をより確実な
ものとすることができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。第
１図は、本発明に係る自動合焦装置の一実施例の構成ブ
ロック図を示す。

第１図において、ｌＯはフォーカシング用のレンズであ
り、モータ１２により位置調節される。

撮像素子１４は、レンズ１０により撮像面に結像した被
写体像を電気信号に変換し、ビデオ信号の形態で出力す
る。プリアンプ１６は撮像素子１４からのビデオ信号を
増幅し、プロセス回路１８は所望の信号処理を施してＴ
Ｖ信号をビデオ出力端子に出力する。このプロセス回路
１８の具体的内容は、本発明には関係しないので説明を
省略する。

バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２０は、プリアンプ１６
から出力されるビデオ信号から合焦検出のための高周波
成分を抽出する。ＢＰＦの代わりに、微分回路とその出
力を絶対値化する絶対値回路とからなる回路を用いても
よい。ゲート回路２２は、ゲート・パルス発生回路２４
からのゲート・パルスに従い、１フイールドのビデオ信
号の指定領域の信号を通過させ、第１のピーク検出回路
２６に印加する。このピーク検出回路２６は、ＢＰＦ２
０による高周波成分を検波し、合焦検出領域の１水平走
査毎に入力信号のピーク値をホールドする回路である。

第４図（ａ）は撮影画面の区分状態を示すが、サンプル
・ホールド回路２８は、第４図（ａ）の水平分割に対応
する水平走査周波数ｆＨのｎ倍の周波数のクロックによ
りピーク検出回路２８の出力値をホールドし、比較回路
３０が、このサンプル・ホールド回路２８の出力とピー
ク検出回路２６の出力とを比較する。比較回路３０は、
ピーク検出回路２６の出力が変化する時点に立ち上がる
パルス信号を出力する。ピーク検出回路２６の出力変化
は、その変化部分が被写体像の成る種の境゛界であるこ
とを意味し、その変化が急峻である程、合焦状態に近い
ことになる。

カウンタ３２は、周波数ｎｆＨのクロックを計数し、デ
ータ・ホールド回路３４は、比較回路３０からのパルス
信号に応じて、カウンタ３２の計数値をホールドする。

データ・ホールド回路３４０ホールド値は、ピーク検出
回路２６の出力変化（即ち、ＢＰＦ２０の出力のピーク
）がｎ分割の水平区画のどの区画に位置するかを示し、
図示例では、合焦検出領域内に水平方向で複数のピーク
があるときにはその最大ピークの位置を示す。

第２のピーク検出回路３６は、第１のピーク検出回路２
６の出力を受け、合焦検出領域での垂直方向のピーク値
をホールドする。サンプル・ホールド回路３８及び比較
回路４０は、サンプル・ホールド回路２８及び比較回路
３０と同様に、ピーク検出回路３６の出力の変化時点を
示す信号を形成する。但し、サンプル・ホールド回路２
８へのサンプリング・クロックの周波数は、垂直同期信
号周波数ｆｖのｍ倍（第４図（ａ）の垂直方向の分割に
対応する）である。この結果、比較回路４０の出力は、
垂直方向のどの区画でピーク検出回路３６の出力が変化
したかを示す。

カウンタ４２は周波数ｍｆｖのクロックを計数し、デー
タ・ホールド回路４４は比較回路４０からのパルス信号
に応じて、カウンタ４２の保持値をホールドする。デー
タ・ホールド回路４４のホールド値は、ピーク検出回路
３６の出力変化（即ち、ＢＰＦ２０の出力のピーク）が
検出したピークがｍ分割の垂直区画のどの区画に位置す
るかを示し、図示例では、合焦検出領域内に垂直方向で
複数のピークがあるときにはその最大ピークの位置を示
す。

図示はしていないが、カウンタ３２は水平走査の開始時
にクリアされ、ピーク検出回路２６．３６及びカウンタ
４２は、垂直走査の開始時にクリアされる。

論理制御部４６は、各フィールドについて、各水平走査
のデータ・ホールド回路３４による水平方向位置データ
とデータ・ホールド回路４４による垂直方向位置データ
とから、当該フィールドにおける高周波成分のピークの
水平位置及び垂直位置を知る。論理制御部４６は、読み
込んだピークの水平位置及び垂直位置と、前フィールド
及び場合によっては前々フィールドのピーク位置値とか
ら、次フィールドにおけるピーク位置を予測する。

この予測は、−次元、二次元又は高次元関数や最小二乗
法により行うことができる。論理制御部４６は、カウン
タ３２．４２の保持値を参照し、このピーク予測位置を
実質的に中心とする合焦検出領域を設定すべくゲート・
パルス発生回路２４に制御信号を送る。ゲート・パルス
発生回路２４は、設定された合焦検出領域の信号をゲー
ト回路２２が通過させるように、ゲート回路２２にゲー
ト・パルスを送る。

ピーク検出回路３６の出力は、撮影画像の合焦度を示す
合焦信号であり、この合焦信号が最大になると合焦状態
にあることになる。そこで、この合焦信号をモータ駆動
回路１３に送り、この合焦信号がより大きくなるように
、モータ１２の回転方向、回転速度、及び回転／停止等
を制御する。

モータ駆動回路１３は例えば、前フィールドの合焦信号
を保持し、ピーク検出回路３６の出力をその保持合焦信
号と比較して、モータ１２の回転／停止、回転方向等を
決定する。そして、保持合焦信号を現在の合焦信号で更
新し、以後、同様の合焦動作を繰り返す。

サンプル・ホールド回路４８は、垂直同期信号に応答し
て、ピーク検出回路３６の出力をホールドする。比較回
路５０は、サンプル・ホールド回路４８のホールド値が
参照値Ｖ、。、より大きいか否かを調べ、Ｖ　ｒｓｆよ
り小さい場合には、合焦判定不可信号を論理制御部４６
に送る。論理制御部４６には他に、水平同期信号ｆＨ及
び垂直同期信号ｆｖが入力される。

次に、第１図の回路の動作を説明する。ＢＰＦ２０から
得られる映像信号の高周波成分は、ゲート回路２２によ
り画面の指定合焦検出領域に相当する信号が選択され、
ピーク検出回路２６に印加される。ピーク検出回路２６
は、人力信号の振幅のピーク値をホールドし、サンプル
・ホールド回路２８及び比較回路３０からなる回路が、
ピーク検出回路２６の出力ピーク値の変化時点に立ち上
がるパルス信号を出力する。データ・ホールド回路３４
が、このパルス信号に応答して、カウンタ３２の計数値
をホールドする。論理制御部４６は、各水平走査終了時
点にデータ・ホールド回路３４の保持データを読み込み
、各水平走査毎の水平方向ピーク位置データを保持する
。

ピーク検出回路２６は、各水平走査の終了時点では、そ
の水平走査でのピーク値を出力しており、第２のピーク
検出回路３６は、水平走査線が変わる毎に、ピーク検出
回路２６のクリア前に回路２６の出力を取り込み、垂直
方向でのピーク検出を行う。そして、サンプル・ホール
ド回路３８及び比較回路４０は、ピーク検出回路３６の
出力の変化時点を検出して、その変化時点に立ち上がる
パルス信号を形成する。データ・ホールド回路４４は、
このパルス信号に応答してカウンタ４２の保持値をホー
ルドする。カウンタ４２の保持値は、垂直方向での区間
単位での位置を表すので、垂直方向走査の終了時点で、
データ・ホールド回路４４は、合焦検出領域内での垂直
方向でのピーク位置を示すことになる。論理制御部４６
は、各フィールドの走査終了時にデータ・ホールド回路
４４の保持値を読み込む。

論理制御部４６は、データ・ホールド回路４４からの垂
直方向ピーク位置データでデータ・ホールド回路３４か
らの各水平走査線での水平方向ピーク位置データを参照
し、垂直方向ピーク位置データに対応する水平走査線上
の水平方向ピーク位置データを、当該フィールドにおけ
る高周波成分ピークの水平位置とする。勿論、当該フィ
ールドにおける高周波成分ピークの垂直位置は、データ
・ホールド回路４４からの垂直方向ピーク位置データに
より示される。論理制御部４６は、このピーク位置情報
と、過去の１つ又は２以上のピーク位置情報とから、−
次元、二次元又は高次元の多項式や最小二乗法により、
次フィールドにおけるピーク位置を予測する。

論理制御部４６の演算アルゴリズムを第２図に示す。合
焦検出領域を指定するために行うピーク位置の予測計算
は、仮に一次式で行うとすれば、連続する２フイールド
でのピーク位置情報が必要である。従って、カメラの起
動時には、この２フイ一ルド分のピーク位置情報を取り
込む必要がある。そこで例えば、カメラ起動時にはゲー
ト回路２２を２フイ一ルド間、全画面について又は画面
内の所定の若しくは撮影者指定の部分領域について開放
状態にする（Ｓ−１，５−２）。以後、第４図（ｂ）に
示すように、例えば水平方向に３区間、垂直方向に３区
間の小領域を合焦検出領域に指定して、ピーク位置の読
み込み及び合焦検出領域の更新を行う（Ｓ−３，５−４
）。

現在のフィールドｉに対し、次のフィールドｉ＋１のピ
ーク位置を予測し、合焦検出領域を更新する様子を第３
図に示す。

被写体像の動きが論理制御部４６における予測式に従わ
ない不規則な動きを示す場合とか、被写体そのものが画
面から外れる場合には、合焦検出領域を被写体像に追尾
させることが出来ない。このような場合には、ピーク検
出回路３６の出力が基準値Ｖｒ＠ｆ以下になるので、サ
ンプル・ホールド回路４８及び比較回路５０でこれを判
断しく５−５）、合焦判定不能の場合には、初期状態に
戻り（Ｓ−１）、再度２フイ一ルド分のピーク位置デー
タを収集する。

論理制御部４６は、予測されたピーク位置を実質的に中
心とする合焦検出領域についてＢＰＦ２０の出力がピー
ク検出回路２６に印加されるように、ゲート・パルス発
生回路２４を介してゲート回路２２を制御する。

また、上述の実施例では、合焦検出領域を水平方向に３
区画、垂直方向に３区画としたが、焦点距離の長いレン
ズの場合では、被写体の同じ動きでも、より焦点距離の
短いレンズに較べ相対的に被写体像の動きが早くなり、
しかもカメラ・ブレの影響も加わる。これは、ズーミン
グ・レンズを用いるときに顕著であり、そこで、焦点距
離の長いレンズを装着しているとか、ズーミング・レン
ズをテ゛し側にしているときには、合焦検出領域をより
広く設定するのが好ましい。これは、論理制御部４６に
使用レンズの焦点距離情報を入力し、予測ピーク位置か
ら合焦検出領域を計算する際の区画量を変えるようにす
ればよい。

更には、連続するピーク位置情報により被写体像の移動
速度を知ることが出来るから、移動速度が成る程度以上
速い場合には、ピーク位置の予測誤差を加味して合焦検
出領域を広めに設定し、移動速度が小さい場合には合焦
検出領域を狭めるようにしてもよい。こうすると、連続
的に且つ効率的な追尾を実現できる。

また、本実施例では、第４図（＋りに示すように撮影画
面を分割し、分割された画面の選択の仕方を変えること
によって追尾を行ったが、必ずしも、撮影画面を分割す
る必要は無く、合焦検出領域の変更の方法はこの実施例
に限定されない。

〔発明の効果〕

上記説明から容易に理解出来るように、本発明によれば
、目標被写体像により高い確率で合焦検出領域を追従さ
せることができ、より実用的なオート・フォーカスを実
現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る自動合焦装置の位置実施例のブロ
ック図、第２図は第１図図示回路の論理制御部の動作フ
ローチャート、第３図は本発明による合焦検出領域の設
定の様子を説明する図、第４図は撮影画面の区分状態と
、合焦検出領域の移動を説明する図である。 １０−・−フォーカシング・レンズ　１２−モータ１３
−モータ駆動回路　１４−楊像素子　１６・・−プリア
ンプ　１８−・−・プロセス回路　２０−・−ＢＰＦ２
２−ゲート回路　２４・−ゲート・パルス発生回路　２
６．３６・−ピーク検出回路　２８．３８−・サンプル
・ホールド回路　３０．４０・−比較回路３２．４２−
・−カウンタ　３４，４４・・−データ・ホールド回路
　４６−・論理制御部　４８−サンプル・ホールド回路
　５０−比較回路 特許出願人　　キャノン株式会社 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 撮影画面上の選択された合焦検出領域内の被写体像で合
   焦検出を行い、被写体像の移動に追随して合焦検出領域
   を更新する自動合焦装置であって、合焦検出領域内での
   被写体像位置を検出する位置検出手段と、連続する画面
   における被写体像位置情報から次の画面における被写体
   像位置を予測し、その予測位置に基づき次画面での合焦
   検出領域を変更する演算手段とを具備することを特徴と
   する自動合焦装置。