JPS6394213A - 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、ビデオ・カメラ、電子カメラ等の電子撮像素
子を有するカメラの自動合焦装置に関する。

〔従来の技術〕

ビデオ・カメラ等の自動合焦装置として、撮像素子から
得られる画像信号を利用して撮像面の被写体像の鮮鋭度
を検出し、その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方式が知られている。被写体像
の鮮鋭度は、基本的には画像信号の高周波成分の大小で
判定でき、例えば、バイパスフィルタや微分回路によっ
て画像信号の高周波成分を抽出する。

従来の基本的な回路構成を第８図に示す、撮像素子１０
から出力される画像信号から、ゲート回路１２が、画面
の合焦検出用の所定領域（通常は、画面の中央）に対応
する信号を抽出する。バイパスフィルタ１４はゲート回
路１２の出力信号の高周波成分を抽出し、ピーク検出回
路１６が、その画面（１フレーム又は１フイールド）に
おける画像信号高周波成分のピーク値を検出する。方向
判断回路１８は、ピーク検出回路１６で検出されたピー
ク値を前画面のピーク値と比較し、撮影光学系２０の移
動方間を決定する。方向判断回路１８はモータ駆動回路
２２を制御して、検出ピーク値が前ピーク値よりも大き
くなっていればモータ２４を同方向に回転させ、小さく
なっていれば逆転させ、実質的に変化が無いならばモー
タ２４の回転を停止させる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような従来方式では次のような問題がある。

第１に、合焦検出領域が画面上で固定されているため、
手振れや被写体の動きによって合焦検出領域に画像が出
入りし、その結果、検出される高周波成分の値が大きく
変動してしまう、これにより、光学系が誤った方向に駆
動されたり、合焦状態であるにもかかわらず光学系が停
止せず、ピクッキを生じたりする。第２に、合焦検出領
域には焦点合わせを行いたい物体以外の物体の画像が混
入しているため、例えば背景に点滅するランプ等がある
と、やはり同様な誤動作が生じる。

このような誤動作は、例えば特開昭６０−２４９４７７
号に開示されるように、目標物体の動きを検出し、常に
目標物体の位置に合焦検出領域を設定することにより除
去できる。しかし、−ａに画像信号の情報を用いて物体
の動きを逼跡するには、物体のパターンのような被写体
の特徴を記憶するためのメモリと、物体の動き量を算出
するための高速相関演算回路が必要となり、大規模で高
価な回路が必要であった。

本発明は、これらの問題を解決して、目標被写体に的確
に撮影光学系を合焦させ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、撮影光学系の所定像面に
配置された撮像素子より得られる画像信号より撮像素子
の設定された検出領域における画像信号の高周波成分の
ピーク値を検出し、検出したピーク値が増大するよう撮
影光学系を駆動して焦点合わせを行う自動合焦装置であ
って、該画像信号の高周波成分のピーク値を検出した撮
像素子上の位置を検出する手段と、該検出した位置に従
って前記検出領域を変更する手段とを有する。

〔作用〕

本発明では、合焦動作スタート時には、橋形者の指定す
る画面領域、又は画面中央領域において合焦目標物体位
置を検出すると共に金魚信号を形成し、以後、画面の変
わる毎に、前画面の合焦目標位置を包含する領域に合焦
検出領域を変更してその中で金魚信号を形成する。つま
り目標被写体の移動を監視し、合焦検出領域をそれに追
随させる。これにより常に同一目標で合焦検出が行われ
る。単一画面での金魚信号値により、又は連続画面の金
魚信号の比較から、合焦用撮影レンズの移動方向を決定
し光学系を合焦状態に制御する。

〔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、本発明の一実施例の構成ブロック図を示す。

第１図において、３０は、ＭＯＳ型、′ＣＣＤ型等の二
次元イメージセンサからなる撮像素子であり、３２は、
撮像素子３０から出力される画像信号の内、指定検出領
域内の信号を通過させるゲート回路である。ゲート回路
３礼の通過期間は、ゲート制御回路３４からの制御信号
により指定される。バイパスフィルタ（ＨＰＦ）３６は
、ゲート回路３２の出力信号から高周波成分を抽出する
。

ＨＰＦ３６の代わりに差分回路等を用いて高周波成分を
抽出してもよい、ピーク検出回路３８は、ＨＰＦ３６の
出力を受け、検出領域における画像信号の高周波成分の
ピーク値を検出する。　Ａ／Ｄコンバータ４０は、ピー
ク検出回路３８からのピーク値をディジタル値に変換し
てマイクロプロセッサ４２に送出する。

マイクロプロセッサ４２は、後述のルーチンに従いゲー
ト制御回路３４を制御して、ゲート回路３２の通過期間
を変更させる。

タイミング発生回路４４は、撮像素子３０を駆動すると
共に、ピーク検出回路３８、Ａ／Ｄコンバータ４０及び
カウンタ４５の動作タイミングを規定するタイミング信
号を発生する。カウンタ４５は、タイミング発生回路４
４０発生するクロック信号を計数し、垂直走査の開始時
点からの時間を計測する。ピーク位置検出回路４６は、
ピーク検出回路３８がピークを検出した時点に発生する
ピーク検出イ言号３９により、ピーク検出時点のカウン
タ４５の保持値をラッチし、マイクロプロセッサ４２に
送る。ピーク検出時点のカウンタ４５の保持値はそのピ
ークの画面位置を表す、ピーク検出回路３８及びカウン
タ４５は、垂直走査の開始時点でクリアされる。

マイクロプロセッサ４２は、各画面における垂直走査の
終了時点で、ピーク値Ｐ　（Ａ／Ｄコンバータの出力）
とピーク位置Ａ（ピーク位置検出回路４６の出力）とを
読み込み、ピーク値Ｐが増大する方向にモータ駆動回路
４９を制御すると同時に、ピーク位置Ａの位置変化に従
ってゲート回路３２の通過期間（即ち、検出領域）を変
更するようにゲート制御回路３４に指示する。モータ駆
動回路４９は、マイクロプロセッサ４２からの制御信号
に従い、撮影光学系４７の駆動モータ４８を指示方向に
回転させ、又は停止させる。

第２図は、マイクロプロセッサ４２により検出領域が変
更される様子を順に示す、つまり、全画面が、第２図の
（ａｌ、　（ｂ）、　（Ｃ）の順で５０ａ、５０ｂ。

５０ｃと変化するとする。

自動合焦動作の開始時点では、モータ４８の駆動を開始
すると共に、焦点合わせの目標となる物体に合焦動作を
ロヂクするために、第２図（ａ）のように全画面５０ａ
の中央部の適当な広さの標準検出領域５２を検出領域と
して設定し、その中における画像信号の高周波成分のピ
ーク値Ｐ１とそのピーク位置Ｑを検出する０画像信号の
高周波成分は、物体の輪郭等の明るさ変化部分で大きな
値を持つから、Ｑは例えば物体の輪郭上の点であり、手
振れや物体６動きに従って次画面５０ｂではＱの近傍の
点Ｑ゛に移動する。それ故マイクロプロセッサ４２は、
次画面５０ｂにおいて前画面５０ａのピーク位置Ｑを中
心とする小さな領域５４を合焦検出領域とし、その中の
新しいピーク値Ｐｂとその位置Ｑ゛を検出する。新しい
ピーク値Ｐ１を前のピーク値Ｐ、と比較し、モータ４８
の駆動方向を決定して撮影光学系４７をその方向に移動
させる。更に次の画面５０ｃでは第２図（ｅ）に示すよ
うに、Ｑｏを中心とする小さな領域５６を合焦検出領域
とし、その中でピーク値ＰＣとその位置Ｐ”を検出する
。

以後、このようにして、ピーク位置の移動に応じて検出
領域を追尾させる。開始時の検出領域５２に較べ以後の
検出領域は、ピーク位置近傍をカバーする狭い領域でよ
いため、合焦判定の演算及び合焦制御を迅速に行いうる
。

また、物体の移動に伴って、検出したピーク位置Ｑ、　
Ｑ’　、　Ｑ”が画面の端の方に移動してしまったとき
の処理として、予め退尾領域５１を設定しておき、検出
ピーク位置が所定時間以上連続してこの追尾領域５１を
出た場合には、パニング等によって目標物体が変更され
たと判断し、検出領域を第２図（ａ）の初期検出領域５
２に戻し、改めて自動合焦動作を開始する。

初期検出領域５２は、撮影開始時の盪影者の指示により
画面５０ａの任意の位置に設定できるようにしてもよい
。そうすれば、カメラを固定した状態で目的物体に合焦
動作をロックできる。また、盪影者の好みの時点で目標
物体を変更出来゛るように、合焦動作のリセット及び再
スタートを指示する手段をカメラに設けておくのがよい
。

第３図乃至第７図は、マイクロプロセッサ４２の動作を
示すフローチャートである。

電源投入後又は合焦動作のスタート指示により、マイク
ロプロセッサ４２は第３図Ｓ−１から動作を開始し、先
ず任意方向にモータ４８の駆動を開始すると共に、撮影
光学系４６が無限端又は至近端に達したことを検知する
ためのタイマをオンにして、時間の経過の計測を始める
。次に、画面中央部に標準領域（第２図（ａ）の領域５
２）を合焦検出領域に設定しく５−３）、垂直走査の終
了時点でその画面における高周波成分のピーク値Ｐとそ
の位ｆｉＡを読み込む（Ｓ−４）、ＰをノイズレベルＰ
　ｓｉｎと比較しく５−５）　、Ｐ≧Ｐ　ｓｉｎならば
Ｓ−１２（第４図）に分岐し、Ｐ＜Ｐ、ム、ならば前記
タイマを調べる（Ｓ−６）。

このタイマが、撮影光学系４６が無限端又は至近端に達
している程の経過時間を示していないときには、Ｓ−４
に戻り、端に達していることを示すときには、モータ４
８の回転方向を逆転すると共に当８亥タイマをリセット
しく５−７）、ノイズレベルＰ、Ｌｒ＋より大きい有効
なピーク値Ｐが積出されたかどうかのチェックを行う　
（Ｓ−８，５−９）。Ｓ−９でＰ≧Ｐ　１１１？＋なら
ばＳ−５と同様にＳ−１２（第４図）に分岐し、Ｐ　＜
　Ｐ　１１．＋１で且つ、前記タイマが過影光学系４６
が端に達したことを示す（Ｓ−１０）ときには、照明が
不充分である等の理由で焦点合わせが不可能であると考
えられ、例えばファインダ内に警告表示をした後所定時
間待ってからＳ−１の戻り、合焦動作をやり直す等の処
理を行う　（Ｓ−１１）。

第４図の５−１２〜１９はノイズレベルＰ　ｅｉ、１よ
り大きな高周波成分のピーク値Ｐを検出した後、Ｐの増
加する方向を探知するルーチンである。Ｐの値を一時変
数Ｐ０に保存しくＳ−１３）、第７図の５−３２をコー
ルすることにより検出領域の設定を行う（Ｓ−１４）。

第７図５−３２〜４１では、５−３３で、検出ピーク位
置Ａが第２図に示した追尾ｇｌ域５１を出ているか否か
を調べる。ＩＡはピーク位置が１尾領域５１外Ｑこ在る
画面数を計数するためのカウンタであり、Ａが追尾領域
５１内であればＩＡをリセットしくＳ−３３，３−３４
）　、第２図（ｂ）、　（Ｃ）に示すよう乙こ次画面に
おける検出領域を検出ピーク値５ｉＡを中心とする小さ
な領域５４．５６に変更する（Ｓ−３５）。５−３３で
ピーク位置Ａが追尾領域５１外であれば、所定時間連続
して追尾領域５１外にあるか否かを、■、を所定値Ｉ　
ＡＭＡＸと比較することにより判定しくＳ　　３７）、
Ｉａ＞　Ｉ　ＡＭＡＸならば検出領域を第２１１９（ａ
）の初期（又は標準）領域５２に戻してＩＡをリセット
してリターンしく５−３９．４０．４１）、そうでなけ
れば、１．の値を１だけ増加させ（Ｓ−３８）　、Ａの
近傍に検出６１域を変更してリターンする（Ｓ−３５，
３６）。

第４図に戻り、このように５−１４で検出領域の設定を
行った後、設定された検出領域におけるピーク（１ｉＰ
とくの位置Ａを読み込み（Ｓ−１５）、Ｐの増減を判断
する（Ｓ−１６）。Ｐが増加していればＳ−２０（第５
図）に分岐し７、Ｐが減少していれば５−１７に行って
モータ４８を逆転させ、タイマをリセットしてから５−
２０に行く。Ｐに実質的な変化が無ければ５−１４，５
−１５，５−１６でＰの変化のチェックを続行するが、
同時にタイマのチェックも行い（Ｓ−１８）、撮影光学
系４７が端に達しているときにはモータ４８の逆転及び
タイマのリセットを行って（Ｓ−１９）、５−１２に戻
り、諸動作を操り返す。

第５図の５−２０〜５−２５は、高周波成分のピーク値
Ｐが増加する方向にモータ４８が駆動されているときに
合焦点を検出するルーチンである。

タイマにより、過影光学系が端に達しているかどうかを
調べ（Ｓ−２１）、達していればＳ−２６（第６図）に
行って合焦時の処理を行う。端に達していなければ、５
−２２〜２５でピーク値の検出を続ける。５−２２〜２
４の処理は第４図の５−１３〜１５の処理と同じである
。Ｐが掻大値を過ぎて減少し始めたときに５−２６　　
（第６図）に分岐する。

第６図の５−２６〜３１は、合焦時の処理ルーチンを示
す。モータ４８の駆動及びタイマの作動を停止する（Ｓ
−２７）。ピーク値ＰをＰ。に保存し、５−２８〜３】
で検出値ＰがＰｏに較べ変化したか否かのチェ、りを続
け、変化があれば非合焦になったと見做してＳ−１に行
き、焦点合わせをやり直す。

上述の実施例では、全画面内において唯１つのピーク値
とその位１により、画像の鮮鋭度の評価と検出領域の変
更とを行っているが、勿論？１数のピーク値を用いても
よい。例えば、検出領域内の各水平走査線毎に高周波成
分のピーク値とその位置を検出し、画像の鮮鋭度値とし
てはピーク値の平均値を用いると共に、次画面における
検出領域を全体的に、又は各水平走査毎にそれらのピー
ク値の近傍に変更する。複数のピークについてピーク値
及びその位置を読み込むためには、ピーク検出回路３８
がピーク位ヱ横出回路４６に送るピーク検出信号３９を
マイクロプロセッサ４２にも供給して読み込み起動信号
とすればよい。

第１図にス示した実施例では、検出されるのは水平走査
方向の高周波成分であるから、検出領域は、第２図に符
号５４．５６で示すような矩形ではなく、垂直方向に長
い短冊状であってもよい。

尚、第２図は、説明のために誇張されていることが留意
されるべきである。

また、第１図におけるＨＰＦ３４を、水平方向で隣接す
る画素信号値間の差分の絶対値と、垂直方向に隣接する
画素信号値間の差分の絶対値とを求める回路に変更して
もよい、そうすれば、水平走査方向だけでなく垂直走査
方向の高周波成分をも検出出来る。撮影光学系４７が端
に位置するか否かを知るためにタイマを用いる例を説明
したが、その端部にマイクロスイッチを配置し、その開
閉で判定してもよい。

更には、高周波成分のピーク値Ｐを直接用いる代わりに
、検出領域での平均照度でそのＰを正規化した値を用い
ることにより、照明条件の変化等の影響を除去出来る。

また、１フイールド内又は１フレーム内で画像信号の時
間微分信号から金魚信号を得る合焦検出方式を利用する
こともできる。

〔発明の効果〕

上記説明から分かるように、本発明によれば、被写体像
に追随して合焦検出領域を変更移動させるので、被写体
の動きや手振れ等による誤動作が著しく改善される。ま
た、本発明によれば、被写体の焦点調節状態を示すパラ
メータを用いて被写体の動きを判別しているので、被写
体の動きを検出するための特別の装置を必要とせず簡単
な構成とすることができる。

【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概略ブロック図、
第２図は、第１図示装置により合焦検出領域が変更され
る様子を説明する図、第３図、第４図、第５図、第６図
及び第７図は、第１図におけるマイクロプロセッサの動
作を示すフローチャート、第８図は、従来の自動合焦装
置のブロック図である。 １０・−・揚傷素子　１２−ゲート回路　１４・−・バ
イパスフィルタ　１６−ピーク検出回路　１８一方向判
断回路　２０−撮影光学系　２２・−・モータ駆動回路
　２４−・モータ　３０−・・揚傷素子　３２−・−ゲ
ート回路　３４−・ゲート制御回路　３６−・バイパス
フィルタ　３８−・−・ピーク検出回路　３９・−・ピ
ーク検出信号　４０−Ａ／Ｄコンバータ　４２−マイク
ロプロセッサ　４４−タイミング回路　　４５・−、カ
ウンタ　４６−・ピーク位置検出回路４７−・撮影光学
系　４８−・モータ　４９−・・モータ駆動回路　５０
ａ、５０ｂ、５０ｃｍ＝画面５２・−初期設定（標準）
の検出領域　５４．５６−変更された検出領域 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 撮影光学系の所定像面に配置された撮像素子より得られ
   る画像信号より撮像素子の設定された検出領域における
   画像信号の高周波成分のピーク値を検出し、検出したピ
   ーク値が増大するよう撮影光学系を駆動して焦点合わせ
   を行う自動合焦装置であって、該画像信号の高周波成分
   のピーク値を検出した撮像素子上の位置を検出する手段
   と、該検出した位置に従って前記検出領域を変更する手
   段とを有することを特徴とする自動合焦装置。