WO1998052351A1 - Dispositif autofocus - Google Patents

Description

明細書 自動焦点装置 技術分野

この発明は自動焦点装置に関し、 特に、 ビデオカメラなどの自動焦点装置に関 する。 背景技術

ビデオカメラなどの自動焦点装置においては、 輝度信号の高周波成分を焦点評 価値としてその評価値が最大のときの被写体に合焦したとしている。 また、 撮像 画面の明るさに応じてアイリスなどの撮像画面全体の明るさを調整するシステム があり、 撮像画面全体が明るい場合は、 撮像画面全体の明るさが飽和しないよう に調整される。 よって、 撮像画面全体が明るい場合は、 高輝度の被写体が画面内 に存在しても高輝度の被写体と撮像画面全体の輝度差が少ないので、 高輝度の被 写体の明るさも飽和しないように調整されるため、 合焦せずにぼけた場合でもぼ けた部分が白方向に飽和することがなく、 合焦したときの評価値が最大となり合 焦する。

従来の技術においては、 撮像画面全体が明るい場合は、 アイリスなどにより撮 像画面全体の明るさおよび評価値が飽和しないように調整され、 高輝度の被写体 があっても合焦するが、 撮像画面全体が暗い場合は、 部分的に高輝度の被写体が あってもアイリスはかなり開く。 もし、 部分的な高輝度の被写体に合わせてアイ リスを絞ると、 撮像画面全体も非常に暗くなり、 実際に見た場合と比べても非常 に違和感を感じるからである。 そうすると、 部分的な高輝度部分は撮像画面全体 との輝度差が大きいために、 白方向に飽和した状態となるので、 合焦せずにぼけ たときでも、 ぼけることにより飽和領域が大きくなり、 その輪郭が大きくなるこ とにより高周波成分が増して評価値も大きくなり、 その状態で自動焦点装置が合 焦したと見なして止まる場合が多レ、。

それゆえに、 この発明の主たる目的は、 撮像画面全体が喑くてアイリスがかな り開いているときは輝度レベルが一定の値以上のエリアの高周波成分の積算を除 外することにより、 部分的な高輝度の被写体の評価値から高輝度成分を除外する ようにした自動焦点装置を提供することである。 発明の開示

この発明はレンズュニットを制御して撮像素子に入力される像を合焦させる自 動焦点装置であって、 撮像画面を複数の領域に分割して各領域ごとの映像信号の 高周波成分を積算して焦点評価値として出力する焦点評価値検出回路と、 レンズ の撮像素子に対する相対位置を変位せしめて焦点評価値が最大値となるように合 焦動作を行なうフォーカス制御回路と、 撮像画面の領域ごとの輝度レベルを検出 する輝度レベル検出回路と、 アイリスの開き具合を検出するアイリス検出回路と、 検出された各領域ごとの輝度レベルが予め定めるしきい値以上であることに応じ て焦点評価値検出回路によるその領域の高周波成分の積算を選択的に除外させる 除外回路と、 検出されたアイリスがある値以上開いているときには焦点評価値検 出回路による輝度レベルが一定の値以上の領域の高周波成分の積算を除外回路を 用いて除外させる制御回路とを含む。

したがって、 この発明に従えば、 アイリスがある値以上開いていることが検出 されたことに応じて、 輝度レベルが一定の値以上の領域の高周波成分の積算を除 外することにより、 アイリスを絞りすぎて画面全体を暗く しすぎて違和感を与え ることのない暗い場面でのスポット光などの部分的な高輝度にも迷わずに合焦さ せることができる。

より好ましくは、 アイリス検出回路によって検出されたアイリスの開き具合に 応じて、 積算を除外する領域を決める輝度レベルのしきい値が変化される。

さらに、 より好ましい実施例では、 検出されたアイリスの開口面積が所定の値 以上であれば所定 をしきい値とし、 アイリスの開口面積が所定の値以下であれ ばアイ リスの開口面積に応じてしきい値を設定する。 図面の簡単な説明

第 1図はこの発明の一実施例の全体の構成を示すプロック図である。 第 2図は第 1図に示した露出評価値作成回路の具体的なブロック図である。 第 3図は第 1図に示した焦点評価値作成回路の具体的なプロック図である。 第 4図は撮像画面の焦点評価値を作成するための領域分割 （n， m) を示す図 である。

第 5図は撮像画面の露出評価値を作成するための領域分割 （ A 1〜A 6 ) を示 す図である。

第 6図は焦点評価値とレンズの変位量との関係を示す図である。

第 7図はアイリス開口面積と明るさとの関係を示す図である。

第 8図は露出評価値と明るさとの関係を示す図である。

第 9図は基準値とアイリス開口面積との関係を示す図である。

第 1 0図はこの発明の一実施例の具体的な動作を説明するためのフロ一チヤ一 トである。

第 1 1図は第 1 0図に示した焦点評価値の取込動作を示すフローチャートであ る。 発明を実施するための最良の形態

第 1図はこの発明の一実施例のブロック図である。 第 1図において、 フォー力 スレンズ 1はアイリス 2を介して C C D 3への合焦を司るものであり、 図示しな いがフォーカスレンズ 1の被写体側には変倍機能を有するズームレンズが設けら れている。 フォーカスレンズ 1は機構部とモータとからなるレンズ駆動部 1 5に より光軸方向に進退する。

上述のフォーカスレンズ 1を介して C C D 3に結像された被写体像は光電変換 されて映像信号になり、 A / D変換器 4によってディジタル映像信号に変換され る。 このディジタル映像信号は色分離回路 5によって R， G , B信号に色分離さ れ、 信号処理回路 7に与えられるとともに、 露出評価値作成回路 8と焦点評価値 作成回路 9とに与えられる。 前述の C C D 3， AZD変換器 4 , 色分離回路 5 , 露出評価値作成回路 8， 焦点評価値作成回路 9にはタイミング発生回路 1 0から 発生されたタイミング信号が与えられる。 信号処理回路 7では映像信号に同期信 号が付加される。 アイリス 2は撮像画面の光量を調整するものであり、 たとえばホール素子を用 いた絞り量検出回路 1 1によってアイリス 2の開き具合が検出される。 絞り量検 出回路 1 1の検出出力はしきい値作成回路 1 6に与えられ、 アイリス 2の開き具 合に応じたしきい値が作成されて焦点評価値作成回路 9に与えられる。 すなわち、 しきい値作成回路 1 6は、 アイリスの開口面積が所定直以上であれば所定値をし きい値とし、 アイリス 2の開口面積が所定値以下であれば、 アイリス 2の開口面 積に応じてしきい値を設定する。

露出評価値作成回路 8は後述の第 2図で詳細に説明するが、 たとえば特開平 3 - 3 2 1 7 5号公報に記載されているような自動露出調整装置などが用いられる。 すなわち、 露出評価値作成回路 8は撮像画面を第 5図に示すように 6つの領域 A 1〜 A 6に分割して各領域の輝度評価値を作成し、 画面全体の輝度レベル値を得 て露出評価値を作成し、 適正な露出調整を行なうものであり、 作成された露出評 価値はアイリス制御回路 1 3に与えられる。 アイリス制御回路 1 3は与えられた 露出評価値に基づいてアイリス駆動部 1 4を制御し、 アイリス駆動部 1 4はアイ リス 2の開口度を調節する。

焦点評価値作成回路 9は色分離回路 5から与えられた R G B信号に基づいて、 第 4図に示すように撮像画面を （1， 1 ) 〜 （n , m) の領域に分割したとき、 各領域ごとの映像信号の高域成分を積算して焦点評価値として作成するものであ り、 出力信号をフォーカス制御回路 1 2に与える。 フォーカス制御回路 1 2はレ ンズ駆動部 1 5に含まれるフォ一カスモータによってフォ一カスレンズ 1を第 6 図に示すように、 近点から無限大位置または無限大位置から近点まで変位させ、 焦点評価値が第 6図に示すように最大値になつたときに合焦したものとしてフォ 一カスレンズ 1の駆動を停止させる。 なお、 （1， 1 ) 〜 （n， m) の領域は最 大で C C D 3の画素数まで細分化できる。 また、 フォーカス動作については、 特 開平 3— 2 5 8 1 7 1号公報に詳細に記載されている。

また、 焦点評価値作成回路 9は絞り量検出回路 1 1の検出出力に基づいて、 ァ ィリス 2がある値以上開いていることが検出されたことに基づいて、 しきい値作 成回路 1 6からのしきい値に応じて輝度レベルが一定の値以上の高周波成分の積 算を除外する。 第 2図は第 1図に示した露出評価値作成回路の具体的なプロック図である。 第 2図において、 領域分割回路 8 1には、 第 1図に示した色分離回路 5から R G B 信号が与えられる。 領域分割回路 8 1は第 5図に示すような 6個の領域 A 1〜 A 6を分割して領域分割信号を積算回路 8 2に与える。 積算回路 8 2は図示しない が AZD変換器と、 この AZ D変換器出力と後続のラッチ回路出力とを加算する 加算器と、 この加算出力をラッチするラッチ回路とによって構成されたディジタ ル積算回路で構成される。 そして、 この積算回路 8 2は領域 A 1〜A 6のそれぞ れの領域内における輝度信号の低域成分の 1フィールド分の積算値をメモリ 8 3 に記憶させる。 なお、 メモリ 8 3は 1フィールドごとにデータが更新される。

1画面分で 1フィ一ルド分の積算が完了すると、 メモリ 8 3に保持された最新 の各領域での 1フィ一ルド分の積算値は各領域の輝度評価値 Y 1〜Y 6として重 み付け回路 8 4と正規化回路 8 5とに与えられる。 正規化回路 8 5は各領域の輝 度評価値 Υ 1〜 Υ 6を各領域の面積 S 1〜 S 6で割算して、 各領域の単位面積あ たりの輝度評価値を正規化輝度評価値 V：!〜 V 6 (V 1 = Y 1 / S 1 , V 2 = Y 2 / S 2 · · ·) として優先度決定回路 8 6に出力する。

優先度決定回路 8 6は各正規化輝度評価値に基づいて各領域の優先度を決定す る。 すなわち、 優先度決定回路 8 6はたとえば第 5図の中央の領域 A 1とその周 辺の領域 A 2の正規化輝度評価値とを比較し、 両者の正規化輝度評価値が互いに 等しくなるにつれて、 領域 Α 1， Λ 2の優先度が周辺領域 A 3〜A 6の優先度よ りも大きくなるように各領域の優先度を決定する。 そして重み付け回路 8 4は領 域ごとの優先度に重み付けし、 優先処理を行なう。 重み付け平均回路 8 7は重み 付け回路 8 4から出力された各領域の加算値を、 各優先度と面積の和で割算して 重み付け平均値を求め、 その平均値が比較器 8 8によって目標値メモリ 8 9に予 め記憶されている目標値と比較されて露出評価値が出力される。

第 3図は第 1図に示した焦点評価値作成回路の具体的なプロック図である。 第 3図において、 第 1図の色分離回路 5から出力された R G B信号から輝度信号成 分が高輝度部カツト回路 9 1に入力される。 高輝度部カツト回路 9 1には第 1図 に示したしきレ、値作成回路 1 6からしきレ、値が入力される。

タイミング検出回路 9 7は映像信号からタイミング信号を検出してゲ一ト制御 回路 9 8に与える。 ゲート制御回路 9 8はタイミング信号に基づいて、 第 4図に 示す分割された各領域 （1， 1 ) 〜 （n， m) をゲートするためのゲート制御信 号を作成して高輝度部カツト回路 9 1に与える。

高輝度部カツト回路 9 1は、 輝度レベル検出回路 9 1 1と、 コンパレータ 9 1 2と、 ゲート回路 9 1 3および 9 1 4とから構成されている。 輝度レベル検出回 路 9 1 1はゲート回路 9 1 4を介して与えられる輝度信号成分から撮像画面の各 領域ごとの輝度レベルを検出してコンパレータ 9 1 2に与える。 コンパレータ 9 1 2は輝度レベル検出回路 9 1 1で検出された各領域ごとの輝度レベルとしきい 値とを比較し、 輝度レベルがしきい値よりも小さければゲート回路 9 1 3を開い て輝度信号が出力されるのを許容し、 輝度レベルがしきい値より大きければ輝度 信号が出力されるのを禁止して、 該領域の高周波成分の積算を選択的に除外させ るように動作させる。

したがって、 高輝度部カツト回路 9 1は通常の明るい場面ではアイリス 2が絞 られており全開ではないため、 色分離回路 5から出力される映像信号の輝度信号 成分をそのままハイパスフィルタ （H P F ) 9 2に出力する _D ハイパスフィルタ 9 2は映像信号の低域成分を除去して検波回路 9 3に与える。 検波回路 9 3は輝 度信号の高周波成分を検波する。 この検波出力は A/D変換回路 9 4によってデ イジタル値に変換され、 積算回路 9 6に与えられる。 積算回路 9 6は与えられた 各領域の輝度信号を積算して焦点評価値を作成する。 このようにして構成された 焦点評価値作成回路 9は常時 1フィールド分の焦点評価値を出力する。

第 4図は焦点評価値を作成するための画面分割を示す図であり、 第 5図は露出 評価値を作成するための画面分割を示す図であり、 第 6図は焦点評価値とレンズ 変位値との関係を示す図であり、 第 7図はアイリス開口面積と明るさとの関係を 示す図であり、 第 8図は露出評価値と明るさとの関係を示し、 第 9図はしきぃィ直 とアイ リス開口面積との関係を示す。 第 1 0図はこの発明の一実施例の動作を説 明するためのフローチャートであり、 図 1 1は図 1 0に示した焦点評価値取込動 作を示すフローチヤ一トである。

次に、 この発明の一実施例の具体的な動作について説明する。 焦点評価値作成 回路 9は、 前述の第 3図で説明したように、 焦点評価値信号を作成してフォー力 ス制御回路 1 2に与え、 ステップ （図示では Sと略称する） S 1において、 フォ 一カス制御回路 1 2はその焦点評価値信号に応じて、 レンズ駆動部 1 5によりフ ォ一カスレンズ 1を進退させる。 続いて、 ステップ S 2でフォーカス制御回路 1 2は次の 1画面分の焦点評価値 Nを取込む。

この焦点評価値 Nの取込は、 第 1 1図に示すフローチャートに従って処理され る。 すなわち、 第 4図に示す領域 （1， 1 ) 〜 （n， m) の最初の領域 （1， 1 ) から最後の領域 （n， m) までの評価値を作成するために、 ステップ S I 1 で最後の領域 （n， m) であるか否かが判別され、 そうでなければステップ S 1 2でしきい値作成回路 1 6は絞り量検出回路 1 1によって検出されたアイリス 2 の開口面積が一定値以上であるか否かを判別する。 ステップ S 1 3でアイリス 2 の開口面積が所定値以上であることが判別されれば、 その所定 (直がしきい値とさ れる。 続いて、 ステップ S 1 5で輝度信号がしきい値よりも大きいか否かが判別 される。

輝度信号がしきい値よりも大きければ、 高輝度部力ット回路 9 1は輝度信号の 出力を禁止し、 積算回路 9 6で輝度信号が積算されるのを除外する。 しかし、 輝 度信号がしきい値よりも小さければ、 ステップ S 1 6で高輝度部カツト回路 9 1 は輝度信号をカットすることなく出力する。 それによつて、 積算回路 9 6でその 領域の高周波成分の積算が行なわれる。 そして、 第 1 1図に示すフローチャート の初期状態に戻り、 次の領域について前述の説明と同様の動作を行なう。 なお、 第 1 1図に示すフロ一チヤ一トにおいて、 アイ リス 2の開口面積が所定値以上で あればしきい値作成回路 1 6によって所定値をしきい値とされるが、 ステップ S 1 4でアイリス 2の開口面積が所定値以下であればアイリス 2の開口面積に応じ てしきい値が設定される。

すなわち、 第 7図に示すように、 アイリス 2は被写体像が明るいほど、 その絞 りの開口面積が小さくなるように制御される。 し力 し、 第 8図に示すように、 明 るさが一定^！:以下、 すなわち暗い画面になるとアイリス 2が全開となり、 C C D 3に取込まれる光量はレンズの明るさのみによって決定される。 このため、 この 実施例では、 第 8図に示すように、 アイ リス 2が開放されるまでは、 第 9図に示 すしきい値 aを設定し、 アイリスが開放された後の暗い画面では第 9図の一定値 bをしきいィ直とする。

領域 （1， 1 ) 〜 （n， m) までの評価値が積算されると、 1画面分の評価ィ直 が出力される。 そして、 再び図 1 0のフローチャートに戻り、 ステップ S 2で出 力された焦点評価値が取込まれ、 ステップ S 3で前回取込んだ焦点評価値 Nと今 回取込んだ焦点評価値 N + 1とが比較され、 今回の焦点評価値 N + 1の方が大き ければ、 ステップ S 4で焦点評価値 Nが N + 1に更新される。 そして、 ステップ S 5で焦点評価値が最大になるまでフォーカスレンズ 1を変位させたか否かが判 別され、 最大でなければ初期状態に戻ってフォーカスレンズ 1が変位され、 これ らの一連の動作が繰返される。

第 1図に示すフォーカス制御回路 1 2は焦点評価値作成回路 9から出力された 焦点評価値信号に応じてレンズ駆動部 1 5に駆動信号を与え、 レンズ駆動部 1 5 はフォーカスレンズ 1を駆動する。

なお、 暗い画面になってアイリス 2が全開になると、 絞り検出回路 1 1がそれ を検出し、 しきい値作成回路 1 6に検出信号を与える。 しきい値作成回路 1 6で は、 絞り量検出回路 1 1からの検出出力に基づいて、 高輝度部カット回路 9 1に 対してカットする高輝度のしきい値が設定される。 このため、 高輝度部カット回 路 9 1はしきい値を越える高輝度成分をカツトし、 検波回路 9 3はカツトされた 輝度信号以下の高周波成分のみを検波する。 したがって、 全体が暗いままで部分 的に高輝度の被写体が画面内に入っても、 アイリス 2は全開のままのため、 高輝 度成分が除去され、 合焦せずにぼけた場合に評価値が増えることがないため、 高 輝度の被写体でも問題なく合焦するようになる。 したがって、 アイリス 2を絞り すぎて画面全体を喑くしすぎて違和感を与えることのない喑ぃ画面でのスポット 光などの部分的な高輝度にも迷わず合焦させることが可能となる。 産業上の利用可能性

以上のように、 この発明に係る自動焦点装置は、 画面全体が明るい場合にアイ リスなどにより撮像画面全体の明るさおよび評価値が飽和しないように調整され るようなビデオカメラに適している。

Claims

請求の範囲

1 . レンズの位置を制御し、 アイ リスを介して撮像素子に入力される像を合焦さ せる自動焦点装置であって、

前記撮像素子によつて撮像される撮像画面を複数の領域に分割したときの各領 域ごとの映像信号の高周波成分を積算して焦点評価値として出力する焦点評価値 検出" J½J、

前記レンズの前記撮像素子に対する相対位置を変位せしめて、 前記焦点評価値 が最大値となるように合焦動作を行なうフォーカス制御手段、

前記撮像画面の領域ごとの輝度レベルを検出する輝度レベル検出手段、 前記アイリスの開き具合を検出するアイリス検出手段、

前記輝度レベル検出手段によつて検出された領域ごとの輝度レベルが予め定め るしきレ、値以上であることに応じて、 前記焦点評価値検出手段によるその領域の 高周波成分の積算を選択的に除外させる除外手段、 および

前記アイリス検出手段によって前記アイリスがある値以上開いていることが検 出されたことに応じて、 前記焦点評価値検出手段による前記輝度レベルが一定の 値以上のェリァの高周波成分の積算を前記除外手段によって除外させる制御手段 を含む。

2 . 前記制御手段は、 前記アイリス検出手段によって検出されたアイ リスの開き 具合に応じて、 前記積算を除外する領域を決める輝度レベルのしきい値を変化さ せる、 請求項 1に記載の自動焦点装置。

3 . 前記制御手段は、 前記アイ リス検出手段によって検出されたアイ リスの開口 面積が所定の値以上であれば、 前記所定値を前記しきい値とし、 前記アイ リスの 開口面積が所定の値以下であれば前記アイリスの開口面積に応じてしきい値を設 定する、 請求項 2に記載の自動焦点装置。