JPH0263274A - フォーカス制御回路 - 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、例えばビデオカメラのオートフォーカスシス
テムに適用して好適なコントラスト検出方式のフォーカ
ス制御回路に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、例えばビデオカメラのオートフォーカスシス
テムに適用して好適なコントラスト検出方式のフォーカ
ス制御回路において、撮像４Ｍ　号ヨり抽出した所定の
第１の周波数帯域の輝度成分の積分値が最大値になるよ
うにフォーカス制御を行った後、この第１の周波数帯域
内の第２の周波数帯域の輝度成分の積分値が所定レベル
を越えたかを判別して、合焦判定を行うようにし、迅速
に正確な合焦判定ができるようにしたものである。

〔従来の技術〕

ビデオカメラのオートフォーカス方式には、合焦方式の
原理から分類すると、測距方式とピント検出方式がある
。測距方式は、被写体までの距離を測距し、これに応じ
てレンズを位置制御するものである。ピント検出方式は
、撮像面でのピントを検出し、ピントが合った位置にレ
ンズを位置制御するものである。

ピント検出方式に分類されるもののひとつに、コントラ
スト検出方式がある。コントラスト検出方式は、例えば
特願昭６２−１４６６２８号に示される如くレンズが合
焦位置に近づくと、撮像画像のエツジが、明瞭になって
いくことを利用してフォーカス制御を行うものである。

撮像画像のエツジが明瞭になっていくことは、ビデオ信
号中の高域成分が増加していくことに対応する。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、このようなコントラスト検出方式によるオー
トフォーカス回路は、ピントが合った位置である合焦点
の判定が容易にできない不都合があった。即ち、例えは
撮像信号中の輝度信号より合焦点を検出する場合、画面
中に予め設定された複数箇所の検出点での輝度信号レベ
ルの１画面分の積分値は、第５図に示す如く、撮像レン
ズのピントの合った距離（位置）が合焦点（この例では
２ｍ）に近づくに従って山なりに増大し、この合焦点を
越えると再び減少する。このため、この輝度信号レベル
の積分値が最大値になる２ｍを検出すれば良いのである
が、実際には撮像レンズのフォーカスリングを２ｍの位
置から前後に多少回動させて、２ｍの位置の輝度レベル
の積分値ｙｏ　がこの前後の輝度レベルの積分値ｙ、、
　ｙ−よりも高いことを検出する必要があり、１度この
２ｍの位置でピントが合ってからち、フォーカスリング
を常時微量ながら回動させなければ、合焦状態にあるの
か或は合焦状態でなくなったのかが判断できなかった。

本発明は斯かる点に鑑み、合焦状態の判定がフォーカス
リングを回動させることなく迅速に行えるフォーカス制
御回路を提供せんとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のフォーカス制御回路は、例えば第１図に示す如
く、撮像信号中の輝度成分を検出してフォーカス制御を
行うフォーカス制御回路において、第１のバイパスフィ
ルタ（６ａ）とローパスフィルタ（９）とにより決ま′
る第１の周波数帯域の輝度成分の積分回路（１１）によ
る積分値が最大値になるように中央制御装置（１２）が
フォーカス制御を行った後、この第１の周波数帯域内の
第２のバイパスフィルタ（６ｂ）とローパスフィルタ（
９）とにより決まる第２の周波数帯域の輝度成分の積分
回路（１１）による積分値が所定レベルを越えたかを中
央制御装置（１２）が判別して、合焦判定を行うように
したものである。

また本発明のフォーカス制御回路は、この第１のバイパ
スフィルタ（６ａ）とローパスフィルタ（９）　、！−
により決まる第１の周波数帯域の輝度成分の積分値の最
大値によって、第２のバイパスフィルタ（６ｂ）とロー
パスフィルタ（９）により決まる第２の周波数帯域の輝
度成分の積分値の合焦判定レベルを変化させるようにし
たものである。

さらに本発明のフォーカス制御回路は、撮像信号増幅器
（３）のゲインに応じて、第２のバイパスフィルタ（６
ｂ）とローパスフィルタ（９）により決まる第２の周波
数帯域の輝度成分の積分値の合焦判定レベルに所定のオ
フセット分を加えるようにしたものである。

〔作用〕

本発明のフォーカス制御回路によると、第２のバイパス
フィルタ（６ｂ）とローパスフィルタ（９）とにより決
まる狭帯域の第２の周波数帯域の輝度信号成分の積分値
は、合焦点の近傍でだけ他の非合焦範囲にあるときより
も所定レベルだけ高い信号になる。このため、この第２
の周波数帯域の積分値が所定レベル高いか否かを検出す
るようにすれば、合焦状態が続いているか否かがフォー
カスリングを回動させなくても迅速かつ正確に判定でき
る。

この場合、第２の周波数帯域の積分値のレベルは、第１
の周波数帯域の積分値の最大値と一定の相関関係があり
、この第１の周波数帯域の積分値の最大値に応じて第２
の周波数帯域の積分値の合焦判定レベルを変化させるこ
とで、良好に合焦判定ができる。

また、撮像信号増幅器のゲインは、撮像物体の明るさに
応じて変化するが、この増幅器のゲインが大きくなると
、第２の周波数帯域の積分値に所定レベルのノイズ成分
が重畳されるようになるため、合焦判定レベルにこのノ
イズ成分に相当する所定のオフセット分を加えることで
ノイズの影響のない良好な合焦判定ができる。

〔実施例〕

以下、本発明のフォーカス制御回路の一実施例を、第１
図〜第４図を参照して説明しよう。

本例はビデオカメラのオートフォーカス機構に適用した
フォーカス制御回路で、第１図は全体構成を示す。この
第１図において（１）は撮像レンズを示し、この撮像レ
ンズ（１）を通した像光がＣＣＤ型の固体撮像体（以下
ＣＣＤと称す）（２）の結像面に結像する。この場合、
撮像レンズ（１）のフォーカスリング（ｌａ）を後述す
るモータ（Ｉ３）で回動駆動させることで、ＣＣＤ　（
２）の結像面に結像する像光のフォーカス調整が行われ
る。

そして、このＣＣＤ　（２）が撮像により出力する撮像
信号を、撮像信号増幅器（３）を介して撮像信号処理回
路（４）に供給し、この撮像信号処理回路（４）で撮像
信号を所定の映像信号に変換し、この映像信号を出力端
子（５）より出力させる。この場合、撮像信号増幅器（
３）のゲインは、場像信号処理回路〔４）が検出した撮
像信号レベルに応じて出力されるゲイン調整データによ
り自動調整され、撮像信号処理回路（４）に供給される
撮像信号のレベルが一定になるように制御される。また
、撮像信号処理回路（４）が出力するゲイン調整データ
は、後述するフォーカス制御回路の中央制御装置（以下
ＣＰＵと称する）（１２）に、アナログ・ディジタル変
換器（１４）を介して供給されるようにしである。

また、撮像信号処理回路（４）が撮像信号より抽出した
ベースバンドの輝度信号成分を、第１のバイパスフィル
タ（以下ＨＰＦと称する）　（６ａ）及び第２のＨＰ　
Ｆ　（６ｔｌ）に供給する。この第１のＨＰＦ（６ａ）
は１ＱＱｋＨｚ以上の信号を通過させるフィルタで、第
２のＨＰ　Ｆ　（５ｂ）はＩＭＨｚ以上の信号を通過さ
せるフィルタである。そして、第１のＨＰ　Ｆ　（６ａ
）の出力信号を切換スイッチ（７）の第１の固定接点（
７ａ）に供給し、第２のＨＰ　Ｆ　（６ｂ）の出力信号
を切換スイッチ（７）の第２の固定接点（７ｂ）に供給
し、この切換スイッチ（７〕の可動接点（７ｍ）の切換
により、第１のＨＰ　Ｆ　（６ａ）の出力信号と第２の
ＨＰ　Ｆ　（６ｔｌ）の出力信号とを選択できるように
しである。この可動接点（７ｍ）は、後述するＣ　Ｐ　
Ｕ（１２）により切換が制御される。

そして、可動接点（７ｍ）に得られる輝度信号を、増幅
器（８）を介してローパスフィルタ（以下ＬＰＦと称す
る）（９）に供給する。このＬ　Ｐ　Ｆ　（９）は２　
ＭＨｚ以下の信号を通過させるフィルタである。

そして、このＬ　Ｐ　Ｆ　（９）が出力する輝度信号を
、アナログ信号をディジタル信号に変換するアナログ・
ディジタル変換器（ｌＯ）によりディジタル信号化した
後、積分回路（１１）に供給し、この積分回路（１１）
で積分処理を行う。この場合、積分回路（１１）はディ
ジタル積分回路で、１フイールド毎に１画面分の全ての
フォーカス検出点の輝度レベルを積分化する回路である
。なお、１画面中のフォーカス検出点は、予め画面の中
央部の近傍で複数箇所設定しである。そして、この積分
回路（１１）が演算した積分値データを、ＣＰ　ｔＪ（
１２）に供給する。

そしてＣＰ　Ｕ（１２）がこの積分回路（１１）からの
積分値データと上述した撮像信号処理回路（４）からの
ゲイン調整データとで判断した結果に基づいて、フォー
カスリング（１ａ）回動用のモータ（１３）に所定の駆
動信号を供給し、フォーカス調整を行うようにしである
。

次に、本例のフォーカス制御回路が行うフォーカス制御
動作を説明すると、このフォーカス制御回路の起動時に
はＣＰ　Ｕ（１２）が切換スイッチ（７）の可動接点（
７ｍ）を第１の固定接点（７ａ）と接続させる。

このようにすることで、ＣＣＤ　（２）が出力する撮像
信号より撮像信号処理回路（４）が抽出したベースバン
ドの輝度信号が、第１のＨＰ　Ｆ　（６ａ）から切換ス
イッチ（７）と増幅器（８）とを介してＬ　Ｐ　Ｆ　（
９）に供給されるようになる。このため、第１のＨＰ　
Ｆ　（６ａ）とＬ　Ｐ　Ｆ　（９）とで輝度信号より１
００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下の信号成分が抽出され、こ
の１００に〜２ＭＨｚの輝度信号成分がアナログ・ディ
ジタル変換器（ｌＯ）でディジタル信号化された後、積
分回路（１１）で１画面分の全てのフォーカス検出点の
データが積分される。

この場合の積分値としては、例えばこのビデオカメラの
撮像面から２ｍの距離に撮像物体があり、合焦点までの
距離が２ｍであるとすると、第２図に示す如く、撮像レ
ンズ（１）のフォーカスリング（１ａ）が距離２ｍの位
置であるときを頂点として、積分値が増大する曲線の特
性Ｗが得られる。ここで、この制御回路の起動時にフォ
ーカスリング（１ａ）の回動位置が距離１ｍであるとす
ると、ＣＰＵ（１２）には積分値Ｗ１　が得られる。こ
のとき、ＣＰＵ（１２）がモータ（１３）に制御信号を
供給してフォーカスリング（１ａ）をわずかに両方向に
回動させ、この積分値Ｗ、からいずれの方向にフォーカ
スリング（１ａ）を回動させたとき積分値が増大するか
をＣＰ　Ｕ（１２）が判別する。この判別動作が終了す
ると、ＣＰＵ（１２）の制御により積分値が増大する方
向、即ち距離を長くする方向にフォーカスリング（１ａ
）を回動させ、積分値が距離２ｍのときの最大値Ｗ０　
となることを検出する。このときには、フォーカスリン
グ（１ａ）が距離２ｍを一旦越えて最大値Ｗ。かられず
かに減りした積分値Ｗ２　を検出することで、距離２ｍ
のときの積分値Ｗ。が最大値であるとＣＰ　Ｕ（１２）
が判別し、フォーカスリング（１ａ）を２ｍの位置で止
めさせる。

そして本例においては、この最大の積分値Ｗ０を検出し
た後に、ＣＰ　Ｕ　（１２）が切換スイッチ（７）の可
動接点（７ｍ）を第２の固定接点（７ｂ）と接続させる
。

このようにすることで、撮像信号処理回路（４）が抽出
したベースバンドの輝度信号が、第２のＨＰＦ（６ｂ）
から切換スイッチ（７）及び増幅器（８）を介してＬＰ
　Ｆ　（９）に供給されるようになり、輝度信号より１
λ；Ｈ２以上２ＭＨｚ以下の信号成分が抽出され、この
ＩＭ〜２　！、ｌ　Ｈ２の輝度信号成分がアナログ・デ
ィジタル変換器（１０）でディジタル信号化された後、
積分回路（１１）で１画面分の全てのフォーカス検出点
のデータが積分される。

ここで、この帯域ＩＭ〜２　＋Ｊ　Ｈｚの輝度信号成分
について説明すると、この高域成分だけを抽出した場合
には、第２図に特性Ｈで示す如く、２ｍの合焦点近傍で
だけわずかに高いレベルＨ６になるパルス性の信号が得
られる２このため、この帯域ＩＭ〜２　Ｍ　Ｈｚの輝度
信号の積分値がレベルＨ０になっていることをＣＰ　Ｕ
（１２）が検出すると、フォーカス調整が合焦状態にあ
ると判断するようにしである。

実際には、合焦状態の積分値のレベルＨ８と非合焦状態
のレベルとの略中間の閾値ａを越えたか否かをＣＰＵ（
１２）が検出して、合焦状態の判断を行う。そして以後
は、この帯域ＩＭ〜２Ｍ１（ｚの輝度信号の積分値が閾
値ａを検出し続ける間、合焦状態が続いていると判断す
る。そして、閾＠ａ以下を検出したときには、非合焦状
態と判断して、切換スイッチ（７）を再度箱１の固定接
点（７ａ）と接続させて１００に〜２ＭＨｚの広帯域に
よる曲線Ｗの頂点の捜索を行う。

ところで、この第２図に示した特性Ｈのレベルは常に一
定ではなく　、１００に〜２　Ｍ　Ｈｚの広帯域の輝度
信号の合焦点での積分値ｂ（第２図参照）により変化す
る。このことを第３図に示すと、合焦判定を行う閾値ａ
は、広帯域の輝度信号の合焦点での積分値すに応じて変
化し、直線Ｘ。で示される値を帯域ＩＭ〜２　Ｍ　Ｈｚ
の積分値の合焦判定時の閾値にすることで、合焦領域と
非合焦領域とを良好に判別することができる。

また、この高域成分の帯域ＩＭ〜２ＭＨ２の輝度信号の
積分値には、撮像信号増幅器（３）のゲインに応じて、
一定のノイズ成分が加わってしまう。このため、この高
域成分の積分値にて合焦判定を行うときには、撮像信号
増幅器（３）のゲインを考える必要がある。この増幅器
（３）のゲインは、撮像信号処理回路（４）が撮像信号
レベルを判断して出力するゲイン調整データにより自動
的に調整されるが、このゲイン調整データはアナログ・
ディジタル変換器（１４）を介してＣＰ　Ｕ（１２）に
供給されるため、ＣＰＵ　（１２）でゲインを判断でき
、このゲインより増幅器（３）で加わったノイズ成分の
量を推定できる。例えば、上述した閾値ａを決める直線
ｘ０　は増幅器（３）のゲインが最少でノイズ成分が最
も少ない場合としたときには、増幅器（３）のゲインの
増大に従って閾値ａにノイズ成分に相当するバイアス分
を重畳する。即ち、第４図に示す如く、増幅器（３）の
ゲインの増大に従って、閾値ａを決める直線ｘ０を、こ
の直線Ｘｆｉ　に平行な直線Ｘ　Ｉ　ｒ　ｘ２＋　Ｘ３
　・・・・と順に上方へとシフトさせて行くことで、増
幅器（３）により加わるノイズ成分の影響を除去するこ
とができる。

このように本例のフォーカス制御回路によると、広帯域
の輝度信号により一旦合焦点の捜索を行った後は、高域
成分だけの狭帯域の輝度信号によりこの捜索した点（距
離）が確実に合焦点であるのか否かが判別できる。この
ため、従来のように常時フォーカスリングを微量ながら
回動させて合焦点の判別を行う必要がなく、−度合焦状
態になると、フォーカスリングを全く回動させずに合焦
状態が続いているのか或は被写体の移動等により非合焦
状態になったのかが判別でき、迅速に正確な判定ができ
る。

しかも本例においては、第３図に示す如く合焦判定を行
う閾値を、ＨＰ　Ｆ　（５ａ）とＬ　Ｐ　Ｆ　（９）と
による広帯域の輝度信号の積分値の最大値に応じて変化
させるようにしたので、撮像画像の輝度レベルの変化に
追従した良好な合焦判定ができる。

さらに本例においては、撮像信号増幅器（３）のゲイン
に応じて一定のバイアス分を加えるようにしたため、こ
の増幅器（３）で発生するノイズの影響を除去した良好
な合焦判定ができ、増幅器（３）のゲインが大きい低照
度での撮像時にもノイズの影響のない良好なオートフォ
ーカス制御ができる。

なお、上述実施例においては合焦判定を行う帯域を輝度
信号の高域成分としたが、合焦点を捜索する帯域１００
に〜２ＭＨｚの内の低域の狭い帯域の輝度信号成分より
合焦判定を行うようにしても良い。

また、Ｌ　Ｐ　Ｆ　（９）により２ＭＨ２以上の高域を
カットするようにしたが、３　Ｍ　Ｈｚ程度までの高域
成分を合焦点の捜索及び合焦判定用に使用しても良い。

さらにまた、本発明は上述実施例に限らず、本発明の要
旨を逸脱することなく、その他種々の構成が取り得るこ
とは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明のフォーカス制御回路によると、狭帯域の輝度成
分に基づいて、フォーカスリングを回動させることなく
迅速で正確な合焦判定ができる利益がある。また本発明
のフォーカス制御回路によると、撮像信号の輝度レベル
に応じて合焦判定レベルを変化させるようにしたので、
輝度レベルの変化に追従した良好な合焦判定ができる利
益がある。さらに本発明のフォーカス制御回路によると
、撮像信号増幅器で発生するノイズの影響を除去した良
好な合焦判定ができ、増幅器のゲインが大きい低照度で
の撮像時にも良好なオートフォーカス制御ができる利益
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のフォーカス制御回路の一実施例を示す
構成図、第２図、第３図及び第４図は夫々第１図例の説
明に供する特性図、第５図は従来のオートフォーカス動
作の説明に供する特性図である。 （１）は撮像レンズ、（ｌａ）はフォーカスリング、（
３）は撮像信号増幅器、（４）は撮像信号処理回路、（
６ａ）は第１のバイパスフィルタ、（６ｂ）は第２のバ
イパスフィルタ、（７〕は切換スイッチ、（９）はロー
パスフィルタ、（１２）は中央処理装置、（１３）はモ
ータである。 代　　理　　人 伊　　藤 貞 同 松　　隈　　秀　　盛 １寺　４や生　図 第２図 Ｖ！姓図 第４ズ 特槻図 第３図 特権 圓 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、撮像信号中の輝度成分を検出してフォーカス制御を
   行うフォーカス制御回路において、 所定の第１の周波数帯域の上記輝度成分の積分値が最大
   値になるようにフォーカス制御を行った後、 上記第１の周波数帯域内の第２の周波数帯域の上記輝度
   成分の積分値が所定レベルを越えたかを判別して、合焦
   判定を行うようにしたことを特徴とするフォーカス制御
   回路。 ２、上記第１の周波数帯域の輝度成分の積分値の最大値
   によって、上記第２の周波数帯域の輝度成分の積分値の
   合焦判定レベルを変化させるようにしたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のフォーカス制御回路。 ３、撮像信号増幅器のゲインに応じて、上記第２の周波
   数帯域の輝度成分の積分値の合焦判定レベルに所定のオ
   フセット分を加えるようにしたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のフォーカス制御回路。