JPH03117276A - オートフォーカスカメラ - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、撮像素子から得られる撮像映像信号中の輝度
信号を基に、焦点の自動整合を行うカメラのオート７オ
ーカス装置に関する。

（ロ）従来の技術 カメラのオート７オーカス装置において撮像素子からの
映像信号自体の高域成分を焦点制御の評価に用いる方法
は、本質的にバララックスが存在せず、また被写界深度
が浅い場合や遠方の被写体に対しても、精度良く焦点を
合わせられる等の優れた点が多い。しかも、オートフォ
ーカス用の特別なセンサも不要で、機溝的にも極めて簡
単である。

従来、このオートフォーカスの方法の一例が、“ＮＨＫ
技術報告”Ｓ４０、第１７巻第１号、通巻８６号２１ペ
ージに石田他著「山登りサーボ方式によるビデオカメラ
の自動焦点調節」として述べられており、いわゆる出登
りサーボ制御として知られている。この山登りサーボ制
御は常に映像信号の高域成分の量が最大になるようにレ
ンズを光軸方向に進退させる方式である。

特開昭６３−１２５９１０号公報（ＧＯ２Ｂ７／１１）
には、前述の所謂山登りオートフォーカス方式の一例が
開示されている。ここで、この従来技術について、第２
図及び第３図を用いてその骨子を説明する。第２図は従
来技術の全体の回路ブロック図であり、この図において
、レンズ（１）によって結像した画像は、撮像素子を含
む撮像回路（４）によって映像信号となり、焦点評価値
発生回路（５）に入力される。焦点評価値発生回路（５
）は第３図に示すように構成される。映像信号より同期
分離回路（５ａ）によって分離された垂直同期信号（Ｖ
Ｄ）、水平同期信号（ＨＤ）は７オーカスエリアとして
のサンプリングエリアを設定するためにゲート制御回路
（５ｂ）に入力される。ゲート制御回路（５ｂ）では垂
直同期信号（ＶＤ）、水平同期信号（ＨＤ）及び撮像素
子を駆動する固定の発振器出力に基づいて、画面中央部
分に長方形のサンプリングエリアを設定し、このサンプ
リングエリアの範囲のみの輝度信号の通過を許容するゲ
ート開閉信号をゲート回路（５Ｃ）に供給する。

ゲート回路（５ｃ）によって７オーカスエリアの範囲内
に対応する輝度信号のみが、高域通過フィルター（ｌ（
、Ｐ、　Ｆ）（５ｄ）を通過して高域成分のみが分離さ
れ、次段の検波回路（５ｅ）で振幅検波される。この検
波出力はＡ／Ｄ変換回路（５ｆ）に所定のサンプリング
周期でディジタル値に変換されて、順次積算器（５ｇ）
に入力される。

この積算器（５ｇ）は、具体的にはＡ／Ｄ変換データと
後段のラッチ回路のラッチデータとを加算する加算器と
、この加算値をラッチし、１フイールド毎にリセットさ
れるラッチ回路から成る所謂ディジタル積分器であり、
１フイ一ルド期間についての全Ａ／Ｄ変換データの和が
焦点評価値として出力される。従って、焦点評価値発生
回路は７オーカスエリア内での輝度信号を時分割的に抜
き取り、更にこの高域成分を１フイ一ルド期間にわたっ
てディジタル積分し、この積分値を現フィールドの焦点
評価値として出力することになる。オート７オーカス動
作開始直後に、最初の焦点評価値は最大値メモリ（６）
と初期値メモリ（７）に保持される。その後、７オ一カ
スモーク制御回路（１０）はレンズ（１）を光軸方向に
進退させるフォーカスモーフ（）オーカス制御手段）（
３）を予め決められた方向に回転させ第２比較器（９）
出力を監視する。第２比較器（９）は、フォーカスモー
タ駆動後の焦点評価値と初期値メモリ（７）に保持され
ている初期評価値を比較しその大小を出力する。

フォーカスモータ制御回路（１０）は、第２比較器（９
）が大または小という出力を発するまで最初の方向に７
オーカスモーク（３）を回転せしめ、現在の焦点評価値
が初期の評価値よりも、予め設定された変動幅よりも大
であるという出力がなされた場合には、そのままの回転
方向を保持し、現在の評価値が初期評価値に比べて、上
記変動幅よりも小であるという出力がなされた場合には
７オーカスモーク（３）の回転方向を逆にして、第１比
較器（８）の出力を監視する。

第１比較器（８）は最大値メモリ（６）に保持されてい
る今までの最大の焦点評価値と現在の焦点評価値を比較
し、現在の焦点評価値が最大値メモリ（６）の内容に比
べて大きい（第１モード）、上記予め設定した第１の闇
値以上に減少した（第２モード）の２通りの比較信号（
Ｐｉ）（Ｐ２）を出力する。ここで最大値メモリ（６）
は、第１比較器（８）の出力に基づいて、現在の焦点評
価値が最大値メモリ（６）の内容よりも大きい場合には
その値が更新され、常に現在までの焦点評価値の最大値
が保持される。

（１３）はレンズ（１）を支持するフォーカスリング（
２）の位置を指示する７オ一カスリング位置信号を受け
て、７オ一カスリング位置を記憶するモータ位置メモリ
であり、最大値メモリ（６）と同様に第１比較５（８）
の出力に基いて、最大評価値となった場合のフォーカス
リング位置を常時保持するようにに更新される。ここで
、７オーカスリング（２）は７オーカスモーク（３）に
より回転し、この回転に応じてレンズ（１）が光軸方向
に進退することは周知の技術である。

尚、７オ一カスリング位置信号は７オ一カスリング位置
を検出するポテンショメータにて出力されるが、７オー
カスモーク（３）をステップピングモータとし、このモ
ータの近点あるいは■恵方向への回転量を正及び負のス
テップ量とし、フォーカスリングあるいはフォーカスモ
ーフの位置をこのステップ量にて表現することも可能で
ある。

フォーカスモータ制御回路（１０）は、第２比較器（９
）出力に基づいて決定された方向にフォーカスモーフ（
３）を回転させながら、第１比較器（８）出力を監視し
、評価値の雑音による誤動作を防止するために、第１比
較器（８）出力にて現在の評価値が最大評価値に比して
上記予め設定された第１の閾値（Δｙ）の幅を越えて小
さいという第２モードが指示される（第４図のＱに達す
る）と同時にフォーカスモーフ（３）は逆転される。こ
の逆転後、位置メモリ（１３）の内容と、現在のフォー
カスリング位置信号とが第３比較器（１４）にて比較さ
れ、一致したとき、即ちフォーカスリング（２）が焦点
評価値が最大となる位置（Ｐ）に戻ったときに７オーカ
スモーク（３）を停止させるように７オ一カスモーク制
御回路（１０）は機能する。同時にフォーカスモータ制
御回路（１０）はレンズ停止信号（ＬＳ）を出力して合
焦動作を完了する。尚、上述の一連の合焦動作をマイク
ロコンピュータにてソフトウェア的に処理する場合のフ
ローチャートは第５図（ａ）の通りである。

この合焦動作完了後に被写体が移動すると、第６図の一
点鎖線の如く焦点評価値も変化して、そのピークをとる
レンズ位置も変化し、再び合焦動作を再開して７オーカ
スメモリモータを再起動する必要が生じる。そこで、レ
ンズ停止信号（ＬＳ）が発生せられると、第４メモリ（
１１）にてこの時点での焦点評価値を記憶し、この値と
それ以後の焦点評価値を第４比較器（１２）にて比較し
、両者の差が予め設定された第２の閾値（Ｍ）を越えた
時に、被写体が移動したとして再び合焦動作が再開され
る様に構成されている。尚、この再起動についてのフロ
ーチャートは、第５図（ｂ）の通りである。

前記従来技術において、合焦動作の再開の目安となる第
２の閾値（Ｍ）を固定値とすると、被写体が有する高域
成分に応じて再起動のタイミングに大きな差が生じるこ
とになる。即ち、高域成分を多く含むことになる、縦縞
の白黒のストライブの模様の高コントラストの被写体の
焦点評価値の山はピークが高い急峻な山となる（第６図
（ｂ））が、白い壁の様に高域成分が生じにくい低コン
トラストの被写体ではピークの低い緩やかな山（第６図
（ａ））となる。従って、第２の閾値（Ｍ）が固定値で
あれば、前者については被写体が僅かに変位するだけで
、焦点評価値に大きな変動が生じるため直ちに合焦動作
が再開されるが、後者については被写体がかなり大きく
変位しても、焦点評価値に大きな変動が生じず、かなり
ピンボケ状態にならなければ合焦動作が再開されないこ
とになる。

そこで、再起動時の判断の目安となる第２の閾値を、レ
ンズ停止信号（ＬＳ）が発せられた時点での焦点評価値
（Ｆｏ）に比例した値に設定することにより、上述の問
題を解決することができる。例えば、 Ｍ　　＝　　Ｆ　ｏ　Ｘ　０　、０　５　＋　ｆ　ｅ　
　　　　・・・　　（１）に設定することにより、第６
図（ｂ）の時には第２の閾値（Ｍ）が大きく、（ａ）の
時には第２の閾値が小さくできて、いずれの場合にも被
写体が一定量だけ変位した時に合焦動作が再開されるこ
とになる。

（ハ）発明が解決しようとする課題 ビデオカメラは一般に各種の雑音を有しているが、固体
撮像素子を用いたビデオカメラ特有の雑音として固体パ
ターン雑音（ＦＰＮ）がある。固定パターン雑音は固体
撮像素子の製造過程中の種々の要因による不均一性の結
果として発生し、画素欠陥や感度むら、暗電流むら等と
なって現れる。

画素欠陥を有する固体撮像素子は不良品とされるのでビ
デオカメラに使用されることはないが、感度むらによる
固定パターン雑音は固体撮像素子を用いたビデオカメラ
では避けることができない。

ビデオカメラでは一般の撮影時には固定パターン雑音は
ほとんど検知することはできないが、低照変時のように
信号系の利得が増加している場合には固定パターン雑音
はその利得に比例して増加し、雑音として検知できるよ
うになる。

固定パターン雑音は固体撮像素子の画素毎の感度むらで
あり、その雑音による高域周波数成分の量は各フィール
ドとも一定である。そのため通常撮影時には第６図（ａ
）（ｂ）のように焦点評価値が変化していたものが、低
照度時には映像信号の利得の増加により固定パターン雑
音成分が増加し、第７図（ａ　）（ｂ　）のように焦点
評価値が変化するようになる。従って、元来、ピークが
低く緩やかな山を有する被写体を低照度下にて撮影する
と、焦点評価値は上側にシフトされ、焦点評価値自体は
高いが傾斜は緩やかなまま維持される。そこで、式（１
）にて第２の閾値の設定が為されると、第７図（ａ）（
ｂ）の如く、第２の閾値（Ｍ）は大きく設定されること
になる。ところが山の傾斜自体は変化しないため、結果
的に同一被写体を同一距離にて撮影しても低照度時には
ＦＰＨの影響により被写体の移動確認に時間を要するこ
とになり、被写体が大きく移動してかなりピンボケ状態
に達しなければ再起動がかからないことになる。

尚、第７図（ａ）（ｂ）の斜線部分は、固定パターン雑
音による固定のノイズ成分のためのオフセット分である
。また、第２図の回路ブロック図では省略されているが
、撮像回路（４）の後段には、通常はＡＧＣ回路が挿入
されており、低照度時の様に撮像映像信号レベルが小さ
いときには、利得が大きくなりレベルを大きくする様に
機能している。

（ニ）課題を解決するための手段 固定パターン雑音は、固体撮像素子の画素毎の感度むら
であるため、その雑音の周波数成分は固体撮像素子を駆
動するための水平の転送周波数と、色信号を得るための
フィルタ配列に依存する。そこで、低照度時には、輝度
信号の高域成分を抜き取るためのＨＰＦの前段あるいは
後段に前記固定パターン雑音に起因する雑音周波数成分
を遮断するようなＬＰＦを挿入することを特徴とする。

（ホ）作用 本発明は上述の如く構成したので、低照度時に得られる
焦点評価値に固定パターン雑音成分が含まれず、この固
定パターン雑音の合焦動作への影響が除かれる。

（へ）実施例 以下、図面に従い本発明の一実施例について説明する。

尚、各図において第２図、第３図と同一部分には同一符
号を付して説明を省略する。

第１図は本実施例の全体の回路ブロック図である。図中
、（２０）は可変利得アンプ（２１）及び利得制御回路
（２２）にて構成されたＡＧＣ回路であり、撮像回路（
４）から出力される撮像映像信号は、このＡＧＣ回路（
２０）を経ることにより、異常高レベルあるいは異常低
レベルが抑えられる。具体的には、可変利得アンプ（２
１）にて利得（Ｇ）で増幅された撮像映像信号は、十分
に時定数の大きな積分回路（図示省略）にて積分された
後に、利得制御回路（２２）に入力されて、予め決定さ
れた基準レベルになる様に利得（Ｇ）を制御する可変利
得アンプ（２１）に供給される。

（３０）は利得制御信号が所定値（Ｖ）より大きい場合
に被写体が低照度状態にあるとして、Ｈレベルの低照度
信号（ｔ、ＯＷ　＞を発する低照度状態判別回路である
。ここで、所定値（Ｖ）は低照度状態の目安となる値で
あり、この所定値（Ｖ）を越える程にＡＧＣの利得を上
昇させなければならない低照度状態では、ＦＰＮのレベ
ルが著しく大きくなる。

ＡＧＣ回路（２０）にて適度に増幅された撮像映像信号
及び低照度信号（ｔＯＷ　＞は、焦点評価値発生回路（
３５）に供給される。

焦点評価値発生回路（３５）は、第８図の如く構成され
ている。同期分離回路（５ａ）及びゲート制御回路（５
ｂ）の動作により、ゲート回路（５Ｃ）からは従来例と
同様に画面中央の７オーカスエリア内に対応する輝度信
号のみが抜き取られる。このゲート出力はスイッチ回路
（３６）の固定接点（３６ａ）に供給されると共にＬ　
Ｐ　Ｆ　（３７）を介して固定接点（３６ｂ）に供給さ
れる。

スイッチ回路（３６）の切換制御は、低照度信号（ＬＯ
Ｗ）により為され、低照度信号（ＬＯＷ　）がＬレベル
の時、即ち通常利得時には固定接点（３６ａ）側に切換
わり、従来例と全く同様にＨＰ　Ｆ　（５ｄ）、検波回
路（５ｅ）、Ａ／Ｄ変換器（５ｆ）を経て積算器（５ｇ
）より焦点評価値が発せられ、これを基に後段の回路に
て山登り合焦動作が為される。

一方、被写体照度が著しく低い場合には、ＡＧＣ回路（
２０）の利得が大幅に上昇して所定値（Ｖ）を越え、低
照度信号（ＬＯＷ　）がＨレベルとなり、スイッチ回路
（３６）は固定接点（３６ｂ）側に切換わり、フォーカ
スエリア内の輝度信号はＬ　Ｐ　Ｆ　（３７）に入力さ
れる。

第９図には、このＬ　Ｐ　Ｆ　（３７）およびＨＰ　Ｆ
　（５ｄ）の通過率特性が示されており、ＨＰ　Ｆ　（
５ｄ）は合焦状態に接近するにつれて輝度信号中に生じ
る高域成分を取り出すために、例えば１００Ｋｌｂ以上
のカットオフ周波数を有している。Ｌ　Ｐ　Ｆ　（３７
）は固定パターン雑音によるノイズスペクトルの周波数
より下側をカットオフ周波数としており、従ってこのＬ
　Ｐ　Ｆ　（３７）を経た輝度信号からは固定パターン
雑音は除去されることになる。

こうして固定接点（３６ｂ）には固定パターン雑音が除
去された輝度信号が生じ、これがＨＰ　Ｆ　（５ｄ）を
通過することにより、結果的に第９図の（Ａ）に示す帯
域の輝度信号が取り出され、積算器（５ｇ）から出力さ
れる焦点評価値中には、第７図の斜線で示す様な固定パ
ターンノイズのオフセット分が含まれず、低照度時にお
いても第６図の如く、画面コントラストにのみ依存する
焦点評価値により合焦動作が為される。

尚、被写体の移動確認を行う第４比較器（４０）は、従
来例でも述べた様に、第４メモリ（１１）に保持されて
いるレンズ停止信号（ＬＳ）発生時の焦点評価値と、現
在の焦点評価値の差が第２の閾値（Ｍ）を越えるか否か
を監視する働きを為す。ここで第２の閾値（Ｍ）は式（
１）の如く、第４メモリ（１１）の保持内容の大きさに
比例して変化する。

ところで、単板式カラービデオカメラに用いる固体撮像
素子には、１つの固体撮像素子から色情報を得るために
撮像素子の各画素上に色分離フィルタを貼り合わせであ
る。この色分離フィルタの配列には、ストライプ配列、
モザイク配列があり、−例として原色フィルタによるス
トライプフィルタを第１０図（ａ）、モザイクフィルタ
を第１０図（ｂ）に示す。以下にストライプフィルタを
貼り合わせた固体撮像素子の信号処理について説明する
。

ＲＧＢストライプフィルタを貼り合わせた固体撮像素子
は、第１１図に示す様に２次元的に配された複数のフォ
トセンサー（＋）ｈ）にて光電変換された電荷が、１フ
イールド毎に垂直シフトレジスタ（ＶＲ）に転送され、
さらにこの垂直シフトレジスタ内を列毎に垂直転送され
て水平シフトレジスタ（ＨＲ）に転送される。さらに水
平転送パルス（ＩＰ）に同期して水平シフトレジスタ（
ｌ（Ｒ）から出力部（ＯＵＴ）に順次転送され、−旦垂
直シフトレジスタから水平シフトレジスタに転送された
電荷は、１水平走査期間をかけて撮像信号として順次出
力される。

この撮像信号は、撮像回路（４）内のＣＤ５（相関２重
サンプリング）回路によって、ＣＣＤ特有のノイズが除
去され、第１２図の如きＲＧＢの点順次信号からＲ，Ｇ
、Ｂの３個のサンプルホールド回路を用いてＲ，Ｇ、Ｂ
の単独の色信号が分離される。このサンプルホールド期
間は同一色成分が取り出せる間隔であり、このストライ
プフィルタの場合、Ｒ，Ｇ、Ｂが順次並んでいるので、
水平転送パルスの３周期分に相当する。そして映像信号
は、各色成分のサンプルホールド出力を加工して作成さ
れる。

従って、いずれかのフォトセンサーに存在する感度むら
によって固定パターン雑音が生じても、前述の如く同一
色の色分離フィルタの配置間隔分だけサンプルホールド
する結果、固定パターンノイズの周波数（ｆ、）は ｆｖ　＝ｆｏ　Ｘ　１／Ｎ　（Ｎ：整数）・・・（２）
となる。ここでｆｏは水平転送パルスの周波数（水平転
送周波数）、点順次信号の同一色成分が発生する周期の
水平転送パルスの周期に対する比（ストライプフィルタ
ではＮ＝３）であり、ストライプフィルタではｆ、＝ｆ
、／３となる。

また、モザイクフィルタでは、ＧとＢ、あるいはＧとＲ
が繰り返し並んでいるので、Ｎ＝２となり、ｆ、＝ｆ、
／２となる。

以上の様に、フィルタ配列により固定パターンノイズの
周波数は、式（２）の如く変化するので、使用する色フ
ィルタの配列に応じて、Ｌ　Ｐ　Ｆ　（３７）のカット
オフ周波数を変更して、常に固定パターンノイズが遮断
周波数帯に入る様にする必要がある。

前述の実施例の各回路動作を、マイクロコンピュータを
用いてソフトウェアに処理する場合のフローチャートは
、第１３図の通りである。

尚、本実施例では、実際の合焦動作に際しては、７オー
カスモーク（３）にてレンズ（１）を光軸方向に進退さ
せて、レンズ（１）と固体撮像素子間の距離を変化させ
ているが、レンズ（１）を固定して、固体撮像素子自体
を７オ一カスモーク制御回路（１０）出力にて制御され
るモータあるいはバイモルフを用いて光軸方向に進退さ
せることも可能であり、いずれにしても、レンズの固体
撮像素子に対する相対位置を変化させるものであれば問
題はない。

（ト）発明の効果 上述の如く本発明によれば、合焦動作の基礎となる焦点
評価値の中に固定パターン雑音が混入することが抑えら
れ、低照度時にも合焦精度の高いオートフォーカスを実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第８図乃至第１３図は本発明の一実施例に係り
、第１図、第８図は回路ブロック図、第９図はＬＰＦ、
ＨＰＦの透過率特性、第１０図は色分離フィルタの配列
説明図、第１１図はＣＣＤの駆動説明図、第１２図はＣ
ＯＤ出力のタイミングチャート、第１３図はフローチャ
ートである。また、第２図、第３図は従来例のフローチ
ャート、第４図は山登りオートフォーカスの動作説明図
、第５図は第２図の回路動作を示すフローチャート、第
６図、第７図は閾値設定の説明図である。 （５ｄ）・・・ＨＰＦ、（３５）・・・焦点評価値発生
回路、（１０）・・・７オ一カスモータ制御回路、（３
７）・・・ＬＰＦ０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）固体撮像素子から得られる輝度信号の高域成分を
   抜き取る低域カットフィルタと、該低域カットフィルタ
   出力の所定期間分を積分して焦点評価値として出力する
   焦点評価値発生手段と、 前記焦点評価値が最大となる様に合焦制御を為す合焦制
   御手段とを備えるオートフォーカスカメラにおいて、 前記固体撮像素子及び焦点評価値発生手段間に、前記固
   体撮像素子からの固体パターン雑音を遮断する高域カッ
   トフィルタを挿入することを特徴とするオートフォーカ
   スカメラ。（２）前記高域カットフィルタは、前記固体
   撮像素子の水平転送周波数の１／Ｎ（Ｎは整数）の周波
   数以上の成分を遮断することを特徴とする請求項１記載
   のオートフォーカスカメラ。