JPH04274405A - 合焦検出装置 - Google Patents

合焦検出装置

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JPH04274405A
JPH04274405A JP3035901A JP3590191A JPH04274405A JP H04274405 A JPH04274405 A JP H04274405A JP 3035901 A JP3035901 A JP 3035901A JP 3590191 A JP3590191 A JP 3590191A JP H04274405 A JPH04274405 A JP H04274405A
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edge
signal
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徹 石井
Masatoshi Ito
正利 伊藤
Hidesato Fukuoka
秀悟 福岡
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    • G02B7/365—Systems for automatic generation of focusing signals using image sharpness techniques, e.g. image processing techniques for generating autofocus signals by analysis of the spatial frequency components of the image
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H04N23/67—Focus control based on electronic image sensor signals
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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は映像信号を用いた合焦
検出装置に関し、特に高精度の合焦判定が可能な映像信
号を用いた合焦検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ビデオカメラなどの電子的に被写体を撮
影するカメラにおいては、映像信号を使ってカメラが合
焦状態にあるか否かが検出される。その検出された信号
を用いて自動的にカメラが合焦するように合焦調節装置
が作動される。合焦調節装置の多くは、映像信号中の高
周波成分が合焦時に最大になることを利用している。ま
た一部の合焦調節装置は、被写体のエッジ部の立上り時
間がピントが合ったときに最も短いことに着目している
。そして立上り時間が最小になるようカメラを調整する
ことによって、合焦動作を行なう。
【０００３】次にこの状態を図６を参照して説明する。 図６の（Ａ）は合焦状態を示す図であり、（Ｂ）は非合
焦状態を示す図である。図において枠３０内は測距領域
を示す。たとえば合焦状態においては測距領域内のある
エッジ部分のＣＣＤ上の受光量分布は一番下の欄に示す
ような状態となる。ここで各枠で囲まれた部分はＣＣＤ
上の各画素を示す。合焦状態においては暗（受光量小）
から明（受光量大）あるいは明から暗への変化が非常に
少ない画素で行われている。この場合のＣＣＤ輝度の受
光量変化を示すグラフを作成すると真中の欄に示すよう
になる（この場合の状態をエッジの立上り時間が、Δピ
ッチであると定義する）。これに対し被写体が非合焦状
態にある場合には、（Ｂ）に示すような状態になり、エ
ッジの立上り時間（Δ´ピッチ）は合焦時の場合に比べ
て大きくなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記高周波成分を利用
する方法においては、規定の測距エリア内の信号の中か
らバンドパスフィルを通して高周波成分が取出され、そ
のデータが、全エリアに渡って積分される。この方法に
おいては、ピーク値を検出するため、常時フォーカスレ
ンズを微動する必要がある。さらに、検出すべきピーク
の絶対量が一定ではないため、現在のフォーカスレンズ
の位置が合焦時からどれだけずれているかの算出が不可
能であった。さらに、せっかく個々に得られている映像
信号を用いないでエリア内を積分した情報を使うため、
合焦精度を高めるのが困難であった。
【０００５】一方、エッジの立上り時間に注目した方法
においては、ＣＣＤ画素情報をそのまま利用できる利点
がある。したがって、合焦精度は上記高周波成分方式に
比べ、ずっと高くすることができるとともに、その立上
り時間によりぼけ具合の推定も可能となった。この方法
は理想的な被写体（エッジが１種類しかないようなもの
）なら、有効である。しかしながら、実被写体の場合は
、測距エリア内に種々のエッジ成分が存在し、どのエッ
ジ部に着目して合焦判定をすべきかが分からないという
問題点があった。
【０００６】この発明は上記のような問題点を解消する
ために成されたもので、合焦精度を上げ、不要なフォー
カスレンズの微動を行なわず、撮影者の意図どおり実被
写体に合焦することができる映像信号を用いた合焦検出
装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
【０００８】この発明の請求項第１項に係る合焦検出装
置は、撮影レンズを通過して所定面で結像された被写体
光を光電変換する複数の光電変換素子と、所定の距離離
れた光電変換素子間の差分データに基づいて被写体エッ
ジの立上り時間を所定範囲にわたって複数個検出するエ
ッジ検出手段と、エッジ検出手段で検出された複数個の
被写体エッジの立上り時間の分布状態に基づいて撮像レ
ンズデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出手段
とを含む。
【０００９】請求項２の合焦検出装置は請求項１の合焦
検出装置において、デフォーカス量検出手段は、複数個
のエッジ幅の平均値、重心値、総個数のいずれかに基づ
いて撮像レンズのデフォーカス量を検出する。
【００１０】請求項３の合焦検出装置は、請求項１の合
焦検出装置において、エッジ検出手段は、デフォーカス
量検出手段での検出結果に基づいて、被写体が大ボケ状
態のときには通常状態のときに比較して被写体エッジの
立上り時間の検出精度を緩くする。
【００１１】
【作用】請求項１の合焦検出装置においては、所定範囲
における複数個の被写体エッジの立上り時間の分布状態
に基づいて撮像レンズのデフォーカス量が検出される。
【００１２】請求項２の合焦検出装置においては、デフ
ォーカス量検出装置は複数個のエッジ幅の平均値、重心
値または総個数のいずれかを用いる。
【００１３】請求項３の合焦検出装置においては、被写
体が大ボケのときは、通常の時に比較して被写体エッジ
の立上り時間の検出精度が緩くされる。
【００１４】
【実施例】図１はこの発明に係る合焦検出装置の主要部
を示すブロック図である。図１を参照して、この発明に
係る合焦検出装置は、撮像レンズ１と、撮像レンズ１を
通った被写体光を結像する撮像装置２（以下ＣＣＤと略
す）とを含む。ＣＣＤ２は、光学信号を電気信号に変換
する。変換された電気信号はアナログ信号であり、次の
Ａ／Ｄ変換回路３でデジタル信号に変換される。このデ
ジタル信号は、画面全体に対応する信号であるため、ゲ
ート回路４により測距エリア部分のみの信号が抽出され
る。なお、測距エリアは後述のマイコン７、アドレス設
定回路８により、たとえば焦点距離や絞り情報、フォー
カスレンズの位置情報、エリア内被写体位置などを用い
て制御される。その結果、測距エリアはゲート回路４で
その大きさ、位置、形が決定される。
【００１５】測距エリア内のデジタル信号は、差分回路
５で画素間の信号レベル差、すなわち微分信号に変換さ
れる。エッジ検出・エッジカウント回路６は、前記微分
信号のゼロクロス点から次のゼロクロス点に至るまでの
画素数をカウントし、立上り時間を検出する。その結果
はマイコン７に取込まれ、後述の処置の演算後、合焦動
作が行なわれる。その結果撮像レンズ１が合焦位置に移
動されるようマイコン７からの信号に基づいてモータ駆
動回路９に信号が送られ、モータ１０によって撮像レン
ズ１が駆動される。
【００１６】次にこの発明に係る合焦検出装置の動作を
図１〜図３を用いて説明する。図２は図１における信号
の流れを詳細に表したブロック図である。図１の撮像レ
ンズ１をとおり、ＣＣＤ２上に結像した被写体光を電気
変換した輝度信号（図２のＹ信号）がＡ／Ｄ変換回路３
により、たとえば８ビットのデジタル信号に変換される
。この変換されたデジタル信号からゲート回路４を通す
ことによって測距演算に必要な範囲の信号のみが取出さ
れる。取出されたデジタル信号は２系統に分割される。 １つはそのまま減算回路１４に入力され、他方はＮ段の
ディレー回路１３ａ〜１３ｎに入力された後、同じく減
算回路１４に入力される。Ｎ段のディレー回路１３ａ〜
１３ｎの内、どの段の信号を使うかは後述のマイコン７
により制御される。たとえば被写体が低周波であったり
、低コントラストであるような場合には、ノイズの影響
を除去するととともに、有効な差分データ（微分データ
）を得るために差分ピッチを大きく取るようにディレー
回路１３ａ〜１３ｎの段数を増す。合焦時は、高周波成
分が増加し、非合焦時は低周波成分が多い。したがって
、非合焦時は、ディレー回路１３ａ〜１３ｎの段数を多
くし、合焦に近付くにつれディレー回路１３ａ〜１３ｎ
の段数を少なくするような制御を行なう。
【００１７】減算回路１４で差分（微分）信号が作成さ
れる。作成された微分信号は再び２系統に分割される。 分割された微分信号の１つは絶対値化回路１５により絶
対値化される。また他方はゼロクロス検出回路１８に入
力され、微分値が０になる点を検出し、検出するごとに
パルスを発生する（図３に示すタイミングチャートのゼ
ロクロス信号の部分参照。微分値が０になるごとに像信
号が明と暗の間で反転している）。この発生パルスを受
け、絶対値化されたデータは次のゼロクロス点まで、す
なわち次にゼロクロス検出回路がパルスを発生するまで
加算される（図３の積分値の項参照。微分値で示された
部分の信号が加算される）。加算された結果は次段の判
定回路７に入力され、外乱ノイズを除去するために、所
定のレベル以上あるかどうかの判定が行なわれる。所定
レベル以下の場合は、この加算値は無効データ（図３の
積分値の項で判定レベルに達しないもの）とし、以後の
ＡＦ演算にはこのデータは使用されない。所定レベル以
上の場合のみ有効データとして採用される。
【００１８】エッジ幅カウント回路１９はゼロクロス検
出回路１８からの発生パルス間のクロック数（図３のカ
ウント値の項で括弧内に示された数）、すなわち被写体
エッジの立上り時間をカウントする。カウントした結果
は前記判定回路１７による有効データの判定がでた場合
（図３の積分値の項で判定レベルを越えた場合）、のみ
デコードされる。デコードするための回路がカウント値
デコード回路２０である。その後デコード値は次段のカ
ウンタ２１に移される。カウンタ２１は測距エリア内全
域に渡る複数の被写体エッジの立上り時間をメモリする
。このメモリした値は映像信号の垂直帰線期間にマイコ
ン７側に伝達される。
【００１９】以下、カウンタ２１にメモリされた複数の
被写体エッジ立上り時間からどのようにして合焦判定を
行なうかについて説明する。図４は、横軸に被写体エッ
ジの立上り時間をとり、縦軸にそれぞれ立上り時間ごと
の度数をとったヒストグラムである。非合焦状態（斜線
で示す状態）では、合焦状態（白枠で示す状態）に比べ
て、立上り時間は大きいほうに分布している。一般的に
は、非合焦状態が大きくなればなるほど、立上り時間の
分布は大きいほうへ偏っていく。したがってこの分布を
数量化すれば、被写体の合焦判定にもちいることができ
、さらに撮像レンズ１のデフォーカス量の算出にも利用
することができるわけである。今立上り時間をΔｔｉ（
ｉ＝１，・・・ｎ）、度数をＮｉ（ｉ＝１，・・・ｎ）
とすると、このヒストグラムの評価値として平均値を採
用した場合、平均値Ｘｍは以下の式で表される。
【００２０】
【数１】
【００２１】数１で平均値を求めた場合、図４に示すよ
うに、非合焦にはＸｍ２　で示すような値となり、略合
焦時にはＸｍ１　で示すような値となる。
【００２２】Ｘｍが１に近付くほど合焦度は高くなるが
、実際の被写体においては、エッジがはっきりしたもの
からはっきりしないものまであり、合焦点で必ずしも１
にはならない。したがって、合焦と判定するＸｍは撮像
レンズ１のＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｔｒａｎｓ
ｆｅｒ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）、映像回路のフィルタ特性
、撮影条件等によって変化する。たとえばＮＴＳＣ、４
ｆｓｃ規格におけるサンプリングピッチの場合は立上り
画素数が３〜５程度以下で合焦と見なされる。またこの
Ｘｍの値がたとえばＰである場合、｜Ｐ−合焦Ｘｍ｜の
値により非合焦の程度が判定できる。したがって、この
値だけフォーカスレンズを動かせば撮像レンズ１を合焦
状態にさせることができる。ただし、駆動方向について
はフォーカスレンズを微小駆動し、Ｘｍが増加するか減
少するかの判断が必要である。
【００２３】なお、評価値としては平均値にのみ限定さ
れるわけではなく、必要に応じて重心値や総個数等も利
用することができる。
【００２４】次に撮像レンズ１が合焦状態から大きくず
れている状態の説明を行なう。撮像レンズ１が合焦状態
から大きくずれているという場合も、もちろん前述と同
様の方法で平均値Ｘｍを演算して撮像レンズを合焦位置
へ駆動してもよいが、ＣＣＤ画素間の干渉により、通常
時のＡＦ動作に比べて信頼度が低くなる。そこでこのよ
うな場合には、被写体エッジの立上り時間としてゼロク
ロス検出回路１８の発生パルス間のクロック数を採用す
るのではなく、積分値が所定のレベル（前述の判定レベ
ルと同じである必要はない）を越えた段階におけるエッ
ジ幅カウント回路１９のカウント値を採用するようにし
ている。このようにして検出される疑似的な被写体エッ
ジの立上り時間では、正確な合焦判定はできないが、非
合焦状態であるのに合焦であると判定されたりすること
はなく、ある程度の合焦判定は可能であるので撮像レン
ズ１が合焦近傍に移動されるまでの間この疑似的な立上
り時間を採用すればよい。なお、正確な被写体エッジの
立上り時間を採用していないため、デフォーカス量を演
算することはできない。このため、この疑似的な立上り
時間は、撮像レンズ１の駆動方向を検出するためと、撮
像レンズ１が合焦近傍へ駆動されたか否かの判定をする
ために用いられる。（ただし、駆動方向の検出のために
は、フォーカシングレンズの微動が必要である。）した
がって、撮像レンズ１が合焦状態から大きくずれている
状態では、まず撮像レンズ１の駆動方向が検出された後
、撮像レンズ１が駆動され、その後この疑似的な立上り
時間に基づく評価値（Ｘｍ）が所定の値内となった段階
で、前述の通常のＡＦ動作に復帰する。
【００２５】なお、図５は、合焦から大きくずれている
場合の被写体エッジの立上り時間Δｔを示すためのＣＣ
Ｄ受光量の変化を示すグラフである。通常の場合は極値
から極致までの立上り時間としているが、合焦状態から
大きくずれている状態では極値からＫまでの時間を立上
り時間としている。
【００２６】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、複数個
の被写体エッジの立上り時間の分布状態に基づいて撮像
レンズのデフォーカス量が検出されるため、実被写体に
おいても有効に合焦状態が得られる合焦検出装置が影響
できる。
【００２７】また複数個のエッジ幅の平均値、重心値、
総個数を用いてデフォーカス用が検出されることによっ
て所望の合焦精度を得ることができる。
【００２８】さらに、被写体が大ボケのときは通常のと
きに比べて被写体エッジの立上り時間の検出精度が撮像
レンズを移動すべき方向のみが検出される程度に緩くさ
れる。その結果、撮像レンズを合焦位置へ移動するのに
無駄な動作が行なわれない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る合焦検出装置の主要部を示すブロ
ック図である。
【図２】図１の差分回路、エッジ検出・エッジカウント
回路の詳細を示すブロック図である。
【図３】合焦検出装置の動作を説明するためのタイミン
グチャートである。
【図４】ヒストグラムの一例を示す図である。
【図５】撮像レンズが合焦状態から大きく離れている場
合の立上り時間の幅を示す図である。
【図６】合焦、非合焦時の被写体エッジの立上りに差が
あることを示す図である。
【符号の説明】
１　　撮像レンズ ２　　ＣＣＤ ３　　Ａ／Ｄ変換回路 ４　　ゲート回路 ５　　差分回路 ６　　エッジ検出、エッジカウント回路７　　マイコン ８　　アドレス設定回路 ９　　モータ駆動回路 １０　　モータ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　撮影レンズを通過して所定の面で結像
    された被写体光を光電変換する複数の光電変換素子と、
    所定の距離離れた光電変換素子間の差分データに基づい
    て被写体エッジの立上り時間を所定範囲にわたって複数
    個検出するエッジ検出手段と、前記エッジ検出手段で検
    出された複数個の被写体エッジの立上り時間の分布状態
    に基づいて撮像レンズデフォーカス量を検出するデフォ
    ーカス量検出手段と、を備えたことを特徴とする合焦検
    出手段
  2. 【請求項２】　　前記デフォーカス量検出手段は、複数
    個のエッジ幅の平均値、重心値、総個数のいずれかに基
    づいて撮像レンズのデフォーカス量を検出することを特
    徴とする請求項１の合焦検出装置。
  3. 【請求項３】　　前記エッジ検出手段は、デフォーカス
    量検出手段での検出結果に基づいて、被写体が大ボケ状
    態のときには通常状態のときに比較して被写体エッジの
    立上り時間の検出精度を緩くすることを特徴とする請求
    項１の合焦検出装置。
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