JPH06233171A - 自動焦点調節装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】被写体の測距対象エリアを適宜切り換え、無駄
な合焦動作を省くとともに、不用意な合焦動作の再起動
を抑え、安定な撮影を可能にすることのできる自動焦点
調節装置の提供を目的とする。 【構成】本発明の自動焦点調節装置は、撮像レンズ１０
１によって撮像素子１０２上に結像された光学像の映像
信号を得、この映像信号の高周波成分に基づいて前記撮
像レンズ１０１の焦点を自動的に調節する自動焦点調節
装置において、前記高周波成分を抽出するエリアを複数
個有し、前記抽出エリア内の高周波成分を同時に検出す
る手段１０７〜１１０と、各抽出エリア内の高周波成分
の変化に基づき、合焦動作の際には複数の各抽出エリア
内の高周波成分を同時にモニタし、最適なエリアに切り
換え合焦を行う切り換え手段１１７と、各抽出エリア内
の高周波成分の変化を同時にモニタすることで、合焦状
態が崩れたことを認識し、前記切り換え手段１１７に合
焦動作を行わせるべく再起動をかける手段１１６とを具
備したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カメラやカメラ一体型
ビデオテープレコーダ（以下ＶＴＲと記載）等に使用さ
れる焦点調節装置に係り、特に焦点を自動的に合わせる
自動焦点調節装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＶＴＲの普及に伴い、一般家庭で
も気軽に撮影が楽しめる民生用ビデオカメラの要望が強
い。また、ビテオカメラ等に使用されるＣＣＤ（Ｃｈａ
ｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）等、固体撮像素
子の研究も行われるとともにこうした安定供給に支えら
れ、ビデオカメラ／カメラ一体型ＶＴＲの市場は急成長
している。

【０００３】このようなビデオカメラの現在の普及の原
因は、ビデオカメラ／カメラ一体型ＶＴＲという形式の
機動性、コンパクト性は勿論だが、オートフォーカス、
オートホワイトバランス、オートアイリス等の自動機能
の装備及びこれらの機能の進歩により誰でも失敗のない
撮影が簡単にできるということにある。

【０００４】上記オートフォーカス方式には種々のもの
があるが、大別すると測距のための基準となる信号を自
ら作り出すか出さないかで、アクティブ方式とパッシブ
方式に分類される。たとえば、コウモリのように超音波
を発して反射音をとらえて物体までの距離を測る方法
や、赤外線をスポット状に出してその反射光位置を検出
する方法がアクティブ方式である。逆に、自ら光も音も
出さずに、映像信号だけから距離を決定するのがパッシ
ブ方式である。

【０００５】ところで、近年、固体撮像素子には画像歪
がないことを利用し、山登りサーボを用いて映像信号の
中からピント情報を取り出す方式（パッシブ方式）が注
目され始めた。この「山登りサーボ方式オートフォーカ
ス」の基本原理は、昭和４１年にＮＨＫの石田等によっ
て提案された。（石田順一、藤村安志 「山登りサーボ
方式によるテレビカメラの自動焦点調節」 ＮＨＫ技研
研究、Ｖｏｌ．１７、Ｎｏ．１、１９６５、ＰＰ２１〜
３７） 山登りサーボ方式オートフォーカスはパッシブ方式と呼
ばれるもののうち、鮮鋭度（コントラスト）測定を測距
の原理にしたもので、撮像レンズを介して測距するタイ
プである。その原理は、映像信号の鮮鋭度、つまり高周
波成分が最大になるように光学焦点調節機構を制御して
自動的に焦点調節を行うことにある。

【０００６】この方法は、制御が手順処理型であってソ
フトウェア処理にむく形式をしているため、ゲートアレ
イやマイクロコンピュータのような部品の登場と最近の
ソフトウェア技術の進歩によってようやく実現された方
式である。この方式の特徴は測距センサが撮像素子を共
用できるのでフォーカス精度がよく、また純電子的且つ
ソフトウェア処理ができるので小型化する上で非常に有
利な点にある。

【０００７】山登り方式は大別すると２通りの考え方が
ある。一方は試行法であり、他方は摂動法である。

【０００８】試行法は平面に縮退化した距離情報を取り
出すのにレンズを一旦動かすことが特徴である。たとえ
ば人がピント合わせをする際にコイン投げを行うよう
に、フォーカスリングをとりあえず一方に回してみてピ
ントがあったら同じ方向に回し、ボケたら今度は反対に
回して最もコントラストが強くなる点で止めるという動
作を行うのと同じである。

【０００９】一方、摂動法はレンズから撮像素子までの
光路長を、何らかの方法で常時、微少変動（摂動）させ
ることにより、映像信号に含まれる高周波成分を摂動の
周波数で変調しておき、微少変動成分を振幅と位相から
前ピンか後ピンかを判断するものである。しかし、摂動
法においては、光路長を変調する機械的手段が別に必要
なため、部品が増えるという短所があった。また、山登
りサーボ方式オートフォーカスの測距対象は、試行法も
摂動法も基本的には同じであり、映像信号をテレビジョ
ンに写した時の任意のエリア内の信号を対象としてい
る。

【００１０】一般的に、撮影者の撮影したい対象物が画
面の中央付近にくる場合が多いため、測距対象エリアは
画面中央付近の一部に限っている。しかしながら、撮影
したい対象物が画面の端にあるような場合には焦点は画
面中央付近の別のものにあってしまうか、あるいは画面
中央付近の測距の対象となるものがない場合には焦点が
どこにも合わなくなってしまう。

【００１１】さらに、中央付近の被写体にフォーカスが
合っている場合、手ぶれや被写体自体の動きにより測距
対象エリアから少しでもはずれてしまうと、フォーカス
が合っている場合にも関わらず、フォーカスを合わせる
ための動作を再起動してしまい、不安定な画像になって
しまうという問題点があった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く従来の自動
焦点調節装置では、たとえば画面中央付近に測距エリア
が設定されている場合、撮影者の撮影したい対象物がオ
ートフォーカスの測距対象エリア外にある場合に別なも
のに焦点があってしまう（すなわち、撮影者にとっては
意図しない焦点合わせが行われる誤合焦となる）か、ど
こにも焦点が合わなくなってしまう。また、合焦してい
る場合でも、測距対象エリアから被写体が少しでもはず
れてしまうと山登り動作が再起動されてしまい、このた
め不安定な画像になるという問題点があった。

【００１３】そこで本発明は上記問題点に鑑みなされた
もので、被写体の測距対象エリアを適宜切り換え、無駄
な合焦動作を省くとともに、不用意な合焦動作の再起動
を抑え、安定な撮影を可能にすることのできる自動焦点
調節装置の提供を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明に
よる自動焦点調節装置は、撮像レンズによって撮像素子
上に結像された光学像の映像信号を得、この映像信号の
高周波成分に基づいて前記撮像レンズの焦点を自動的に
調節する自動焦点調節装置において、前記高周波成分を
抽出するエリアを複数個有し、前記抽出エリア内の高周
波成分を同時に検出する手段と、各抽出エリア内の高周
波成分の変化に基づき、合焦動作の際には複数の各抽出
エリア内の高周波成分を同時にモニタし、最適なエリア
に切り換え合焦を行う切り換え手段と、各抽出エリア内
の高周波成分の変化を同時にモニタすることで、合焦状
態が崩れたことを認識し、前記切り換え手段に合焦動作
を行わせるべく再起動をかける手段とを具備したことを
特徴とする。

【００１５】請求項２記載の本発明による自動焦点調節
装置は、撮像レンズによって撮像素子上に結像された光
学像の映像信号を得、この映像信号の高周波成分に基づ
いて前記撮像レンズの焦点を自動的に調節する自動焦点
調節装置において、前記高周波成分を抽出するエリアを
可変する手段を有し、ひとつまたは複数の抽出エリア内
の高周波成分を前記エリア可変手段を用いて時系列に検
出する手段と、各抽出エリア内の高周波成分の変化に基
づき、合焦動作時には複数の各抽出エリア内の高周波成
分を順次モニタし、最適な抽出エリアに切り換え合焦を
行う切り換え手段と、各抽出エリア内の高周波成分の変
化を順次モニタすることで、合焦状態が崩れたことを認
識し、前記切り換え手段に合焦動作を行わせるべく再起
動をかける手段とを具備したことを特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明においては、測距エリア内の映像信号の
高周波成分を設定された複数の測距エリアについて同時
に抽出して評価することにより、撮影対象物の画面上の
位置を推定するとともに、自動焦点調節に使用する測距
エリアを適宜切り換えられ、これにより合焦点を見いだ
すことができる。

【００１７】

【実施例】実施例について図面を参照して説明する。図
１は本発明に係る自動焦点調節装置の一実施例を示すブ
ロック図である。

【００１８】図１において、自動焦点調節装置は、被写
体を撮像する撮像レンズ１０１と、この撮像レンズ１０
１によって撮像された被写体光を結像する固体撮像素子
（ＣＣＤ）１０２と、この固体撮像素子１０２によって
結像された光学像をビデオ信号に変換するカメラ回路１
０３と、このカメラ回路１０３からのビデオ信号を増幅
する増幅器１０４と、この増幅器１０４によって増幅さ
れたビデオ信号の高周波成分を抽出すると同時に位相を
反転させる高周波成分抽出フィルタ１０５と、この高周
波成分抽出回路１０５からの信号を復調し検波する検波
回路１０６と、この検波回路１０６からの信号が入力さ
れ、測距するために複数設けられた測距エリアゲート回
路１０７、１０８、１０９、１１０と、これらの測距エ
リアゲート回路１０７、１０８、１０９、１１０からの
情報より合焦のデータを算出する各々設けられた積分回
路またはサンプルホールド１１１、１１２、１１３、１
１４と、これらの積分回路またはサンプルホールド回路
１１１、１１２、１１３、１１４によって得られたデー
タを選択する切り替えスイッチ１１５と、この切り替え
スイッチ１１５を制御するために制御信号を供給してい
る測距エリア切り替え制御部１１７と、前記切り替えス
イッチ１１５によって選択されたデータが入力され、こ
のデータに基づきオートフォーカスを制御するオートフ
ォーカス制御部１１６と、このオートフォーカス制御部
１１６からの制御信号によって駆動するとともにフォー
カスを調節するフォーカス調整用モータ１１８とで構成
されている。

【００１９】図２〜図５は本発明に係る自動焦点調節装
置の一実施例を示し、図２は映像信号の高周波成分を抽
出する測距エリアの一例を示す説明図である。

【００２０】図２において、符号２０は映像信号の画郭
を示し、この画郭２０に含まれる最小の測距エリア２１
と、この最小の測距エリア２１を含む小さい測距エリア
２２と、この小さい測距エリア２２を含む大きい測距エ
リア２３と、この大きい測距エリア２３を含む最大の測
距エリア２４とで高周波成分を抽出する測距エリアを構
成している。

【００２１】図３は被写体の形状の一例を示し、たとえ
ば無地の画郭３０内に縦線３１のように形状の被写体が
１本だけ存在した場合を示している。

【００２２】図４は図３の被写体を撮影して、焦点位置
を最近点（Ｎｅａｒ）から無限遠（∞）まで変化させた
時の、図３における各測距エリア内の高周波成分の総量
の変化を表している。

【００２３】図４において、符号４１は測距エリア２１
の高周波成分の総量の変化を、４２は測距エリア２２の
高周波成分の総量の変化を、４３は測距エリア２３の高
周波成分の変化を４４は測距エリア２４の高周波成分の
総量の変化を示している。

【００２４】また、符号４５は縦線に焦点が合う合焦点
である。

【００２５】図５は手ぶれ等により図３における被写体
の位置がずれた場合を示している。図５において、符号
５０は映像信号の画郭を示し、５１は横にずれた被写体
である縦線を示している。

【００２６】次に、図１の自動焦点調節装置の動作を図
２〜図５を参照してさらに詳細に説明する。本実施例に
おける図１の自動焦点装置において、たとえば、撮像レ
ンズ１０１によって固体撮像素子１０２上に結像された
光学像は、カメラ回路１０３によってビデオ信号に変換
され、増幅器１０４を経て高周波成分抽出回路１０５に
入力される。ここで抽出された映像信号の高周波成分は
検波１０６を通り、複数の測距エリアゲート１０７〜１
１０を経て積分回路またはサンプルホールド回路１１１
〜１１４に入力される。測距エリア切り替え制御部１１
７で制御されるスイッチ１１５で選択されたデータがオ
ートフォーカス制御部に入力され、フォーカス調整用モ
ータ１１８を動かしてフォーカスが合わせられる。

【００２７】そこで、図３に示す被写体を撮像し、撮像
レンズ１０１によって撮像素子１０２上に結像された光
学像の映像信号から、たとえば図２に示した高周波成分
抽出の為の測距エリア内の高周波成分の総量を検出した
場合、焦点位置を最近点（Ｎｅａｒ）から無限遠（∞）
まで移動すると高周波成分の総量は図４に示すのように
なる。つまり、符号４１は測距エリア２１の高周波成分
の総量の変化を、４２は測距エリア２２の高周波成分の
総量の変化を、４３は測距エリア２３の高周波成分の総
量の変化を、４４は測距エリア２４の高周波成分の総量
の変化を各々示している。

【００２８】次に、自動焦点調節装置における合焦動作
について説明する。自動焦点調節に使用する測距エリア
は、たとえば測距エリア２１に選択されていると仮定
し、焦点位置においても最初に無限遠にあるものとした
場合、自動焦点調節動作、すなわち山登り動作を開始す
ると、焦点位置は無限遠（∞）から最近点（Ｎｅａｒ）
に向かって移動する。この場合の高周波成分の総量の変
化は４１になる。選択された測距エリア２１内の高周波
成分の総量は合焦点４５を通り過ぎても４１のように変
化がなく、どこで焦点が合ったかわからない。しかしな
がら、本発明では複数の測距エリアの高周波成分の総量
の変化をスイッチ１１５に切り替えにより同時にモニタ
しているため、測距エリア２１、２２では合焦点情報が
得られないが、測距エリア２３、２４では合焦点の位置
を知ることができる。今、山登り動作用測距エリアは２
１が選択されているため、焦点位置は最近点まで移動
し、合焦点が見つからなかったことがわかる。

【００２９】したがって、測距エリア切り替え制御部１
１７は、合焦点の情報が得られなかった場合には、任意
の優先順位のもとに山登り動作用の測距エリアを切り替
える。この場合、合焦点の情報が得られるエリアの中で
最小のエリアに切り換える制御方法を使用して、測距エ
リア２３の情報をもとに、焦点位置を合焦点に移動して
合焦動作を完結させる。つまり、最初の焦点位置移動の
動作で測距エリア２３、２４の情報から合焦点の位置が
わかっているので、焦点位置を最近点から合焦点４５に
移動する、すなわちレンズを移動するだけでよい。オー
トフォーカス制御部１１６が合焦動作の伴わない単なる
焦点位置の移動、すなわちレンズの移動だけで合焦を完
了するためには、焦点合わせに用いるレンズの位置情報
をポテンションメータ等を用いて電圧に変換したり、レ
ンズ駆動モータのブラシノイズやステッピングモータの
ステップ数をカウントして合焦点までのレンズ移動量を
検出したりして、最近点から合焦点までのレンズ移動量
を前もって明らかにしておく。

【００３０】次に、自動焦点調節装置の合焦動作再起動
について説明する。ビデオカメラ等で撮影する場合、手
で持っているときには手ぶれが生じたり、または撮影し
ている被写体そのものが動いたりして測距エリア内の高
周波成分の総量が変化することがある。しかしながら、
このような場合はフォーカスはあっているので合焦動作
を再起動すべきではない。これに対して、撮影する被写
体が変わったような場合には、すぐに合焦動作を再起動
すべきである。

【００３１】一般的に、合焦動作の再起動は、画像の高
周波成分の総量が変化した場合に起こるが、この方法で
は前述の手ぶれや被写体そのものの動きだけで再起動し
やすい欠点がある。

【００３２】本発明では、合焦動作時に用いた測距エリ
アの高周波成分の総量をモニタするとともに、他の測距
エリアの高周波成分の総量も同時モニタし、不要な再起
動を抑える。たとえば手ぶれ等により、図３の被写体の
縦線が、図５のように測距エリア２３の外に出てしまっ
た場合、合焦に用いた測距エリア２３の高周波成分の総
量は大きく変化する。しかし、測距エリア２４の高周波
成分の総量は余り変化しない。したがって、すべての測
距エリアの高周波成分の総量が合焦動作完了時の値に対
して、一定値以上変化した場合にフォーカスがずれたと
判定して、合焦動作を再起動する。この方式により、安
定したオートフォーカス動作が実現できる。

【００３３】図６は本発明に係る自動焦点調節装置の他
の実施例を示し、自動焦点調節装置のブロック図であ
る。尚、図６の構成用件は図１と同様であり、異なった
部分のみ説明する。図６において、前述したように図１
の自動焦点調節装置は、４つの測距エリアゲートと、４
つの積分回路またはサンプルホールド回路とで構成され
ているが、本実施例の自動焦点調節装置は１つの測距エ
リアゲートで映像信号のフィールド周波数やフレーム周
波数、またはその整数倍の周波数に同期して測距エリア
ゲートを切り替えるように構成されており、さらに１つ
の積分回路またはサンプルホールド回路を用いて時分割
方式により複数の測距エリアを実現するように構成され
ている。

【００３４】このような構成の自動焦点調節装置を用い
て、たとえば合焦動作する場合、撮像レンズ６０１によ
って固体撮像素子６０２上に結像された光学像は、カメ
ラ回路６０３によってビデオ信号に変換され、増幅器６
０４を経て高周波成分抽出回路６０５に入力される。こ
こで抽出された映像信号の高周波成分は検波６０６を通
り、測距エリアゲート６０７に供給される。この測距エ
リアゲート６０７では、測距エリア切り替え制御６１０
の制御信号によって、ひとつまたは複数以上の測距エリ
ア内の高周波成分を時系列に検出すると同時にこの高周
波成分の変化に基づき自動焦点調節に使用する最適な抽
出エリアに切り替えるようにしている。そしてここで得
られた情報は、積分回路またはサンプルホールド回路６
０８に入力され、合焦となるデータが算出される。この
データはオートフォーカス制御回路６０９に入力され、
フォーカス調整用モータ６１１を動かしてフォーカスが
合わせられる。

【００３５】したがって、本実施例においては、複数の
各抽出エリア内の高周波成分の変化を順次モニタしてい
るため、最適な抽出エリアとなるように切り換えられる
とともに合焦を行うことを可能にしている。

【００３６】また、合焦動作再起動の動作は前述したよ
うに図１と同様に動作するとともに複数の各抽出エリア
内の高周波成分の変化を順次モニタし、すべての抽出エ
リア内の高周波成分の変化をもとに合焦焦点再起動を行
っているので図１と同様に安定したオートフォーカス動
作が実現できる。

【００３７】尚、本実施例では、図２の如く各測距エリ
アゲートが重複しているように説明したが、本発明はこ
れに限定されず、単に複数の測距エリアが存在するよう
な方法であっても良い。

【００３８】

【発明の効果】以上記述した如く本発明の自動焦点調節
装置によれば、複数の測距エリアを有し、各エリア内の
焦点情報を同時にモニタすることにより、被写体の測距
エリアを適宜切り換え、無駄な合焦動作を省くととも
に、不要な合焦動作の再起動を抑え、安定な撮影を可能
にすることが出きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自動焦点調節装置の一実施例を示
すブロック図である。

【図２】本発明の自動焦点調節装置に係り、映像信号の
高周波成分を抽出する測距エリアの一例を示す説明図で
ある。

【図３】被写体の形状の一例を示す正面図である。

【図４】図３の被写体を撮影して、焦点位置を最近点
（Ｎｅａｒ）から無限遠（∞）まで変化させた時の、図
３における各測距エリア内の高周波成分の総量の変化を
表す説明図である。

【図５】手ぶれ等により図３の被写体がずれた様子を示
す正面図である。

【図６】本発明に係る自動焦点調節装置の他の実施例を
示すブロック図である。

【符号の説明】

１０１…撮像レンズ １０２…個体撮像素子 １０３…カメラ回路 １０４…増幅器 １０５…高周波成分抽出回路 １０６…検波回路 １０７〜１１０…測距エリアゲート １１１〜１１４…積分回路またはサンプルホールド １１５…切り替えスイッチ １１６…オートフォーカス制御部 １１７…測距エリア切り替え制御部 １１８…フォーカス調節用モータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮像レンズによって撮像素子上に結像され
   た光学像の映像信号を得、この映像信号の高周波成分に
   基づいて前記撮像レンズの焦点を自動的に調節する自動
   焦点調節装置において、 前記高周波成分を抽出するエリアを複数個有し、前記抽
   出エリア内の高周波成分を同時に検出する手段と、 各抽出エリア内の高周波成分の変化に基づき、合焦動作
   の際には複数の各抽出エリア内の高周波成分を同時にモ
   ニタし、最適なエリアに切り換え合焦を行う切り換え手
   段と、 各抽出エリア内の高周波成分の変化を同時にモニタする
   ことで、合焦状態が崩れたことを認識し、前記切り換え
   手段に合焦動作を行わせるべく再起動をかける手段と、 を具備したことを特徴とする自動焦点調節装置。
2. 【請求項２】撮像レンズによって撮像素子上に結像され
   た光学像の映像信号を得、この映像信号の高周波成分に
   基づいて前記撮像レンズの焦点を自動的に調節する自動
   焦点調節装置において、 前記高周波成分を抽出するエリアを可変する手段を有
   し、ひとつまたは複数の抽出エリア内の高周波成分を前
   記エリア可変手段を用いて時系列に検出する手段と、 各抽出エリア内の高周波成分の変化に基づき、合焦動作
   時には複数の各抽出エリア内の高周波成分を順次モニタ
   し、最適な抽出エリアに切り換え合焦を行う切り換え手
   段と、 各抽出エリア内の高周波成分の変化を順次モニタするこ
   とで、合焦状態が崩れたことを認識し、前記切り換え手
   段に合焦動作を行わせるべく再起動をかける手段と、 を具備したことを特徴とする自動焦点調節装置。