JPH0744659B2 - 自動合焦装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は自動合焦装置に係り、特にビデオカメラの映像
信号により合焦を判断するのに好適な自動装置に関する
ものである。

〔発明の背景〕

ビデオカメラの特徴を生かした自動焦点合わせ装置とし
て撮影中の映像信号の高域成分を用いて画面の精細度を
検出し、精細度が最大となるようにフォーカシングレン
ズの位置を移動制御するいわゆる山登り制御が知られて
いる。この方式はNHK技術報告、昭和40年、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
によるテレビカメラの自動焦点調整」として詳細に述べ
られている。この方式は映像信号中の高域成分の量（焦
点電圧）を検出し、それが最大値となるように制御する
ので、例えば被写体が少し動いた場合等のなんらかの原
因により、焦点電圧が極大値をもち合焦点でないレンズ
位置にレンズが停止し、画像がボケたまま合焦動作が終
了する誤動作を起こすことがある。これを改善するため
に映像信号中の特定の高域成分の有無を検出して、合焦
か否かを判別して再起動作等を行なわせる方法が考えら
れる。これは合焦している場合、輪郭がくっきりと撮像
され輪郭成分を構成している周波数成分の高域までが映
像信号中に含まれるので、これを利用して合焦動作が終
了レンズ停止後、映像信号中の特定の高域周波数成分の
有無を検出し、有ならばピントが合っていると判定して
そのままレンズを停止し、無ならばピントが合っていな
いと判定して再度合焦動作を行なわせるようにして誤動
作をなくす等の改善を行なったものである。これにより
合焦動作時の誤動作が減少したり、また被写体が変化し
た場合の再合焦動作の開始の判断基準として特定の高域
周波数成分が有から無となったことにより判断して、再
合焦動作を行なわせることにより落ちつきのある自動合
焦動作を行なわせることができる等の効果をあげてい
る。しかしこの映像信号中の特定の高域周波数成分の有
無によってピントが合っているか否かの判断をする方式
（以下簡単に合焦検出方式と呼び、この検出回路を合焦
検出回路と呼ぶ）は以下に述べる欠点を有する。

この欠点の例を第１図により説明する。第１図は誤動作
の１例を説明するための１撮像例を示した模式図であ
る。同図中の図（１）はヒトと点灯した電灯のような高
輝度物体に合焦して撮像した画像例であり同図中の
（イ）がヒト、（ロ）が高輝度被写体を模式的に表わし
ており（イ）、（ロ）双方ともレンズから同一距離にあ
るものとする。この場合ヒト（イ）及び高輝度被写体
（ロ）どちらの輪郭からも高域周波数成分が発生し、こ
の成分を検出することにより合焦であると判定される。

一方図（２）は図（１）と被写体は同一であるがレンズ
位置が図（１）の合焦点位置と異なった場所にあって合
焦でない場合の例を示している。図（２）中の（イ）′
はヒト、（ロ）′は高輝度被写体を表わす模式図であ
る。実験等ですぐ分かるが、図中の（イ）′のヒトの場
合その輪郭はボケて高域周波数成分は含まれず、合焦し
ていないことは高域成分がこの部分では検出されないこ
とにより判定できる。しかし高輝度被写体（ロ）′の像
はほとんどボケず輪郭はくっきりしたままで高域周波数
成分が含まれるので実際はボケたレンズ位置にもかかわ
らず高域成分が検出され合焦していると判定される。こ
れは結局ボケたレンズ位置であるにもかかわらず図
（２）の画面は合焦中であると判定することとなり、合
焦検出方式の誤動作が起こったことを示している。これ
はこの方式によって山登り方式の自動合焦装置を改善す
ることに対する大きな欠点となり、例えばボケたまま停
止する等の誤動作を起こしてしまう。

この誤動作を第２図に示す波形例を含む模式図を用いて
さらに詳細に説明する。第２図の（１），（２），
（３），（１）′，（２）′，（３）′は映像信号であ
り例えばカメラ回路出力の波形図、（４）は映像信号の
波形を形成するもととなった被写体例を示す。図（４）
の被写体は中央部が高輝度、それ以外が低輝度の被写体
であり照明等によっては中央部の高輝度部分が映像信号
中で飽和する。図（１），（２），（３）は被写体が飽
和していない場合であり、図（１）′，（２）′、
（３）′は同じ被写体が飽和した場合である。また
（１），（１）′はレンズが合焦位置にある場合であ
り、図（２），（２）′から図（３），（３）′にいく
に従ってレンズが合焦位置からはずれボケていく波長を
示す。被写体が飽和していない場合ボケるに従い図
（１），（２），（３）に示すようにピーク値が下がり
かつ傾きの大きさも低下し、輪郭がなだらかとなるので
高域周波数成分が低下する。特定周波数の設定にもよる
が、（２），（３）では高域成分が検出されないのでボ
ケていると判定される。被写体が飽和している場合、図
（１）′，（２）′，（３）′に示すように被写体像は
広がりはするが、その輪郭はくっきりしたままで高域周
波数成分が映像信号中に含まれるのでレンズ位置がボケ
た位置にあるにもかかわらず、高域成分を検出して合焦
であると判定してしまい誤動作となる。図中の（ハ）、
（ニ）で示す破線はもし撮像系及び信号系のダイナミッ
クレンジが広いならば映像信号中に表われるであろう信
号波形を示す。これは映像系や信号系のダイナミックレ
ンジが低くてそれぞれの系またはどちらかの系において
信号が飽和したり、また特に信号処理回路において出力
電圧等の仕様を満たすため、白クリップやγ補正をかけ
ているので信号の大振幅部が切りとられる形となってい
ることが原因である。このため飽和するような高輝度被
写体に対してはボケていることが検出できない場合が生
じ誤動作を引き起こすことになる。

もちろんここで高輝度被写体とは、カメラではAGCや、
絞りによる調整機構があるため、あくまでその回りの被
写体に対しての高輝度（高コントラスト）被写体の意味
であり、またボケがさらに大きくなると撮像面上での照
射光の強さが低下し、かつ飽和しているとしても例えば
白クリップ点まで除々に信号が増加して飽和するので高
域成分の発生が抑えられ、飽和被写体といえどもボケて
いることを検出できるようになることは言うまでもな
い。

以上のように従来の合焦検出回路では撮像画面中に高輝
度被写体等の飽和被写体が含れていた場合には撮像信号
が信号処理系で飽和が起り、飽和部分に高周波成分が多
く含れるためこれを検出して合焦と判断してしまう欠点
があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、撮像画面中に高輝度被写体が含れてい
ても、それによる誤動作を起さず正確な自動合焦を行う
ことができる自動合焦装置を提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明は、撮像信号中の特定周波数成分の有無を検出し
て焦点の合焦，不合焦を判定する際に、撮像信号の飽和
を検出する飽和検出回路を設け、この飽和検出回路で撮
像信号の飽和を検出したら、前記の合焦不合焦の判定に
おいて合焦と判定されにくくするものである。

尚、合焦と判定されにくくする為には判定レベルを上げ
る、判定の為の信号を抑圧する，撮像管の１ライン信号
ごとに合焦判定と飽和検出を行い、飽和を検出したらそ
のラインでの合焦判定は中止する等が考えられる。

〔発明の実施例〕

第３図ないし第５図を用いて本発明の第１の実施例を説
明する。

第３図は本実施例の構成図であり、第４図は第３図の構
成の主要部の波形概念図、第５図は第４図の波形測定時
の撮像条件を示す図である。

第３図において１は入力端であり撮像信号が入力され
る。２はスレッショルド回路、３は波形成形回路、４は
撮像信号中の特定高域周波数成分のみを抽出するハイパ
スフィルタ、５は波形成形回路３の出力とハイパスフィ
ルタ４の出力の位相を合せるための遅延回路、６は波形
成形回路３の出力により利得を変えて遅延回路５の出力
を増幅する可変利得回路,7は検波回路スレッショルド回
路等よりなる合焦検出回路,8は出力端,201,401,601は端
子である。

第４図は、第５図のように、同一寸法の物体A,B,Cを、
物体A,Bはカメラ50から同一距離に、物体Ｃは物体A,Bよ
り遠方に配置して撮影したときの端子1,401,201,601に
おける１ライン分の信号を示すものである。ここで物体
Ｂは物体A,Cより高輝度の物体である。第４図において
タテ軸は撮像信号の電圧レベルを示す。

第４図（ａ）は合焦動作の余中で合焦を示す特定周波数
成分が所定値Vsより少ない時の第３図各部の信号波形で
ある。（ホ）は物体A,（ヘ）は物体B,（ト）は物体Ｃに
より生じた波形であり、（ａ−１）は第３図の端子１で
の撮像波形，（ａ−２）は端子401における信号波形，
（ａ−３）は端子201における信号波形，（ａ−４）は
端子601における信号波形である。

第４図（ｂ）は（ａ）より合焦動作が進んだ状態であ
る。第４図（ｂ−１）に示すように高輝度物体からの撮
像信号は回路の飽和レベルVoを越え、Voを越える部分
（破線部）はカットされてしまう。するとこのカットさ
れた角の部分は高周波数成分を多く含むためのフィルタ
回路４の出力（ｂ−２）は増大し、所定値Vsを越える。
従来の回路ではこの出力が検波され、合焦信号有りと判
断され、合焦動作を停止してしまう。しかしながらこの
状態は信号電圧が飽和レベルVoを越えたために起ったも
のであり、ピントはまだ合っていない。

本実施例では撮像信号の飽和状態を検知するスレッショ
ルト回路２を設け、撮像信号がVoを越えると端子201に
第４図（ｂ−３）に示す信号が出力される。この信号を
波形成形回路３で所定幅だけパルス幅を増大させた後可
変利得回路６に加える。可変利得回路６は波形成形回路
６の出力に応じ増幅率を減衰させ合焦検出回路７に出力
を出す。

波形成形回路３からの出力により物体Ｂを示す（ヘ）の
信号部分のみが減衰され、端子601には（ｂ−４）に示
す波形が現れる。本来ならば（ｂ−２）と同じ波形が出
力されるはずであるが、（ヘ）の部分のみが減衰されて
いる。したがって合焦検出回路７では合焦信号レベルVp
を越える信号は検出されず、今だ合焦でないと判断され
合焦動作が続行される。そして（ホ）に示す物体（イ）
からの信号が合焦信号レベルVpを越えるまで合焦動作を
繰り返す。

尚、スレッショルド回路２からの出力を波形成形回路３
でパルス幅を増大させたのは（ｂ−３）に示す波形が第
４図（ｂ−２）に示す飽和レベルVsをオーバーする部分
を十分カバーするようにするためである。また遅延回路
５は、（ｂ−２）の波形と、（ｂ−３）の波形の位相を
合せて、飽和により飽和レベルVsをオーバーする信号を
十分カバーされるようにするものである。

本発明の第２の実施例を第６図，第７図を用いて説明す
る。第６図中1,91,92,8は端子、２はスレッショルド回
路、４はフィルタ回路、７は合焦信号検出回路、９は判
定回路である。

本実施例はフィールド画面を構成するライン毎に合焦か
否かの判定を行うものであり、その判定を行うラインに
飽和状態になるような撮像信号が含れていたならば、そ
のラインの撮像信号中に合焦信号が含れていても合焦と
判断しないようにするものである。１ライン周期間の動
作について説明する。

端子１に１ラインの撮像信号が連続して入力されてく
る。フィルタ４で特定高周波の信号のみが選ばれ遅延回
路７を途て判定回路９の一方の入力端91に出力される。
また端子１に入力された撮像信号はスレッショルド回路
２で撮像信号が飽和レベルかどうかを判定され、その出
力が判定回路９の他方の入力端92に出力される。

判定回路９では１ライン周期毎に入力端91,92に入力さ
れる信号を比較し、端子91にのみハイレベル信号が入力
された場合に合焦と判断し合焦動作を停止する。

第７図に第６図の判定回路９の実施例を示す。同図中
（ａ）の図はその回路図であり、（ｂ）は（ａ）の回路
の動作を説明する波形図である。図（ａ）において901,
902はＳ−Ｒラッチ、904はインバータ、903は３入力ア
ンド回路、91,92はそれぞれ検波回路7,スレッショルド
回路２からの信号入力用の端子、93,94はパルス信号入
力用の端子である。

図（ｂ）において（チ）は水平同期パルスであり、
（リ）は端子94に入力される検出用パルスであり、
（ヌ）は端子93に入力されるリセットパルスである。検
出用パルスとリセットパルスは図（ｂ）に示すように水
平同期信号のブランキング期間に検出用パルス、リセッ
トパルスの順で不図示の信号発生回路よりそれぞれ端子
94,93に加えられる。

端子91,92に何も入力が無い場合には端子93のリセット
パルスによりＳ−Ｒラッチ901,902がリセットされ、３
入力アンド回路903の出力は発生しない。

飽和被写体がない合焦像を撮像した場合には、検波回路
７からの信号によりＳ−Ｒラッチ901がセットされる。
飽和被写体がないためスレッショルド回路２の出力はロ
ーレベルとなりＳ−Ｒラッチ902は、セットされない。
この状態で検出用パルス（リ）が端子94に入力される
と、Ｓ−Ｒラッチ902の出力はインバータ904により反転
されハイレベルとなっているため、３入力アンド回路の
入力信号は全てハイレベルとなり端子８に合焦信号が発
生する。この出力を用いて自動合焦装置の合焦動作を行
なう。

次に飽和被写体が撮像された場合について説明する。Ｓ
−Ｒラッチ901には検波回路７からの合焦信号が入力さ
れ、出力がハイレベルにセットされる。スレッショルド
回路２で飽和信号を検出し、端子92にはハイレベル信号
が入力され、Ｓ−Ｒラッチ902がハイレベルにセットさ
れる。Ｓ−Ｒラッチ902の出力はインバータ904により反
転され３入力アンド回路903にはローレベル信号が入力
される。したがって検出用パルス（リ）が３入力アンド
回路に903に入力されてもインバータ904からの入力がロ
ーレベルであるのでアンド条件を満さず、合焦信号は出
力されない。

端子94への検出用パルスを水平同期信号の周期で発生さ
せることにより合焦検出をライン毎に行い、飽和被写体
を表わす映像信号のないラインでのみ合焦検出を行うも
のである。

以上本発明の第１、第２の実施例では、フィルタ回路４
とスレッショルド回路２の入力を同一信号としたが、端
子１とフィルタ回路４の間に映像信号処理回路が含れて
もよいことは言うまでもない。この場合に２のスレッシ
ョルド回路のスレッショルドレベルは、この信号処理回
路又はフィルタ回路４以降の回路の飽和レベルのどちら
か低い方に設定する必要がある。

以上合焦検出回路の飽和被写体に対する改善について述
べてきたが、合焦検出回路の信号系にゲート回路を挿入
して画面の特定部分、例えば画面中央から信号を取り出
して実際のカメラ操作者の要求に応じるように合焦動作
を行なわせるようにしてもよいし、その際飽和検出に用
いるスレッショルド回路２への入力信号も同様にゲート
をかけてもよいことはもちろんである。

また本発明の説明では山登り方式の自動合焦装置に適用
した場合について述べてきたが、他の自動合焦方式に合
焦検出回路を用いて制御の改善等を行なう場合について
も有効であることは、本発明が合焦検出回路の改善にあ
り、これを応用する構成に対して何ら制限がないことよ
りも明らかであることはもちろんである。

また図６中のリセットパルス（ヌ）や検出パルス（リ）
は水平同期パルス（チ）の出力部分の内部に含まれるよ
うに説明したが、これもこの位置である必要は必ずしも
ないことはもちろんである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、飽和被写体を撮像中、レンズが被写体
に合焦していないにもかかわらず発生していた飽和被写
体像の高域成分による。合焦有の誤った従来の検出信号
の発生を防止することができるので正しく合焦か否かの
判断が可能となり、本発明を用いて構成した自動合焦装
置の確実で良好な動作を行なわせることに効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の方式で行っていた誤動作を説明するため
の一撮像例を示した模式図、第２図は従来の誤動作をさ
らに詳しく説明するための１例を示した模式図、第３図
は本発明の第１の実施例を示す構成ブロック図、第４図
は第３図各部の信号を示す波形図、第５図は第４図の波
形を得る時の撮映状態を示す斜視図、第６図は本発明の
第２の実施例を示す構成ブロック図、第７図（ａ）、
（ｂ）は第４図中の１ブロックの１実施例を示す回路図
及び波形を示した波形図である。 １……端子、２……スレッショルド回路、３……波形成
形回路、４……フィルタ回路、５……遅延回路、６……
可変利得回路、７……検波回路、８……端子、９……判
定回路、91,92,93,94,101,102,201,401,601……端子、9
01,902……Ｓ−Ｒラッチ、903……３入力アンド、904…
…インバータ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】移動位置が制御されるフォーカシングレン
   ズと、 上記フォーカシングレンズを通過した通過光より撮像信
   号を発生する撮像手段と、 上記撮像手段から出力される撮像信号の高域周波数成分
   を抽出するハイパスフィルタと、 上記ハイパスフィルタから出力された高域周波数成分を
   信号処理して上記フォーカシングレンズの位置制御を行
   なうレンズ位置制御手段と、 上記ハイパスフィルタとレンズ位置制御手段との間に設
   けられ、上記ハイパスフィルタからの信号の通過を制限
   する回路と、 上記撮像信号の輝度成分の飽和時に検出信号を発生する
   飽和検出手段と、 上記飽和検出手段からの検出信号により上記通過を制限
   する回路を動作させる制御手段と、 からなることを特徴とする自動合焦装置。
2. 【請求項２】上記通過を制限する回路は、可変利得回路
   であり、上記制御手段は、上記検出信号により上記可変
   利得回路の増幅率を減衰させることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の自動合焦装置。
3. 【請求項３】上記通過を制限する回路は、ゲート回路で
   あり、上記制御手段は、上記検出信号により上記ゲート
   回路を閉じることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の自動合焦装置。