JPH04133576A - 撮像装置 - 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、ビデオカメラ、電子スチルカメラ等の映像機
器に用いて好適な撮像装置に関するものである。

（従来の技術） 近年、ビデオカメラ、電子カメラ等を始めとする映像機
器の発展は目覚ましく、特にその様能及び操作性の向上
のため、自動焦点調節装置（ＡＦ）等の機能が標準的に
装備されるに至っている。

ところで、自動焦点調節装置を見ると、撮像素子等によ
り被写体像を光電変換して得られた映像信号中より画面
の鮮鋭度を検出し、それが最大となるようにフォーカシ
ングレンズ位置を制御して焦点調節を行うようにした方
式が主流となりつつある。

前記鮮鋭度の評価としては、一般に、バンドパスフィル
タ（ＢＰＦ）により抽出され・た映像信号の高周波成分
の強度、あるいは微分回路などにより抽出された映像信
号のボケ幅（被写体像のエツジ部分の幅）検出強度等を
用いる。

これは、通常の被写体像を撮影した場合、焦点がぼけて
いる状態では高周波成分のレベルは小さくボケ幅はぼけ
て広（なり、焦点が合ってくるにしたがって高周波成分
のレベルは大きくボケ幅は小さ（なり、完全に合焦点に
達した状態でそれぞれ最大値、最小値をとる。したがっ
て、フォーカシングレンズの制御は、前記鮮鋭度が低い
場合は、これが高くなる方向に可能な限り高速で駆動し
、鮮鋭度が高くなるにつれて減速し、精度良く鮮鋭度の
山の頂上で停止させるように制御される。このような方
式を一般に山登りオートフォーカス方式（山登りＡＦ）
と称している。

このような自動焦点調節装置が採用されたことにより、
従来、特に動画を撮影するビデオカメラ等では、その操
作性が飛躍的に向上し、近年では必須の機能となってい
る。

（発明の解決しようとする問題点） しかしながら、上述したような山登りＡＦ方式の自動焦
点調節装置によれば、たとえばレンズキャップを装着し
たまま電源を投入した場合や、低照度の中で撮影を行な
うような場合、画像の鮮鋭度信号が全体的に低下し、合
焦度を検出することが困難となって（る。

このため、フォーカスモータを精度よく合焦点に停止す
ることができな（なり、所謂ハンチングを生じてしまう
問題があった。

これは、撮影者にとって極めて不快であるだけでなく、
消費電力、モータ駆動騒音の増大、フォーカシング駆動
系の耐久性の低下等の弊害をもたらしているものであっ
た。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上述した問題点を解決するためになされたもの
で、その特徴とするところは、撮像信号中より合焦度に
応じた信号を抽出して焦点調節を行なう焦点調節手段と
、前記撮像信号中より撮像画面内の色情報および輝度情
報を検出する検出手段と、前記検出手段の出力に基づい
て撮像画面の状況を判別する判別手段と、前記判別手段
の判別結果に応じて前記焦点検出手段を制御する制御手
段とを備えた擬像装置にある。

（作用） これによって、たとえばレンズキャップをつけたまま電
源を投入したり、自動焦点調節動作を解除する前にレン
ズキャップを装着した時、また極めて低照度での撮影を
行なう場合にも、撮像画面の状況を判別して焦点検出手
段を制御することにより、合焦不可能な状態における有
害なハンチング等を減少し、誤動作のない最適の自動焦
点調節動作及び快適な撮影が可能となる。

（実施例） 以下本発明における自動合焦装置を各図を参照しながら
その一実施例について詳述する。

第１図は本発明のレンズ制御装置をビデオカメラに実施
した場合を示すブロック図である。

同図において、１は撮影レンズ系を示すもので、焦点調
節を行なうための前玉によるフォーカシングレンズ群Ｉ
Ａ、ズーム動作とともにワイドマクロ領域において焦点
調節を行なうズームレンズ群ＩＢ、補正系のレンズ群Ｉ
Ｃをそれぞれ備えている（以下それぞれフォーカシング
レンズ、ズームレンズ、補正レンズと称す）。

またフォーカシングレンズＩＡは、フォーカスモータ駆
動回路９及びフォーカスモータ１゜を介して駆動制御さ
れる。またズームレンズＩＢはズームモータ駆動回路１
１及びズームモータ１２を介して駆動制御される。２は
入射光量を制御する絞り（アイリス）で、アイリス駆動
回路７及び絞り駆動用のｉｇメータ８を介して駆動制御
される。３はフォーカシングレンズ１Ａによって撮像面
に結像された被写体像を光電変換して撮像信号に変換す
るたとえばＣＣＤ等の撮像素子、４は撮像素子３より出
力された搬像信号を所定のレベルに増幅するプリアンプ
、５はプリアンプ４より出力された映像信号にガンマ補
正、ブランキング処理、同期信号の付加等の所定の処理
を施して規格化された標準テレビジョン信号に変換し、
ビデオ出力端子より出力するプロセス回路である。プロ
セス回路５より出力されたテレビジョン信号は図示しな
いビデオレコーダ、あるいは電子ビューファインダ等へ
と供給される。

また６はプリアンプ４より出力された映像信号を人力し
、該映像信号のレベルが所定のレベルに一定となるよう
に絞り２の開口量を制御すべくアイリス駆動回路７を介
してｉｇメータ８を自動制御するアイリス制御回路であ
る。

１３は同じくプリアンプ４より出力された映像信号中よ
り合焦検出を行なうために必要な高周波成分を抽出する
バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、１４は映像信号中より
被写体像のボケ幅（被写体像のエツジ部分の幅）を検出
回路で、合焦状態に近付（はど被写体のボケ幅が小さく
なる性質を利用して合焦検出を行なうものである。この
ボケ幅検出回路による合焦検出方法自体は、たとえば特
開昭６２−１０３６１６号等によって公知となっている
ため、その詳細な説明は省略する。

１５はバンドパスフィルタ１３、ボケ幅検出回路１４の
出力にゲートをかけ、撮像画面上の指定領域内に相当す
る信号のみを通過させるゲート回路で、後述する論理制
御回路２１により供給されるゲートパルスに従い、１フ
イ一ルド分のビデオ信号中の指定領域に相当する信号の
みを通過させ、これによって、撮像画面内の任意の位置
に高周波成分を抽出する通過領域すなわち合焦検出を行
なう合焦検出領域の設定を行なうことができる。１６は
ゲート回路１５によって抽出された合焦検出領域内に相
当する映像信号中より高周波成分のピーク値、ボケ幅情
報のピーク値（ボケ幅の最小値）、さらに高周波成分ピ
ーク値の得られた撮像画面内における水平、垂直方向の
位置を検出するピーク検出回路である。このピーク検圧
回路は、１フイ一ルド期間において検出されたピーク位
置及び、そのピーク値が合焦検出領域を水平、垂直方向
に所定個数のブロックに分割したどのブロックに位置す
るかを検出し、その水平、垂直座標を出力するものであ
る。

また１７はズーム操作、ＡＦモード切換、ワイドマクロ
ＡＦのＯＮ、ＯＦＦ、高速シャッタの設定等、ビデオカ
メラの動作に関する各種制御操作を行なう複数のスイッ
チからなる操作部である。

また１８はフォーカシングレンズＩＡの移動位置を検出
するフォーカスエンコーダ、１９はズームレンズＩＢに
よって可変される焦点距離情報を検出するズームエンコ
ーダ、２０は絞り２の開口量を検出するアイリスエンコ
ーダである。これらの検出情報は論理制御回路２１へと
供給される。

２２はプロセス回路において処理される撮像信号中より
色情報信号（色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙ）を抽出して画面
内の彩度を検出し論理制御回路２１に出力する色情報検
出回路、２３は同じく撮像信号中より抽出された輝度情
報信号（輝度信号Ｙ）より画面内の明るさを検出し論理
制御回路２１へと出力する輝度情報検出回路である。

２１はシステム全体を統括して制御する論理制御回路で
、たとえばマイクロコンピュータによって構成され、そ
の内部には図示しない入出力ボート、Ａ／Ｄ変換器、リ
ードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ
（ＲＡＭ）を備えている。この論理制御回路は、ピーク
位置検出回路１６より出力されたバンドパスフィルタ１
３の出力に基づ（高周波成分の１フイ一ルド期間内にお
けるピーク値及びそのピーク位置座標、ボケ幅検出回路
１４の出力に基づ（ボケ幅情報、さらに各エンコーダか
らの検出情報を取り込んで所定のアルゴリズムにしたが
って演算し、これらの時系列的な変化から、合焦検出領
域の撮像画面上における位置、大きさ、移動方向、移動
応答速度の設定すなわち被写体追尾を行なうとともに、
合焦点の得られるフォーカシングレンズの移動方向及び
移動速度等を演算するものである。

すなわち、バンドパスフィルタ１３の出力に基づく高周
波成分の１フイ一ルド期間内におけるピーク値及びその
ピーク位置座標にもとづいて、各フィールドごとに被写
体の移動を検出し、その変化したピーク位置すなわち被
写体位置を中心とする位置に合焦検出領域を設定すべく
ゲート回路１５にゲートパルスを供給してこれを開閉制
御し、映像信号の合焦検出領域内に相当する部分の映像
信号のみを通過させる。

また論理制御回路２１は、上述のようにして設定された
合焦検出領域内に相当する映像信号に基いて、被写体に
対する合焦検出を行い、焦点調節を行う。すなわちボケ
幅検出回路１４より供給されたボケ幅情報とバンドパス
フィルタ１３より供給された高周波成分のピーク値（あ
るいは積分値）情報を取り込み、これらの時系列的な変
化により、ｌフィールド期間における最小ボケ幅値が最
小に、高周波成分のピーク値が最大となる位置へ、すな
わち合焦度が常に最大となるように、前玉フォーカシン
グレンズＩＡを駆動すべくフォーカス駆動回路９にフォ
ーカシングモータ１０の回転方向、回転速度、回転／停
止等の制御信号を供給し、これを制御する。

向、この際、論理制御回路２１は、フォーカスエンコー
ダ１８．ズームエンコーダ１９．絞りエンコーダ２０の
検出値を取り込んで、被写界深度、フォーカシングレン
ズの位置等を参照し、それらの示す撮影状態に適応した
制御を行なう。

また、このとき論理制御回路２１は、合焦度に応じて、
また絞りエンコーダ２ｏ、ズームエンコーダ１９によっ
て検出された絞り値及び焦点距離から演算した被写界深
度に応じて、合焦検出領域の大きさ、移動範囲、移動応
答速度の制御も同時に行なう。

このようにして、動きのある被写体像を追尾尾しながら
焦点を合わせ続けることができる。

なお、本発明において合焦検出にボケ幅検出回路１４よ
り圧力されたボケ幅信号と、バンドパスフィルタ１３よ
り出力された高周波成分のピーク値を用いるのは、以下
の理由による。

すなわちボケ幅は合焦点に近付くほど小さい値となって
合焦点で最小となり、被写体のコントラストの影響を受
けにくいため高い合焦検出精度を得ることができる特長
を有する反面、ダイナミックレンジが狭く、合焦点を大
きく外れると十分な検出精度を得ることができない。

これに対して、高周波成分は、ダイナミックレンジが広
く、合焦点を大きく外れても合焦度に応じた出力を得る
ことができる反面、コントラストの影響を大きく受ける
性質があり、ボケ幅情報はどの合焦精度を得ることがで
きない。

したがって、これらを組み合わせることにより、ダイナ
ミックレンジが広く、且つ合焦点近傍で高い検出精度の
得られる合焦検出方式を実現することができるわけであ
る。

本実施例では、全体として高周波成分のレベルに基づい
て山登りＡＦを行ない、合焦点近傍における合焦判定、
あるいは再起動等の判定にボケ幅情報を用いている。

また、論理制御回路２１は、以下に説明するように、撮
像画面の色情報及び輝度情報にもとづいて合焦動作の可
否判定を行なう。

次に本発明の撮像装置における論理制御回路２１による
焦点制御動作を第２図に示すフローチャートを参照しな
がら順を追って説明する。

同図において、制御フローをスタートすると、まずステ
ップ２００において、色情報検出回路２２．輝度情報検
出回路２３よりそれぞれ検出された撮像画面内の彩度の
ピーク値、輝度のピーク値を検出し、以後の合焦動作制
御の可否判定を行なう。このルーチンは本発明の主要部
をなすものであり、詳細な動作については後述する。

ステップ２００で合焦可能と判定された場合は、ステッ
プ２０２へと進み、第１図におけるバンドパスフィルタ
１３より供給された映像信号中の高周波成分のアナログ
値をＡ／Ｄ変換し、毎フィールドごとに論理制御回路２
１に取り込む。またステップ２０４へと進み、同じくボ
ケ幅検出回路１４より供給される被写体のエツジ部分の
ボケ幅のアナログ値をＡ／Ｄ変換し、毎フィールドごと
に論理制御回路２１へと取り込む。

ステップ２０６は、ステップ２０２において検出した高
周波成分抽出値のレベルからフォカスモーフの駆動速度
を決定するルーチンであり、その値が所定のしきい値Ｔ
ＨＩより小さいときは、ステップ２１０へと進んでフォ
ーカスモータの速度を最大にし、大きいときは次のステ
ップ２０８のボケ幅検出値によるフォーカスモータ駆動
速度決定ルーチンに制御を移行する。

ステップ２０８では、ステップ２０４で検出したボケ幅
検出信号（ボケ幅は合焦点に近付くほど小さ（なるが、
実際用いられるデータ信号は、高周波成分のレベル変化
に対応させ、ボケ幅の逆数を用い、合焦点で最大となる
ようなデータに変換して用いている。）のレベルが、し
きい値ＴＨ２より小さい場合には、ステップ２１２へと
進み、フォーカシングレンズ駆動用モータの駆動速度を
中速にし、それ以外すなわち、ボケ幅検出信号のレベル
がしきい値ＴＨ２以上となったときには、合焦点に極め
て近接した位置と判断し、ステップ２１４へと進んでフ
ォーカスモータの駆動速度を最小とする。

以上ステップ２０６〜ステツプ２１４のフォーカスモー
タ駆動速度決定ルーチンでフォーカスモータ速度の絶対
値を設定した後は、ステップ２１６へと進み、高周波成
分検出値とボケ幅検出値の時系列変化により、フォーカ
シングレンズ駆動用モータの方向を決定する。すなわち
それらの時系列変化が、増加しているときは、フォーカ
シングレンズは合焦点に向かう方向に進んでいると判断
し、フォーカスモータの駆動方向を現状のままに設定し
、時系列変化が減少しているときは、合焦点から遠ざか
っていると判断し、フォーカスモータの駆動方向を逆転
させる。

そしてステップ２１８において、ステップ２０６〜ステ
ツプ２１４で設定した速度とステップ２１６で設定した
駆動方向に基づいて実際にフォーカスモータを駆動し、
フォーカシングレンズを移動する。

ステップ２２０は、高周波成分検出値と、ボケ幅検出値
の変化の度合いにより合焦か否かを判定するルーチンで
あり、それらの変化の度合が小さ（なり、いわゆる山登
り動作において山の頂上に到達して合焦したと判断した
場合には、ステップ２２２へと進んでフォーカスモータ
を停止する処理を行なう。また高周波成分検出値と、ボ
ケ幅検出値の時系列変化が続き合焦点に到達していない
と判定された場合には、再び制御をステップ２００へと
戻し、上述の処理を繰り返し行なう。

ステップ２２２でフォーカスモータを停止した後は、ス
テップ２２４の再起動判定ルーチンへと進む。ステップ
２２４は合焦してフォーカスモータが停止した後、合焦
状態が続いているか、あるいは被写体が移動するなどし
て合焦状態からはずれているかを、ボケ幅検出値のレベ
ルの減少状態によって判断し、合焦状態でなくなった場
合には、フォーカスモータを再起動させるために制御を
再びステップ２００へと戻す。

またステップ２２４の再起動ルーチンで、合焦状態が保
たれており、再起動の必要がないと判断されたときには
、ステップ２２６へと進んで再起動判断を行なうための
基礎データとして、再起動がかかるまで繰り返しボケ幅
検出値を読み込むルーチンである。

本願における自動合焦動作の基本的な制御の流れは、以
上のようになっており、次に本願の主要部をなすステッ
プ２００の処理について第３図のフローチャートを用い
て説明する。

ステップ２００は、前述したように、色情報検出回路２
２．輝度情報検出回路２３よ、りそれぞれ検出された撮
像画面内の彩度のピーク値。

輝度のピーク値を検出して以後の合焦動作制御の可否判
定を行なうルーチンである。

第３図において、制御をスタートすると、まずステップ
３００で画面内の所定の領域内の彩度のピーク値、すな
わちプロセス回路５より出力される色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ
−Ｙそれぞれの振幅の最大値Ｃ□□、Ｃ５ｖＡｘを検出
する。

また、ステップ３０２では、彩度すなわち色差信号を検
出した撮像画面上の領域と同じ領域における輝度信号の
最大値Ｙ　ＩＪＡＸを検出する。

ステップ３０４で、前記ＣＩＩＩＩＩＡＸ、　Ｃｍｌ、
ｌ＊ｘをそれぞれ所定のしきい値ＴＨ３と比較し、これ
らがともに前記しきい値ＴＨ３より低いと判定された場
合には、ステップ３０６の輝度信号レベルのピーク値判
定ルーチンへと移行する。また前記ＣＲＩＩＡＸ、　Ｃ
□□のレベルの少なくとも一方が所定のしきい値ＴＨ３
Ｈ３以上った場合には合焦動作可能と判定し、第２図の
ステップ２０２以降の合焦制御ルーチンへと移行する。

ステップ３０４でＣＩＩＩＩＡＸＩ　ＣＩＭＡＸがそれ
ぞれ所定のしきい値ＴＨ３より低いと判定されてステッ
プ３０６へと進んだ場合、ステップ３０６では、さらに
輝度信号レベルのピーク値Ｙ　１ｉＡＸをしきい値ＴＨ
４と比較する。

そしてＹ　ＭＡＸがしきい値ＴＨ４より低いと判定され
た場合は、合焦不可能と判定し、ステップ３０８へと進
み、フォーカスモータを停止してフォーカシングレンズ
を駆動せず、ステップ３００へと復帰し、上述の判定動
作を繰り返し行なう。

またステップ３０６において、Ｙ　ＭＡＸがしきい値Ｔ
Ｈ４以上であった場合には、合焦動作可能と判定し、第
２図のステップ２０２以降の合焦制御ルーチンへと移行
する。

このように、色差信号及び輝度信号それぞれのレベルの
ピーク値を所定のしきい値と比較することにより、合焦
動作が可能であるか否かを判定しているので、合焦動作
自体不可能な撮影状態においてフォーカシングレンズが
無駄な、予期しない誤動作をしたり、電力を無駄に消費
したり、ノイズを発生する等の不都合を未然に防止する
ことができる。

ここで、彩度（色差信号）、輝度信号ピーク値がともに
、一定値以下の場合に合焦不可能と判定している理由に
ついて説明する。

一般に、撮像画面における被写体像によっては、単に色
の彩度の小さい場合や、画面が暗い場合だけの状態では
、完全にＡＦ動作が不要、あるいは不可能と判断するこ
とはできない。

すなわち、通常合焦検出動作に用いている輝度レベルだ
けで合焦可否判定を行なうと、被写体が存在するにもか
かわらず低輝度の場合にフォーカシングレンズが停止し
てしまう危険がある。このため、フォーカシングレンズ
を停止するためのしきい値を下げてフォーカシングレン
ズを停止しすらくすれば、ハンチングを生じやすくなり
、不安定になる。

そこで、本発明においては、色情報を合焦可否判定に併
用し、色情報が得られるときには被写体が存在するとし
て、合焦動作を行ない、輝度れべるも色情報もないよう
な被写体の検出自体不可能な場合に、フォーカシングレ
ンズを停止するように構成したものである。

たとえば、合焦動作が不可能な代表的な例としては、レ
ンズキャップを装着した状態であり、このような状態で
合焦検出動作を行なえば、合焦点を検出できないままフ
ォーカシングレンズが移動を続け、ハンチングを生じた
り、予期しない誤動作を生じ、操作感覚が悪く、逆に大
ボケ状態になってしまう危険があり、さらに無駄な電力
消費、ノイズ等の原因となる。

本願によれば、色差信号と輝度信号の両方の情報を検出
し、これらのレベルの両方を一度に判別することにより
、完全にＡＦ動作が不可能あるいは不要な場合を確実に
識別し、合焦不可能な場合にはフォーカシングレンズを
駆動を禁止して上述の問題点を未然に防止し得るもので
ある。

また低照度の被写体等についても、色情報によって被写
体が判別できる場合にはＡＦ動作を行なうようにしたの
で、被写体が存在するにもかかわらず低輝度であるため
に合焦動作ができなくなる不都合を回避することができ
る。

このように、本願によれば、色情報、輝度情報を有効に
用いて、合焦動作の可否を判断することにより、レンズ
キャップ装着時など、ＡＦ動作が不要な場合を確実に判
別し、ハンチング等の有害な誤動作を提言することがで
きる。

なお、上述の実施例によれば、合焦不可能と判定された
場合、フォーカスモータを停止させていたが、何もこれ
に限定されるものではなく、たとえば第４図のフローチ
ャートに示すように、フォーカスモータの速度を低させ
てもよい。

この場合、第３図のフローチャートにおけるステップ３
０８を、ステップ４０８に示すように変更し、このルー
チンでフォーカスモータを停止せずに減速する処理を行
なう。他の処理については第３図のフローチャートと同
じであるため、同一の符合を用いてその説明を省略する
。

また、第５図のフローチャートに示すように、合焦不可
能と判定された場合、電子ビューファインダ内に警告表
示を出したり、合焦検出領域の枠を点滅させたり、合焦
検出領域の枠を消すなどして、操作者に合焦不可能とい
う状態を認識させるようにすることもできる。

この場合も、第３図のフローチャートにおけるステップ
３０８を第５図に示すように警告表示を行なうステップ
５０８のように変更する。

なおこの場合第３図、第４図の実施例のようにフォーカ
シングレンズを停止する処理、フォーカシングレンズを
減速する処理と併用してよいことは言うまでもない。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明における撮像装置によれば、
撮像画面内の色情報および輝度情報を検出して撮像画面
の状況を判別し、その判別結果に応じて合焦動作の可否
を判定するようにしたので、たとえばレンズキャップを
つけたまま電源を投入したり、自動焦点調節動作を解除
する前にレンズキャップを装着した時、また極めて低照
度での撮影を行なう場合にも、撮像画面の状況を判別し
て焦点検出手段を制御することにより、有害なハンチン
グ等を減少し、誤動作のない最適の自動焦点調節動作及
び快適な撮影が可能となり、結果として最適速度制御を
行なうことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における撮像装置をビデオカメラに適用
した場合の構成を示すブロック図、第２図は本発明にお
ける撮像装置による制御動作を説明するためのフローチ
ャート、第３図は本発明における撮像装置における撮影
状態判別手段の制御動作を説明するためのフローチャー
ト、 第４図は本発明における撮像装置の制御動作の他の実施
例を示すフローチャート、 第５図は本発明における撮像装置の制御動作の他の実施
例を示すフローチャートである。 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 撮像信号中より合焦度に応じた信号を抽出して焦点調節
   を行なう焦点調節手段と、 前記撮像信号中より撮像画面内の色情報および輝度情報
   を検出する検出手段と、 前記検出手段の出力に基づいて撮像画面の状況を判別す
   る判別手段と、 前記判別手段の判別結果に応じて前記焦点検出手段を制
   御する制御手段と、 を備えたことを特徴とする撮像装置。