JP3014745B2 - オートフォーカス装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はオートフォーカス装置に係り、特にビデオ
カメラに適用して合焦点精度を向上するに好適なオート
フォーカス装置に関する。

［従来の技術］ 一般に、ビデオカメラなどの撮像装置は、被写体に自
動的に焦点を合わせる、いわゆるフォーカシングを行な
うオートフォーカス装置を備えている。このようなオー
トフォーカス装置には各種の方式が知られており、撮像
部から得られる映像信号を用いてフォーカシングする方
式もその中の一つである。撮像映像信号を用いて合焦点
制御するオートフォーカス方式は、他の方式に比べてオ
ートフォーカス用の特別な光学系やセンサを必要とせず
機構が極めて簡単になると共に撮像レンズの被写体深度
にかかわらず正確に焦点合わせを行なうことができると
いう多くの利点を有する。このようなオートフォーカス
方式の一例である山登りサーボ方式が文献『NHK技術報
告（昭和40年第17巻、第１号通巻86号26頁）「山登りサ
ーボ方式によるテレビカメラの自動焦点調節」』に開示
されている。

第６図は従来のオートフォーカス装置のブロック図で
あり、特に山登りサーボ方式を用いた構成を例示するも
のである。図において、（１）はオートフォーカスによ
る合焦点動作に伴って駆動されるフォーカスレンズや撮
影画角を変化させるためのズームレンズを他の一連のレ
ンズ系と共に内蔵するカメラ部、（16）はその回転でカ
メラ部（１）に内蔵されるフォーカスレンズを図面の左
右方向に移動するべくフォーカスレンズに連動するよう
な外縁に設けられるフォーカスリング、（28）はフォー
カスリング（16）を回転駆動するフォーカスモータ、
（２）はカメラ部（１）の結像部に配置される図示しな
い撮像素子から撮像信号をテレビジョン系の映像信号と
して出力する撮像回路、（５）は撮像回路（２）から出
力された映像信号の輝度信号から垂直及び水平の同期信
号を分離する同期分離回路、（６）は分離された水平及
び垂直同期信号から焦点合わせのための輝度信号抽出領
域、つまりサンプリングエリアとして撮像画面内の比較
的狭い特定の領域を設定するためのゲート開閉信号GC1
を発生するゲート制御回路、（３）はゲート制御回路
（６）からのゲート開閉信号GC1により撮像回路（２）
から出力された映像信号の中のオートフォーカス動作の
ためのサンプリングエリアの輝度信号のみを通過させる
ゲート回路、（30）はハイパスフィルタ（HPF）
（７）、検波回路（８）、積分回路（９）、A/D変換器
（10）から構成されフォーカス評価値をディジタル信号
で出力するフォーカス評価値作成部、（31）は最大値メ
モリ（11）と比較器（12）で構成されたフォーカス評価
値作成部（30）からのフォーカス評価値の変化を示す比
較信号S1と比較信号S2を出力するフォーカス評価値変化
検出部、（33）はメモリ（13）と比較器（14）で構成さ
れたフォーカス評価値作成部（30）からのフォーカス評
価値から被写体の変化を検出して制御信号S3と被写体変
化信号S4を出力する被写体変化検出部、（32）はモータ
位置メモリ（17）と比較器（18）から構成されフォーカ
スリング位置検出センサ（29）からのフォーカスリング
位置信号と被写体変化検出部（33）からの制御信号S3と
フォーカス評価値変化検出部（31）からの比較信号S1を
受けて制御信号CLを出力する合焦点位置検出部、（15）
はフォーカス評価値変化検出部（31）からの比較信号S
2、被写体変化検出部（33）からの被写体変化信号S4、
制御信号S3並びに合焦点位置検出部（32）からの制御信
号CLを受けてフォーカスモータ（28）に対する駆動信号
を出力すると共に被写体変化検出部（33）に対してレン
ズ停止信号LSを出力するフォーカスモータ制御回路、
（35）はカメラ部（１）内に内蔵されるズームレンズを
駆動するためのズームモータ、（36）はズームモータ
（35）をマニュアルで操作するためのズームスイッチを
示すものである。

フォーカス評価値作成部（30）においてHPF（７）は
カットオフ周波数として200kHz〜800kHzの間で選択され
る値を有し、撮像回路（２）からの輝度信号の中でゲー
ト回路（３）を通過したサンプリングエリアに対応する
信号から高域成分のみを抽出する。得られた高域成分は
次の検波回路（８）で振幅検波される。積分回路（９）
は振幅検波された輝度信号を１フィールド毎に積分し輝
度信号の当該フィールドにおける高域成分のレベルを表
わす信号として送出する。積分回路（９）の出力はA/D
変換器（10）でディジタル信号に変換され光学系の被写
体に対する合焦点状態を示す値、つまりフォーカス評価
値として導出されフォーカス評価値変化検出部（31）と
被写体変化検出部（33）に出力される。フォーカス評価
値作成部（30）からのフォーカス評価値を受けたフォー
カス評価値変化検出部（31）はこれを最大値メモリ（1
1）に受けると共に最大値メモリ（11）の値と比較する
ための比較器（12）に受けるが、その結果与えられたフ
ォーカス評価値が最大値メモリ（11）に格納されている
過去の最大値よりも大きいか小さいかを比較器（12）で
比較検出して比較信号S1、S2を出力させ最大値の入力に
対してはこれをその時点の最大フォーカス評価値として
最大値メモリ（11）に格納するように比較信号S1で制御
する。

そして、フォーカス評価値作成部（30）からのフォー
カス評価値が最大値メモリ（11）に格納されている評価
値よりも小さい場合はこれを示す信号として比較器（1
2）から比較信号S2が出力される。被写体変化検出部（3
3）のメモリ（13）はフォーカスモータ制御回路（15）
からのレンズ停止信号LSに基づいてフォーカス評価値作
成部（30）からのフォーカス評価値を記憶するもので、
これは合焦点時のフォーカス評価値となる。

一方、比較器（14）はオートフォーカス動作終了後に
該焦点時のフォーカス評価値を現在のフォーカス評価値
と比較しこれがある閾値よりも小さくなった場合に被写
体が変化したものとして検出し被写体変化信号S4をフォ
ーカスモータ制御回路（15）に出力する。一方、比較器
（14）はメモリ（13）に記憶されているフォーカス評価
値がオートフォーカス動作開始時点のフォーカス評価値
よりも小さい場合に制御信号S3をフォーカスモータ制御
回路（15）に出力する。次に、フォーカス評価値変化検
出部（31）においてフォーカス評価値作成部（30）から
のフォーカス評価値の最大値が検出された時点で合焦点
位置検出部（32）においてモータ位置メモリ（17）には
比較信号S1に基づいてフォーカスリング位置検出センサ
（29）からのフォーカスリング位置信号を格納する。一
方、フォーカスリング位置信号とモータ位置メモリ（1
7）からの記憶値を入力されている比較器（18）は被写
体変化検出値（33）からの制御信号S3に基づいてフォー
カスモータ（28）を停止させるための制御信号CLをフォ
ーカスモータ制御回路（15）に出力する。

以上述べたような構成において、次にその動作を説明
する。

被写体の撮像時にはカメラ部（１）内部のフォーカス
レンズを含む一連のレンズ系によって被写体像が図示し
ない撮像素子上に結合するが、この被写体像は撮像回路
（２）によって水平同期信号と垂直同期信号を有する輝
度信号を含む映像信号に変換される。この映像信号の中
の輝度信号はゲート回路（３）及び同期分離回路（５）
に入力されるが、同期分離回路（５）では与えられた輝
度信号から垂直と水平の各同期信号を分離しゲート制御
回路（６）に与える。ゲート制御回路（６）は一定の周
波数で発振する固定発振器を有しており垂直同期信号、
水平同期信号並びに固定発振器出力に基づいて輝度信号
の所定の領域を時間的に規定して輝度信号の必要部分の
みを通過させるべくゲート開閉信号GC1を発生しこれを
ゲート回路（３）に出力する。

その結果、ゲート回路（３）からHPF（７）に対して
はゲート制御回路（６）により設定されたサンプリング
エリアに対応する輝度信号成分のみが与えられ、当該エ
リアの高域成分だけが抽出される。HPF（７）で抽出さ
れた高域成分は次段の検波回路（８）により振幅検波さ
れる。検波回路（８）の検波出力、すなわち高域成分の
レベルは積分回路（９）に与えられ、ここで１フィール
ド毎に積分されフォーカス評価値としてA/D変換器（1
0）に与えられる。A/D変換器（10）はフォーカス評価値
をディジタル信号で出力する。このフォーカス評価値は
フォーカス評価値変化検出部（31）の最大値メモリ（1
1）と比較器（12）並びに被写体変化検出部（33）のメ
モリ（13）と比較器（14）に入力される。

第７図は以上のようにして得られたフォーカス評価値
とフォーカスレンズの位置の関係を示す説明図である。
図において、横軸はフォーカスレンズ位置を間接的に示
すフォーカスリング（16）の位置、縦軸はフォーカス評
価値をそれぞれ示す。同図に示すように、被写体がカメ
ラ部（１）から2mの距離に在った場合、フォーカスリン
グ（16）を回動させてフォーカスレンズを移動させてゆ
くと、フォーカス評価値はフォーカスリング（16）がフ
ォーカスレンズをカメラ部（１）から2mの距離にある任
意の被写体に焦点が合う位置まで移動させたときに最大
値を示す。つまり、フォーカス評価値は合焦点時のフォ
ーカスレンズの位置を中心とする山形を描いて変化す
る。

最大値メモリ（11）は比較器（12）からの比較信号S1
に基づいてフォーカス評価値作成部（30）から与えられ
たフォーカス評価値の最大値を記憶すると共にその時点
までの最大のフォーカス評価値を比較器（12）に与え
る。比較器（12）は最大値メモリ（11）から与えられる
値、すなわち前フィールドまでの最大フォーカス評価値
とフォーカス評価値作成部（30）から与えられている現
在のフォーカス評価値とを比較する。そして、比較器
（12）は現在のフォーカス評価値が最大値メモリ（11）
に記憶されている値に較べて大きい場合の第１モードと
現在のフォーカス評価値が最大値メモリ（11）に記憶さ
れている値よりもあらかじめ設定された閾値以上に小さ
い場合の第２モードのそれぞれに対応して異なる比較信
号S1と比較信号S2を出力する。そして、比較信号S1は最
大値メモリ（11）及びモータ位置メモリ（17）に与えら
れ、比較信号S2はフォーカスモータ制御回路（15）に与
えられる。

先にも述べたように、フォーカス評価値はフォーカス
レンズが合焦点位置に達した場合に最大値を示す。した
がって、フォーカスレンズが非合焦点位置から合焦点位
置に近付く程にフォーカス評価値は大きくなる。それゆ
えに第１モードはフォーカスレンズが合焦点位置に近付
く方向に移動しつつある状態を示し、第２モードはフォ
ーカスレンズが合焦点位置から遠ざかる方向に移動しつ
つある状態を示す。

最大値メモリ（11）は比較器（12）の比較信号S1出力
に応答してフォーカスレンズが合焦点位置に達していな
い第１モードの場合にフォーカス評価値作成部（30）か
ら与えられた最新のフォーカス評価値に更新しながら記
憶してゆく。これによって、最大値メモリ（11）には常
に現在までのフォーカス評価値のうちの最大値が最大フ
ォーカス評価値として保持されることになる。

一方、フォーカスモータ制御回路（15）は撮像開始と
同時にフォーカスレンズが前後いずれかの方向に移動さ
れるようにフォーカスモータ（28）を回転させる。そし
て、フォーカスモータ制御回路（15）はフォーカスレン
ズが合焦点位置を越える第２モード及び初期状態におい
てフォーカスレンズの移動方向が適正でない、つまり合
焦点位置から遠ざかる方向に移動する第２モードにおい
て、それぞれ比較器（12）から出力される比較信号S2及
び比較器（14）からの制御信号S3に応答してフォーカス
モータ（28）の回転方向を逆転させる。このフォーカス
モータ（28）の逆転によってフォーカスレンズの移動方
向は、例えば撮像素子に接近する方向から離れる方向に
変わり、再びフォーカスレンズは合焦点位置に向かって
移動を始める。

例えば、第７図において、カメラ部（１）から2mの距
離にある被写体を撮像する際に初期状態においてフォー
カスレンズがカメラ部（１）から10mの距離にある被写
体に焦点が合う位置Ｐにあり、フォーカスレンズが合焦
点位置に向かう方向ａに向かって移動し始めた場合はフ
ォーカス評価値はフォーカスレンズが合焦点位置Ｑに達
するまでは単調に増加する。したがって、フォーカスレ
ンズが合焦点位置に達するまでは比較器（12）から比較
信号S1が出力されて最大値メモリ（11）及びモータ位置
メモリ（17）の記憶内容が次々に更新される。そして、
フォーカスモータ（28）がフォーカスモータ制御回路
（15）によって制御されてフォーカスリング（16）をフ
ォーカスレンズが合焦点位置に近付く方向に連続的に移
動させる。その結果、フォーカスレンズはやがて合焦点
位置Ｑに達し、ここを通過する。ここで比較器（12）の
閾値が幅Ａの逆転基準値であればフォーカスレンズが合
焦点位置を越えた後でフォーカスリング（16）がR1の位
置まで移動したときに比較器（12）から第２モードを示
す比較信号S2が出力される。これに応答してフォーカス
モータ（28）はフォーカスモータ制御回路（15）によっ
て制御され、フォーカスリング（16）をそれまでとは逆
の方向に移動させる。これによって、フォーカスレンズ
は再び合焦点位置に向かう方向に移動し始める。

さて、モータ位置メモリ（17）は現在までの合焦点位
置に最も近いフォーカスレンズ位置Ｘを記憶するために
設けられており、フォーカスリング（16）に結合される
フォーカスリング位置検出センサ（29）の出力であるフ
ォーカスリング位置信号を受けており、比較器（12）か
ら出力される比較信号S1に応答してフォーカスリング位
置信号を記憶する。つまり、第１モードにおいてはモー
タ位置メモリ（17）の記憶内容は常に現在のフォーカス
レンズ位置に対応するものとなる。

しかし、第２モードにおいてはモータ位置メモリ（1
7）には比較信号S1が与えられないためモータ位置メモ
リ（17）は第１モードから第２モードへの切り替わり点
での記憶内容、つまりフォーカス評価値が最大となるフ
ォーカスレンズ位置、つまり合焦点位置を示すフォーカ
スリング（16）の位置信号を保持し続ける。その結果、
モータ位置メモリ（17）には常に最大値メモリ（11）に
最大フォーカス評価値として記憶されているフォーカス
評価値に対応するフォーカスレンズ位置が記憶されてい
ることになる。

さて、比較器（18）はモータ位置メモリ（17）の記憶
内容とフォーカスリング位置検出センサ（29）からのフ
ォーカスリング位置信号とを比較し、これらが一致した
ことに応答してフォーカスモータ制御回路（15）に所定
の制御信号CLを出力する。フォーカスモータ制御回路
（15）はこの制御信号CLに応答してフォーカスモータ
（28）を停止させる。これに伴い、フォーカスリング
（16）の動き、すなわちフォーカスレンズの動きが停止
する。ちなみに、第２モードにおけるモータ位置メモリ
（17）の記憶内容はフォーカス評価値が最大となるフォ
ーカスリング（16）の位置を示す信号である。したがっ
て、第２モードにおいて比較器（12）の比較信号S2によ
ってフォーカスモータ（28）がそれまでとは逆方向に回
転し、フォーカスレンズが再び合焦点位置に達すると比
較器（18）が動作して制御信号CLが出力されフォーカス
モータ制御回路（15）を通じてフォーカスモータ（28）
を停止させ、フォーカスレンズを合焦点位置に停止させ
る。

以上のようにして、撮像画面内の所定の領域を合焦点
検出領域とするこの装置の基本的なオートフォーカス動
作が終了する。

さて、フォーカスモータ制御回路（15）は比較器（1
8）からの制御信号CLに応答してフォーカスモータ（2
8）を停止させると同時にメモリ（13）にレンズ停止信
号LSを出力する。メモリ（13）はオートフォーカス動作
終了時に与えられるレンズ停止信号LSに応答して、その
時点でA/D変換器（10）から入力された焦点評価値、す
なわち合焦点時のフォーカス評価値を次にレンズ停止信
号LSが与えられるまで保持し、後段の比較器（14）に出
力する。ここで比較器（14）にはA/D変換器（10）から
現在のフォーカス評価値が与えられる。オートフォーカ
ス動作終了後、比較器（14）はメモリ（13）の出力、す
なわち合焦点時のフォーカス評価値を現在のフォーカス
評価値と比較する。そして、現在のフォーカス評価値が
メモリ（13）の記憶内容に較べて予め設定された閾値以
下に小さくなったことに応答して比較器（14）は被写体
が変化したことを示す被写体変化信号S4をフォーカスモ
ータ制御回路（15）に出力する。フォーカスモータ制御
回路（15）はこの被写体変化信号S4に応答して再びフォ
ーカスモータ（28）をいずれかの方向に駆動し、上述の
一連のオートフォーカス動作を再開する。その結果、オ
ートフォーカス動作は被写体の変化に追随して行なわれ
ることになる。つまり、被写体の状態の変化はメモリ
（13）と比較器（14）から成る被写体変化検出部（33）
によって実施される。被写体変化検出部（33）は同時に
オートフォーカス動作開始直後においてフォーカスモー
タ（28）の回転方向が適正であるか否かを判別して、こ
れを適正な方向に補正する機能を有する。すなわち、メ
モリ（13）はオートフォーカス動作終了時点のフォーカ
ス評価値だけでなくオートフォーカス動作開始時にA/D
変換器（10）から最初に与えられるフォーカス評価値も
記憶する。そして、比較器（14）はオートフォーカス動
作開始直後にA/D変換器（10）から与えられているフォ
ーカス評価値がメモリ（13）に記憶されているオートフ
ォーカス動作開始時のフォーカス評価値の初期値よりも
小さい場合、つまり現在のレンズの移動方向が合焦点位
置に向かわない方向である場合、制御信号S3をフォーカ
スモータ制御回路（15）に出力する。フォーカスモータ
制御回路（15）は比較器（14）からの制御信号S3に応答
してフォーカスモータ（28）を逆転駆動する。同時に、
制御信号S3は比較器（18）にも入力されその比較動作を
停止させる。つまり、比較器（18）は現在のフォーカス
評価値がメモリ（13）に記憶されている初期値よりも大
きくなるまで制御信号S3を出力し続ける。その結果、現
在のフォーカス評価値がオートフォーカス動作開始時の
フォーカス評価値より大きくなるまで比較器（18）から
制御信号CLは出力されず、フォーカスモータ（28）は最
初の駆動方向とは反対方向に動き続ける。このため、オ
ートフォーカス動作開始時点のフォーカスレンズの移動
方向が適正でなくともフォーカスレンズはフォーカス評
価値が最大になる方向に必ず駆動されることになる。

第７図に示すように、例えばカメラ部（１）から2mの
距離にある被写体を撮像する際に、フォーカスレンズが
カメラ部（１）から10mの距離にある被写体に焦点が合
うような位置Ｐから合焦点位置から離れるｂ方向に移動
し始めた場合、フォーカス評価値はフォーカスリング
（16）の移動に伴い減少する。ここで、比較器（14）の
閾値が図において幅Ｂで示される逆転基準値であれば、
オートフォーカス動作開始後、フォーカスリング（16）
が位置R2まで移動した時に、比較器（14）から制御信号
S3が出力される。これに応答してフォーカスモータ（2
8）はそれまでと逆方向にフォーカスリング（16）を移
動し始める。そして、比較器（14）の比較動作はフォー
カスリング（16）が図における位置Ｐを越えるまでは無
効とされるのでフォーカスリング（16）はフォーカスレ
ンズをオートフォーカス動作開始時における位置まで戻
した後にさらに合焦点位置に向かう方向に動かし続け
る。その後、フォーカスリング（16）はモータ位置メモ
リ（17）及び比較器（18）等の動作を通じて合焦点位置
Ｑを若干越えた位置まで移動した後で再び合焦点位置に
戻り停止する。

以上のように、フォーカス評価値作成部（30）、フォ
ーカス評価値変化検出部（31）そして合焦点位置検出部
（32）、被写体変化検出部（33）によりフォーカスモー
タ制御回路（15）を制御することによって山登りサーボ
方式によるオートフォーカス動作を実現することができ
る。

なお、画面の中央部に映し出される映像が焦点の合っ
たものになるようにする為、一般には画面全体ではなく
予め定められた画面中央部の一部の領域が焦点合わせの
対象とされる。この領域を合焦点検出領域というが、こ
の領域はゲート制御回路（６）により任意に設定するこ
とができる。

またフォーカス評価値作成部（30）の構成は実施例に
示した他に、走査線ごとの高周波成分の最大値を合焦点
検出領域内で加算するような方法も実用化されているが
基本的な考え方は同一である。

一方、カメラ部（１）のズームレンズ系はズームモー
タ（35）によって駆動されて光軸に対して平行に移動す
る。これによって、カメラ部（１）内のレンズ系の焦点
距離が変化して撮像画角が変化する。ズームモータ（3
5）はユーザが必要に応じて画角を変化させることがで
きるように設けられるズームスイッチ（36）からのキー
入力に応答してズームレンズを移動させる。すなわち、
ズームスイッチ（36）が押されるとズームモータ（35）
が動作してズームレンズを撮像画角が大きくなる広角側
または画角が小さくなる望遠側に移動させる。したがっ
て、ズームスイッチ（36）が押されている時は撮像回路
（２）によって撮像された画像は拡大される方向または
縮小される方向に変化する。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のオートフォーカス装置は以上のように、被写体
を撮像して得られる１フィールド分の輝度信号に含まれ
ている所定の高周波成分の振幅の積分値に基づいて非合
焦点位置から合焦点位置に向かう方向を判断して山登り
サーボ方式によりオートフォーカス動作を行なうように
構成されているが、被写体の明るさやコントラスト等に
よって得られる輝度信号の周波数帯域やそのレベルは異
なり、またコントラストの高い被写体でもオートフォー
カス動作以前の状態が大きくぼけている場合は高周波成
分の積分値は非常に小さくなり、誤動作になることが少
なくないという問題点がある。つまり、被写体の条件に
よっては得られる輝度信号中に抽出すべき周波数帯域が
存在しない場合、あるいは存在したとしてもそのレベル
が極めて低い場合等がある。このため、被写体によって
は所定の高周波成分が得られなかったり、得られたとし
ても極めてレベルが低い場合がある。このような場合に
は、フォーカス評価値が得られなかったり、得られたと
しても正確な値でないということになる。つまり、原理
的に高周波成分に基づくオートフォーカスはこのような
被写体に対しては非常に困難であるということになる。

一方、従来の山登りサーボ方式のオートフォーカスで
は被写体による映像信号のスペクトラムの違いにかかわ
らずオートフォーカスのための一連の動作を行なう。つ
まり、所定の高周波成分を含まない輝度信号しか得られ
ない被写体に対しても所定の高周波成分が十分に得られ
る被写体に対しても一律にオートフォーカス動作を行な
う。したがって、従来の山登りサーボ方式のオートフォ
ーカス装置によれば所定の高周波成分を含まない輝度信
号しか得られないような被写体を撮像した場合はフォー
カス評価値が最大となるフォーカスレンズ位置が見出さ
れないまま、すなわち撮像された画像がぼけた状態のま
まフォーカスレンズが無駄に動き続けることになる。な
お、フォーカス評価値を導出するための所定の高周波成
分はコントラストの明確な被写体から得られる輝度信号
には含まれるが、遠方の山や空のようなコントラストが
極めて小さい被写体や、壁や天井のようにもともとコン
トラストのない被写体から得られる輝度信号にはほとん
ど含まれない。したがって、上述のような問題はコント
ラストの小さな被写体を撮像する場合に発生することが
多い。

以上説明したように、従来のオートフォーカス装置で
は、撮影中の被写体が原理的にオートフォーカスに適さ
ないいわゆるコントラストの無い被写体で、結果として
合焦点位置が見付からずにフォーカスレンズが無駄に動
くような現象が発生した場合に、撮影者がその原因を知
ってこれを止めるための適切な対処を迅速に講じること
ができないという問題があり、撮影した画像が長時間焦
点ぼけ状態になってしまうという解決すべき大きな課題
がある。

この発明は上述した従来技術の課題を解決し、被写体
の映像信号のスペクトラムを判別する機能を持たせるこ
とによりコントラストの有無を判別し、合焦点を得られ
ないような場合のフォーカスレンズの無駄な動きを抑制
すると共に撮影者にそのことを報知して合焦点し易い被
写体での撮影を促すことを可能としたオートフォーカス
装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、この発明は、撮像レンズ
を通じて撮像した被写体の映像信号を出力する撮像手段
と、前記撮像手段から得られた映像信号の高周波成分を
抽出しこれに基づいてフォーカス状態の評価に必要なフ
ォーカス評価値を作成するフォーカス評価値作成手段
と、撮像レンズの焦点位置をフォーカスリングの正逆転
駆動により制御するフォーカス制御手段と、前記フォー
カス評価値作成手段からのフォーカス評価値に基づき前
記フォーカス制御手段により撮像レンズの焦点位置を変
化しながら山登りサーボ方式によりフォーカス評価値が
最大となる位置に撮像レンズを位置させるオートフォー
カス制御手段と映像信号輝度レベルの最大値と最小値の
差を演算することにより被写体のコントラストを検出す
るコントラスト検出手段と、前記コントラスト検出手段
により検出されたコントラストが予め定められた値より
も小さい場合にコントラスト不足でオートフォーカス動
作が不能であることを示す信号を出力する検知手段を備
えるオートフォーカス装置を提供するものである。

［作用］ 上記手段において、この発明のオートフォーカス装置
は、撮像手段により撮像レンズを通じて撮像した被写体
の映像信号を得て、次にフォーカス評価値作成手段によ
り得られた映像信号の高周波成分を抽出しこれに基づい
てフォーカス状態の評価に必要なフォーカス評価値を作
成し、次にオートフォーカス制御手段により撮像レンズ
の焦点位置をフォーカスリングの正逆転駆動により制御
するフォーカス制御手段を制御して撮像レンズの焦点位
置を変化しながら前記フォーカス評価値作成手段からの
フォーカス評価値を用いた山登りサーボ方式による撮像
レンズの制御を行ない、フォーカス評価値が最大となる
位置に撮像レンズを位置させるという一連の動作を行な
わせ、この間に、コントラスト検出手段により映像信号
の最大値と最小値の差を演算することにより被写体のコ
ントラストを検出し、コントラストが予め定められた値
よりも小さい場合に検知手段を通じてこれを検出しコン
トラスト不足でオートフォーカス動作が不能であること
を示す信号を出力させている。

［実施例］ 以下、図面を参照しながらこの発明の実施例を説明す
る。

第１図はこの発明の一実施例に係るオートフォーカス
装置のブロック図である。図において、（37）は撮像回
路（２）で得られた映像信号の輝度信号をディジタル変
換するA/D変換器、（38）は前記A/D変換器（37）の出力
の１フィールド分の中からその最大値を検出して保持す
る最大値検出回路、（39）は前記A/D変換器（37）の出
力の１フィールド分の中からその最小値を検出して保持
する最小値検出回路、（40）は最大値検出回路（38）の
出力から最小値検出回路（39）の出力を減算して撮像回
路（２）で得られた映像信号のコントラストつまり被写
体のコントラスト値を算出する減算回路、（41）は前記
コントラスト値を設定器（42）に予め設定された閾値と
突き合わせ、コントラスト値が前記閾値よりも小さい場
合にフォーカスモータ制御回路（15）に対して信号NCを
出力するコンパレータ回路（41）であり、前記のA/D変
換器（37）、最大値検出回路（38）、最小値検出回路
（39）、減算回路（40）、コンパレータ回路（41）、設
定器（42）によりコントラスト検出回路（43）が構成さ
れる。ちなみに、最大値検出回路（38）と最小値検出回
路（39）はディジタルメモリとディジタル比較器による
よく知られた構成を有する。

なお、第１図の構成における他の部分に関しては第６
図に示した従来装置と略々同様構成を有するものであ
る。

以上のような構成において、次にその動作を説明す
る。

カメラ部（１）において得られた被写体像は撮像回路
（２）により映像信号に変換されるが、その中の輝度信
号がA/D変換器（37）に入力されるとｎビットのディジ
タル信号に変換される。なお、撮像回路（２）からの輝
度信号は同時にゲート回路（３）を通じてフォーカス評
価値作成部（30）にも入力され、フォーカス評価値変化
検出部（31）、合焦点位置検出部（32）、被写体変化検
出部（33）とフォーカスモータ制御回路（15）を通じて
フォーカスモータ（28）を制御することによりフォーカ
スリング（16）が駆動されオートフォーカス動作が行な
われる。さて、A/D変換器（37）で得られたディジタル
信号は最大値検出回路（38）と最小値検出回路（39）に
入力され、当該フィールドにおける輝度信号の最大値と
最小値が検出され保持される。最大値検出回路（38）の
出力と最小値検出回路（39）の出力は減算回路（40）に
入力され、両者の差分つまりコントラスト値が演算され
る。

ところで、一般に画像は決められた振幅つまり濃度ま
たは輝度の範囲内で様々なレベルをとり、被写体の輝度
分布の時間変化により時々刻々と変化している。ビデオ
カメラ等のようにNTSCやPAL等の標準テレビジョン信号
を出力する装置の場合、一画面内の画像データを１つ１
つの画素単位で見たとすると、画面の（x,y）座標に対
して、各々輝度または濃度のレベルｆ（x,y）を持つこ
とになる。このような画像データで特定の輝度または濃
度を持つ画素の数を一画面内で数え上げてグラフ化した
のが第２図（ａ）、（ｂ）に示すヒストグラム図であ
る。第２図において横軸は濃度で右側になる程、輝度レ
ベルが高い、つまり濃度値が大きいとなっている。一
方、縦軸は各輝度または濃度値における画素の数であ
る。つまり、ヒストグラム図は画面の輝度または濃度の
分布を示すもので、画面全体が均一の輝度または濃度で
あればヒストグラムにはその輝度または濃度に対応する
１本の棒しか表現されない。したがって、第２図（ａ）
においては、全ての画素の分布が輝度または濃度値の狭
い範囲に集中しているので、コントラスト値の低い濃淡
の少ない被写体のものであることが分かる。したがっ
て、壁や空のように濃淡の変化の少ない被写体ではノイ
ズ成分を含めても更に狭い範囲に集中する。一方、同図
（ｂ）では、全ての画素の分布が輝度または濃度値の広
い範囲に広がっており、輝度差つまり濃淡の大きなコン
トラストの高い被写体のものであることが分かる。

ここで、第２図（ａ）における濃度値の最大値をf lm
ax、最小値をF lmin、第２図（ｂ）における濃度値の最
大値をf hmax、最小値をf hminとすると、定性的に f hmax−f hmin＞＞f lmax−f lmin ・・・（１） が成立する。ちなみに、通常は濃淡の度合いを見る場合
は、ヒストグラムから分散を計算し、濃度分布のばらつ
きを判断するのであるが、（１）式でも十分に判断する
ことができる。このことを、映像信号の波形でみると第
３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のようになる。つまり、コ
ントラストの低い被写体では同図（ａ）に示すように最
大値と最小値の開きの小さな映像信号しか得られず、コ
ントラストの高い被写体では同図（ｂ）に示すように最
大値と最小値の開きの大きな映像信号が得られる。各図
は映像信号の１ライン分に相当するものであるが１画面
についても同様のことが成立する。一方、第２図（ｂ）
の映像信号を得ている被写体をデフォーカス状態で撮像
した場合、同図（ｃ）に示すような波形の映像信号とな
る。この場合、映像信号の高周波成分は無くなるが、信
号の最大値と最小値の差はそれ程小さくならない。した
がって、１フィールド画面内での輝度レベルの最大値と
最小値の差を検出することによりコントラスト値の大小
を判定することができる。

以上のような理由から、カメラ部（１）に対して被写
体が合焦点位置にあっても非合焦点位置にあっても、減
算回路（40）からはコントラスト値に対応する出力が得
られることになり、（１）式におけるf hmax−f hminや
f lmax−f lminに相当する値を得ることができる。減算
回路（40）の出力はコンパレータ回路（41）に入力され
るが、このコンパレータ回路（41）は例えば第４図
（ａ）の論理表に示すような動作を行なう市販のIC（商
標名:TD3502P）を組み合わせることにより構成すること
ができる。同図（ｂ）のブロック図は前記ICを組み合わ
せて16ビットコンパレータ回路を構成した場合を例示し
ている。以上のような構成を有するコンパレータ回路
（41）の一方、つまり第４図の構成のＡ側に減算回路
（40）の出力、すなわち演算で得られたコントラスト値
を入力し、他方、つまり第４図の構成のＢ側に設定器
（42）に設定された閾値を入力することにより、閾値を
境にコントラストのある被写体かコントラストの無い被
写体かを判別することができる。そして、第４図の構成
ではコントラストのある被写体の場合は、その出力Ｘに
“1"、出力Ｙに“0"が送出され、コントラストの無い被
写体の場合は、その出力Ｘに“0"、出力Ｙに“1"が送出
される。そして、コンパレータ回路（41）の出力信号NC
をフォーカスモータ制御回路（15）に接続することによ
り、山登りサーボ方式によるフォーカシング動作を行な
っても合焦点位置に達することができない程の低コント
ラスト時にフォーカスモータ（28）の動きを禁止するこ
とができる。その結果、低コントラスト被写体の時にフ
ォーカスモータ（28）が無駄に動き続けるのを防止する
ことができる。

ちなみに、設定器（42）からコンパレータ回路（41）
に与える閾値レベルは固定でもよい。ところが、撮像回
路（２）から得られる映像信号のレベルは同一被写体で
あっても照度が変化すると大きく変動し、通常はこの変
動を抑制するためにカメラ部（１）にオートアイリスと
呼ばれる絞り制御機構を設けたり撮像回路（２）に自動
利得制御回路を設けたりしている。しかしながら、両者
とも信号レベルを完全に一定レベルに保つことができる
わけではなく、大きな時定数により照度変化に十分に追
従できる訳でもない。このために設定器（42）からコン
パレータ回路（41）に与える閾値は照度の変化に十分に
対応できるような値が選択される方が好ましい。

さて、第５図は設定器（42）の設定閾値を照度変化に
応じて変化させるための構成の一例を示すブロック図で
ある。同図において、（44）はA/D変換器（37）の出力
にゲート開閉信号GC1を加算して特定のサンプリングエ
リアの輝度レベルを累積加算する加算回路、（45）は加
算回路（44）による加算結果を予め設定された設定値と
比較するコンパレータ回路である。そして、設定器（4
2）はコンパレータ回路（45）の出力に基づいて通常照
度時の閾値として用いるべき大きな値の入力データＡま
たは低照度時の閾値として用いるべき小さな値の入力デ
ータＢを選択してコンパレータ回路（41）に出力する。

以上のような構成において、低照度時にA/D変換器（3
7）の入力レベルが下がると加算回路（44）の出力も低
下するが、この時コンパレータ回路（45）の設定値をそ
れが低照度と判定できるレベルに決めておく。その結
果、コンパレータ回路（45）の設定値より加算回路（4
4）の出力が大きい場合は設定器（42）に与えられるセ
レクト入力により入力データＡをコンパレータ回路（4
1）に与えることになり、逆にコンパレータ回路（45）
の設定値より加算回路（44）の出力が小さい場合には設
定器（42）に与えられるセレクト入力が反転して入力デ
ータＢをコンパレータ回路（41）に与えることになる。
その結果、被写体の照度変化に応じてコンパレータ回路
（41）には異なるコントラスト値の判定用の閾値が与え
られることになり、コントラスト値判定の確実性を大き
くすることができる。なお、設定器（42）における設定
値は２つに限らず照度のレベルに応じて更にたくさんの
値から選択するようにしてもよく判定の信頼性を更に高
められる効果がある。

なお、上記実施例においては、撮像回路（２）からの
映像信号を直接A/D変換器（37）に入力する構成を例示
したが、フォーカシング用のサンプリングエリア内の輝
度信号を抽出しているゲート回路（３）の出力をA/D変
換器（37）に入力し、サンプリングエリア内のコントラ
スト値に基づくオートフォーカス動作の可否の判定を行
なうようにしてもよい。一方、上記実施例ではコントラ
スト検出回路（43）をディジタル的に動作する回路とし
て例示したが、アナログ的な回路で構成して同様の機能
効果を得るようにしてもよい。

更に、上記実施例においてはコンパレータ回路（41）
の出力である信号NCをフォーカスモータ制御回路（15）
に与えることによりフォーカスモータ（28）の動きを規
制する構成を例示したが、至近の物体を望遠側で撮って
いた場合に合焦させるために自動的にズームを広角側に
制御するオートマクロ機能をフルレンジオートフォーカ
ス機能を禁止するような構成としてもよい。

一方、コンパレータ回路（41）の出力をフォーカス制
御系に与える代わりに撮影者に対するオートフォーカス
不能の警告信号として用い、撮影者にコントラストのあ
る被写体への変更を促すようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、被写体のコントラ
ストを映像信号の最大値と最小値から検出し、これを予
め定められた閾値と比較することによりコントラスト値
がオートフォーカス動作に十分か否かを判定し、レンズ
の無駄な動作を抑制して良好な撮影画像を得られる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のオートフォーカス装置のブロック
図、第２図は第１図の構成の動作原理を説明するための
ヒストグラム図、第３図は被写体のコントラストと映像
信号の関係を示す波形図、第４図はディジタル式のコン
パレータの構成例を示す説明図、第５図はコントラスト
値判定用の設定閾値を照度変化に応じて変化させるため
の構成の一例を示すブロック図、第６図は従来のオート
フォーカス装置のブロック図、第７図はフォーカス評価
値とフォーカスレンズの位置の関係を示す説明図であ
る。 （１）はカメラ部、（２）は撮像回路、（３）はゲート
回路、（５）は同期分離回路、（６）はゲート制御回
路、（７）はHPF、（８）は検波回路、（９）は積分回
路、（10）はA/D変換器、（11）は最大値メモリ、（1
2）は比較器、（13）はメモリ、（14）は比較器、（1
5）はフォーカスモータ制御回路、（16）はフォーカス
リング、（17）はモータ位置メモリ、（18）は比較器、
（28）はフォーカスモータ、（29）はフォーカスリング
位置検出センサ、（30）はフォーカス評価値作成部、
（31）はフォーカス評価値変化検出部、（32）は合焦点
位置検出部、（33）は被写体変化検出部、（37）はA/D
変換器、（38）は最大値検出回路、（39）は最小値検出
回路、（40）は減算回路、（41）はコンパレータ回路、
（42）は設定器、（43）はコントラスト検出回路であ
る。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/232 G02B 7/28 - 7/38

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮像レンズを通じて撮像した被写体の映像
   信号を出力する撮像手段と、前記撮像手段から得られた
   映像信号の高周波成分に基づいてフォーカス評価値を作
   成するフォーカス評価値作成手段と、撮像レンズの焦点
   位置を制御するフォーカス制御手段と、前記フォーカス
   評価値作成手段からのフォーカス評価値に基づき前記フ
   ォーカス制御手段を駆動しながら山登りサーボ方式によ
   りフォーカス評価値が最大となる位置に撮像レンズを位
   置させるオートフォーカス制御手段と、映像信号輝度レ
   ベルの最大値と最小値の差を演算するコントラスト検出
   手段と、前記コントラスト検出手段により検出されたコ
   ントラストが予め定められた値よりも小さい場合にオー
   トフォーカス動作が不能であることを示す信号を出力す
   る検知手段を備えることを特徴とするオートフォーカス
   装置。