JP3112491B2 - オートフォーカシングシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はオートフォーカシングシ
ステム、詳しくは、撮像素子出力のコントラスト情報の
変化に基づいて合焦状態を検出するようになされたオー
トフォーカシングシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の自動合焦方式の一つとして、撮像
素子を用いる撮像装置において合焦レンズを繰り出しま
たは繰り込むときの映像信号に基づき、その合焦の度合
いを示す被写体のコントラスト情報を得て、その値のピ
ーク値を求め、このピーク値を示す位置を合焦位置と判
断して、その位置に合焦レンズを駆動する方式のものが
あった（特開昭６３−１５７５７８号，特開昭６３−２
６２９７１号等参照）。この合焦方式は、「山登り方
式」と呼称され、例えば、ＮＨＫ技術研究報告（昭和４
０年、第１７巻・第１号、通算第８６号、第２１ページ
〜第３７ページ）に詳しく説明されている。

【０００３】この山登り方式を使った合焦検出装置の中
で、レンズを繰出しまたは繰込むことにより順次得られ
るコントラスト情報の毎回の値が過去との比較における
最大値よりも所定の自然数ｍ回低い値を示したことを認
識したら、上記最大値を示したレンズ位置（以下、第１
のレンズ位置と呼称する）を合焦位置と判定する方式
が、先に本出願人より特願平２−４０１３２７号として
提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記特願平
２−４０１３２７号で提案された焦点調節方法では、所
定の自然数ｍを大きくすると、低輝度時やワイド時に数
多く見受けられる図１１に示すようなコントラスト値が
全体的に平坦となる被写体や、図１２に示すようなフリ
ッカや手ぶれ等のノイズが重畳されている場合等では、
合焦精度が向上するので有効である。しかしながら、コ
ントラスト値の変化が図１３に示されるような例えばテ
レ時の被写体では、所定の自然数ｍを小さくしても良い
のにｍが固定なため、ピーク点を越えてから再びピーク
点に戻るまでの段数が多すぎて合焦速度が遅くなってし
まう。従って、レリーズタイムラグが長くなってしま
い、シャッタチャンスを逸する虞が生じる。

【０００５】逆に、所定の自然数ｍを小さくすれば、図
１３に示すようにコントラスト値のピーク点が明確にわ
かるような場合には合焦速度が早くなって好ましいが、
図１１に示すようなコントラスト値が全体的に平坦な場
合や、図１２に示すようなフリッカや手ぶれ等のノイズ
が重畳されている場合等では、擬合焦を起こし合焦精度
が落ちてしまうことになるので改良する余地がある。

【０００６】そこで本発明の目的は、上記問題点を解消
し、像の鮮鋭度と相関を有するフリッカや手ぶれあるい
はテレ，ワイドの別等の物象の状態に応じて、正確な且
つ無駄のない合焦駆動可能なオートフォーカシングシス
テムを提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のオートフォーカ
シングシステムは、フォーカシングレンズの漸次の駆動
における各レンズ位置に対応して得られる該レンズによ
る像の鮮鋭度に対応する信号が実質的にピーク値を示す
ものと判定される位置に上記フォーカシングレンズを駆
動するオートフォーカシングシステムであって、像の鮮
鋭度と相関を有する所定の物象の状態に応じて所定の自
然数ｍを定める第１手段と、上記フォーカシングレンズ
の漸次の駆動の過程で像の鮮鋭度に対応する信号レベル
が過去との比較における最大値を示すときの第１のレン
ズ位置から、上記第１手段により定められたｍ回連続し
てフォーカシングレンズを漸次駆動して第２のレンズ位
置に到らしめたときｍ点の各レンズ位置で上記信号レベ
ルが上記最大値を何れも下廻ったとき、上記第１のレン
ズ位置を上記フォーカシングレンズによる像の鮮鋭度に
対応する信号レベルが実質的にピーク値を示すものと判
定する第２手段とを具備してなることを特徴とする。

【０００８】

【作用】このオートフォーカシングシステムでは、フォ
ーカシングレンズの漸次の駆動の過程で像の鮮鋭度に対
応する信号レベルつまりコントラスト値Ｃｎが過去との
比較における最大値を示すときの第１のレンズ位置を決
定するために、該第１のレンズ位置を通り越し、この第
１のレンズ位置におけるコントラスト値よりも低いコン
トラスト値を所定の自然数ｍ回与える第２のレンズ位置
までのレンズ繰り出し段数ｎを、図１４に示すように、
像の鮮鋭度と相関を有する所定の物象の状態に応じてｎ
＝２とかｎ＝５のように可変する。

【０００９】

【実施例】以下、図示の実施例に基づいて本発明を具体
的に説明する。なお、本発明の第１実施例は図２の、第
２実施例は図５，６の、第３実施例は図７，８の、第４
実施例は図９，１０の、それぞれのフローチャートに示
すように構成されているが、ハード面の構成は同じなの
でそのブロック構成を示す図１をまず説明する。

【００１０】本発明に係るオートフォーカシングシステ
ムを内蔵する撮像装置は、図１に示すように、主に撮像
レンズ１と、ハーフミラー１０と、撮像素子２と、撮像
信号増幅やサンプルホールド処理を行う撮像処理回路３
と、出力端子部４と、コントラスト情報であるコントラ
スト値を撮像信号から抽出するＢ．Ｐ．Ｆ．（バンドパ
スフィルタ）回路５と、コントラスト情報のアナログ／
デジタル変換用の第１のＡ／Ｄ変換回路６と、ＣＰＵ，
ＲＯＭ，ＲＡＭ，などで構成される演算処理回路７と、
撮影レンズ１駆動用のモータ８と、モータ８のためのモ
ータドライブ回路９と、測光素子１１と、同素子１１で
得られた測光情報をＡ／Ｄ変換する第２のＡ／Ｄ変換回
路１２と、図示されない映像記録再生系とによって構成
されている。

【００１１】以上の構成を持つ撮像装置の動作は、ま
ず、被写体光が撮像レンズ１を介して取り込まれ、ハー
フミラー１０によって被写体光を分光して撮像素子２と
測光素子１１との各受光面上にそれぞれ被写体像として
結像する。撮像素子２よりの出力信号は撮像処理回路３
においてサンプルホールドされ、撮像信号として出力端
子部４およびＢ．Ｐ．Ｆ回路５に出力される。そして、
その信号は出力端子部４から記録再生系の回路へ出力さ
れる。また、Ｂ．Ｐ．Ｆ回路５において、所定の高周波
成分がコントラスト値として抽出される。更に、第１の
Ａ／Ｄ変換回路６によりデジタル値に変換され、演算処
理回路７のＲＡＭに取り込まれる。また測光素子１１に
よって光量を電圧に変換された測光情報は、第２のＡ／
Ｄ変換回路１２によりディジタル値に変換され、上記演
算処理回路７のＲＡＭに取り込まれる。この演算処理回
路７は、上記コントラスト値のピーク点の認識手段、所
定の自然数ｍの値を決定する手段、並びに、合焦判別手
段等を内蔵し、更に、合焦検出動作並びに合焦動作時に
モータドライブ回路９を介してモータ８を駆動し、撮影
レンズ１を所定の位置に移動せしめる制御手段等を内蔵
している。

【００１２】次に、本発明の第１実施例を示すオートフ
ォーカシングシステムにおける合焦処理を含む処理動作
を図２のフローチャートを用いて説明する。この場合、
合焦検出処理はレンズ繰り出し方向で検出を行うものと
する。また、フローチャート中に出てくる変数を説明す
ると、ｎは現レンズ繰り出し位置を示す段数、ｓは第１
のレンズ位置から第２のレンズ位置までの間におけるコ
ントラスト情報の毎回の値が過去の最大値ＣMAX より低
い場合の検出回数で以後低値検出回数と呼称する。更
に、被写体輝度をＡ，Ｂ，Ｃの３通りに分けその明るさ
の順に Ａ＞Ｂ＞Ｃ とする。更に、また、ｍは像の鮮鋭度と相関を有する所
定の物象例えば被写体輝度やフリッカ等の状態に応じて
可変される所定の自然数としてＭmax ，Ｍtyp ，Ｍmin
，に分け Ｍmax ＞Ｍtyp ＞Ｍmin とする。

【００１３】図２において、このフローがスタートする
と、段数ｎを初期リセットつまり最も繰り込まれた∞位
置に設定する（ステップS116）。そして、被写体の輝度
情報をチェックし（ステップS117）、明るい輝度Ａなら
所定の自然数ｍに最小値Ｍmin を（ステップS118）、中
間の輝度Ｂなら中間値Ｍtyp を（ステップS119）、暗い
輝度Ｃなら最大値Ｍmax を（ステップS120）、それぞれ
セットしてステップS101に進む。

【００１４】このステップS101においては、現レンズ繰
り出し位置を示す段数ｎにおけるコントラスト値Ｃｎを
演算処理回路７に取り込む。そして、ステップS102でモ
ータ８を１段正転駆動し、撮影レンズ１を繰り出す。ス
テップS103おいて同様に現レンズ繰り出し位置の段数ｎ
＋１におけるコントラスト値Ｃｎ＋１を演算処理回路７
に取り込む。そして、ステップS104で上記コントラスト
値ＣｎとＣｎ＋１とを比較し、Ｃｎ＋１の方が小であっ
た場合は、コントラスト値が山登り処理の降下領域に入
ったと判断してステップS105に進む。また、小でなかっ
た場合は、まだコントラスト値の上昇領域が続いている
と判断してステップS106にジャンプする。そのステップ
S106では段数ｎをインクリメントしてステップS102に戻
る。

【００１５】一方、ステップS105に進んだ場合、低値検
出回数ｓを１に設定して、ステップS107で上記最大値Ｃ
max に値Ｃｎを読み込む。回数の認識手段であるステッ
プS108で上記低値検出回数ｓと所定の自然数ｍとを比較
し、まだ値ｓがｍに達していない場合はステップS109に
進む。しかし、値ｓとｍが等しくなった場合、設定回数
だけ上記低値検出が行われたことになり、コントラスト
値ピーク点を検出できたものとしてステップS115にジャ
ンプする。そして、後述する合焦処理サブルーチンを実
行した後、本処理を終了する。

【００１６】上記ステップS109においては、モータ８を
更に１段正転駆動しレンズ１を繰り出す。ステップS110
で現レンズ位置の段数ｎ＋２におけるコントラスト値Ｃ
ｎ＋２を演算処理回路７に取り込む。そして、ステップ
S111で上記コントラスト値Ｃmax とＣｎ＋２とを比較し
Ｃmax の方が大である場合は、この低値検出を続行する
ためステップS112に進む。また、大きくなかった場合、
即ち、現コントラスト値の方が過去の最大値より大きか
ったときは、コントラスト値は再び上昇状態になったと
判断され、ステップS114にジャンプする。そして、段数
ｎを２回インクリメクトしてステップS102に戻る。上記
ステップS112に進んだ場合、低値検出回数ｓをインクリ
メントし、更に、ステップS113で段数ｎもインクリメン
トする。そして、ステップS108に戻り、再び検出動作を
繰り返す。

【００１７】前記ステップS115でコールされるサブルー
チン合焦処理は図３に示す合焦処理Ａが該当する。この
処理はステップS121において、前記ステップS107で書き
替えられているコントラスト値の過去の最大値Ｃmax に
対応する段数位置を合焦位置と見做し、その位置まで撮
影レンズ１を移動する。そして、本サブルーチンからリ
ターンする。

【００１８】上記合焦処理Ａの変形例として合焦処理Ｂ
を提案することができる。この変形例のものも、同様に
上記最大値Ｃmax に対応するレンズ位置データに基づい
て合焦処理されるが、この場合は、図４に示されるステ
ップS123において他の合焦処理動作が実行される。そし
て、他の合焦処理動作の装置としては、レンズ駆動系の
機械的バックラッシュ補正処理を有する駆動系を適用す
ることができる。この場合上記レンズ位置は駆動時には
バックラッシュ分ずらして合焦位置が設定される。

【００１９】上記第１実施例では、コントラスト値のピ
ーク点を単一ごとのコントラスト値の変化のみで判断せ
ず、所定の自然数ｍ回低値検出されたときをもって、上
記ピーク点として認識する。そして、所定の自然数ｍを
合焦動作に影響を与えるパラメータである被写体輝度情
報に応じて変えている。（上記ステップS117〜S120参
照）従って、従来の合焦装置のように低い値の認識を直
前の値と比較するようなことはなく、常に過去の最大値
と比較することによって、必ずしも、コントラスト値が
一様に減少する状態でなく、減少の傾向にあれば、低い
値が検出されたとして回数に加算されてゆく。そして、
前記図１１に示すように値の変化が少ない低輝度時には
所定の自然数ｍを多くすることによりＡＦ精度を高めて
いる。一方、前記図１３に示すように輝度が明るい場合
は、所定の自然数ｍを少なくしてレリーズタイムラグの
減少を図っている。これによりピーク点、またはピーク
点を越えたことを正確に且つ迅速に検出できる。

【００２０】なお、被写体輝度を測光素子１１で測光し
たが、撮像素子２から求めるようにしてもよい。

【００２１】次に、本発明の第２実施例を図５，６によ
り説明する。この図５，６は本来一つのフローチャート
であるが、記載スペースの関係からステップS122とS101
の間で分けて記載されている。そして上記第１実施例で
は、合焦動作に影響を与えるパラメータとして被写体輝
度のみを考慮したのに対し、この第２実施例では、被写
体輝度に加えてフリッカ等光源のチラツキによるノイズ
をも考慮した点が異なる。

【００２２】即ち、前記図１に示した測光素子１１で得
られた測光情報を第２のＡ／Ｄ変換回路１２でディジタ
ル値に変換して演算処理回路７に印加していたので、こ
れによりフリッカの有無をチェックし（ステップS12
1）、フリッカがあったときに所定の自然数ｍをフリッ
カが無い場合の２倍にしている（ステップS122）。この
点を除けば上記第１実施例と異なるところがないので、
同じフローには同じステップ番号を付してその説明を省
略する。

【００２３】従ってこの第２実施例によれば、前記図１
２に示したようなフリッカノイズが重畳された場合でも
精度よく合焦検出することができる。

【００２４】次に本発明の第３実施例を図７，８により
説明する。この図７，８は本来一つのフローチャートで
あるが、記載スペースの関係から、ステップS203とS204
の間で分けて記載されている。

【００２５】この第３実施例の合焦検出処理動作が、上
記第２実施例のそれと異なる点は、上記第２実施例にレ
ンズ繰出し位置に対するリミッタ機能を付加したことで
ある。即ち、フォーカシングレンズ繰り出しによるコン
トラスト値のチェック動作において、山登り曲線の過去
との比較における最大値を示すピーク点Ｃmax に達する
ことなくレンズ調節可能範囲内の至近側終端位置（以
下、最至近繰出し段数と呼称する）ｎ maxに達してしま
ったらエラー処理を、また山登り曲線のピーク位置Ｃma
x を通り越して下降領域に入ったが、低値検出回数ｓが
所定の自然数ｍに到達しないまま最至近繰出し段数ｎ m
axに到達してしまったら通常の合焦状態を、それぞれ行
う。

【００２６】図７，８において、このフローがスタート
するとまずフォーカシングレンズを∞位置より更に繰り
込まれた超∞位置に初期設定し（ステップS201），段数
ｎをクリアする（ステップS202）。次のステップS117〜
S122では、合焦動作に影響を与えるパラメータを被写体
輝度とフリッカとして所定の自然数ｍを補正している
が、この点は上記第２実施例と全く同じなので同じステ
ップ番号を付してその説明を省略する。

【００２７】ステップS203〜S207およびS209〜S211は、
上記第２実施例のステップS101〜S108と同じなのでその
説明を省略する。ステップS206で今回のコントラスト値
Ｃｎ＋１が前回のコントラスト値Ｃｎより大きければ、
つまり山登り曲線の上昇領域中なら、ステップS208に進
んで現レンズ繰出し位置を示す段数ｎが最至近繰出し段
数ｎ maxに到達したか否かをチェックする。そして、最
至近繰出し段数ｎ maxに達していればエラー処理を行っ
て（ステップS222）このプログラムを終了する。なお、
このエラー処理は最至近繰出し端でもしくは任意位置で
モータを停止することである。ところで、上記ステップ
S208，S222と後述するステップS212とが上記第２実施例
に追加されたルーチンである。

【００２８】ステップS211で山登り曲線の下降領域に入
っているが低値検出回数ｓが所定の自然数ｍに達してい
なければ、ステップS212に進む。このステップS212では
現レンズ繰出し位置を示す段数ｎを最至近繰出し段数ｎ
maxと比較し、最至近端に到達していればステップS221
の合焦処理動作に移る。ステップS215〜S221は上記第２
実施例におけるステップS109〜S115と同じルーチンなの
でその説明を省略する。

【００２９】最後に本発明の第４実施例を図９，１０に
より説明する。この図９，１０は本来一つのフローチャ
ートであるが、記載スペースの関係からステップS203と
S204の間で分けて記されている。上記第３実施例では、
最至近繰出し段数ｎ maxまで駆動しないと合焦動作の可
否を判断できなかったが、この第４実施例ではフローの
途中で合焦検出処理が可能か否かをチェックし、不可能
と判断されればその時点で以後の処理を中止して他の合
焦方式による処理に切換えるようにした点が異なる（ス
テップS231，S232）。この点を除けば上記第３実施例と
異なるところがないので、上記第３実施例と同じルーチ
ンには同じステップ番号を付してその説明を省略し、異
なるステップS231，S232についてのみ以下に説明する。

【００３０】ステップS231では最至近繰出し段数ｎ max
と現レンズ繰出し位置を示す段数ｎとの差を求め、この
差が所定の自然数ｍより小さいか否かをチェックする。
この差がｍより小さければ、現在位置から最至近繰出し
段数に至るすべてのレンズ繰出し段で低値を検出できた
と仮定しても、低値検出回数ｓが所定の自然数ｍに達し
ないので、この山登り方式による合焦検出処理を中止す
る。そしてステップS232にジャンプし他の合焦方式によ
る処理に切換える。この他の合焦方式とは次のようなも
のが考えられる。即ち、 (1) 所定の自然数ｍを少なくして最至近繰出し段数ｎ m
axに達するまでにこの合焦検出動作が完了するように
し、Ｃmax を示したレンレレズ位置にレンズ駆動する。

【００３１】(2) エラー表示する。

【００３２】(3) 最終駆動段数位置にレンズ駆動する。

【００３３】(4) 他の合焦検出方式に切換える。

【００３４】ところで、上記各実施例では像の鮮鋭度と
相関を有する所定の物象として被写体の輝度情報とフリ
ッカの情報しか扱っていないが、それ以外にも、例えば
手ぶれ情報，焦点距離情報，レンズのFNo 等のＡＦ動作
に影響を与えるパラメータを付加してもよい。また、所
定の自然数ｍは上記パラメータに対応するＲＯＭテーブ
ルとしても、あるいは演算式によってもよい。

【００３５】上記各実施例によれば、像の鮮鋭度と相関
に有する所定の物象例えばフリッカ、輝度等の状態に応
じて、所定の自然数ｍを変えるようにしたので正確で且
つ無駄のない山登り曲線によるＡＦ動作を行うことがで
きる。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、フォ
ーカシングレンズの漸次の駆動における各レンズ位置に
対応して得られる該レンズによる像の鮮鋭度に対応する
信号が実質的にピーク値を示すものと判定される位置
に、上記フォーカシングレンズを駆動するオートフォー
カシングシステムにおいて、低値検出回数ｓを所定の自
然数ｍと比較してピーク位置を検出する際の上記自然数
ｍを、像の鮮鋭度と相関を有する所定の物象の状態に応
じて変えるようにしたので、正確な且つ無駄のないオー
トフォーカシングシステムを構成できるという顕著な効
果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るオートフォーカシングシステムの
ハード面の構成を示すブロック図。

【図２】本発明の第１実施例を示すオートフォーカシン
グシステムにおける合焦処理動作のフローチャート。

【図３】上記図２におけるサブルーチン”合焦処理”の
フローチャート。

【図４】上記図２おけるサブルーチン”合焦処理”の別
のフローチャート。

【図５】本発明の第２実施例を示すオートフォーカシン
グシステムにおける合焦処理動作のフローチャート。

【図６】本発明の第２実施例を示すオートフォーカシン
グシステムにおける合焦処理動作のフローチャート。

【図７】本発明の第３実施例を示すオートフォーカシン
グシステムにおける合焦処理動作のフローチャート。

【図８】本発明の第３実施例を示すオートフォーカシン
グシステムにおける合焦処理動作のフローチャート。

【図９】本発明の第４実施例を示すオートフォーカシン
グシステムにおける合焦処理動作のフローチャート。

【図１０】本発明の第４実施例を示すオートフォーカシ
ングシステムにおける合焦処理動作のフローチャート。

【図１１】従来のオートフォーカシングシステムにおけ
るコントラスト値が平坦な場合の合焦曲線。

【図１２】従来のオートフォーカシングシステムにおけ
るコントラスト値にノイズが重畳された場合の合焦曲
線。

【図１３】従来のオートフォーカシングシステムにおけ
るコントラスト値の変化が急な場合の合焦曲線。

【図１４】所定の自然数を決定するための手段を説明す
る図。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フォーカシングレンズの漸次の駆動にお
   ける各レンズ位置に対応して得られる該レンズによる像
   の鮮鋭度に対応する信号が実質的にピーク値を示すもの
   と判定される位置に上記フォーカシングレンズを駆動す
   るオートフォーカシングシステムであって、像の鮮鋭度
   と相関を有する所定の物象の状態に応じて所定の自然数
   ｍを定める第１手段と、上記フォーカシングレンズの漸
   次の駆動の過程で像の鮮鋭度に対応する信号レベルが過
   去との比較における最大値を示すときの第１のレンズ位
   置から上記第１手段により定められたｍ回連続してフォ
   ーカシングレンズを漸次駆動して第２のレンズ位置に到
   らしめたときｍ点の各レンズ位置で上記信号レベルが上
   記最大値値を何れも下廻ったとき、上記第１のレンズ位
   置を上記フォーカシングレンズによる像の鮮鋭度に対応
   する信号レベルが実質的にピーク値を示すものと判定す
   る第２手段と、を具備してなることを特徴とするオート
   フォーカシングシステム。