JP3244863B2 - 自動焦点調節装置 - Google Patents
自動焦点調節装置Info
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Description
る。
とあいまってレンズの電子制御技術が著しく向上し、自
動焦点調節方式も、赤外線等を被写体に照射してその反
射光によって被写体距離を認識するアクティブAF方式
から、映像信号の高周波成分量を極大にすべくフォーカ
シングを行うパッシブAF方式に移行しつつある。
て、アクティブAF方式のような投光部及び受光部を必
要とせず、カメラ部の小型化に適している点を挙げるこ
とができる。
カメラの分野においては、撮像素子の出力信号中より焦
点状態に応じてそのレベルの変化する高周波成分等を抽
出して画像の鮮鋭度を検出し、これが最大となるように
フオージャスレンズを駆動する所謂テレビジヨンAF方
式が広く用いられるようになつてきている。
検出を行うことができ、専用のフオーカスセンサを必要
としない上に、画像の鮮鋭度から焦点検出を行うので、
被写体の距離等の制限を受けない長所があるからであ
る。
ムにおいては、まず撮像素子で撮像して光電変換された
映像出力信号中の高周波成分のみをバンドパスフイルタ
で抜き取る。この高周波成分量はピントが合っていると
きに極大値を示し、ピントがズレてくると次第にそのレ
ベルが低下する。この高周波成分量を以後焦点電圧と呼
ぶことにし、フオーカスレンズの移動に対する焦点電圧
の変化の様子を示すと図4の特性曲線401、402の
ようになる。
とを考えるに、ビデオカメラに於いては、その画面走査
方式から見て水平走査信号中に含まれる高周波成分量を
バンドパスフイルタで抽出するタイプが一般的であり、
従って画面に垂直な線が多く含まれるほど、又、その垂
直な線の濃淡がはっきりしているほど焦点電圧の極大値
は大きい。図4で見れば、曲線402に対する映像は曲
線401に対する映像に比べ、画面に垂直な線が少ない
(例えば斜めの線が多い等)か、線の濃淡がはっきりし
ていないということになる。そしてこの焦点電圧が最大
になるようフオーカスレンズを駆動してAF動作を実行
する。
は、撮像画面の情報をもとにしてピント合わせ動作を行
うので、撮像画面のどこにピントを合わせるべきかが問
題となる。例えば画面内において焦点検出を行う範囲を
画面全体として常にピント合わせ動作を行っていると、
撮影者の意図する被写体にはピントが合わず、その他の
被写体にピントが合ってしまうことが起こりやすい。
いぐるみを505を背景として504の人物を撮影しよ
うとする場合、画面全体の焦点電圧の分布は、それぞれ
図6に示すように、特性曲線601と602の様にな
る。シマウマに対する焦点電圧601は主被写体である
人物504に対して遠方にあるので比較的無限側で極大
となり、シマが縦線ではっきりしているので極大値は大
きい。又、人物504に対する焦点電圧は比較的至近側
で極大となり、シマウマに比べれば縦線が少なくはっき
りもしていないので、極大値も小さい。
フォーカシングを開始した場合、焦点電圧が極大となる
ところにピントを合わせる動作をとれば、シマウマに合
焦し人物に合焦しないのは明らかである。仮に至近側か
らフォーカシングを始めたとしても、図6のように焦点
電圧の形成する「山」が重なり合っているので、602
の極大部を合焦位置と判断せず、そのまま601の極大
点までレンズを移動させる可能性がある。
どの位置に合焦するのかが定まらない状態を遠近競合状
態と呼ぶが、遠近競合状態をできるだけ避け、撮影者が
意図する被写体にピントを合わせる為、従来から画面内
の特定の位置に測距枠すなわち焦点検出領域を設ける手
法がとられてきた。例えば撮影者は画面中央に撮影する
被写体を置く可能性が高いとして、図5において503
で示す様に、画面中央にゲート枠を置き、このゲート枠
の内側に相当する部分の映像信号のみをゲートをかけて
抽出し、その他の部分の信号はAFに用いないとする方
法である。
外の被写体にはピントが合わなくなるので、上記シマウ
マにピントが合ってしまうという現象を取り除くことが
できる。しかしながら測距枠503の内側に被写体がな
くなってしまった場合、例えば図5の人物504が突然
測距枠外へと移動し、人物の後方に全く被写体がなくな
ってしまった場合、焦点電圧はフォーカスレンズのどの
位置に於いても平坦になるので、カメラ側では図4、図
6のような焦点電圧の山を見つけることができなくな
る。そして画面内にシマウマが存在するにもかかわら
ず、シマウマには合焦せずにレンズを至近端と無限端の
間でサーチさせ続け、焦点電圧の極大値を探し続けてし
まうことになる。
枠503の他に大きさの異なる別の測距枠302を設
け、測距枠503と502のどちらかの内側の被写体の
焦点電圧を用いて測距を行おうとする手法が提案され
た。
距枠503、502を用いたAFを行う為の基本的な処
理のフローチャートである。
写体距離にある被写体にピントを移す時のAF動作につ
いて示したものである。同図において、ステツプ801
で処理の実行が開始されると、ステツプ802で焦点電
圧が再起動しきい値を下回ったかどうかを確認する。再
起動しきい値とは図7から明らかなように、焦点電圧の
曲線に対してしきい値701の様に設定されていて、合
焦状態にある時の焦点電圧が再起動しきい値701を下
回った場合に、明らかに被写体が移動したか、撮影者が
被写体距離の違う別の被写体にカメラを向けたと判断
し、停止していたフオーカスレンズを再起動するもので
ある。
値701を下回っていないと判断された場合には、合焦
状態を維持する為に再起動を行わず、ステツプ802の
判断動作を継続する。焦点電圧が再起動しきい値を下回
った場合、ステツプ803で合焦時に測距枠502の様
に大きい測距枠と、測距枠503の様に小さい測距枠の
どちらで合焦していたかを確認する。合焦時に大きい枠
で合焦していたのであれば、再起動するとしても、被写
体として大きい枠で合焦するのが適切な被写体(例えば
画面中央に何も被写体がないような構図)を追い続けて
いる場合が多いとしてステツプ804で大きい枠を使用
することにし、逆に小さい枠で合焦していたのであれば
小さい枠で再起動することとする。
ステツプ806でAFを行い、ステツプ807で合焦と
判断されるまでAF動作を繰り返す。そしてステツプ8
07で合焦と判断された場合、ステツプ808でレンズ
を停止し、ステツプ802の処理に戻って再起動条件が
満たされるまで待機する。
者が継続して被写体を追いかける場合の適切な測距枠を
決定することができ、2つの測距枠を使い分けている
分、中央に被写体が存在するときには中央の被写体にピ
ントが合い、中央に被写体が無い場合にはその外側の被
写体にピントが合って、画面内に被写体があるのにその
被写体には合焦せず、無限端と至近端の間をサーチし続
けるという不具合も発生しなくなる。
の例によれば、大きい測距枠と小さい測距枠を使い分け
ることにより、遠近競合状態にある被写体に於いても画
面中央の被写体に対して合焦する確立が高くなり、画面
中央に被写体がなくなった場合にはその他の被写体に合
焦しやすくはなる長所を有するが、測距枠の大小を決定
するのは再起動前の被写体や測距枠の状態によってしま
うので、大きい測距枠で再起動を開始した場合、画面中
央以外に存在する被写体についてAF動作をしてしまう
と、その被写体に対する合焦点でレンズを停止してしま
う問題を生じる。
て、遠近競合被写体について画面中央の被写体に合焦す
る確立は高まったが、依然として撮影者が満足し得るま
での被写体識別性能を有してはいないという課題が残さ
れている。
し、撮影者が画面中央の被写体に再合焦させようとして
カメラを振る等の動作を行ったとしても、再起動前の測
距枠を受け継いで再起動がかかる以上、再び画面中央以
外の被写体に合焦することが多いという問題がある。
物にピントを合わせることのできる自動焦点調節装置を
提供しようとするものである。
に本発明は、画面内に設定される焦点調節信号検出領域
より検出される焦点調節信号に基づいて焦点調節を行う
焦点調節手段と、前記焦点調節手段が再起動待機状態か
ら再起動を開始する際に前記焦点検出領域として第1又
は第2の焦点調節信号検出領域を選択的に設定すると共
に、該設定として前記第1の焦点調節信号検出領域を選
択するにあたって、該第1の焦点調節信号検出領域によ
り検出される焦点調節信号のレベルを判定し、該判定結
果に応じて前記設定を前記第1の焦点調節信号検出領域
から前記第2の焦点調節信号検出領域に変更する検出領
域設定手段とを有する自動焦点調節装置とするものであ
る。
の位置実施例について詳細に説明する。
用いたビデオカメラに適用した場合一例を示す構成図で
ある。同図において、101は固定の第1のレンズ群、
102は光軸と平行に移動することによって変倍を行う
第2のレンズ群(以下変倍レンズと称す)、103は絞
り、104は固定の第3のレンズ群、105は光軸と平
行に移動することによりフォーカシングを行い、かつ変
倍時には102の動きに合わせて補正動作を行うことに
より、変倍時のピント面の移動を防止するフォーカスコ
ンペ機能を有した第4のレンズ群(以下フオーカスレン
ズと称す)、106、107、108はそれぞれ変倍レ
ンズ102、絞り103、フオーカスレンズ105の位
置あるいは移動量等を検出する為のエンコーダ、10
9、110、111はそれぞれ変倍レンズ102、絞り
103、フオーカスレンズ105を駆動する為のアクチ
ュエータ、112、113、114はそれぞれアクチユ
エータ109、110、111を駆動する為のドライ
バ、115はCCD等の撮像素子の撮像面、116は増
幅器である。
波成分を通過させるバンドパスフイルタ及び後述のゲー
ト制御回路122で指示される期間だけ増幅器116の
出力信号中の高周波成分を通過させることにより画面内
に測距枠を設定するゲート回路を備えたゲート回路+バ
ンドパスフィルタ、118はマイクロコンピユータ等で
構成され、ゲート回路+バンドパスフィルタ117より
出力された測距枠内の高周波成分信号すなわち焦点電圧
を入力してA/D変換し、その値に基づいてフオーカス
レンズを合焦点へと駆動制御するとともに、後述するよ
うにゲート制御回路122を制御して測距枠の位置及び
大きさを制御するシステム制御回路である。
号レベルの平均値が一定となるようにドライバ113及
びアクチユエータ110を制御して絞り103を調節
し、撮像素子の撮像面115に適正な露光を行わせる為
の絞り制御回路、120、121はそれぞれ水平同期信
号HDと垂直同期信号VDをゲート制御回路122に供
給する線路、そしてゲート制御回路122は内部に水平
同期信号HDと垂直同期信号VDに対するカウンタ等を
備えていて、画面内に測距枠を設定し、その測距枠内の
範囲のみゲート回路+バンドパスフィルタ117内のゲ
ート回路を開かせるように制御するものであり、システ
ム制御回路118によつて制御される。
像素子115で撮像して光電変換された映像信号を増幅
器116で増幅し、バンドパスフイルタ117で増幅器
116の出力信号中の高周波成分のみをゲート回路によ
つて設定された測距枠内についてのみ抜き取る。この高
周波成分量は前述の如く、ピントが合っているときに極
大値を示し、ピントがズレてくると次第にそのレベルが
下がってくる。この高周波成分量すなわち焦点電圧のフ
オーカスレンズ位置との関係は、前述の図2に示すもの
と同様である。
ても、測距枠内の水平走査信号中に含まれる高周波成分
量をゲート回路+バンドパスフィルタ117で抜き取る
ものであり、画面に垂直な線が多く含まれるほど、又、
その垂直な線の濃淡がはっきりしているほど焦点電圧の
極大値は大きい。
ム制御回路118の制御アルゴリズムについて、図2を
用いて具体的に説明する。
実行される、本発明の特徴とする処理のフローチャート
である。
が合焦点位置に停止した後、被写体が移動あるいはカメ
ラが移動される等により、焦点電圧が図7に示すように
しきい値701以下に低下し、再起動条件が満足される
まで待機している状態から処理が開始される。
されると、ステツプ202で図8と同様に焦点電圧が再
起動しきい値701を下回ったかどうかを確認し、しき
い値701を下回っていなければステツプ202でその
まま待機し、下回ればステツプ203の処理に移行す
る。
であったかどうかを確認する。大きい測距枠であった場
合には、ステツプ204へと進み、図3に302で示す
しきい値Aを用い、大きい測距枠内での焦点電圧がしき
い値Aを下回っているかどうかを確認する。
がしきい値Aをも下回っているということは、撮影画面
内全体が大ボケとなっていると判断することができる。
即ち撮影者が前とは全く違う被写体にカメラを向けたと
か、カメラの前に突然大きな被写体が現れた、又は被写
体が突然カメラの前からいなくなったという場合等が想
定されるので、再起動前の測距枠の状態を維持する必要
がない。そこで、このような場合には画面中心の被写体
に優先してピントを合わせる意味で、ステツプ205の
処理を行って小さい測距枠を用いることとする。
さいと判断された場合には、ステツプ206で合焦時の
測距枠、即ち小さい測距枠を選択する。
204で焦点電圧がしきい値Aを上回っていると判断さ
れる場合には、これまで撮影していた構図と大きく変化
していないとみなし、ステツプ206で合焦時の測距
枠、即ち大きい測距枠を選択し、フォーカスレンズの不
要なハンチングを避けながらAF動作を行う。
を選択してからステツプ207でAF動作を行い、ステ
ツプ208で合焦と判断するまでAF動作を継続し、合
焦に至ればステツプ209でフオーカスレンズを停止す
る。
後、ステツプ210で大きい測距枠で合焦・停止したか
どうかを再確認する。その結果、小さい測距枠で合焦・
停止したのであれば、画面中央の被写体に対して合焦し
ていると判断し、ステツプ202の再起動待機状態に戻
る。
止していると判断された場合、ステツプ211で小さい
測距枠内の焦点電圧を再度確認する。大きい測距枠で小
さい測距枠外の被写体に対して合焦・停止しているとし
ても、小さい測距枠内にボケながらも被写体が存在する
のであれば、図6の603に示されるように有限量の焦
点電圧が小さい測距枠内で検出されるはずである。そこ
でステツプ211では、小さい測距枠内の焦点電圧が図
3において301で示されるようなしきい値B(しきい
値B>しきい値A)を上回っているとき、小さい測距枠
内に被写体があるにもかかわらず小さい測距枠外の被写
体に合焦したと判断し、ステツプ212、213、21
4で小さい測距枠のみを用いてもう一度AF動作を行
い、合焦・停止動作を行うようにする。
圧がしきい値Bを下回っていれば、大きい測距枠で合焦
した合焦点は適切であるとしてステツプ202の処理に
戻る。
無い、又は、仮に被写体があったとしてもその被写体に
対する焦点電圧の山は相当平坦で、明らかな山の極大点
を見つけるのは困難であるという判断ができる値に設定
する。
距枠の選択処理に加え、2つのしきい値を用いて再起動
時の測距枠の再選択と合焦時の小さい測距枠内に於ける
被写体の有無の再確認を行うことによって、仮に大きい
測距枠内に焦点電圧の極大値の大きい被写体があったと
しても、画面中央の被写体に合焦する優先度が極めて高
まり、撮影者が満足する被写体認識能力とAF性能を確
保することができるようになる。
は、これまで通り画面中央以外の被写体に対してAF動
作を行うので、これまでのAFの利点であるところの所
謂「中抜け」と呼ばれる被写体に対する安定したレンズ
挙動を損なうことはない。
より高精度に所望の対象物にピントを合わせることので
きる自動焦点調節装置を提供できるものである。
ブロツク図である。
説明するためのフローチヤートである。
を説明するための焦点電圧とフオーカスレンズ位置の関
係を示す図である。
電圧とフオーカスレンズ位置の関係を示す図である。
図である。
置の関係を示す図である。
するための焦点電圧とフオーカスレンズ位置の関係を示
す図である。
動動作を説明するためのフローチヤートである。
Claims (5)
- 【請求項1】 画面内に設定される焦点調節信号検出領
域より検出される焦点調節信号に基づいて焦点調節を行
う焦点調節手段と、前記焦点調節手段が再起動待機状態
から再起動を開始する際に前記焦点検出領域として第1
又は第2の焦点調節信号検出領域を選択的に設定すると
共に、該設定として前記第1の焦点調節信号検出領域を
選択するにあたって、該第1の焦点調節信号検出領域に
より検出される焦点調節信号のレベルを判定し、該判定
結果に応じて前記設定を前記第1の焦点調節信号検出領
域から前記第2の焦点調節信号検出領域に変更する検出
領域設定手段とを有することを特徴とする自動焦点調節
装置。 - 【請求項2】 前記検出領域設定手段は、前記焦点調節
手段が焦点調節動作状態から前記再起動待機状態に入っ
た際の前記焦点調節信号検出領域に対応して前記第1又
は第2の焦点調節信号検出領域を設定することを特徴と
する請求項1記載の自動焦点調節装置。 - 【請求項3】 前記検出領域設定手段は、前記焦点調節
手段が再起動する際の前記第1の焦点調節信号検出領域
により検出される焦点調節信号が所定レベルにない場合
には、前記焦点検出領域を前記第1の焦点調節信号検出
領域から前記第2の焦点調節信号検出領域に変更するこ
とを特徴とする請求項1又は2記載の自動焦点調節装
置。 - 【請求項4】 前記検出領域設定手段は、前記焦点調節
手段が再起動する際の前記第1の焦点調節信号検出領域
により検出される焦点調節信号が所定レベルにある場合
には、前記焦点調節信号検出領域を前記第1の焦点調節
信号検出領域とすることを特徴とする請求項1〜3のい
ずれかに記載の自動焦点調節装置。 - 【請求項5】 前記第1の焦点調節信号検出領域は、前
記第2の焦点調節信号検出領域を含み、該第2の焦点調
節信号検出領域より大きな焦点調節信号検出領域である
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の自動
焦点調節装置。
Priority Applications (6)
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JP12618293A JP3244863B2 (ja) | 1993-05-27 | 1993-05-27 | 自動焦点調節装置 |
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US08/632,919 US5933187A (en) | 1993-05-27 | 1996-04-16 | Video camera apparatus with automatic focus operation dependent on electronic zoom condition |
US09/810,263 US6850280B2 (en) | 1993-05-27 | 2001-03-16 | Automatic focus adjusting device with distance measuring area selection based on discrimination of a state of focus |
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US12/275,881 US7719605B2 (en) | 1993-05-27 | 2008-11-21 | Video camera apparatus including automatic focusing |
Applications Claiming Priority (1)
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Country Status (1)
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JP2016081019A (ja) * | 2014-10-22 | 2016-05-16 | 株式会社 日立産業制御ソリューションズ | フォーカス制御装置、撮像装置及びフォーカス制御方法 |
-
1993
- 1993-05-27 JP JP12618293A patent/JP3244863B2/ja not_active Expired - Fee Related
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