JP2913530B2

JP2913530B2 - 自動焦点制御装置

Info

Publication number: JP2913530B2
Application number: JP4255666A
Authority: JP
Inventors: 秀雪新井; 仁志保田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-08-31
Filing date: 1992-08-31
Publication date: 1999-06-28
Anticipated expiration: 2014-06-28
Also published as: JPH0686141A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動焦点制御装置に関
し、詳しくはビデオカメラ、電子スチルカメラ等の映像
機器に用いて好適な自動焦点制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビデオカメラ等を始めとする映像
機器の進歩は目覚ましく、オートフォーカス制御、オー
トアイリス制御、ズーム機能等が標準的に整備され、あ
らゆる部分において操作性の改善や多機能化が図られて
いる。

【０００３】ところで、オートフォーカス調節装置を見
ると、撮像素子等によって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ス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。

【０００４】上記鮮鋭度の評価としては、一般に、異な
った帯域制限を有する複数のバンドパスフィルタ（ＢＰ
Ｆ）により抽出される各々の映像信号の高周波成分の強
度等を用いて行っている。これは、通常の被写体像を撮
影した場合、焦点が合ってくるにしたがって、高周波成
分のレベルが大きくなるからであり、そのレベルが最大
になる点を合焦位置としている。

【０００５】したがって、フォーカスレンズの制御は上
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、鮮
鋭度の高い点で精度よく停止させるように制御されるも
のであり、一般に、このような制御方式を山登りオート
フォーカス方式と称している。

【０００６】また、この種のオートフォーカスでは、帯
域制限された高周波成分の信号（焦点電圧）が最大にな
った点を被写体に合焦した時と判定し、フォーカスモー
タ駆動を停止させる。そして、その状態から焦点電圧が
さらに変化すると、被写体が変化したと判定し、フォー
カスモータを再起動させて新しい被写体の合焦点を検出
するようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、焦点電圧の変化によって、被写体が変化した
と判断しているため、被写体が実際に変化しても焦点電
圧がほぼ同じ値であると、再起動判定せずに合焦と判定
してしまい、フォーカスモータを停止しつづける場合が
ある。

【０００８】例えば、至近側にある低コンの被写体に合
焦した状態から、遠方にある高輝度の被写体に被写体が
変化しても、ぼけた状態の焦点電圧が低コンの焦点電圧
とほぼ同じであるために合焦判定を維持してしまうこと
がある。このような場合は、フォーカスレンズが停止し
ているため、遠方の被写体がぼけたままになってしまう
欠点があった。

【０００９】本発明は上述の問題点にかんがみ、撮影し
たい被写体に対して焦点を常に最適に合わせることがで
きるようにすることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の自動焦点制御装
置は、被写体からの入射光量を制御する絞り手段と、上
記絞り手段の絞り値を検出する絞り値検出手段と、上記
被写体を撮像した撮像信号中より焦点状態を検出すると
ともに、上記検出された焦点状態に応じた信号に基いて
焦点調節を行う焦点制御手段と、上記焦点制御手段によ
って制御され、フォーカスレンズを駆動して焦点調節を
行うフォーカス駆動手段と、上記フォーカスレンズが移
動することにより焦点が合ったときに、上記フォーカス
駆動手段を停止させる合焦判定手段と、上記被写体が変
化したときに上記フォーカス駆動手段を再駆動させる再
起動判定手段とを有し、上記絞り値検出手段によって検
出される絞り値情報を利用して上記再起動判定手段によ
る再起動判定を行うようにしたことを特徴としている。

【００１１】また、本発明の自動焦点制御装置の他の特
徴とするところは、被写体を撮像した撮像信号中より検
出された焦点状態に応じた信号に基いて焦点調節を行う
焦点調節手段と、上記焦点調節手段の調節位置を検出す
る位置検出手段と、上記焦点状態に応じた信号と上記位
置検出手段の出力とに基いて、同じ焦点状態の複数の合
焦位置のうちの中心位置を決定する演算手段とを具備す
ることを特徴としている。

【００１２】

【００１３】

【作用】本発明は上記技術手段を有するので、合焦状態
になったことによりフォーカスモータを停止させた後で
再起動判定を行う際には、焦点電圧の変化のみならず、
絞り値情報も利用するので、被写体の変化を検出する精
度を向上させて、撮影したい被写体に対して最適な焦点
を合わせることが可能となる。また、本発明の他の特徴
によれば、同じ焦点状態の複数の合焦位置のうちの中心
位置を求めて合焦点とするので、焦点電圧の山の頂上が
平らな場合でも、山頂中心位置に常にレンズを停止させ
ることができ、レンズが不用意に動く不都合を無くすこ
とが可能となる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明をビデオカメラに適用した場合
を例にして、その一実施例について詳述する。図１は、
本発明をビデオカメラに適用した場合を示すブロック図
で、１は撮影レンズで焦点調節を行うためのフォーカス
レンズ１Ａ、ズーム動作を行うズームレンズ１Ｂ、結像
用のレンズ１Ｃを備えている。

【００１５】２は絞り、３は撮像面に結像された被写体
像を光電変換して電気的な撮像信号に変換する撮像素
子、４は撮像素子３より出力された撮像信号をサンプル
ホールドし、さらに、レベルをアンプするサンプルホー
ルド回路（Ｓ／Ｈ回路）であり、映像信号を出力する。

【００１６】５はサンプルホールド回路４から出力され
た映像信号にガンマ補正、色分離、ブランキング処理等
の所定の処理を施すプロセス回路で、輝度信号Ｙおよび
クロマ信号Ｃを出力する。プロセス回路５から出力され
たクロマ信号Ｃは、色信号補正回路で２１で、ホワイト
バランスおよび色バランスの補正がなされ、色差信号Ｒ
−Ｙ，Ｂ−Ｙとして出力される。

【００１７】また、プロセス回路５から出力された輝度
信号Ｙと、色信号補正回路２１から出力された色差信号
Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙは、エンコーダ回路（ＥＮＣ回路）２４
で変調され、標準テレビジョン信号として出力される。
そして、図示しないビデオレコーダ、あるいは電子ビュ
ーファインダ等のモニタＥＶＦへと供給される。

【００１８】次いで、６はアイリス制御回路であり、サ
ンプルホールド回路４から供給される映像信号に基づい
てアイリス駆動回路７を制御し、映像信号のレベルが所
定レベルの一定値となるように、絞り２の開口量を制御
すべくｉｇメータ８を自動制御するものである。

【００１９】１３、１４は、サンプルホールド回路４か
ら出力された映像信号中より合焦検出を行うために必要
な高周波成分を抽出する異なった帯域制限のバンドパス
フィルタ（ＢＰＦ）である。第１のバンドパスフィルタ
１３（ＢＰＦ１）、および第２のバンドパスフィルタ１
４（ＢＰＦ２）から出力された信号は、ゲート回路１５
およびフォーカスゲート枠信号で各々でゲートされ、ピ
ーク検出回路１６でピーク値がホールドされて検出され
るとともに、論理制御回路１７に入力される。この信号
を焦点電圧と呼び、この焦点電圧によってフォーカスを
合わせている。

【００２０】また、１８はフォーカスレンズ１Ａ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１Ｂの焦点距離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。これらのエンコーダの検出値は、システムコントロ
ールを行う論理制御回路１７へと供給される。

【００２１】論理制御回路１７は、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、各々のバンド
パスフィルタ１３、１４より供給された高周波成分のピ
ーク値情報を取り込み、高周波成分のピーク値が最大と
なる位置へとフォーカスレンズ１Ａを駆動すべくフォー
カス駆動回路９にフォーカスモータ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。

【００２２】次に、本実施例の自動焦点制御装置の動作
について説明する。先ず、プロセス回路５によって生成
されたクロマ信号Ｃは色信号補正回路２１を経てゲート
回路２２に入力される。ここでは、ゲートパルス発生回
路２３で発生されたフォーカスのゲート枠より小さなゲ
ート枠信号でゲートされ、さらにゲートされた色差信号
Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙは積分回路２５で積分された後、論理制
御回路１７に入力される。そして、ここで色情報として
取り入れられ、色相の判定に使用される。

【００２３】次に、本実施例の焦点制御動作について、
図２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。ステップＰ１で動作がスタートすると、ステッ
プＰ２でフォーカスモードがオートフォーカス（ＡＦ）
であることを判定する。

【００２４】ステップＰ２でオートフォーカスと判定す
ると、ステップＰ３でフォーカスモータを駆動させる。
次に、ステップＰ４ではフォーカスモータを任意の期間
正常方向に回転させる。そして、その時の焦点電圧を検
出し、被写体に対して前ピンか後ピンか判定し、被写体
の焦点を合わせる方向にフォーカスモータを回転させ
る。

【００２５】次のステップＰ５では、焦点電圧が最大に
なるように山登り判定を行う。次に、ステップＰ６に進
み、ここでは焦点電圧が山の頂上であることを検出し、
合焦判定をする。そして、ステップＰ６で合焦判定する
と、次に、ステップＰ７でフォーカスモータ１０を停止
させる。

【００２６】次に、ステップＰ８に進み、その時の焦点
電圧が被写体が代わって変化したかどうか監視する。そ
して、変化した時は被写体が代わったと判定する。この
場合は、ステップＰ１０に進んで再起動判定を行った後
で、ステップＰ３に戻り、フォーカスモータを再び駆動
させる。

【００２７】また、ステップＰ８で変化がない場合はス
テップＰ９に進み、色相の変化があるかどうか監視す
る。そして、色相の変化がある場合は、ステップＰ１０
に進んで再起動判定を行った後で、ステップＰ３に戻
り、フォーカスモータを再び駆動させる。また、ステッ
プＰ９で色相の変化がない場合は、ステップＰ７に戻
り、フォーカスモータ１０を停止し続ける。

【００２８】以上にように、本実施例の自動焦点制御装
置はオートフォーカスにおける再起動判定を、従来の焦
点電圧の変化のみならず、色相の変化によっても行うよ
うにしたので、被写体の変化を確実に検出することがで
き、ぼけたままという欠点を無くすことができる。

【００２９】次に、図３のフローチャートを参照して本
発明の第２実施例を説明する。図３から明らかなよう
に、本実施例の制御と図２に示した第１実施例の制御と
では、ステップＰ９の動作のみが相違している。

【００３０】すなわち、図２に示した第２実施例では、
ステップＰ９において、色相変化の有無を検出し、色相
変化の有無に基づいて再起動判定するようにしていた。
それに対し、この第２実施例ではステップＰ９において
絞り値の変化があるか否かを検出している。

【００３１】そして、ステップＰ９において絞り値の変
化がない場合には、ステップＰ７に戻り、フォーカスモ
ータを停止させ続ける。ここで、絞り値は絞りエンコー
ダ回路２０から論理制御回路１７に入力されるもので、
絞り値情報は常に連続的に得られるようになされてい
る。

【００３２】このようにして、絞り値情報によってもオ
ートフォーカスにおける再起動判定を行うようにするこ
とにより、被写体の変化を確実に検出することができ、
撮影画像がぼけたままになっているという欠点をなくす
ことができる。

【００３３】次に、図４〜図７に従って本発明の第３実
施例を説明する。上述したようにして自動的に焦点制御
を行っているので、図６の（ａ）および（ｂ）に示した
ように焦点電圧の最高点に停止させるために、レンズを
動かしながら焦点電圧が高くなったらその値とレンズの
位置を更新する。また、低くなるのが続いたら、今まで
の最高点を合焦点としてレンズを反転させ、合焦点に戻
している。

【００３４】しかしながら、このようにして合焦させる
と、焦点電圧の山の頂上が平らな場合には、図６の
（ｂ）に示したように、常に山の頂上の端にレンズが停
止することになる。したがって、図７の（ａ）に示した
ように、この後に被写体が頂上と反対に移動すると、焦
点電圧が直ちに下がり、再び自動焦点調節をしなければ
ならないことになる。このため、レンズが不用意に動
き、落ち着きがなくなってしまう不都合があった。

【００３５】このような不都合を解決するために、本実
施例においては、図４に示したように自動焦点制御装置
を構成している。すなわち、図４において、１０１は固
定の第１レンズ群、１０２は変倍を行う第２のレンズ群
（ズームレンズ）、１０３は絞り、１０４は固定の第３
のレンズ群、１０５は変倍に伴う焦点画の移動を補正す
る機能と、ピント合わせの機能とを兼ね備えた第４のレ
ンズ群（フォーカスレンズ、あるいはコンペンセータレ
ンズ）である。

【００３６】また、１０６は撮像素子の撮像面である。
次いで、１０７、１０８、１０９はズームレンズ１０
２、絞り１０３、フォーカスレンズ１０５をそれぞれ移
動させるためのアクチュエータである。そして、１１
０、１１１、１１２はドライバであり、システム全体を
制御するシステムコントロール回路１１９から与えられ
る信号に基づいてアクチュエータ１０７、１０８、１０
９を駆動するためのものである。

【００３７】１１３、１１４、１１５はそれぞれ位置エ
ンコーダであり、ズームレンズ１０２、絞り１０３、フ
ォーカスレンズ１０５の機械的な位置を検出して電気信
号に変換するためのものであり、１１３はズームエンコ
ーダ、１１４はアイリスエンコーダ、１１５はフォーカ
スエンコーダである。また、１１６は撮像素子１０６の
出力を所定のレベルに増幅する増幅器、１１７は撮像素
子１１６の出力信号中より焦点検出に用いられる広域成
分を抽出するバンドパスフィルタである。

【００３８】１１８は、撮像素子１１６の出力信号レベ
ルを用いて絞りの状態をコントロールするアイリス調整
器、１１９は本システム全体を総合的に制御するととも
に、ズームエンコーダ１１３、アイリスエンコーダ１１
４、フォーカスエンコーダ１１５、バンドパスフィルタ
１１７の出力信号に基いて、アクチュエータ１０７、１
０９をコントロールするシステムコントロール回路であ
り、マイクロコンピュータ（マイコン）によって構成さ
れている。

【００３９】図４のように構成されたカメラシステムに
おいては、一般にバンドパスフィルタ１１７の出力信号
レベルが最大となるようにフォーカスレンズ１０５を移
動させることによって自動焦点調節（ＡＦ）を行ってい
る。

【００４０】本実施例においては、焦点電圧の最高点の
内、中心点に停止させるために、図５のステップＰ１で
レンズを動かしながら焦点電圧とレンズ位置を取り込
み、ステップＰ２で焦点電圧を今までのピーク値と比較
する。ステップＰ２の比較の結果、焦点電圧がピーク値
以上ならばステップＰ３に進み、ピーク値と同じか、或
いは同じと見なせる範囲か否かを判定する。

【００４１】そして、ピーク値と同じか、或いは同じと
見なせる範囲ならばステップＰ４に進み、今のレンズ位
置から過去のレンズ位置を引いたものをカウンタに加え
る。これにより、カウンタは頂上の長さを表すことにな
る。その後、ステップＰ５でピーク値とレンズの位置を
更新する。

【００４２】一方、ステップＰ２で焦点電圧が過去のピ
ーク値未満ならば、ステップＰ６に進み、それが一定時
間続いたか否かを判定する。この判定の結果、続いてい
ない場合にはステップＰ１に戻る。また、続いている場
合には、ステップＰ７に進む。

【００４３】ステップＰ７においては、レンズを反転さ
せ、ピークのレンズ位置へレンズを移動する。さらに、
カウンタの２分の１だけレンズを進める。その後、ステ
ップＰ８で合焦点に達したか否かの判定を行う。この判
定の結果、合焦点に達していれば終了し、達していなけ
ればステップＰ７に戻る（以上の動作を、図７の（ｂ）
に示す）。

【００４４】この第３実施例の場合には、このようにし
て自動焦点制御を行うので、焦点電圧の山の頂上が平ら
な場合でも、レンズを山頂の中心位置に常に停止させる
ことができる。これにより、合焦後に被写体が頂上と反
対に移動しても、焦点電圧が直ちに下がり、再び自動焦
点調整をすることがなくる。そのために、レンズが不用
意に動くことを防止することができる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
オートフォーカス時で合焦判定をして、合焦状態になっ
たことによりフォーカスモータを停止させた後で再起動
判定を行うに際し、焦点電圧の変化のみならず、絞り値
情報をも利用するようにしたので、被写体の変化を確実
に検出することができ、画像がぼけたままという欠点を
無くして、撮影したい被写体に対して最適な焦点を合わ
せることができる。

【００４６】また、本発明の他の特徴によれば、同じ焦
点状態の複数の合焦位置のうちの中心位置を求めて合焦
点とするようにしたので、焦点電圧の山の頂上が平らな
場合でも、山頂中心位置に常にレンズを停止させること
ができる。これにより、合焦後に被写体が頂上と反対側
に移動したときに焦点電圧が直ちに下がってしまうこと
により、自動焦点調節を再び行わなければならない不都
合を無くすことができ、レンズが不用意に動くことを防
止できる。

【００４７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自動焦点制御装置の第１実施例を示す
撮像装置の構成図である。

【図２】第１実施例の自動焦点制御装置の動作を示すフ
ローチャートである。

【図３】第２実施例の自動焦点制御装置の動作を示すフ
ローチャートである。

【図４】本発明の自動焦点制御装置の第３実施例を示す
撮像装置の構成図である。

【図５】第３実施例の自動焦点制御装置の動作を示すフ
ローチャートである。

【図６】レンズ位置と焦点電圧との関係を説明する図で
ある。

【図７】レンズ位置と焦点電圧との関係を説明する図で
ある。

【符号の説明】

１撮影レンズ２絞り３撮像素子４サンプルホールド回路５プロセス回路６アイリス制御回路７アイリス駆動回路９フォーカス駆動回路１０フォーカスモータ１１ズーム駆動回路１２ズームモータ１３バンドパスフィルタ１４バンドパスフィルタ１５ゲート回路１６ピーク値検出回路１７論理制御回路１８フォーカスエンコーダ１９ズームエンコーダ２０絞りエンコーダ２１色信号補正回路２２ゲート回路２３ゲートパルス発生回路

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04N 5/232 G02B 7/28 G02B 7/36

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体からの入射光量を制御する絞り手
段と、上記絞り手段の絞り値を検出する絞り値検出手段と、上記被写体を撮像した撮像信号中より焦点状態を検出す
るとともに、上記検出された焦点状態に応じた信号に基
いて焦点調節を行う焦点制御手段と、上記焦点制御手段によって制御され、フォーカスレンズ
を駆動して焦点調節を行うフォーカス駆動手段と、上記フォーカスレンズが移動することにより焦点が合っ
たときに、上記フォーカス駆動手段を停止させる合焦判
定手段と、上記被写体が変化したときに上記フォーカス駆動手段を
再駆動させる再起動判定手段とを有し、上記絞り値検出手段によって検出される絞り値情報を利
用して上記再起動判定手段による再起動判定を行うよう
にしたことを特徴とする自動焦点制御装置。
【請求項２】被写体を撮像した撮像信号中より検出さ
れた焦点状態に応じた信号に基いて焦点調節を行う焦点
調節手段と、上記焦点調節手段の調節位置を検出する位置検出手段
と、上記焦点状態に応じた信号と上記位置検出手段の出力と
に基いて、同じ焦点状態の複数の合焦位置のうちの中心
位置を決定する演算手段とを具備することを特徴とする
自動焦点制御装置。