(57)【要約】【課題】被写体のコントラストが著しく低下した場合でも、素早く正確な合焦が行えるオートフォーカス装置を提供すること。【解決手段】オートフォーカス装置１００では、絶対値回路５において映像輝度信号の高周波成分の極性を統一することにより絶対値信号を生成し、この信号から、エリア選択回路６によって選択される所定領域の信号成分を切り取り、この信号成分を増幅器（１〜Ｎ）７において異なる増幅率で増幅し、得られたｎ個の増幅信号のピーク値ｐｉをそれぞれ求める。ＣＰＵ１０では、各ピーク値ｐｉを予め定めた値Ｖｒｅｆと比較し、当該値を超える最小のピーク値ｐｉを求め、このピーク値ｐｉに基づき、フォーカスレンズ１の位置を制御し、当該ピーク値ｐｉの最大値が求まった位置を合焦位置と判断する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影された被写体の映像信号に基づきフォーカスレンズを駆動して焦点調節動作を行うオートフォーカス装置において、
前記映像信号における合焦範囲を抽出するエリア選択手段と、
前記映像信号の高周波成分を抽出するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段の出力信号を極性統一する絶対値手段と、
前記絶対値手段の出力信号が入力され、前記エリア選択手段により抽出された領域のみの信号を異なる増幅率で増幅する第１〜第ｎ（ｎは正の整数）の増幅手段と、
前記第１〜第ｎの増幅手段の出力信号のそれぞれを前記映像信号の一垂直期間毎にピークホールドする第１〜第ｎの最大値検出手段と、
前記第１〜第ｎの最大値検出手段によってホールドされた前記出力信号のピーク値ｐ１〜ｐｎに基づき、前記フォーカスレンズを焦点位置に位置決めする制御手段と、
を有していることを特徴とするオートフォーカス装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記制御手段は、
前記フォーカスレンズを第１の方向に所定量だけ移動した後に得られる前記ピーク値ｐ１（ｉ）〜ｐｎ（ｉ）（ｉは正の整数）のうち、予め定めた基準値を超える最小のピーク値ｐｋ（ｉ）（ｋ＝１、２、・・・ｎ）を抽出し、
このピーク値ｐｋ（ｉ）を、前回の前記フォーカスレンズの移動により得られたピーク値ｐｋ（ｉ−１）と比較し、
ピーク値ｐｋ（ｉ）が大きい場合には、前記フォーカスレンズを前記第１の方向に所定量だけ移動させ、当該ピーク値ｐｋ（ｉ）が小さい場合には前記フォーカスレンズを前記第１の方向とは反対の方向に所定量だけ移動させ、
前記ピーク値ｐｋ（ｉ）が最大となった位置を合焦位置であると判断することを特徴とするオートフォーカス装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記第１〜第ｎの増幅手段の増幅率ａ１〜ａｎは、
ａ１＜ａ２＜・・・＜ａ（ｎ−１）＜ａｎ
に設定されていることを特徴とするオートフォーカス装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラ、電子スチルカメラ等に搭載されるオートフォーカス装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、被写体を撮影することによって得られる映像信号の高周波成分の信号レベルが被写体の精細度に対応していることを利用し、この高周波成分の信号を焦点電圧として取り出し、この焦点電圧が最大値となるようにフォーカスレンズを移動して合焦させるようにしたオートフォーカス装置が知られている。
【０００３】
図４は従来のオートフォーカス装置の構成を示すブロック図であり、図５はその合焦電圧波形図である。これらの図を参照して説明すると、従来のオートフォーカス装置１００Ａは、フォーカスレンズ１を介して入射される被写体の撮影光をＣＣＤ（電荷結合素子）等の撮影手段２によって光電変換して映像信号を得て、この映像信号を増幅回路１３にて増幅した後、一般的なカメラ信号処理回路３に供給するとともに、フィルタ回路１４に供給して水平方向の高域成分を取り出すようになっている。
【０００４】
また、この高域成分は検波回路１５にて検波されて焦点電圧となり、制御回路１６に供給される。制御回路１６は図５に示す焦点電圧のレベルが最大となるようにモータードライバー１１及びモーター１２を駆動してフォーカスレンズ１を移動させる。これによりフォーカスレンズ１は合焦位置に移動されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、被写体のコントラストは、被写体の特性、被写体の明るさ等により大きく変化し、それに伴い上記焦点電圧のレベルも大きく変化する。特にコントラストが低い被写体や暗い場面での撮影では焦点電圧が著しく低下するため、最適な合焦位置を判断するために必要な時間がコントラストの十分な被写体を撮影する場合に比べて長くなるという問題がある。
【０００６】
また、暗い被写体を撮影した場合には、一般的にカメラ信号処理回路で用いられる自動利得制御回路により映像信号が増幅されるわけであるが、このような信号は撮像素子等のノイズ成分を含んでおり、Ｓ／Ｎ比の著しく低下した信号となる。このような信号から取り出した高域成分の信号もまたノイズを含む信号であるので、焦点電圧のレベルが低下すると同時に焦点電圧のＳ／Ｎ比も低下し、正確なフォーカシングを行えないという問題もある。
【０００７】
本発明の課題は、被写体のコントラストや明るさが変化した場合、特にコントラストが著しく低下した被写体を撮影した場合でも、素早く正確な合焦が行えるオートフォーカス装置を提案することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明は、撮影された被写体の映像信号に基づきフォーカスレンズを駆動して焦点調節動作を行うオートフォーカス装置において、
前記映像信号における合焦範囲を抽出するエリア選択手段と、
前記映像信号の高周波成分を抽出するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段の出力信号を極性統一する絶対値手段と、
前記絶対値手段の出力信号が入力され、前記エリア選択手段により抽出された領域のみの信号を異なる増幅率で増幅する第１〜第ｎ（ｎは正の整数）の増幅手段と、
前記第１〜第ｎの増幅手段の出力信号のそれぞれを前記映像信号の一垂直期間毎にピークホールドする第１〜第ｎの最大値検出手段と、
前記第１〜第ｎの最大値検出手段によってホールドされた前記出力信号のピーク値ｐ１〜ｐｎに基づき、前記フォーカスレンズを焦点位置に位置決めする制御手段と、
を有していることを特徴としている。
【０００９】
ここで、前記制御手段は次のようにして、フォーカスレンズの合焦動作を行うことができる。すなわち、
前記フォーカスレンズを第１の方向に所定量だけ移動した後に得られる前記ピーク値ｐ１（ｉ）〜ｐｎ（ｉ）（ｉは正の整数）のうち、予め定めた基準値を超える最小のピーク値ｐｋ（ｉ）（ｋ＝１、２、・・・ｎ）を抽出し、
このピーク値ｐｋ（ｉ）を、前回の前記フォーカスレンズの移動により得られたピーク値ｐｋ（ｉ−１）と比較し、
ピーク値ｐｋ（ｉ）が大きい場合には、前記フォーカスレンズを前記第１の方向に所定量だけ移動させ、当該ピーク値ｐｋ（ｉ）が小さい場合には前記フォーカスレンズを前記第１の方向とは反対の方向に所定量だけ移動させ、
前記ピーク値ｐｋ（ｉ）が最大となった位置を合焦位置であると判断する。
【００１０】
また、前記第１〜第ｎの増幅手段の増幅率ａ１〜ａｎは、
ａ１＜ａ２＜・・・＜ａ（ｎ−１）＜ａｎ
に設定しておけばよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明によるオートフォーカス装置を図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施の形態に係るオートフォーカス装置のブロック構成図であり、図２は当該オートフォーカス装置で得られる焦点電圧特性図である。
【００１３】
オートフォーカス装置１００は、図１に示すように、例えばビデオカメラのフォーカスレンズ１を介して入射される被写体の撮影光をＣＣＤ２により光電変換した後、カメラ信号処理回路３で得られた映像輝度信号を入力信号としている。オートフォーカス装置１００は、この入力信号の高周波信号成分を取り出すハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４と、このハイパスフィルター（ＨＰＦ）４の出力信号の極性統一をおこなう絶対値回路（ＡＢＳ）５と、映像輝度信号の水平及び垂直同期信号に基づき合焦範囲を抽出するエリア選択回路６と、絶対値回路（ＡＢＳ）５の出力信号に対して、エリア選択回路６で選択された領域のみの信号成分を増幅し、かつそれぞれが増幅率の違うｎ個（ｎは正の整数）の増幅器（１〜Ｎ）７と、このｎ個の増幅器（１〜Ｎ）７の最大値を一垂直周期毎にピークホールドするｎ個のピークホールド回路（１〜Ｎ）８と、このｎ個のピークホールド回路（１〜Ｎ）８の信号をＡ／Ｄ変換するｎ個のＡ／Ｄ変換器（１〜Ｎ）９と、このｎ個のＡ／Ｄ変換器の出力信号を焦点電圧として用いて合焦動作を行うＣＰＵ１０と、このＣＰＵ１０からの指令によりフォーカスレンズ１の位置を制御するモータドライバー１１及びモーター１２で構成されている。
【００１４】
ハイパスフィルター（ＨＰＦ）４は、映像輝度信号からその高周波信号成分を抽出して出力する。この信号は絶対値回路（ＡＢＳ）５により極性統一が行われた後に、増幅器（１〜Ｎ）７に入力される。増幅器（１）７は映像輝度信号の高周波信号成分が最大となる条件下で飽和しないように増幅率が設定されている。また、ｎ個の増幅器（１〜Ｎ）７の増幅率ａ１〜ａｎはそれぞれ、ａ１＜ａ２＜・・・＜ａｎとなるように設定されている。
【００１５】
増幅器（１〜Ｎ）７では、エリア選択回路７により上記映像輝度信号の水平及び垂直同期信号に基づいて選択された範囲のみの領域の信号をそれぞれの増幅率ａ１〜ａｎに応じて増幅し出力する。増幅器（１〜Ｎ）７の出力信号はそれぞれピークホールド回路（１〜Ｎ）８に入力される。ピークホールド回路（１〜Ｎ）８からは増幅器（１〜Ｎ）７の出力信号に対して上記映像輝度信号の一垂直周期毎におけるピーク値ｐ１〜ｐｎが出力される。
【００１６】
この時、フォーカスレンズ１の位置に対するピークホールド回路（１〜Ｎ）８の出力信号（焦点電圧）はコントラストが高い被写体の場合には図２（Ａ）のようになり、コントラストが低くなるに従って順次図２（Ｂ）、図２（Ｃ）と変化する。
【００１７】
上記ピークホールド回路（１〜Ｎ）８の出力信号はＡ／Ｄ変換器（１〜Ｎ）９に入力され、これらＡ／Ｄ変換器（１〜Ｎ）９によりデジタル信号に変換されてＣＰＵ１０に入力される。ＣＰＵ１０はこれらの信号を焦点電圧として用いてフォーカシング動作を行う。
【００１８】
図３はこの構成のオートフォーカス装置１００による合焦動作例を示すフローチャートである。このフローチャートに従って、ＣＰＵ１０の内部動作を説明する。なお、図３において焦点電圧１〜ＮはそれぞれＡ／Ｄ変換器（１〜Ｎ）の出力電圧に相当する。
【００１９】
まず、ＣＰＵ１０は、合焦動作開始後、ｎ個の合焦電圧ｐｉ（ｉ＝１、２、・・・ｎ）を、合焦電圧ｐｉ（０）としてＣＰＵ１０内部のメモリに保存しておく（ステップＳＴ１）。次にフォーカスレンズ１をＣＰＵ１０内部の判断基準に従って前方または後方に動かした後（ステップＳＴ２）、ｉ＝１としてカウンタを設定した後（ステップＳＴ３）、ｎの値が最大値Ｎかどうかを判断する（ステップＳＴ４）。最初の動作ではｉ＝１と設定されているのでステップＳＴ５へと進む。
【００２０】
合焦電圧ｐ１（１）が予めＣＰＵ１０に設定された一定値Ｖｒｅｆと比較され（ステップＳＴ５）、焦点電圧ｐ１（１）が値Ｖｒｅｆよりも小さい場合にはｉの数を一つ増やして（ステップＳＴ６）、再度焦点電圧ｐ２（１）の信号レベルをＶｒｅｆと比較し（ステップＳＴ５）、焦点電圧ｐ２（１）がＶｒｅｆよりも大きい場合にはステップＳＴ７へと進む。ステップＳＴ４〜ＳＴ６のループは合焦電圧ｐｉ（１）が値Ｖｒｅｆよりも大きい場合かもしくは、ｉ＝Ｎとなり、最大の増幅率を持つ増幅器（Ｎ）７を選択するまで続く。
【００２１】
ステップＳＴ７では、選択された焦点電圧ｐｉ（１）と記憶しておいた焦点電圧ｐｉ（０）（フォーカスレンズを移動する前の合焦電圧）とを比較し焦点電圧ｐｉ（１）が焦点電圧ｐｉ（０）よりも大きければ映像輝度信号のコントラストが増加方向にあると判断してフォーカスレンズ１の位置を前回動かした方向と同一方向に動かす指令をし、焦点電圧ｐｉ（１）が焦点電圧ｐｉ（０）よりも小さい場合は、映像輝度信号のコントラストが低減方向にあると判断してフォーカスレンズ１の位置を前回動かした方向とは逆の方向に動かす指令を出す（ステップＳＴ７〜ＳＴ８）。
【００２２】
この後、現在の焦点電圧ｐｉ（１）がピーク値であるかどうかの判断を行い（ステップＳＴ９）、現在の焦点電圧ｐｉ（１）がそのピーク値であると判断される場合には合焦動作を終了し、そうでない場合には現在の焦点電圧ｐｉ（１）を前回の焦点電圧としてＣＰＵ１０内部のメモリに保存し（ステップＳＴ１）、再度ステップＳＴ２〜ＳＴ９を合焦動作が終了するまで繰り返す。
【００２３】
以上の手順により、ＣＰＵ１０は被写体のコントラストに応じて常に最適な焦点電圧ｐｉを選択してフォーカシング動作を行うことが出来る。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明のオートフォーカス装置によれば次の効果が得られる。
【００２５】
第１として、被写体のコントラストに応じて常に最適な焦点電圧を自動的に選択して使用するので、被写体のコントラストの影響を少なくして素早い合焦が行える。
【００２６】
第２として、被写体のコントラストが著しく低い場合や暗い場面の撮影でも増幅率の高い増幅器の信号を自動的に選択するので、十分な信号レベル及び感度を持った焦点電圧を使用することができ、精度が高く、素早い合焦動作が可能となる。
【００２７】
第３として、それぞれの増幅器の増幅率を任意に設定可能なため、増幅器を増やすに従って広いダイナミックレンジの信号を得ることができるので、使用するＡ／Ｄコンバータの分解能が低い場合でも合焦に十分な感度をもった焦点電圧を得ることができる。
【００２８】
第４として、それぞれの焦点電圧を同時に評価するので、一度の合焦動作によって確実にフォーカスレンズを最適な位置に移動することが出来る。
【００２９】
第５として、暗いシーンでカメラ信号処理回路の自動利得制御回路により増幅されたノイズを含む映像信号の場合でも、焦点電圧の信号レベルを高く維持して合焦動作が行えるので、このような条件下でも正確な合焦を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したオートフォーカス装置のブロック図である。
【図２】図１のオートフォーカス装置において得られる焦点電圧の特性図である。
【図３】図１のオートフォーカス装置の動作例を示すフローチャートである。
【図４】従来のオートフォーカス装置の概略ブロック図である。
【図５】図４のオートフォーカス装置において得られる焦点電圧の特性図である。
【符号の説明】
１    フォーカスレンズ
２    ＣＣＤ
３    カメラ信号処理回路
４    ハイパスフィルタ
５    絶対値回路
６    エリア選択回路
７    増幅器（１〜Ｎ）
８    ピークホールド回路（１〜Ｎ）
９    Ａ／Ｄ変換器（１〜Ｎ）
１０  ＣＰＵ
１１  モータードライバー
１２  モーター
【図１】
2004151632.tif 000003
【図２】
2004151632.tif 000004
【図３】
2004151632.tif 000005
【図４】
2004151632.tif 000006
【図５】
2004151632.tif 000007