JPH03247178A - 自動合焦装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は合焦検出装置に関し、さらに具体的には、ビデ
オカメラ、電子カメラなどの電子撮像装置に用いて好適
な合焦検出装置に関するものである。

（従来の技術） 近年、ビデオカメラ、電子カメラ等の映像機器において
は、自動焦点調節装置が標準的に装備され、その方式に
も種々のものが提案されているが、特別に無点検ａ用の
光学系を必要としないこと、被写体距離等の影響を受け
ないこと等の理由から、ＣＣＤ等の撮像素子より出力さ
れる撮像信号中より焦点状態に応じた信号を抽出して合
焦検出を行なう方式が急速に普及しつつある。

この種の無点検８方式としては、例えば特開昭５８−１
８８９６６号に示されるように、撮像素子からのビデオ
信号ｓ力を帯域の異なる複数のバンドパスフィルタ（Ｂ
ＰＦ）に供給し、各ＢＰＦ出力から撮像画面の精細度を
検出し、その精細度が最大にるように合焦用レンズを位
置調整する、所謂山登りサーボ方式の自動合焦方式が知
られている。

（発明の解決しようとする問題点） 本発明は上述した問題点を解決することを目的としてな
されたもので、その特徴とするところは、撮像信号中よ
り焦点状態に応じて変化する所定の信号成分を抽出して
焦点状態を検出する検出手段と、前記検ａ手段によって
検出された焦点状態に応じて前記焦点調節手段の駆動速
度を制御する駆動手段と、前記検出手段の出力に基づき
所定期間以上連続して合焦点近傍であることが検出され
たとき前記焦点調節手段の駆動速度を減速すべ（前記駆
動手段に制御信号を出力するタイマ手段とを備えた自動
合焦装置にある。

（作用） これによって、高速でフォーカシングレンズを駆動して
も、合焦点近傍であることを確実に検８してフォーカシ
ングレンズを減速し、ハンチングや画像のゆれ等を生じ
ることな（、正確に合焦点にフォーカシングレンズを停
止させることができる。

また被写体の輝度、コントラストの変化やノイズ等によ
ってフォーカシング駆動系を誤動作させるようなことも
ない。

（実施例） 以下本発明における自動合焦装置を、各図を参照しなが
ら、その一実施例について詳細に説明する。

第１図は本発明における自動合焦装置をビデオカメラに
適用した場合の構成を示すブロック図である。

同図において、撮影レンズ（合焦用レンズを含み、以下
フォーカシングレンズと称す）１を通過し、絞り２を介
してその入射光量を制限された被写体の光学像は、ＣＣ
Ｄ等の撮像素子３の撮像面に結像され、光電変換されて
映像信号として出力される。

撮像素子３より出力された撮像信号は、プリアンプ４に
よって所定のレベルに増幅され、プロセス回路５によっ
て企画化された標準テレビジョン信号に変換されて出力
される。

一方、プリアンプ４の出力は、互いに通過帯域特性の異
なるバンドパスフィルタ（Ｂ　Ｐ　Ｆ）６．７．８にそ
れぞれ供給される。ＢＰＦ６は低中域用、ＢＰＦ７は高
域用、ＢＰＦ８は超高域用であり、それぞれその通過帯
域に応じた周波数成分をプリアンプ４の出力映像信号中
より抽出して通過させる。

これらのＢＰＦ６，７．８によって帯域制限された信号
はゲート回路９，１０．１１へと供給され、撮像画面上
に設定された測距領域（合焦検出領域）内に相当する映
像信号のみを通過させる。すなわち、ゲート回路は、同
期信号に基いて発生されたゲートパルスによって開閉制
御され、時系列に入力される映像信号に対し、画面上の
所定の測距領域（図示さず）内に相当する部分の映像信
号のときのみ入力信号を通過させ、それ以外の部分につ
いては遮断するものである。

ゲート回路９，１０．１１によって取り出された測距領
域内に相当する撮像信号は、検波回路１２，１３．１４
によって検波された後、サンプルホールド回路１５，１
６．１７で垂直同期信号の整数倍に同期した間隔でサン
プルホールド（以後このサンプルホールドされた電圧を
焦点電圧と称することにする）を行い、それぞれのサン
プルホールド回路より出力される焦点電圧のレベルから
合焦、非合焦の判定を行う。

尚、上述の検波回路１２，１３．１４は本実施例では、
入力信号のピーク値をホールドするピークホールド回路
によって構成されている。

したがって、入力された映像信号は、検波回路１２〜１
４でそのレベルをピークホールドされそのピーク値がこ
の検波回路にてホールドされ、次段のサンプルホールド
回路によって所定の周期でサンプリングされ、焦点状態
を表す信号に変換されて出力される。

またここまでの説明において、互いに帯域の異なるＢＰ
Ｆ６〜８を用いている点について説明する。

第２図は、例えばビデオカメラから３ｍ程度の距離に被
写体があり、フォーカシングレンズ１を無限遠端から至
近端まで移動したときの各ＢＰＦにより帯域制限された
焦点電圧を表したものである。

すなわち合焦状態に近付（はど高周波成分が多く、合焦
点を外れるほど高周波成分が減少することが知られてい
る。そして高周波成分は合焦点近傍で急峻な山を形成す
るが、合焦点を大きく外れたところでは、レベルが低下
してほとんど変化がない。

しかし、低域成分は合焦点を含む全域にわたってなだら
かな山となるが、合焦点を外れていても検出することが
できる。したがって低中域ＢＰＦ６は検出感度が低（ボ
ケが大きいときに有効であり、高域用ＢＰＦ７は小ボケ
時に有効であり、またＢＰＦ８は検出感度が高くほとん
ど合焦点近傍でのみ極めて急峻な山を生じ、合焦判定に
のみ有効である。

次に各々の焦点電圧をもとにして、合焦状態に応じた適
切なフォーカス速度をモータ速度判定回路１９で設定し
、その設定値に応じてモータドライバ２３にモータ駆動
信号を印加することにより、フォーカシングレンズ１を
駆動するモータ２２を駆動することができる。

またこのとき、モータ方向判定回路１８により、フォー
カシングレンズ１の移動端すなわち至近端、無限遠端を
検出するための端検出回路２０及び前記サンプルホール
ド回路１５〜１７より出力される焦点電圧に基いてモー
タ２２の駆動方向が判定され、その結果に応じてモータ
２２が駆動される。

ここでフォーカシングレンズすなわちモータ２２の駆動
方向判定回路について説明する。

本実施例の構成によれば、撮像素子３は、周知の手段に
より光軸方向に微小移動可能に支持されており、撮像素
子駆動回路２４により、変調パルス発生回路２５より出
力された基準信号に応じて光軸方向前後に所定の周期で
常時微小振動されている。これによって撮像素子３より
出力された撮像信号はその撮像素子３の微小振動周期に
応じて増減し、その振動周波数で変調される。この微小
振動はフォーカシングレンズを強制的に前後に移動して
そのときの焦点電圧の変化を検出し、その増減の位相に
より、前ピン、＠ビン判定を行うものである。したがっ
てその振動の振幅はわずかであり、画面上において目視
できない程度に抑えられ、かつその振動周期もたとえば
数Ｈｚ〜士数Ｈｚ程度というように、映像信号の同期信
号に比較すると、ご（低い周波数に設定され、且つ他の
回路等に支障が出ないように考慮されている。

このように、撮像素子３が前後に振動され、焦点信号が
その振動周波数で変調されていることによる焦点電圧の
変化について、第４図を参照して説明する。

第４図は、フォーカシングレンズの位置を横軸に、焦点
電圧を縦軸にとって両者の関係を示した焦点特性図であ
る。横軸の左方が至近側、右方が無限遠側である。

前述のように、サンプルホールド回路１５〜１６より出
力された焦点電圧は合焦点においてピーク値を取り、そ
の両側において合焦点より離れるにしたがってレベルの
低下する山形の特性になる。

そして焦点電圧は上述の撮像素子の微小振動によって変
調されているから、常にその変調周波数で微小レベル変
動しながら、フォーカシングレンズ１の無限遠側と至近
側との間の移動に対して同図に示すような合焦点で最大
となる山形状を呈する変位を生じる。

すなわち、フォーカシングレンズ１が合焦点Ｐ０に対し
て至近側位置Ｐ９に位置している場合について考えると
、撮像素子３をＡｗで示すように微小振動したときの焦
点電圧の変化は、Ａ、のようになる。

またフォーカシングレンズ１が合焦点Ｐ０に対して無限
遠側位置Ｐ、に位置している場合について考えると、撮
像素子３をＡ、で示すように微小振動したときの焦点電
圧の変化は、ＰＮの時と焦点電圧曲線の傾きが逆である
ためＡ９とは逆位相のＡ、のようになる。

またフォーカシングレンズ１が合焦点に位置している場
合には、撮像素子３をＡｗで示すように微小振動したと
きの焦点電圧の変化は、Ａ２に示すような波形となる。

したがって、撮像素子３を前後に微小振動しときのサン
プルホールド回路のピークホールド値の変化の位相によ
りフォーカシングレンズ１の合焦点に対する位置すなわ
ち前ビン、後ビン情報を得ることができ、これによりモ
ータ駆動方向を判別することができるわけである。

以上がフォーカシングモータ方向判定回路の動作である
。そして具体的には、各サンプルホールド回路１５〜１
７の出力と、変調パルス発生回路２５より出力される撮
像素子３を振動するための基準信号を取り込み、変調パ
ルスのタイミングすなわち撮像素子の振動に伴う焦点電
圧ピーク値の変化を検出し、フォーカシングレンズ１の
前ビン、後ビン判定が可能となり、フォーカシングレン
ズの駆動方向を判定することができる。

なお、撮像素子の振動による焦点電圧の変位は、絞り値
すなわち被写界深度によって変化する。すなわち小絞り
側では、被写界深度が深（なるため、撮像素子を光軸方
向に振動して光路変調を行っても、焦点状態すなわち焦
点電圧の変化は小さい。また開放絞り値に近付（につれ
て被写界深度が浅くなるため、撮像素子のわずかの振動
に対しても、焦点電圧は大きく変化する。これらは、第
４図で見ればＡ　Ｎ、　Ａ　Ｐの振幅の変化となって現
われる。

このため、絞り２の絞り値を検出するためのアイリスエ
ンコーダ２１からの絞り値情報を変調パルス発生回路２
５へと供給し、絞り値より被写界深度を求め、撮像素子
を光軸方向に駆動する変調信号をそのときの被写界深度
に応じた振幅に設定して撮像素子駆動回路２４へと供給
するように構成されている。そして撮像素子駆動回路２
４は、その信号によって撮像素子３を駆動し、映像信号
を周期的に変調する。

以上の構成により、各サンプルホールド回路１５〜１７
より出力された各周波数帯域に応じた焦点電圧に基いて
モータ速度、また各焦点電圧の変調成分からモータ駆動
方向を求め、モータ２２を駆動してフォーカシングレン
ズ１を合焦点へと駆動することができる。

しかしながら、上述のフォーカシングレンズの合焦点へ
の制御において、実際には、高周波成分のピーク値は、
被写体の明るさ、コントラストに応じて変化し、また主
要被写体以外の高輝度部分やその他ノイズとなるもの等
が画面内に入り込んだ場合、モータ速度判定回路１９に
おいて、常に正確にモータ駆動速度の設定を行えるとは
限らず、特に合焦点からのずれが大きいとしてフォーカ
シングレンズを高速で駆動した場合には、合焦点で円滑
に停止できずにハンチングを生じたり、画像のゆれを生
じる危険がある。

そこで、本発明によれば、この点を次の手段により解決
した。

すなわち第１図において、各サンプルホールド回路より
出力された焦点電圧を取り込み、合焦点近傍における合
焦、非合焦判断を行うための超高域ＢＰＦ８のピーク出
力に相当する焦点電圧をによって合焦近傍であることを
検出する合焦近傍検出回路２６を設け、この合焦近傍検
出回路２６によって合焦点近傍であることが検出された
場合には、タイマ回路２７によっである一定期間連続し
て合焦近傍にあるか否かを判定し、該一定期間以上合焦
近傍の状態であることが検出された場合には、モータ速
度判定回路１９を制御してモータ速度すなわちフォーカ
シングレンズ駆動速度を遅（し、合焦点におけるハンチ
ングや画像ゆれを生じることを防止し、安定したフォー
カス動作を行うことができる。

すなわち、おおボケ時には、高速でモータ２２を駆動し
、合焦近傍に入ると、ある一定期間合焦近傍の状態が続
いたことが判定された場合には、確実に合焦点近傍であ
るとして、モータ速度を落とすことにより、ハンチング
等の生じない安定したフォーカシングレンズ駆動を行う
ことができる。

また合焦近傍の状態が一定期間続かない場合には、被写
体の輝度、コントラストの変動、あるいはノイズによっ
て一次的に焦点電圧が変動したものと判断することがで
き、この場合には、モータ速度を落とさずに、そのまま
高速駆動する。すなわち−時的なノイズや環境変化等に
よって合焦点とご判定し、合焦していないにもかかわら
ずレンズを停止したり、速度を落としたりする誤動作を
防止することができる。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明における自動合焦装置によれ
ば、合焦近傍に到達したことを撮像信号中の焦点状態に
応じて変化する信号成分より検出し、その合焦近傍検出
状態が所定期間連続したと判定されたとき、フォーカシ
ングレンズの駆動速度を低速に切り換えるようにしたの
で、フォーカシングレンズが合焦点に確実近付いたこと
を正確に検出してこれを減速することができ、大ボケ状
態から、中ボケ状態、小ボケ状態を経て合焦状態に至る
動作において迅速に焦点調節を行なうことができる。

また合焦点近傍でハンチングや画像揺れ等を生じること
なく、また合焦点以外のところでフォーカシングレンズ
を停止させてしまうような不都合もな（、合焦点におい
て確実にレンズを停止させることができる。

また合焦点近傍を被写体の輝度、コントラストの変化、
ノイズ等の影響を受けることなく確実に検８することが
でき、これらの外乱による誤動作を未然に防止し、極め
て信頼性の高い焦点調節装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ｌにおける自動合焦装置の一実施例を示
すブロック図、 第２図は本発明における自動合焦装置の焦点検出動作を
説明するための図、 第３図は本発明における自動合焦装置の合焦点近傍検出
動作を説明するための図、 第４図は本発明における自動合焦装置の焦点電圧の変調
動作を説明するための図である。 第 は 図 冶焦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 結像位置を変位して焦点調節を行う焦点調節手段と、 撮像信号中より焦点状態に応じて変化する所定の信号成
   分を抽出して焦点状態を検出する検出手段と、 前記検出手段によつて検出された焦点状態に応じて前記
   焦点調節手段の駆動速度を制御する駆動手段と、 前記検出手段の出力に基づき所定期間以上連続して合焦
   点近傍であることが検出されたとき前記焦点調節手段の
   駆動速度を減速すべく前記駆動手段に制御信号を出力す
   るタイマ手段と、を備えたことを特徴とする自動合焦装
   置。