JPH04280174A - 自動焦点調節装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ビデオカメラ等に用い
て好適な自動焦点調節装置に関するものである。

【０００２】［背景の技術］近年、ビデオカメラ等の撮
像装置においては、自動焦点検出装置（以下ＡＦと称す
）が必須となっているが、この種のＡＦとしては、撮像
信号中から被写体の鮮鋭度に応じた信号を抽出して評価
し、光学系の焦点検出動作を行う自動焦点検出方式が注
目されている。

【０００３】この種のＡＦ方式としては種々のタイプが
あるが、まず本発明を適用可能なＡＦ装置の基本的な回
路構成について図５を用いて説明する。被写体像は、フ
ォーカシングレンズ１で結像され、ＣＣＤ等の撮像素子
２の撮像面に結像され、光電変換されて、映像信号に変
換される。撮像素子２は、タイミング発生回路５より発
生された基準クロックのタイミングで駆動される撮像素
子駆動回路６によって周期的に光軸方向に振動され、結
像状態を微少変化（ウオブリング）させる。撮像素子２
で光電変換された映像信号は、プリアンプ３で増幅され
、プロセス回路４でγ補正、ブランキング処理、同期信
号の付加等の所定の処理を施されて現格化された標準映
像信号に変換されると同時にバンドパスフィルタ７に入
力される。バンドパスフィルタ７では、映像信号中の合
焦状態、すなわち鮮鋭度に応じて変化する高周波成分が
抽出され、続いてゲート８で画面中の所定の位置に設定
された焦点検出領域に相当する信号のみが通過され、ピ
ーク検波回路９にて整流化されて、ピークホールドされ
、信号Ｓ０が出力される。そして同期検波は回路１０に
て、タイミング発生回路５より発生された基準クロック
のタイミングで、周期検波されることにより、撮像素子
２の光軸方向における微小ウオブリングに応答した合焦
状態を表わす信号Ｓ１が得られる。また、ピーク検波回
路９出力Ｓ０は、１Ｖ遅延回路１１で１Ｖ（Ｖは垂直同
期期間）遅延され、（比較回路１２でＳ０との比較する
ことで、現在、山を登っているか下っているかの判定を
行う信号Ｓ１が得られる。

【０００４】さらに、信号Ｓ０は、モード判定用比較器
１３へも入力され、信号Ｓ０の値が闘値ＶＨより大きい
ときに、スイッチ１４を信号Ｓ１側に切換え、ウオブリ
ングに応答した信号Ｓ１をモータドライバ１５へと印加
し、モータ１６を駆動し、フォーカシングレンズ１を動
かすことで閉ループモードの自動焦点動作を行なう。一
方、信号Ｓ０がＶＨより小さいときはスイッチ１４は山
登り信号Ｓ２側に切換えられ、モータドライバ１５へ印
加されることでウオブリングを用いない山登りモードで
自動焦点動作を行なう。

【０００５】次に、図６を用いて、さらに自動焦点調節
動作について、説明する。図６（ａ）は、合焦／非合焦
時のフォーカシングレンズ１の位置に対するピーク検波
回路９の出力レベルＳ０を表わしている。フォーカシン
グレンズ位置が合焦点よりも近距離側に位置している時
は、撮像素子のウオブリングに対する応答信号ＡＮが検
出される。また、フォーカシングレンズ位置が合焦点よ
りも遠距離側に位置しているときは撮像素子のウオブリ
ングに対する応答信号ＡＦが検出される。そして、合焦
時には応答信号ＡＭが検出される。レンズが近距離側に
あるとき、逆に遠距離側にあるときとでは、その位相が
逆になるため、前ピン、後ピン情報を得ることができる
。これらの信号をタイミング発生回路５出力の基準タイ
ミングで同期検波すると、図６（ｂ）で示す信号Ｓ１と
なる。つまり、近距離時のＡＮは基準タイミングと同相
であるので同期検波出力Ｓ１は、正の信号が出力され近
距離時のＡＦは基準タイミングと逆相であるので同期検
波出力Ｓ１は負の信号が出力される。また、合焦時は、
信号Ｓ１はほぼ０のレベルになる。したがって、この信
号Ｓ１をモータドライブ回路１５に入力することにより
、モータ１６を駆動することができる。以上が閉ループ
モードでのモータドライバ入力の説明である。ところが
信号Ｓ１には欠点があり、大ボケになると図６（ａ）に
おけるＳ０が小さくなり、図６（ｂ）のＳ１の出力も小
さくなるため、モータ速度が遅くなる。したがって、Ｓ
０がＶＨ以下のときは、Ｓ１を用いずに、図６（ｃ）に
示したような１Ｖ前のＳ０とを比較した、比較信号Ｓ２
を用いる。この信号Ｓ２は比較器出力なので一定の値で
、かつ、レンズを駆動すべき、符号のみを持った信号で
ある。以上が山登りモードである。モータドライブ回路
１５は正の信号が入力された時にモータを近距離から遠
距離方向に負の信号が入力されたときに遠距離から近距
離方向に信号Ｓ１、Ｓ２の絶対レベルに、比例した速度
で駆動し、フォーカシングレンズを移動する。したがっ
てフォーカシングレンズは大ボケ時は、高速にＳ２の速
度で合焦点方向に動き、合焦点に近づくとＳ１の速度で
Ｓ１がゼロとなる合焦点に収束する動作を行なうことで
、自動焦点調節動作が行なわれる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
構成では、変調信号の応答を用いた閉ループモードと、
変調信号を用いない山登りモードの切換の検出に、特定
のバンドパスフィルタで取り出した被写体の空間周波数
成分を用いており、バンドパスフィルタの出力は被写体
の明るさやコントラストに極端に依存するため、被写体
によっては閉ループモードと山登りモードの切換点が極
端に変化する。つまり、コントラストの高い被写体では
閉ループモードの範囲が広くなり、応答性が遅くなるが
、コントラストの低い被写体では、閉ループモードの範
囲が狭くなり、合焦近傍でのハンチングが起こりやすい
。また、さらにコントラストの低い被写体では、閉ルー
プモードに入らないために合焦点に収束しないという種
々の欠点があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】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、撮像手段の受光面における結像状態
を周期的に変化させる変調手段と、前記撮像手段より出
力された撮像信号中より合焦度に応じた、被写体のエッ
ジ幅に関する情報を検出する検出手段と、前記撮像手段
より、前記変調手段の応答信号を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段によって抽出された信号に基づいて焦点調
節手段を合焦点へと駆動する駆動手段と、前記検出手段
に基づいて、前記駆動手段の動作制御手段を備えた自動
焦点検出装置にある。また、本発明における他の特徴は
、撮像手段より出力された撮像信号中より抽出された合
焦度に応じて変化する第１の信号成分にもとづいて焦点
検出を行う第１の焦点検出手段と、前記撮像信号中より
抽出された合焦度に応じて変化し且つ明るさに対して正
規化された第２の信号成分にもとづいて焦点検出を行う
第２の焦点検出手段と、前記第１及び第２の焦点検出手
段の出力にもとづいて焦点調節手段を駆動する駆動手段
と、前記第２の焦点検出手段の出力にもとづいて前記第
１の焦点検出手段による前記駆動手段の駆動を制御する
制御手段とを備えた自動焦点調節装置にある。

【０００８】

【作用】これによって、被写体の明るさ、コントラスト
の影響を受けることなく、変調手段の応答信号を最適に
用いた、焦点調節用のモータの駆動制御ができ、被写体
の状況によらず、あらゆる被写体に対して良好な自動焦
点検出動作が実現することができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明における自動焦点調節装置を各
図を参照しながらその実施例について詳述する。

【００１０】図１は本発明における自動焦点検出装置の
実施例の構成を示したブロック図である。なお、ここで
符号１〜１２、１４〜１６で示す構成は前述の図５と同
様の構成で且つ同様の動作を行なうものであるため、同
一の符号を用いてその説明を省略する。

【００１１】プリアンプ３より出力された撮像信号は、
バンドパスフィルタ７に入力されるのと同時にエッジ幅
検出回路１７にも入力される。エッジ幅検出回路では、
被写体像のエッジ部分の幅（ボケたときは大きく、合焦
で最も小さくなる）に比例した電気信号（エッジ幅信号
）を出力する。このエッジ幅信号は、同期検波回路１０
に入力され、撮像素子２の光軸方向における微少ウオブ
リングに応答した合焦状態を表わす信号Ｅ６が得られる
と同時に、モード判定回路１８へと入力される。モード
判定回路では、入力の被写体のエッジ幅信号に基づいて
、スイッチ１９の切換信号を生成するスイッチ１９では
信号Ｅ６、Ｓ１及び、モータを停止させる信号ＳＯＦＦ
のうち一つが選択されモータドライバに印加されること
で、自動焦点検出動作が行なわれる。

【００１２】ここでエッジ幅信号を用いるのは、単にバ
ンドパスフィルタ等によって抽出された高周波成分は、
コントラスト、明るさによって大きく変化するが、この
エッジ幅の信号は、輝度レベルに対して正規化された信
号であるため明るさ、コントラスト等の影響を受けにく
く、合焦度にのみ依存して変化する信号であり、これに
よって確実に合焦点近傍と大ぼけ状態との判別を行おう
とするためである。

【００１３】次に図２、図３を用いてエッジ幅検出回路
１７の動作について説明する。図３はエッジ幅検出回路
１７の内部構成を示すもので、エッジ幅検出回路１７に
入力した信号Ｅ０は、微分回路２１で微分され微分信号
Ｅ１を出力する。この微分信号Ｅ１は絶対値回路２２で
絶対値され、ゲート回路２３で画面中の焦点検出領域に
相当する部分の信号のみを抜き出される。この信号は、
ある特定幅だけ積分器２４で積分され、割算器２５の分
母の入力となる。またゲート２３の出力信号は割算器２
５の分子入力となる。そして、この割算器２５の出力は
、最大値を求めるために、ピークホールド回路２６でピ
ークホールドされることでエッジ幅が求まる。すなわち
積分器２４の積分期間ごとにその期間のピーク値を積分
器出力で割ったピーク値がホールドされる。図３は、コ
ントラストの異なる合焦エッジと非合焦エッジについて
、Ｅ０〜Ｅ４の各信号を表わした図である。（ｂ−１）
〜（ｆ−１）は合焦エッジ、（ｂ−２）〜（ｆ−２）は
非合焦エッジである。この図からわかるように、最終出
力Ｅ４は、コントラストに依存することなくエッジの幅
（つまりは合焦の度合）を表わしている。

【００１４】次に、図４を用いて、モード判定回路１８
を中心として装置の動作について説明する。

【００１５】同図においてフローをスタートすると、ま
ず、ｓｔｅｐ１で合焦しているか否かの判定を行ない、
合焦していれば、ｓｔｅｐ８へと進んでフォーカシング
レンズを停止状態に保持し、続いてｓｔｅｐ９において
再起動判定を行なう。

【００１６】ｓｔｅｐ１において合焦していなければ、
ｓｔｅｐ２へと進み、モード判定回路１８において、ま
ず入力されたエッジ幅信号Ｅ５と所定の閾値ＶＥとの比
較を行ない、Ｅ５がＶＥよりも大きい場合には、スイッ
チ１９で信号のＥ６を選択する信号を出力し（ｓｔｅｐ
３）、合焦点に比較的近いと判断し、ウオブリングの応
答を用いた閉ループモードに設定し、ｓｔｅｐ４におい
てフォーカシングレンズを駆動し、ｓｔｅｐ１の合焦判
定処理へと復帰する。これによって合焦点近傍において
精度の良い焦点調節動作を行なうことができる。

【００１７】またｓｔｅｐ２において、Ｅ５がＶＥ以下
であった場合には、ｓｔｅｐ５へと移行して、予め決め
られた一定時間を経過したか否かの判定を行なう。一定
時間経過するまでは、ｓｔｅｐ７へと移行してスイッチ
１９で信号ＳＯＦＦを選択する信号を出力した後、ｓｔ
ｅｐ４でフォーカシングレンズを駆動する。したがって
、この間は、フォーカシングレンズはウオブリングの応
答に関する信号も、比較回路１２より出力される高周波
成分のレベルの差分信号も、ドライバ１５へと供給され
ず、フォーカシングレンズは停止される。

【００１８】またｓｔｅｐ５において、一定時間経過し
た後は、ｓｔｅｐ６へと進み、スイッチ１９を、比較回
路１２より出力される高周波成分のレベルのピーク値の
差分信号Ｓ２を選択する如く切り換える信号を出力し、
ｓｔｅｐ４へと進んでフォーカシングレンズを駆動する
。したがってフォーカシングレンズは、ウオブリングの
応答を用いない焦点検出動作によって駆動される。

【００１９】これらの動作により、手ぶれ等にぞり、一
時的に被写体のエッジ信号Ｅ５が小さくなっても、すぐ
には閉ループモードからサーチを行なう山登りモードに
移行せず、安定した自動焦点調節動作を行なうことがで
きる。

【００２０】このように、コントラスト、明るさ等の影
響を受けにくいエッジ幅信号を用いることにより、自動
焦点調節モードを大ぼけ時と合焦近傍とで正確に切り換
えることができ、常に被写体の状態にかかわらず良好な
主点調節動作を行なうことができる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、撮像素子を所定の
タイミングで変調させ、撮像信号中の合焦度に応じた信
号を抽出し、合焦近傍では、変調の応答信号に基づき、
大ボケ時は、合焦度信号に基づいて、フォーカシングレ
ンズを駆動する自動焦点検出装置において、合焦近傍と
大ボケの判定に、エッジ幅検出を用いることで、被写体
の明るさ、コントラスト等によって焦点調節特性がばら
つくことなく、あらゆる被写体に対して、なめらかで迅
速な、自動焦点検出動作を行うことが可能となる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における自動焦点調節装置の一実施例に
おける構成を示すブロック図。

【図２】本発明におけるエッジ幅検出回路の構成図。

【図３】本発明におけるエッジ幅検出回路の動作を説明
するための図。

【図４】本発明におけるモード切換を説明するためのフ
ローチャート。

【図５】本発明を適用する前提となる自動焦点調装置の
構成図。

【図６】図５装置の動作を説明するための図。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　撮像手段の受光面における結像状態を
   周期的に変化させる変調手段と、前記撮像手段より出力
   された撮像信号中より合焦度に応じた被写体のエッジ幅
   に関する情報を検出する検出手段と、前記撮像手段によ
   り前記変調手段の応答信号を抽出する抽出手段と、前記
   抽出手段によって抽出された信号に基づいて焦点調節手
   段を合焦点へと駆動する駆動手段と、前記検出手段に基
   づいて前記駆動手段の動作を制御する制御手段とを備え
   たことを特徴とする自動焦点調節装置。
2. 【請求項２】　　請求項１において、前記制御手段は前
   記検出手段の出力が所定値以下のとき、前記変調手段の
   出力による前記駆動手段の制御を禁止するように構成さ
   れていることを特徴とする自動焦点調節装置。
3. 【請求項３】　　撮像手段より出力された撮像信号中よ
   り抽出された合焦度に応じて変化する第１の信号成分に
   もとづいて焦点検出を行う第１の焦点検出手段と、前記
   撮像信号中より抽出された合焦度に応じて変化し且つ明
   るさに対して正規化された第２の信号成分にもとづいて
   焦点検出を行う第２の焦点検出手段と、前記第１及び第
   ２の焦点検出手段の出力にもとづいて焦点調節手段を駆
   動する駆動手段と、前記第２の焦点検出手段の出力にも
   とづいて前記第１の焦点検出手段による前記駆動手段の
   駆動を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする自
   動焦点調節装置。
4. 【請求項４】　　請求項３において、前記制御手段は前
   記第２の焦点検出手段の出力が所定レベル以下の場合に
   前記第１の焦点検出手段の出力による前記駆動手段の制
   御を禁止するように構成されていることを特徴とする自
   動焦点調節装置。