JPH04280175A - 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な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６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、ズームレンズ２、
絞り（アイリス）３を介してＣＣＤ等の撮像素子４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４は、タイミング発生回路７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８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（ウォブリング）させる。撮像素子４で光電
変換された映像信号は、プリアンプ５で増幅され、プロ
セス回路６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８に入力さ
れる。バンドパスフィルタ８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９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１０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。そして同期検波回路１１にて、
タイミング発生回路７より発生された基準クロックのタ
イミングで、同期検波されることにより、撮像素子４の
光軸方向における微小ウォブリングに応答した合焦状態
を表す信号Ｓ１が得られる。また、ピーク検波回路１０
、出力Ｓ０は、１Ｖ遅延回路１２で１Ｖ（Ｖは垂直同期
期間）遅延され、比較回路１３で遅延のないＳ０と比較
することで、現在、山を登っているか下っているかの判
定を行なう信号Ｓ２が得られる。さらに、信号Ｓ０はモ
ード判定用比較器１４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１５を信号Ｓ１側に
切換え、ウォブリングに応答した信号Ｓ１をモータドラ
イバ１６へと印加し、モータ１７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１５は、山登り信号Ｓ２側に切換えられ、
モータドライバ１６へ印加されることでウォブリングを
用いない山登りモードで自動焦点動作が行なわれる。

【０００４】次に図７を用いて、さらに自動焦点調節動
作について説明する。図７（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
１０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とき
は、撮像素子のウォ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、撮像素子のウォブリ
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
あるときと、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７（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遠
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７（ａ）
におけるＳ０が小さくなり、図７（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、
Ｓ０がＶＨ以下のときは、Ｓ１を用いずに、図７（ｃ）
に示したような１Ｖ前のＳ０とを比較した、比較信号Ｓ
２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
１６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は、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。

【０００５】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記従来例では、変調信号の応答を用いた閉ループモード
と変調信号の応答を用いない山登りモードの切換をバン
ドパスフィルタ出力のレベルが一定値を越えたかどうか
で行っているために、合焦度を表わす信号の合焦までの
山の傾きがズームレンズの位置や絞り値で変化した場合
（すなわち被写界深度が変化した時、）、例えば焦点距
離が小さく、画角が広くなったような場合は、被写界深
度が深くなるため特性曲線の山の形状が緩やかな山を描
き、通常の状態において、山登りモードから閉ループモ
ードに入るタイミングより早めに閉ループに入ってしま
い駆動速度が減速されるため、合焦点に達するまで時間
がかかるといった問題が起きる。また、焦点距離が大き
く、画角が小さくなったような場合は、被写界深度が逆
に浅くなるため、山の形状が急激な山を描き、合焦直前
で閉ループに入り易くなるため、減速しても、レンズ駆
動系のバックラッシュ等により合焦点を通り過ぎ、オー
バーシュートしてしまうといった問題がある。近年ズー
ムレンズが標準とも言えるようになったビデオカメラで
は、これらの問題は避けられない問題でもある。

【０００６】

【問題点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、焦点状態を検出して焦点状態に応じ
た信号を出力する焦点検出手段と、前記焦点検出手段の
出力にもとづいて、焦点調節速度を複数段階に切り換え
る速度制御手段と、被写界深度を検出する深度検出手段
と、前記深度検出手段の出力にもとづいて前記速度制御
手段における速度切換点のしきい値を変更する制御手段
とを備えたことを特徴とする自動焦点調節装置にある。

【０００７】

【作用】これによって被写界深度が浅いときに生じやす
い合焦点近傍におけるオーバーシュートや、深度が深い
ときに合焦点に到達するまで時間が長く合焦動作が遅く
なるといった不都合が解消され、常に良好な自動焦点調
節動作を行うことができる。

【０００８】

【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一実施例につき詳述する。

【０００９】図１は本発明における自動焦点調節装置の
構成を示すブロック図であり、同図において前述の図５
の装置と同一構成部分については同一の符号を付し、そ
の説明を省略する。

【００１０】同図において、１８はアンプ５より出力さ
れた撮像信号中より合焦状態に応じて変化する被写体像
のエッジ幅に関する情報を検出するエッジ幅検出回路、
１９はエッジ幅検出回路１８より出力されたエッジ幅情
報に応じてモード切換スイッチ１５を切換制御するモー
ド判定回路、２０、２１はそれぞれ焦点距離、絞り値を
検出するズームエンコーダ、アイリスエンコーダであり
、これらのエンコーダの出力はモード判定回路１５へと
供給され、被写界深度情報としてモード切換スイッチ１
５の切換制御に用いられる。

【００１１】本発明における自動焦点調節装置は以上の
ような構成となっており、以下、その動作について順を
追って説明する。

【００１２】プリアンプ５より出力された撮像信号は、
バンドパスフィルタ８に入力されて高周波成分が抽出さ
れるのと同時にエッジ幅検出回路１８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）の情報が検出
され、これに比例した電気信号（エッジ幅信号）が出力
される。このエッジ幅信号は、同期検波回路１１に入力
され、撮像素子６の光軸方向における微少ウォブリング
によって変調された信号成分に応答した合焦状態を表わ
す信号Ｅ６が得られるとともに、モード判定回路１８へ
と入力される。

【００１３】モード判定回路１９では入力された被写体
のエッジ幅信号と入力のズーム及びアイリスエンコーダ
信号により、被写界深度とボケ幅に応じたモード切換ス
イッチ１５の切換制御を行い、信号Ｅ６、Ｓ１のうちの
一方が選択され、モータドライバ１６に印加されること
で自動焦点調節動作が行われる。モード切換スイッチ１
５がＥ６に切換えられた場合には、同期検波回路１１よ
り出力されたウォブリングによる変調成分に応じた信号
成分にもとづいて焦点調節され、合焦点近傍において高
精度な焦点調節を行うことができる。

【００１４】またモード切換スイッチ１５がＳ１に切り
換えられている場合には、高周波成分の各フィールドの
ピーク値が高くなる方向に山登り駆動される。これは主
に大ぼけ時のサーチに用いられる。

【００１５】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４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。

【００１６】次に、図４を用いて、モード判定回路１８
を中心とした装置の動作について説明する。

【００１７】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い、合
焦していれば、ｓｔｅｐ７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ｓｔｅｐ８において再
起動判定を行う。

【００１８】ｓｔｅｐ１において合焦していなければ、
ｓｔｅｐ２へと進み、被写界深度に応じてモード切換ス
イッチ１５によってＥ６とＳ１を切り換えるためのしき
い値ＥＳを選択する動作を行う。

【００１９】続いてｓｔｅｐ３に進み、図２に示すエッ
ジ幅検出回路において、エッジ幅検出値Ｅ４がしきい値
ＥＳを越えたか否かの判定を行い、越えていれば、すな
わち合焦点近傍であれば、ｓｔｅｐ４へと進んでＥ６を
選択し、ｓｔｅｐ６へ移行してウォブリングによる焦点
調節動作が行われる。

【００２０】またｓｔｅｐ３において、エッジ幅検出値
Ｅ４がしきい値ＥＳを越えていなければ、ｓｔｅｐ５へ
と進みＳ１を選択してｓｔｅｐ６へと移行し、ウォブリ
ングによる焦点調節を用いず、高周波成分のピーク値に
よる山登り制御による焦点調節動作が行われる。このフ
ローチャートで重要なのは、被写界深度に応じて、モー
ド切換スイッチ１５を切り換えるためのしきい値ＥＳが
変化するところにある。

【００２１】ここで図５は被写界深度に応じたしきい値
ＥＳの選択の様子をグラフに表したものである。図５に
おいて、横軸は被写界深度を表し、縦軸はＳ１及びＥ６
の切換点を決定するためのしきい値ＥＳを表す。同図（
ａ）は被写界深度に応じてしきい値ＥＳが段階的に変化
する様子を示すものである。ズームエンコーダ４及びア
イリスエンコーダ５を用いて被写界深度を演算し、深度
の深い時は、合焦度を表わす合焦基準信号Ｅ４のフォー
カシングレンズの移動に応じた変化は緩やかなカーブの
山を描くため（同図の（ａ））、合焦点が急峻に現れな
いため切換しきい値ＥＳは高めに設定し、合焦点近くま
で駆動信号Ｓ１が出力されるようにし、大ボケから合焦
までの時間があまりかからないようにする。また、深度
の浅い時は合焦基準信号Ｅ４は急峻な山を描くため（同
図（ｂ））、切換しきい値ＥＳは低めに設定し、ヘリコ
イド等のバックラッシュで合焦点を通過し、オーバシュ
ートしないようにする。

【００２２】このようにズームエンコーダ、アイリスエ
ンコータ情報を用いて深度を演算し、深度が深いときは
切換しきい値ＥＳを高めに、深度が浅いときは、切換し
きい値ＥＳを低めにして、閉ループと山登りモードの切
換点を深度によって可変させることにより、大ボケから
合焦点までの合焦時間を深度に関係なく、ほぼ一定にす
ることができる。また、望遠などのように焦点距離が極
めて長く、深度が特に浅い場合にも、しきい値を下げる
ことで、山登りモードから閉ループモードへと入るとき
、その切換点が合焦直前であるために、合焦点を越えて
オーバシュートするなどの不都合を解消できる。

【００２３】また、図５では横軸に被写界深度をズーム
とアイリスの関数として取ったが、焦点距離によって画
角が変化した場合、山の形状のほかエッジ幅信号も微妙
に変ってくるために、しきい値ＥＳを単に、深度だけで
変えるのではなく、画角という点も考慮して、切換しき
い値ＥＳを設定することも可能である。映像信号を用い
て自動合焦を行うオートフォーカスシステムでは現在、
高倍ズームレンズ化や、望遠ズーム化が行なわれている
ので、この発明を用いることにより、より敏速で精度の
よいオートフォーカスシステムの実現が可能となり、い
かなる撮影状態においても常に安定な焦点調節動作を行
うことができる。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように本発明における自動焦
点調節装置によれば、被写界深度により、山登りから閉
ループに移行するためのしきい値ＥＳを可変させること
により、合焦基準信号の山の形状に応じた合焦動作が可
能となり、今までの切換しきい値が一定のシステムの場
合のように、深度が深い場合には合焦時間が長くなり、
深度が浅いときは、合焦点を通過してオーバーシュート
してしまうといった不都合を防止でき、深度によらず、
合焦性能を常に均一化することができ、安定で高精度の
自動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】

【図１】本発明における自動焦点装置の一実施例を示す
ブロック図である。

【図２】エッジ幅検出回路の構成を示すブロック図であ
る。

【図３】エッジ幅検出回路の動作を説明するための図で
ある。

【図４】本発明における自動焦点調節装置の制御動作を
示すフローチャートである。

【図５】被写界深度に応じてモード切換用しきい値を可
変する動作を説明のするための図である。

【図６】本発明を適用可能な自動焦点調節装置の一例を
示すブロック図である。

【図７】自動焦点検出動作を説明するための図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　焦点状態を検出して焦点状態に応じた
   信号を出力する焦点検出手段と、前記焦点検出手段の出
   力にもとづいて、焦点調節速度を複数段階に切り換える
   速度制御手段と、被写界深度を検出する深度検出手段と
   、前記深度検出手段の出力にもとづいて前記速度制御手
   段における速度切換点のしきい値を変更する制御手段と
   、を備えたことを特徴とする自動焦点調節装置。