JPS60143068A - 自動焦点整合装置 - 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 本発明はビデオカメラの撮像素子より得た映像信号の高
域周波数成分を検出し、その振幅が最大になるようにレ
ンズの焦点整合装置を駆動する自動焦点整合装置に関す
るものである。

従来例の構成とその問題点 近年、ビデオカメラはポータプルビデオテープレコーダ
と共に、急速に需要を伸ばしている。自動焦点整合装置
は、ビデオカメラの取扱いを簡便にし、一層の普及に貢
献するものである。

従来の自動焦点整合装置として赤外線を被写体に向けて
発射して被写体より反射した赤外線を受光し、その受光
角度から被写体までの距離を測定し、前記測定距離より
レンズの焦点整合装置ご所定の位置へ駆動する方式があ
る。この方式は被写体の照度やコントラストに左右され
ない、すなわちまつ暗状態でも動作するが被写体までの
距離を正確に測定し、その測定結果によって焦点整合装
置を所定の位置へ正確に駆動、停止するには、レンズの
焦点整合位置に高い組立精度が必要−である。

さらに赤外線を発射して被写体からの反射光を利用して
距離を測定するため、距離の遠い被写体が不得手であり
、消費電力も少なくないなどの問題点を有していた。

前述した組立精度等の問題点を解決する方式として、ビ
デオカメラの撮像素子より得た映像信号を利用して焦点
整合を得るとともにレンズの焦点整合装置を含めてクロ
ーズトループを形成した自動焦点整合装置がある。すな
わち、撮°像素子の受光面に結像している被写体像を周
期的・光学的にポカし、前記ボケ量を検出し、撮像素子
より得た映像信号の高域周波数成分の振幅が最大になる
ように、レンズの焦点整合装置を駆動するものである。

以下に従来のレンズの焦点整合装置を含めてクローズト
ループを形成する自動焦点整合装置について説明する。

第１図は従来の自動焦点整合装置のブロック図を示すも
のであり、１はレンズ、２は被写体の光学情報を電気信
号すなわち映像信号に変換する撮像素子、３は撮像素子
２から得た映像信号を増幅する前置増幅器、４は前置増
幅器３の出力に処理を加えテレビジョン信号をつくるプ
ロセス回路である。６は各種同期信号、ブランキング信
号を発生する同期信号発生器、６は撮像素子２を駆動す
る撮像素子駆動回路である。７は撮像素子２で得た映像
信号から高域周波数成分を検出するバンドパスフィルタ
で、例えば１〜２．２ＭＨｚ　の通過域をもっている。

８は高域周波数成分のレベルが所定のダイナミックレン
ジ内であるかを高域周波数レベル検出回路９で検出し、
前記ダイナミックレンジ内におさまる様に高域周波数成
分の利得を制御する利得制御回路である。１ｏは基準周
波数を同期検波回路１２に供給するとともに、モータ駆
動回路１３とモータ１４でレンズ１の焦点整合装置を基
準周波数で微変動させる基準周波数発生器である。１１
はバンドパスフィルタ７で得だ高域周波数成分に含まれ
る基準周波数成分を検出する基準周波数成分検出回路、
１２は前記基準周波数成分を基準周波数で同期検波し、
前記同期検波出力でモータ駆動回路１３とモータ１４で
レンズ１の焦点整合装置を映像信号の高域周波数成分の
振幅が最大になる様に駆動する同期検波回路である。

以上のように構成された従来の自動焦点整合装置につい
て、以下その動作について説明する。

レンズ１の焦点整合装置はモータ１４によって基準周波
数で微変動しており、フＡ−カスが目に検知できない程
度に変化している９このため映像信号の高域周波数成分
はフォーカスの微変化に伴う、基準周波数成分を含んで
いる。前記基準周波数成分は基準周波数成分検出回路１
１で検出され、同期検波回路１２で極性と振幅が検出さ
れる。前記検出結果はモータ駆動回路１３に加えられ、
撮像素子２の出力信号の高域周波数成分の振幅が最大に
なる様にモータ１４を駆動する。

モータ１４の駆動方向を検出する原理について第２図を
用いてもう少し詳細に説明する。縦軸は撮像素子２の出
力信号に含寸れる高域周波数成分の振幅で、横軸はレン
ズの焦点整合装置の位置であり、近は近距離の被写体に
合焦する位置、遠は遠距離の被写体に合焦する位置であ
る。いま、被写体が距離Ｄ１の所にある場合を考えると
、レンズ１の焦点整合装置が被写体までの距離Ｄ１に対
応した位置にある時合焦し、高域周波数成分の振幅は最
大となる。焦点整合装置がその位置より近距離の被写体
に合焦する位置または遠距離の被写体に合焦する位置に
ズしても、高域周波数成分の振幅は減少する、一種の山
形特性となり、第２図のようになる。一方、ａ　はモー
タ１４の基１フａ２ 単周波数での微変動による焦点整合装置の動きを示して
いる。ａｌはレンズ１の焦点整合装置が被写体の距離Ｄ
１に対応した位置より近用１１７１ｆ側にあった場合の
モータ１４の微変動である。高域周波数成分は前記モー
タ１４の微変動に伴うフＡ−カスの変化によシｂ１のよ
うな振幅変調を受ける。

またａ２はレンズ１の焦点整合装置が遠距離側にあった
場合で、ｂ２はこの時受ける振幅変調を示している。こ
のように、高域周波数成分はモータ１４の微変動によっ
て、基準周波数で振幅変調を受ける。前記振幅変調はｂ
ｌ、ｂ２から明らかなように、合焦位置より近距離側と
遠距離側で位相が１８００反転する。従って、ｂｌのよ
うな振幅変調を受けた高域周波数成分から基準周波数成
分を検出し、前記基準周波数成分を基準周波数で同期検
波した信号でモータ１４を矢印Ｃ１の方向に駆動するな
ら、ｂ２の場合では矢印Ｃ２の方向に駆動することにな
る。モータ１４は常に高域周波数成分が最大となる位置
へ駆動され、合焦状態を得られる。このようにこの従来
例の自動焦点整合装置は、レンズの焦点整合装置を含め
てクローズトループを形成でき、焦点整合装置の組立精
度をラフにできるなど多くの特徴を有している。

ところで、撮像素子２より得られる高域周波数成分は、
高照度から低照度さらに高コントラストから低コントラ
ストの被写体まで全てを考慮すると、非常に大きなダイ
ナミックレンジを持つことになり、利得制御が必要とな
る。前記利得制御は、利得制御回路８と高域周波数レベ
ル検波回路９でなされ、高域周波数成分が所定のダイナ
ミックレンジ内になる。

しかしながら上記の様な構成では、合焦時の系のノイズ
に対する安定性が、特に被写体が低照度や低コントラス
ト時に問題となる。すなわちいま焦点が外れ画像がボケ
でいる時、基準周波数成分検出回路１１より得られる基
準周波数成分は、その振幅が十分にありノイズ成分をマ
スキングし、系を正常に動作させる。ところが合焦時に
は、基準周波数成分の振幅が減少しノイズ成分が支配的
となる。本自動焦点整合装置は基準周波数成分検出回路
１１の出力信号を同期検波してモータ１４を駆動してい
るから、前記出力信号に含まれるノイズ成分は系を誤動
作させる。特に被写体が低照度や低コントラストの時に
は、利得制御回路８の利得が大きくなり、系のループゲ
インが高くなってノイズ成分に弱くなる。従って合焦時
にノイズ　。

成分でモータが振られて、画像がふれて安定性が悪くな
る。かと言って、系のループゲインを下げると、低照度
や低コントラスト時に動作しなくなってし壕うという問
題点を有していた。

発明の目的 本発明は上記従来の問題点を解消するもので、被写体が
低照度や低コントラスト 動作する自動焦点整合装置を提供することを目的とする
。

発明の構成 本発明は被写体像を撮像面に結像する撮像素子より得だ
映像信号から高域周波数成分を検出し、前記高域周波数
成分の振幅が最大になる様にレンズの焦点整合装置を駆
動するよう構成し、前記被写体が低照度もしくは低コン
トラスト時に前記高域周波数成分を検出する帯域幅を狭
めるかまたは検出周波数を変える自動焦点整合装置であ
り、低照度や低コントラスト時に帯域幅を狭めたり検出
する周波数を変える事によりノイズ成分を低減し、合焦
時にも安定に動作することのできるものである。

実施例の説明 第３図は本発明の第１の実施例における自動焦点整合装
置のブロック図を示すものである。１５はバンドパスフ
ィルタ７よりも通過域周波数が低くかつ帯域幅の狭いバ
ンドパスフィルタで、倒木ば０．７〜Ｉ　ＭＨｚＯ通斯
域をもつ。１６はバンドパスフィルタ７と１５を切換え
る切換回路で、制御回路１７によって被写体が低照度や
低コントラストの時にバンドパスフィルタ１５が選択さ
れる。

１７は高域周波数レベル検出回路９の出力によって高域
周波数成分が所定のダイナミックレンジ内におさまるよ
うに利得制御回路８を制御するとともに、被写体が低照
度や低コントラストで利得制御回路８の利得が上った時
にバンドパスフィルタ１６が選択されるように切換回路
１６を制御する制御回路である。

以上のように構成された本実施例の自動焦点整合装置に
ついて、以下その動作を説明する。

本自動焦点整合装置は映像信号より検出する高域周波数
成分の周波数が高く、帯域幅もある程度広い方が望まし
い。これは第２図で示した山型特性の山の傾斜が急にな
り、高い合致精度が得られるからである。ところが、高
い周波数と広い帯域幅はノイズの面からは不利である。

基準周波数成分は振幅変調によって前記高域周波数成分
に含まれるものであるから、高域周波数成分に含寸れる
ノイズ成分に直接影響を受ける。一方、被写体が低照度
の時ビデオカメラよシ得られる画像はノイズが多くなり
鮮明度が低下しており、高い焦点合致精度を必要としな
くなっている。また、低コントラストの被写体の時も同
様に自動焦点整合装置が高い焦点合致精度をもたずとも
何ら実用」二問題ない。そこで、この実施例の自動焦点
整合装置は、被写体が低照度や低コントラストであ寸り
高い焦点合致精度を必要としない時に、映像信号より検
出する高域周波数成分の周波数を低くしかつ帯域幅を狭
めることにより、高域周波数成分に含寸れるノイズ成分
の低減を図９、合焦時の安定性を格段に向上させるもの
である。すなわち、制御回路１了で、利得制御回路８の
利得から被写体が低照度や低コントラストである事を検
出し、バンドパスフィルタを７から１５に切換えるもの
である。

バンドパスフィルタ１６は７に比し検出周波数か低く帯
域幅も狭いため焦点合致精度が低下するがノイズ成分を
大幅に低減し、基準周波数成分検出回路１１の出力信号
のノイズ成分の振幅も格段に小さくする。従って、低照
度や低コントラストでループゲインが高くなってノイズ
に対し弱くなっても、安定した合焦状態を得られる。

以上のようにこの実施例によれば、撮像素子の受光面に
結像している被写体像を周期的・光学的にポカし、撮像
素子より得た映像信号の高域周波Ｏ成分を検出し、前記
検出信号から前記ボケに対応する信号を検出し、前記高
域周波数成分の振幅が最大になるように、レンズの焦点
整合装置を駆動するシステムにおいて、被写体が低照度
や低コ　−ントラストでループゲインが高くなった時に
、前記高域周波数成分の検出する周波数を低くし、帯域
幅を狭める事により、合焦時の系の安定性が大幅に向上
し、系の動作範囲をより一層の低照度。

低コントラストまでひろめることかできる。

なお、本発明は被写体像を受光面に結像している撮像素
子より得た映像信号から高域周波数成分を検出し、前記
高域周波数成分の振幅が最大になる様にレンズの焦点整
合装置を駆動するシステム全てに適用できるものである
。例えばレンズの焦点整合装置をサーチして高域周波数
成分が最大になる点を検出、停止させ、カメラや被写体
が移動して前記高域周波数成分の振幅が変化したならば
再び焦点整合装置をサーチさせる方式においても、被写
体が低照度や低コントラストでループゲインが高くなっ
た時に高域周波数成分のＳ／Ｎが悪くその振幅が絶えず
変化するならば、カメラや被写体が移動しているのと区
別がつかなくなり合焦時の安定性が悪くなる。この時に
も本発明は効果的に作用するものである。

また、被写体が低照度であることを検出する手段として
、映像信号のレベルを検出し、そのレベルがある値にな
ったら低照度であると判断するもノテモよい。この時バ
ンドパスフィルタの切換えを低照度の時のみ、低コント
ラストの時のみ低照度かつ低コントラスト時のみ、さら
に低照度寸たは低コントラスト時といろいろな組み合ぜ
が考えられるが、いずれの場合にも同様な効果が得られ
る。

また、被写体が低照度や低コントラスト時に切換ワるバ
ンドパスフィルタ１６はバンドパスフィルタ７に比し、
単に検出周波数が低い、捷たは帯域幅のみ狭いと言うも
のであっても同じ効果が得られる事は菖うまでもない・ 発明の効果 本発明の自動焦点整合装置は被写体像が受光面に結像し
てａる撮像素子より得だ映像信号から高域周波数成分を
検出し、前記高域周波数成分の振幅が最大になる様にレ
ンズの焦点整合装置を駆動するシステムにおいて、被写
体が低照度もしくは低コントラスト時に前記高域周波数
成分を検出する帯域幅を狭めるか寸たは検出する周波数
を変える事により、合焦時の系の安定性を格段に向上で
き、より一層低照度や低コントラスト被写体まで動作範
囲を拡大でき、その実用的効果は太きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例における自動焦点整合装置のブロック図
、第２図はモータの駆動方向を検出する原理を説明する
だめの特性図、第３図は本発明の一実施例における自動
焦点整合装置のブロック図である。 １・・・・・レンズ、２・・・・・撮像素子、７・・・
・ノ＜ントパスフィルタ、８・　・利得制御回路、９・
・・・・高域周波数レベル検出回路、１１・・・・・基
準周波数成分検出回路、１２・・・・・同期検波回路、
１５・・・・・・７Ｃンドパスフイルタ、１６・・・・
・切換回路、１７・・・・・・制御回路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第　
１　面 第　２　図 ３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被写体像が撮像面に結像している撮像素子より得た映像
   信号から高域周波数成分を検出し、前記高域周波数成分
   の振幅が最大になるようにレンズの焦点整合装置を駆動
   するよう構成し、被写体が低照度もしくは低コントラス
   ト時に前記高域周波数成分を検出する帯域幅を狭めるか
   捷たけ検出する周波数を変えることを特徴とする自動焦
   点整合装置。