JPS60217759A - 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 本発明はテレビジョンカメラの受光面に被写体像が結像
している撮像素子より得た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、テレビジョンカメラはボータプルビデオテープレ
コーダの普及と家庭用の小型・軽量化によって急速にそ
の需要が伸びている。自動焦点整合装置はテレビジョン
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。

以下に従来の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は撮像面に結像している
被写体像を電気信号に変換する撮像素子、３は前記撮像
素子２の出力を増幅する前置増幅器、４は前記前置増幅
器の出力である映像信号に処理を加えテレビジョン信号
に変換するプロセス回路、５は各種同期信号やブランキ
ング信号を発生する同期信号発生器、６は前記撮像素子
２を駆動する捲像素子駆動回路である。７は前記撮像素
子２よシ得た映像信号の高域周波数成分を検出する高域
周波数成分検出回路で、例えば中心周波数１（ＭＨ２）
のバンドパスフィルタである。８は基準周波数をモータ
駆動回路１１と同期検波回路１０に供給し基準周波数で
レンズの焦点整合装置を微動させる基準周波数発生器、
９は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、１０は前記検出した基準周
波数成分と基準周波数を比較し、基準周波数成分の位相
と振幅を検出する同期検波回路で、前記同期検波回路１
０の出力でモータ駆動回路１１を通してモータ１２でレ
ンズ１の焦点整合装置を前記高域周波数成分が最大にな
るように駆動する。

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。

モータ１２は基準周波数発生器８より供給される基準周
波数でレンズ１の焦点整合装置を微動し、レンズのフォ
ーカスを目に検知できない程度に変化させる。この結果
、撮像素子２の出力信号に含まれる高域周波数成分は基
準周波数で振幅変調を受け基準周波数分をもつことにな
る。前記高域周波数成分は高域周波数成分検出回路７で
検出され、そのなかに含まれるフォーカス変化による基
準周波数成分は基準周波数成分検出回路９で検出される
。前記信号は同期検波回路１ｏで極性と振幅が検出され
、モータ駆動回路１１．モータ１２で撮像素子２の出力
信号の高域周波数成分が最大になるようにレンズ１の焦
点整合装置を駆動する。

モータ１２の１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
の出力信号に含まれる高域周波数成分の振幅で、横軸は
レンズ１の焦点整合装置の位置である。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、距離Ｄ１　にある被写体を撮像した場
合を考えると、レンズ１の焦点整合装置が前記距離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。焦点整合装置が前記位置よシ近側また
は遠側にズしても、高域周波数成分の振幅は減少する。

一種の山形特性となｐ第２図の（１）のようになる。一
方、”１１ａ２＋”３は各レンズ位置におけるモータ１
２の基準周波数での微動による焦点整合装置の動きを示
している。ａ、に示す微変動に伴うフォーカスの変化に
より、高域周波数成分はｂｌのような振幅変調を受け基
準周波数成分をもつことになる。またａ２　に示す微変
動では、ｂ２に示す振幅変調を受ける。前記振幅変調は
す４．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１８０°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
検波して前記成分の振幅と位相を検出する。前記検出信
号でモータ１２によってレンズ１の焦点整合装置を矢印
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。従ってモータ１２は常
に高域周波数成分が最大になる位置へ焦点整合装置を駆
動し、合焦状態が得られる。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。

しかしながら上記のような構成では、次のような問題点
を有していた。高域周波数成分が示す山形特性は、レン
ズ１の絞シ値によってその傾斜が変化する。従って、絞
シが絞られた状態では、第２図の（ｎ）に示すようなな
だらかな傾斜になる。前記状態では、レンズ１の焦点整
合装置の微変動に対して得られる基準周波数成分が少な
くなる。この従来例の自動焦点整合装置は、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１２
を駆動しており、前述したような基準周波数成分の減少
はループゲインの減少となり応答を遅くする。システム
のループゲインを絞りの変化による前記減少分を見込ん
で大きめに設定すると絞シが開いている状態でシステム
のループゲインが大きくなシ過ぎてモータのタイムラグ
の関係でハンチングを起こしてしまい大きくできない。

テレビジョンカメラは動く被写体を撮る事が多く、応答
はその死命を制する。

同様な事は、焦点距離を可変できるズームレンズにもそ
の焦点深度の変化によって起こる。

発明の目的 本発明は上記従来の問題を解消するもので、レンズの絞
りや焦点距離の変化によって応答の変わらない自動焦点
整合装置を提供することを目的とする。

発明の構成 本発明は受光面に被写体像が結像している撮像素子から
得た信号よシ１つまたは複数の異なる帯域を有する周波
数成分を検出し、前記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し、前記レンズの絞シ
値または焦点距離値のうち少なくとも一方を検出、演算
処理し、前記演算処理に応じて前記検出する周波数成分
のうち少なくとも１つの検出する帯域を変える自動焦点
整合装置であり、レンズの絞りや焦点距離を検出。

演算処理し前記演算処理に応じて検出する周波数成分の
うち少々くとも１つの検出する帯域を変えることにより
、絞りや焦点距離の変化による周波数成分のもつ山形特
性の傾斜の変化を抑え応答をはソ一定にすることのでき
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。

１３は第１図７と同じ中心周波数をもつバンドパスフィ
ルタで構成された高域周波数成分検出回路（１）で、１
４は前記高域周波数成分検出回路（１）１３よシ中心周
波数の高いバンドパスフィルタで構成゛された高域周波
数成分検出回路（Ｉｔ）で、例えば中心周波数２［ＭＨ
２，］である。１６は演算処理回路１８の出力によって
前記高域周波数成分検出回路（１）１３１（■）１４の
出力信号を演算処理する演算処理回路で、例えばいずれ
か一方を選択し出力する。１６はレンズ１の焦点距離を
検出する焦点距離検出器で、例えばレンズ１の焦点距離
を変えるズーム装置の位置を検出し現在の焦点距離に応
じた信号を出力するものである。１７はレンズ１の絞シ
値を検出する絞り値検出器で現在の絞り値に応じた信号
を出力するものである。１８は前記各検出値を演算処理
し出力する演算処理回路で、例えば焦点距離値が予め定
めた値以下または絞シ値が予め定めた値以上の時に、演
算処理回路１６の出力が高域周波数成分検出回路（ＩＩ
）　１４となるように構成されている。

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。

撮像素子２の出力信号よシ検出する高域周波数成分は、
その検出する帯域の中心周波数が高いほど山形特性の傾
斜が急になる。いま、高域周波数成分検出回路（１）１
３の出力がレンズ１の絞シが絞られ山の傾斜が第２図（
１）から（■）へとなだらかになった場合、高域周波数
成分検出回路（ＩＩ）１４の出方はその中心周波数が高
いためはソ第２図（１）のような傾斜を示すことになる
。一方、絞りが開いている状態では、高域周波数成分検
出回路（１１）　１４の出力は、その山形の傾斜が急す
ぎ、レンズの焦点整合装置が合焦位置より少しずれても
その振幅が急激に小さくなり、ノイズの関係から動作範
囲が狭くなりすぎる。

従って、絞りが開いている時は高域周波数成分検出回路
（１）１３の出力で、絞りが絞られている時は高域周波
数成分検出回路（Ｉｔ）　１４の出力で焦点整合動作さ
せることによシ、動作範囲が同じで絞りの変化に対して
システムのループゲインすなわち応答はほぼ一定となる
。焦点距離に対しても同様な動作をしシステムの応答を
はソ一定にする。

以上のように本実施例によれば、レンズの焦点距離値や
絞シ値を検出し、前記状態により検出する高域周波数成
分の中心周波数を高くすることにより、焦点距離や絞り
によってシステムのループゲインが変化することなく、
同じ応答をする自動焦点整合装置を実現することができ
る。

なお、本発明は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、前
記検出信号によって前記撮像素子の出力に含まれる高域
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全てに適用できるばかシでなく
、撮像素子の出力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システムに
も適用できる。例えば単にレンズの焦点整合装置をサー
チして焦点整合装置の動きに対する高域周波数成分の変
化を検出し高域周波数成分の振幅が最大になる位置を検
出し停止する方式においても、絞シが絞られて山の傾斜
がゆるやかになり動きに対する変化量が小さくなると合
焦精度や応答が悪くなるが、本発明を実施すれば検出す
る高域周波数成分の帯域が変わり山の傾斜が一定になり
、前記劣化を改善でき有効に作用する。

また、第１の実施例において絞り値や焦点距離値に対し
て変える高域周波数成分の帯域は２つで示したが、それ
に拘束される必要はなく、検出を細くし数を多くすれば
システムのループゲインは絞シや焦点距離の変化に対し
てより一定となる。

寸た、本発明は撮像素子より得だ信号より帯域の異なる
複数の周波数成分を検出し、前記検出した周波数成分を
演算処理し、前記演算処理した出力信号の振幅が最大に
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
も適用でき、この場合前記複数のうち少なくとも１つの
帯域を絞りや焦点距離によって変えることによって効果
的に作用する。

また、第１の実施例において演算処理回路１６は高域周
波数成分検出回路（１）１−３　、　（ＩＩ）１４のい
ずれか１つを選択する構成にしたが、これに拘束される
必要はなく例えば２つの出力を加算するなどして中心周
波数を変えるものでもよい。さらに検出する高域周波数
成分の中心周波数が変わるのなら実施例に示す構成に何
ら拘束されず、例えば高域周波数成分検出回路を構成す
るバンドパスフィルタに電圧可変容量素子を用いて特性
を変ええるものにしてもよい。

また、第１の実施例でレンズの焦点距離値と絞り値の両
方を検出するもので説明したが、いづれか一方のみを検
出し演算処理するものでもよいことは言うまでもない。

さらに演算処理回路１日の構成は第１の実施例に何ら拘
束されない。

発明の効果 本発明の自動焦点整合装置は受光面に被写体像が結像し
ている撮像素子から得た信号より１つまたは複数の異な
る帯域を有する周波数成分を検出し、前記周波数成分の
振幅が最大になるようにレンズの焦点整合装置を駆動し
、前記レンズの絞シ値と焦点距離値のうち少なくとも一
方を検出、演算処理し、前記演算処理に応じて前記検出
する周波数成分のうち少なくとも１つの検出する帯域を
変える事によシ、レンズの絞シや焦点距離の変化によっ
てシステムの応答を変わらなくすることかでき、その実
用的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の自動焦点整合装置のブロック区第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図は本発明の第１の実加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、了・・・・・・高域周波数成分検出
回路、９・・・・・・基準周波数成分検出回路、１Ｑ・
・・・・・同期検波回路、１３・・・・・・高域周波数
成分検出回路（１）、１４・・・・・・高域周波数成分
検出的路（ｎ）、１６・・・・・・演算処理回路、１６
・・・・・・焦点距剛検出器、１７・・・・・・絞シ値
検出器、１８・・・・−・演算処理回路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 □

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 受光面に被写体像が結像している撮像素子から得た信号
   よシ１つまたは複数の異なる帯域を有する周波数成分を
   検出し、前記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し、前記レンズの絞シ値と焦点
   距離値のうち少なくとも一方を検出、演算処理し、前記
   演算処理に応じて前記検出する周波数成分のうち少なく
   とも１つの検出する帯域を変える事を特徴とする自動焦
   点整合装置。