JPS60217760A - 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、テレビジョンカメラは、ポータプルビデオテープ
レコーダの普及と家庭用テレビジョンカメラの小型・軽
量化によって急速に広まっている。

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。

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、被写体より反射した赤外線を受光し、その受
光角度上り被写体までの距離を測定し、その測定結果に
応じてレンズの焦点整合装置を所定の位置捷で駆動する
方式がある。前記方式は、応答速度が速いが、被写体ま
での距離を正確に測定する際や、前記測定結果に応じて
レンズの焦点整合装置を所定の位置まで駆動する際に高
い組立精度が必要でａった。

他の従来の自動焦点整合装置として、撮像素子の受光面
に結像している被写体像を光学的１周期的にポカし、そ
のボケ量を検出する事によって、前記撮像素子より得た
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がある。前記方式は
、レンズの焦点整合装置を含めてクローズトループを形
成しており、焦点整合装置の組立精度を要求しない特徴
があるっ 以下に前述した従来のクローズトループを形成した自動
焦点整合装置について図面を用いてもう少し詳細に説明
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、ｂす、１はレンズ、２（ｌ−を被写体の光学情報
を電気信号に変換する撮像素子、３は前記撮像素子２よ
り得た信号を増幅する前置増幅器、４は前記前置増幅器
３の出力に処理を加えテレビジョン信号にするプロセス
回路、５は各種同期信号、ブランキング信号等を発生す
る同期信号発生器、６は前記撮像素子２を駆動する撮像
素子駆動回路である。７は前記前置増幅器３の出力であ
る映像信号よシ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’ｌのバ
ンドパスフィルタである。８は同じく前記映像信号より
前記高域周波数成分より低い周波数成分を検出する低域
周波数成分検波回路で、例えば中心周波数２ｏｏ（ＫＨ
２）のバンドパスフィルタである。９は前記高域周波数
成分検出回路７と前記低域周波数成分検出回路８の出力
に演算処理をし出力する演算処理回路で、例えば高域周
波数成分検出ｌ路７の出力が予め定めた所定のレベル以
上あるかを検出し、所定のレベル以上あれば高域周波数
成分検出回路７の出力′を、無い場合低域周波数成分検
出回路８の出力を出力するように構成はれている。１０
は前記各周波数成分より基準周波数成分を検出する基準
周波数成分検出回路である。１１０′ｉ基準周波数発生
器で、モータ駆動回路１３を通してモータ１４でレンズ
の焦点整合装置を基準周波数で微変動させる。前記微変
動によるフォーカスの変化は目に検知できない程度であ
るが、映像信号に含捷れる高域周波数成分は前記変化成
分を含んでいる。前記変化成分、すなわち基準周波数成
分は基準周波数検出回路１０で検出でれ、同期検波回路
１２で基準周波数と比較さ負位相と振幅が検出される。

前記検出信号はモータ駆動回路１３に力ａえられ妻−夕
１４で撮像素子２の出力信号に含まれる高域周波数成分
が最大Ｖｃするようにレンズ１の焦点整合装置を駆動す
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第２図を用いて説明する。

第２図において、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、被
写体が距離Ｄ１　の所にるる場合を考えると、レンズ１
の焦点整合装置が前記距離Ｄ１Ｖｃ対応した位置にろる
時合焦し、高域周波数成分の振幅は最大となる。そして
前記距離側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Ｉのよ
うになる。ａ＋＋ａ２＋匂はモータ１４の基準周波数で
の微変動による焦点整合装置あ動きを示している。ａｌ
　はレンズ１の焦点整合装置が被写体の距離Ｄ１　に対
応した位置よシ近距離側にある場合のモータ１４の微変
動である。高域周波数成分は前記微変動に伴うフォーカ
スの変化によリｂ１・のように振幅変調をうけ基準周波
数成分をもつことになる。捷たａ２１ｄレンズ１の焦点
整合装置が遠距離側にめった場合で、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Ｈｂ＋。

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、
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り、モータ１４は常に高域周波数成
分が最大になる位置へ駆動埒れ合焦状態を得られる。

高域周波数成分は第２図のＩＫ示すように合焦精度が高
いが、焦点整合装置の位置が合焦位置からのズレが大き
くなると急激にその振幅が小さくなり、ノイズとの関係
から焦点整合動作が困難になる。一方、低域周波数成分
検出回路８より得られる低域周波数成分は、第２図のＩ
に示すように山の傾斜が緩やかで、高域周波数成分と同
じ合焦動作をするが合焦精度が悪くなる。しかし焦点整
合装置が合焦位置から大きくズしてもまだ十分な振幅が
あり、動作範囲が広くなる。そこで、演算処理回路９は
高域周波数成分検出回路７の出力振幅が所定レベルに達
する捷で低域周波数成分検出回路８の信号を出力し、焦
点整合動作させ広い動作範囲を得ている。その後、合焦
位置からのズレがある程度小袋＜すり高域周波数成分が
所定のレベルに達すると、高域周波数成分検出回路７の
信号を出力し、高い合焦精度を得ている。このように高
域周波数成分と低域周波数成分を演算処理することによ
って広い動作範囲と高い合焦精度を両立させている。

しかしながら上記のような構成では、低域周波数成分は
前述したように山の傾斜が緩やかなため得られる基準周
波数成分の振幅が小さくなる。従って焦点整合装置が合
焦位置から大きくズして低域周波数成分で合焦動作して
いる間、その動作速度が遅くなる。一方、システムのル
ープゲインを大きくすれば低域周波数成分で合焦動作し
ている時に十分な動作速度が得られるが、高域周波数成
分で合焦動作するにはループゲインが極端に大きい状態
になり、モータのタイムラグの関係でハンチングを起こ
してしまう。このように従来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して
おりレンズの組立精度を要求しないし動作範囲が広いが
、前述した理由からシステムのループゲインを大きくで
きず、特に低域周波数成分で合焦動作している時の動作
速度を速くできないという問題点を有していた。テンビ
ジョンカメラは動く被写体を撮る事が多く、自動焦点整
合装置の動作速度はその死命を制するものでるる。

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、動作範囲
が広くハンチングを起こすことなく動作速度を格段に向
上した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 本発明の撮像素子より得た映像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し、前記演算処理
に応じてシステムのループゲインを変えた自動焦点整合
装置であり、動作範囲が広くかつ演算処理した結果に応
じてシステムのループゲインを変える事によりシステム
を安定に動作させた′＝１：ま動作速度を格段に向上す
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。第３図において、１
５は第１図の演算処理回路９と基本的には同じ構成であ
るが、演算処理に応じて利　−得制御回路１６を制御し
システムのループゲインを変えている。すなわち、高域
周波数成分の振幅が所定のレベルに達せず、低域周波数
成分検出回路８の信号が出力されている場合、利得制御
回路１６の利得が大きくしシステムのループゲインが大
きくなるように制御し、高域周波数成分の振幅が所定の
レベルに達し高域周波数成分が出力されるようになると
、利得制御回路１６の利得を小さくしシステムのループ
ゲインが小さくなるようにする。前記利得制御回路１６
°の利得制御範囲は、低域周波数成分の山の傾斜が緩や
かなことによる基準周波数成分の減少を補う程度か、も
しくはそれ以上にしている。

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。

ボケが大きく高域周波数成分がなく低域周波数成分で動
作する際に演算処理回路１５と利得制御回路１６の働き
によって、低域周波数成分の山の傾斜が緩やかなことに
よる基準周波数成分の減少が補われ動作速度を遅くする
ことなく動作する。

やがて高域周波数成分の振幅が所定のレベルに達し高域
周波数成分で動作するようｖｃすると、システムのルー
プゲインが小芒くなりハンチングすることなく高い合焦
精度で停止する。高域周波数成分の振幅が太きなった時
点でループゲインを小さくしているので低域周波数成分
で動作している間のループゲインは、ハンチングするこ
となく大きく設定し動作速度を速くできる。

以上のように本発明によれば、演算処理すなわち高域周
波数成分の振幅が所定のレベルに達しているかいないか
によってシステムのループゲインを切り換えることによ
り、動作範囲を広くかつハンチングすることなく動作速
度を速くすることができる。

以下本発明の第２の実施例について、図面を参照しなが
ら説明する。

第４図は本発明の第２の実施例を示す自動焦点整合装置
のブロック図である。

第３図の第１の実施例と基本的には同じで、演算処理回
路１５と利得制御回路１６で基準周域数の利得を制御し
レンズ１の焦点整合装置の微動量言い換えれば周期的、
光学的にボカす量を変えシステムのループゲインを制御
している。すなわち、前記微動量によって得られる基準
周波数成分が変わり、等測的にシステムのループゲイン
を変えたことと等しくなる。従って、低域周波数成分が
演算処理回路１５より出力されている間は、利得制御回
路１６の利得を大きくしてレンズ１の焦点整合装置の微
動量を大きくする。よって得られる基準周波数成分の振
幅が大きくなり第１の実施例と同じく動作速度を速くで
きる。やがて高域周波数成分が所定のレベル以上に達す
ると利得制御回路１６の利得を小さくし、前記微変量を
小さくしシステムのループゲインを小さくしてハンチン
グすることなく高い合焦精度で停止する。

上記のように構成された第２の実施例の自動焦点整合装
置は、周期的、光学的にボカす量を変えて基準周波数成
分の振幅を変えているため、低域周波数成分で動作して
いる間に単に回路系のゲインを大きくしているに比べ、
得られる基準周波数成分のＳ／Ｎ比がよく第１の実施例
と同じ動作でもより安定に動作する。

以上のように、本実施例によれば周期的、光学的にボカ
す量を演算処理すなわち高域周波数成分が所定のレベル
に達しているかいなかによって変えることにより動作速
度が速く安定に動作させることができる。

なお、本発明は撮像素子の受光面に結像している被写体
像を光学的１周期的にポカし、そのボケ量を検出する事
によって、前記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
駆動するシステム全てに適用できるばかりでなく、単に
被写体像を受光面に結像している撮像素子より映像信号
を得、前記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システムにも
適用できる。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し停止させるシス
テムにおいても、高域周波数成分の振幅が所定のレベル
以上か否かでシステムのループゲインを変えることによ
ってシステムの安定性を維持したまま動作速度を向上で
き、本発明が効果的に作用する。

また、第１．第２の実施例において、高域周波数成分検
出回路と低域周波数成分検出回路で２つの周波数成分を
検出する例で説明したが、これに拘束されることはなく
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ｖＣ応じてシステムのループゲ
インを変えるものやシステムのループゲインを変えるの
と等価な周期的、光学的にボカす量を変えるものでもよ
いことは言うまでもない。この場合、より中心周波数の
高い周波数成分が所定のレベル以上になる毎に、システ
ムのループ夛インを下げるものや、最も中心周波数の高
い周波数成分が所定のレベノシに達するか否かでシステ
ムのループゲインを制御するものでもよい。

また、第１と第２の実施例を組み合わせたものでも、同
様の効果が得られることは言うまでもなＶ）。

発明の効果 本発明の自動焦点整合装置は撮像素子より得た映像信号
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
動し、前記演算処理に応じてシステムのループゲインを
変えることにより、動作範囲が広くかつノ・ンチングを
起こす事なく動作速度を向上することができ、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
ための特性図、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、第４図は本発明の第２
の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・
・・・・・高域周波数成分検出回路、８・・・・・・低
域周波数成分検出回路、９・・・・・・演算処理回路、
１０・・・・・・基準周波数成分検出回路、１２・・・
・・・同期検波回路、１町・・・・・演算処理回路、１
６・・・・・・利得制御回路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 ｑ、　内　ｇｚ 第３図 第４図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）撮像素子より得た映像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し、前記演算処理に
   応じてシステムのループゲインを変える事を特徴とした
   自動焦点整合装置。
2. （２）帯域の異なる複数の周波数成分のうち最も中心周
   波数の高い周波数成分が予め定めたレベル以上になれば
   、システムのループゲインを下げる事を特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の自動焦点整合装置。
3. （３）　帯域の異なる複数の周波数成分のうち、より高
   い中心周波数の周波数成分が予め定めたレベル以上にな
   る毎に、システムのループゲインを下げる事を特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の自動焦点整合装置。
4. （４）　撮像素子の撮像面上に結像している被写体像を
   周期的、光学的にポカし、前記撮像素子から得た映像信
   号から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、前記演算処理した信号
   から前記ボケ量を検出し、前記検出した信号で前記演算
   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
   点整合装置を駆動し、前記演算処理に応じて前記周期的
   、光学的にボカす量を変える事を特徴とする自動焦点整
   合装置。