JPS6345979A - 自動焦点制御装置 - 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〕 本発明はテレビカメラ、電子スチルカメラ等に適用され
る自動焦点制御装置に関する。

〔従来の技術〕

テレビカメラ等において、目標とする被写体に対する焦
点合わせを自動的に行なう装置は既に公知である（例え
ば実公昭４０−２６５６８号公報）この種の装置は、特
に動きのある被写体に対しこれに追従するようにして合
焦状態を得る必要があるような条件下において、特に顕
著な効果を奏する。この種の装置のうち、上記公報所載
の方式は、一般にパッシブ方式と呼ばれるものであって
、撮像手段の出力の高周波成分を最大とするように合焦
調節動作をなすように構成され、所謂アクティブ方式の
ように合焦検出用の赤外光等の投射手段を格別に特設す
る必要がなく、従−２゛Ｃ比較的小電力で動作し得るた
め、特に小型の携帯用テレビカメラ等に適している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

Ｌ記公報所載の装置においては、カメラの可動レンズを
焦点微動装置により常時振動的に変位さ一υることによ
り、焦点づれの方向を検出し、こねに２．（づいて合焦
調節のためのレンズの移動方向が自動的に識別されるよ
うになされている。

従ってこの装置は、被写体がカメラに接近したり離れた
りする動きをくり返すようなことかあ一１′（もピント
ずれの稈瓜−及び方向を素早く検知し゛（、応答ｒ１の
よい自動焦点調節が可能となる。

しかしながら、１−配力式の装置では、動的被１；体Ｇ
こ追μ」９するよ・）にし゛ζ合体、調節を行なうには
、１１１点ｈ’ｌｉ　離を常時振動的に変化さ一ロてお
く必・Ｗがあイ、。従−２で、本来の自動焦点調節のた
めのり一ボ機構のほかに、１．Ｉｌ、点距離を振動的に
変化、＼【！イまための手段（１記公報所載の装置おい
ては、サーボモータとは別に設けられた焦点微動器）を
格別に設けなくてはならず、構成が複雑となり且つ装置
を小型化する七での障害ともなる。

本発明は叙上の点に鑑みてなされたものであり、構成が
簡単で小型化の容易なこの種の自動焦点制御装置を提供
しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明は上
記問題点を解決するために、撮像レンズ、撮像用光電変
換手段等のエレメントを含んでなる損保光学系と、 上記撮像用光電変換手段の出力信号から高周波成分を抽
出する高域成分抽出手段と、上記高域成分抽出手段の出
力に基づいて合焦の度合に応した焦点誤差信号を形成す
る焦点誤差信号形成手段と、 所定周波数のくり返し信号を発生する信号発生手段と、 上記焦点誤差信号形成手段の焦点誤差信号と上記信号発
生手段の出力信号とを１１（畳せしめるＩ１９合ｆ段と
、 １記γＩＬ合丁段の出力に基づいて損保光学系中の所定
の土しメン１を光軸方向に振動的に変位−１しめる、二
さにより、１−記撮像光学系における結像イ））置と１
記撮像用光電変換手段の撮像面との相対（ｉ７：ｒｌに
変調を！ｙえるとともに上記混合・手段の出力（バ号中
の」−記焦点誤差信号に対応する成分の出カレー・ルに
応してｌ−記撮像光学系中の１９ｉ定のコーレメントを
移動させる手段とを具備し”（なり、同　の移動下段に
より光学エレメントの振動動１１と、本来の合焦調節の
ための光学系の変位とを１１い得る。

〔実施例〕

まず、機械的構成を第１図により説明する。

１はカメラのレンズアッセンブリで、このアッセンブリ
ｌの撮像用しンス２の光軸トに撮像用光電変換ｆ段とし
ての撮像管；３を配設し、レンズ２を通して与えられる
人力光４を撮像管３のターゲット３ａに結像させるよう
にしている。

１−記１酎像川レンズ２及び撮像管３を含んで不発明に
おける損傷光学系が構成されている。ターゲット３ａを
映像プロセッサ５に接続し、上記ターゲット３ａからの
出力を信号処理し映像信号６として出力するようにして
いる。第１図においては、撮像管３に必要な偏向回路等
は図示を省略している。

一方、上記アッセンブリ１の周面にギア７を形成し、こ
のギア７をギア８を介して直流可逆モータ９の回転軸に
設けたギア１０に歯合し、モータ９の回転によりアッセ
ンブリ１を回転することにより焦点距離を制御するよう
にしている。

次に第２図により電気回路を説明する。１１は上述の映
像信号６が入力されるアナログゲートで、このアナログ
ゲー）１１の出力側には微分回路１２、検波回路１３、
電圧増幅器１４、バンドパスフィルタ１５およびサンプ
リングホールド回路１６を上述の順にｖ１続接続してい
る。サンプリングホールド回路１６をレベルセンサ１７
を介してフリップフロップ１８のＲ端子に接続するとと
もに混合器１９の一方の入力端子に接続している。この
混合器１９の他方の入力端子には直流成分除去回路２０
を介して発振器２１の出力端子を接続している。この発
振器２１の出力端子は遅延回路２２及びサンプリングパ
ルス発生器２３を上述の順に介して上記サンプリングホ
ールド回路１６のサンプリング信号入力端子にも接続さ
れている。

また、混合器１９の出力端子を電流増幅器２４を介して
上述の直流可逆モータ９に接続するとともにトランジス
タ２５を介して接地している。このトランジスタ２５は
そのベースを抵抗２６を介し゛Ｃ上記フリップフロップ
１８の石噛子に接続している。図示のように、このフリ
ップフロップ１８はそのＳ端子がスイッチ２７を介して
接地され得るようになされている。

一方、２８は垂直同期信号分離器、２９は水平同期信号
分離器で、これら同期信号分離器２８．２９の各入力側
には複合同期信号３０を入力するようにしている。また
これら同期信号分離器２８　、２９の各出力側はウィン
ドパルス発生器３Ｌ３２を各別に介してアンドゲート３
３の入力側に接続している。このアンドゲート３３の出
力側はスイッチ３４を介して上記アナログゲート１１に
接続している。

次に以上のように構成した装置の作用を述べる。まず、
第１図において被写体（図示せず）からの入射光４がレ
ンズ２を通して撮像管３のターゲット３ａに結像される
と、ターゲット３ａの出力が映像プロセッサ５により信
号処理され映像信号６として出力される。この場合の映
像信号６は複合同期信号（垂直同期信号および水平同期
信号）を含まない。周知のとおり、このような映像信号
は、合焦の程度に応じてその周波数成分が変動する。す
なわち、入射光４の焦点が最良な状態で受光面つまりタ
ーゲット３ａに結像すれば画像が鮮明となり逆に不良で
あれば不鮮明になることから、鮮明であれば映像信号中
の高周波成分が多くなり、不鮮明では低周波成分が多く
なる（即ち、相対的に高周波成分が減少する）。

この映像信号６はアナログゲート１１を経由して微分回
路１２に与えられる。ここでアナログゲート１１は通常
導通状態にある。また、微分回路１２は第３図に示すよ
うな周波数特性を有し第４図に示すようなＣ，Ｒ回路で
構成している。この第３図より容易に理解されるとおり
、微分回路１２は映像信号６中の高周波成分を抽出する
高域成分抽出手段をなしている。上述のとおり、良好な
合焦状態にある程、映像信号の高域成分が多くなるため
、微分回路１２の出力レベルは合焦の度合により出力レ
ベルが変化されることになり、最良の合焦状態にある時
最大の出力電圧が生じることになる。

微分回路１２の出力は検波回路１３により検波され増幅
器１４により電圧増幅される。ここで、検波回路１３は
微分回路１２の出力を直流信号に変換することから時定
数を充分大きくとる必要があるが、この時定数が大きす
ぎると制御の応答時間が長くなってしまうため最適な値
に設定することが必要である。ここで第５図に微分回路
１２と検波回路１３の動作波形を示す。図においてｔａ
＋＝　９− は映像信号の波形、山）は微分回路１２の出力波形、Ｉ
Ｃ）は検波回路１３の出力波形である。また、この検波
回路１３の出力と焦点距離の関係を示すと第６図のよう
になる。すでに説明したように最良焦点の状態で検波回
路１３の出力電圧は、最大レベルになる。この場合、レ
ンズ等撮像光学系中の所定のエレメントを変位させる等
して、焦点距離を一定周波数の変調信号により変調させ
ると、即ち、例えば第６図のＡ点における焦点状態でａ
に示す正弦波形状態で変調を与えると、検波回路１３に
はａ′に示すような上記変調波形ａと同様の出力を生じ
る。

本発明では、特に、この焦点距離の変調を、第１図につ
き上述した焦点距離制御用のものと同一の直流可逆モー
タ９を一定巾で左右回転させ、所謂バイブレーションを
撮像光学系中のエレメントたる例えばレンズ２に与える
ことにより行なうように構成されている。このバイブレ
ーションは次のようにして得ている。すなわち発振器２
１よりバイブレーション周波数の原信号となる出力を発
生している。この出力は直流成分除去回路２０を介して
混合器１９の一方の入力端子に供給される。ここで、上
記直流成分除去回路２０はコンデンサを含んで構成され
ており発振器２１の直流成分を除去して変調信号成分の
みを混合器１９に与えている。この理由は直漬分が混合
器１９より後述する直流可逆モータ９に与えられるとモ
ータ９に一方向の回転力が発生し、これが制御系にオフ
セット電圧を生じさせる原因になり制御精度が低下する
からである。一方、混合器１！〕の他方の入力端子には
焦点誤差電圧（この電圧については後で詳述する。）が
与えられ−ζいる。すると、混合器１９より焦点誤差電
圧に発振器２１の出力信号が混入された出力が発汁し、
この出力は電流増幅器２４にて電流増幅され直流可逆モ
ータ９に与えられる。これによりモータ９は発振器２１
の出力信号に同期してパイシレージョンを生じ、焦点距
離が変調されることになる。

この場合焦点Ｖ口離が変調された状態での焦点距離と検
波回路１３の出力との関係は第７図に示すようになる。

すなわち図に示すように焦点距離が一定周波数で変調さ
れ且つ焦点距離がａ。

ｂ、ｃの３点に変化すると、検波回路１３の出力波形は
同図ａ′、　　ｔ／　、　　ｄに示すようになる。これ
を第８図により更に説明すると、変調波形を同図Ａ（こ
の変調波の周波数はレンズアッセンブリ１が充分追従で
きる範囲に設定されており普通５　Ｈｚ程度である。）
とすると第７図のａに対応する検波回路１３の出力波形
ａ′は同図＋ａｌ、Ｃに対応する出力波形ｄは同図（ｃ
）、およびｂ（焦点距離の最良点）に対応する出力波形
ｂ′は同図（ｂ）に示すようになる。従って、第８図か
ら明らかなように第６図で焦点距離がＣｆｆＩ域にある
ときとｄ領域にあるときでは検波回路１３の出力波形の
位相が反転し、また焦点距離が最良点にあるときは検波
回路１３の出力レベルが低下し、且つその周波数が変調
周波数の２倍になっている。

次に第２図に戻って、上述のような特性を呈する検波回
路１３の出力を増幅する電圧増幅器１４の出力は、バン
ドパスフィルタ１５に与えられる。

ごごで、フィルタ１５は５１１ｚを中心に通過する特性
を有し、これを図示すると第９図のようになる。この場
合５　Ｈｚ近傍が通過帯域でありこれの２倍の１０１１
ｚ近傍では充分減衰することが望ましい。

バンドパスフィルタ１５の出力はサンプリングホールト
回路１６により、サンプリングホールドされる。このと
きの・リンプリングパルスはサンプリングパルス発生器
２３によって作られているが、このサンプリングパルス
発生器２３は発振器２１の出力である正弦波のゼロクロ
ス点によりトリガーされる遅延回路２２の出力でトリガ
ーされる。この場合遅延回路２２の遅延量はサンプリン
グパルスによりハシ１′パスフイルタ１５の出力の変化
点（ゼロクロス間の中央点）をサンプリングできるよう
に設定されζいる。このところの関係を第１０図に示し
ている。図中（ａｌは発振器２１の出力波形、（ｂ）は
遅延回路２２の出力波形、（Ｃ）はリンプリングパルス
発生器２３の出力つまりサンプリングパルス、ｆｄｌは
上述した第６図のｃ　ｊＪ（域に対応して検波回路１３
の出力より得られるフィルタ１５の出力波形、（ｅ）は
同様にｄ　ｆｉｌ域に対応して検波回路１３の出力より
得られるフィルタ１５の出力波形で、同図からも判るよ
うにサンプリングパルスｆｃ）がフィルタ１５の出力つ
まり（ｄｌ又は（ｅ）のピーク点をサンプリングできる
ようにしている。即ち、サンプリングホールド回路１６
の出力により、発振器２１の位相を基準にしたときの、
フィルタ１５の出力の位相が弁別されることになる。こ
こで第１０図中ｆｆ）は最良点における検波回路１３の
出力（即ち第８図（ｂｌに示された実質的に１０１１ｚ
の信号出力）を第９図の特性を有するフィルタ１５に通
して得られる出力波形で、この場合かかるフィルタ１５
により出力電圧はＯｖになる。

この結果サンプリングホールド回路１６の出力には焦点
の度合、即ち、前ピンか後ピンか合焦かに応した焦点誤
差信号つまり誤差電圧が生じることになり、焦点が最良
のときはＯｖになる（第１０図（ｆ））。そしてこの焦
点誤差電圧は混合器１９にＩｊえられる。従って焦点誤
差電圧が変調信号に混合され、電流増幅器２４にて電流
増幅され、ｌ￥１′流可逆モータ９に供給される。これ
によりモータ９にバイブレーションが生じ焦点距離が更
に変調されることになるが、このときのループ系を負帰
還とすることにより焦点誤差電圧が零になるように制御
され、この結果自動的に最良の焦点距離が得られること
になる。

ところで、このように常時焦点距離が変調されていると
、これが映像信号に視覚的なフリッカとして悪影響を与
えることが考えられる。そこで本例の装置ではトランジ
スタ２５により変調をオンオフするようにしている。す
なわちトランジスタ２５がオン状態では混合器１９の出
力を接地して焦点制御を停市するようにしている。°こ
れは常時焦点制御を行なう必要がないからで、被写体が
焦点距離方向に移動したときのみ焦点制御をかけ、焦点
が一致１．たのち制御ループを断って変調による画質劣
化を防ぐようにしている。この場合、■−動スイノチ２
７がオンされるとフリップフロップ１８の出力てが“１
”から“０゛となり抵抗２６を介してトランジスタ２５
がオフされる。これにより焦点制御が開始され、やがて
焦点が最良になるとサンプリングホールド回路１６の出
力がＯ■近傍となる。するとこの出力はセンサ１７によ
り検出されるが、このときの出力がセンサ１７に設定さ
れたスレッシュホールド内に入るとセンサ１７の出力が
“１”から“０”に切替わる。これによりフリップフロ
ップ１８がリセットされ出力Ｑが“０”から“１′″と
なりトランジスタ２５がオンされる。この結果スイッチ
２７が押されてから焦点制御が開始され、合焦調節が最
良になると同時に制御ループが断たれ、最良の状態が保
持されることになる。その後はスイッチ２７に対し指令
を与えない限り焦点制御は行われない。

一方、第２図につき上述したとおり、映像信号６に同期
する複合同期信号３０は垂直同期信号分離器２８．水平
同期信号分離器２９により夫々垂直同期信号と水平同期
信号に分離されている。

この分離された各信号はウィンドパルス発生器３１、３
２をトリガし、各ウィンドパルスはアンドゲート３３に
与えられる。するとアンドゲート３３には垂直方向と水
平方向を夫々ウィンドパルスによってゲートされた信号
が生じる。そして、この信号はスイッチ３４を通してア
ナログゲート１１に与えられる。従ってスイッチ３４を
オンすることにより第１１図に示すように画面の一部分
をマスキングすることができ図示斜線上の映像信号のみ
に対し、即ち、画面内の特定領域を合焦対象範囲とした
焦点制御を行なうこともできる。

上記スイッチ３４は操作者の任意により外部から容易に
操作可能であるため所望に応じて、スイッチ３４をオフ
すれば全画面に対する焦点制御が行われる。尚、）−述
したところから容易に了解されるとおり、アナログゲー
　ト１１を第２図のように配設するに代えて、同様の機
能を有するゲート手段を、微分回路１２からモータ９へ
到る信号系路中の適所に介挿するよ・うに設けても、本
例同様に合焦対象領域を特定することができる。

第２図につき一ト述したところから当然であるが、ウィ
ンドパルス発生器３１及び３２の回路定数を可変乃至は
半固定となるように設計すれば、画面内における合焦対
象範囲を、更に広範囲に選択可能となる。従って、画面
中央の人物を撮影するために、その人物の上半身を含む
画面中央の矩形のエリアを合焦対象範囲に選んだり、あ
るいは、スポーツ競技のように動きの速い被写体を画面
全体を合焦対象範囲として撮影したり、更には、木々の
間を飛び交う小鳥を撮ったりワイド撮影時等に合焦対象
範囲を比較的小さな領域に限定するような選択が、所望
に応じて可能となる。

以上のように、本例の装置によれば、被写体に合わせ、
所望に応じて選択した合焦対象範囲について、最良な焦
点距離を自動的に得ることができるので、従来の被写体
の動きに合わせその都度焦点合わせ操作を行なうのに比
べこのための手間を大巾に省くことができ、し、かも正
確な焦点位置が得られることから常に鮮明な画面を得る
ことができる。また、変調によるフリッカ状の画面劣化
に対しては焦点が最良状態に制御されるとこれと同時に
自動的に変調を停止することで画面劣化を防止すること
もできる。

また、撮像光学系のエレメントの振動的変位と、本来の
合焦調節のためのエレメントの駆動が回−の移動手段に
より構成されているため、構成が極めて簡単であり、小
型化が容易である。

尚、この発明は上記実施例にのみ限定されず要旨を変更
しない範囲で適宜変形して実施できる。即ち、上述の実
施例においては、レンズ。

撮像管を含んでなる撮像光学系の−っのエレメントであ
るレンズを光軸方向に振動的に変位させるように構成し
たが、これにかえて、他のエレメントである撮像管乃至
はこの撮像管に代わる固体撮像素子等を振動変位せしめ
るように構成してもよい。

また、撮像光学系のエレメントを移動させる手段は直流
モータに限らず、種々の同種の機能を有する駆動源を適
用できることは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、小電力で動作できるという従来のパッ
シブ方式の自動焦点制御装置の利点を維持しつつ、撮像
光学系のエレメントに微小な振動変位を与えるための手
段と本来の合焦調節のための変位を与える手段とを同一
のもので兼用できるため、極めて構成が簡単となり、小
型化がはかりやすい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の機械的構成部を示す概略
的構成図、第２図は同実施例の電気回路を示すブロック
図、第３図乃至第１１図は同実施例を説明するための図
である。 １−−−−一−−−レンズアッセンブリ　２−−−−−
レンズ３−−−−−一撮像管　　　３　ａ−−−−ター
ゲット４−−−−−−−−−一人射光　　　５−−−−
−−−−−映像プロセッサ６−−−−−一映像１言号　
　７　、　８　、１０−−−−一甲ギア９−−−−−−
直流可逆モータ １１−−−−−アナログゲート　１２−−−一徹分回路
１３−−−−検波回路　　１４−−−一−−−電圧増幅
器１５−−〜−−−バンドパスフィルタ １６−−−−ザンプリングホールド回路１７　−レベル
センサ １　Ｂ−−一−−フリップフロップ　１９−−−−一混
合器２０　　　直流成分除去回路　２１〜〜−一−−−
発振器２２−−−−−遅延回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 撮像レンズ、撮像用光電変換手段等のエレメントを含ん
   でなる撮像光学系と、 上記撮像用光電変換手段の出力信号から高周波成分を抽
   出する高域成分抽出手段と、 上記高域成分抽出手段の出力に基づいて合焦の度合に応
   じた焦点誤差信号を形成する焦点誤差信号形成手段と、 所定周波数のくり返し信号を発生する信号発生手段と、 上記焦点誤差信号形成手段の焦点誤差信号と上記信号発
   生手段の出力信号とを重畳せしめる混合手段と、 上記混合手段の出力に基づいて撮像光学系中の所定のエ
   レメントを光軸方向に振動的に変位せしめることにより
   、上記撮像光学系における結像位置と上記撮像用光電変
   換手段の撮像面との相対位置に変調を与えるとともに上
   記混合手段の出力信号中の上記焦点誤差信号に対応する
   成分の出力レベルに応じて上記撮像光学系中の所定のエ
   レメントを移動させる手段とを具備してなることを特徴
   とする自動焦点制御装置。