JP2621412B2 - 撮像装置 - Google Patents

撮像装置

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JP2621412B2 JP63224771A JP22477188A JP2621412B2 JP 2621412 B2 JP2621412 B2 JP 2621412B2 JP 63224771 A JP63224771 A JP 63224771A JP 22477188 A JP22477188 A JP 22477188A JP 2621412 B2 JP2621412 B2 JP 2621412B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はビデオ・カメラなどの撮像装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、ビデオ・カメラなどの撮像装置では、撮像素子
の出力信号を使って撮影光学系のオート・フォーカスを
行う自動合焦装置が知られている。このオート・フォー
カスの基本原理を簡単に説明すると、撮影画面の所定位
置に測距用の窓を設定し、当該窓に相当する信号部分の
高周波成分が最大になるように、撮影光学系のフォーカ
シング・レンズの位置を制御するものである。即ち、合
焦状態から遠く離れた状態では、撮像素子の撮像面(特
に、その測距窓)での光学像は空間周波数の低い、ぼけ
た像であり、測距窓からの信号も高周波成分をあまり含
んでいない。ところが、フォーカシング・レンズを移動
させ、合焦位置に近づくに従い、撮像面の光学像も高い
空間周波数成分を持つようになり、最終的に、合焦点で
は、撮像面の光学像は最も高い空間周波数成分を持つよ
うになる。この空間周波数成分が、測距窓からの信号の
高周波成分に反映しているので、測距窓からの信号の高
周波成分の大小により、合焦点が否かを判別できること
になる。
そこで、従来は、合焦点での高周波成分を通過させる
バンド・パス・フィルタ(BPF)を用意し、撮像信号の
輝度信号成分からゲート回路により当該測距窓に相当す
る信号部分を取り出し、当該BPFで高周波成分を抽出
し、積分回路で積分する。そして、当該積分回路の積分
結果を、フォーカシング・レンズの直前の位置での積分
結果と比較し、積分値が最大になった位置で合焦点と判
断する。最大か否かは、積分値が増大する間は、比較を
繰り返し、積分値が減少に転じた段階で、直前値が最大
であると判断できる。即ち、山登りをする場合に類似す
るので、山登り法と呼ばれている。フォーカシング・レ
ンズは、積分値が減少に転じた時点で、直前の位置まで
戻されることになる。
なお、通常は、上記BPFでは、合焦点から大きく外れ
ている場合に、感度が低く、従って合焦点に近づくフォ
ーカシング・レンズの移動方向を判定できないので、よ
り低い周波数でのろ波特性を持つBPFを1つ又は2つ設
け、合焦点に近づくに従い、これらBPFを切り換えるよ
うにしている。
〔発明が解決しようとする課題〕
カラー撮像装置には、単板式、2板式、3板式などが
あるが、何れも、一旦、輝度信号を作成し、この輝度信
号をもとに、上記山登り制御により合焦制御を行ってい
た。山登り制御では、フォーカシング・レンズは必ず、
一度合焦点を通過し、その後に少し戻るので、撮影者に
少なからず不快感を与えてしまう。また、モータの特性
上、急速に逆回転させるのは、慣性のために極めて困難
であり、従って、合焦スピードを高速化できないという
問題点があった。
これに対しては、ピエゾ素子によりフォーカシング・
レンズを光軸方向に微小振動させ、そのときの輝度情報
の変化から合焦点を判定し、フォーカシング・レンズを
合焦点に停止させるという方式も提案されたが、この方
法では、フォーカシング・レンズを微小振動させるため
の振動用アクチュエータが必要になり、製造コスト及び
消費電力の増大を招く。
そこで本発明は、より高速の合焦スピードを得られる
撮像装置を提示することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に係る撮像装置は、撮像手段より出力された輝
度信号成分中より合焦度を検出する第1の検出手段と、
前記撮像手段より出力された色信号成分中より合焦度を
検出するように構成され、前記第1の検出手段より合焦
判定範囲の広い第2の検出手段と、前記第1の検出手段
によって検出された合焦度と前記第2の検出手段によっ
て検出された合焦度を演算して合焦判定する合焦判定手
段とを備えたことを特徴とする。
〔作用〕
上記第1及び第2の検出手段で、最適合焦点位置を相
違させることにより、フォーカシング・レンズを後退さ
せることなしに、撮影画像を合焦範囲内に収めることが
できる。従って、合焦速度を高速化でき、上記レンズの
後退による撮影画面の不快なブレが無くなる。
〔実施例〕
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
第1図は本発明の一実施例の構成ブロック図、第2図
は2板式カメラにおける輝度信号と色信号の合焦時の周
波数分布、第3図はレンズ位置に対する高周波成分の積
分出力を示す。先ず、第2図及び第3図を参照して、本
実施例の基本原理を説明する。合焦判定用のBPFとして
は、輝度信号に対しては中心周波数fy、色信号に対して
は中心周波数fcのものを用意し、そのろ波出力の積分出
力は、レンズ位置に対してそれぞれ第3図の特性Py,Pc
になる。即ち、色信号の特性Pcは、レンズ位置に対して
なめらかに変化し、且つ合焦精度が緩いので、合焦範囲
が広い。これに対して、輝度信号の特性Pyはレンズ位置
に対して鋭く変化し、且つ合焦精度が厳しいので、合焦
範囲が狭い。従って本実施例では、第3図の特性Py,Pc
に示すように、輝度信号の合焦ピークが色信号の合焦限
界近くに位置するように、輝度信号用撮像素子及び色信
号用撮像素子の位置関係を設定する。
例えばフォーカシング・レンズを位置,,,…
と移動させた場合、色信号に注目すると、レンズ位置
の積分出力がレンズ位置の積分出力より少なくなって
おり、レンズ位置が合焦点と判定されるが、レンズ位
置は、輝度信号で見た場合には依然として合焦範囲内
にある。このような位置に両撮像素子を配置するわけで
ある。
第1図を説明する。10は撮影光学系、12は赤外カット
・フィルタ、14はプリズムからなる光分割器、16,18は
水晶LPF(ロー・パス・フィルタ)、20はカラー・フィ
ルタ、22は輝度信号用撮像素子、24は色信号用撮像素
子、26,28は二重相関サンプリングなどを行って撮像素
子22,24の1/fノイズを除去するS/H回路、30,32はガンマ
補正回路、34はレベル・バランス(LB)やホワイト・ニ
ーなどの処理を行う輝度信号処理回路、36はホワイト・
バランスなどの処理を行う色信号処理回路、38は輝度信
号処理回路34の出力に同期信号を付加する加算器であ
る。加算器38から輝度信号が得られ、色信号処理回路36
から色差信号R-Y,B-Yが得られる。40は撮像素子22,24に
駆動信号を供給し、S/H回路26,28のサンプリング・クロ
ックを供給するパルス発生回路である。以上の部分は、
通常の2板式撮像装置として公知の構成である。
また、42Aは第2図に示す中心周波数fyのろ波特性のB
PF、42Bはこれより広い、又はより低い中心周波数での
ろ波特性を持つBPF、44Aは第2図に示す中心周波数fcの
ろ波特性のBPF、44Bはこれより広い、又はより低い中心
周波数でのろ波特性を持つBPFである。即ち、合焦点付
近ではBPF42A,44Aを用い、合焦点から離れた低感度の部
分ではBPF42B,44Bを用いる。46,48はそのための切換ス
イッチである。50,52は検波回路、54,56はパルス発生回
路40からのゲート信号に従い、測距枠に相当する信号部
分を通過させるゲート回路、58,60はゲート回路54,56の
出力を積分する積分回路、62,64はA/D変換器、66はシス
テム・コントローラである。システム・コントローラ66
がスイッチ46,48の切換を制御する。68はシステム・コ
ントローラ66からの指示に従い、光学系10のフォーカシ
ング・レンズ(図示せず)を駆動するアクチュエータで
ある。
光学系10の入射光は、フィルタ12及び光分割器14を介
して撮像素子22,24に入射し、撮像素子22,24は対応する
電気信号を出力する。撮像素子22,24の出力はS/H回路2
2,4により1/fノイズを除去され、ガンマ補正回路30,32
を介してそれぞれ輝度信号処理回路34及び色信号処理回
路36に入力する。輝度信号処理回路34でレベル・バラン
ス及びホワイト・ニーなどの処理をされた信号は加算器
38に印加され、そこで同期信号を付加され、輝度信号Y
になる。また、色信号処理回路36はホワイト・バランス
などの処理を行い色差信号R-Y,B-Yを出力する。
自動合焦動作のために、輝度信号処理回路34の出力は
BPF42A,42Bに印加され、色信号処理回路36の出力はBPF4
4A,44Bに印加される。システム・コントローラ66は検出
感度に従いスイッチ46,48を切り換えてBPF42A,44A;42B,
44Bを選択する。BPF42A,44A;42B,44Bで抜き出された周
波数成分は検波回路50,52で検波され、ゲート回路54,56
により測距枠部分の信号のみが積分回路58,60に入力さ
れる。積分回路58,60の出力はA/D変換器62,64によりデ
ィジタル化され、システム・コントローラ66内に取り込
まれる。システム・コントローラ66は、現在の積分値と
直前の積分値とを比較し、現在の積分値が直前の積分値
よりも減少するレンズ位置でフォーカシング・レンズを
停止させる。
例えば、今レンズが第3図のに相当する位置にあ
り、合焦動作を開始して、レンズを,,…と移動さ
せるとする。色信号で見た場合にはレンズ位置の積分
出力がレンズ位置の積分出力より少なくなっており、
レンズ位置が合焦点と判定されるが、レンズ位置
は、輝度信号で見た場合には依然として合焦範囲内にあ
る。このように両撮像素子を配置するわけである。従っ
て、レンズ位置でレンズ駆動を停止すればよく、レン
ズを位置に戻さずに済む。
また、第3図から分かるように、特性Pyと特性Pcの合
成特性Py+Pcでは、特性Pyのピーク(輝度信号の合焦
点)と、特性Pcのピーク(色信号の合焦点)との中間に
ピークがあり、従って、積分回路58,60の出力の重み付
き又は重み無しでの和が減少に転ずるレンズ位置を検出
し、その位置でフォーカシング・レンズを停止させて
も、輝度信号(及び、当然に色信号)について合焦状態
が得られる。
第1図の実施例では色信号について色差信号R-Yを用
いたが、勿論、色差信号B-Yでもよい。また、輝度信号
用撮像素子22を、第3図の破線で示す特性Py2に相当す
る位置に配置しても同様の作用効果を得ることができ
る。
第4図は本発明の別の実施例の構成ブロック図を示
す。この実施例では、色信号用撮像素子24の出力から輝
度信号を作成し、合焦判定に利用する。70は、ガンマ補
正回路32から出力される信号(例えば、R,G,B信号)か
ら輝度信号を作成する輝度作成回路、72は輝度作成回路
の出力に輝度信号処理を施す輝度信号処理回路である。
輝度信号処理回路72は輝度信号処理回路34と同様の機能
を持つ。そして輝度信号処理回路72の出力をBPF74A,74B
に印加する。
輝度信号処理回路34の出力をy1、輝度信号処理回路72
の出力をy2とすると、合焦時における周波数分布は、第
5図のようになる。BPF74Aの中心周波数を第5図のfy2
とし、BPF74BをBPF74Aよりも通過帯域が低周波数側に広
いか、又はより低い中心周波数でのろ波特性を持つよう
にする。第6図は、レンズ位置に対するBPF42A,74Aの出
力の積分値の変化を示す。R1が輝度信号y1の特性、R2
y2に対する特性、R1+R2が、輝度信号y1に関する積分値
と輝度信号y2に関する積分値との和に対する特性を示
す。輝度信号y2の場合には、合焦特性R2が色信号の場合
よりも急峻であり、そのピークを少し通過した位置で輝
度信号y1の合焦特性R1のピークがくるように、撮像素子
22,24を配置する。従って、特性R2に対して破線の特性R
3になるように、撮像素子22を配置してもよい。
合焦に関する動作は第1図の場合と基本的に同じであ
る。この実施例では、輝度信号y2の合焦特性が色信号の
場合に比べて急峻であり、全体として合焦判定を行い易
いという利点がある。
なお、撮像素子22,24のフォーカシング・レンズに対
するずれ量は、極く小さいものであり、実際上問題にな
らない。また、色信号は輝度信号に対して帯域が低く感
度が低いので、撮像素子の位置をずらしても充分許容範
囲内とすることができる。
〔発明の効果〕
以上の説明から容易に理解できるように、本発明によ
れば、従来の山登り制御のように、合焦点にフォーカシ
ング・レンズを位置決めするために、少しフォーカシン
グ・レンズを少し後退させる必要が無くなる。従って、
合焦に達する時間を短縮でき、レンズの逆進が無いこと
から、不快感なしに撮影を行える。また、光路変調用の
例えばピエゾ素子のような特別のアクチュエータを用い
なくて済むので、消費電力を節約できる。
また本発明によれば、中心周波数を含む周波数特性が
異なり、合焦点近傍で急峻な特性を呈するが大ぼけ状態
をカバーできるほど帯域が無い輝度信号と、合焦点近傍
で急峻な特性は得られないものの、低域成分を含むので
大ぼけ状態となっても焦点状態を検出可能である色信号
の性質を、それぞれうまく利用したので、結果として大
ボケから合焦近傍までの広い範囲で焦点状態を検出可能
になり、且つ合焦近傍では正確な合焦判定が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の構成ブロック図、第2図及
び第3図は第1図の特性図、第4図は本発明の別の実施
例の構成ブロック図、第5図及び第6図は第4図の特性
図である。 10……撮影光学系、12……赤外カット・フィルタ、14…
…光分割器、16,18……水晶LPF、20……カラー・フィル
タ、22……輝度信号用撮像素子、24……色信号用撮像素
子、34,72……輝度信号処理回路、36……色信号処理回
路、40……パルス発生回路、50,52……検波回路、54,56
……ゲート回路、58,60……積分回路、66……システム
・コントローラ、68……アクチュエータ、70……輝度信
号作成回路

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】撮像手段より出力された輝度信号成分中よ
    り合焦度を検出する第1の検出手段と、前記撮像手段よ
    り出力された色信号成分中より合焦度を検出するように
    構成され、前記第1の検出手段より合焦判定範囲の広い
    第2の検出手段と、前記第1の検出手段によって検出さ
    れた合焦度と前記第2の検出手段によって検出された合
    焦度を演算して合焦判定する合焦判定手段とを備えたこ
    とを特徴とする撮像装置。
  2. 【請求項2】前記撮像手段は複数の撮像素子を含み、前
    記輝度信号成分及び前記色信号成分はそれぞれ別個の撮
    像素子から出力されることを特徴とする特許請求の範囲
    第(1)項に記載の撮像装置。
  3. 【請求項3】前記輝度信号成分による合焦最適点と前記
    色信号成分による合焦適点とが許容範囲内においてずれ
    ているように、前記輝度信号成分を出力する撮像素子と
    前記色信号成分を出力する撮像素子を配置した特許請求
    の範囲第(2)項に記載の撮像装置。
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