JP2699645B2 - 自動焦点調節装置 - Google Patents

自動焦点調節装置

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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、ビデオ・カメラや電子スチル・カメラのよ
うな、電子撮影手段を具備するカメラにおける自動焦点
調節装置に関する。
[従来の技術] 電子撮像手段を具備するカメラでは、電子撮像手段の
出力から得られる画像信号のコントラスト(又は高周波
成分)を検出し、当該コントラストが最大になるように
撮影レンズのフォーカシング・レンズ又は撮像手段を位
置調節する焦点調節方式が知られている。この方式で
は、フォーカシング・レンズ(又は撮像手段)を一方向
に微小距離移動させながら移動前後のコントラストを比
較し、コントラスト値が減少に転じた位置又はその直前
位置にフォーカシング・レンズを停止させるものであ
る。
[発明が解決しようとする課題] この従来方式は、基本的にループ制御であるので、追
従速度が、場合によっては1〜2秒程度になって、遅い
という欠点がある。これは、電子スチル・カメラではレ
リーズ・タイム・ラグとなり、重大な問題になってい
る。
そこで本発明は、より早く合焦点を検出できる自動焦
点調節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] 本発明に係る自動焦点調節装置は、撮影光学系と、前
記撮影光学系によって結像された被写体像を撮像する撮
像手段と、前記撮像手段の出力信号中より画像の尖鋭度
の情報を検出する尖鋭度検出手段と、前記尖鋭度検出手
段より出力された尖鋭度のピーク値を検出するピーク検
出手段と、前記撮影光学系による前記撮影手段への結像
状態を連続的に変化させながら、所定の周期で前記ピー
ク検出手段の出力を検出し、前記ピーク検出手段の出力
が最大となったときの前後に検出された前記ピーク検出
手段の出力及びそのときの前記撮影光学系の位置情報の
比に基づいて、前記ピーク検出手段の出力が最大となる
前記撮影光学系の位置を合焦結像位置として演算し、前
記撮影光学系を前記合焦結像位置へと制御する制御手段
とを備えることを特徴とする。
[作用] 上記手段により、結像状態を変更しながら尖鋭度を検
出でき、短時間に合焦点を検出できる。尖鋭度検出手段
の出力の各画面でのピークは、合焦点と関係がある。最
大ピーク点及びその前後の画面のピーク点との演算によ
り、精度よく合焦点を決定できる。
[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を示す。
10は光学像を電気信号に変換するCCD式撮像素子であ
り、内部は、第2図に示すように、フォトダイオード1
2、フォトダイオード12の電荷を垂直転送する垂直シフ
ト・レジスタ、垂直シフト・レジスタ14からの電荷信号
を水平転送する水平シフト・レジスタ、及び水平シフト
・レジスタ16の出力を増幅する出力アンプ18からなる。
19は撮像素子10を駆動する駆動回路、20は駆動回路19
に所定のタイミングでタイミング信号を供給するタイミ
ング信号発生回路、22は撮像素子10(具体的には出力ア
ンプ18)から出力される撮像信号を輝度信号及び2つの
色信号に変換する映像信号処理回路、24は映像信号処理
回路22の輝度信号出力から尖鋭度(即ち、コントラス
ト)を検出する尖鋭度検出回路、26は被写体光量を測定
する測光回路、28は撮影レンズ、28aはフォーカシング
・レンズ、30はフォーカシング・レンズ28aを光軸方向
に送ると共に、フォーカシング・レンズ28aの移動量を
検出するレンズ送り及び位置検出装置、32は、レンズ送
り及び位置検出回路30のモータを駆動するレンズ駆動回
路、34は全体を制御するシステム制御回路、36は絞り、
38は絞り36を駆動する絞り駆動回路である。
CCD撮像素子10の動作を簡単に説明する。フォトダイ
オード12の電荷の蓄積及び読み出し方法には、フレーム
蓄積モードとフィールド蓄積モードの2つの方法が知ら
れている。フレーム蓄積モードでは先ず、第1フィール
ドで奇数列のフォトダイオード12の電荷を垂直シフト・
レジスタ14に読み出し、水平シフト・レジスタ16に1水
平ライン毎に転送し、水平シフト・レジスタ16で水平転
送する方法である。このとき、出力アンプ18からは、奇
数列の水平ラインの光電変換信号が出力される。第2フ
ィールドでは、偶数列のフォトダイオード12の電荷が垂
直シフト・レジスタ14に読み出され、水平シフト・レジ
スタ16及び出力アンプ18を介して出力される。このよう
に、フレーム蓄積モードでは、垂直方向に隣接するフォ
トダイオードの読み出しが交互に行なわれるので、各フ
ォトダイオード12の蓄積時間は1フレーム、即ち2フィ
ールドとなり、第1フィールドの出力と第2フィールド
の出力とでは、蓄積タイミングが1フィールドずれるこ
とになる。
フィールド蓄積モードでは、第1列の第2列、第3列
と第4列というように、隣接する2列のフォトダイオP
ード12の電荷を垂直シフト・レジスタ14内で加算し、そ
の加算結果を水平シフト・レジスタ16に転送し、水平転
送して出力アンプ18から出力する。第2フィールドで
は、第2列と第3列、第4列と第5列というように第1
フィールドとは異なる組み合わせで隣接する2列のフォ
トダイオード12の電荷を加算し、出力する。このモード
では、各フィールドのフォトダイオード12の蓄積時間
は、第1フィールドと第2フィールドとでは重複しな
い。
レンズ送り及び位置検出装置30は例えば、レンズ駆動
回路32により駆動されるモータ、当該モータの回転を減
速し、且つ回転運動をフォーカシング・レンズ28aの直
線運動に変換する歯車機構、及び、当該歯車機構の一歯
車の回転を検出する回転検出機構からなる。回転検出機
構としては例えば、フォトインタラプタと、フォトイン
タラプタの発光素子と受光素子の間に配置され、回転に
より当該発光素子から当該受光素子への光を断続的に遮
断するパルス板とからなる構成がある。勿論、パルス・
モータを使用するなど、その他の構成も本実施例で利用
できることはいうまでもない。
尖鋭度検出回路24は、例えば第3図に示すように、ハ
イパス・フィルタ(HPF)24aと、HPE24aの出力信号のピ
ークを検出するピーク検出回路24bとからなる。
第4図及び第5図は標準的なケース(被写体距離)に
対する本実施例の制御シーケンスのタイミング・チャー
トを示す。第4図は、合焦点Fを検出する制御シーケン
ス、第5図は本露光の制御シーケンスを示す。この例で
は、撮像素子10をフレーム蓄積モードで動作させてお
り、第4図及び第5図の(c)は奇数列のフォトダイオ
ード12の電荷の垂直シフト・レジスタ14への読み出しパ
ルス、同(d)は偶数列の電荷読み出しパルス同(e)
は垂直シフト・レジスタ14に印加される垂直転送パル
ス、同(f)は水平シフト・レジスタ16に印加される水
平転送パルス、同(g)は映像信号処理回路22から出力
される輝度信号、同(h)は尖鋭度検出回路24から出力
される尖鋭度検出信号、同(i)はレンズ送り及び位置
検出装置30からのレンズ位置検出パルスである。
先ず第4図において、t1〜t6の間にレンズ駆動回路32
からレンズ送り及び位置検出装置30に第4図(b)に示
す駆動電流を供給し、フォーカシング・レンズ28aを至
近距離位置から無限遠距離位置に向けて移動させる。こ
れに先立ち、システム制御回路34は、測光回路26から得
られる被写体光量情報に基づき最適絞り値を決定し、絞
り駆動回路38により絞り36の開口度をセットする。
奇数列読み出しパルス(第4図(c))及び偶数列読
み出しパルス(第4図(d))により、奇数列の読み出
し及び偶数列の読み出しが交互に読み出され、読み出さ
れた電荷信号は、垂直転送パルス(第4図(e))によ
り垂直シフト・レジスタ14を垂直転送され、水平転送パ
ルス(第4図(f))により水平シフト・レジスタ16を
水平転送され、出力アンプ18から出力される。
1フィールドの読み出しの間でもフォーカシング・レ
ンズ28aは移動しているので、映像信号処理回路22から
出力される輝度信号は、各水平ライン単位で、フォーカ
シング・レンズ28aが合焦点Fに近付くに従いシャープ
になり、合焦点から離れるに従いぼやけてくる。即ち、
尖鋭度検出回路24から出力される尖鋭度検出信号は、合
焦点Fを電荷蓄積期間の中心とするフィールド(及びそ
の水平ライン)でピーク値を持つ。図示例では、t2〜t4
を蓄積期間とするフィールド信号(t4〜t5)で、尖鋭度
検出信号の最大値VFが得られる。またこの前後のフィー
ルドからは、レンズ位置A点を蓄積期間の中心とするフ
ィールドの尖鋭度検出信号(ピーク値VA)と、レンズ位
置B点を蓄積期間の中心とするフィールドの尖鋭度検出
信号(ピーク値VB)が得られる。
システム検出回路34は、ピーク値VA,VF,VBと、レンズ
位置検出パルス(第4図(i))とから最適合焦点Fを
演算により求める。即ち、A点とF点の距離をDAF、F
点とB点の距離をDBFとすると、 DAF/DBF=(VF−VA)/(VF−VB) が成立する。DAF,DBFが小さければ、誤差は非常に小さ
い。A点とB点の位置は、レンズ位置検出パルスをカウ
ントすることにより精確に知ることができ、従って、F
点に相当するパスル数、即ち最適合焦点Fの位置を、上
記式から精確に知ることができる。
このように、最適合焦点Fを検出できたら、レンズ28
aをF点に移動させて、本露光を行なう。第5図におい
て、時刻t11からフォーカシング・レンズ28aを無限遠距
離から至近距離方向に移動開始し、レンズ位置検出パル
スのカウント数がF点に相当する値になった時点(t1
3)でレンズ28aを停止する。そして、第1フィールド及
び第2フィールドの読み出しを行なう。t14〜T15に第1
フィールドの静止画映像信号が得られ、t15〜t16に第2
フィールドの静止画映像信号が得られる。
第6図及び第7図は、撮像素子10をフィールド蓄積モ
ードで同させたときの制御シーケンスのタイミング図を
示す。このモードでは、前述したように、各フィールド
の蓄積期間は隣接するフィールドとは重複しない1フィ
ールド時間であり、尖鋭度検出信号の最大値VFの得られ
るのは、合焦点Fを蓄積期間の中に含むフィールドであ
る。第4図の場合と同様に、VA、VF及びVBから合焦点F
を求める。フィールド蓄積モードでは、蓄積時間が各フ
ィールドで重複しないので、合焦点Fを精度よく求める
ことができる。第7図に示すように、このように求めた
合焦点Fにレンズ28aを移動し、第1フィールド及び第
2フィールドの読み出しを行なう。
第8図は第1図の変更例の構成ブロック図を示す。こ
の例では、映像信号処理回路22から出力される輝度信号
を可変利得アンプ36により増幅して尖鋭度検出回路24に
印加している。高精度の自動焦点調節を行なうには、絞
り36が開放されている方が好ましいので、合焦点Fの検
出動作中は、可変利得アンプ36の利得を大きくし、且つ
絞り36を開放側にセットする。
また、電子撮像素子には、電荷蓄積時間を電気的に制
御できる所謂電子シャッタ機能を具備するものがあり、
この電子シャッタ機能を併用すれば、どのような被写体
条件したでも、絞り36を開放側に近くすることができ、
高精度の自動焦点調節が可能になる。
焦点調節は撮影画面の中央の被写体により行なうのが
普通である。従って、第9図に示すように、映像信号処
理回路22から出力される輝度信号から、画面中央部分の
信号を抜き出すゲート回路42を設け、当該ゲート42によ
る画面中央部の輝度信号を尖鋭度検出回路24に供給する
ようにしてもよい。そのためのタイミング信号は、タイ
ミング信号発生回路20から供給される。勿論、本露光の
際には、システム制御回路34は、ゲート回路40の映像信
号処理回路22から出力される輝度信号の全てを通過させ
るように制御する。
CCD式の撮像素子を例に説明したが、本発明は、連続
して撮像信号を出力できるその他の形式の撮像素子を使
用するケースにも適用できる。
フォーカシング・レンズ28aの移動により撮像素子10
の撮像面上の結像状態を変更するカメラを例に説明した
が、勿論、撮像素子10を光軸方向に移動させるカメラに
も本発明を適用できる。
[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、撮影光学系を精度よく且つ短時間に合焦状態に調
節できる。
【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図は
撮像素子10の具体的回路構成図、第3図は尖鋭度検出回
路24の回路構成例、第4図及び第5図はフレーム蓄積モ
ードにおける制御シーケンスのタイミング図、第6図及
び第7図はフィールド蓄積モードにおける制御シーケン
スのタイミング図、第8図及び第9図は変更実施例の構
成ブロック図である。 10:撮像素子、12:フォトダイオード、14:垂直シフト・
レジスタ、16:水平シフト・レジスタ、18:出力アンプ、
19:駆動回路、20:タイミング信号発生回路、22:映像信
号処理回路、24:尖鋭度検出回路、24a:ハイパス・フィ
ルタ、24b:ピーク検出回路、26:測光回路、28:撮影レン
ズ、28a:フォーカシング・レンズ、30:レンズ送り及び
位置検出装置、32:レンズ駆動回路、34:システム制御回
路、36:絞り、38:絞り駆動回路、40:可変利得アンプ、4
2:ゲート回路

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】撮影光学系と、 前記撮影光学系によって結像された被写体像を撮像する
    撮像手段と、 前記撮像手段の出力信号中より画像の尖鋭度の情報を検
    出する尖鋭度検出手段と、 前記尖鋭度検出手段より出力された尖鋭度のピーク値を
    検出するピーク検出手段と、 前記撮影光学系による前記撮像手段への結像状態を連続
    的に変化させながら、所定の周期で前記ピーク検出手段
    の出力を検出し、前記ピーク検出手段の出力が最大とな
    ったときの前後に検出された前記ピーク検出手段の出力
    及びそのときの前記撮影光学系の位置情報の比に基づい
    て、前記ピーク検出手段の出力が最大となる前記撮影光
    学系の位置を合焦結像位置として演算し、前記撮影光学
    系を前記合焦結像位置へと制御する制御手段 とを備えることを特徴とする自動焦点調節装置。
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