JP2699645C - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ビデオ・カメラや電子スチル・カメラのような、電子撮像手段を具
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像手段への結像状態をその移動範囲全域にわたって連
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
撮像光学系の移動中における前記ピーク検出手段の出力の最大値（ＶＦ）とその
最大値の前後にそれぞれ検出された前記ピーク検出手段の出力（ＶＡ，ＶＢ）と
の差分の比（ＶＦ−ＶＡ）／（ＶＦ−ＶＢ）と、前期ピーク検出手段の出力（Ｖ
Ａ，ＶＢ）にそれぞれ対応する前記撮影光学系の位置情報と合焦結像位置との差
分（Ｄ_AF，Ｄ_BF）の比（Ｄ_AF／Ｄ_BF）とが、Ｄ_AF／Ｄ_BF＝（ＶＦ−ＶＡ）／（Ｖ
Ｆ−ＶＢ）の関係となることに基づいて、前記合焦結像位置を演算し、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１２、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１
６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
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（Ｈ
ＰＦ）２４ａと、ＨＰＦ２４ａの出力信号のピークを検出するピーク検出回路２
４ｂ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１
４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。 システム制御回路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Ｄ_AF、Ｆ点とＢ点の距離をＤ_BFとすると、 Ｄ_AF／Ｄ_BF＝(ＶＦ−ＶＡ)/(ＶＦ−ＶＢ) が成立する。Ｄ_AF，Ｄ_BF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点に相当するパルス数、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２８ａ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２
８ａ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（ｔ１３）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〜Ｔ１
５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を映像信号処理回路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 ３
２：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 ４２：ゲート回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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その移動範囲全域にわたっ
   て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、
   前記撮像光学系の移動中における前記ピーク検出手段の出力の最大値（ＶＦ）と
   その最大値の前後にそれぞれ検出された前記ピーク検出手段の出力（ＶＡ，ＶＢ
   ）との差分の比（ＶＦ−ＶＡ）／（ＶＦ−ＶＢ）と、前期ピーク検出手段の出力
   （ＶＡ，ＶＢ）にそれぞれ対応する前記撮影光学系の位置情報と合焦結像位置と
   の差分（Ｄ_AF，Ｄ_BF）の比（Ｄ_AF／Ｄ_BF）とが、Ｄ_AF／Ｄ_BF＝（ＶＦ−ＶＡ）／
   （ＶＦ−ＶＢ）の関係となることに基づいて、前記合焦結像位置を演算し、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。