JP2810403B2 - Automatic focusing device - Google Patents

Automatic focusing device

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JP2810403B2
JP2810403B2 JP1077063A JP7706389A JP2810403B2 JP 2810403 B2 JP2810403 B2 JP 2810403B2 JP 1077063 A JP1077063 A JP 1077063A JP 7706389 A JP7706389 A JP 7706389A JP 2810403 B2 JP2810403 B2 JP 2810403B2
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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等に用いて好適な自動焦点整合
装置に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automatic focusing device suitable for use in a video camera or the like.

[従来の技術] 従来、ビデオカメラ等において、撮像素子より得られ
る映像信号より撮像画面上の被写体像の鮮鋭度を検出
し、鮮鋭度が最も高くなるように光学系を駆動すること
により焦点合わせを行なう方式が知られている。この方
式は基本的にはバンドパスフイルタ(以下BPFと略す)
あるいは微分回路等によって抽出した映像信号の高周波
成分の強度を像の鮮鋭度の評価値とし、光学系を駆動し
て得られる結像状態の異なる2つの像の鮮鋭度を比較す
ることにより光学系の駆動方向を決定し、鮮鋭度が最大
となった位置で光学系を停止するものである。
[Prior Art] Conventionally, in a video camera or the like, focusing is performed by detecting the sharpness of a subject image on an imaging screen from a video signal obtained from an imaging element and driving an optical system so that the sharpness is maximized. Is known. This method is basically a bandpass filter (hereinafter abbreviated as BPF).
Alternatively, the intensity of a high-frequency component of a video signal extracted by a differentiating circuit or the like is used as an evaluation value of the sharpness of an image, and the sharpness of two images having different imaging states obtained by driving the optical system is compared. Is determined, and the optical system is stopped at the position where the sharpness is maximized.

前記鮮鋭度の評価値は一般の被写体を撮影した場合、
レンズの繰出量に応じて第5図に示すような山状の変化
を呈し、この山の頂上であるA点が合焦点である。
The evaluation value of the sharpness is obtained when a general subject is photographed,
FIG. 5 shows a mountain-like change in accordance with the amount of lens extension, and the point A at the top of this mountain is the focal point.

この方式においてレンズの繰出状態が初めB点にあっ
たとすると、合焦動作開始とともに山を登り始め、A点
を通り過ぎ、山の頂上を通り過ぎたことを確認した後に
再びA点に戻るといった一連の動作を行なう。これらの
動作における光学系の駆動速度は、一般に第5図の
(ハ)の領域においては大きくボケている状態であり、
速い方が好ましい。また合焦近傍である(イ)の領域は
ハンチングを生じることなく精度よく合焦点位置に停止
させるために、比較的駆動速度は遅い方が好ましい。ま
た、これらの間の(ロ)の領域では合焦速度と合焦精度
の両者のかね合いから中間的な速度が好ましい。
In this method, assuming that the extended state of the lens is initially point B, a series of steps such as starting climbing the mountain at the start of the focusing operation, passing point A, confirming that the lens has passed the top of the mountain, and then returning to point A again. Perform the operation. The driving speed of the optical system in these operations is generally largely blurred in the region (c) of FIG.
Faster is preferred. In order to accurately stop at the focus position without causing hunting in the area (a) near the focus, it is preferable that the driving speed is relatively slow. In the region (b) between these, an intermediate speed is preferable in consideration of both the focusing speed and the focusing accuracy.

これらの駆動速度の判別手段としては、第5図に示す
ように、高周波成分の量等の合焦評価値のレベルによる
ものでは、曲線の山の形状及び山の頂上の値が輝度に応
じて変化し、被写体によりまちまちであるため好ましく
ない。従って第7図(a)にFA,FB,FCで示すような複数
の互いに帯域幅の異なるBPFを設け、これらそれぞれの
出力に応じて第6図に示すような比較により駆動速度を
判別する方法が考えられる。光学系により結像された被
写体像が撮像面から大きく離れていた場合は所謂大ボケ
状態であり、映像信号の周波数成分は高域が少なく、第
7図(b)の特性aに示す如く低域の成分のみが検出さ
れる。従って同図(a)のFAで示すように通過帯域の低
いBPFの出力のみが大きくなる。被写体像が合焦状態に
近づくにつれ同図(b)のb,cに示す如く映像信号に含
まれる周波数成分は高域側も含まれるようになり、同図
(a)にFB,FCで示すように、中域、高域を通過帯域と
するBPFの出力も大きな値となる。第6図はこれらBPFの
出力と光学系の駆動速度との関係を示したものである。
As shown in FIG. 5, as a means for determining these drive speeds, as shown in FIG. 5, when the focus evaluation value level such as the amount of the high-frequency component is used, the shape of the peak of the curve and the value of the peak are determined according to the luminance. This is not preferable because it changes depending on the subject. Accordingly, a method of providing a plurality of BPFs having different bandwidths as indicated by FA, FB, and FC in FIG. 7A and determining the drive speed by comparison as shown in FIG. 6 in accordance with their respective outputs. Can be considered. When the subject image formed by the optical system is far away from the imaging surface, it is in a so-called large blur state, and the frequency component of the video signal has a small high frequency range and is low as shown by the characteristic a in FIG. 7 (b). Only the components of the region are detected. Accordingly, only the output of the BPF having a low pass band increases as indicated by FA in FIG. As the subject image approaches the in-focus state, the frequency components included in the video signal also include the high frequency side as shown by b and c in FIG. 2B, and are indicated by FB and FC in FIG. As described above, the output of the BPF having the pass band of the middle band and the high band also has a large value. FIG. 6 shows the relationship between the output of the BPF and the driving speed of the optical system.

すなわち、BPF FA,FB,FCのそれぞれの出力レベルに
応じて第7図(b)に示す周波数特性を検出し、これに
もとづいて第5図の特性曲線の山の(イ),(ロ),
(ハ)のどの領域に撮像レンズが位置しているかを判別
し、レンズ駆動速度を上記各領域に対応して低速、中
速、高速に切り換え制御するものである。これによって
合焦点から大きくはずれた位置ではレンズ駆動速度を速
くして合焦までの時間を短縮し、合焦点に近づくにつれ
てレンズ駆動速度を遅くし、合焦点近傍ではさらに低速
として、ハンチングや合焦点以外の位置で停止してしま
う等の誤動作を防止することができ、迅速で高精度の焦
点整合装置を提供することができる。
That is, the frequency characteristics shown in FIG. 7 (b) are detected according to the respective output levels of the BPF FA, FB and FC, and based on this, the peaks (a) and (b) of the characteristic curve in FIG. ,
In (c), it is determined in which region the imaging lens is located, and the lens driving speed is controlled to be switched between low speed, medium speed, and high speed in accordance with each of the above regions. As a result, the lens drive speed is increased at a position far from the focal point to shorten the time until focusing, and the lens drive speed is reduced as the focal point is approached. A malfunction such as stopping at a position other than the above can be prevented, and a quick and highly accurate focusing device can be provided.

[発明が解決しようとしている問題点] しかしながら上記従来例では、被写体の輝度、パター
ンにより、映像信号中に含まれる高周波成分の値を始め
として各周波数帯域の成分が変化するため安定な検出及
び速度制御を行なうことができず、被写体によっては駆
動速度制御が不十分で合焦するまでの時間(以下合焦速
度とする)が長くなったり、あるいは合焦精度が悪化す
ることがある。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the above-described conventional example, since the components of each frequency band including the value of the high-frequency component included in the video signal change depending on the brightness and pattern of the subject, stable detection and speed are achieved. Control cannot be performed, and depending on the subject, the drive speed control is insufficient and the time until focusing (hereinafter referred to as the focusing speed) may be long, or the focusing accuracy may be deteriorated.

また、焦点距離や絞り値に応じてもレンズ駆動量と合
焦度の変化の特性が変化するため、被写体によらず常に
正確で安定な焦点調節動作を行うことは困難であった。
Further, since the characteristics of the lens drive amount and the change of the degree of focus change depending on the focal length and the aperture value, it is difficult to always perform an accurate and stable focus adjustment operation regardless of the subject.

[問題点を解決するための手段] 本発明は上述の問題点を解決するためになされたもの
で、その請求項(1)に記載の発明の特徴とするところ
は、撮影レンズにより撮像面に結像された被写体像を映
像信号に変換して出力する撮像手段と、前記映像信号中
に含まれる高周波成分を検出する手段と、前記映像信号
中より被写体像のエッジの鮮鋭度に応じた前記高周波成
分よりも急峻な特性を有する鮮鋭度成分を検出する手段
と、前記高周波成分のレベルが最大となるように前記撮
影レンズと前記撮像面との相対位置を変化させて山登り
制御を行う駆動手段と、前記鮮鋭度成分のレベルを所定
のしきい値を比較することによって、前記鮮鋭度成分の
レベルが増大するにしたがって前記駆動手段の駆動速度
を段階的に減速するとともに、前記しきい値を被写界深
度に応じて変化させることにより、被写界深度にかかわ
らず、合焦点位置に対する前記駆動速度の切り換えポイ
ントの位置が一定となるように制御する制御手段とを備
えた自動焦点整合装置にある。
[Means for Solving the Problems] The present invention has been made to solve the above problems, and the feature of the invention described in claim (1) is that an image pickup surface is formed by a photographing lens. An imaging unit that converts the formed subject image into a video signal and outputs the video signal, a unit that detects a high-frequency component included in the video signal, and the video signal that corresponds to a sharpness of an edge of the subject image from the video signal. A means for detecting a sharpness component having a steeper characteristic than a high-frequency component, and a driving means for performing a hill-climbing control by changing a relative position between the photographing lens and the imaging surface so that the level of the high-frequency component is maximized. And comparing the level of the sharpness component with a predetermined threshold value, so that the drive speed of the drive means is reduced stepwise as the level of the sharpness component increases, and the threshold is reduced. Control means for controlling the switching point of the drive speed with respect to the in-focus position to be constant irrespective of the depth of field by changing the value in accordance with the depth of field. In the matching device.

また本願の請求項(2)に記載の発明の特徴とすると
ころは、撮影レンズにより撮像面に結像された被写体像
を映像信号に変換して出力する撮像手段と、前記映像信
号中に含まれる鮮鋭度を焦点評価値として検出する手段
と、前記焦点評価値のレベルが最大となるように前記撮
影レンズと前記撮像面との相対位置を変化させて山登り
制御を行う駆動手段と、前記焦点評価値のレベルを所定
のしきい値を比較することによって、前記焦点評価値の
レベルが増大するにしたがって前記駆動手段の駆動速度
を段階的に減速するとともに、前記しきい値を被写界深
度に応じて変化させることにより、被写界深度にかかわ
らず、合焦点位置に対する前記駆動速度の切り換えボイ
ントの位置が一定となるように制御する制御手段とを備
えた自動焦点整合装置にある。
Further, the invention according to claim 2 of the present application is characterized in that an imaging means for converting a subject image formed on an imaging surface by an imaging lens into a video signal and outputting the video signal, Means for detecting the sharpness to be obtained as a focus evaluation value, driving means for performing hill-climbing control by changing the relative position between the photographing lens and the imaging surface so that the level of the focus evaluation value is maximized, and By comparing the level of the evaluation value with a predetermined threshold value, the drive speed of the driving unit is gradually reduced as the level of the focus evaluation value increases, and the threshold value is set to a depth of field. Control means for controlling the position of the drive speed switching point with respect to the in-focus position to be constant regardless of the depth of field. Located in.

[作用] 被写体の状況、種類によらず、一定の合焦速度と合焦
精度を得ることができる。更に光学系の絞り値及び、焦
点距離を検出し、上記駆動速度を変化させるボケ幅検出
出力の設定値を変更することにより、絞りの状態や、ズ
ーミングの状態によらず、一定の合焦速度と合焦精度を
得ることができる。
[Operation] It is possible to obtain a constant focusing speed and a constant focusing accuracy regardless of the situation and type of the subject. Further, by detecting the aperture value and the focal length of the optical system and changing the set value of the blur width detection output for changing the drive speed, a constant focusing speed can be obtained regardless of the state of the aperture or the state of zooming. And focusing accuracy can be obtained.

[実施例] 以下本発明における自動焦点整合装置を各図を参照し
ながらその一実施例について詳述する。
[Embodiment] An embodiment of an automatic focusing apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

第1図において、1は撮影レンズを含む光学系、2は
たとえばCCD等の撮像素子、3はプリアンプ、4は撮像
素子2より出力された撮像信号にガンマ補正、ブランキ
ング処理、同期信号の付加等の処理を行なって規格化さ
れたテレビジヨン信号を出力するプロセス回路、5はプ
リアンプ3より出力された撮像信号中焦点検出に用いら
れる所定の帯域の周波数成分を抽出するためのバンドパ
スフイルタ(BPF)、6は高周波成分の量を平均化する
検波回路、7は被写体像のエツジ部の幅から鮮鋭度を検
出するエツジ幅検出回路である。このエツジ部の幅は非
合焦の度合を表わす所謂ボケ幅で、合焦点に近づくほど
小さい値となり、鮮鋭度は高くなるので、本実施例で、
エツジ幅の逆数をもって、鮮鋭度と定義するものとす
る。そしてこのエツジ幅による鮮鋭度は後述するよう
に、被写体のパターン、コントラストの影響を受けな
い。
In FIG. 1, 1 is an optical system including a photographing lens, 2 is an image sensor such as a CCD, 3 is a preamplifier, 4 is gamma correction, blanking processing, and addition of a synchronization signal to an image signal output from the image sensor 2. And a process circuit 5 for outputting a standardized television signal by performing processing such as a band-pass filter (5) for extracting a frequency component of a predetermined band used for focus detection in the image pickup signal output from the preamplifier 3. BPF) and 6 are detection circuits for averaging the amount of high frequency components, and 7 is an edge width detection circuit for detecting sharpness from the width of the edge portion of the subject image. The width of the edge portion is a so-called blur width indicating the degree of out-of-focus, and becomes smaller as the focus approaches, and the sharpness becomes higher.
The reciprocal of the edge width is defined as sharpness. The sharpness based on the edge width is not affected by the pattern and contrast of the subject, as described later.

8は装置全体を制御する論理制御部で、検波回路6、
エツジ幅検出回路7の出力にもとづいて、撮影レンズの
移動方向、移動速度、移動量等を制御する。9は論理制
御部8より出力された駆動制御信号にもとづいて、撮影
レンズ1駆動用モータ10を駆動制御するモータ駆動回
路、11は絞り、12は絞り11の絞り値を検出する絞りエン
コーダ、13は撮影レンズ光学系のズームレンズの焦点距
離を検出するズームエンコーダである。
Reference numeral 8 denotes a logic control unit that controls the entire apparatus.
The moving direction, moving speed, moving amount, and the like of the photographing lens are controlled based on the output of the edge width detecting circuit 7. Reference numeral 9 denotes a motor drive circuit for controlling the drive of the photographing lens 1 drive motor 10 based on a drive control signal output from the logic control unit 8, reference numeral 11 denotes an aperture, reference numeral 12 denotes an aperture encoder for detecting an aperture value of the aperture 11, reference numeral 13 Is a zoom encoder for detecting the focal length of the zoom lens of the taking lens optical system.

以下、この回路の動作について説明する。撮影レンズ
1により撮像面に結像された被写体像は撮像素子2によ
って電気信号に変換され、撮像信号として出力される。
この信号はプリアンプ3によって適当なレベルに増幅さ
れてプロセス回路5へと供給され、たとえばNTSC等の規
格化された映像信号に変換されて出力される。一方、プ
リアンプ3のガンマ補正等を行われていない撮像信号は
バンドパスフイルタ5によって所定の高周波成分のみが
抽出され、検波回路6により画面全体、あるいは測距す
るための限定された領域内におけるピーク値、あるいは
積分値を得て論理制御部8へ出力される。更にプリアン
プ3の出力はエツジ幅検出回路7へも出力され、撮像素
子2の撮像面における被写体像のエツジ幅を計算し、論
理制御部8へ出力される。論理制御部8では検波回路6
及びエツジ幅検出回路7から得られた鮮鋭度情報によ
り、撮影レンズ光学系を駆動させた時の時間的な鮮鋭度
情報の変化により、光学系の駆動方向や、停止、再起動
等の判断を行なう。またエツジ幅検出回路7から得られ
た鮮鋭度情報により光学系の駆動速度を決定する。
Hereinafter, the operation of this circuit will be described. The subject image formed on the imaging surface by the imaging lens 1 is converted into an electric signal by the imaging device 2 and output as an imaging signal.
This signal is amplified to an appropriate level by the preamplifier 3 and supplied to the process circuit 5, where it is converted into a standardized video signal such as NTSC and output. On the other hand, only predetermined high-frequency components are extracted by the band-pass filter 5 from the imaging signal that has not been subjected to gamma correction or the like of the preamplifier 3, and the peaks in the entire screen or a limited area for distance measurement are detected by the detection circuit 6. A value or an integrated value is obtained and output to the logic control unit 8. Further, the output of the preamplifier 3 is also output to an edge width detection circuit 7, which calculates the edge width of the subject image on the imaging surface of the image sensor 2, and outputs the calculated edge width to the logic control unit 8. In the logic control unit 8, the detection circuit 6
Based on the sharpness information obtained from the edge width detection circuit 7, the change in the sharpness information with time when the photographing lens optical system is driven can be used to determine the driving direction of the optical system, and whether the optical system is stopped or restarted. Do. Further, the drive speed of the optical system is determined based on the sharpness information obtained from the edge width detection circuit 7.

そして論理制御部は、検波回路6の出力レベルすなわ
ち映像信号中の高周波成分の量が増大する方向に、撮影
レンズを駆動するよう、モータ駆動回路9を制御し、撮
影レンズを合焦点へと駆動する。
The logic control unit controls the motor drive circuit 9 so as to drive the photographing lens in a direction in which the output level of the detection circuit 6, that is, the amount of the high-frequency component in the video signal increases, and drives the photographing lens to a focal point. I do.

ここで、エツジ幅検出回路7について説明する。エツ
ジ幅の検出出力は、被写体のコントラストや輝度、被写
体像のパターン等に依存しない、被写体像の鮮鋭度を表
わしている。このような方式の具体例はたとえば特開昭
62−103616号にも示されている。これは被写体像のエツ
ジ部分の幅を検出することにより被写体のコントラスト
等によらず、被写体像の鮮鋭度のみを正確に評価したも
のである。ここでエツジ幅検出回路の構成について、第
3図、第4図を用いて説明する。
Here, the edge width detection circuit 7 will be described. The edge width detection output indicates the sharpness of the subject image independent of the contrast and brightness of the subject, the pattern of the subject image, and the like. A specific example of such a method is described in, for example,
It is also shown in 62-103616. In this method, only the sharpness of a subject image is accurately evaluated regardless of the contrast of the subject by detecting the width of an edge portion of the subject image. Here, the configuration of the edge width detection circuit will be described with reference to FIGS.

第3図(a)は、被写体100を結像した撮像画面を示
すものである。この画面において、たとえば直線l上に
おける映像信号の輝度変化を図示すると、第3図(b)
のようになる。縦軸は輝度レベル、横軸は画面上の位置
を示す。被写体100に焦点が合っているものとすれば、
被写体100の部分の映像信号中の輝度レベルは高く、背
景の部分の輝度レベルは低い。輝度信号中の高周波成分
も同様である。いま被写体像のエツジの部分に注目し、
エツジ部分の幅を△X、そのエツジ幅△Xに相当する輝
度差を△Iとする。
FIG. 3A shows an imaging screen in which the subject 100 is imaged. FIG. 3B shows, for example, a change in the luminance of the video signal on the straight line 1 on this screen.
become that way. The vertical axis indicates the luminance level, and the horizontal axis indicates the position on the screen. Assuming that the subject 100 is in focus,
The luminance level in the video signal of the portion of the subject 100 is high, and the luminance level of the background portion is low. The same applies to the high frequency component in the luminance signal. Now pay attention to the edge of the subject image,
It is assumed that the width of the edge portion is ΔX, and the luminance difference corresponding to the edge width ΔX is ΔI.

このエツジ部分の幅△Xは、合焦点に近づくほど小さ
く、非合焦になるほど増大し、合焦点で最小の値を取
る。そして、この△Xは光学系の錯乱円径、撮像素子の
解像力、画像信号処理系の帯域幅によって決定されるも
のであるが、後者の2つの光学系の合焦、非合焦に無関
係であり、前者の錯乱円径は合焦、非合焦状態に応じて
変化する。ただし被写体の状況、輝度の影響は受ない。
したがってこのエツジ幅△Xを検出し、これを最小錯乱
円径と比較することによって合焦、非合焦判定を正確に
行なうことができるわけである。
The width ΔX of the edge portion becomes smaller as the focal point is approached, increases as the focal point becomes out of focus, and takes a minimum value at the focal point. The ΔX is determined by the diameter of the confusion circle of the optical system, the resolving power of the image sensor, and the bandwidth of the image signal processing system, but is independent of the focusing and defocusing of the latter two optical systems. The former circle of confusion changes according to the in-focus state and the out-of-focus state. However, it is not affected by the situation and brightness of the subject.
Therefore, by detecting the edge width ΔX and comparing the edge width with the minimum circle of confusion, it is possible to accurately determine in-focus or out-of-focus.

第4図はエツジ幅検出回路7の内部の構成を示すブロ
ツク図である。
FIG. 4 is a block diagram showing the internal configuration of the edge width detection circuit 7.

同図において、71はプリアンプ3より出力された映像
信号を微分してdl/dxを求める微分回路、72はその絶対
値|dl/dx|をとる絶対値回路、73はエツジ部分の輝度差
△Iを求める回路で、△Iはdl/dxを微小区間において
x方向に積分することによって得ることができる。
In the drawing, 71 is a differentiating circuit for differentiating the video signal output from the preamplifier 3 to obtain dl / dx, 72 is an absolute value circuit for obtaining its absolute value | dl / dx |, and 73 is a luminance difference エIn a circuit for obtaining I, ΔI can be obtained by integrating dl / dx in the x direction in a minute section.

74は△Iを算出するための積分にもとづく遅延時間分
だけ|dl/dx|を遅延させ、演算タイミングを合わせるた
めの遅延回路、75は遅延回路74の出力|dl/dx|を△I演
算回路73の出力△Iで除して(dl/dx)/△I=1/△x
の演算を行なうことによりエツジ幅△xを逆数の形で求
める割算回路である。
74 is a delay circuit for delaying | dl / dx | by the delay time based on the integration for calculating ΔI and adjusting the operation timing, and 75 is the ΔI operation of the output | dl / dx | of the delay circuit 74. Divide by the output △ I of the circuit 73 (dl / dx) / △ I = 1 / △ x
Is a division circuit that obtains the edge width Δx in the form of a reciprocal by performing the following operation.

そしてエツジ幅検出回路7は、エツジ幅Δxを逆数の
形で出力するので、この値が増大するほど合焦点に近い
ことになる。
Since the edge width detection circuit 7 outputs the edge width Δx in the form of a reciprocal, the closer the value is, the closer to the focal point.

さて、論理制御回路8は、検波回路6の出力レベルが
増大する方向に撮影レンズ1を駆動して、焦点整合動作
を行なうとともに、エツジ幅検出回路7の出力による鮮
鋭度1/△xの値にもとづいてモータ駆動回路を制御して
レンズ駆動速度を制御する。すなわち第2図(a)で見
れば、エツジ幅にもとづく鮮鋭度1/△xにもとづいて、
しきい値t1,t2を設定し、レンズ位置が合焦点近傍の領
域(イ)か、その外側の領域(ロ)、(ハ)かを判別
し、駆動速度を低速、中速、高速に切り換える。
The logic control circuit 8 drives the photographing lens 1 in a direction in which the output level of the detection circuit 6 increases to perform a focus matching operation, and performs a value of sharpness 1 / △ x based on an output of the edge width detection circuit 7. Then, the motor drive circuit is controlled based on the control signal to control the lens drive speed. That is, in FIG. 2A, based on the sharpness 1 / △ x based on the edge width,
The threshold values t 1 and t 2 are set, and it is determined whether the lens position is in the area near the focal point (a) or outside the area (b) or (c). Switch to.

これにより、被写体のパターン、輝度等の影響を受け
ることなく、正確、迅速、高精度な焦点整合動作を行な
うことができる。
Thus, an accurate, quick, and highly accurate focus adjustment operation can be performed without being affected by the pattern, luminance, and the like of the subject.

次に撮影レンズ光学系の被写界深度に応じたレンズ駆
動速度制御について詳述する。ビデオカメラ等に用いら
れる光学系は、一般に絞り値と焦点距離が一定ならばレ
ンズの非合焦量、即ち距離環上で合焦位置からのずれ量
は、撮像面上のボケ幅、即ち錯乱円径により一意的に定
まる。従って第2図(a)に示す如く、エツジ幅検出回
路7の出力(エツジ幅の逆数)の値t1,t2に応じてレン
ズ光学系の合焦点に対する位置を検知し、レンズの駆動
速度を変化させることにより、被写体に依存しない、レ
ンズの距離環の非合焦量のみによる駆動速度制御を行な
うことができる。尚、第2図においてはエツジ幅検出出
力は被写体像の鮮鋭度の評価値として表わしているので
エツジ幅が小さくなる方向、即ちエツジ幅の逆数である
被写体の鮮鋭度が大なる方向を「大」として示してあ
る。
Next, lens drive speed control according to the depth of field of the taking lens optical system will be described in detail. In general, an optical system used for a video camera or the like has an unfocused amount of a lens, that is, a deviation amount from a focus position on a distance ring, when an aperture value and a focal length are constant, a blur width on an imaging surface, that is, confusion. It is uniquely determined by the diameter of the circle. Accordingly, as shown in FIG. 2A, the position of the lens optical system with respect to the focal point is detected in accordance with the values t 1 and t 2 of the output (reciprocal of the edge width) of the edge width detection circuit 7 and the driving speed of the lens is determined. Is changed, the drive speed can be controlled only by the amount of defocus of the distance ring of the lens, independent of the subject. In FIG. 2, the edge width detection output is expressed as an evaluation value of the sharpness of the subject image, and therefore the direction in which the edge width decreases, that is, the direction in which the sharpness of the subject, which is the reciprocal of the edge width, increases. ".

以上述べたことは、光学系の絞り値及び焦点距離が一
定の場合を前提としたものであるが、第2図の(a)で
示されるエツジ幅検出出力の曲線形状、所謂「山」の形
は絞り値及び焦点距離すなわち被写界深度が変化すると
同図(b),(c)のように変化する。一般にビデオカ
メラの光学系は絞り機構を備えているものが殆どで、さ
らに焦点距離を変化し得る、所謂ズームレンズを備えて
いるものも多くなってきている。これらの機能を備えた
ビデオカメラでは、光学系の駆動速度を一律に変化させ
たものでは、非合焦量に対するレンズ駆動量が第1図の
山の形状により異なるので、光学系の駆動速度を制御す
るエツジ幅検出出力の速度切換のしきい値設定も山の形
状に応じて変える必要がある。
The above description is based on the premise that the aperture value and the focal length of the optical system are constant. However, the curve shape of the edge width detection output shown in FIG. When the aperture value and the focal length, that is, the depth of field change, the shape changes as shown in FIGS. Generally, most of the optical systems of video cameras are provided with an aperture mechanism, and many of them are provided with a so-called zoom lens that can change the focal length. In a video camera equipped with these functions, if the driving speed of the optical system is changed uniformly, the lens driving amount with respect to the out-of-focus amount differs depending on the shape of the mountain in FIG. It is necessary to change the threshold value setting of the speed switching of the edge width detection output to be controlled in accordance with the shape of the mountain.

例えば、第2図(a)に示す山の形状を呈した時の焦
点距離と絞り値に対して、焦点距離が長くなるか、ある
いは絞りが開いた場合は、わずかなレンズの移動でも、
合焦度(鮮鋭度)の変化が第となり同図(b)に示すよ
うに山の形状は過積路く、急峻になるので、レンズ駆動
量に対する鮮鋭度(エツジ幅)の変化量のしきい値を
t1′,t2′のように変更することにより、合焦点近傍の
領域(イ)、非合焦となる方向にその外側の領域
(ロ)、さらにその外側の領域(ハ)におけるそれぞれ
のモータ駆動速度を被写界深度にかかわらず一定にする
ことができる。
For example, when the focal length becomes longer or the aperture is opened with respect to the focal length and the aperture value when the mountain shape shown in FIG. 2A is exhibited, even if the lens is slightly moved,
Since the change in the degree of focus (sharpness) is the first, and the shape of the mountain is overloaded and steep as shown in FIG. 3B, the amount of change in sharpness (edge width) with respect to the lens drive amount is small. Threshold
By changing them as t 1 ′ and t 2 ′, the area in the vicinity of the focal point (a), the area outside the focus direction (b), and the area outside the focus (c) can be obtained. The motor drive speed can be kept constant regardless of the depth of field.

逆に焦点距離が短くなるかあるいは絞りが絞り込まれ
て被写界深度が深くなった場合は、同図(c)に示すよ
うに曲線の形状は鋭く緩やかな山となりレンズ駆動量に
対する鮮鋭度(エツジ幅)の変化は小さくなる。したが
って鮮鋭度のしきい値もt1′,t2″のように変更し、合
焦点に対して(イ),(ロ),(ハ)の各領域で確実に
モータ駆動速度すなわちレンズ駆動速度を切り変えるこ
とができる。
Conversely, when the focal length is shortened or the aperture is narrowed down and the depth of field is deepened, the shape of the curve becomes sharp and gentle as shown in FIG. The change in edge width is small. Therefore, the threshold value of the sharpness is also changed to t 1 ′, t 2 ″, so that the motor driving speed, that is, the lens driving speed, in each of the regions (a), (b) and (c) with respect to the focal point, Can be switched.

第1図において、絞りエンコーダ12により撮影レンズ
光学系の絞り値を、ズームエンコーダ13により焦点距離
をそれぞれ検出してこれらの情報を論理制御部8へと供
給し、これらの情報をもとに、レンズ移動量と鮮鋭度
(エツジ幅)の変化を示す特性曲線が、第2図(a),
(b),(C)のどの形状となるかを演算し、その結果
に応じてレンズ駆動速度を高,中,低と切り換えるため
の鮮鋭度のしきい値をもとめ、レンズ駆動用モータの速
度を制御する。
In FIG. 1, the aperture value of the photographic lens optical system is detected by the aperture encoder 12 and the focal length is detected by the zoom encoder 13, and the information is supplied to the logical control unit 8, and based on the information, FIG. 2 (a) is a characteristic curve showing a change in lens movement amount and sharpness (edge width).
(B) and (C) are calculated, and based on the result, a sharpness threshold for switching the lens driving speed between high, medium, and low is obtained, and the speed of the lens driving motor is calculated. Control.

以上のように、論理制御部8では、上述のような光学
系の駆動方向、停止、再起動、及び駆動速度の判断を行
ない、モータ駆動回路9へこの判断結果を出力し、モー
タ駆動回路9はこれらの情報に応じてレンズ駆動モータ
10を駆動する。
As described above, the logic control unit 8 determines the drive direction, stop, restart, and drive speed of the optical system as described above, outputs the determination result to the motor drive circuit 9, and outputs the result to the motor drive circuit 9. Is the lens drive motor according to this information
Drive 10

尚、上述の実施例によれば、第2図(a),(b),
(C)に示すように曲線を3種の状態について説明した
が、3種に分類する必然性はなく、さらに細分化すれ
ば、より精度の高いレンズ制御を行なうことができる。
According to the above-mentioned embodiment, FIGS. 2 (a), (b),
As shown in (C), the curve has been described in three types, but it is not necessary to classify the curve into three types. If the curve is further divided, more accurate lens control can be performed.

また速度の切換も、第2図の領域(イ),(ロ),
(ハ)に対し、低速,中速,高速の3段階に切り換えて
いるが、この切換え段数も3段階に限定されるものでは
なく、さらに多くの切換段数に設定することも容易に行
うことができる。
Switching of the speed is also performed in the areas (a), (b),
In contrast to (c), switching is performed in three stages of low speed, medium speed, and high speed. However, the number of switching stages is not limited to three, and it is easy to set more switching stages. it can.

[発明の効果] 以上説明したように、被写体像のエッジに関する情報
の検出出力により、鮮鋭度をもとめ、撮像素子の撮像面
における被写体像のボケ具合を求めこの値に応じて光学
系の駆動速度を変化させることにより被写体の状況、種
類によらず、合焦速度及び合焦精度の両者を満足させ得
る自動合焦動作となる。
[Effect of the Invention] As described above, the sharpness is obtained from the detection output of the information on the edge of the subject image, the degree of blurring of the subject image on the imaging surface of the imaging device is obtained, and the driving speed of the optical system is determined according to this value. Is changed, the automatic focusing operation can satisfy both the focusing speed and the focusing accuracy irrespective of the situation and type of the subject.

更に、光学系の絞り値及び焦点距離を検出し、これら
の情報により光学系の駆動速度を変化させるボケ幅検出
回路の設定値を変更することにより、光学系の絞り値及
び焦点距離に影響されず、合焦速度及び合焦精度の両者
を満足させる自動合焦動作を実現することができる。
Further, by detecting the aperture value and the focal length of the optical system, and by changing the set value of the blur width detection circuit that changes the driving speed of the optical system based on the information, the aperture value and the focal length of the optical system are affected. Instead, an automatic focusing operation that satisfies both the focusing speed and the focusing accuracy can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明における自動焦点整合装置の構成を示す
ブロツク図、 第2図は本発明の動作を説明するための特性図、 第3図は本発明におけるエツジ幅検出動作を説明するた
めの図、 第4図は本発明におけるエツジ幅検出回路の構成を示す
ブロツク図、 第5図は一般的な焦点特性を説明するための図、 第6図は本発明以前の焦点調節速度制御動作を説明する
ための図、 第7図は焦点信号を検出するためのフイルタの特性とそ
の出力の関係を説明するための図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an automatic focusing apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a characteristic diagram for explaining an operation of the present invention, and FIG. 3 is a diagram for explaining an edge width detecting operation in the present invention. FIG. 4, FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of an edge width detecting circuit in the present invention, FIG. 5 is a diagram for explaining general focus characteristics, and FIG. 6 is a diagram showing a focus adjustment speed control operation before the present invention. FIG. 7 is a diagram for explaining the relationship between the characteristics of a filter for detecting a focus signal and its output.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 当山 正道 神奈川県川崎市高津区下野毛770番地 キヤノン株式会社玉川事業所内 (72)発明者 金田 北洋 神奈川県川崎市高津区下野毛770番地 キヤノン株式会社玉川事業所内 (56)参考文献 特開 昭62−103616(JP,A) 特開 昭63−127217(JP,A) 特開 昭64−8771(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H04N 5/232──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Masamichi Toyama 770 Shimonoge, Takatsu-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Tamagawa Office of Canon Inc. In-house (56) References JP-A-62-103616 (JP, A) JP-A-63-127217 (JP, A) JP-A-64-8771 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. 6 , DB name) H04N 5/232

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】撮影レンズにより撮像面に結像された被写
体像を映像信号に変換して出力する撮像手段と、 前記映像信号中に含まれる高周波成分を検出する手段
と、 前記映像信号中より被写体像のエッジの鮮鋭度に応じた
前記高周波成分よりも急峻な特性を有する鮮鋭度成分を
検出する手段と、 前記高周波成分のレベルが最大となるように前記撮影レ
ンズと前記撮像面との相対位置を変化させて山登り制御
を行う駆動手段と、 前記鮮鋭度成分のレベルを所定のしきい値を比較するこ
とによって、前記鮮鋭度成分のレベルが増大するにした
がって前記駆動手段の駆動速度を段階的に減速するとと
もに、前記しきい値を被写界深度に応じて変化させるこ
とにより、被写界深度にかかわらず、合焦点位置に対す
る前記駆動速度の切り換えポイントの位置が一定となる
ように制御する制御手段と、 を備えたことを特徴とする自動焦点整合装置。
An imaging unit configured to convert a subject image formed on an imaging surface by an imaging lens into a video signal and to output the video signal; a unit configured to detect a high-frequency component included in the video signal; Means for detecting a sharpness component having a sharper characteristic than the high-frequency component according to the sharpness of the edge of the subject image; and a relative position between the photographing lens and the imaging surface such that the level of the high-frequency component is maximized. A driving unit that performs hill-climbing control by changing a position; and comparing the level of the sharpness component with a predetermined threshold value, thereby increasing the driving speed of the driving unit as the level of the sharpness component increases. And by changing the threshold value according to the depth of field, regardless of the depth of field, the switching point of the drive speed with respect to the focal point position An automatic focusing device, comprising: control means for controlling the position to be constant.
【請求項2】撮影レンズにより撮像面に結像された被写
体像を映像信号に変換して出力する撮像手段と、 前記映像信号中に含まれる鮮鋭度を焦点評価値として検
出する手段と、 前記焦点評価値のレベルが最大となるように前記撮影レ
ンズと前記撮像面との相対位置を変化させて山登り制御
を行う駆動手段と、 前記焦点評価値のレベルを所定のしきい値を比較するこ
とによって、前記焦点評価値のレベルが増大するにした
がって前記駆動手段の駆動速度を段階的に減速するとと
もに、前記しきい値を被写界深度に応じて変化させるこ
とにより、被写界深度にかかわらず、合焦点位置に対す
る前記駆動速度の切り換えボイントの位置が一定となる
ように制御する制御手段と、 を備えたことを特徴とする自動焦点整合装置。
2. An imaging means for converting a subject image formed on an imaging surface by an imaging lens into a video signal and outputting the video signal; a means for detecting sharpness included in the video signal as a focus evaluation value; Driving means for performing a hill-climbing control by changing a relative position between the photographing lens and the imaging surface so that the level of the focus evaluation value is maximized; and comparing the level of the focus evaluation value with a predetermined threshold value. As the level of the focus evaluation value increases, the driving speed of the driving unit is gradually reduced, and the threshold value is changed according to the depth of field. Control means for controlling the position of the drive speed switching point relative to the in-focus position to be constant.
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