JP2966458B2 - 自動合焦装置 - Google Patents

自動合焦装置

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JP2966458B2
JP2966458B2 JP2014957A JP1495790A JP2966458B2 JP 2966458 B2 JP2966458 B2 JP 2966458B2 JP 2014957 A JP2014957 A JP 2014957A JP 1495790 A JP1495790 A JP 1495790A JP 2966458 B2 JP2966458 B2 JP 2966458B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ビデオムービー等に好適な自動合焦装置に
関する。
〔従来の技術〕
映像信号の高域周波数成分(焦点電圧)が最大となる
ようレンズを移動してピントを自動的に合わせる、映像
検出方式オートフォーカス装置の一例として、特開昭58
−188965号公報が挙げられる。
図8は、前記従来例を説明する図で、1はレンズ、2
は撮像素子、3はカメラ回路である。レンズ1を通過し
た光は、撮像素子2により電気信号に変換され、カメラ
回路3から映像信号として出力される。なお、基準周波
数m発生回路53により生成された基準周波数mは、
モータ駆動回路56に供給され、レンズ1の光路長を目で
検知できない程度、モータ57を微変動させる。したがっ
て、前記映像信号の高周波成分は、基準周波数mで振
幅変調される。BPF50により、上記映像信号から、高周
波成分を抽出し、ピーク検出回路51において、1フィー
ルド間のピーク値が検出され、1フィールド毎に合焦具
合に応じた信号が出力される。(以下、焦点電圧と記
す。)基準周波数m検出回路52において、上記焦点電
圧から、基準周波数mを検出し、該検出した基準周波
数mと、基準周波数m発生回路53から供給された信
号とを、位相比較回路54において位相比較することによ
り、焦点整合装置の移動方向を定める信号を、モータ駆
動回路56に供給し、映像信号の高周波成分が最大となる
ようにモータ57を駆動する。
次に、モータ57の駆動方向について、第9図により説
明する。第9図において、横軸はレンズ1の焦点整合装
置の位置を示し、縦軸は焦点電圧レベルを示している。
本図に示すように、焦点電圧の特性は、合焦点を頂点と
する、ほぼ左右対称な山特性となる。したがって、レン
ズ1の焦点整合装置が、合焦点に対して至近側にある場
合と、∞側にある場合では、前記基準周波数mによる
モータ57の微動に対して、焦点電圧から検出した基準周
波数mの位相が、180゜反転する。したがって、焦点
整合装置を、前記検出した基準周波数mに応じて移動
させることにより、常に高周波成分が最大になる点、す
なわち合焦点で安定する。
しかしながら、上記従来例では上記BPF50の検出周波
数が高い場合に合焦精度は高いが、大きくボケた時に、
焦点電圧が非常に小さくなり、合焦引き込み範囲が狭く
なり、また、検出周波数が低いと、合焦引き込み範囲は
広いが、合焦点近傍での焦点電圧の傾きが小さくなり、
合焦精度が悪くなるという欠点がある。
このような欠点を改善した従来例として、複数のBPF
を用いて、検出周波数の高いBPFより生成した焦点電圧
が、所定のレベル以上の時、帰還ループを構成し、前記
焦点電圧が所定のレベル以下の時は、検出周波数の低い
BPFから検出した焦点電圧に含まれる基準周波数mの
位相に基づいて、前記検出周波数の高いBPF出力が所定
のレベル以上になるまで、レンズを移動する方法が、特
開昭59−133783号公報において提案されている。
第11図は、上記従来例の概要を示す図で、検出周波数
の低いBPFのピーク出力レベルに基づいた焦点電圧VF1
と、検出周波数の高いBPFに基づいた焦点電圧VF2のレン
ズ位置に対する特性を示したものである。ここで、所定
の判別レベルVrefを設定し、上記焦点電圧VF2のレベル
が、Vref以上の時のみ、VF2を用いて帰還ループを構成
し、前記Vref未満の時には、VF1から検出した基準周波
数mの位相に応じて、レンズ位置が合焦点より至近側
か、あるいは∞側にあるかを判別して、該判別結果をホ
ールドし、VF2がVref以上となるまで開ループでレンズ
を移動する。これにより、合焦精度と、合焦引き込み範
囲を両立させることができる。
第10図は、上記従来例の一実施例を示す図で、第10図
と同一機能、同一作用を有するものは同一符号、同一記
号で示す。58は検出周波数の低いBPF1、59は検出周波数
の高いBPF2、55はBPF2のピーク出力より生成した焦点電
圧VF2と、所定のレベルVrefを比較し、VF2≧Vrefの時例
えば「1」を、VF2<Vrefの時、例えば「0」を出力す
るレベル検出回路である。60はLPF、61は±VMなる2値
出力を発生、ホールドする正負2値判別回路、62は、上
記レベル検出回路55の出力が「1」の時a側に、また
「0」の時b側になるスイッチ回路である。
いま、大きくボケた状態で、VF2<Vrefのとき、レベ
ル検出回路55は「0」を出力し、スイッチ回路62は、b
側を選択する。従って、VF1より検出した基準周波数
mの位相に応じて、例えばレンズ位置が、合焦点の至近
側であればVMを、合焦点の∞側であれば−VMを発生、ホ
ールドし、モータ駆動回路56に供給し、モータ57を駆動
することによって、レンズを合焦方向に移動させる。合
焦点に近づき、VF2≧Vrefとなると、レベル検出回路55
の出力は「1」となり、スイッチ回路62はa側選択す
る。従って、合焦点近傍では、検出周波数の高いBPF2の
出力により、帰還ループを形成するため、高い合焦精度
が得られる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来例により、合焦精度を保ちながら合焦引き込
み範囲を広げることができる。しかしながら、被写体固
有の周波数スペクトルや、被写界深度を考慮すると、さ
らに検出周波数の異なるBPFの数を増加させることが必
要となる。したがって、回路は大規模となり、高価なも
のとなる。また、アナログ回路でBPFを構成すると、大
容量のCや、Lを必要とし、LSI化が困難となり、小型
化が難かしい。
本発明の目的は、性能を劣化させることなく、低価
格、小型の自動合焦装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するため、本発明では、撮像素子から
得た映像信号のA/D変換器と、上記A/D変換器の出力信号
から所定の周波数を検出する。検出周波数の可変制御で
きるBPFと、該BPFの出力信号から、焦点具合に応じて1
フィールド毎に出力される焦点電圧を生成する焦点電圧
生成回路と、上記焦点電圧レベルに応じて、前記BPFの
検出周波数を変化させる可変手段と、上記焦点電圧が最
大となるようレンズを移動する移動手段から構成したも
のである。
〔作用〕
上記構成により、合焦具合に応じて、映像信号から最
適な周波数成分を検出することができるため、高合焦精
度と、広合焦引き込み範囲を確保できると共に、簡単な
回路構成で実現できるため、小型,低価格,高性能な自
動合焦装置を実現できる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第1図は、本発明の一実施例を示すブロック図であ
る。第1図において、1はレンズ、2は撮像素子、3は
カメラ回路である。レンズ1を通過した光は、撮像素子
2により電気信号に変換し、カメラ回路3から映像信号
として出力される。なお、レンズは、基準周波数m
(例えば15Hz)により、目に見えない程度、光路長が変
化するよう微動する。したがって映像信号の高域成分
は、上記基準周波数mにより変調される。上記映像信
号は、A/D変換器4によりディジタル信号に変換され、
通過帯域を変化可能なBPF(バンドパスフィルタ)5に
より定めた帯域の高周波成分信号としてゲート回路6に
入力される。ゲート回路6では、あらかじめ定めた領域
の信号を抜き取り、検波回路7により絶対値化した後、
積分回路8で積分される。積分回路8は、1フィールド
期間毎にリセットされ、1フィールド毎に合焦具合に応
じた焦点電圧として出力される。なお、ここでは焦点電
圧の生成に積分回路を用いたが、合焦具合に応じた、1
フィールド毎に得られる信号であれば、ピーク検出回路
であっても何ら差支えない。上記積分回路8の出力信号
は、演算・制御回路9に入力され、合焦・非合焦判定、
移動方向判定、BPF帯域設定などの演算を行ない、上記
演算結果に応じた、BPF5の帯域設定信号、レンズ移動装
置11の移動信号を出力する。
次に、演算・制御回路9について、第2図,第3図,
第4図により詳しく説明する。
第2図は、上記演算・制御回路の内部機能を表わすブ
ロック図で、12は基準周波数m検出回路、13は方向判
別回路、14は合焦判別回路である。方向検出回路13で
は、基準周波数m検出回路12により検出されたm成
分の位相から、レンズの移動方向を定める信号を生成
し、合焦検出回路14では、上記m成分の振幅から、合
焦、非合焦に応じて、レンズの移動、停止を制御する信
号を生成する。上記レンズの移動方向を定める信号、お
よび、レンズの移動、停止を制御する信号は、モータ制
御回路15に入力され、該モータ制御回路15において上記
入力された信号に応じて、モータを駆動する信号が出力
される。したがって、レンズは焦点電圧が最大となる位
置に移動する。16は焦点電圧と所定のレベルVrefを比較
し、上記焦点電圧がVrefとなった時、BPF5の帯域の制御
信号をBPF制御回路17に供給し、BPF5の帯域を切替え
る。
ところで、上記m検出回路12と、レベル判定回路16
に入力される焦点電圧は、1フィールド毎に切替わるス
イッチ回路18により振り分けられる。この振り分けの様
子を示した図が第3図である。第3図に示すように、焦
点電圧は、基準周波数mの変調成分の多いフィールド
と、少ないフィールドがあり、前者をVFM、後者をVFL
するとスイッチ回路18にはVFMとVFLがフィールド毎に交
互に入力され、VFMをm検出回路12に、VFLをレベル検
出回路16に入力するようスイッチ回路18の切替タイミン
グを設定する。また、BPF5の検出周波数もフィールド毎
に切替え、VFM期間の帯域を、低い検出周波数に、VFL
間の帯域を高い検出周波数に設定する。ここで、VFL≧V
refとなると、VFL期間に選択していた帯域を、VFM期間
の帯域に、VFL期間には、さらに高い周波数を検出する
帯域になるよう設定する。この切替の様子を示した図が
第4図である。第4図において、BPF5の検出周波数帯域
は、検出周波数の低い順に帯域1,帯域2,帯域3で示し、
それぞれの帯域のBPF出力から生成した焦点電圧をVF1,V
F2,VF3で示してある。すなわち、大きくボケた所では、
VF1に基づいて動作し、合焦点に近づくに従い、VF2,VF3
と動作する焦点電圧が切替わる。
なお、上記BPF5の一例を第5図に示す。本図は、IIR
デジタルフィルタの一例を示す図で19は入力端子、20,2
1は加算器、22,23,24,25,26は、あらかじめ定めた係数
を乗じる乗算器、27はT時間の遅延素子である。本フィ
ルタは係数を変えることにより、通過周波数を変化させ
ることができるBPFを容易に実現できる。
以上、本実施例によれば、高い合焦精度と広い合焦引
き込み範囲が得られる自動合焦装置を、簡単な構成で実
現できる。
第6図に、本発明の他の実施例を示す。本実施例の第
1の実施例との相違点は、BPF5の帯域を切替えた時、焦
点電圧がレンズの移動に対して不連続となった場合にも
良好なオートフォーカス動作ができよう、焦点電圧の正
規化回路29を挿入した点で、その他は何ら変わりがない
ので詳細な説明は省略する。
第6図において、正規化回路29は、レベル判定回路16
の判定結果が、VF2<Vrefの時はVFMをそのままm検出
回路12に出力し、VF2≧Vrefの時は、VF2≧Vrefとなった
時点におけるVF2のレベルbと、その1フィールド前のV
F1のレベルaからa/bを算出し、VF2≧Vrefとなった次の
フィールドから、 をm検出回路12に供給する。さらに、VF3≧Vrefとな
った時には、VF3≧Vrefとなった時点のVFLレベルdと、
その1フィールド前のVFMレベルcからc/dを算出し、前
記VF3≧Vrefとなった次のフィールドから、 をm検出回路12に供給する。したがって、m検出回
路12の入力端では、BPF5の帯域切替時においても焦点電
圧が不連続とならず、良好なオートフォーカス性能が得
られる。
なお、上記実施例では、VF1のレベルにVF2,VF3のレベ
ルを合わせるよう構成したが、VF3のレベルに、VF2,VF1
のレベルを合わせるよう構成しても何ら差支えない。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、高域成分抽出
用BPFの通過帯域を、合焦具合に応じて変えることがで
きるので、高い合焦精度と、広い引き込み範囲を合わせ
持つ、高性能な自動合焦動作が得られる効果がある。ま
た、高域成分抽出用BPFをデジタル回路にて構成してい
るため、LSI化が容易で、小型,低価格,高性能な自動
合焦装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すブロック図、第2図
は、第1図の演算・制御回路の機能ブロック図、第3図
及び第4図は、第1図及び第2図の実施例の動作を説明
するための図、第5図は、第1図のBPFの一具体回路例
を示す図、第6図は、他の実施例を示すブロック図、第
7図は、第6図の実施例の動作を説明するための図、第
8図は一従来例を示すブロック図、第9図は、第8図の
従来例の動作を説明するための図、第10図は、他の従来
例を示す図、第11図は、第10図の従来例の動作の概要を
示す図である。 4……A/D変換器、 5……BPF、 9……演算・制御回路、 12……基準周波数m検出回路、 16……レベル検出回路、 18……スイッチ回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 戸高 義弘 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所家電研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−133783(JP,A) 特開 平2−7777(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H04N 5/232 G02B 7/11 G03B 3/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レンズと、 撮像素子と、 該撮像素子から出力された映像信号をディジタル信号に
    変換するA/D変換器と、 該A/D変換手段より出力されたディジタル信号から所定
    帯域の周波数を通過させ、かつ通過周波数帯域を変化可
    能なBPFと、 該BPFから出力された高周波数成分信号を積分すること
    により焦点電圧信号を検出する焦点電圧検出回路と、 該焦点電圧検出回路から出力された焦点電圧信号を演算
    することにより合焦方向に前記レンズを移動させるよう
    に制御する演算制御回路とを有し、 前記演算制御回路は、前記焦点電圧検出回路から出力さ
    れた焦点電圧信号のレベルを判定することにより、前記
    BPFの通過周波数帯域を変化させることを特徴とする自
    動合焦装置。
  2. 【請求項2】前記焦点電圧検出回路は、 前記BPFから出力された高周波成分信号から所定の領域
    の信号を抜き取るゲート回路と、 該ゲート回路の出力信号を絶対値化する検波回路と、 該検波回路の出力信号を1フィールド毎に積分する積分
    回路とを有し、 1フィールド毎に変化する焦点電圧信号を検出すること
    を特徴とする請求項1に記載の自動合焦装置。
  3. 【請求項3】前記演算制御回路は、 基準周波数を検出する基準周波数検出回路と、 該基準周波数検出回路で検出された基準周波数成分の位
    相から前記レンズの移動方向を定める方向検出回路と、 該基準周波数検出回路で検出された基準周波数成分の振
    幅から前記レンズの移動と停止を制御する合焦検出回路
    と、 該方向検出回路と該合焦検出回路から出力された信号に
    より、前記レンズを移動させるモータを制御するモータ
    制御回路と、 前記焦点電圧検出回路から出力された焦点電圧信号のレ
    ベルと所定のレベル電圧信号を比較するレベル判定回路
    と、 該レベル判定回路の結果に基づいて前記BPFの通過周波
    数帯域を制御する制御信号を前記BPFに供給するBPF制御
    回路と、 を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の自動
    合焦装置。
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