JP3232566B2 - 自動焦点調節装置 - 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
置調節するループ制御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、電子撮像手段と、
撮影光学系による前記電子撮像手段への結像状態を変更
する光学変更手段と、前記電子撮像手段の出力信号中よ
り尖鋭度を検出する尖鋭度検出手段と、前記光学変更手
段の移動位置を、無限端と至近端の間で連続的に一方向
に変化させながら、設定された露光時間内に相当する前
記光学変更手段の移動範囲において前記尖鋭度検出手段
より出力される尖鋭度の最大値を検出し、前記最大値が
前記尖鋭度のピーク値であれば、前記最大値が得られた
ときの前記光学変更手段の移動位置を合焦点として前記
光学変更手段を位置させ、前記最大値が前記尖鋭度のピ
ーク値でない場合には、前記最大値とその前後の尖鋭度
の大小関係から尖鋭度のピーク値の存在する方向を判定
するとともに、前記最大値の得られた位置から前記尖鋭
度のピーク値の存在する方向へと前記光学変更手段を移
動させ、前記尖鋭度がピーク値となる位置を検出する動
作を再度実行する制御手段とからなることを特徴とす
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。尖鋭度が単調変
化する場合には、合焦点が無限遠距離又は至近距離に近
いことを示しており、その範囲を再度調べることによ
り、尖鋭度のピーク点を検出できる。従って、合焦点が
無限遠距離又は至近距離に近い場合でも、精度よく合焦
点に調節できる。

［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撮像素子であり、光電
変換部12、光電変換部12で光電変換された電荷信号を水
平画素列毎に読み出すためのアドレス指定を行なう読み
出し用垂直シフト・レジスタ14、光電変換部12の電荷を
水平画素列毎にリセットするためのアドレス指定を行な
うリセット用垂直シフト・レジスタ16、光電変換部12か
ら読み出された信号電荷を１水平画素列毎に水平転送す
る水平シフト・レジスタ18、及び出力アンプ19を具備す
る。

20は撮像素子10の読み出し用垂直シフト・レジスタ1
4、リセット用垂直シフト・レジスタ16及び水平シフト
・レジスタ18を駆動するタイミング信号を発生するタイ
ミング信号発生回路、22は撮像素子10の出力アンプ19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、3
0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である。

第２図は撮像素子10の詳細な回路構成を示す。第１図
と同じ要素には同じ符号を付してある。40はフォトダイ
オード、42は選択トランジスタ、44はリセット・トラン
ジスタ、46は垂直走査線、48はリセット走査線、50は電
源線、52は垂直信号線、54は水平スイッチ・トランジス
タ、56は出力線である。

第２図の動作を簡単に説明する。フォトダイオード40
は入射光を光電変換する。垂直シフト・レジスタ14が垂
直走査線46に順次選択パルスを印加する。選択パルスの
印加された垂直走査線46に接続する選択トランジスタ42
がオンになり、フォトダイオード40の電荷信号が選択ト
ランジスタ42を介して垂直信号線52に読み出される。次
いで、水平シフト・レジスタ18が水平スイッチ・トラン
ジスタ54に順次選択パルスを印加し、これにより垂直信
号線52上の信号が順次、出力信号線56に読み出される。

また、リセット用垂直シフト・レジスタ16がリセット
・パルスを各リセット走査線48に出力すると、リセット
・トランジスタ44がオンになり、フォトダイオード40の
信号電荷は電源線50に捨てられる。

レンズ送り及び位置検出装置30は例えば、レンズ回動
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、HPF24a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。先ず第４図において、t1
〜t2の間に、タイミング信号発生回路20及びリセット用
垂直シフト・レジスタ16により撮像素子10においてリセ
ット・パルス（第４図（ｃ））を発生させ、フォトダイ
オード40の電荷を１水平ライン毎に順次リセットする。
時刻t1からはまた、第４図（ａ），（ｂ）に示すよう
に、レンズ駆動回路32及びレンズ送り及び位置検出装置
30によりフォーカシング・レンズ28aの至近距離から無
限遠距離への移動を開始する。

システム制御回路34は、時刻t1の前に、測光回路26か
ら得られる被写体光量情報に基づき、絞り（図示せず）
及び露光時間を決定する。本実施例では、時刻t1〜t4が
適正露光時間Tvと設定されたとする。被写体がより明る
ければ、絞りを小さくするか、又は、露光を閉じる時刻
を時刻t4より早くすればよい。

適正露光終了後の時刻t4〜t7の間に、タイミング信号
発生回路20により、第４図（ｄ）に示すように垂直選択
パルスが読み出し用垂直シフト・レジスタ14から発生さ
れ、同時に、第４図（ｅ）に示すように水平選択パルス
が水平シフト・レジスタ18から発生される。これによ
り、適正露光時間Tvの露光によるフォトダイオード40の
信号電荷が１水平ライン毎に選択されて出力アンプ19か
ら出力される。

こうして撮像素子10から出力される撮像信号は映像信
号処理回路22に印加され、第４図（ｆ）に示すような輝
度信号が形成される。光電変換部12でのフォトダイオー
ド40の露光時間は、全水平ラインで同一時間Tvである
が、露光開始のタイミングは、１水平期間ずつ遅れてい
る。即ち、最初の水平ラインのフォトダイオード40は時
刻t1〜t4に露光され、最後の水平ラインのフォトダイオ
ード40は時刻t2〜t7に露光される。即ち、輝度信号の第
１水平ラインの信号は、フォーカシング・レンズ28aが
至近距離からＢ点に移動するまでの露光による信号であ
り、最終水平ラインの信号は、フォーカシング・レンズ
28aがＢ点から無限遠距離に移動するまでの露光による
信号である。

最適合焦距離が第４図（ａ）に示すＦ点であるとする
と、映像信号処理回路22から出力される輝度信号の高周
波成分は、当該Ｆ点を露光時間Tvの中心とする水平ライ
ンの近傍でピークとなる。従って、尖鋭度検出回路24の
出力は第４図（ｇ）に示すように山型となり、システム
制御回路34は尖鋭度検出信号のピークと、レンズ送り及
び位置検出装置30からのレンズ位置検出信号（第４図
（ｈ））とから最適合焦位置Ｆを決定し、記憶する。即
ち、尖鋭度検出信号のピークである時刻t5から、露光時
間Tvの1/2の時間前の時刻t3を求め、時刻t3におけるレ
ンズ位置検出信号のパルス・カウント数から、Ｆ点を知
ることができる。

次に、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、レンズ位置検出信号からフォーカ
シング・レンズ28aがＦ点に到達した時点（t12）でレン
ズ28aを停止する。以後は、前述したのと同様に、時刻t
13〜t14にリセット・パルスを発生させ、時刻t15〜t16
に垂直及び水平リセット・パルスを発生させ、撮像素子
10から撮像信号を得る。

次に、被写体の最適合焦位置が至近距離に片寄ってい
る場合の動作を説明する。第６図、第７図及び第８図は
その制御シーケンスのタイミング・チャートを示す。第
６図は１回目、第７図は２回目の合焦点検出のシーケン
スであり、第８図は本露光の制御シーケンスである。第
６図において、リセット・パルス並びに垂直及び水平選
択パルスの発生タイミングは第４図の場合と同じであ
る。このケースでは、第１水平ラインの露光中に、フォ
ーカシング・レンズ28aが最適合焦位置Ｆを通過するの
で、尖鋭度検出回路24から出力される尖鋭度検出信号
は、第６図（ｇ）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の第１水平ラインで最大で、以後
小さくなる。システム制御回路34は尖鋭度検出信号のピ
ーク点（時刻t5）からTv/2だけ以前の時刻t3を求め、第
６図（ｈ）に示すレンズ位置検出信号とから、レンズ位
置Ａを求める。このケースでは、尖鋭度検出信号（第６
図（ｇ））の変化から、Ａ点と至近距離との間に最適合
焦点Ｆがあることが分かる。

次に、第７図の制御シーケンスを実行する。即ち、無
限遠距離からＡ点までフォーカシング・レンズ28aを移
動させ（t11〜t12）、Ａ点からは、レンズ駆動電流を小
さくして至近距離まで移動させる（t12〜t16）。レンズ
28aがＡ点に到達した時刻t12からt13にリセット・パル
スを発生させ、t15〜t18に垂直及び水平選択パルスを発
生させる。このとき、露光時間Tvは１回目と同じとす
る。

２回目の露光では、最適合焦点Ｆを露光時間の中央と
する水平ラインは第２水平ライン以降に出現し、尖鋭度
検出信号は、第７図（ｇ）に示すように山型になる。そ
のピークが時刻t17にあるとすると、システム制御回路3
4は、時刻t17よりTv/2前の時刻t14におけるレンズ位置
検出信号のパルス・カウント数から、最適合焦位置Ｆを
知ることができる。

第８図に示す本露光のシーケンスでは、第５図の場合
と同様であり、求めた最適合焦点Ｆにフォーカシングメ
レンズ28aを移動し、撮影を行なう。

最適合焦点Ｆが無限遠距離に近い場合には、同様に尖
鋭度検出信号が単調変化になり、同様の２回の露光によ
りフォーカシング・レンズ28aを最適合焦点Ｆに求める
ことができる。

次に、第９図、第10図及び第11図を参照して、露光時
間がより短い場合の動作を説明する。第９図が１回目の
合焦点検出の制御シーケンス、第10図が２回目の合焦点
検出の制御シーケンス、第11図が本露光の制御シーケン
スのタイミング図を示す。第９図において、前述の場合
と同様に、レンズ28aを駆動し、リセット・パルス並び
に垂直及び水平選択パルスを発生させる。このケースで
は、露光時間が短いので、レンズ28aが無限遠距離に到
達するはるか手前の時刻t2にフォトダイオード40の読み
出しが開始される。最適合焦点が第９図（ａ）のＦ点で
あるとすると、尖鋭度検出信号は第９図（ｇ）に示すよ
うに、単調に大きくなり、最終水平ラインの信号で最大
になる。これにより、システム制御回路34は、最終読み
出しの時刻t4に相当するレンズ位置Ａより無限遠距離側
に最適合焦点Ｆがあることを知ることができる。

第10図に示す２回目の露光では、t11から、レンズ28a
を無限遠距離から至近距離方向に移動させ、１回目と同
様にリセット・パルスをt11〜15に発生させ、垂直及び
水平選択パルスをt12〜t16に発生させる。露光時間Tvは
１回目と同じである。このときの尖鋭度検出信号は、第
10図（ｇ）に示すように山型となる。システム制御回路
34は、前述例と同様に、ピークの時刻t14からTv/2だけ
前の時刻t13におけるレンズ位置検出信号のパルス・カ
ウント数から、最適合焦点Ｆを知る。以後、第11図に示
すように、前述と同様に、フォーカシング・レンズ28a
を最適合焦点Ｆに移動して、本露光を行なう。

以上の実施例では、最適合焦点を決定するための露光
においてリセット・パルス並びに垂直及び水平選択パル
スの発生周期は一定であったが、２回目の露光でパルス
発生周期を長くすることにより、合焦精度を高めること
ができる。第12図、第13図及び第14図にその制御シーケ
ンスのタイミング図を示す。第12図は１回目の合焦点検
出の制御シーケンス、第13図は２回目の合焦点検出の制
御シーケンス、第14図は本露光の制御シーケンスを示
す。第12図に示す、１回目の合焦点検出シーケンスは、
第４図と同様に行なわれるが、ここでは、最適合焦点Ｆ
が第12図に示すように、撮影画面の中央部から離れた水
平ラインから得られるような位置にあるとする。２回目
の露光では、第13図に示すように、画面中央の水平ライ
ンにおいて最適合焦点Ｆが露光時間のTvの中心に位置す
るように、リセット・パルスの開始時刻t11、リセット
・パルスのスピード（時刻t11〜t14の時間）、並びに垂
直及び水平選択パルスのスピード（時刻t12〜t17の時
間）を調整する。これにより尖鋭度検出信号は、第13図
（ｇ）に示すように中央部分で最大になる山型になる。

このように、中央部分の水平ラインにより合焦点を検
出するようにすることで、合焦検出精度を高めることが
できる。この後、第14図に示すように、検出された合焦
点Ｆにレンズ28aを移動し、撮影を行なう。

上記説明から理解できるように、露光時間Tvは短い方
が合焦検出精度を高めることができる。従って、第15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に印加するようにしてもよい。そして、輝度信号レベ
ルが同一になるように、可変利得アンプ36の増幅率を制
御（大きく）すれば、露光時間Tvを短くできる。上記実
施例では、絞りの制御に言及しなかったが、合焦点検出
の際の露光時には絞りをできるだけ開けて露光時間を短
く設定するのが好ましい。

第２図に図示した構成の撮像素子では、垂直及び水平
選択パルスにより光電変換部の読み出し領域を選択でき
る。このような撮像素子では、２回目の露光時の信号電
荷の読み出しを、画面中央部分の水平ラインのみに限定
することにより、２回目の合焦点検出に要する時間を短
縮できる。

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、合焦点が至近距離や無限遠距離に近いときにも、
精度よく且つ短時間に合焦点を検出できる。

【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図は標準的な被写体
位置のタイミング図、第６図、第７図及び第８図は至近
距離に近い場合のタイミング図、第９図、第10図及び第
11図は露光時間が短い場合のタイミング図、第12図、第
13図及び第14図は合焦検出精度を高める例のタイミング
図、第15図は変更実施例の構成ブロック図である。 10:撮像素子、12:光電変換部、14:読み出し用垂直シフ
ト・レジスタ、16:リセット用垂直シフト・レジスタ、1
8:水平シフト・レジスタ、19:出力アンプ、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:可変利得アンプ、40:
フォトダイオード、42:選択トランジスタ、44:リセット
・トランジスタ、46:垂直走査線、48:リセット走査線、
50:電源線、52:垂直信号線、54:水平スイッチ・トラン
ジスタ、56:出力線

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子撮像手段と、 撮影光学系による前記電子撮像手段への結像状態を変更
   する光学変更手段と、 前記電子撮像手段の出力信号中より尖鋭度を検出する尖
   鋭度検出手段と、 前記光学変更手段の移動位置を、無限端と至近端の間で
   連続的に一方向に変化させながら、設定された露光時間
   内に相当する前記光学変更手段の移動範囲において前記
   尖鋭度検出手段より出力される尖鋭度の最大値を検出
   し、前記最大値が前記尖鋭度のピーク値であれば、前記
   最大値が得られたときの前記光学変更手段の移動位置を
   合焦点として前記光学変更手段を位置させ、前記最大値
   が前記尖鋭度のピーク値でない場合には、前記最大値と
   その前後の尖鋭度の大小関係から尖鋭度のピーク値の存
   在する方向を判定するとともに、前記最大値の得られた
   位置から前記尖鋭度のピーク値の存在する方向へと前記
   光学変更手段を移動させ、前記尖鋭度がピーク値となる
   位置を検出する動作を再度実行する制御手段 とからなることを特徴とする自動焦点調節装置。