JPH01166673A - 自動合焦装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、映像信号の空間高周波成分（焦点電圧）を抽
出し、焦点電圧が最大となるようにレンズ位置を制御す
る自動合焦方式ビデオカメラに好適な７オーカシングレ
ンズ振動、移動用モータの駆動方法に関する。

〔従来の技術〕

フォーカシングレンズを、光軸に沿って振動させた時の
映像信号の空間高周波成分を、上記振動周波数で同期検
波し、その位相を判定して、映像信号の高周波成分が増
大する方向に、フォーカシングレンズを振動させながら
合焦位置へ移動させる方式は公知である。例えば特公昭
６２−１４８０６号公報には上記方式をズームレンズを
用いた場合に適用し、ズームレンズの移動位置検出器を
設けて。

レンズの焦点距離したがって焦点深度を知り、焦点深度
の大小に応じてフォーカシングレンズの振動量を増減す
ることが記載されている。また、その実施例では７オー
カシングレンズの移動源であるモータに、正弦波電圧に
上記の如く同期検波して得たパルス電圧を重畳させたも
のを印加しくパルスの重畳に際し正弦波半波電圧より高
くなる場合と正弦波半波電圧より低くなる場合があり）
パルスの重畳によって振幅が非対称となりた正弦波の崩
れた波動電圧でモータを駆動することにより、振動しな
がら平均位置が半波実効値が大きい方向に移動するよ５
にしてフォーカシングレンズな合焦位置に到達させてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上記従来の技術では、フォーカシングレンズを
正弦波状に振動させているため１回路処理上、Ｓ／Ｎ良
く十分な信号を得るには、振動の振幅を大きくする必要
がある。即ち振動中心より正または負に偏位している期
間の偏位量は正弦波状に時間変化するため、振幅の平均
値は、最大振幅の０．６３倍（２／π）となる。即ち最
大振幅に対するエネルギー変換効率が低い。一方、フォ
ーカシングレンズの振動の振幅については、振動に伴う
ボケの変動が、撮像画面で検知されない程度に小さくす
る必要がある。従りて効率が悪い分、振幅を増大させる
にも限度がある。

更に、７オーカシングレンズの移動も、モータに印加す
る正弦波電圧に、レンズ位置が合焦位置に近づくか遠ざ
かるかによりて決まる正または負のパルス電圧を重畳さ
せることにより行っているので、上記従来の技術では、
移動速度を速めるためにパルス電圧を大きくすると、正
弦波電圧成分の振幅が劣化することもあり、モータ移動
速度の可変範囲の自由度も制約されている。

本発明は、映像信号中の高周波成分のレンズ振動による
時間的変動量を効率良く得ると共に、所定の振動周期中
に、パルスモータへ送出する駆動パルスの数と駆動タイ
ミングを適切に設定して。

上記時間的変動量を劣化させずに迅速に合焦動作できる
自動合焦装置のモータ駆動方法を提供することを目的と
する。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明においては。

撮像素子から得た映像信号中の空間高周波成分を抽出し
、この高周波成分が最大となるようにフォーカシング機
構位置を調整する合焦原理を用い。

フォーカシング機構を光軸方向に微振動させる機構を有
し、前記高周波成分からフォーカシング機構の振動周波
数と同周波数の微小変動成分を抽出し、この微小変動成
分の位相からフォーカシング機構の移動方向を決定して
、上記振動や移動を自動的にモータに行わせる自動合焦
装置において。

フォーカシング機構をステップ状に振動または移動させ
、振動中心から所定長偏位して前記高周波成分を抽出し
ている期間が、フォーカシング機構の偏位所要期間以上
になるようにモータな駆動することにした。

具体的ＶＣは、撮像素子走査の垂直同期信号を検出し、
ルフィールド（例えば４フイールド）で１サイクルを形
成する同期信号のデコーダ出力と、映像信号の高周波成
分を検出し夫をフォーカシングレンズ（例えばマスタレ
ンズ群）の振動周波数で同期検波してレンズを移動すべ
き方向を判別する方向（位相）判別器出方と、フォーカ
シングレンズの合焦点からの距離に応じて送りノ（ルス
数を設定する送りパルス発生器出力と、前記各出力に対
応してフォーカシングレンズ移動（兼振動）用パルスモ
ータを駆動するパルスを生成スるパルス生成器とで自動
合焦装置を構成し、唯１個の／（ルスモータでフォーカ
シングレンズを振動させなから合焦位置まで比較的迅速
に移動させる。

〔作用〕

第５図に示すよ５に、ズームレンズ１においてマスタレ
ンズ２を光軸方向に沿って振動、移動可能にして合焦動
作をさせる。第４図は、マスタレンズ位置と撮像素子を
介して得た映像信号の高周波成分との関係を示し、被写
体に合焦した時のマスタレンズ２の位置力Ｐｏでおる。

マスクレンズ２の位置をＰａからずらした時、マスタレ
ンズ２を微小振動させると、その時の高周波成分の変動
の位相は、マスタレンズ２０Ｐａに対するずれ方向に応
じて、位相が１８０度反転することを示している。

従って、この位相を判断し【、マスタレンズ２の移動を
行い、合焦動作をさせる。

上記マスタレンズ２の振動方法、振動パターンをまず説
明する。撮像素子５で読出される電荷は読出し直後は略
零になり、次の読出しが開始される迄に光量に応じた電
荷が時間をかけて蓄積される。第５図に示す様に１時刻
ｔｉｔに読出された画素は１時刻ＣＯｔまでの１フイー
ルドにわたり、電荷が蓄積され【読出される。従って、
高周波成分を抽出する期間（画角ゲート）内の電荷は、
時刻ｔｚ、〜ｔ０．までの２フイ一ルド弱の期間の光電
変換分が読出される訳である。従って此の期間は、マス
タレンズ２が、振動中心からステップ状に正または負に
偏位するように振動すると、効率良く映像信号の高周波
成分の変化分が得られる。従ってモータの振動（−）に
示す様に１時刻ｔ；　の直後、モータな１ステップ偏位
させ１時刻ｔ、の直前で元に戻し、ｔｌの直後１反対方
向に偏位させ１時刻ｔ、の直前に元に戻すように振動さ
せると、偏位中の高周波成分が有効に得られる。このモ
ータの振動をパルスモータを用いて矩形波状に行う事に
より。

偏位した直後から、有効な高周波成分が得られると共に
、正弦波振動の様に最大偏位に対する平均偏位量が２７
π倍となる事はなく、振幅の目立たない範囲で、最大の
高周波成分の変化量が得られる。

また、マスタレンズ２の移動については１時刻ｔ１又は
ｔ、の前後に跨る一定の期間に、移動量に応じたパルス
をパルスモータに送出し、マスタレンズ２の振動中心を
、振動の偏位方向と同一方向に移動させることによって
行う。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１実施例を用いた自動合焦装置を示
す。図中、１はズームレンズ、２はマスタレンズ、３は
撮像素子、４は同期信号および映像信号を生成するカメ
ラ回路、５は映像信号の処理回路、６は映像信号の高周
波成分を両波検波し約１フイールドの期間積分し、高周
波成分の抽出およびサンプルホールドする高周波成分抽
出回路。

７はマスタレンズ２の振動周波数成分を通過させるバン
ドパスフィルタ、８はマスタレンズ２を振動させる周波
数の同期検波器、９はバンドパスフィルタ７の出力電圧
が合焦判定基準電圧以下であれば合焦状態と判定し１合
焦判定基準電圧以上であれば非合焦状態と判定する合焦
判定回路、１０は同期検波器８の出力よりバンドパスフ
ィルタ７の出力信号の位相を判定し、マスタレンズ２０
合焦点方向への移動方向を決める方向判別器、１１は合
焦判定回路９が合焦状態を示した時は、マスクリング２
の移動量を零とし、非合焦状態を示した時は、前記高周
波成分抽出回路６の値が大きい時はマスタレンズ２の移
動量を少なくシ、小さい時は移動量を多くし１合焦点近
傍でのマスタレンズ２の移動速度を制御する送りパルス
発生器、１２はカメラ回路４からの垂直同期信号を例え
ば４フイールドで１サイクルとする同期信号デコーダ、
１３は同期信号デコーダ１２や方向判別器１０や送りパ
ルス発生器１１からの入力によりパルスモータ１５の振
動または移動に用いるパルスを生成するパルス生成器、
１４はパルス生成器１３の出力に応じてパルスモータ１
５を駆動するパルスモータドライバ、１５はマスタレン
ズ２１ｋｌＫ動スるパルスモータ、１６ハパルスモータ
１５とマスタレンズ２を連結するフォーカシング駆動機
構である。

第２図は上記実施例各部の動作を示すタイムチャートで
、（６）は映像信号の垂直同期信号、（ｂ）は映像信号
の中で映像信号の高周波成分を抽出する期間を示す画角
ゲートの状態を示しておりオン期間の映像信号の高周波
成分を抽出する。（ｄ）は高周波成分抽出回路６のサン
プリングのタイミングを示り、　（ｇ＋）〜（ａＳ）は
マスタレンズ２の位置を示している。１０〜Ｔ、は同期
信号デコーダ１２の４本の出力線の状態を示しており、
４フイールド毎に各パルスは垂直同期信号（ｅｌ）に同
期して１０〜Ｔ、の順に立上がる。

以下、第１図、第２図を用いてマスタレンズ２の駆動動
作について説明する。まずマスタレンズ２の振動モード
（−１）について述べる。振動のサイクルは４フイール
ドを１サイクルとしている。

振動モードの時は、モータによる移動はなく、送りパル
ス発生器１１の出力は零である。また方向判別器１０の
出力も、モータ移動を停止する振動モードを出力する。

かかる状況下で同期信号デコーダ１２はタイミング信号
Ｔ、を出力し、パルス生成器１３は夫に対応して１パル
ス分パルスモータドライバ１４にパルスを印加する。そ
の結果、マスタレンズ２は、第２図（−１）に示す様に
１パルス分（＋ΔＰ）偏位する。次に同期信号デコーダ
１２が、タイミング信号Ｔ０を出力すると、パルス生成
器１３は次′のタイミング信号Ｔ、の直前に１個のパル
スを出力し、マスタレンズ２を元の位置Ｐに戻す、同様
にタイミング信号Ｔ１の直後にマスタレンズ２を、１パ
ルス分（−ΔＰ）だけ偏位させ、タイミングＴ、の直前
にマスタレンズ２を元の位置Ｐに戻す。

時刻１；　−１，迄を１周期とし、これを繰り返す事で
振動を持続させる。時刻ｔ；の直後からｔ、の直前まで
マスタレンズ２は振動中心Ｐから＋ΔＰ偏位しており、
この間の映像信号の高周波成分は。

高周波成分抽出回路６により積分値として時刻ｔ＃ＯＫ
積分値をサンプリングする事によって得られる。同様に
時刻１．の直後からｔ、の直前までのマスタレンズ２は
振動中心Ｐから−ΔＰ偏位しており、この間の映像信号
の高周波成分は、高周波成分抽出回路６により時刻ｔ、
ｌに積分値をサンプリングする事によって得られる。即
ち、時刻ｔ、。と時刻ｔＩ＊の間隔は、マスタレンズ２
の振動周期の１／２に相当する。マスタレンズ２が、Ｐ
から＋ΔＰ偏位する方向が、合焦点に近付く方向であれ
ば、時刻ｔｓｏの高周波成分の方が時刻’、ｔの高周波
成分より多くなる。時刻ｔ、。と時刻ら、で半周期毎の
高周波成分の積分値をサンプリングし、サンプリングの
タイミング毎に、半周期前の積分値との差分をとり１次
のサンプリングのタイミングまで保持する。これを繰り
返すと、この保持した高周波成分の差分にはマスクリン
グ２の振動周波数成分が含まれ、第４図に示す如く１合
焦点の前後でその位相が１８０度反転する。この信号を
バンドパスフィルタ７に通し、同期検波器８に入力し１
位相を判断する方向判別器１０でマスタレンズ２を移動
させる方向を決定する。

一方、バンドパスフィルタ７の出力を合焦判定回路９に
入力する１合焦点ではマスタレンズ２を＋ΔＰ偏位して
も−ΔＰ偏位しても映像信号の高周波成分は等しい。即
ち第４図に示す様に１合焦点でのマスタレンズ２の位置
に対する高周波成分の微係数は零になるため、バンドパ
スフィルタ７の出力も振動周波数成分がないため零にな
る。

非合焦状態では、十分な振動周波数成分が得られる。こ
のバンドパスフィルタ７の出力が１例えば所定レベル以
下なら合焦状態、それ以上なら非合焦状態と合焦判定回
路？で判定する。非合焦状態の場合、高周波成分抽出回
路６の出力電圧を。

送りパルス発生器１１で評価する０合焦点近傍であれば
、高周波成分が多いため、マスタレンズ２の移動量を少
なくし、逆に高周波成分が少なければ合焦点から大きく
離れていると評価し【マスタレンズ２の移動量を多くす
る。このようにマスタレンズ２が合焦点を行き過ぎて、
不安定動作（ハンチングなど）を起こさないように移動
速度の制御を行５．送りパルス発生器１１で出力される
パルスは、無限遠方向の移動の場合、第２図（す）に示
す如く１時刻ｔ２−１から時刻ｔ５−１　　の間にパル
ス生成器１５を通して連続してパルスモータ１５に送ら
れる。

このように無限遠方向マスタレンズの移動（す）を１時
刻ｔ２−１から時刻ｔ５−１迄に行うのは振動モード（
−１）の偏位動作時と偏位方向を一致させるためである
。これを時刻ｔ２−１　　から時刻ｔｓ−ｔ　　ｔで以
外で行うと、マスタレンズ２の振動周波数成分が減少し
１合焦判断、移動方向の判断に誤りが生じる可能性があ
るからである。従って至近方向のマスタレンズ２の移動
も振動モード（−１）の偏位動作の偏位方向と一致させ
るため。

時刻ｔｏ−１から時刻ｔ１−１迄の期間に行う。

本実施例では１サイクルを４フイールドとしたが、本発
明は１サイクル４フイールドに限定されるものではない
、また本実施例において、振動モードの時、マスタレン
ズ２が振動中心から偏位した位置を保持している期間が
、偏位に要する期間以上なら、同等の効果が得られる。

第６図は本発明の第２夾施例を用いた自動合焦装置を示
し２フオ一カシング機構を撮像素子５に持たせている。

パルスモータ１５は、フォーカシング駆動機構１７を介
して撮像素子３に連結している。

それ以外の符号は第１実施例（第１図）の場合と同様で
ある。

第２実施例ではフォーカシング機構が撮像素子３であり
、撮像素子３を振動させながら移動する際の動作は、第
１実施例と同様である。しかし、第２実施例ではズーム
レンズ１に光学的１機械的に同等変更を加える必要がな
いので、どの様な撮像レンズにも適用できることになり
、レンズ交換が容易になる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、フォーカシングレ
ンズを従来のように正弦波状に振動させながら移動させ
る場合に比べて移動が速く５最大振幅と平均振幅は一致
する。また２フイ一ルド弱にわたって偏位するので、撮
像素子の電荷蓄積の影曽を受けないため、従来の技術に
よる場合の振幅の２／π倍の振幅で合焦動作が可能にな
る。更に、送りパルス数を任意に設定できるので、マス
クレンズの振幅を制約する事はない。この結果。

従来よりもマスタレンズの振動の振幅を小さくしても合
焦可能な自動合焦装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第１実施例を用いた自動合焦装置を示す
図、第２図は同実施例のタイミングチャー）、８５図は
ビデオカメラ用ズームレンズの一般構成図、第４図はレ
ンズ位置と映像信号中の高周波成分の関係を示す図、第
５図は本発明の動作説明図、第６図は本発明第２実施例
を用いた自動合焦装置を示す図である。 ２・・・・・・・・−・・・・・マスタレンズ５・・・
・・−・・・・・・・・撮像素子４・・・・・−・・・
・−・・カメラ回路６・・・・・・・・・・・・・・・
高周波成分抽出回路７・・−・・・・・・・−・・バン
ドパスフィルタ８・・−・−・・・・・・・・同期検波
回路９・・・・・・・・・・・・・・・合焦判定回路１
０・・−・−・・・・・方向判別器 １１　・・・・・−・−・・パルス発生器１２・・・・
・−・・・・・同期信号デコーダ１３・・・・・・・・
・・・・パルス生成器１４・・・・・・・・・・・・パ
ルスモータドライノ（１５・・・・・−・・・・・パル
スモータ１６．１７・・−・・フォーカシング駆動機構
第　１　図 啜 ＪＡＺ　　図 案　３　配 嶌　４　口 １５　■

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、撮像素子から得た映像信号中の空間高周波成分を抽
   出し、この高周波成分が最大となるようにフォーカシン
   グ機構位置を調整する合焦原理を用い、フォーカシング
   機構を光軸方向に微振動させる機構を有し、前記高周波
   成分からフォーカシング機構の振動周波数と同周波数の
   微小変動成分を抽出し、この微小変動成分の位相からフ
   ォーカシング機構の移動方向を決定し、上記振動や移動
   をモータに自動的に行わせる自動合焦装置において、フ
   ォーカシング機構をステップ状に振動または移動させ、
   振動中心から所定長偏位して前記高周波成分を抽出して
   いる期間が、フォーカシング機構の偏位所要期間以上に
   なるようにモータを駆動することを特徴とする自動合焦
   装置のモータ駆動方法。 ２、フォーカシング機構を振動の前半のサイクルで振動
   中心から正または負方向に偏位させると同時に映像信号
   の高周波成分の抽出領域の最初の画素の電荷蓄積動作を
   開始し、前記抽出領域の最後の画素の蓄積電荷の読出し
   終了と同時にフォーカシング機構の偏位を振動中心に戻
   し、後半のサイクルでは、逆方向に偏位させて電荷の蓄
   積動作と読出し動作を前半のサイクルと同様に行う振動
   を繰返し行わせることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の自動合焦装置のモータ駆動方法。 ３、撮像素子で得た映像信号から、空間高周波成分を抽
   出し、この高周波成分が最大となるようにフォーカシン
   グ機構位置を調整する合焦原理を用い、フォーカシング
   機構を光軸方向にステップ状に微振動させる機構を有し
   、上記高周波成分からフォーカシング機構の振動周波数
   と同周波数の微小変動成分を抽出し、この微小変動成分
   の位相からフォーカシング機構の移動方向を決定し、上
   記振動や移動をモータで自動的に行う自動合焦装置にお
   いて、フォーカシング機構の１サイクルの振動中の２回
   の偏位期間のうち、合焦点方向への偏位期間に、振動の
   ための偏位の他に、同一方向に１ステップ以上偏位させ
   て、フォーカシング機構の振動中心が合焦点方向に移動
   するようにモータを駆動することを特徴とする自動合焦
   装置のモータ駆動方法。 ４、１サイクルを４フィールドの期間とし、フォーカシ
   ング機構が、偏位して同一位置を保持している期間がほ
   ぼ２フィールドであることを特徴とする特許請求の範囲
   第１〜３項の何れかに記載の自動合焦装置のモータ駆動
   方法。 ５、フォーカシング機構として、マスタレンズの一部又
   は全部を光軸方向にステップ状に振動、移動可能にした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１〜４項の何れかに
   記載の自動合焦装置のモータ駆動方法。 ６、フォーカシング機構として、撮像素子を光軸方向に
   ステップ状に振動、移動可能にしたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１〜４項の何れかに記載の自動合焦装置
   のモータ駆動方法。