JPH01212980A - オートフオーカス装置 - 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、ビデオカメラなどのオートフォーカス装置に
関する。

〔従来の技術〕

従来、ビデオカメラは、固体撮像素子、撮像管などの撮
像素子の受光信号の高周波成分が、合焦点に近づく程増
加する特性を利用した「山登シ方式」と呼ばれる制御方
式のオートフォーカス装置を備えている。

そして、前記従来のオートフォーカス装置は、受光信号
が変化する毎に、つぎに説明する４動作（Ｉｌ　、　（
［Ｄ　、　（Ｉ［Ｄ　、　＠により、撮像レンズを合焦
位置に移動して引込んでいる。

（Ｉ）撮像レンズを近点又は遠点の方向に初期移動する
。

（ｍ初期移動中に得られる受光信号の高周波成分の増減
にもとづき、移動前の位置からの移動方向を判別して決
定する。

面初期移動前の位置から決定した移動方向に撮像レンズ
を移動するとともに、移動中の受光信号の増加から減少
への変極点（頂上）を検出する。

（５）変極点の位置を記憶しておき、その位置に撮像レ
ンズを戻して止める。

一方、たとえば特開昭６１−２３９７８０号公報（Ｈ０
４Ｎ　５／２３２　）には、圧電素子などを用いた振動
機構によシ、撮像素子の受光面を撮像レンズの光軸方向
に常時微小振動するとともに、振動による受光画像信号
のレベル変化から焦点ずれの方向を判別し、撮像レンズ
を合焦位置に移動するオートフォーカス装置が記載され
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前記従来の「山’ｆｌ’）方式」のオートフ
ォーカス装置の場合、撮像レンズを初期移動して焦点ず
れの方向を決定した後、撮像レンズが合焦位置に移動さ
れ、迅速かつ滑らかなフォーカス制御が行えない問題点
がちる。

一方、前記公報に記載のオートフォーカス装置の場合、
焦点ずれの方向決定の動作が省け、「山登り方式」の装
置よシ迅速に制御が行えるが、圧電素子などの振動機構
を要し、構成が複雑化し、しかも、撮像レンズのズーム
位置、焦点位置、Ｆ値などによっては、撮像素子の振動
が、とくに静止画の撮像画面上にフリッカ現像として出
現し、撮像画面に悪影響を与える問題点がある。

本発明は、振動機構などを設けることなく、しかも、撮
像画面に悪影響を与えることなく、迅速かつ滑らかなフ
ォーカス制御を行うオートフォーカス装置を提供するこ
とを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するための手段を、実施例に対応する第
１図を参照して以下に説明する。

本発明は、撮像レンズ（１）の撮像光を受光する撮像素
子（２１と、 前記撮像素子（２１の受光面に設けられ、前記撮像光の
光学的距離を焦点深度内で可変するように厚みに微小な
傾斜がつけられた保護カバー体（３）と、前記受光面を
前記傾斜の方向に分割した複数の領域の受光信号の高周
波成分を出力する受光信号処理部（４）と、 前記各高周波成分のレベルを比較して焦点ずれの方向を
判別し１合焦制御信号を出力する判別処理部としてのマ
イクロプロセッサ（以下ＣＰＵと称する）Ｃ５１と、 前記合焦制御信号にしたがって前記レンズを移動するレ
ンズ駆動部（６）と を備えたことを特徴とするオートフォーカス装置を提供
するものである。

〔作用〕

したがって、カバー体（３１の厚みの変化にもとづき、
受光面の各領域の合焦位置が焦点深度内でずれ、各領域
の受光信号の高周波成分のレベルに差が生じる。

そして、処理部（４）のレベル比較にもとづき、従来の
「山登シ方式」の初期移動を行うことなく、焦点ずれの
方向が判別され、該判別にもとづく合焦制御信号によシ
、レンズ（１）が移動されて合焦位置に引込まれる。

〔実施例〕

つぎに、本発明を、その１実施例を示した第１図ないし
第４図とともに詳細に説明する。

第１図において、Ｃ１】は撮像レンズ、Ｃ２）はレンズ
（１）の後方の撮像面の位置に設けられた撮像素子であ
り、色フィルタ付きＣＯＤなどの固体撮像素子からな９
、水平、垂直走査にもとづき、１フイールド毎に受光面
の全画素の受光信号を出力する。

（３１は撮像素子（２）の光軸に直角な受光面に設けら
れたカバーガラスなどの保護カバー体であシ、撮像光の
光学的距離を焦点深度内で可変するように厚みに上下方
向の微小な傾斜がつけられている。

（７）は受光信号処理部（４）に設けられた撮像処理回
路であυ、撮像素子（２）の受光信号をビデオ信号に変
換して出力する。（８）は処理回路（７）に接続された
同期分離回路、（９）は同期分離回路＋８１に接続され
たゲート制御回路であシ、処理回路（７）の出力信号の
サンプリング用のゲート信号及び後述のデジタルデータ
の切換出力用のゲート信号を形成して出力する。

ａＯは処理回路（７）に接続されたゲート回路であシ、
制御回路（９）のサンプリング用のゲート信号にもとづ
き、処理回路（７）の毎フィールド出力信号の受光面中
央部分のみを抽出して出力する。（１１１はゲート回路
ＩＩＯの出力信号の高周波成分を抽出するバイパスフィ
ルタ、（２）はフィルタαＤの出力信号を包絡線検波す
る検波回路、０３は検波回路ａ２の出力信号を積分平滑
する積分回路である。

αをは積分回路αＪの出力信号をデジタルデータに変換
するＡ／Ｄ変換回路、αＱは変換回路α４に接続された
切換回路であり、制御回路【９）の切換出力用のゲート
信号にもとづき、各１フイールドの画面を上部、中部、
下部に３分割したタイミングで変換回路α滲の出力デー
タを８出力端子から切換え出力する。（＋６４）　、（
＋６ｂ）、（１６ｅ）は切換回路（至）の各出力端子の
データを一時保持する３個のメモリである。

（５１はメモリ（ｆ６ｔＪ〜ａ６Ｃ１１の保持データが
入力されるＣＰＵであシ、判別処理部を形成し、焦点ず
れの方向を判別して合焦制御信号を出力する。αηはレ
ンズ駆動部（６１に設けられたフォーカスモータ制御回
路であり、合焦制御信号にもとづき、フォーカスモータ
（ト）を駆動してレンズ＋１）を移動する。

ところでカバー体（３）の厚みの傾斜にもとづき、レン
ズ＋１１を通過した撮像光の撮像素子（２１の受光面ま
での光学的距離が、受光面の中央部を基準にして、上部
側で短くなるとともに下部側で長くなる。

そして、光学的距離の変化にもとづき、受光面の上部、
中央部、下部の合焦位置が焦点深度内で微小にずれ、中
央部が合焦状態になったときを基準にすると、いわゆる
前ピン、後ピンの焦点ずれのときには、上部、下部それ
ぞれが合焦状態に近づく。

すなわち、被写体の位置、レンズ＋１１の焦点位置をＰ
ｏ　、　Ｐ＋とし、レンズ口）の前主面、後主面をＨ２
Ｈとすると、受光面の上部、中央部、下部の３領域（Ａ
）　、　（Ｂ）　、　（Ｃ）の入射光が、前ピン、合焦
、後ピンのときに第２図（ａ）　、　（ｈ）　、　（ｅ
）それぞれに示すようになる。

なお、第２図（ａ）　〜（Ｃ）の各領域（Ａ）〜（Ｃ）
のＯ印の大きさが入射光のスポット径を示し、スポット
径が大きくなる程焦点ずれが大きい。

そして、焦点ずれが大きくなる程、受光信号の高周波成
分のレベルが低下し、第２図ｆａｔ〜（ｅ）それぞれの
場合、各領域（Ａ）〜（５の受光信号のレベルは第３図
（ａｌ　、　ｆｈ）、　ｆｃ）それぞれに示すようにな
シ、前ピンのときには領域（Ａ）のレベルが最も大きく
なり、合焦、後ピンのときには領域（Ｂ）　、　（Ｃ）
のレベルがそれぞれ最も大きくなる。

したがって、領域（Ａ）〜（Ｑの受光信号の高周波成分
のレベル比較により、焦点ずれの方向の判別が行える。

つぎに、第１図の動作について説明する。

レンズ＋１１を通過した撮像光はカバー体（３１を介し
て撮像素子＋２１で受光され、撮像素子（２＋から処理
回路（７）に受光面の各画素の受光信号が出力される。

さらに、処理回路（７）のビデオ信号が同期分離回路（
８）及びゲート回路口Ｏに入力され、焦合精度を高める
だめ、ゲート回路ａＯによって毎フィールドの左、右端
部の信号が除去される。

そして、ゲート回路ａＯの出力信号の高周波成分がフィ
ルタ圓で抽出されるとともに、フィルタ（１１）の出力
信号が検波回路α２．積分回路α３を介して変換回路０
４に入力され、デジタルデータに変換される。

さらに、変換回路α滲のデジタルデータが切換回路叫に
入力され、このとき、制御回路【９）のゲート信号にも
とづき、切換回路叫は、毎フィールドの領域（Ａ）　〜
（Ｃ’）　ノア”　−１１を領域（Ａ）　〜（Ｃ）毎の
メモリ（１８ｔ！Ｌ）−（Ｉｆ；ｃ）それぞれに切換え
出力し、領域（Ａ）〜（Ｃ’）それぞれの毎フィールド
のデータを領域別に加算平均する。

すなわち、撮像素子（１１の各領域（Ａ）〜（Ｃ’）の
毎フィールドの受光信号の高周波成分が、処理部（４１
によって分離抽出されるとともに、領域別に加算平均化
され、レベル比較用の誤差の少ない評価値のデータに変
換される。

さらに、各メモリ（ｆ６ｊ３−ｐ（ＩＧｃ）のデータが
フィールド毎にＣＰ　Ｕ　Ｃ５１に取込まれ、このとき
ＣＰ　Ｕ　（５）が第４図のフローチャートにしたがっ
て動作する。

すなわち、メモ！Ｊ　（１６ａ、）〜（ＩＧｃ）それぞ
れのデータをＳａ。

８ｂ　、　Ｓｃとすると、ＣＰ　Ｕ　（５１はデータＳ
ａ　、　Ｓｂ　、　Ｓｃの大小比較にもとづき、領域（
Ａ）〜（Ｃ’）の高周波成分をレベル比較し、８ｂ（Ｓ
ａ、Ｓｅであれば、データ８ａ　、　Ｓｃの大小から前
ピン、後ピンを判定し、焦点ずれの方向を判別する。

そして、Ｓａ　）　ＳｃＯ前ピンの焦点ずれのときには
、レンズ（１）を遠点方向に移動する合焦制御信号を制
御回路αηに出力し、Ｓａ　ｌ　Ｓｅの後ピンの焦点ず
れのときには、レンズ＋１１を近点方向に移動する合焦
制御信号を制御回路Ｑ′７）に出力し、モータα鴎を駆
動してレンズ（１）を移動する。

さらに、レンズ＋１１の移動にもとづき、データＳａ。

ｓｂの大小関係が逆転する位置、すなわち頂上（変極点
）の位置を検出すると、該位置にレンズＨ１を補正移動
し、レンズ（１１の移動を終了してレンズ（１）を合焦
位置に引込む。

したがって、従来の「山登り方式」の方向判別の初期移
動を省いてレンズ（１）のフォーカス制御が行われ、迅
速かつ滑らかなフォーカス制御によってレンズ【１）が
合焦位置に引込まれ、このとき、カバー体（３）の厚み
の変化にもとづく光学的距離の変化範囲が焦点深度内で
あシ、撮像画面に何ら影響を与えることがない。

なお、前記実施例では、カバー体（３）の厚みに上下方
向の傾斜をつけ、受光面を３領域に分割して３領域の受
光信号の高周波成分のレベル比較を行うようにしたが、
少なくとも２領域の受光信号の高周波成分のレベル比較
を行えば、焦点ずれの方向を判別することができるのは
勿論である。

そして、カバー体（３１の厚みの頌斜方向、角度及び受
光面の領域の数などは、撮像素子（２１の特性。

要求される焦合精度などに応じて任意に設定すればよい
。

また、処理部（４１などの構成が実施例と異なっていて
もよく、たとえば処理部（４１によシ、撮像素子（２）
の受光信号を領域別に分離した後、各領域の高周波成分
を抽出するようにしてもよい。

さらに、撮像素子として撮像管などを用いてもよいのは
勿論である。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明のオートフォーカス装置によると
、保護カバー体の厚みの傾斜にもとづく受光面の各領域
の焦点深度内での合焦位置のずれを利用し、各領域の受
光信号の高周波成分のレベル比較によって焦点ずれの方
向を判別し、撮像レンズの焦点位置を制御したことによ
シ、撮像素子の振動機構などを設けることなく、焦点ず
れの方向を迅速かつ適確に判別することができ、簡素か
り安価な構成で撮像画面に悪影響を与えることなく、迅
速かつ滑らかにフォーカス制御を行うことができるもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明のオートフォーカス装置の
１実施例を示し、第１図はブロック図、第２図（ａ）〜
（ｅ）は受光面の各領域の焦点位置のずれ説明図、第３
図（ａ）〜（ｃ）は第２図（ａ）〜（ｅ）それぞれのと
きの各領域の高周波成分の説明図、第４図は動作説明用
のフローチャートである。 （す・・・撮像レンズ、（２＋・・・撮像素子、（３ト
・・保護カバー体、（４１・・・受光信号処理部、（５
）・・・ＣＰＵ、（６）・・・しンズ駆動部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）撮像レンズの撮像光を受光する撮像素子と、前記
   撮像素子の受光面に設けられ、前記撮像光の光学的距離
   を焦点深度内で可変するように厚みに微小な傾斜がつけ
   られた保護カバー体と、前記受光面を前記傾斜の方向に
   分割した複数の領域の受光信号の高周波成分を出力する
   受光信号処理部と、 前記各高周波成分のレベルを比較して焦点ずれの方向を
   判別し、合焦制御信号を出力する判別処理部と、 前記合焦制御信号にしたがつて前記レンズを移動するレ
   ンズ駆動部と を備えたことを特徴とするオートフォーカス装置。