JPH03157608A - 合焦点検出装置 - 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１ この発明は、たとえばビデオカメラやスチルビデオカメ
ラまたは銀塩フィルムカメラなどの映像機器に用いられ
る合焦点検出装置に関する。

［従来の技術］ 周知のように、レンズが合焦点に近付くほど合焦度を示
す値（周波数成分）は大きくなり、逆にレンズが合焦点
からずれていくとその値は小さ（なり、いわゆる山登り
カーブを描くことが知られている（たとえば、ＮＨＫ技
術研究　８４０第１７巻　第１号　石田他著「山登りサ
ーボ方式によるテレビカメラの自動焦点調整」）。

一般に、焦点が合っている画面は画像の輪郭が鮮明にな
るので、その画面の映像信号に含まれる高周波成分は最
も多くなる。そこで、従来のテレビカメラなどでは、山
登りカーブのピーク位置を合焦点位置として検出し、レ
ンズを駆動するようになっている。

また、特開昭６３−１７４４７６号公報には、特定領域
の映像信号を繰り返し用いることにより合焦点を検出す
る技術が開示されている。

さらに、たとえば影像信号の一部にゲートをかけること
によって必要とする部分の信号だけを取り出し、合焦点
を検出する方法が、“テレビジョン学会技術報告　Ｓ６
２．７．２４発表　村島他著　「デジタル積分オートフ
ォーカスビデオカメラ」°などに示されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記したような従来においては、全画面
をＴＶ規格にしたがって順に読み出し、その中から特定
領域の影像信号のみを抜き出して合焦点検出を行う場合
には、不必要な部分の信号も読み出す必要があるため、
時間的な無駄が多い。

また、ある特定領域を指定してその部分の影像信号だけ
を抜き出すようにした場合には、たとえば第６図に示す
ように、周波数成分にウィンドウの影響が現れる。すな
わち、ウィンドウ領域（特定領域）に応じて抜き出され
たａの部分には、本来、合焦点検出を行うのに必要なり
の他に、Ｃという成分も含まれている。これは、フィル
タの入力レベルがウィンドウ領域を読み出す前にはある
一定値であり、ウィンドウ領域の読み出し時に影像信号
のレベルに達するために発生する成分である。このＣ成
分は影像信号の中には本来なく、ウィンドウを設定する
ことにより発生する成分であるため、これがノイズとな
って合焦点検出の精度を悪くする要因となっていた。

そこで、この発明は、任意の領域の合焦点検出を高速に
、より精度良く行うことができる合焦点検出装置を提供
することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、この発明の合焦点検出装
置にあっては、被写体像を撮影する撮影光学系と、この
撮影光学系を通った被写体光束を光電変換する光電変換
素子と、この光電変換素子と前記撮影光学系との相対間
隔距離を変化する駆動系と、前記光電変換素子における
任意領域の特定周波数成分を抽出する周波数検出回路と
を具備し、前記駆動系による前記光電変換素子と撮影光
学系との相対間隔距離の変化にともなう前記周波数検出
回路の出力にもとづいて、前記撮影光学系の合焦点位置
を検出するものにおいて、前記周波数検出回路による任
意領域の特定周波数成分を抽出するタイミングを、最初
の画素を読み出し、その所定時間後に残りの画素の読み
出しを行うように、任意領域の各ラインごとに制御する
制御回路を設けた構成とされている。

［作　用］ この発明は、上記した手段により、任意領域の最初の画
素を読み出し、その所定時間後に残りの画素の読み出し
を行うべく、任意領域の特定周波数成分の抽出タイミン
グを制御するようにしているため、被写体像内の任意の
領域の特定周波数成分を画素ごとに抜き出すことができ
、しかも抜き出した特定周波数成分に現れるウィンドウ
の影響を排除することができるものである。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明
する。

第１図は、この発明の合焦点検出装置の基本概念を示す
ものである。すなわち、この合焦点検出装置は、被写体
像を撮影する撮影光学系１１、この撮影光学系１１を通
った被写体光束を光電変換する光電変換素子１２、上記
撮影光学系１１を駆動して上記光電変換素子１２と撮影
光学系１１との相対間隔距離を変化する駆動系１３、上
記光電変換素子１２の出力における任意領域の特定周波
数成分を抽出する周波数検出回路１４、上記駆動系１３
による上記光電変換素子１２と撮影光学系１１との相対
間隔距離の変化にともなう上記周波数検出回路１４から
の出力にもとづいて上記撮影光学系１１の合焦点位置を
検出するとともに、上記周波数検出回路１４による任意
領域の特定周波数成分を抽出するタイミングを、最初の
画素を読み出し、その所定時間後に残りの画素の読み出
しを行うように、任意領域の各ラインごとに制御する制
御回路としての処理回路１５により構成されている。

このような構成において、前記撮影光学系１１で投影さ
れた被写体光束は、光電変換素子１２により電気信号（
影像信号）に変換される。また、撮影光学系１１からは
、この系１１の焦点距離、絞り、Ｍ　Ｔ　Ｆ　（Ｍｏｄ
ｕｌａｔｌｏｎ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ
）特性、レンズ位置などの光学系情報が処理回路１５に
送られる。

処理回路１５からは、上記撮影光学系１１からの光学系
情報にもとづく、領域、読み出しクロック（Ｒ−ＣＬＫ
）　、およびＡ／Ｄタイミングなどの各種の信号が上記
光電変換素子１２に送られる。

すると、この光電変換素子１２からは、上記処理回路１
５からの信号に対応する任意の領域の信号（抽出信号）
が周波数検出回路１４に対して出力される。

ここで、処理回路１５は、光電変換素子１２における特
定領域（任意）の各ラインに対する最初の１画素をサン
プルホールドさせ、ある時間の経過後、たとえばＡ／Ｄ
変換出力が安定した時間に、残りの画素を所定のクロッ
クで読み出して周波数検出回路１４に出力させるように
なっている。

周波数検出回路１４では、上記光電変換素子１２の出力
より特定周波数の成分のみが抜き出される。この周波数
検出回路１４の出力は、上記処理回路１５に供給される
。

この後、処理回路１５において、上記撮影光学系１１か
らの光学系情報と周波数検出回路１４からの特定周波数
成分とにもとづいて、上記撮影光学系１１を駆動するた
めの駆動信号が算出される。

この駆動信号は、処理回路１５より駆動系１３に供給さ
れる。そして、駆動系１３が上記処理回路１５からの駆
動信号にしたがって撮影光学系１１を駆動することによ
り、撮影光学系１１は所定の方向に所定の速度にて移動
される。

このようにして、撮影光学系１１を移動させて繰り出し
量を変えたときの周波数検出回路１４からの出力が順に
求められ、その特定周波数成分の最大値、つまり山登り
カーブのピーク位置が検出される。すなわち、撮影光学
系１１の各位置における周波数検出回路１４の出力にも
とづいて、その特定周波数成分が最大となる撮影光学系
１１の位置（合焦点）が検出される。そして、最終的に
検出された合焦点位置にくるように、撮像光学系１１が
駆動されるようになっている。

第２図は、上記合焦点検出に用いられる山登りカーブの
一例を示すものである。

この図では、縦軸に周波数成分を、また横軸にデフォー
カス（撮影光学系１１の合焦点に対するずれ）を割り当
て、上記デフォーカスに対する周波数成分の変化を示し
ている。

次に、第３図を参照して、この発明の合焦点検出装置を
実現するための具体的な構成について説明する。

合焦点検出装置は、前記撮影光学系としてのレンズ１１
、前記光電変換素子１２を構成するＭＯＳ型イメージセ
ンサ１２ａおよびアンプ１２ｂ、前記駆動系としてのモ
ータ１３、前記周波数検出回路としての複数のバンドパ
スフィルタからなるＢ、Ｐ、Ｆ１４、前記制御回路とし
ての処理回路１５を構成するＭＣＰＵ　（メイン・セン
トラル・プロセシング・ユニット）１５ａおよびＡ／Ｄ
変換器１５ｂとからなっている。

レンズ１１は、被写体像に対応する被写体光束を前記Ｍ
ＯＳ型イメージセンサ１２ａ上に結像するとともに、絞
り、焦点距離、ＭＴＦ特性、およびレンズ位置などのレ
ンズ情報を前記ＭＣＰＵ１５ａに出力するようになって
いる。また、レンズ１１は、前記モータ１３によりイメ
ージセンサ１２ａとの相対間隔距離を変えることができ
るようになっている。

ＭＯＳ型イメージセンサ１２ａは、上記レンズ１１を通
った被写体光束を電気信号に変換するものである。そし
て、前記ＭＣＰ０１５ａにより指定される領域の映像信
号を、読み出しクロックで読み出すことができるように
なっている。なお、このＭＯＳ型イメージセンサ１２ａ
は、映像信号を抜き出すための領域が自由に設定できる
ようになっている。

アンプ１２ｂは、上記イメージセンサ１２ａから出力さ
れる抽出信号を増幅し、前記Ｂ、Ｐ、Ｆ１４に出力する
ようになっている。

Ｂ、Ｐ、Ｆ１４は、アンプ１２ｂの出力より特定周波数
成分を抜き出すためのものである。

Ａ／Ｄ変換器１５ｂは、上記Ｂ、Ｐ、Ｆ１４からの特定
周波数成分をアナログ／デジタル変換し、そのデジタル
信号を前記ＭＣＰＵ１５ａに出力するものである。

モータ１３は、前記ＭＣＰＵ１５ａからの駆動信号にし
たがって前記レンズ１１を駆動するものである。

Ｍ　ＣＰ　Ｕ　１５　ａは、前記レンズ１１からのレン
ズ情報およびＡ／Ｄ変換器１５ｂからのデジタル信号（
Ａ／Ｄ変換値）をもとに、前記レンズ１１の駆動方向と
その速度などを指示するための駆動信号をモータ１３に
出力したり、また前記イメージセンサ１２ａに対して映
像信号を抜き出すための領域、読み出しクロック、Ａ／
Ｄタイミングなどの各種の信号を出力するとともに、前
記Ａ／Ｄ変換器１５ｂからのデジタル信号にもとづいて
山登りカーブのピーク位置、つまり被写体像に対するレ
ンズ１１の合焦点位置の検出などを行うようになってい
る。

第４図は、ＭＯＳ型イメージセンサ１２ａにおける映像
信号を抜き出すための領域αの一例を示すものである。

領域αは、Ｎ画素ＸＭラインの大きさを有し、その大き
さや場所を自由（任意）に設定できるようになっている
。

次に、第５図を参照して、上記領域α内の映像信号を抜
き出す際の読み出しタイミングについて説明する。

Ｒ−ＣＬＫは、Ｎ画素分の最初の画素を読み出し、その
後、時間ｔ。が経ってからレンズ情報とＢ、Ｐ、Ｆ１４
の特性とをもとに、一定のクロックで残りの画素を読み
出すようになっている。また、１ライン目の読み出し期
間におけるＮ画素目の読み出しが終わると、時間１−、
が経過された後に、次のラインの最初の画素の読み出し
が行われる。そして、時間ｔ、が経ってから、残りの画
素を読み出すようになっている。なお、３ライン目以降
の読み出し期間においては、上記２ライン目と同じタイ
ミングにて同様に行われるようになっている。

Ａ／Ｄタイミングは、Ｒ−ＣＬＫのスタートパルス（１
発目の読み出しパルス）からＭライン目のＮ画素（最終
画素）の読み出しが終わるまで、一定となっている。

ここで、上記Ｒ−ＣＬＫにおける１画素から２画素目の
読み出しに移る時間ｊｏ＊ＩｓおよびＮ画素から次のラ
インの１画素目の読み出しに移る時間ｔ″０は、たとえ
ば上記したＡ／Ｄタイミングで変換されたＡ／Ｄ変換値
が安定するまでの時間にて設定されるようになっている
。すなわち、ＭＣＰＵ１５ａでは、各ラインの読み出し
期間において、１発目の読み出しパルスにて読み出した
Ｂ、Ｐ、Ｆ１４の出力をＡ／Ｄ変換して観察しており、
このＡ／Ｄ変換値が所定値以下になったときに２発目の
読み出しパルスをＭＯＳ型イメージセンサ−２ａに対し
て出力するようになっている。

このようにして、Ｍライ２分のすべてのＮ画素が読み出
され、Ａ／Ｄ変換されたＡ／Ｄ変換値（各ラインにおけ
る１発目の読み出しパルスにて読み出されたＡ／Ｄ変換
値を除く）は、デジタル加算される。そして、このデジ
タル加算値を、レンズ１１を駆動しながら求めることに
より、上記の如く、合焦点の検出がＭＣＰ０１５ａにて
行われる。

上記したように、画像中の合焦点検出に必要な部分の信
号のみを抜き出すようにしているので高速化が図れ、ま
たウィンドウの影響を受けることがないので検出の精度
を向上することができる。

なお、上記実施例においては、光電変換素子としてＭＯ
Ｓ型イメージセンサを用いた場合を例に説明したが、こ
れに限らず、たとえばＸ−ＹアドレスタイプのＡ　Ｍ　
Ｉ　（Ａｇ＋ｐＨ４１ｅｄ　ＭＯＳ　Ｉｎｔｅｌｉｇｅ
ｎｔｌｍａｇｅｒ）またはＳ　Ｉ　Ｔ　（Ｓｔａｔｉｃ
　ＩｎｄｕｃｔｉｏｎＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）型撮像素
子などを用いることも可能である。

また、充電変換素子としてＣＣＤ素子を用い、高速はき
捨てを行うことによっても同様の効果を得ることができ
る。

また、レンズを駆動するようにしたが、たとえばセンサ
を駆動してレンズとセンサとの相対間隔距離を変化する
ようにしても良い。

また、２発目の読み出しパルスの出力タイミングを、Ｂ
、Ｐ、Ｆの出力のＡ／Ｄ変換値が安定してから、つまり
Ａ／Ｄ変換値を観察して決めるようにしたが、１発目の
読み出しパルスに対する最初のＡ／Ｄ変換値より２発目
の読み出しパルスの出力タイミングを予測するようにし
ても良いし、あらかじめＡ／Ｄ変換値が十分に安定する
時間を設定しておくようにしても良い。

さらに、Ａ／Ｄ変換値をデジタル加算するようにしたが
、アナログ積分を用いた場合にも同様に実施可能である
。

その他、この発明の要旨を変えない範囲において、種々
変形実施可能なことは勿論である。

［発明の効果］ 以上、詳述したようにこの発明によれば、画像内の任意
の領域の画素を直接アクセスできるとともに、ウィンド
ウによる影響を除くことができるため、任意の領域の合
焦点検出を高速に、より精度良く行うことができる合焦
点検出装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す合焦点検出装置の概
念図、第２図は合焦点検出に用いられる山登りカーブを
示す図、第３図は合焦点検出装置の構成を具体的に示す
ブロック図、第４図は領域の一例を示す図、第５図は領
域内の映像信号を抜き出す際の読み出しタイミングにつ
いて説明するために示すタイミングチャートであり、第
６図は従来技術とその問題点を説明するために示す図で
ある。 １１・・・レンズ（撮影光学系）　１２・・・光電嚢換
素子、１２ａ・・・ＭＯＳ型イメージセンサ、１３・・
・モータ（駆動系）、１４・・・Ｂ、Ｐ、Ｆ　（周波数
検出回路）、１５・・・処理回路（制御回路）、１５ａ
−ＭＣＰＵ、１５ｂ−・−Ａ／Ｄ変換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被写体像を撮影する撮影光学系と、 この撮影光学系を通った被写体光束を光電変換する光電
   変換素子と、 この光電変換素子と前記撮影光学系との相対間隔距離を
   変化する駆動系と、 前記光電変換素子における任意領域の特定周波数成分を
   抽出する周波数検出回路とを具備し、前記駆動系による
   前記光電変換素子と撮影光学系との相対間隔距離の変化
   にともなう前記周波数検出回路の出力にもとづいて、前
   記撮影光学系の合焦点位置を検出する合焦点検出装置に
   おいて、前記周波数検出回路による任意領域の特定周波
   数成分を抽出するタイミングを、最初の画素を読み出し
   、その所定時間後に残りの画素の読み出しを行うように
   、任意領域の各ラインごとに制御する制御回路を設けた
   ことを特徴とする合焦点検出装置。