JPH03220876A

JPH03220876A - 自動合焦装置

Info

Publication number: JPH03220876A
Application number: JP2014957A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sakurai; 博桜井; Toshio Murakami; 敏夫村上; Yoshihiro Todaka; 義弘戸高
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Video Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Image Information Systems Inc; Hitachi Ltd
Priority date: 1990-01-26
Filing date: 1990-01-26
Publication date: 1991-09-30
Anticipated expiration: 2014-10-25
Also published as: JP2966458B2

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
ｆｊｔ発生回路５３により生成された基準周波数ｆつは
、モータ駆動回路５６に供給され、レンズｌ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ｆ
ＩＩＬ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フイ一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ｆｍ検出回路５２にお
いて、上記焦点電圧から、基準周波数ｆｍを検出し、該
検出した基準周波数ｆえと、基準周波数ｆｌ１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５Ｇ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０
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、はぼ左右対称な国勢性となる。したがって、レン
ズｌの焦点整合装置が、合焦点に対して至近側にある場
合と、ω側にある場合では、前記基準周波数ｆｍ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ｆｍ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
ｆｍ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（７）Ｂ
ＰＦ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ｆＩＩＬの位相に基づいて、前記検出周波数の高いＢ
ＰＦ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Ｖ
ＦＩと、検出周波数の高いＢＰＦに基づいた焦点電圧Ｖ
　ｐ　２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Ｖ　ｒｅｆを設定し、上記
焦点電圧Ｖ　Ｆ　２のレベルが、　Ｖｒｅｆ以上の時の
み、Ｖ、２を用いて帰還ループを構成し、前記Ｖｒｅｆ
未溝の時には、Ｖ　Ｐ　１から検出した基準周波数ｆａ
ｔ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ω側にあるかを判別して、該判別結果をホール
ドし、Ｖ　Ｆ　２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−符珍、同一
記号で示す。５８は検出周波数の低いＢＰＦＩ、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Ｖ　ｐ　２と、所定のレベルＶ
　ｒｅｆを比較し。

Ｖ　Ｆ　２≧Ｖｒｅｆの時例えば「１」を、Ｖ　Ｆ　２
　（Ｖ　ｒ　ｅ　ｆ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α側に、
またｒＱＪの時す側になるスイッチ回路である。

いま、大きくボケた状態で、Ｖ　ｙ　２　＜　Ｖ　ｒｅ
ｆのとき、レベル検出回路５５は「Ｏ」を出力し、スイ
ッチ回路６２は、ｂ側を選択する。従って、ＶＦｌより
検出した基準周波数ｆａ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ω側
であれば−ｖＭを発生、ホールドし、モータ駆動回路５
６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０合焦点に近づき、ＶＦ２≧
Ｖ　ｒｅｆ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α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１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、ｌ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ｆ＊　（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ｆａｔ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フイ一ルド
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１■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ｆｍ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１
３では、基準周波数ｆａ検出回路１２により検出された
ｆＩＩＬ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ｆｍ酸成分振
幅から、合焦、非さ焦に応じて、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１
５において上記入力された信号に応じて、モータを邸動
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Ｖ　ｒｅｆ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ｆヮ検出回路１２と、レベル判定回路１
６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ｆｊｌ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とするとスイッチ回路１８にはＶ□とＶＦＬ
がフィールド毎に交互に入力され、Ｖｖｕ’ｉｃｆｗｉ
検出回路１２に、ＶＦＬをレベル検出回路上６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、ｖｐｃ期間の
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、■
、期間の帯域に、Ｖ　Ｆ　Ｌ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ＶＦ　１
　、　ＶＦ　２　、　ＶＦ　３テ示しである。

すなわち、大きくボケた所では、Ｖ、１に基づいて動作
し１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、２０．２１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０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１
６の判定結果が、Ｖ　Ｆ　２　＜　Ｖ　ｒｅｆの時はＶ
ＦＭをそのままｆａ検出回路１２に出力し、Ｖ　Ｆ　２
≧Ｖｒｅｆの時は、ＶＰ２≧Ｖ　ｒｅｆ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　
Ｆ　１のレベルａからａ／ｂを算出し、ｖ２２≧Ｖｒｅ
ｆとなった次のフィールドから、ｉ・ＶＦＭをｆＩＩＬ
検出回路１２に供給する。さらに、Ｖ　Ｆ　３≧Ｖ　ｒ
ｅｆ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ｇＶ　ｖ　３≧Ｖｒｅｆとな
った次のフィールドから、ｂ’ｄ・ＶＦＭをｆａｔ検出
回路１２に供給する。したがって、ｆｍ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、■、１のレベルにＶ、２゜Ｖ　
ｖ　３のレベルを合わせるよう構成したが、Ｖ　Ｆ　３
のレベルに、Ｖｒ２＝　ＶＰＩ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、ＬＳ、Ｉ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ｆａ検出回路、１６・・・レベル検出回路、１８・・・スイッチ回路。第の妬う凶ＬＴＥ１２　Ｖｒｅｌ集４目晃第ぶ目６第凶レン゛ズ゛伯Ｌ１Ｌ晃臼第７圀第７１凶

Claims

【特許請求の範囲】１、撮像素子から得た映像信号のＡ／Ｄ変換器（４）と
、通過周波数帯域を変化可能なＢＰＦ（５）と、上記ＢＰ
Ｆ（５）の出力信号から、合焦具合に応じた１フィール
ド毎に変化する信号を生成する焦点電圧検出回路（１０
０）と、該焦点電圧検出回路（１００）の出力信号を演算し、そ
の演算結果に応じた、前記ＢＰＦ（５）の帯域切替制御
、および駆動回路（１０）の制御を行なう演算・制御回
路（９）と、前記駆動回路（１０）の出力に応じてレンズ（１）の焦
点調整機構を移動する移動装置１１と、を具備し、前記焦点電圧が最大となるよう、レンズ（１）の焦点調
整機構を移動することを特徴とする自動合焦装置。２、前記レンズ（１）の焦点調整装置は、光軸にそって目に検知できない程度に所定の周波数ｆ＿
ｍで微動させ、前記演算・制御回路（９）は、基準周波数ｆ＿ｍ検出回路（１２）と、該ｆ＿ｍ検出回
路出力からレンズの移動方向を定める信号を検出する方
向検出回路（１３）と、上記ｆ＿ｍ検出回路出力から合
焦、非合焦を検出し、レンズの移動、停止を定める信号
を検出する合焦検出回路１４と、モータの移動、停止を
制御するモータ制御回路（１５）と、焦点電圧と所定の
レベルを比較し、該比較結果に応じた信号を出力するレ
ベル判定回路（１６）と、上記レベル判定回路出力に応
じてＢＰＦの帯域を制御するＢＰＦ制御回路（１７）と
、前記ｆ＿ｍ検出回路と、前記レベル判定回路に入力す
る焦点電圧をフィールド毎に切替えるスイッチ回路（１
８）から構成し、レンズが合焦点に近づくに従って、前
記ＢＰＦの通過帯域を高域に切替え、前記焦点電圧が最
大となる位置にレンズを停止させる構成を備える請求項
１に記載の自動合焦装置。３、前記演算・制御回路（９）は、正規化回路（２９）を具備し、前記ＢＰＦ（５）の帯域
を切替える時に、焦点電圧レベルを正規化する構成であ
る請求項２に記載の自動合焦装置。