JPH04172074A - 自動焦点調節装置 - 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、電子撮像手段を具備
するカメラの自動焦点調節装置であって、撮影光学系に
よる当該電子撮像手段への結像状態を変更する光学変更
手段と、当該電子撮像手段の出力から所定方向の尖鋭度
変化を検出する尖鋭度検出手段と、当該光学変更手段に
より当該電子撮像手段への結像状態を連続的に変化させ
ながら、当該尖鋭度検出手段の出力のピーク点を検出し
、当該ピーク点に相当する結像状態に制御する制御手段
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詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例の構成ブロック図を示す。ｌ
Ｏ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
１４、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、３０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である。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袋Ｅ　３０は例えば、レンズ駆
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２８
ａ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
トインタラブダ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、バ
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１
６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２
６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ｔｌｌ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（ｔ　１
２）でレンズ２８ａを停止する。以後は、前述したのと
同様に、時刻ｔ１３〜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Ｔ　ｖ　／　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ｗＡ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〜ｔ１
６）。レンズ２８ａがＡ点に到達した時刻ｔ１２からｔ
１３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、ｎ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
３４は、時刻ｔ１７よりＴ　ｖ　／　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にフォー力シングメレ
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１Ｏ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へ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、ｔｌｌ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Ｔ　ｖ　／　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Ｔ
ｖ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ｔｌｌ〜
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１
０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１θ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　１８：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：バイパス・
フィルタ　２４ｂ＝ピ一ク検出回路　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ニジステム制御回路　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)

【特許請求の範囲】
1. 電子撮像手段を具備するカメラの自動焦点調節装置であ
   って、撮影光学系による当該電子撮像手段への結像状態
   を変更する光学変更手段と、当該電子撮像手段の出力か
   ら所定方向の尖鋭度変化を検出する尖鋭度検出手段と、
   当該光学変更手段により当該電子撮像手段への結像状態
   を連続的に変化させながら、当該尖鋭度検出手段の出力
   のピーク点を検出し、当該ピーク点に相当する結像状態
   に制御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。