JPH0628402B2 - 自動焦点整合装置 - Google Patents

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の撮像素子より得た映像信号の高
域周波数成分を検出し、その振幅が最大になる様にレン
ズの焦点整合装置を駆動する自動焦点整合装置に関する
ものである。

従来例の構成とその問題点 近年、ビデオカメラはポータブルビデオテープレコーダ
とともに急速に普及している。自動焦点整合装置はビデ
オカメラの取扱いを簡便にし、一層の普及に貢献するも
のである。

従来の自動焦点整合装置として、赤外線を被写体に向け
て発射し、被写体より反射した赤外線を受光し、前記受
光角度より被写体までの距離を測定し、測定した距離に
よりレンズの焦点整合装置を所定の位置へ駆動する方式
がある。前記方式は応答速度が速いが、被写体までの距
離を正確に測定しかつその測定結果によりレンズの焦点
整合装置を所定の位置へ駆動するにはレンズの焦点整合
装置に高い組立精度を必要とする。また測定できる距離
を遠くするには、強い赤外線を発射しなければならず、
その消費電力が大きくなるという問題点を有していた。

レンズの焦点整合装置の組立精度をラフにできかつ前述
した問題点を解決するものとして、自動焦点整合装置の
システムがレンズの焦点整合装置を含めてクローズトリ
ープを形成しており、さらに映像信号そのものを利用し
て焦点整合を得るという方式がある。すなわち、撮像素
子の受光面に結像している被写体像を周期的・光学的に
ボカし、前記ボケに対応する信号を検出し、前記撮像素
子より得た撮像信号の高域周波数成分の振幅が最大にな
るように、レンズの焦点整合装置を駆動するものであ
る。

以下に従来の前述したレンズの焦点整合装置を含めてク
ローズトループを形成する自動焦点整合装置について説
明する。

第１図は従来の自動焦点整合装置のブロック図を示すも
のである。

第１図において、１は撮像素子２の撮像面上に被写体像
を結像するレンズ、２は撮像面上に結像された被写体の
光学情報を電気信号に変換する撮像素子、３は撮像素子
２から得た電気信号を増幅する前置増幅器、４は前記増
幅器３の出力信号に処理を加えテレビジョン信号にする
プロセス回路である。５は各回路に同期信号，ブランキ
ング信号等を供給する同期信号発生器、６は撮像素子２
を駆動する撮像素子駆動回路である。７は前置増幅器３
の出力信号から高域周波数成分を検出する高域周波数成
分検出回路であり、例えば中心周波数１MKzのバンドパ
スフィルタである。８は基準周波数を同期検波回路１０
とモータ駆動回路１１に供給する基準周波数発生器、９
は高域周波数成分検出回路７で得た高域周波数成分に含
まれる基準周波数成分を検出する基準周波数成分検出回
路、１０は前記基準周波数成分を基準周波数で同期検波
し、前記同期検波出力でモータ駆動回路１１を通してモ
ータ１２を駆動する同期検波回路である。

以上のように構成された従来の自動焦点整合装置につい
て、以下その動作について説明する。

モータ１２はレンズ１の焦点整合装置を基準周波数で微
動させ、レンズのフォーカスを目に検知できない程度に
変化させている。この結果、高域周波数成分検出回路７
の出力信号はフォーカスの微変化に伴う、基準周波数の
変化成分を含んでいる。前記変化成分は基準周波数成分
検出回路９で検出され、同期検波回路１０で極性と振幅
を検出される。前記検出結果はモータ駆動回路１１に加
えられ、撮像素子２の出力信号の高域周波数成分の振幅
が最大になる様にモータ１２を駆動する。

モータ１２の駆動方向を検出する原理について、第２図
を用いてもう少し詳細に説明する。縦軸は撮像素子２の
出力信号に含まれる高域周波数成分の振幅で、横軸はレ
ンズ１の焦点整合装置の位置であり近は近距離の被写体
に合焦する位置、遠は遠距離の被写体に合焦する位置で
ある。いま、被写体が距離Ｄ_１の所にある場合を考える
と、レンズ１の焦点整合装置が被写体までの距離Ｄ_１に
対応した位置にある時合焦し、高域周波数成分の振幅は
最大となる、焦点整合装置がその位置より近距離の被写
体に合焦する位置または遠距離の被写体に合焦する位置
にズレても、高域周波数成分の振幅は減少する、一種の
山形特性となり、第２図のようになる。一方、ａ_１，ａ
_２，ａ_３はモータ１２の基準周波数での微変動による焦
点整合装置の動きを示している。ａ_１はレンズ１の焦点
整合装置が被写体の距離Ｄ_１に対応した位置より近距離
側にあった場合のモータ１２の微変動である、高域周波
数成分は前記モータ１２の微変動に伴うフォーカスの変
化によりｂ_１のような振幅変調を受ける。またａ_２はレ
ンズ１の焦点整合装置が遠距離にあった場合で、ｂ_２は
この時受ける振幅変調を示している。ａ_３は合焦位置で
のモータの微変動を示し、この時ｂ_３に示すようにほと
んど振幅変調を受けない。このように、高域周波数成分
はモータ１２の微変動によって、基準周波数で振幅変調
を受ける。前記振幅変調はｂ_１，ｂ_２から明らかなよう
に、合焦位置より近距離側と遠距離側で位相が１８０°
反転する。従って、ｂ_１のような振幅変調を受けた高域
周波数成分から基準周波数成分を検出し、前記基準周波
数成分を基準周波数で同期検波した信号でモータ１４を
矢印Ｃ_１の方向に駆動するなら、ｂ_２の場合では矢印Ｃ
_２の方向に駆動することになる。モータ１４は常に高域
周波数成分が最大になる位置へ駆動され、合焦状態を得
られる。このように本従来例の自動焦点整合装置は、レ
ンズの焦点整合装置を含めてクローズドループを形成で
き、焦点整合装置の組立精度をラフにできるなど多くの
特徴を有している。

しかしながら上記のような構成では、モータが駆動され
合焦を得るまでの応答を速くするために、回路のゲイン
を大きくしてループゲインを高くすると、ノイズに対し
て弱くなり、ノイズモータが大きく振られてしまう。特
に合焦しているときに、基準周波数成分が減少しノイズ
でモータが大きく振られ易くなり、画像がブレて安定性
が悪くなり大変見苦しくなる。従って、ループゲインは
合焦時の系の安定性を考えると高くできず、十分な応答
速度を得られなかった。ビデオカメラは動く被写体を撮
ることが多く、応答が遅いことは致命的であった。

発明の目的 本発明は上記従来の問題点を解消するもので、レンズの
焦点整合装置に組立精度を要求せず、かつ応答の速い自
動焦点整合装置を提供することを目的とする。

発明の構成 本発明は撮像素子の受光面に結像している被写体像を周
期的・光学的にボカし、前記ボケに対応する信号を検出
し前記撮像素子より得られる映像信号の高域周波数成分
の振幅が最大になるようにレンズの焦点整合装置を駆動
するシステムにおいて、焦点の整合状態によって前記周
期的・光学的にボカす量を可変する事により、合焦時の
系の安定性を維持したまま応答速度を飛躍的に向上する
ことのできるものである。

実施例の説明 第３図は本発明の第１の実施例における自動焦点整合装
置のブロック図を示すものである。第３図において、１
３は基準周波数成分のレベルを検出し、前記レベルが基
準値以下になった時、利得制御回路１４の利得を下げる
と同時に利得制御回路１５の利得を前記利得制御回路１
４の利得を下げた分上げるレベル検出回路である。１４
はレベル検出回路１３の出力によって基準周波数発生器
８の基準周波数を利得制御し、前記利得制御した基準周
波数でモータ駆動回路１１を通してモータ１２を駆動す
る利得制御回路、１５はレベル検出回路１３の出力によ
って基準周波数成分検出回路９の出力信号を利得制御
し、前記利得制御した信号をレベル検出回路１３に供給
する利得制御回路である。

以上のように構成された本実施例の自動焦点整合装置に
ついて、以下その動作を説明する。

従来の自動焦点整合装置において、撮像素子の受光面に
結像した被写体を周期的・光学的にボカす量は、フォー
カスの微変動が目に検知できない程度でかつ焦点の整合
状態に関係なく一定であった。しかし、合焦している時
にフォーカスの微変動が目に検知されると問題になる
が、焦点が外れ画像がボケている時にフォーカスの微変
動量を大きくして、周期的・光学的にボカす量を増して
も実用上何ら問題はない。一方、撮像素子２より得られ
る映像信号の高域周波数成分に含まれる基準周波数成分
の量が増える事は、システムのループゲインが高くなっ
た事に等しい。この実施例の自動焦点整合装置は回路の
ゲインを上げてループゲインを高めるのでなく、回路の
ゲインはそのままで撮像素子の受光面に結像している被
写体像を周期的，光学的にボカす量を増やしてループゲ
インを高めることによって、合焦時の系の安定性を維持
したまま応答速度を格段に向上させる。すなわち、焦点
が外れ画像がボケている時に利得制御回路１４の利得を
上げ前述した周期的・光学的にボカす量を増しループゲ
インを高める。モータ１２が駆動され焦点が合うと、第
２図ａ_３，ｂ_３に示すように基準周波数成分が減少す
る。レベル検出回路１３は前記減少を検出し、基準周波
数成分のレベルが基準値以下になると利得制御回路１４
の利得を下げ、周期的・光学的にボカす量を目に検知で
きない程度にする。利得制御回路１５は利得制御回路１
４の利得変化を補い、レベル検出回路の入力を一定にす
るもので、この時利得制御回路１５の利得は上がる。ビ
デオカメラや被写体が移動し画像がボケると再び基準周
波数成分が増加する。レベル検出回路１３は基準周波数
成分振幅が前記基準値を超えると、利得制御回路１４の
利得を上げてループゲインを高め応答速度を速くする。
この時同時に利得制御回路１５の利得を下げる。

以上のようにこの実施例によれば、撮像素子より得られ
る映像信号の高域周波数成分に含まれる基準周波数成分
を検出して焦点整合状態を検出し、前記焦点整合状態に
より撮像素子の受光面に結像している被写体像を周期的
・光学的にボカす量を可変することにより、回路のゲイ
ンを高くしてノイズに対して弱くなり合焦時の安定性を
悪くすることなく、応答速度を飛躍的に向上することが
できる。

以下本発明の第２の実施例について、図面を参照しなが
ら説明する。

第４図は本発明の第２の実施例を示す自動焦点整合装置
のブロック図である。

同図において、１６は基準周波数成分検出回路９の出力
である基準周波数成分のレベルを検出し、前記レベルが
基準値以下になった時、利得制御回路１７の利得を下げ
ると同時に基準周波数成分の検波出力をホールドする様
にホールド回路１９を制御する。１７は基準周波数を利
得制御するものでレベル検出回路１６の出力によって利
得を下げ、比較器２０の出力によって下げる前の利得に
戻す利得制御回路である。１８は高域周波数成分検出回
路７の出力信号のレベルをＤＣ成分に変換する検波回
路、１９はレベル検出回路１６の出力によって前記検波
回路出力をホールドするホールド回路、２０は検波出力
とホールド出力を比較して大小関係を出力する比較器で
ある。

上記のように構成された第２の実施例の自動焦点整合装
置について、以下その動作を説明する。

レンズ１の焦点が外れ画像がボケている時に、撮像素子
の受光面に結像している被写体像を周期的・光学的にボ
カす量を増やし応答を速める事は、前述した第１の実施
例と同じである。また、レベル検出回路１６で基準周波
数成分のレベルを検出し、前記レベルが基準値以下にな
ると利得制御回路１７の利得を下げ、周期的・光学的に
ボカす量を零にする。この時レベル検出回路１６は撮像
素子より得られる映像信号の高域周波数成分の検波出力
をホールド回路１９でホールドさせる。撮像素子の受光
面に結像している被写体像が変化しない限り、高域周波
数成分のレベルは一定であり、検波回路１８の出力レベ
ルとホールド回路の出力レベルは等しく、比較器２０の
出力は零である。この間、合焦しており周期的・光学的
にボカす量は零であっても問題ない。次に被写体やビデ
オカメラが移動し、撮像素子の受光面に結像している被
写体像が変化すると、高域周波数成分のレベルが変化
し、検波回路１８とホールド回路１９の出力に差があら
わる。前記出力差によって比較器２０の出力は変化し、
これによって利得制御回路１７の利得は下がる前に戻る
ように設定されており、再び応答の速い状態になる。

以上のように、この実施例によれば合焦時の系の安定性
と応答速度を両立する上に合焦時に周期的・光学的にボ
カす量を零にでき、周期的・光学的にボカすための電力
消費を削減でき、またモータを基準周波数で微変動させ
る時間を減らしモータの寿命をのばすことができる。

なお、本発明は撮像素子の受光面に結像している被写体
像を周期的・光学的にボカす手段において、何ら本詳細
な説明で述べたものに拘束されるものではない。

また、合焦付近である事を検出する手段として、基準周
波数成分レベルが基準値以下かを検出する方法を述べた
が、基準周波数成分のレベルがある期間基準値以下なら
周期的・光学的にボカす量を減少させる方法や、合焦時
に基準周波数成分の位相が反転するのを検出する方法、
さらにレンズの焦点整合装置が合焦点を通過すると高域
周波数成分のレベルが減少するのを検出する方法であっ
てもよい。また、第１の実施例で利得制御回路１５を設
けたがレベル検出回路１３の基準値を可変するものでも
よいことは言うまでもない。

また、第２の実施例では高域周波数成分の変化で被写体
の変化を検出したが、映像信号の変化を検出するもので
もよい。

また、第２の実施例において合焦時に周期的・光学的に
ボカす量を零にしたが、単に減少させるものであっても
よい。

発明の効果 本発明の自動焦点整合装置は焦点の整合状態により撮像
素子の撮像面に結像している被写体像を周期的・光学的
にボカす量を可変する事により、合焦時の系の安定性を
維持したまま応答速度を飛躍的に向上するものである。
また、レンズの焦点整合装置が自動焦点整合装置のクロ
ーズドループ内に入っており、焦点合致精度が高く、例
えば１２倍ズームレンズが使用できるなどその実用的効
果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例における自動焦点整合装置のブロック
図、第２図はモータの駆動方向を検出する原理を説明す
るための特性図、第３図は本発明の第１の実施例におけ
る自動焦点整合装置のブロック図、第４図は本発明の第
２の実施例における自動焦点整合装置のブロック図であ
る。 １……レンズ、２……撮像素子、７……高域周波数成分
検出回路、８……基準周波数発生器、９……基準周波数
成分検出回路、１０……同期検波回路、１３……レベル
検出回路、１４……利得制御回路、１８……検波回路、
１９……ホールド回路、２０……比較器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レンズから撮像素子までの光路長を基準周
   波数により周期的に可変する光路長可変手段と、前記撮
   像素子より得られた映像信号中の高域周波数成分より前
   記基準周波数成分を検出する基準周波数検出手段と、検
   出された基準周波数成分が最少になる様にレンズの焦点
   整合装置を合焦方向に駆動するレンズ駆動手段と、前記
   基準周波数成分のレベルを検出するレベル検出手段とを
   有し、レンズ駆動手段が合焦方向に動作開始後、前記レ
   ベル検出手段が検出する前記基準周波数成分が特定のレ
   ベル以下になった時は、前記光路長可変手段の利得を減
   少させて光路長可変量を減少させ、前記レベル検出手段
   が検出する前記基準周波数成分が前記特定のレベル以上
   になった時は、前記光路長可変手段の利得を増大させ、
   光路長可変量を増大させる事を特徴とする自動焦点整合
   装置。
2. 【請求項２】前記光路長可変量を減少動作させた後に、
   前記撮像素子よりの映像信号輝度レベル又は高域周波数
   成分レベルが変化した時は前記光路長可変量を減少動作
   前の元の可変量に戻す事を特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の自動焦点整合装置。