JPH0738696B2 - 自動焦点調節装置 - 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などの撮像装置の焦点を自動的に
調節する自動焦点装置に関するものである。

従来の技術 近年、自動焦点装置は、被写体の位置が不定であった
り、ロボットの手先にカメラを取付けた場合などに、焦
点の調節を自動的に行うことが求められている。

以下図面を参照しながら、上述した従来の自動焦点装置
の一例について説明する。

第４図は従来の自動焦点装置の機能ブロックダイヤグラ
ムを示すものである。第４図において、22はレンズであ
る。23は光を電気信号に変換する撮像素子であり、24は
その電気信号の前置増幅器であり、25は電気信号に重畳
された水平，垂直同期信号を分離し黒レベルを零とする
直流信号に変換するものであり、26は直流信号をディジ
タル化するA/D変換器である。27は前置増幅器から出力
された電気信号のある特定の周波数帯域だけを通過させ
る帯域濾波器であり、28はその出力のピークレベルを検
波するピーク検波器であり、29はピーク検波器の出力に
よってモータの回転方向や速度を制御する制御回路であ
り、30はレンズを焦点が合うように駆動するモータであ
る。

以上のように構成された自動焦点装置について説明す
る。

まず、被写体がレンズ22を通して撮像素子23面上に像を
作る。その像の情報をもつ電気信号が前置増幅器24によ
って増幅される。次いで2MHz〜3MHに中心をもつ帯域濾
波器27を通過しそのピーク検波28を行う。今、仮りに焦
点が合っていないとすれば前置増幅器24から出力される
周波数成分で高い周波数はあまり強くないのでピーク検
波器28の出力は小さくなる。そこで制御回路29はモータ
30を駆動して焦点合せをしようとする。もしモータ29の
回転方向がまちがっていて、より高周波成分が少なくな
れば反対に回わすようにする。そしてピーク検波器28の
出力が最大となるところまでモータ30を動かし続け、最
大の点でモータ30を停止させる。このとき焦点合せが終
了し被写体の像の情報をもつた電気信号は同期分離，直
流再生25をへてAD変換器26によりディジタル化され画像
処理などが行なわれる。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、水平方向に走査し
たときの電気信号の周波成分を調べて焦点調節を行って
いるので、被写体が水平方向にほとんど変化しないよう
な例えば横縞模様のようなものであれば全く焦点合せが
できないという問題点を有していた。そこでこのような
場合の焦点合せが可能になる方法として、１フレーム分
の画像を一たんフレームメモリに記憶させ、これに基づ
いて２次元的周波数分析を行って、１つのフレームに対
応する周波数特性を知り、同様の操作を繰返し周波数比
較を行って焦点合せを行う方法がある。しかし１フレー
ム分の画像を操作してフレームメモリに記憶させる時間
が最低でも1/30秒かかり、焦点合せに長時間を要し、非
能率であるという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑み、水平方向に変化がなくても
垂直方向の変化だけでも感知して高速に焦点合せを行う
ことができる自動焦点装置を提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の自動焦点装置は、
撮像対象物の像を取り込むレンズと、前記レンズを光軸
方向に位置変更せしめるモータの動作を制御する焦点調
節制御手段と、前記レンズを介して取り込まれた光を電
気信号に変換する撮像部と、前記撮像部前面の開口位置
を切り替える可動開口板と、前記可動開口板の動作を制
御する開口制御手段と、前記撮像部から電気信号をディ
ジタル信号に変換するA/D変換器と、前記A/D変換器によ
りディジタル化された画像信号を著えるフレームメモリ
と、前記可動開口板により開口された撮像部のそれぞれ
の開口領域に相当するフレームメモリ内のディジタル画
像について空間周波数を求める領域周波数分析手段と、
前記領域周波数分析手段の分析結果に基づき、前記開口
制御手段および前記焦点調節制御手段に命令を与える命
令判断手段とからなり、前記命令判断手段は前記撮像部
への前記レンズを介して取り込まれた１フレームの光の
蓄積時間内に、前記開口制御手段と焦点調節制御手段と
に命令を与えて前記焦点調節制御手段による前記レンズ
の位置の変更と前記可動開口板による開口位置の切替と
を同期せしめ、前記領域周波数分析手段の分析結果及び
前記可動開口板の開口位置と前記レンズの位置との対応
関係に基づき、前記焦点調節制御手段に対し最も高い周
波数成分を有する画像信号が得られた位置に前記レンズ
を戻す命令を与えることを特徴とする。

また、可動開口板を撮像部前面に設けた液晶シャッタで
構成し、撮像対象物の形状に応じて開口領域の形状、配
置、数が異なるパターンを適応させかつ焦点調節制御手
段と同期してそのパターンを変える手段を前記液晶シャ
ッタに付設すると好適である。

作 用 本発明は上記した構成によって、横縞模様のように水平
方向に変化がない被写体であっても、２次元形状の開口
領域で、画像の２次元的な周波数分析を行って最も高い
周波数成分が得られた焦点調節位置にすることができる
ので１次元的な水平走査の周波数成分しか調べていない
従来例に比べ、上記問題点を回避できるとともに、１フ
レームの蓄積時間内に複数の焦点調節の異なる画像を得
て処理することができるので高速である。

又、特許請求の範囲第２項に記載したように構成する
と、被写体がいかなる形状であろうとそれに適した開口
領域を液晶シャッタにより任意に形成できるので、２次
元の空間周波成分が高く得られる開口を適応させて、被
写体に依存しない高速な自動焦点を行うことができる。

実 施 例 以下本発明の第１の実施例について、図面を参照しなが
ら説明する。

第１図は本発明の第一の実施例における自動焦点装置の
機能ブロックダイヤグラムを示すものである。第１図に
おいて、１はレンズ、２は後に第２図で示す開口位置を
焦点調節と同期して動かすことができる可動開口板であ
る。３は光を電気信号に変換する撮像素子であり、４は
その電気信号の低雑音で増幅する前置増幅器であり、５
は電気信号に重畳された水平・垂直同期信号を分離して
かつ黒レベルを零とする直流信号に変換する同期分離，
直流再生器であり、６はその直流信号を標本化しかつ量
子化するA/D変換器であり、７は画像内の有限の格子点
上で量子化されたディジタル画像を蓄えるフレームメモ
リである。８は開口された領域のそれぞれについて、そ
の２次元の空間周波数を求める領域周波数分析手段であ
り、９は開口制御や焦点調節制御に同期して動くように
命令を与え、かつ領域周波分析手段８の結果でどの領域
が最も高い空間周波数成分を有していたかを判断しその
ときの焦点調節位置に戻すように命令する判断、命令手
段であり、10は可動開口板を駆動し、焦点合せ終了時に
は撮像素子３前面を開放する開口制御手段であり、11
は、焦点調節のためレンズ１を光軸方向に開口制御と同
期して階段状に動かすことができる焦点調節制御手段で
あり、12はレンズ１を高速に光軸方向に段階的に動かす
ことができるモータである。また第２図は、可動開口板
２の詳しい説明図であり、13は撮像素子の光電変換面で
あり、14はしゃ光板であり、15はしゃ光板14のある特定
の位置にあけられた開口であり、16は開口付しゃ光板14
を撮像素子の光電変換面13上で特定の数段階の位置で一
定時間開口できるよう高速に動かすスライド駆動機構で
ある。

以上のように構成された自動焦点調節装置について、以
下第１図、および第２図を用いてその動作を説明する。

まず、第２図は可動開口板を示すものであって、レンズ
１がある一定の位置のときに第１回目の露出をある定め
られた光電変換面13上の位置で行う。次にレンズ１を焦
点調節手段11によりある段階まで光軸上に高速に動か
す。このとき命令判断手段９はこのことを焦点調整制御
手段11に命令するとともに開口制御手段10にも命令し第
１回目とは重ならないように光電変換面上の別の位置に
開口をずらして一定時間露出する。これらの動作を数回
繰り返して約33m秒の１フレームの蓄積時間を終える。
焦点調節しながら開口をずらして蓄積した像の電気信号
は前置増幅器４を通って増幅されさらに同期分離・直流
再生５をへてA/D変換器６により標本化，量子化されて
フレームメモリ７に一旦蓄えられる。フレームメモリ７
内で先ほどの露出した開口に相当する部分の離散的フー
リエ変換を行い各開口領域の周波数成分を領域周波数分
析手段８によって行う。領域周波数分析手段８によって
得られ結果をもとに最も高い空間周波成分が得られたと
き焦点調節位置に戻すよう、命令判断手段９が焦点調節
制御手段11に命令する。この命令により焦点調節制御手
段11はモータ12を動かして焦点の合った画像が得られる
位置にレンズ１を動かす。このとき第２図で示したしゃ
光板14はスライド機構16により撮像素子３の光電変換面
13を開放にするよう動かされる。また、最も高い周波数
成分が得られた画像とその前後の画像との差を調べもし
その差が広ければレンズ１を動かす範囲を狭くしてまた
上記動作を行い焦点合せを収束させる。

以上のように本実施例によれば、１フレームの蓄積時間
内に焦点調節手段と同期して開口位置が変わる手段を設
けることにより、２次元の空間周波が最も高く得られる
ときの焦点調節位置にレンズを動かして、横縞模様のよ
うな被写体であっても焦点合せをすることができ、ま
た、レンズを動かしながら蓄積する時間が極めて少ない
ので、レンズ駆動を早くすることができ結果、高速の自
動焦点が実現できる。

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３図は本発明の第２の実施例を示す自動焦点装置の液
晶シャッタ部分を示す図である。同図において17は、液
晶シャッタによりしゃ光された部分であり、18は細長い
形状が撮像素子の光電変換面上に写ったものであり、19
は同様にして形状が丸形をしたものである。20は液晶シ
ャッタの特定領域を開口するようにしたときの１つの領
域であり、21も同様であるがこれらの領域のサイズは異
なってもよい。なおこの液晶シャッタは第１の実施例で
説明した第１図の可動開口板２の代わりの役目を果すが
その機能は大きい。

上記のように構成された自動焦点調節装置について、以
下その動作を説明する。液晶シャッタにより焦点調節と
同期して開口位置を変えて焦点合せを行うことは第１の
実施例と全く同じ原理であるが、液晶シャッタの開口を
任意の領域に設定することができることを利用して、第
３図（ａ）に示すように細長い形状18のものに対しては
開口をその長手方向に動かしゆくことにより、焦点があ
ったときにできる限り高い周波数成分が得られるような
開口パターンを適応させる。また第３図（ｂ）に示すよ
うな丸形19の被写体に対しては円周上に開口を配置する
ようなパターンを設けてやはり高い周波数成分の検出を
可能にする。

以上のように被写体に応じて開口形状や数，配置などの
パターンを変えることにより、のっぺらぼうの開口領域
を得ないようにするとともに形状の縁の部分にできる限
り多くの開口領域を設定させることにより２次元空間周
波数成分が高くなるようにすることができる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、被写体が横縞模様のよう
なものでも２次元の空間周波成分の検出を行っているの
で垂直方向の変化を調べて焦点合せすることができると
ともに、撮像部前面の開口位置を変える手段の働きによ
り蓄積時間中にレンズを動かす時間が極めて少ないの
で、レンズを高速に動かすことができその結果高速の焦
点合せをすることができ、その効果は大なるものであ
る。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の第１の実施例における自動焦点装置の
ブロックダイヤグラム図、第２図は第１図の可動開口板
を詳しく説明した図、第３図は本発明の第２の実施例に
おける自動焦点装置の液晶シャッタを示す図、第４図は
従来の自動焦点装置のブロックダイヤグラム図である。 １……レンズ、２……可動開口板、３……撮像素子、８
……領域周波数分析手段、９……命令・判断手段、10…
…開口制御手段、11……焦点調節制御手段、20……液晶
シャッタ開口領域。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮像対象物の像を取り込むレンズと、前記
   レンズを光軸方向に位置変更せしめるモータの動作を制
   御する焦点調節制御手段と、前記レンズを介して取り込
   まれた光を電気信号に変換する撮像部と、前記撮像部前
   面の開口位置を切り替える可動開口板と、前記可動開口
   板の動作を制御する開口制御手段と、前記撮像部からの
   電気信号をディジタル信号に変換するA/D変換器と、前
   記A/D変換器によりディジタル化された画像信号を著え
   るフレームメモリと、前記可動開口板により開口された
   撮像部のそれぞれ開口領域に相当するフレームメモリ内
   のディジタル画像について空間周波数を求める領域周波
   数分析手段と、前記領域周波数分析手段の分析結果に基
   づき、前記開口制御手段および前記焦点調節制御手段に
   命令を与える命令判断手段とからなり、前記例判断手段
   は前記撮像部への前記レンズを介して取り込まれた１フ
   レームの光の蓄積時間内に、前記開口制御手段と焦点調
   節制御手段とに命令を与えて前記焦点調節制御手段によ
   る前記レンズの位置の変更と前記可動開口板による開口
   位置の切替とを同期せしめ、前記領域周波数分析手段の
   分析結果及び前記可動開口板の開口位置と前記レンズの
   位置との対応関係に基づき、前記焦点調節制御手段に対
   し最も高い周波数成分を有する画像信号が得られた位置
   に前記レンズを戻す命令を与えることを特徴とする自動
   焦点調節装置。
2. 【請求項２】可動開口板が撮像部前面に設けた液晶シャ
   ッタで構成され、撮像対象物の形状に応じて開口領域の
   形状、配置、数が異なるパターンを適応させかつ焦点調
   節制御手段と同期してそのパターンを変える手段が前記
   液晶シャッタに付設されている特許請求の範囲第１項記
   載の自動焦点調節装置。