JPH0760211B2 - Autofocus control device - Google Patents

Autofocus control device

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JPH0760211B2
JPH0760211B2 JP61091921A JP9192186A JPH0760211B2 JP H0760211 B2 JPH0760211 B2 JP H0760211B2 JP 61091921 A JP61091921 A JP 61091921A JP 9192186 A JP9192186 A JP 9192186A JP H0760211 B2 JPH0760211 B2 JP H0760211B2
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JP
Japan
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image plane
contrast
control device
optical path
difference
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達夫 藤川
憲一 濱田
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Sony Corp
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Sony Corp
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  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
  • Focusing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は例えばビデオカメラのオートフォーカス機構
に用いて好適なオートフォーカスコントロール装置に関
する。
The present invention relates to an autofocus control device suitable for use in an autofocus mechanism of a video camera, for example.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

この発明は撮像素子の結像面内に近接する2つの部分位
置に、実質的に光路長差をつけて被写体像を結像させる
ようにし、この2つの部分位置の被写体像のコントラス
ト情報を用いてオートフォーカスコントロールをするよ
うにしたもので、オートフォーカスコントロール用信号
を得るのに可動部を必要としないで、信頼性が高くな
る、その信号を得る可動部を設けるスペースを必要しな
い等、種々の利点を有するものである。
According to the present invention, a subject image is formed at two partial positions that are close to each other in the image forming plane of the image sensor with a substantial difference in optical path length, and contrast information of the subject images at these two partial positions is used. The automatic focus control is performed by using the automatic focus control, so that the moving part is not required to obtain the signal for the automatic focus control, the reliability is improved, the space for providing the moving part is not required, It has the advantage of.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、ビデオカメラのオートフォーカスコントロール装
置の一例として次のようなものが知られている。
Conventionally, the following is known as an example of an autofocus control device for a video camera.

これは、ズームレンズのマスターレンズをピエゾ素子等
の圧電素子を用いて光軸方向に前後に、例えば15Hzで動
かし、そのときのCCD等の撮像素子での被写体像のコン
トラストの変化を検出し、これより前ボケ、後ろボケの
検出を行ない、これに基づいてフォーカスコントロール
するものである。
This is to move the master lens of the zoom lens back and forth in the direction of the optical axis using a piezoelectric element such as a piezo element, for example, at 15 Hz, and detect a change in the contrast of the subject image at the image sensor such as a CCD at that time, The front blur and the rear blur are detected and the focus control is performed based on the detection.

すなわち、第8図に示すように縦軸にコントラストを横
軸に光軸方向の位置をとるとき、合焦状態となる位置で
はコントラストは最大となるが、同図において振動範囲
d1で示すようにマスターレンズを振動させた場合には、
マスターレンズを図の左方向に振ったときコントラスト
が下がり右方向に振ったときコントラストが上がること
から、マスターレンズは図の右方向に動かすように制御
し、逆に同図において振動範囲d2で示す位置でマスター
レンズを前後に振ったときは、コントラストが上がる図
において左方向に動かすように制御する。そして、合焦
位置でレンズを前後に振ったときは、その振った前後の
位置でのコントラストはほぼ同じコントラストとなるの
で、これによりフォーカスできたことがわかる。
That is, as shown in FIG. 8, when the contrast is plotted on the vertical axis and the position on the optical axis is plotted on the horizontal axis, the contrast becomes maximum at the in-focus position.
If the master lens is vibrated as indicated by d 1 ,
When the master lens is swung to the left in the figure, the contrast decreases and when it is swung to the right, the contrast rises.Therefore, the master lens is controlled to move to the right in the figure, and conversely in the vibration range d 2 in the figure. When the master lens is swung back and forth at the position shown, control is performed so that it moves to the left in the figure in which the contrast increases. Then, when the lens is swung back and forth at the in-focus position, the contrasts at the positions before and after the swing are almost the same, so it can be seen that the focus was achieved.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

ところが、このオートフォーカス機構の場合、圧電素子
を用いてズームレンズのマスターレンズを機械的に光軸
方向に前後に振る構造であるので、(i)圧電素子、機
構部品等にコストがかかる、(ii)可動部があるため信
頼性を確保することが困難である、(iii)可動構造の
ための機構部品等を設けるスペースが特に必要である、
等の欠点がある。
However, in the case of this autofocus mechanism, since the master lens of the zoom lens is mechanically shaken back and forth in the optical axis direction by using the piezoelectric element, (i) the piezoelectric element, mechanical parts, etc. are expensive. ii) It is difficult to ensure reliability because there is a movable part. (iii) A space for providing mechanical parts for the movable structure is especially necessary.
There are drawbacks such as.

この発明はこのような欠点のないオートフォーカスコン
トロール装置を提供することを目的としている。
It is an object of the present invention to provide an autofocus control device that does not have such drawbacks.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この発明においては、撮像面内の近接する第1及び第2
の結像部分位置(12F)及び(12B)に実質的に光路長を
異ならせて被写体像を結像させる手段と、上記第1及び
第2の結像部分位置(12F)(12B)よりの撮像出力の高
周波成分を検知してコントラストを検知する第1及び第
2のコントラスト検知手段(16F)及び(16B)と、この
第1及び第2のコントラスト検知手段(16F)(16B)の
出力を比較して両者の差を求める比較手段(17)と、こ
の比較手段(17)よりの出力が供給され上記差がほぼ零
となるようにフォーカス制御する手段(18)とを設け
る。
According to the present invention, the first and second adjacent surfaces in the imaging plane
Of the first and second image forming portion positions (12F) and (12B) for forming a subject image by substantially different optical path lengths at the image forming portion positions (12F) and (12B). The first and second contrast detecting means (16F) and (16B) for detecting the high frequency component of the imaging output to detect the contrast, and the outputs of the first and second contrast detecting means (16F) (16B) Comparing means (17) for comparing and obtaining the difference between the two are provided, and focus control means (18) for supplying the output from the comparing means (17) so that the difference becomes substantially zero.

〔作用〕[Action]

第1及び第2の結像部分位置(12F)及び(12B)は、被
写体よりの光路長が異なるから、第1の結像部分位置
(12F)に結像した被写体のコントラストと第2の結像
部分位置(12B)に結像した被写体像のコントラストと
の差を検出することにより、第8図で説明したように前
ボケと後ろボケを検出することができ、両コントラスト
の差がないようにすることにより合焦状態にさせること
ができる。
Since the optical path lengths from the subject are different between the first and second imaging portion positions (12F) and (12B), the contrast of the subject imaged at the first imaging portion position (12F) and the second combination. By detecting the difference between the contrast of the subject image formed at the image portion position (12B), the front blur and the rear blur can be detected as described in FIG. 8, and there is no difference between the two contrasts. By setting, it is possible to bring the lens into a focused state.

〔実施例〕〔Example〕

この発明装置の実施例を撮像素子としてCCDを用いたビ
デオカメラに適用した場合を例にとって説明する。
A case where the embodiment of the device of the present invention is applied to a video camera using a CCD as an image sensor will be described as an example.

以下に示す例においては、第2図に示すようにCCD撮像
素子の結像面(10)全体の中の、例えば斜線を付して示
す中央部(11)をオートフォーカスコントロール用信号
を得るための領域として用いるようにしている。
In the following example, in order to obtain an autofocus control signal, for example, the central portion (11) shown by hatching in the entire image forming surface (10) of the CCD image sensor as shown in FIG. I will use it as the area.

第1図はその一例で、図は撮像素子断面図を示してい
る。
FIG. 1 shows an example thereof, and the figure shows a sectional view of an image pickup device.

この例においては、結像面の中央部(11)の結像面の構
成要素を1水平ライン単位で光軸方向に前後にずらして
設ける。図の例では中央部(11)の垂直方向に1つおき
の水平ラインの結像面構成要素(12F)と、残りの1つ
おきの水平ライン結像面構成要素(12B)とを光路長差
dだけずれるように形成する。これは例えばエッチング
処理により形成することができる。
In this example, the components of the image-forming surface at the central portion (11) of the image-forming surface are provided in a unit of one horizontal line so as to be shifted back and forth in the optical axis direction. In the example shown in the figure, the optical path length is defined by the image plane component (12F) of every other horizontal line in the vertical direction in the central part (11) and the remaining horizontal line image plane components (12B) of every other line. It is formed so as to be displaced by the difference d. This can be formed by etching, for example.

この場合、光路長差dは撮像レンズの焦点深度内で、か
つ、ボケ情報の得られる範囲内の値とされ、例えばd=
50μmとされる。
In this case, the optical path length difference d is set to a value within the depth of focus of the imaging lens and within a range in which blur information is obtained, for example, d =
It is set to 50 μm.

第3図はこのようにしたCCD情報素子を用いてフォーカ
スコントロールをするブロック図で、同図において(1
3)はCCD撮像素子である。このCCD撮像素子(13)より
の撮像出力はサンプリングゲート回路(14F)及び(14
B)に供給される。
FIG. 3 is a block diagram for performing focus control using the CCD information element as described above. In FIG.
3) is a CCD image sensor. The image pickup output from the CCD image pickup device (13) is the sampling gate circuits (14F) and (14F).
B).

一方、ゲート信号発生回路(15)が設けられ、これより
は、CCD撮像面のうちの第2図に示した中央部(11)の
期間において、一本おきのライン構成要素(12F)より
撮像素子が読み出される水平期間でゲート回路(14F)
を開にするゲート信号GFが、このゲート回路(14F)に
供給されるとともに、残りの1つおきのラインの構成要
素(12B)より撮像出力が読み出される水平期間でゲー
ト回路(14B)を開にするゲート信号GBがこのゲート回
路(14B)に供給される。
On the other hand, a gate signal generation circuit (15) is provided, and an image is picked up from every other line component (12F) during the central portion (11) of the CCD image pickup surface shown in FIG. Gate circuit (14F) in the horizontal period when the device is read
The gate signal GF for opening the gate circuit (14F) is supplied to the gate circuit (14F), and the gate circuit (14B) is opened during the horizontal period when the imaging output is read from the component (12B) of the remaining every other line. A gate signal GB to be supplied is supplied to this gate circuit (14B).

したがって、ゲート回路(14F)からはラインの構成要
素(12F)よりの撮像出力が得られ、ゲート回路(14B)
からはラインの構成要素(12B)よりの撮像出力が得ら
れ、それぞれコントラスト検出回路(16F)及び(16B)
に供給される。
Therefore, the gate circuit (14F) can obtain the imaging output from the line component (12F), and the gate circuit (14B).
The imaging outputs from the line components (12B) are obtained from the contrast detection circuits (16F) and (16B), respectively.
Is supplied to.

このコントラスト検出回路(16F)及び(16B)では、そ
れぞれの入力撮像出力の高周波成分の量の多少によりコ
ントラストが検出される。つまり、より合焦位置に近い
方が、輪郭のはっきりした像が得られ、高周波成分が多
くなり、コントラストは高くなるものである。
In the contrast detection circuits (16F) and (16B), the contrast is detected depending on the amount of the high frequency component of each input imaging output. That is, the closer to the in-focus position, the clearer the image of the contour is obtained, the higher the frequency component is, and the higher the contrast is.

そして、これらコントラスト検出回路(16F)及び(16
B)の出力は比較回路(17)に供給されて、コントラス
トの差が求められ、その差の出力がフォーカスコントロ
ール回路(18)に供給され、この回路(18)の出力がフ
ォーカスリングの駆動用モータに供給される。
Then, these contrast detection circuits (16F) and (16
The output of B) is supplied to the comparison circuit (17), the difference in contrast is obtained, the output of the difference is supplied to the focus control circuit (18), and the output of this circuit (18) is used for driving the focus ring. Supplied to the motor.

第4図に示すように、そのときのフォーカスリングの位
置が合焦位置より前ボケの状態位置P1にあるときは、第
4図から明らかなように構成要素(12F)よりの撮像出
力の方が構成要素(12B)よりのそれよりもコントラス
トが低くなり、比較回路(17)よりは例えば正の差信号
がフォーカスコントロール回路(18)に供給される。
As shown in FIG. 4, when the position of the focus ring at that time is at the out-of-focus state position P 1 with respect to the in-focus position, as is apparent from FIG. 4, the imaging output of the component (12F) The contrast becomes lower than that of the component (12B), and a positive difference signal, for example, is supplied to the focus control circuit (18) than that of the comparison circuit (17).

一方、後ろボケの状態位置にあるP2のときは、第4図か
ら明らかなように構成要素(12F)よりの撮像出力の方
が構成要素(12B)よりのそれよりもコントラストが高
くなり、比較回路(17)よりは負の差信号がフォーカス
コントロール回路(18)に供給される。
On the other hand, in the case of P 2 which is in the back-blur state position, as is clear from FIG. 4, the imaging output from the component (12F) has a higher contrast than that from the component (12B), A negative difference signal is supplied from the comparison circuit (17) to the focus control circuit (18).

フォーカスコントロール回路(18)では、差信号の正、
負によりフォーカスリングを動かす方向を定め、差信号
の大きさによりフォーカスリングを動かす量を定めたモ
ータコントロール信号を形成し、これをフォーカスリン
グ駆動用モータに供給する。
In the focus control circuit (18), the difference signal positive,
A negative direction determines the direction in which the focus ring is moved, and a motor control signal that determines the amount by which the focus ring is moved depending on the magnitude of the difference signal is generated and supplied to the focus ring drive motor.

そして、比較回路(17)よりの差信号がほぼ零となるよ
うにしてフォーカスコントロールを行なう。比較回路
(17)よりの差信号が零ということは、コントラストが
構成要素(12F)と(12B)の撮像出力で同一ということ
になり、これは第4図に示すように合焦状態の位置P3
なるものである。
Then, focus control is performed so that the difference signal from the comparison circuit (17) becomes substantially zero. The fact that the difference signal from the comparison circuit (17) is zero means that the contrast is the same between the imaging outputs of the constituent elements (12F) and (12B), which is the in-focus position as shown in FIG. It will be P 3 .

上記の例では、1ラインおきのラインの結像面構成要素
を光路長差dをつけて構成したが、複数ライン単位毎に
光路長差dをつけて中央部(11)の結像面構成要素を構
成してもよい。
In the above example, the image forming plane components of every other line are configured with the optical path length difference d, but the optical plane length difference d is provided for each unit of a plurality of lines, and the image forming plane structure of the central portion (11) is formed. Elements may be configured.

また、第5図に示すように結像面の中央部(11)の結像
面構成要素を、垂直方向あるいは水平方向に2分し、こ
の2分した結像面構成要素(20F)と(20B)を光路長差
dだけずらすようにしてもよい。
Further, as shown in FIG. 5, the image plane component of the central portion (11) of the image plane is divided into two in the vertical direction or in the horizontal direction, and these two image plane components (20F) and 20B) may be shifted by the optical path length difference d.

また、結像面自身を以上の例のように加工するのではな
く、結像面の前にフィルタを配して同様の効果を得るこ
ともできる。
Further, instead of processing the image plane itself as in the above example, a similar effect can be obtained by disposing a filter in front of the image plane.

第6図は1ラインおきのラインの結像面構成要素同志に
光路長差dをつける場合で、中央部(11)において、1
ラインおきのライン結像面構成要素(12F)と(12B)は
結像面(10)の面と同一面のままとしておくとともに、
構成要素(12F)と構成要素(12B)の前に配されるフィ
ルタ(21)の光軸方向の厚みを変えて光路長差dをつけ
るようにする。
FIG. 6 shows a case where an optical path length difference d is given to the image plane constituent elements of every other line.
The line image plane components (12F) and (12B) for every other line remain the same as the plane of the image plane (10), and
The thickness of the filter (21) arranged in front of the constituent element (12F) and the constituent element (12B) is changed in the optical axis direction so that the optical path length difference d is provided.

第7図は第5図例に対応する例でこの例ではフィルタ
(22)として、中央部(11)の結像面構成要素(12)の
垂直方向あるいは水平方向に2分された部分に対する部
分の厚みを異ならせたものを用いて、光路長差dを実現
している。
FIG. 7 is an example corresponding to the example of FIG. 5, and in this example, as a filter (22), a portion corresponding to a portion of the image plane component (12) of the central portion (11) divided into two in the vertical direction or the horizontal direction. The optical path length difference d is realized by using those having different thicknesses.

なお、この発明はCCD撮像装置に限らず、撮像管式の撮
像装置にも適用可能である。
The present invention is not limited to the CCD image pickup device, and can be applied to an image pickup tube type image pickup device.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

この発明は、撮像素子の結像面に実質的に光軸方向に前
後にずれた少なくとも2面を設け、その2面のコントラ
ストの差を利用してオートフォーカスコントロールする
ようにしたので、従来のような可動部が不要になり、信
頼性が向上する。また、可動機構を設けるスペースが不
用になるとともにコストが安くなるというメリットがあ
る。その上、レンズのフランジバック調整が簡単に行な
えるという利点がある。
According to the present invention, at least two surfaces which are substantially shifted in the optical axis direction in the front-back direction are provided on the image forming surface of the image pickup element, and autofocus control is performed by utilizing the difference in contrast between the two surfaces. Such a movable part is unnecessary, and reliability is improved. Further, there is an advantage that the space for providing the movable mechanism becomes unnecessary and the cost is reduced. In addition, there is an advantage that the flange back of the lens can be easily adjusted.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はこの発明の要部の一例を示す図、第2図はこの
発明を説明するための図、第3図はこの発明装置の一例
のブロック図、第4図はこの発明の動作の説明のための
図、第5図、第6図、第7図はこの発明の要部の他の例
を示す図、第8図は従来装置の動作説明のための図であ
る。 (12F)及び(12B)は光軸方向にずれた位置の結像面構
成要素、(16F)及び(16B)はコントラスト検出回路、
(17)は比較回路である。
FIG. 1 is a diagram showing an example of an essential part of the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining the present invention, FIG. 3 is a block diagram of an example of the device of the present invention, and FIG. 4 is an operation of the present invention. FIG. 5, FIG. 5, FIG. 6, and FIG. 7 are views for explaining another example of the main part of the present invention, and FIG. 8 is a view for explaining the operation of the conventional device. (12F) and (12B) are image plane components at positions displaced in the optical axis direction, (16F) and (16B) are contrast detection circuits,
(17) is a comparison circuit.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】撮像素子の結像面の一部領域にて実質的に
光路長を異ならせて配置された第1及び第2の結像面構
成要素と、 上記第1及び第2の結像面構成要素に対応する撮像出力
の高周波成分をそれぞれ検出してコントラストを検出す
る第1及び第2のコントラスト検出手段と、 上記第1及び第2のコントラスト検出手段の出力を比較
して両者の差を求める比較手段と、 上記比較手段よりの出力が供給され上記差がほぼ零とな
るようにフォーカス制御する手段と、 を有するオートフォーカスコントロール装置。
1. A first and a second image plane constituent elements which are arranged such that their optical path lengths are substantially different in a partial area of the image plane of an image sensor, and the first and second connection elements. The outputs of the first and second contrast detecting means for detecting the contrast by respectively detecting the high frequency components of the imaging output corresponding to the image plane constituent elements are compared with the outputs of the first and second contrast detecting means. An autofocus control device comprising: comparison means for obtaining a difference; and means for controlling focus so that the output from the comparison means is supplied so that the difference becomes substantially zero.
【請求項2】上記第1及び第2の結像面構成要素は互い
に光軸方向にずらされて配置され、それによって両者の
光路長を異ならせていることを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載のオートフォーカスコントロール装置。
2. The first and second image plane constituent elements are arranged so as to be displaced from each other in the optical axis direction, whereby the optical path lengths of the two are made different from each other. The autofocus control device according to item 1.
【請求項3】フィルタを用いることによって上記第1及
び第2の結像面構成要素の光路長を異ならせていること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載のオートフォー
カスコントロール装置。
3. The autofocus control device according to claim 1, wherein the optical path lengths of the first and second image plane constituent elements are made different by using a filter.
【請求項4】上記第1及び第2の結像面構成要素の光路
長の差はボケ情報が得られるために十分大きく且つ撮像
レンズの焦点深度内の値であることを特徴とする特許請
求の範囲第1、2又は3項記載のオートフォーカスコン
トロール装置。
4. The difference between the optical path lengths of the first and second image plane constituent elements is sufficiently large to obtain blur information and is a value within the depth of focus of the imaging lens. The autofocus control device according to the first, second, or third range.
JP61091921A 1986-04-21 1986-04-21 Autofocus control device Expired - Lifetime JPH0760211B2 (en)

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