JPS5888974A

JPS5888974A - 焦点検出装置

Info

Publication number: JPS5888974A
Application number: JP56186240A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kimura; 健次木村
Original assignee: Olympus Corp; Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1981-11-20
Filing date: 1981-11-20
Publication date: 1983-05-27
Also published as: JPH0259672B2

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】仁の発明は、テレビカメラの焦点調整の度合を電気的に
検出する焦点検出装置に関する。

テレビカメラの焦点調整の度合を検出する手段として、
撮偉素子の前後位置に焦点情報検出用の光電変換素子を
設けたものがある。こ仁では、前位置素子が出力する映
倫信号の変調成分レベルと後位置素子が出力する映像信
号の変調成分レベルとが同等となるときに１撮倫素子の
最適焦爽、が得られるようＫなっている。このような前
後位置の光電変換素子出力を利用して、オートフォーカ
スなどを行なうことができる。

上述したような焦点情報検出用の専用光電変換素子を用
いると、テレビカメラの撮倫部の構成が複雑化しやすく
、かつ撮像素子の感度も悪くなる。その理由は、光路に
置かれた焦点用光電変換素子に被写体光の一部が奪われ
、被写体光の全てを撮像素子に入射させることができな
くなるためである。

この発明は上記事情にかんがみなされた亀ので、焦点情
報検出専用の光電変換素子を用いずに最適焦点を検出で
きる焦点検出装置を提供することを目的とする。

テレビカメラの撮像素子から得られる映倫信号のうち、
高域変調信号成分は焦点合致の程度に応じて大きく変化
する。すなわち、焦点が正しく合うｔｌど、解像度が高
まるので、変調信号の高域成分の周波数分布が高い周波
数領域へ広がる。この発明は、このような高域成分のセ
ロクロス点から所定の時間差（位相差）をもった点が、
焦点合致点に対応する事実を利用してなされている。こ
の発明に係る焦点検出装置では、映倫信号の高域成分を
取出し、この高域成分のゼロクロス点を検出し、このゼ
ロクロス点から一定時間遅れた時点における前記高域成
分のレベルをサンプリングしている。前記一定時間の遅
れが前記高域成分中の最大周波数成分の周期の７である
ときは、前記サンプリングされた高域成分のレベルの極
大点が最適焦点位置を示すようｋなる。このため、前記
サンプリングされた高域成分を利用すれば、焦点専用の
光電変換素子を用いずとも最適焦点位置を求めることが
できる。

レベルあるいはこの平均レベルか一定量ずれた適当な所
定のレベルを、高域成分に含まれる変調信号が交差する
点をいう。

第１図はこの発明の二実施例を示す。被写体１０の光学
偉は、レンズ系１２を介して撮像素子（２次元イメージ
センナ）１４の受光面に入射される。レンズ系１２には
図示しない焦点調整機構が設けられている。素子１４と
しては、撮偉管または固体撮儂素子が用いられる。撮像
素子１４は走査回路１６によシ走査される。この走査は
、たとえば１フレーム（１／３０秒）轟に５２５回行な
われる。この走査にしたがって、撮像素子１４から、画
像情報Σ１４が出力される。情報Ｅ１４は、映像信号処
理回路１８に入力され、たとえばＮＴＳＣ型のカラー映
倫信号Σ１８に変換される。この映像信号１ｅｆＪｌの
周波数分布の上限は、画像の解像度に比例している。焦
点が最＾点に調整されたときの信号Ｎｉｌの周波数上限
は、固体撮儂素子１４の走査方向に配列されたフォトセ
ル数、または撮偉管１４の走査ビーム径およびそＯター
グ、ト周辺の浮遊容量などに応じて決定される。ζこで
は、信号１１１８の周波数上限が約２　ＭＨｚの場合を
考えることＫする。

映像信号Ｅ１８は、カットオフ周波数／ｅが約Ｉ　ＭＥ
ｓのハイ／９スフイルタ（Ｉ（ＰＦ　）　４０に入力さ
れる。ＨＰＦ　４０からは、映像信号Ｅ１ｇのうちの高
域成分（Ｉ　ＭＨｚ以上）Ｅ４０が出方される。

このように高域成分を取出す理由は、解像度の高さを示
す情報としての周波数成分は、高域＠に分布するからで
ある。焦点が埋けて解像度が低いときは映像信号Ｅｌｌ
ｊ中の周波数成分は低域寄シとなるが、このような低域
成分を用いたのでは高精度な焦点位置の検出ができない
。

高域成分′Ｅ４０は、ゼロクロスセンナ（第１手段）４
２に入力され、第１信号１ｉ４ｊＫ変換されゐ。ζζで
社、スレシホルドレベルがゼロレベルに和尚するリオタ
回路を、ゼロクロスセンナ４２として用いている。第１
信号１１４１は、移相回路（第２手段）４４により遅相
ま九は遅延されて、第２信号Ｅ４４となる移相回路４４
は、第１信号Ｅ４２の立上多部分を一定時間遅延させる
ワンショットマルチバイブレータにより構成できる。回
路４４による遅延時間Ｔは、理論上では、映像信号Ｅ１
８の最大周波数２ＭＨｚの周期の１（０，１２５μｓ）
Ｋセットされる。

しかし、他の回路要素における信号遅延を見込むと、遅
延時間Ｔは０．１２５μＳよシ屯短かくなる。実際には
、この遅延時間Ｔは、最適焦点位置が後述する第３信号
Ｅ４８の極大値と一致するように調整される。

第２信号Ｅ４４は、サンプリング１４ルス発生器４６に
入力される。発生器４６は第２信号Ｅ４４の立上りエツ
ジでトリがされて、サンプリング／４ルスＥ４ｇを発生
する。サンプリングツ９ルスＥ４６は、サンプル／ホー
ルド回路４８に与えられる。サンプル／ホールド回路４
８には前記高域成分Ｅ４０が入力されている。回路４８
は、・譬ルスＥ４６が与えられたときの高域成分Ｅ４０
の信号レベルをサンプルし、次のナンデリングが行なわ
れるまでこの信号レベルをホールドする。回路４８によ
シナンプル／ホールドされた高域成分Ｅ４０の信号レベ
ルは、第３信号Ｅ４８として出力される。発生器４６お
よび回路４８は、第２信号Ｅ４４の発生時点（立上シエ
ッジ）において前記高域成分のレベルを示した第３信号
Ｅ４Ｂを提供する第３手段を構成している。

第３信号Ｅ４８はピーク検出器５０に入力される。検出
器５０は、第３信号Ｅ４８のピーク値に対応する信号Ｅ
５０を出力する。信号Ｅ５０は、増幅器５２によシ増幅
されて、適当なレベルをもった信号Ｅ５２となる。検出
器５０は、画儂のフレーム単位でリセットされる。たと
えば、検出器５０は１０フレーム間に生ずる第３信号１
４８の最大ピークレベルを検出し、１０フレーム毎（１
秒毎）にリセットされる。

信号ＷＳＸは、コン／４レータ２０１ないし２０４に入
力される。コン／母レータ２０１ないしｚｏｎＩｌｃは
、それぞれ比較電位Ｅ１ないしちが与えられている。コ
ン／４レータ２０１ないし２０ｎおのおのの出力は、抵
抗Ｒ１ないしＲｎを介して、発光ダイオードアレイＬＩ
Ｄ　ＩないしＬＥＤｎのアノードに接続される。ＬＥＤ
　１ないしＬＥＤｎのカソードは接地される。比較電位
の大きさはＩｆ（Ｅｌ〈・・・＜Ｅｎとなるよう設定さ
れており、コン／臂レータ２０１　（１−１、２＝ｎ　
）の出力はＪ（［５７のときにハイレベルとなる。すな
わち、Ｅｌ〉Ｅ５ｊでは全てのＩＪＤは消灯され、Ｅｌ
〈Ｅｌｌ〈ＥｌではＩＪＤ　１のみが点灯され、ＩＣ，
（１５ｆｆｉでは全てのＬＥＤが点灯される。このこと
から、発光ダイオードアレイＬＥＤ　１ないしＩＪＤｎ
は、信号′Ｅ５２の電位を表示するインジケータとなる
。

このインジケータは、テレビカメラ３０のビ。

−７アインダ（図示せず）内に設けられる。第５図を参
照して後述するが、第３信号り目のピークレベルに対応
した信号Ｅ５２の電位は焦点調整の度合を示すので、Ｌ
ＥＤＩないしＩＪＤ、の点灯状態から、最適焦点位置を
求めることができる。なお、信号［５２の電位は電圧計
３１によって表示することもできる。ＩＪＤアレイとと
もに、またはＩＪＤアレイのかわシに、電圧計３２を用
いてもよい。

第１図の構成は、次のように動作する。撮偉素子１４の
受光面（結像面）Ｋおける焦点がほぼ合うと、面金解偉
度が高くなっているので、映倫信号’Ｅ１Ｂ中にはＩ　
ＭＨｚ以上の高域成分が多く含まれるようになる。この
高域成分が正しい焦点を決定するために利用される。第
２図（ａ）は、ＨＰＦ　４０から出力される高域成分Ｅ
４０の波形を示す。時間ｔｌＯにおいて、成分Ｅ４０が
負レベルかう正レベルＩＣ向ってゼロレベル（Ｅ４０の
平均レベル）と交差すると、ゼロクロスセンサ４２はこ
の交差点で立上る第１信号１４７を発生する（第２図（
ｂ））。信号Ｅ４ｊの立上クエッジは移相回路４４内の
ワンショットマルチをトリがする。すると、回路４４は
、時間ｔｌＯで立下９時間ｔ１２で立上る第２信号Ｅ４
４を発生する（第２図（Ｃ））。時間差ｔｌｌｌ−ｔｌ
Ｏすなわち遅延時間Ｔは、前記ワンシ冒、トマルチの時
定数によって決定される。信号Ｅ４４の立上シエッジは
、サンプリングＩ４シス発生器４６をトリがする。する
と、発生器４ｇは、時間ｔ７ｊにおいてサンプリング／
４ルスＥ４６を発生する（第２図（ｄ））。サンプル／
ホールド回路４８は、／量ルスＥ４６の発生タイセンク
でもって、高域成分Ｅ４ｔ）のピークレベルＬａをサン
プリングする。回路４８は、次のサンプリングが行なわ
れるまでの間、ピークレベルＬａに対応した第３信号り
目のレベルＬＡをホールドする（第２図（ｅ））。

時間ｔｊＪＯサンプリング時において、高域成分Ｅ４０
の周波数が時間ｔｌｌのときよシも低くなると、サンプ
リングされる成分Ｅ４０のレベルＬｂは、前記ピークレ
ベルＬ＆よシも低くなる。このレベルＬｂ　Ｋ応じて、
第３信号ＩＣ４８０レベルもＬＡからＬＢ　Ｋ低下する
。同様に１時間ｔ、９ｊにおいて成分Ｅ４０の周波数が
時間ｔｊｊのときよシもさらに低くなっていると、サン
プリングされるレベ・ルＬａは、前記レベルＬｂより４
さらに低くなる。したがって、レベルＬｏＫ対応したレ
ベルＬＣ４、レベルＬＢ以下となる。す／シリング時に
おける成分１４０の周波数が非常に低いときは、サンプ
、リングされる成分Ｅ４０のレベル＃ｉｔｔとんどゼロ
レベルとなる。この場合、第３信号Ｗ４Ｂのレベルもほ
とんどゼロレベルとなる。

時間ｔｌｌにおける成分Ｅ４０の周波数が最大周波数成
分に相当するときは、最曳の解僚度が得られていること
Ｋなるから、信号Ｊ４８のレベルＬＡが、最適焦点位置
の得られたことを示す。つ１．）、１フレ一ム分あるい
はそれ以上の映倫信号［２１から、一度でも前記レベル
ＬＡが検出されれば、最適焦点が得られたことになる。

ピーク検出器５０は、このレベルＬＡ　（最大レベル）
を検出するために設けられている。

第１図の構成は、単に高域成分Ｅ４０のピークレベルを
検出するものではなく、所定の高周波成分のピークレベ
ルを検出する。すなわち、イこの構成は、映像信号１ｃ１８のエンＦａ−ノを検波す
るだけでなく、周波数弁別機能も有しでいる。このこと
を、第３図を用いて説明する。

第３図（ａ）は、高域成分Ｅ４０が、振幅一定な相対的
に低い周波数成分子　４　＃　／　ｙと相対的に高い周
波数成分子５ｅｆｅとを含む場合を示している。成分Ｈ
４０が低周波成分子４であるときは、ゼ冒りロス点から
遅延時間Ｔ後の時間ｔ４１において、サンプリング／４
ルスＥ４ｇが発生される（第３図（ａ）〜（ｄ））。す
ると、成分子４のレベルＬ４がサンプリングさハ、第３
信号ト１は低レベルなＬ４０となる。同様に時間ｔｙｚ
において行なわれる低周波成分７７に対するサンプリン
グは、成分子１０レベルＬＦＫ対して行なわれ、第３信
号Ｈ４Ｂはレベルの低いＬｒ。

となる。一方、成分Ｗ４０が高周波成分子　ｔｔ　ｅｆ
６を含むときは、時間ｔｘｔ、ｔａｘにおいて行なわれ
るサンプリングによシ、レベルＬＪ。

Ｌ６が検出される（第３図（ａ）〜（ｄ））。すると、
第３信号Ｅ４１１は高レベルなＬ１５０．Ｌｉｅとなる
（第３図（・））。

第３図（１）　、　（＠）は、第３信号Ｗ４１ｊのレベ
ルにもとづいて、成分’Ｅ４０の周波数弁別が可能なこ
とを示している。仮にこの周波数弁別機能がないと、最
大周波数よシかなシ低い周波数成分のビークをも検出す
ることになシ、最適焦点位置が求まらなくなる。

第４図は、ゼロクロス点０から時間Ｔ後における高域成
分Ｅ４Ｄのレベルが、成分Ｅ４０の周波数によって変化
することを示す。また第５図は、高域成分Ｅ４０の周波
数が変化したときの第３信号Ｅ４ｇのレベル変化を示し
ている。

第４図に示される周波数成分子１ないしＩ３のサンプリ
ングレベルＬ１ないしＬＢは、それぞれ、第５図に示さ
れる第３信号！８４８のレベルＬＩＯないしＬＳＯに対
応する。第４図および第５図は、第３信号Ｅ４８の信号
レベルの太きさが、高域成分Ｅ４０の周波数に応じて変
化し、特定の周波数ｔ　ｚ　＜　−−ＬＴ　）で極値を
とることを示している。この周波数ｆ２が映像信号ｌ８
１８に含まれる最大周波数（たとえば２　ＭＨｓ　）に
選ばれておれば、第３信号Ｅ４Ｂの極大値（負しペルの
ときは極小値）が最適焦点位置を示す。

つまシ、最適焦点位置では最も解像度が高いから、被写
体１０から与えられる空間周波数の高域成分のエネルギ
ーは、最適焦点位置にある撮像素子１４の結偉面で最大
となる。その結果、映倫信号Ｅｌｌｌの高域変調成分も
最大となる。

すると、１フレ一ム分（ＩＡＯ秒単位）の映倫信号Ｅｌ
ｌｌ中に最大周波数成分子２が含まれることになる。こ
の成分子２１１ｃ対応するピークレベルＬＪＯをピーク
検出器５ｏで検出すれば、最適焦点位置を示す信号１ｃ
ｔｉｏｌたは１５７が得られる。テレビカメラ３０のオ
イレータは、信号ＥＳＺに応じて表示の変化する発光メ
イオードアレイＬＥＤｎｔ九は電圧計３２から、最適焦
点位置を知ることができる。

なお、＃Ｉ３信号Ｅ４１１のサンプリングｌインドを、
最適焦点位置を示す最大周波数ｆｌｌｆｃ合致させる調
整は、移相回路４４に、おける移相量すなわち遅蔦時間
Ｔを調整するととで行なえる。

逆にいえば、この時間Ｔを変えるヒとによって、波数ｆ
２の変更ができる。

なお、上述した実施例けこの発明を限定するものではな
い。この発明の趣旨および特許請求の範囲内において種
々な変更等が可能である。

たとえば、第１図の構成は、オートフォーカス装置に利
用できる。この発明を適用できるオートフォーカス装置
を開示する例として、本願と同一出願人によシなされた
下記出願がある。

（１）　　特願昭５５−７９７４１号「焦点制御装置」
（２）特願昭５５−７９７４２号「焦点制御装置」オた
、この発明は、特願昭５５−７１４７６号「撮倫装置」
に開示されるズーム機能付テレビカメラにも応用できる
。また、ＬＥＤアレイや電圧計のかわｊＤＫ液晶・譬ネ
ルを用いたり、ピユーファインダ内のモニタ用ＣＲＴの
画面を用いて、信号Ｅｌｌの電位に応じた焦点情報を表
示してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る焦点検出装置を示す
プ胃、り図；第２図は第１図に示された装置の動作を説
明するための波形図；第３図はＨＰＦ　４０の出力に高
域成分とともに低域成分が含まれる場合における第１図
の装置の動作を説明する３線形図；第４図および第５図
は第１図のＨＰＦ　４０の出力に重畳される信号成分の
周波数を変え九場合においてサンプル／ホールド回路４
８の出力レベルがどのように変化するかを示すグラフで
ある。１０・・・被写体；１２・・・レンズ系；１４・・・撮
像素子；１６・・・走査回路：１８・・・映像信号処理
回路；Ｅ１４・・・画儂情報；Ｅ１８・・・映倫信号；
４０・・・ハイ／譬スフイルタ（フィルｆｉ千Ｒ）：Ｒ
４０…高域成分；　４　Ｊ・・・ゼロクロスセンサ（第
１手段）”、Ｅ４２−・・第１信号；４４・・・移相回
路（第２手段）：ＫＪ４・・・第２信号；Ｔ・・・遅延
時間（所定の時間差）；４６・・・サンプリング−母ル
ス発生器：　Ｅ　４　ｔ；・・・サンフリング／譬ルス
；４８・・・サンプル／ホールド回路：　Ｅ　４　ＩＩ
−・・第３信号；５０・・・ピーク検出器；５１・・・
増°ｆＫ、卿；７６１〜２０ｎ・・・コンパレータ；Ｅ
１〜Ｅｎ・・・比較電位ＳＬ、ＥＤＪ〜ＬＥＤｎ・・・
発光〆イオードアレイ（焦点表示部）；３０・・・テレ
ビカメラ；３２・・・電圧計。出原人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第４図ｊＩ５図ｆｔ　　　　　　ｆｚ　　ｆ３　　肩渾秋（Ｅ荀）（ｆ
２＝７）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　　焦点調整手段を有し被写体に対応した映像信
号を提供するテレビカメラに用いられるものであって、前記映像信号のうち所定周波数以上の高域成分を取出す
フィルタ手段と、前記フィルタ手段に接続され、前記高域成分のレベルが
所定のレベルに対応するときに第１信号を発生する第１
手段と、前記第１手段に接続され、前記第１信号に対して所定の
時間差をもった第２信号を発生する第２手段と、前記フィルタ手段および第２手段に接続され、前記第２
信号の発生時点における前記高域成分のレベルを示す第
３信号を提供する＠３手段とを備え、前記第３信号が前記テレビカメラの焦点調整に利用され
ることを％像とする焦点検出装置。
（２）　　前記第１手段は前記高域成分がその平均レベ
ルに相当するゼロレベルと交差したときに前記第１信号
を提供するゼロクロスセンサを含み、前記第２手段は前記第１信号を所定の遅延時間だけ遅延
させる遅延回路を含み、前記遅延時間が前記高域成分中の最大周波数成分の周期
の１に対応することを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載の焦点検出装置。
（３）前記テレビカメラは前記焦点調整手段による焦点
調整の度合いを前記第３信号にもとづいて表示する焦点
表示部を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
たは第２項に記載の焦点検出装置。