JPS61262382A

JPS61262382A - ビデオカメラ等のオ−トフオ−カス装置

Info

Publication number: JPS61262382A
Application number: JP60104695A
Authority: JP
Inventors: Mitsuki Sagane; 砂金　光記
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1985-05-16
Filing date: 1985-05-16
Publication date: 1986-11-20
Anticipated expiration: 2010-09-06
Also published as: JPH0783446B2; US4717959A

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】（技術分野）本発明は、ビデオカメラや電子ステイルカメラ等のオー
トフォーカス装置に関する。

（従来技術）ビデオカメラや電子ステイルカメラの撮像素子として、
ＣＯＤやＰＤＡ等、矩形状の受光面積を有するエリア型
の自己走査型固体撮像素子が用いられるようになった。

このようなエリア型の自己走査型撮像素子を用いると、
撮像素子を、映像信号を得るためばかりでなく、焦点検
出信号を得るのにも用いることができる。エリア型の自
己走査型撮像素子の出力から焦点検出信号を得て自動的
な焦点調整を行なう焦点調整方式は、映像信号中の高周
波成分を検出し、この高周波成分の増減から、焦点検出
信号を発生する方式であるため、周波数検出方式と呼ば
れている。

周波数検出方式は、レンズ位置の方向判別、すなわち所
謂前ビン状態か後ビン状態かを判別するのが困難であり
１合焦点近傍でレンズが、合焦点の前後に振動する現象
が発生するという問題がある。また、被写体のコントラ
ストが低い場合や、レンズの結像位置が撮像面から大き
くへだたっている場合は、微小なレンズ移動を行っても
焦点検出信号は殆ど変化しないことがあるため、誤動作
が生ずることがあるという問題もある。

（目　　的〕本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって
、その目的とするところは、レンズ位置の方向判別を確
実に行うことができ、しかも誤動作の生じない、新規な
オートフォーカス装置の提供にある。

〔構　成〕

以下、本発明の説明を行なう。

本発明のオートフォーカス装置は、エリア型の自己走査
型固体撮像素子を用いるビデオカメラや電子ステイルカ
メラに用いられるものであって、焦点検出手段と、駆動
手段と、制御手段と、を有する。

駆動手段は、結像レンズ系のうちの、焦点調整に係ワる
レンズ群を移動させるための手段である。

レンズ群の移動は、光軸上で正逆方向へ行なわれ、所定
の距離Δｘを１ステップとして行なわれる。

焦点検出手段は、映像信号から、焦点検出信号を得るた
めの手段である。

制御手段は、合焦機能と、合焦プロセス再開機能とを有
する。合焦機能は、駆動手段によって所定の方式でレン
ズ群の移動を行ない互いにΔｘだけずれた隣接３位置の
焦点検出信号を得、これら６つの焦点検出信号の大小関
係にもとづき、レンズ群の移動量と移動方向とを決定し
、レンズ群に必要な変位を行なわしめるプロセスを必要
なだけ行って、レンズ群を、焦点検出信号が最大となる
位置へ位置させる機能である。

合焦プロセス再開機能は、レンズ群を、上記合焦機能に
よって、焦点検出信号最大の位置へ位置させたのちも、
焦点検出信号を発生させ、焦点検出信号の変化が一定値
以上となったとき、再び、上述の合焦機能の機能を再開
させる機能である。

こり合焦プロセス再開機能により、合焦すべき被写体が
変化したときにも、ただちに焦点調整で対応できる。

以下、図面を参照しながら具体的に説明する。

矛１図は、本発明の１実権例を示す。

図中、符号１０は結像レンズ系を示す。この結像レンズ
系１０のうちで、符号１０Ａを符した部分は、焦点調整
に係わるレンズ群であり、光軸方向へ可動であり、ウオ
ームねじを利用した移動機構１２を、モーターＭで駆動
することにより、正逆方向へ移動させうる。移動の最小
単位はΔｘであり、換言すれば、レンズ群１０Ａは、Δ
ｘを１ステップとして移動する。

移動機構１２、そ−ターＭ、モーター駆動回路４４は駆
動手段を構成する。

また、符号１６を付した部分、すなわち破線でかこんだ
部分は、焦点検出手段であり、サンプルホールド回路１
８、Ａ／Ｄ変換器２０、差分回路２２、レジスター回路
２４、絶対値回路２６、運算回路２８゜６０、および割
算回路６２により構成される。

さらに、状態読取ボート６４、ＣＰＵ３１１５、出力ポ
ートロ８、指令信号送出回路４０、レンズ位置検出回路
４２、ＣＯＤ駆動回路４６、同期信号発生回路４８は、
制御手段を構成している。

結像レンズ系１０による被写体からの光は、エリア型の
自己走査型撮像素子であるｃｃＤ５０上に投射される。

ＣＯＤ駆動回路４６により、ＣＣＤ５０を駆動すると、
上記光は、光電変換され、映像信号処理回路１４　　に
より映像信号に変換される。この映像信号は、図示され
ないＶＴＲや、ＴＶモニター等に入力される一方で、焦
点検出手段１６に入力される。

ここで、本発明の装置におけるオートフォーカスプロセ
スを説明するための矛４図を、矛１図とともに参照する
。映像信号のうち、焦点信号抽出領域内の特定ラインか
らの信号が輝度信号として分離されてサンプルホールド
回路１８に入力される。

今、上記特定ラインにｎ画素があるものとすると、ｎ画
素分の輝度信号がサンプルホールド回路１８に入力する
。サンプルホールド回路は、この輝度信号をｋ（≧１）
画素ごとにサンプルホールドする。

サンプルホールドされた信号はＡ／Ｄ変換器２０により
デジタル信号に変換される。このデジタル信号化された
輝度信号をＶであられすと、輝度信号■は、ｎ画素に対
して、Ｖ（ｋ）、Ｖ（２ｋ）。

Ｖ　（３ｋ　）　・・−・−・・−、Ｖ　（Ｎｋ）　（
Ｎｋ≦Ｔｈ）である。

ｋ、２ｋ・・・・・・・・・、　　Ｎｋは画素番号であ
る。

これら輝度信号ｖ（ｋ）等は、差分回路２２へ入力され
るとともに、レジスター回路２４、運算回路２８　　へ
入力される。

レジスター回路２４は、Ｖ（ｋ）等が入力されると、こ
れらを、入力される順に出力するが、入力から、出力ま
での間に、サンプルホールド回路１８における、サンプ
ルホールドの１周期分だけ遅延させる。レジスター回路
２４の出力も、差分回路２２に印加される。今後、ｋ、
２に、３に、・・・・・・・・・。

Ｎｋ　　を、１．２．・・・・・・・・・、ｌ、・・・
・・・・・・、Ｎと示すことにすると、Ｖ　（ｋ　）　
、　Ｖ　（２ｋ　）・・・・・・・・・。

Ｖ　（Ｎｋ　）　　は、一般にＶ（ｉ　）（ｉ＝１〜Ｎ
）となる。

さて、差分回路２２には、Ａ／Ｄ変換器２０の出力と、
レジスター回路２４の出力とが印加されるが、レジスタ
ー回路２４における上記遅延作用のため、一般に、差分
回路２２に同時に入力するのは、Ｖ（ｉ）とｖ（ｉ−１
）である。差分回路２２は、入力値の差Ｖ（ｉ）−Ｖ（
ｉ−１）を絶対値回路２６に入力させ、絶対値回路２６
ｔ！ＩＶ（ｉ）−Ｖ（ｉ−１）１を出力する。この出力
ｊＶ（ｉ）−Ｖ（ｉ−１）ｌは運算回路３０に印加され
る。運算回路６０は１次々に印加されるＩＶ（ｉ）−Ｖ
い−（ｉ−１）ｌを出力する。

一方、運算回路２８は、　Σ　ｖ（１）を算出し１＝１て、これを出力する。割算回路３２は、を出力する。す
なわち、Ｓは、焦点検出手段１６の出力であって、焦点
検出信号である。なお、ＣＯＤ駆動回路４６をはじめ、
焦点検出手段１６の各回路の駆動タイミングは、同期信
号発生回路４８を介してＣＰＵ３６により制御される。

焦点検出信号Ｓは、結像レンズ系１０が向けられている
被写体と、レンズ群１０Ａの位置によって定まる。被写
体の個々をＡ、Ｂ・・・・・・・・・等とし、レンズ群
の位置なＬで表すことにすると、被写体Ａに対し、レン
ズ群１０Ａの位置がＬであるときの焦点検出信号Ｓは、
ＳＡ　（Ｌ　）　　と誓くことができる。

このように、焦点検出信号は、被写体をパラメーターと
し、さらにレンズ群１０Ａの位置りを変数として定まる
一種の関数であるので、これを、以下では、標値関数と
呼ぶことにする。矛４図のフロー図においても、この語
が用いられている。

標値関数Ｓの一般的な形状は、才２図に示す如き山形で
あり、合焦状態は、標値関数Ｓの値が最大となる位置に
、レンズ群１０Ａを配備することによって実現される。

従って、問題は如何にして、レンズ群１０Ａを、標値関
数最大の位置、換言すれば焦点検出信号最大の位置に位
置させるかということであり、これを実現せしめるのが
、制御手段の働きである。

これを、矛２図を参照しつつ説明する。

まず、ＣＣＤ５０が駆動された段階で、レンズ群１０Ａ
が、矛２図におけるＬ＝ＬＯの位置にあったとする。被
写体をＡとすれば、このとき、評価関数Ｓ＾（Ｌ）が矛
２図の曲線で表されるものとする。

そうすると、この状態で、焦点検出手段１６から出力さ
れる焦点検出手段Ｓとは、５Ａ（ＬＯ）　　にほかなら
ない。

この標値関数５Ａ（ＬＯ）　　は、状態読取ボート３４
を通じ’１：ＣＰＵ３６＆’Ｃとり込まレル。Ｃ’ＰＵ
は、ＳＡ（ＬＯ）をとり込むと、出力ポート３８、指令
信号送出回路４０　　を介してモーター駆動回路４４を
作動させ、同回路４４はモーターＭを作動させる。こう
してレンズ群１０Ａが移動するが、レンズ群１０Ａの位
置は、ちく次、レンズ位置検出回路４２、状態読取ボー
ト３４　　を介してＣＰＵ３６にとり込まれるようにな
っている。

レンズ群１０Ａは、予め定められた所定の方向、例えば
、無限遠側へ、所定の微小距離Δｘだげ、まず移動され
る。すなわち、この移動によって、レンズ群の位置は（
ＬＯ＋Δｘ）となる。この位置における標値関数ＳＡ（
ＬＯ＋Δｘ）がとり込まれると、ＣＰＵ３６の指令によ
って、レンズ群１０Ａは至近側へ２Δｘだげ移動する。

この新たな位置（ＬＯ−Δｘ）における標値関数Ｓ＾（
ＬＯ−Δｘ）がとりこまれると、ＣＰＵ３６は、互いに
Δｘだけ離れた隣接３位置、（ＬＯ−Δｘ）、ＬＯ，（
ＬＯ＋Δｘ）における標値関数ＳＡ　（ＬＯ−Δｘ　）
　＋ＳＡ　（ＬＯ）　、　　ＳＡ　（ＬＯ＋　Δｘ　）
の大小関係なしらぺる。すなわち、６つの標値関数のう
ちで、最大のものはどれか、最小のものはどれかが判別
され、最大値と最小値との差（ＭＡＸ　−ＭＩＮ　）が
算出される。これら６つの標値関数の大小関係に応じて
、レンズ群１０Ａの移動方向と移動量とが定められる。

まず、今問題としている状態では、標値関数のうちで最
大のものは、８人（Ｌ○＋Δｘ）であり、５つの標値関
数が算出された段階において、レンズ群１０Ａは（ＬＯ
−Δｘ〕　の位置にある。

標値関数ＳＡ　（ＬＯ＋Δｘ〕が最大であるということ
は、合焦状態を実現するためには、レンズ群１０Ａを、
なお、無限遠側へ変位させるべきことを意味する。

そこで、この場合、レンズ群１０Ａを無限遠側へ４Δｘ
だけ移動させる。この移動により、新らしい位置は、（
ＬＯ−Δｘ＋４Δｘ　）　＝　（ＬＯ＋　３Δｘ）とな
る。そこで、この新しい（ＬＯ＋　３Δｘ）の位置と、
その両側にΔｘだけはなれた（　ＬＯ＋２Δｘ）、（Ｌ
Ｏ＋４Δｘ）の位置における、評価関数を得、得られる
６個の評唾関数の大小関係にもとづいて、上述の如きレ
ンズ群移動を行なう。

このプロセスが繰返されるにつれて、レンズ群１０Ａは
、次矛に無限遠側へ移動して行くことになる。

また、ｃｃＤ５０から映像信号が得られるときにレンズ
群１０Ａが、矛２図のり、　＝　Ｌ２　　の位置であっ
たとすると、レンズＩＯＡは、まず無限遠側にΔｘ、つ
づいて至近側に２Δｘ移動させられ、Δｘだげ相互に離
れた隣接６位置の評価関数ＳＡ　（Ｌ２　）、ＳＡ　（
Ｌ２＋Δｘ）、ＳＡ（Ｌ２−Δｘ）が得られる。

この段階でレンズ群１０Ａは、位置（Ｌ２−Δｘ）、の
位置にあり、評価関数ＳＡ　（Ｌ２−Δｘ）が、６つの
評価関数中で最大であるので、次には、レンズ群１０Ａ
を、至近側へ２Δｘだげ変位させ、上記プロセスを繰返
す。これによって、レンズ１１０Ａは、次オに至近側へ
と近づいていく。

このように、３つの評価関数の大小関係に応じて、レン
ズ群１０Ａの移動方向がきまるので、上記プロセスが繰
返されるにつれて、レンズ群１０Ａは、その初期位置に
拘らず、次矛に、評価関数２−１のピークの位置へ近づ
いていく。これが俗にいう山のぼりである。才４図のフ
ロー図の最初の方でＪをパラメーターとして算出される
５（Ｏ）、５（１）、５（２）は、ここで説明した隣接
３位置における標値関数である。

このようにして、レンズ位置が、才２図のＬ＝Ｌ１　　
の位置に到達すると、上記のプロセスに従って、隣接３
位置Ｌｌ、（Ｌｌ＋Δｘ）、（Ｌｌ−Δｘ）における標
値関数ＳＡ　（Ｌｌ　）、ＳＡ　（Ｌｌ　＋Δｘ）、　
　ＳＡ（Ｌｌ−Δｘ）が算出される。このとき、ＳＡ（
’Ｌ１）が、３つの評価関数中で最大である。このこと
は、Ｌｌ、（Ｌｌ−Δｘ）、（Ｌ１＋Δｘ）の３位置の
うちで、位置Ｌ１　　が最も前記ピークの位置に近いこ
とを意味し、位置Ｌ１　　が、達成しうる評価関数最大
の位置であることを示す。

また、評価関数ＳＡ　（Ｌｌ　）、　ＳＡ　（Ｌ１＋△
Ｘ）。

５Ａ（Ｌｌ−Δｘ）が得られた段階で、レンズ群１０Ａ
は位置（Ｌｌ−Δｘ）ＶＣあるから、このとき、レンズ
群１０Ａを無限遠側へΔｘだけ移動させて、レンズ群１
０Ａを位置ＬＩ　　Ｖｃ位置せしめる。このようにして
、レンズ群１０Ａは適正な位置を占め、合熱状態が実現
する。

ところで、評価関数２−１は、一般的に、山形であり、
そのピーク部では、形状が十分に鮮鋭であるが、その、
すそ野の部分では、傾きがゆるやかである。すそのの部
分とは、レンズ群１０Ａの位置が、合焦状態と大きくへ
だたった位置であるが、このようなすそ野の部分では、
評価関数がゆるやかな傾きであるため、この部分の隣接
６位置ＬＳ　。

（ＬＳ＋Δｘ　）、　　（ＬＳ　−Δｓ　）の評価関数
を大小比較した場合、誤差によって、ＳＡ　（ＬＳ　）
が最大となってしまう可能性がある。このような場合に
、ＬＳ　　を、合焦位置と判断されると、誤動作が生ず
る。評価関数のすそ野の部分では、傾きがゆるやかであ
るから、５Ａ（ＬＳ）、ＳＡ（ＬＳ−ΔＳ）。

ＳＡ　（ＬＳ＋ΔＳ）の大小関係において前述の、最大
値と最小値の差（ＭＡＸ　−ＭＩＮ　）を見ると、この
値は一般に小さい。

そこで、予め一定のスレッシュホールドレベルＴＨ１を
定めておき、これを（ＭＡＸ　−ＭＩＮ　）と比較し、
（ＭＡＸ　−ＭＩＮ　）　＜　ＴＨＩ　（７）　トきは
、Ｌ／　ｙ　ス群ｉ７）位置が合焦位置から遠くはなれ
ているものとし、レンズ群を無限遠側へ３Δｘだけ移動
させて、上述のプロセスを繰返すのである。６つの評価
関数の大小関係で、レンズ群の移動方向、移動量を決定
するとは、このような内容も含んでいるのである。この
ようにすることによって誤動作を防止することができる
。

ところで、撮影中に被写体が、被写体Ａから被写体Ｂへ
とかわった場合、ただちに被写体Ｂに対して合焦状態が
実現されねばならない。このことは、以下の如くして実
現される。

すなわち、結像レンズ系１０が、被写体１０に向けられ
ている状態で、レンズ群１０Ａが合焦位置にもちきたさ
れると、レンズ群１０Ａは合焦位置に停止されるが、標
値関数の算出はそのままつづけられ、譚価関数、すなわ
ち焦点検出信号の変動がＣＰＵ３６　　にて監視される
。そして、上記変動ΔＳが、予め定められたスレッシェ
ホールドレベルＴＨ２以上となったときは、前述の合焦
機能による合焦プロセスを再開させるのである。なお、
レンズ群停止時の標値関数の算出は、フレーム時間１／
６０ｍ５ｅｃ　　を周期として行なえばよい。

例えば、矛３図において、曲線６−１を被写体Ａに関す
る評価関数、曲線３−２を、被写体Ｂに対する評価関数
とする。今、結像レンズ系１０が被写体Ａに向けられ合
焦状態が実現されているものとすれば、レンズ群１０Ａ
はＬ＝ＬＡ　　の位置にある。

この状態において、被写体をＡからＢ・＼と転換すると
、評価関数は、８人（ＬＡ　）からＳａ　（ＬＡ　）へ
と変化し、Δ５＝ＳＡ（ＬＡ　）　−ＳＡ　（ＬＢ　）
だけの差が生ずるので１ΔＳｌ≧ＴＨ２となるときは、
合焦プロセスな再開させるのである。すると、合焦プロ
セスにより、レンズ群１０Ａは、例えば矛６図の矢印（
１）、（１１）、（ｉｌｉ　）、（１ｖ）、（Ｖ）、（
ｖｉ　）で示す如くに移動して、被写体Ｂに対する合焦
位置Ｌ　＝　ＬＢ　　に到達し停止される。なお、この
場合のスレッシュホールドレベルＴＨ２は、矛１図にお
けるハードウェア、例えば、Ａ／Ｄ変換器の分解能、サ
ンプルホールド回路のサンプリング時間、映像信号の抽
出エリア等によって定まるが、一般に、前述のスレッシ
ュホールドレベルＴＨ１に対し、ＴＨ２＞　ＴＲＩとな
るように設定するのがよい。

上記説明では、制御手段における制御はＣＰＵで行った
が、ＣＰＵを用いずに、各制御を専用に行なう独立した
制御回路を複数組合せて制御手段を構成することも可能
である。また、焦点検出手段は、実抱例のデジタル方式
のもののほか、アナログ方式としてもよい。また、標値
関数も実権例以外のものを用いてよい。

（効　果）以上、本発明によれば、ビデオカメラ等における新規な
オートフォーカス装置を提供できる。

このオートフォーカス装置は上記の如き構成となってい
るため、合焦虞近傍において、適正な位置にレンズ群を
停止でき、誤動作も有効に防止される。

【図面の簡単な説明】

牙１図は、本発明の１実権例を示すブロック図、矛２図
は、合焦プロセスを説明するための図、矛午図は、合焦
プロセスを説明するフロー図、矛３図は、被写体が切換
ったときの合焦過程を説明するための図である。１０・・・結像レンズ系、ＩＯＡ・・・焦点調整に係る
レンズ群、１２・・・移動機構、Ｍ・・・モーター、５
０・・・自己走査屋撮像累子としてのＣＣＤ

Claims

【特許請求の範囲】矩形状の受光面積を有するエリア型の自己走査型固体撮
像素子により被写体像を走査し映像信号に変換する方式
のビデオカメラ等において、自動的な焦点調整を行なう
装置であって、映像信号から、焦点検出信号を得るための焦点検出手段
と、結像レンズ系のうち焦点調整に係わるレンズ群を、光軸
上で正逆方向へ、所定の距離Δｘを１ステップとして移
動させる駆動手段と、制御手段と、を有し、上記制御手段は、上記駆動手段により所定の方式で上記
レンズ群を移動させ、互いにΔｘだけずれた隣接３位置
の焦点検出信号を得、これら３つの焦点検出信号の大小
関係にもとづき、上記レンズ群の移動量と移動方向とを
決定し、上記レンズ群に必要な変位を行なわしめるプロ
セスを、必要なだけ行って、上記レンズ群を、焦点検出
信号最大の位置へ位置させる合焦機能と、上記レンズ群を、焦点検出信号最大の位置へ位置させた
のちも、焦点検出信号を発生させ、焦点検出信号の変化
が一定値以上となったとき、再び上記合焦機能を機能さ
せる合焦プロセス再開機能と、を有することを特徴とす
る、ビデオカメラ等のオートフォーカス装置。