JPS6238083A - 焦点調節装置 - Google Patents

焦点調節装置

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JPS6238083A
JPS6238083A JP60177836A JP17783685A JPS6238083A JP S6238083 A JPS6238083 A JP S6238083A JP 60177836 A JP60177836 A JP 60177836A JP 17783685 A JP17783685 A JP 17783685A JP S6238083 A JPS6238083 A JP S6238083A
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signal
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JP60177836A
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Masahiro Takei
武井 正弘
Tokuzo Kato
加藤 得三
Teruo Hieda
輝夫 稗田
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Canon Inc
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60Control of cameras or camera modules
    • H04N23/67Focus control based on electronic image sensor signals

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)

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】 (産業上の利用分野) この発明は、撮像手段の出力信号を利用して焦点調節を
行う焦点調節装置に関し、特にどの方向に直流成分が多
く含まれる被写体についても正確な焦点調節動作を行う
ことができる焦点調節装置に関する。
(従来の技術) ビデオカメラの焦点調節装置として、従来、例えば赤外
線投光素子及び受光素子を備え、投光素子から赤外光を
投射し、その赤外光が被写体で反射された反射光を受光
素子で受光し、そのレベル等を検出することにより被写
体までの距離を検出し、これに応じて焦点調節光学系を
その光軸に沿って移動させて焦点調節を行うものが知ら
れている。しかし、上記の装置によれば、前記の投光素
子及び受光素子をはじめとする測距用光学系等の付加部
品を必要とし、装置全体の小形化を妨げることになる。
そこで上記の外部測距系を使用しない焦点調節装置とし
て、撮像手段の出力信号を利用するものが提案されてい
る(例えばrNHK技術研究」第17巻第1号9通巻第
86号)(昭和40年発行)の21ページ、石川ほか「
山登りサーボ方式によるテレビカメラの自動焦点調整」
参照)。
第7図はその概要を示すものであり、図中71は焦点調
節動作を行うレンズ群、72は固体撮像素子であり、撮
像素子72から得られる撮像信号は増幅器73を経てプ
ロセス回路74で輝度信号Yと色信号Cに復調され、こ
れらの信号はエンコーダ75でNTSC信号等の標準テ
レビジョン信号に変換され、出力端子76から外部利用
装置に出力される0例えば後述の第1図、第2図に示す
ように記録用信号に変換されて記録ヘッドを介して適宜
の記録担体に記録される。
一方、輝度信号Yは高域通過フィルタ77にも入力され
て輪郭信号等の高域成分が抽出され、次段のレベル検出
回路78でそのレベル(第8図(A)のa)が検出され
る。この検出レベル信号は山登り制御回路79に入力さ
れ、同回路はこの検出レベルが少しでも大きくなる方向
にレンズ群71を移動調整させるようレンズ駆動回路8
0を制御する。
山登り制御回路79においては、第8図(A)に示すよ
うに、時間間隔Tで検出されたレベルが前回の検出レベ
ルと比較され、現在のレベルの方が高レベルになってい
れば、合焦点に近ツいていると判断してその方向へのレ
ンズ群71の駆動を続ける。第3図中t1〜t2の間は
検出レベルが増加方向であるが、t2〜t3の間では検
出レベルの低下が生じている。t2〜t3の期間では、
逆方向にレンズ群71の駆動を行い、再び合焦方向へ向
かわせる。第8図(B)のハイ、ローは、レンズ群駆動
方向を反転させることを示しているが、初期時点、すな
わち時刻tiでレベル低下が生ずれば、ローレベルが、
初期状態として設定された駆動方向と逆方向に駆動され
るように設定され、以後ハイ、ローの反転でレンズ群7
1の駆動方向が反転するように制御する。
(発明が解決しようとする問題点) 前記の出登り制御方式による自動焦点調節装置は、撮像
手段の出力信号中の輝度信号の高域成分、すなわちテレ
ビ画面についていえば水平走査線方向の高域成分のレベ
ルが大きくなる方向へ制′御するものであるから、例え
ば第9図(A)に示すように直流成分が垂直方向に多く
存在し、交流成分が水平方向に多く存在する被写体につ
いては有効な制御を行うことができるが、これと逆に、
同図CB)に示すように垂直方向に交流成分、水平方向
に直流成分がそれぞれ多く存在する被写体については有
効な焦点調節を行うことは不可能である。
この発明は、従来の焦点調節装置の前述の欠点を除去し
、外部測距系を使用せず、かつ撮像手段の出力信号を利
用してどの方向に直流成分が多く含まれる被写体につい
ても正確な焦点調節を行うことができる焦点調節装置を
提供することを目的とする。
(問題点を解決するための手段) この発明の焦点調節装置は、上記の目的を達成するため
、撮像手段と、前記撮像手段の出力信号の第1の方向に
関するレベル変化を検出する第1の検出手段と、前記撮
像手段の出力信号の前記第1の方向と実質的に直交する
第2の方向に関するレベル変化を検出する第2の検出手
段と、前記第1及び第2の検出手段の検出信号を合成し
て焦点調節信号を得る手段とを備えるものである。
(作 用) 前記の構成に基づき、前記第1及び第2の検出手段から
それぞれ前記第1及び第2の方向に関する撮像手段の出
力信号のレベル変化が検出され、これらの検出レベルを
表わす信号を適宜の重みづけをもって合成することによ
り焦点調節信号が得られる。
(実施例) 以下、第1図〜第6図を参照して、この発明を電子カメ
ラの焦点調節装置に適用した例について、この発明の焦
点調節装置の一実施例の構成、その作用及びこの発明の
焦点調節装置の変形実施例の順序で詳細に説明する。
(この発明の焦点調節装置の一実施例の構成)(第1図
〜第3図) 第1図は、この発明の焦点調節装置の実施例の概要を示
し、図中1は撮影光学系中の焦点調節動作を行うレンズ
群、2はシャッタであり、3は撮像手段であって、例え
ばCOD等の固体撮像素子又は撮像管で構成されるが、
ここでは前者であるとする。被写体像はレンズ群1、シ
ャッタ2を通して固体撮像素子3の撮像面に投影される
。撮像素子3の出力信号は増幅器4及びプロセス回路5
で処理されて輝度信号Y及び色信号Cが形成される。こ
れらの信号から周知の手段によって標準テレビジョン信
号、例えばNTSC信号が形成され後続の利用回路に出
力されるが、この例では記録用信号処理回路6で記録に
適する信号に変換されて記録又は再生ヘッドとしての磁
気ヘッド8によって記録担体、例えば可撓性磁気ディス
ク9に記録されるとする。10はディスク回転モータ、
12はレンズ駆動回路である。
プロセス回路5から出力される輝度信号Yは、水平合焦
位置検出回路14及び垂直合焦位置検出回路15のほか
電子ビューファインダ17にも供給され、それぞれ第2
図〜第6図等を参照して後述する態様により処理される
。これにより、テレビ画面でいえば前述の第1の方向で
ある水平方向及び同じく第2の方向である垂直方向の焦
点調節状態を表わす信号がそれぞれ検出され、これらの
信号が合成装置16で水平及び垂直方向の優先度等によ
り定められる重みづけをもって合成されてこの合成信号
に基づいてレンズ駆動回路12を制御し、レンズ群1を
その先軸方向に沿って移動調整する。
第2図は、上記の水平合焦位置検出回路14及び垂直合
焦位置検出回路15でそれぞれ検出された、撮像手段3
の出力信号中それぞれ前記の水平方向及び垂直方向のレ
ベル変化を表わす信号を適宜の重みづけをもって合成し
、その出力に応じてレンズ駆動回路12を制御する機能
を迅速かつ正確に行う装置の一例を示し、同図中第1図
と同一の符号を付した回路又は部材は、基本的に第1図
のものと同じ構成及び機能を有するのでその説明を省略
する。
その他の回路又は部材について、7はゲート回路であっ
て後述のシステム制御回路(以下CPU18という)の
制御により記録用信号処理回路6の出力を所定期間だけ
磁気へラド8に供給する。
11はモータ駆動回路、13はシャッタ駆動回路、17
は電子ビューファインダであってそれぞれCPU18に
よって制御され、また電子ビューファイダ17には輝度
信号Yが入力される。
CPU18はシステム全体を制御するものであって、レ
リーズスイッチ19から得られる記録指令信号に応じて
モータ駆動回路11を駆動してモータ10を定速回転に
維持するとともに、後述するアルゴリズムに従ってレン
ズ駆動回路12及びシャッタ駆動回路13並びに後述の
水平合焦位置検出回路14及び垂直合焦位置検出回路1
5に制御信号を転送してこれらの回路をそれぞれ、後述
のように制御し、また必要に応じて電子ビューファイン
ダ17に警告信号を転送する。さらにCPU18はゲー
ト回路7にゲート信号を供給し、記録用映像信号が所定
の記録タイミングで磁気へラド8に供給されるように制
御する。
次に、第2図の実施例における水平合焦位置検構成につ
いて説明する。この実施例においては。
レンズ群1は最至近から無限遠点に向かって移動させら
れ、それに応じて得られる撮像素子出力信号が合焦位置
検出に用いられる。先ず水平合焦位置検出回路14にお
いて、プロセス回路5から出力される輝度信号は高域フ
ィルタ22に入力され、その高域成分、すなわち合焦時
にレベルが高くなり、非合焦時にレベルが低くなる信号
が取り出される。高域フィルタ22の出力信号は絶対値
回路23を経て、CPU18により制御されるA/D変
換器24でデジタルデータ化される。
A/D変換器24の出力は積算回路26に供給されるが
、この場合に第3図に示すように有効撮影画面Fのうち
中央の測距エリアRからの信号のみによって合焦状態を
制御しようとすれば、ゲート回路25をCPU18によ
って制御し、Rの部分からの信号のみが積算回路26に
供給されるようにする。積算回路26には、1垂直走査
期間単位で、例えば上記Rの部分からの水平高域信号が
蓄のリセットはCPU18により制御される。
垂直走査期間ごとに得られる積算データは、CPU18
により制御されるピーク点検出回路27に供給され、同
回路27は、上記の積算データの変化の最大点を検出し
たときは、その旨を示す信号を後段の水平合焦位置情報
形成回路28に供給する。水平合焦位置情報形成回路2
8は、上記の信号に応じて、その時点のレンズ群lの位
置PHを表わす情報を形成し、この位置P)lを表わす
情報はCPU1Bに転送される。
次に、垂直合焦位置検出回路15においては、入力輝度
信号が、一方において直接に、他方においてIH遅延線
31を介して減算器32に供給され、減算器32で両信
号の間で減算処理が行われて垂直方向の高域成分が抽出
される。減算器32の出力信号は、水平合焦位置検出回
路14におけると同様に、絶対値回路33、A/D変換
器34、ゲート回路35、積算回路36及びピーク点検
出回路37に導かれ、ピーク点検出回路37は垂直走査
期間ごとに得られる積算データの変化の最大点を検出し
たときは、その旨を示す信号を後段の垂直合焦位置情報
形成回路38に供給する。垂直合焦位置情報形成回路3
8は、上記の信号に応じて、その時点のレンズ群1の位
置Pvを表わす情報を形成し、この位置pvを表わす情
報はCPU18に転送される。
なお第2図の実施例では、第3図の測距エリアRの部分
のすべてについて積算値を求めたが、垂直方向についも
、水平方向についも上記の部分R内でサンプリングして
そのサンプリングデータの累積値を求めてもよい。
(この発明の焦点調節装置の一実施例の作用)(第2図
、第4図) 次に、第4図をも参照して、第2図の装置の焦点調節動
作について説明する。先ずレンズ駆動回路12はCPU
18の制御によりレンズ群1を最至近位置まで移動させ
ておく(ステップ51)。
レリーズスイッチ18がオンされると(ステップ52)
、シャッタ駆動回路13は、CPU18の制御によりシ
ャッタ2を開き(ステップ53)。
被写体像が撮像手段(固体撮像素子)3の撮像面に投影
され、撮像素子3から撮像信号電流が出力される。続い
てレンズ群1を無限遠方向に向かって移動させ(ステッ
プ54)、さらに水平合焦位置検出回路14及び垂直合
焦位置検出回路15により、それぞれ、水平合焦位置p
H及び垂直合焦位置Pvの検出動作が行われる(ステッ
プ55)。
この操作はレンズ群1が無限遠位置に到達するまで行わ
れ(ステップ56)、移動が完了するとピーク点検出回
路27.37で合焦点と判断されるべき検出レベルの最
大点を検出する動作が行われ、PH及びPVがともに得
られたかどうかの判断がなされる(ステップ57)、P
H及びPVがともに得られれば、合焦位置Pは、pH及
びpvの値に水平方向及び垂直方向の優先度等を考慮し
て適当な重みづけをして両者を合成することにより決定
される。ここでは、−例として P= (PH+PV)/ま たPHのみが得られたときは(ステップ58)P=PH
を(ステップ59)、PVのみが得られたときは(ステ
ップ60)P=PVを(ステップ61)、それぞれ代入
して合焦位置を決定する。
さらにpH及びPVがともに得られなかったときはCP
U18は電子ビューファインダ17に合焦不可能の警告
信号を転送する(ステップ62)。
最終的に、レンズ群1を無限遠から再び上記のようにし
て得られた合焦位i1Pまで移動させ(ステップ64)
、この移動か完了したときCPU18はゲート回路7を
1画面期間間いて映像信号の記録を行った(ステップ6
5)後、シャッタ2を閉じて(ステップ66)動作を終
了する。
この発明を実施するに当たり、直流成分が多く存在する
方向が画面の水平あるいは垂直方向ではなくこれらの方
向に対して斜めの方向である被写体については、その水
平及び垂直方向の分力をそれぞれ水平及び垂直方向の直
流分とみなして第2図の装置により対応することができ
る。
/−MJ!に1817Pi’J7m11411JJLk
2<#Δ社/JtR李↓l−山1’W路の変形例)(第
5図、第6図) 第5図は、前述の垂直合焦位置検出回路15の変形例を
示し、垂直方向の2画素間の輝度レベル変化を求め、こ
れを水平同期信号を基準として一定期間経過後にサンプ
リング走査を行うものである。第5図において、41は
同期信号分離回路であって輝度信号Yから水平同期信号
fH及び垂直同期信号fvを抽出し、これをシステム制
御回路42に供給する。システム制御回路42は、その
発生する制御信号により後述のように装置各部の動作を
制御する。
一方、輝度信号Yは、サンプルホールド回路43でシス
テム制御回路42からのサンプリング信号のタイミング
でサンプルホールドされる。第6図は、上記のサンプリ
ングタイミングを説明するものであって、図中Fは有効
撮影画面、Rは中央重点測距エリア(操作者が設定可能
であることを可とする)11は水平走査線を示している
。X印は、垂直方向の輝度レベル比較を行うためのサン
プリング点を表わし、Pai及びPbiは1番目のレベ
ル比較を行うべき2点の輝度レベルを表わすものとする
。ここで、垂直方向の輝度レベル変化を検出する方式と
しては、 ■ インターレース走査方式において、フィールドごと
に又は一方のフィールドについてのみ相隣る走査線上の
サンプリング点の輝度レベルを比較する。
■ インターレース走査方式において、一方のフィール
ドと他方のフィールドとの間で相隣る走査線上のサンプ
リング点について上記の比較を行う。
■ 順次走査方式において相隣る走査線−ヒのサンプリ
ング点について上記の比較をする。
の3方式が考えられる。
さらに水平走査線上の所要数のサンプリング点の組につ
いて輝度レベルの比較を行うことを可とするが、第6図
では簡単のために、(P a 1+Pb1)、(Pa2
.Pb2)及び(Pa’3’。
Pb3)の3箇所のサンプリング点の組を含む3木の垂
直方向について輝度レベルの比較を行うことを示してい
る。
サンプルホールドされた輝度信号Yは、システム制御回
路42からの制御信号によって制御されるA/D変換器
44に入力され、デジタル信号に変換される。このデジ
タル信号は、一方では直接に、他方ではメモリ46を介
して差分回路45に入力され、後述の態様により第6図
に示すような相隣る水平走査線上のサンプリング点(P
ai。
Pb1)の輝度レベルの差分値が求められ、この差分値
が積算回路47に入力され、その積算結果を表わす信号
Sがピーク点検出回路48に供給される。
先ず■の方式により輝度レベルを比較する例について具
体的態様を説明する。いま、第6図のPaiを通る水平
走査線上で走査が行われているとし、この場合A/D変
換器44から出力される第6図のサンプリング点Pai
の輝度レベルを表わすデジタル信号が差分回路45にも
メモリ46にも入力されるが、両者に入力される信号が
同じであ信号は得られない。
しかし差分回路45及びメモリ46は、システム制御回
路42により次のように制御される。すなわち、メモリ
46は、A/D変換器44からサンプリング点Pbiの
輝度レベルを表わすデジタル信号が出力されるまでは、
Paiの輝度レベルを表わす信号を記憶しておき、次の
水平走査期間でA/D変換器44から上記のPbiの輝
度レベルを表わす信号が出力されるのに同期して差分回
路45がメモリ46の記憶値を読み出して両信号の差分
値を求めるようにする。
上記の処理は、水平方向については、例えば第6図の(
Fax、Pbt)、(Pa2.Pb2)及び(Pa3 
、Pb3)等の所要のサンプリング点で行われ、メモリ
46は上記のPa1.Pa2及びPa3等を表わす信号
が読み出されるとその記憶値がクリアされる。他方、垂
直方向については、第6図の(Pai 、 Pb1)の
次に、(Paj。
P bj)について行う如く垂直方向に並ぶ所要のすの
ようにして差分回路45で得られる差分値は積算回路4
7に入力され、1画面(1フイールド)分の差分値が累
積される。この累積値は一般的にΣ 1Pai−Pbi
l i=x で表わされる。なお積算回路47は、システム制御回路
42からの制御信号により1フイールドごとにその内部
値がクリアされる。また差分回路45において、前述の
ように有効な出力信号が得られない期間については、差
分回路45の出力が積算回路47に入力しないようにす
ることもできる。上記の例では、メモリ46の容量は、
l水平走査線上に存在するサンプリング点の数と、ひと
つのサンプリング点の輝度レベルを表わすデジタル信号
のビット数との積により定められる。
上記の回路の変形として、メモリ46は、Ml及びM2
の2つのメモリ領域を有するもので構成し、A/D変換
器44がサンプリング点Pbiを表わす信号を出力して
いるときは、サンプリングもPaiを表わす信号を記憶
している領域M2の記憶値を読み出して差分回路45で
両信号の差分値を求めるとともにPbiを表わす信号を
領域Mlに記憶させ、次の走査周期では、領域M1の記
憶値を領域M2に書き直し、A/D変換器44がら出力
されるPaj (垂直方向にPbiに隣り合うサンプリ
ング点)を表わす信号とPbiを表わす信号との差分値
を差分回路45で求めるようにすることもできる。この
場合メモリ46の容量は、前記の例の2倍になる。
次に、■の方式により輝度レベルを比較する場合は、最
初のフィールドにおいて、メモリ46にサンプリング点
Pa1.Pa2.Pa3 、* ・e・、Panの順に
輝度レベルを表わすデジタル信号が書きこまれ、次のフ
ィールドにおいてA/D変換器44からサンプリング点
Pb1.Pb2゜Pb3,5ees、Pbn(この例で
は、第6図でこれらのサンプリング点は次のフィールド
の走査線上に存在するものとする)の順にそれらの輝度
レベルを表わすデジタル信号が出力されるのに同期して
メモリ46の記憶値が読み出され、■の方式と同様にし
て差分回路45及び積算回路47等において処理される
。この場合、メモリ46の容量は、測距エリア(第6図
のR)内に含まれる1フイールド中の水平走査線の数と
、1水平走査線上のサンプリング点の数と、ひとつのサ
ンプリング点の輝度レベルを表わすデジタル信号のビッ
ト数との積により定められる。また■の方式の具体例に
ついても、■の方式について述べたような変形が可能で
ある。
場合については、■の方式に準じて構成することができ
る。
第5図に示す回路においても、積算回路47の出力は第
2図のピーク点検出回路37及び垂直合焦位置情報形成
回路38で処理され、第1図の装置におけると同様にし
て垂直合焦位置情報がCPU17に与えられる。第5図
の回路では、水平同期信号を基準として所定期間経過後
にサンプリングをして垂直方向のレベル変化を検出する
ので、走査線間の輝度レベル変化を検出するのに必要な
メモリ容量が、■及び■の方式では、最大でも水平走査
線内のサンプリング点の組の数に対応する容量でよく、
同じく■の方式でも、測距エリアR内のサンプリング点
の組の数に対応する容量でよいのでメモリ容量の大幅な
削減が可能であり、さらに第2図の垂直台無位置検出回
路15中のIH遅延線31が不要であるため、装置全体
の製作コストの低減をはかることができる。
前述の実施例は、輝度信号によって撮像手段のこの発明
は、撮像手段の出力信号中色信号又は色信号と輝度信号
との組合わせ信号によってレベル変化を検出するものに
も適用することができる。
(発明の効果) 前述のように、この発明によれば、撮像手段の出力信号
の第1の方向及びこれと実質的に直交する第2の方向に
関するレベル変化をそれぞれ検出する検出手段の検出信
号を合成して焦点調節動作を得るようにしたので、どの
方向に直流成分が多く含まれる被写体についも焦点調節
を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の焦点調節動作の一実施例の要部のブ
ロック図、第2図はこの発明の焦点調節動作の他の一実
施例のブロック図、第3図は第2図の装置における測距
エリアの説明図、第4図は第2図の実施例の動作を説明
する流れ図、第5図はこの発明の実施例における垂直1
合焦位置検出回路の変形例のブロック図、第6図は第5
図の回路におけるサンプリング点の説明図、第7図は従
来の焦点3JwI装置の一例のブロック図、第8図(A
)及びCB)は第7図の装置の制御作用の説明図、第9
図(A)及び(B)は被写体によって撮影画面上直流成
分が多く含まれる方向が異なる態様を示す説明図である
。 符号の説明 1:撮影光学系中の焦点調節動作を行うレンズ群、2:
シャッタ、3:撮像手段としての固体撮像素子、4:増
幅器、5:プロセス回路、6:記録用信号処理回路、7
:ゲート回路、12:レンズー動回路、13:シャッタ
駆動回路、14:水平合焦位置出回路、15:垂直合焦
位置検出回路、16:合成装置、17:電子ビューファ
インダ、18ニジステム制御回路、19ニレリーズスイ
ツチ、22:高域フィルタ、23,33:絶対値回路、
24 、34 : A/D変換器、25.35ゲ一ト回
路、26 、36 :積算回路、27.37:ビーク点
検出回路、28:水平合焦位置情報形成回路、31:I
H遅延線、32二減算器、38:垂直合焦位置情報形成
回路、41:同期信号分離回路、42ニジステム制御回
路、43:サンプルホールド回路、44 : A/D変
換器、45:差分回路、46:メモリ、47:積算回路
。 第1図 5    第5図 嶌6図 毛7図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)撮像手段と、 前記撮像手段の出力信号の第1の方向に関するレベル変
    化を検出する第1の検出手段と、 前記撮像手段の出力信号の前記第1の方向と実質的に直
    交する第2の方向に関するレベル変化を検出する第2の
    検出手段と、 前記第1及び第2の検出手段の検出信号を合成して焦点
    調節信号を得る手段と、 を備える焦点調節装置。
  2. (2)前記撮像手段の出力信号が輝度信号である特許請
    求の範囲(1)記載の焦点調節装置。
JP60177836A 1985-08-13 1985-08-13 焦点調節装置 Pending JPS6238083A (ja)

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Cited By (2)

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