JPH01212981A - オートフォーカス装置 - Google Patents

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〕 本発明は、ビデオカメラなどのオートフォーカス装置に
関する。

〔従来の技術〕

従来、カラー撮影用のビデオカメラは、色分離フィルタ
付きの固体撮像素子を備えるとともに、「山登り方式」
と呼ばれる制御方式のオートフォーカス装置を備えてい
る。

ところで、前記「山登り方式」の制御は、撮像素子の受
光画像信号の高周波成分が合焦点に近ずく程増加する特
性を利用して行われ、前記従来のオートフォーカス装置
は、受光画像信号が変化する毎に、つぎに説明する４動
作（１）　、　（ＩＤ　、　ＧＯＤ　、（ト）により、
撮像レンズを合焦位置に移動する。

（１）撮像レンズを近点又は遠点の方向に初期移動する
。

（ＩＤ初期移動中に得られる受光画像信号の高周波成分
の増減にもとづき、移動前の位置からの移動方向を判別
して決定する。

（ＩＩＤ初期移動前の位置から決定した移動方向に撮像
レンズを移動するとともに、移動中の受光画像信号の増
加から減少への変極点（頂上）を検出する。

（１ｖ）変極点の位置を記憶しておき、その位置に撮像
レンズを戻して止める。

一方、たとえば特開昭６１−２３９７８０号公報（Ｈ０
４Ｎ　５／２３２）には、圧電素子などを用いた振動機
構により、撮像素子の受光面を撮像レンズの光軸方向に
常時微小振動するとともに、振動による受光画像信号の
レベル変化から焦点ずれの方向を判別し、撮像レユ／ズ
を合焦位置に移動するオートフォーカス装置が記載され
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前記従来の「山登り方式」のオートフォーカ
ス装置の場合、撮像レンズを初期移動して焦点ずれの方
向を決定した後、撮像レンズが合焦位置に移動され、迅
速かつ滑らかなフォーカス制御が行えない問題点がある
。

一方、前記公報に記載のオートフォーカス装置の場合、
焦点ずれの方向決定の動作が省け、「山登り方式」の装
置より迅速に制御が行えるが、圧電素子などの振動機構
を要し、構成が複雑化し、しかも、撮像レンズのズーム
位置、焦点位置、Ｆ値などによっては、撮像素子の振動
が、とくに静止画の撮像画面上にフリッカ現象として出
現し、撮像画面に悪影響を与える問題点がある。

本発明は、振動機構などを設けることなく、しかも、撮
像画面に悪影響を与えることなく、迅速かつ滑らかなフ
ォーカス制御を行うオートフォーカス装置を提供するこ
とを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するための手段を、実施例に対応する第
１図を参照して以下に説明する。

本発明は、撮像レンズ（１］の撮像光を色分解フィルタ
を介して受光するカラー撮像素子（２）と、前記撮像素
子（２）の受光画像信号に含まれた複数色の高周波成分
を分離抽出するバイパスフィルタ部（３）と、 前記各高周波成分の一定周期の積分レベルを比較して焦
点ずれの方向を判別し１合焦制御信号を出力する判別処
理部（４）と、 前記合焦制御信号にしたがって前記レンズを移動するレ
ンズ駆動部（５）と を備えたことを特徴とするオートフォーカス装置を提供
するものである。

〔作用〕

したがって、光学的な色収差にもとづき、フィルタ部（
３）の各色の出力信号のレベルが、レンズ（１）の焦点
ずれに応じて変化するとともに、処理部（４）により、
各色の出力信号の一定周期の積分レベルの比較にもとづ
き、焦点ずれの方向が迅速かつ適確に検出され、従来の
「山登り方式」の初期移動を行うことなく、合焦制御信
号にもとづく駆動部（５）の動作により、レンズ（１）
が合焦位置に引込まれる。

〔実施例〕

つぎに、本発明を、そのｌ実施例を示した第１図ないし
第４図とともに詳細に説明する。

第１図において、（１）は撮像レンズ、（２］はレンズ
（１）の後方の撮像面の位置に設けられたカラー撮像素
子であり、色フィルタ付きＣＣＤなどの固体撮像素子か
らなり、レンズ（υの光軸に直角な受光面に垂直走査に
したがって受光面の全画素を走査し、毎フィールドに、
各色の受光画素信号からなる１フイールドの受光画像信
号を出力する。

（６）は撮像素子（２）の受光画像信号をビデオ信号に
変換して出力する撮像処理回路、（７）は処理回路（６
）に接続された同期分離回路、（８）は同期分離回路（
７）に接続されたゲート回路であり、毎フィールドの画
面中央部分のタイミングでゲート信号を出力する。

（９）は撮像素子（２）の受光画像信号が入力される色
別処理回路であり、受光画像信号に含まれる特定の３色
の信号成分を分離出力する。αＱは処理回路（９）に接
続されたゲート回路であり、ゲート回路（８）のゲート
信号にもとづき、毎フィールドの画面中央部分のときの
処理回路（９）の各出力信号のみを出力する。

ａυ、ａ４．α１はゲート回路αＱを介した処理回路（
９）の各出力信号それぞれが入力される３個のバイパス
フィルタ、（３）は処理回路（９）、ゲート回路Ｏｑ及
びフィルタａυ〜側からなるバイパスフィルタ部である
。

Ｑ４）　、　Ｑ５１　、α→はフィルタ０１）〜α］そ
れぞれに接続された３個の検波回路、α力、α印、θ侍
は検波回路Ｑ褐〜Ｑ６それぞれに接続された３個の積分
回路、ｍ、ａｌ）、（ハ）は積分回路αη〜Ｑ’Ｊそれ
ぞれに接続された３個のＡ／Ｄ変換回路、（ハ）、（ハ
）、（ハ）は変換回路（イ）〜（イ）それぞれに接続さ
れた３個のメモリ、（イ）はメモリー〜（ハ）に接続さ
れたマイクロプロセッサ（以下ＣＰＵと称する）であり
、合焦制御信号を出力する。（４）は検波回路α舶〜０
Ｑ、積分回路ａη〜Ｑつ、変換回路四〜（財）、メモリ
＠〜（ハ）、ＣＰＵｆｉからなる判別処理部である。

（ハ）はＣＰＵの合焦制御信号が入力されるフォーカス
モータ制御回路、弼は制御回路（イ）によって駆動され
るフォーカスモータであり、レンズ（υを光軸方向に移
動する。（５）は制御回路（イ）、モータ（イ）からな
るレンズ駆動部である。

ところで、レンズ（υなどの光学的な色収差にもとづき
、撮像光の波長毎に最良像面の位＠（最小錯乱円の位置
）などが微小に異なる。

そして、撮像素子（２）が設けられる撮像位置などの光
学的条件は、一般の光学機器と同様、特定の波長の光、
すなわちｄ線と呼ばれる波長５８７ｎｍの光を基準にし
て設定される。

したがって、フォーカス制御は、撮像光に含まれるｄ線
の光が撮像素子（２）に合焦するように、レンズ（１）
を移動して行われる。

そして、いわゆる前ピン、後ピンの焦点ずれのときは、
ｄｉの光より短波長側、長波長側の光。

たとえば波長４８６１ｍのＦ線の光、波長６５６１ｍの
Ｃ線の光それぞれが合焦状態になる。

すなわち、被写体の位置及び前ピン、後ピンのときのレ
ンズ（１）の焦点位置をＰＯ及びｐｌ、　Ｐ２とし、か
つ、レンズ（１）を通過して撮像素子（２）に焦光され
るｄ線、Ｆ線、Ｃ線の光路を１点破線、２点破線、破線
それぞれで示すと、前ピンのときは各線の光路が第２図
（ａ）に示すようになり、合焦、後ピンのときは各線の
光路が同図（ｂ）　、　（Ｃ）それぞれに示すようにな
る。

そのため、第２図（ａ）　、　（ｂ）　、　（Ｃ）のと
きそれぞれにば、場＆（相）ぷ尤νはめ１；匂・１市廠
、ｒ亘。

ＣｆＬｅ＋”Ｊ−ｅ＊彰ｌｋ分ｅｔ’、’ｆ＋３　ＥＪ
　（４）＋　Ｃｂ）、（すＸ４ｚＴｈｌニー示すように
なる。

ｆｘ　ｂ、第３図（ａ）〜（Ｃ）ニオイテ、ｄ　、Ｆ、
Ｃはｄ線、Ｆ線、Ｃ線それぞれのレベルを示す。

したがって、撮像素子（２）の受光画像信号に含まれた
前記３線の光の高周波成分をレベル比較すれば、レンズ
（１）の前ピン、合焦、後ピンを識別し、レンズ（１）
の焦点ずれの方向を判別することができる。

そこで、処理回路（９）により、撮像素子（２）の受光
画像信号に含まれた各色の受光画素信号の分離又は合成
にもとづき、はぼｄ線、Ｆ課、Ｃ線それぞれの光色の３
色の画像信号が受光画像信号から分層抽出される。

さらに、処理回路（９）の３色の出力信号がゲート回路
αｑを介してフィルタα珍〜頭それぞれに入力され、こ
のとき、合焦精度を高めるため、ゲート回路（８）のゲ
ート信号にもとづき、ゲート回路Ｏｑにより、処理回路
（９）の各出力信号の画面中央部分のみが抽出される。

そして、フィルタαυ〜ａ３により、各色の信号の高周
波成分が抽出されるとともに、フィルタ（ｎ）〜α艷か
ら出力された各色の高周波成分が検波回路Ｑ４）〜Ｑｆ
１９それぞれで包絡線検波され、検波回路α冶〜αＱか
ら積分回路Ｑ″７′）〜０りに、各色の高周波成分それ
ぞれのレベルの検波信号が出力される。

さらに、積分回路αη〜α１により、各色の険波信号そ
れぞれが、一定周期すなわちｌフィールドの周期で積分
され、積分回路αη）０１から変換回路の〜（イ）に、
各色の検波信号の各１フイールドの積分値の信号、すな
わち撮像領域内の色偏差による各色の誤差を平均化した
信号が出力され、各積分値の信号がデジタルデータに変
換される。

そして、変換器（４）〜（イ）のデジタルデータが一時
保持用のメモリー〜（ハ）それぞれを介してＣＰＵ（Ｊ
に入力され、このとき、ＣＰＵ（イ）は第４図のフロー
チャートにしたがって動作する。

すなわち、６２ｇ　、　Ｆ線、Ｃ線の高周波成分のデジ
タルデータをＳｄ　、　Ｓｆ　、　Ｓｃとすると、各デ
ータＳｄ　、　Ｓｆ　、　Ｓｃを比ｆｅシ、５ｄ（Ｓｆ
、Ｓｃであれば、Ｓｆ≦Ｓｃ　、　Ｓｆ　）Ｓｃによっ
て前ビニ／、後ピンそれぞれと判定して焦点ずれの方向
を判別する。

さらに、判別結果にしたがってレンズ（１）の移動用の
合焦制御信号を制御回路−に出力し、モータ（ハ）を駆
動してレンズ（１）を遠点方向又は近点方向に移動する
とともに、該移動によってデータＳｆ、Ｓｃの大小関係
が逆転する頂上すなわち変極点を検出したときに、変極
点の位置にレンズ（１）を微動補正し、レンズ（１）の
移動を停止する。

したがって、レンズ（υなどの光学的な色収差を利用し
た焦点ずれの方向判別にもとづき、はぼ従来の「山登り
方式」の初期移動を省いた制御により、迅速かつ滑らか
にレンズ（１）のオートフォーカス制御が行われる。

ところで、撮像素子（２）の受光画像信号は、処理回路
（６）でビデオ信号に変換されて記録に用いられるとと
もに、ＴＴＬ−！；Ｃホワイトバランス調整回路などに
供給されてホワイトバランスの調整などにも用いられ、
レンズ（１］の撮像光が撮像だけでなくフォーカス制御
、ホワイトバランス調整などに最大限に利用される。

そのため、光学系などが簡素化し、簡素かつ安価なビデ
オカメラなどを提供することができる。

なお、前記実施例では３色の高周波成分を用いたが、２
色又は４色以上の多色の高周波成分を用いて焦点ずれの
方向を判別することもでき、このとき、公理回路（９）
で分離する色の種類などは、判別に用いる波長及び色分
離フィルタの特性などにもとづいて設定すればよい。。

また、撮像素子の受光画像信号をビデオ信号に変換する
際に生成される色差信号の高周波成分を利用してもよい
。

さらに、カラー撮像素子に裸イ９管などを用いてもよい
のは勿論である。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明のフォーカス制御装置によると、
撮像レンズなどの光学的な色収差を利用し、撮像素子の
受光画像信号に含まれた複数色の高周波成分の積分レベ
ルの比較にもとづき、焦点ずれの方向を判別して撮像レ
ンズの焦点位置を制御したことにより、撮像素子の振動
機構などを設けることなく、焦点ずれの方向乞迅速かつ
適確に判別することができ、簡素かつ安価な構成で撮像
画面に悪影響を与えることなく、迅速かつ滑らかにフォ
ーカス制御を行うことができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明のオートフォーカス装置の
１実施例を示し、第１図はブロック図、第２図（ａ）〜
（Ｃ）は色による焦点位置のずれ説明図、＠３図図執〜
（Ｃ）は第２固執）〜（Ｃ）それぞれのときの各色の高
周波成分の説明図、第４図は動作説明のフローチャート
である。 （１）・・・撮像レンズ、（２）・・・カラー撮像素子
、（３）・・・バイパスフィルタ部、（４）・・・判別
処理部、（５）・・・レンズ駆動部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）撮像レンズの撮像光を色分解フィルタを介して受
   光するカラー撮像素子と、 前記撮像素子の受光画像信号に含まれた複数色の高周波
   成分を分離抽出するハイパスフィルタ部と、 前記各高周波成分の一定周期の積分レベルを比較して焦
   点ずれの方向を判別し、合焦制御信号を出力する判別処
   理部と、 前記合焦制御信号にしたがつて前記レンズを移動するレ
   ンズ駆動部と を備えたことを特徴とするオートフォーカス装置。