JPH0239779A - 自動焦点調節装置 - Google Patents

自動焦点調節装置

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JPH0239779A
JPH0239779A JP63189814A JP18981488A JPH0239779A JP H0239779 A JPH0239779 A JP H0239779A JP 63189814 A JP63189814 A JP 63189814A JP 18981488 A JP18981488 A JP 18981488A JP H0239779 A JPH0239779 A JP H0239779A
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Japan
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sensitivity
motor speed
motor
speed
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JP63189814A
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Hiroshi Sugita
杉田 浩史
Akihiro Fujiwara
昭広 藤原
Kunihiko Yamada
邦彦 山田
Kitahiro Kaneda
北洋 金田
Masamichi Toyama
当山 正道
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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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等に用いて好適な自動焦点調節装
置に関する。
〔従来の技術〕
従来より、ビデオカメラ等の映像機に用いられている自
動焦点検出装置として、撮像素子から得られる映像信号
中の高周波成分を抽出し、この高周波成分が最大となる
ように撮影レンズを駆動して焦点合わせを行う方式が知
られている。
このような自動焦点調節方式は、焦点調節用の特殊な光
学部品が不要であり、遠方の被写体に対しても正確に焦
点を合わせられる等の長所を有する。この種の自動焦点
調節方式について、第10図を用いて説明する。
■はフォーカシングレンズであって、レンズ駆動用モー
タ12によって光軸方向に移動させて焦点合わせを行う
。2は変倍レンズであって光軸方向の移動によって撮影
光学系の焦点距離を可変する。3は絞りであってIGメ
ータ14によって適切な光量を通すように制御される。
このレンズ群を通った光は撮像素子4の撮像面上に結像
されて電気信号に充電変換され、映像信号として出力さ
れる。この映像信号はアンプ5で所定のレベルに増幅さ
れ、カメラのプロセス回路(図示せず)へ入力されて標
準テレビジョン信号に変換されるとともに絞り駆動用I
Gメータ14を駆動制御するアイリスドライバ15、バ
ンドパスフィルタ(E、P、F) 6へと入力される。
アイリスドライバ15は映像信号のレベルを検出し、該
レベルが常に最適値に一定となるよう。
にIGメータ14に信号を送り、絞り3を駆動する。
BPF6では映像信号中の高周波成分を抽出しゲート回
路7で画面の一部に設定された合焦検出傾に相当する信
号のみを抜き出し、検波器8で検波したのち、サンプル
ホールド回路9で垂直同期信号の整数倍に同期した間隔
でサンプルホールドを行う。このホールドされた信号を
もとにモータ速度判定回路10では、合焦度に応じたフ
ォーカシングモータ12の速度を設定する。すなわち大
ボケ時には速く、小ボケ時には遅くなるように、モータ
ドライバ13に指示してモータ速度を可変する。またモ
ータ方向判定回路11では、サンプルホールド回路9の
出力が最大となる方向にモータの駆動方向を設定する。
つまりは従来よりよ(知られているいわゆる山登り制御
を行う。モータドライバ13では、モータ速度判定回路
10、モータ方向判定回路11の指示により、モータ1
2を駆動し、それに連動してフォーカシングレンズ1を
調節する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、フォーカシングレンズ1を至近から無限遠ま
で移、動させたときに、サンプルホールド回路9の出力
を見ると、図11 (b)のように合焦点で最大値をと
る山の形になる。このような状態から焦点距離が長くな
るように変倍ヘンズ2を移動させると、山の形は同図(
a)のように合焦近傍において急峻となる。逆に焦点距
離が短かくなるように変倍レンズ2を移動させると山の
形は同図(C)のようにレンズの移動゛範囲全域におい
て緩やかな曲線となる。一方、同図(b) 最初の状態
に対して絞り3を開くと山の形は同図(a)のように、
鋭い急峻な形になり絞り3を閉じると、同図(C)のよ
うになだらかな曲線状になる。これは焦点距離、絞り値
を変えることによって、被写界深度が変わるために生ず
る現象である。
これが原因して従来、ある絞り値や焦点距離(−般的に
は絞り開放、変倍レンズがテレ端)では、最適な焦点調
節動作を行えても、絞り値や焦点距離を変えることで合
焦動作が極端に遅くなったり、逆に速すぎて合焦点でハ
ンチングしたりするなどの好ましくない動作を引き起こ
していた。
〔目 的〕
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、どんな焦点距
離、絞りの状態であっても高速、かつスムーズな自動焦
点調節を行うことのできる自動焦点調節装置を提供する
ことにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上述の目的を達成するために、本発明によれば、撮像手
段より出力された撮像信号中より合焦度に応じた信号を
抽出する抽出手段と、前記抽出手段によって抽出された
信号にもとづいて光学系のフォーカシングレンズを合焦
点へと駆動する駆動手段と、前記光学系の複数の状態に
おける敏感度と該複数の敏感度それぞれに応じた前記抽
出手段の抽出タイミングに関する情報と前記駆動手段の
駆動制御情報の少なくとも一方の情報を格納した制御情
報テーブルと、前記光学系に関する敏感度を検出して前
記制御情報テーブルと照合し前記光学系の焦点制御情報
を設定する演算手段とを備えることを特徴とする。
C作 用〕 本発明に、よれば焦点距離情報と絞り情報より敏感度を
計算し、この敏感度を基にフォーカシングモータ速度、
S / Hタイミングを最適化することでどのような焦
点距離、絞り値でも高速かつ安定な自刃焦点調節動作が
行われる。
以下、本発明の自動焦点調節装置を各図に示す実施例に
ついて詳述する。
〔実施例〕
第1図は、本発明の第1の実施例の構成を示す図である
。尚、同図において、第8図の従来例と同一構成部分に
ついては、同一の符号を用い、その説明は省略する。第
1図において、16は変倍レンズの位置を検出するズー
ムエンコーダで、17は絞り3の動作状態すなわち絞り
の開きぐあいを検出するアイリスエンコーダである。こ
れらのエンコーダ情報は演算器18へと入力され、その
時の状況に応じた敏感度が演算される。この演算器18
では、予じめ図示しないROM内に設定されている第2
図に示すような情報テーブルにしたがってレンズ焦点距
離f I(+=1.2. =n)絞り値FI(i=1.
2゜・・・n)より敏感度Sを演算する各焦点距離の大
小関係はf、>F2>・・・>f、となっており、fl
が本システムでの最も長い焦点距離であり、この最長焦
点距離と、任意の焦点距離f+との関係は、で表わすこ
とができる。
また絞り値Fの大小関係はF、<F2<・・・くF。
となっておりF、が本システムで最も小さい絞り値(絞
り開放)であり、この最小絞り値Flと任意の絞り値F
1との関係は、 Fl=2I□I F、   (i=2. ・・・n) 
・・・・・・・・・・ (2)で表わすとかできる。
ここで求まった敏感度S、、S2・・・S2nはSlが
最も敏感度が高<32−33になるにしたがって低くな
る。この演算器18において、第2図の敏感度情報S1
のテーブルを参照して求められた敏感度はモータ速度変
換器19へ入力される。モータ速度変換器19で、はモ
ータ速度判定回路10で合焦度に応じて出力されたモー
タの速度を制御段階的に表わす論理モータ速度を、第3
図に示す速度制御用情報テーブルにしたがって、実際の
物理的なモータ速度v1に変換するためのものである。
第3図において、MS、・・・M S 2mは、モータ
速度判別回路10より出力され、レンズ駆動用モータの
12の論理モータ速度であり、この論理モータ速度は、
たとえばモータ速度が合焦点に対するフォーカシングレ
ンズ位置に応じて複数段階に切り換えられるようになっ
ている場合、合焦度に応じてフォーカシングレンズがど
の段階にあり、何段階口の速度で駆動されるべきである
かを示す情報であり、合焦点に対するレンズ位置情報と
見ることもできる。そして、この第3図のモータの実速
度制御用の情報テーブルは演算器18内の図示しないR
OM内に予じめ記憶されており、必要な時に参照される
第3図において、論理モータ速度MS、・・・M S 
2nの関係について説明すると、合焦度が低(大ぼ(杏
の状態から、徐々に合焦点に近づいて合焦度が高くなっ
て行(にしたがって、MS211.  MS211−1
.・・・MS2.MS、の順に論理モータ速度が変化す
ることにより、モータ速度を段階的に減速して行(。す
なわち合焦度が低く、合焦点からのずれが大きいほどモ
ータ速度は速(、合焦点に近づくにつれてモータ速度を
遅くしてハンチングを生じることなく緩やかに合焦点に
達するよう、制御するものである。したがって、V、<
V2<・・・<V4nの関係となる。
V、、V2.・・・ y 4nは、第3図のモータ速度
情報テーブルにしたがって、モータ速度変換器19の出
力で、論理モータ速度MSiと敏感度S+とから求めら
れた実際の物理モータ駆動速度である。敏感度S1が最
も高いSlの時は、論理モータ速度MS。
〜M S 2nに対応して実際のモータ速度V1〜V4
nが選択されるが、敏感度がS2.・・・、S2nとい
うように低くなると、レンズ移動量に対する合焦度の変
化が、小さくなるため、MS 1−M52nに対応して
、物理モータ速度はそれぞれv2〜V 2n+1 + 
・・・、  V2n〜V4nが選、択され、モータ速度
が高められる。これによって敏感度が変化しても、これ
をモータ速度で補正することができ、合焦点への到達時
間、合焦点近傍における特性の変化を補正することがで
きる。
このようにして、モータ速度変換器19で論理モータ速
度から実際の物理モータ速度へと変換された速度指令値
V、はモータドライバ13へと供給され、モータ12を
駆動制御してフォーカシングレンズIを駆動し、自動焦
点調節を行う。これによって、敏感度S1が高く合焦度
を示す特性曲線の山が急峻なときは、フォーカシングレ
ンズ1の移動をゆっ(りとした速度で行い、敏感度が低
く山がなだらかなときは、より速い速度でフォーカシン
グレンズ1を駆動するこが可能で、敏感度に合せた最適
な速度制御が可能である。
尚この動作を、第4図の特性曲線にて示す。敏感度Sを
横軸にとり、縦軸に物理モータ速度v1をとる場合、敏
感度Sを等間隔にとると、モータ速度は、敏感度の減少
に対して指数関数的に増加する。第4図の目盛は、正確
なものではなく、概要の理解のためのものであり、モー
タ速度方向に圧縮された形で示されている。
しかしながら、同図から敏感度S1が、小さくなるにつ
れて物理モータ速度Viが大きくなって行くこと、及び
論理モータ速度MSiがパラメータとなって敏感度−速
度曲線がシフトすることが理解できる。
尚、本実施例によると、上述の第2図における敏感度S
、〜S 2nは、たとえば6段階に設定され、各段階ご
とに2倍の値となるように、すなわちS+がてS、とS
znとの比はl/32となる。すなわち、絞り値Flは
、変倍レンズの焦点距離f+をそれぞれ6段階に変化さ
せたときの36通りの組み合せのそれぞれについて、6
段階の位置敏感度S、〜S6のいずれかを設定した情報
テーブルを予じめ形成しているため、演算を検出のたび
に行う必要がな(、演算速度を大幅に向上することがで
きる。また一般に、絞りF、I 、焦点距離r1のとき
の敏感度については、たとえば−船釣には Fo=開放絞り値 So二絞り開放時の位置敏感度 によって求めることができる。
またたとえば、第3図のモータ速度制御用のテーブルに
ついては、敏感度81〜S2nについて6段階の設定が
なされており、各物理モータ速度はV。
〜V4nの12段階の設定がなされている。この速度も
vl +  V 2+ ・・・それぞれについて順次倍
の速度となるように設定することができる(Vl=V 
、 X21′□′)が、モータ速度の」二限については
、倍率にかかわらず、モータの駆動にもとづくモータノ
イズのレベルによって決定され1.モータ速度の下限に
ついては、合焦点においてハンチング等を生じることな
く安定に停止できる最高速に設定する。ただしこれらの
速度値は、モータ、光学系の構成、規模、さらに合焦検
出するための信号処理系等の各特性を考慮して決定する
値であり、普遍的な値ではなく適宜、設計時に上述の各
種条件から決定する。これについては後述の第3の実施
例の中で説明する。
上述の実施例においては、合焦点に対するレンズ位置に
応じた論理モータ速度MS+及び絞り値Fl。
焦点距離f1に応じて決定される敏感度によってフォー
カシングレンズ駆動用モータの速度を情報テーブルを参
照して制御することにより、自動焦点調節装置の最適制
御を行えるようにした場合について説明したが、モータ
速度ではなく、映像信号中より、サンプルホールド回路
9によって合焦度を検出するためのサンプリング間隔を
変更することによっても、自動焦点調節装置の最適制御
を行うことができる。
以下、合焦度検出のためのサンプリング間隔を可変する
ようにした、本発明の第2の実施例について詳述する。
第5図はこの第2の実施例におけるビデオカメラのブロ
ック図を示すものである。同図において、第8図の従来
例、第1図に示す第1の実施例と同一構成部分につ・い
ては、同一符号を用い、その説明を省略する。
演算器18によって、ズームエンコーダ16、アイリス
エンコーダ17の出力を用い、第2図に示す敏感度情報
テーブルにもとづいて敏感度81〜S2nを求める点に
ついては、上述の第1の実施例と同様である。
演算器18によって求められたその時の絞り値F1゜焦
点距離情報f1に応じた敏感度S1は、サンプルホール
ド回路9のサンプルホールドタイミング発生器20へと
入力される。このサンプルホールドタイミング発生器2
0には、第6図に示すような敏感度に応じたサンプリン
グ間隔tIを与えるためのサンプリングタイミング情報
テーブルが備えられており、入力された敏感度S1をこ
の情報テーブルと照合することにより、適正なサンプリ
ング間隔tlを求める。
この情報テーブルにおいて、各サンプリング間隔の大小
関係は、1.<12<・・・<tnとなっており、すな
わち敏感度S1が大きいほどサンプリング間隔t1を短
く、逆に敏感度S+が小さいほどサンプリング間隔t1
を長くするような設定となっている。このサンプルホー
ルドタイミング発生器20で求められたサンプリング間
隔t1は、サンプルホールド回路9へ入力され、その映
像信号の高周波成分に対するサンプルホールドの間隔が
制御される。すなわち敏感度が高いときは、サンプリン
グ間隔を短かくすることにより、各サンプリングごとの
合焦度の相対変化率を小さくして相対的にフォーカシン
グレンズ駆動用モータ12の速度を遅くし、合焦度特性
の急峻な山に合った山登り動作を行い、逆に敏感度が低
いときは、サンプリング間隔を長(することで各サンプ
リングごとの合焦度の変化率を大きくして相対的モータ
速度を速くしたのと同じにし、なだらかな山に適合した
山登り動作を行う。
また上述の敏感度Sとサンプリング間隔tの関係を示す
と第7図のようになる。敏感度Sを等間隔にとるため指
数関数的な特性となる。
また各サンプリング間隔t1・・・tznはたとえばそ
れぞれ間隔が倍、倍・・・となるようにすなわち任意の
t+=t 、 X2’−’で表わせるように設定される
。そして、映像信号の特徴から、最も短いサンプリング
間隔は垂直同期周期の1/60秒に設定することが、設
計上も好ましい。
このようにして、映像信号中よりたとえば高周波成分量
をサンプルホールド回路9でサンプリングしてホールド
し、その値が最大となるようにフォーカシングレンズ3
を駆動する自動焦点調節システムにおいて、そのサンプ
リング間隔t1を敏感度S+が高いときは検出を細かに
行ってフォーカシングレンズのオーバーシュート、ハン
チング等ヲ防止シ、敏感度が低いときは検出間隔を長く
して合焦度の変位を確実に検出し、変位が小さいために
フォーカシングレンズが停止したり、合焦点への移動に
長い時間を要する等の不都合を解消し得るものである。
第8図は本発明の自動焦点調節装置の第3の実施例を示
すものである。本実施例は、前述の第1図の第1の実施
例における敏感度に応じたフォーカシングレンズ駆動用
のモータ12の速度制御と、第5図の第2の実施例にお
ける敏感度に応じたサンプリング間隔の制御とを両方行
うようにした装置を示すものである。
同図に示すように、敏感度を情報テーブルに応じて演算
する演算器18で求められた敏感度S+は、サンプルホ
ールドタイミング発生器20と、モータ速度変換器19
の両方へと入力され、それぞれ内部に設けられたあるい
は外部に設けられた不図示のROM等に構成されたモー
タ速度情報テーブル、サンプリングタイミング情報テー
ブルと照合される。
論理モータ速度M S +はサンプルホールド発生器2
0へも供給される。そしてモータ速度情報テーブルでは
論理モータ速度を敏感度S+に応じて実際の物理的モー
タ速度情報■1に変換してフォーカシングレンズ駆動用
モータ12を駆動制御するモータドライバ13へと出力
し、サンプリングタイミング情報テーブルでは、入力さ
れる敏感度に応じたサンプリング間隔t’ +をサンプ
ルホールド回路9へと供給し、そのサンプルホールドタ
イミングを前述の如く制御する。
第9図は本実施例におけるモータ速度情報テーブル及び
サンプリングタイミング情報テーブルを示すもので、い
ずれの敏感度S1と論理モータ速度MSによって各制御
値を選択するものであるため、同一テーブル上にあるも
のとして図示する。各敏感度Si、論理モータ速度M 
S +に対してそれぞれ左側に実際の物理的モータ速度
、右側にサンプリング間隔1+を示す。実際のモータ速
度はv1〜Vm(V、Ilが最高速度)、サンプリング
間隔は1/1〜t’ 2n−□+1の範囲で設定されて
いる。前にも触れたが、モータの最高速度vmは、モー
タの速度とともに太き(なるモータノイズ、耐久性等か
ら、無制限に大きく設定することはできず、これらの条
件を考慮して、許容される範囲内で最高速に設定する。
したがってV+をvIに対して2′−1倍となるように
設定されていても、■□を上限とし、これ以上はすべて
vmに一定とする必要がある。そしてvrnが一定とな
った後は、モータ速度を相対的に速(するためにサンプ
リング間隔t’ +を変化させて実質的な対応をとる。
すなわち第9図を参照して明らかなように、敏感度81
〜S、nまではサンプリング間隔t’ +をtJ 1に
一定とし、敏感度S、〜Smとモータ論理速度MS 。
〜MSmに対応して、モータ速度v1〜vITlが選択
される。
しかし、モータ速度Vlが計算上v、nを越える敏感度
S m+1 ””’ S 2nに対しては、vmが上限
であるので、全てvmに一定とされ、サンプリング間隔
t’ iをt′2〜t’2n−□+1と段階的に長くな
って行くように設定されている。
また論理モータ速度M S +がMSmのときは、敏感
度81〜Snと変化したのに対応して、実際の物理モー
タ速度vrnは一定で、逆にサンプリング間隔t’ +
をtJ 1〜t’2n−1と変化させる。これによって
、あらゆる敏感度で最適な物理モータ速度、サンプリン
グ間隔をテーブル上で選択し、設定することができる。
すなわち第9図の情報テーブルにおいて、領域Aではサ
ンプリング間隔t’ +を一定としてフォーカシングレ
ンズ駆動用モータ12の実際の速度Vlをv1〜Vmの
範囲で可変し、領域Bではモータ速度をvrn一定とし
、サンプリング間隔をt′〜t’n−+の2範囲で可変
することによって敏感度に対応した最適な焦点調節すな
わち、第5図の合焦特性曲線における山登り動作を行う
ことができる。これを第4図で見ると、各特性曲線とも
モータ速度Vlが点線で示す7m以上はすべて一定に制
御される。
なお、ここでは第2図において、敏感度が2倍となるよ
うにf、  Fを分割したが、もっと細かく分割しても
、荒く分割しても良(、これに合わせて第3図、第5図
、第7図のテーブルも細か(分割すれば良い。これは、
物理的モータ速度v1、サンプリング間隔tl、  t
’ 、についても同様に、これらの設定の変更を妨げな
い。
尚、第1図、第4図、第6図の各実施例におけるブロッ
ク図では、説明の便宜上、敏感度S1の情報テーブル、
モータ速度v1の情報テーブル、サンプリング間隔t1
の情報テーブルをそれぞれ、演算器18、モータ速度変
換器19、サンプルホールドタイミング発生器20内に
備えているものとして説明したが、実際には予じめ図示
しないROM内に集中的に設定しておき、制御用マイク
ロコンピュータの。
指令に応じて参照するようにする構成を何等妨げるもの
ではない。
〔効 果〕
上述のように、本発明によってはどんな焦点距離、どん
な絞り値においてもその敏感度を検出してモータ速度や
合焦度のサンプルタイミングのどちらか一方または両方
を最適値に設定することによって高速かつ安定な自動焦
点調節が可能となる。
そして各パターンにおける最適値によって構成された情
報テーブル上から、モータ速度、サンプリング間隔等の
制御指令値を選択するため、演算速度を大幅に向上し、
且つパターンに応じて特性を自由に設定することができ
るため、あらゆる機種に対して、情報テーブルの値を変
更するだけで対応できる。たとえば交換レンズ化等を行
い、光学特性が変化しても、情報テーブルの変更、プロ
グラム次第であらゆる状況において対応させることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は第1の実施例のブロック図、 第2図は第1の実施例の敏感度を定めるための敏感度情
報テーブルを示す図、 第3図は第1の実施例の実際の物理モータ速度を定める
ためのモータ速度情報テーブルを示す図、第4図は敏感
度と物理モータ速度との関係を示す特性図、 第5図は第2の実施例のブロック図、 第6図は第2の実施例のサンプルタイミングを定めるた
めのサンプリングタイミング情報テーブルを示す図、 第7図は敏感度とサンプリング間隔との関係を示す特性
図、 第8図は第3の実施例のブロック図、 第9図は第3の実施例の物理モータ速度とサンブルタイ
ミ ングを定めるための情報テーブルを示す図、 第10図は従来例のブロック図、 第11図は自動焦点調節装置の原理を説明するための図
。 Vz Vz zn Vz n + + zn ’Jzn  VzrI+ 4 n SzへS− 3゜ 寸ンフ0ソンデ開陵t ↑ S2八 のべ σド

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 撮像手段より出力された撮像信号中より合焦度に応じた
    信号を抽出する抽出手段と、前記抽出手段によって抽出
    された信号にもとづいて光学系のフォーカシングレンズ
    を合焦点へと駆動する駆動手段と、前記光学系の複数の
    状態における敏感度と該複数の敏感度それぞれに応じた
    前記抽出手段の抽出タイミングに関する情報と前記駆動
    手段の駆動制御情報の少なくとも一方の情報を格納した
    制御情報テーブルと、前記光学系に関する敏感度を検出
    して前記制御情報テーブルと照合し前記光学系の焦点制
    御情報を設定する演算手段とからなる自動焦点調節装置
JP63189814A 1988-07-29 1988-07-29 自動焦点調節装置 Pending JPH0239779A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0473462A2 (en) * 1990-08-31 1992-03-04 Victor Company Of Japan, Ltd. Imaging device with automatic focusing function
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