JPH03117275A

JPH03117275A - オートフォーカスカメラ

Info

Publication number: JPH03117275A
Application number: JP1255698A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Murata; 治彦村田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1989-09-29
Filing date: 1989-09-29
Publication date: 1991-05-20
Also published as: DE69030149T2; EP0421243A2; US5075777A; EP0421243A3; DE69030149D1; KR910007346A; EP0421243B1

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】（イ）産業上の利用分野本発明は、撮像素子から得られる撮像映像信号中の輝度
信号を基に、焦点の自動整合を行うカメラのオートフォ
ーカス装置に関する。

（ロ）従来の技術カメラのオート７オーカス装置において撮像素子からの
映像信号自体を焦点制御の評価に用いる方法は、本質的
にバララックスが存在せず、また被写界深度が浅い場合
や遠方の被写体に対しても、精度良く焦点を合わせられ
る等の優れた点が多い。しかも、オートフォーカス用の
特別なセンサも不要で、機構的にも極めて簡単である。

従来、このオートフォーカスの方法の一例が、“Ｎ　Ｈ
Ｋ技術報告”５４０、第１７巻第１号、通巻８６号２１
ページに石田他著「山登りサーボ方式によるビデオカメ
ラの自動焦点調節」として述べられており、いわゆる山
登りサーボ制御とじて知られている。この山登りサーボ
制御は常に映像信号の高域成分の量が最大になるように
レンズを光軸方向に進退させる方式である。

特開昭６３−１２５９１０号公報（ＧＯ２Ｂ７／１１）
には、前述の所謂山登りオートフォーカス方式の一例が
開示されている。ここで、この従来技術について、第２
図及び第３図を用いてその骨子を説明する。第２図は従
来技術の全体の回路ブロック図であり、この図において
、レンズ（１）によって結像した画像は、固体撮像素子
（ＣＣＤ）（４５）にて光電変換された後に撮像回路（
４）によって映像信号となり、焦点評価値発生回路（５
）に入力される。焦点評価値発生回路（５）は第３図に
示すように構成される。映像信号より同期分離回路（５
ａ）によって分離された垂直同期信号（ＶＤ）、水平同
期信号（ＨＤ）はフォーカスエリアとしてのサンプリン
グエリアを設定するためのゲート制御回路（５ｂ）に入
力される。ゲート制御回路（５ｂ）では垂直同期信号（
ＶＤ）、水平同期信号（ＩＩＤ）及び撮像素子を駆動す
るタイミングジェネレータ（４４）からのパルスに基づ
いて、第６図に示す様に画面（ＳＸ）中央部分に長方形
の７オーカスエリア（ＦＡ）を設定し、このエリアの範
囲のみの輝度信号の通過を許容するゲート開閉信号をゲ
ート回路（５ｃ）に供給する。

ゲート、ｉ回路（５ｃ）によって取り出されたフォーカ
スエリアの範囲内に対応する輝度信号のみが、高域通過
フィルター（＋１．　Ｐ、　Ｆ）（５ｄ）を通過して高
域成分のみが分離され、次段の検波回路（５ｅ）で振幅
検波される。この検波出力はＡ／Ｄ変換回路（５ｆ）に
所定のサンプリング同期でディジタル値に変換されて、
順次積算器＜５ｇ＞に入力される。

この積算器（５ｇ）は、具体的にはＡ／Ｄ変換データと
後段のラッチ回路のラッチデータとを加算する加算器と
、この加Ｗ、Ｓをラッチし、１フイールド毎にリセット
されるラッチ回路がら成る所謂ディジタル積分器であり
、このリセット直前のラッチデータ、即ち１フイ一ルド
期間についての全Ａ／Ｄ変換データの和が焦点評価値と
して出力される。従って、焦点評価値発生回路は７オー
カスエリア内での輝度信号を時分割的に抜き取り、更に
この高域成分を１フイ一ルド期間にわたってディジタル
積分し、この積分値を現フィールドの焦点評価値として
出力することになる。オートフォーカス動作開始直後に
、最初の焦点評価値は最大値メモリ（６）と初期値メモ
リ（７）に保持される。その後、フォーカスモータ制御
回路（１０）はフォーカスリング（２）を介してレンズ
（１）を撮像素子に直交する光軸方向に進退させる７オ
ーカスモータ（３）を予め決められた方向に回転させ第
２比較器（９）出力を監視する。第２比較器（９）は、
７オーカスモータ駆動後の焦点評価値と初期値メモリ（
７）に保持されている初期評価値を比較しその大小を出
力する。

フォーカスモータ制御回路（１０）は、第２比較器（９
）が大または小という出力を発するまで最初の方向にフ
ォーカスモータ（３）を回転せしめ、現在の焦点評価値
が初期の評価値よりも、予め設定された変動幅よりも大
であるという出力がなされた場合には、そのままの回転
方向を保持し、現在の評価値が初期評価値に比べて、上
記変動幅よりも小であるという出力がなされた場合には
フォーカスモータ（３）の回転方向を逆にして、第１比
較器（８）の出力を監視する。

第１比較器（８）は最大値メモリ（６）に保持されてい
る今までの最大の焦点評価値と現在の焦点評価値を比較
し、現在の焦点評価値が最大値メモリ（６）の内容に比
べて大きい（第１モード）、予め設定した第１の閾値以
上に減少したく第２モートノの２通りの比較信号（ＰＩ
）（Ｐ２）を出力する。ここで最大値メモリ（６）は、
第１比較器（８）の出力に基づいて、現在の焦点評価値
が最大値メモリ（６）の内容よりも大きい場合にはその
値が更新され、常に現在までの焦点評価値の最大値が保
持される。

（１３）はレンズ（１）を支持するフォーカスリング（
２）の位置を指示するフォーカスリング位置信号を受け
て、フォーカスリング位置を記憶する位置メモリであり
、最大値メモリ（６）と同様に第１比較器（８）の出力
に基いて、最大評価値となった場合のフォーカスリング
位置を常時保持するように更新される。ここで、７オー
カスリング（２）は７オーカスモーク（３）により回転
し、この回転に応じてレンズ（１）が光軸方向に進退す
ることは周知の技術である。

尚、フォーカスリング位置信号はフォーカスリング位置
を検出するポテンショメータにて出力されるが、７オー
カスモータ（３）をステッピングモータとし、このモー
タの近点及び■恵方向への回転量を正及び負のステップ
量とし、フォーカスモータあるいはフォーカスモータの
位置をこのステップ量にて表現することも可能である。

フォーカスモータ制御回路（１０）は、第２比較器（９
）出力に基づいて決定された方向に７オーカスモータ（
３）を回転させながら、第１比較器（８）出力を監視し
、評価値の雑音による誤動作を防止するために、第１比
較器（８）出力にて現在の評価値′が最大評価値に比し
て上記予め設定された第１の閾値（Δｙ）より小さいと
いう第２モードが指示される（第４図のＱに達する）と
同時に７オーカスモーク（３）は逆転される。この逆転
後、位置メモ１　（１３）の内容と、現在のフォーカス
リング位置信号とが第３比較器（１４）にて比較され、
一致したとき、即ち７オーカスリング（２）が焦点評価
値が最大となる位置（Ｐ　）に戻ったときにフォーカス
モータ（３）を停止させるようにフォーカスモータ制御
回路（１０）は機能する。同時にフォーカスモータ制御
回路（１０）はレンズ停止信号（ＬＳ）を出力して合焦
動作を完了する。尚、上述の一連の合焦動作をマイクロ
コンピュータにてソフトウェア的に処理する場合のフロ
ーチャートは第５図の通りである。

（ハ）発明が解決しようとする課題前記従来技術では、常時連続的に撮像映像信号を作成す
る必要のあるビデオカメラを前提にし、この撮像映像信
号を合焦状態の判断材料に兼用することに特徴を有して
いる。従って、タイミングジェネレータ（４５）による
ＣＯＤの駆動は、周知のビデオカメラに用いられる一般
的な方法が採用されている。

このＣＣＤの一般的な駆動方法について第７図及び第８
図を用いて模式的に説明する。第７因にはインターライ
ン方式のＣＣＤが示され、垂直及び水平方向に複数個の
フォトセンサー（ｐｈ）（ｐｈ）・・・が配置されてい
る。尚、この第７図のＣＣＤでは、フォトセンサーは１
便宜上、水平方向に８個の縦列、垂直方向に１０個の横
列の計８０個が用意されているが、実際に通常のビデオ
カメラでは、例えば水平方向に５１０個、垂直方向に５
０４個の如く極めて多量のセンサーが用意されている。

（〜’Ｒ）（ＶＲ）・・・は各フ才とセンサーの光電変
換出力である電荷を取り出し、垂直方向に順次転送する
ために各フォトセンサーに１対ｌに対応するレジスタを
垂直方向に連結した垂直転送部であり、（ＨＲ）は垂直
転送部（ＶＲ）（ＶＲ）・・・の最下端から得られる出
力を取り出して、水平方向に延びる１横列毎に出力部（
４３）に転送するために、各垂直転送部の垂直方向の各
列の下端に配されたレジスタを水平方向に連結した水平
転送部である。

タイミングジェネレータ（４４）はセンサーゲートパル
ス（ＳＧ）、垂直転送パルス（ＶＧ）及び水平転送パル
ス（ＨＧ）を発して、７オトセンサー（ｐｈ）、垂直及
び水平転送部（ＶＲ）（ＨＲ）での電荷の転送制御を行
う。先ずセンサーゲートパルス（ＳＧ）が発せられると
、７オトセンサーの各々から、垂直転送部の各レジスタ
に電荷が転送される。ここで、センサーゲートパルス（
ＳＧ）は第８図に示す様に垂直同期信号（ＶＤ）に同期
して、即ちｌフィールド（１／６０ｓｅｃ）に１回だけ
発せられる。

次に垂直転送パルス（ＶＧ）が発せられると、垂直転送
部（ＶＲ）（ｖＲ）・・・の各レジスタに保持された電
荷は、１水平走査期間（以後ＩＨと記す）毎に垂直方向
（下方向）に１横列づつ転送され、下端より１列分をＩ
Ｈ毎に水平転送部（ＩＩＲ）に転送される。

尚、第８図では垂直転送パルス（ＶＧ）としてｌフィー
ルド期間に１０個のパルスが発せられているが、これは
第８図のＣＣＤでは上述の如くフォトセンサーが１０横
列配されていることによる。

水平転送パルス（ＨＧ）が発せられると、垂直転送部（
ＶＲ）・・・の下端より転送されてきた電荷は、水平転
送部（ＨＲ）を水平方向に転送されて、ＩＨにて出力部
より１横列分が順次出力される。

この様にしてタイミングジェネレータ（４４）から発せ
られる各パルスにより、出力部（４４）には１横列毎の
撮像出力が取り出され、これを基にして後段の撮像回路
（４）内にある信号処理部にて常時撮像映像信号が出力
される。

尚、前述のＣＣＤ駆動方法は、あくまでも説明を容易に
するための模式的なものであり、実際にはインターライ
ンを実現するために、垂直転送部（ＶＲ）での垂直転送
は１　）１に２横列分為され、水平転送部（ＩＩＲ）で
は隣接する２横列を加算して加算結果を１ライン出力と
してＩＨ毎に出力部に水平転送する様に構成されている
。

以上の様に、一般のＣＣＤの駆動方法では、全フォトセ
ンサーの電荷の取り出しにはｌフィールド期間を要する
ことになり、焦点評価値はｌフィールドに１回しか得る
ことができなかった。

一方、前述の山登り方式の合焦動作を高速で行うために
は、フォーカスモータの回転速度を上昇させることが不
可欠であるが、単純に７オーカスモータを高速回転させ
た場合、焦点評価値を１フイ一ルド期間に１回しか取り
出せなければ、この１フイ一ルド期間におけるレンズの
移動量がモータ低速駆動時に比べ大きくなり、第４図の
ｘ印の様に焦点評価値の検出回数が減少して粗い制御と
なり合焦精度が著しく悪化する。そこで、フォーカスモ
ータの高速化にも限界が生じることになる。通常、前述
の合焦動作で高精度を維持しつつ高速化を実現するため
には、レンズの合焦可能範囲の至近距離から無限遠まで
フォーカスリングを変位させるのに約２　ｓｅｃは最低
必要であった。

ビデオカメラでは連続的に撮像状態が継続されるため、
合焦動作に若干の時間を要しても問題にはならないが、
前述のオートフォーカスシステムを電子スチルカメラに
搭載した場合には、この合焦時間が大きな問題となる。

即ち、一般にスチルカメラでは、レリーズ（シャッタボ
タン）を押してから撮影が終了するまでの時間が０　、
５　ｓｅｃ程度でないと、撮影者はレリーズタイムラグ
を感じて非常に使い辛いものとなる。従って、前述の如
く焦点評価値が１フイールドに１回しか得られない従来
技術では、合焦時間の面で電子スチルカメラには採用で
きないことになる。

（ニ）課組を解決するための手段本発明は、７オーカスエリアが存在する横列の垂直転送
部から水平転送部への転送については、通常の映像信号
が得られるタイミングで行い、７オーカスエリアが存在
しない横列については、垂直転送部からオーバーフロー
ドレインや水平転送部に無効電荷として極めて高速にて
掃き出させることを特徴とする。

（ホ）作用本発明は上述の如く構成したので、焦点評価値を１フイ
一ルド期間に複数個取り出すことができ、高い合焦精度
を維持しつつ高速な合焦動作が可能となる。

（へ）実施例以下、図面に従って本発明の一実施例について説明する
。尚、各図において、従来例の第２図及び第３図と同一
部分には同一符号を付して説明を省略する。

第１図は山登りオートフォーカスシステムを搭載した電
子スチルカメラの全体の回路ブロック図であり、撮影時
にレリーズＳ　Ｗ　（２１）が押されると、マイコン（
マイクロコンピュータ）　（２２）は全回路の電源をＯ
Ｎ状態とする。この電源ＯＮ状態では、スピンドルモー
タ制御回路（２３）によりスピンドルモータ（２４）が
起動し一定回転（３６００ｒｐｍ）となる様にスピンド
ルサーボが付与される。また、これと同時に、フォトダ
イオードを使用した測光回路（２５）にて測光が為され
る。

マイコン（２６）には予め各測光値について、適正な絞
り値とシャッタスピードが夫々用意されており、従って
、測光回路（２５）からの測光値が入力されると、適正
な絞り値及びシャッタスピードがマイコン（２６）にて
一義的に決定される。こうして絞り値が決定されると、
マイコン（２２）よりメカ的な絞り機構（３１）に絞り
指令が発せられ、絞り機構（３１）は前記絞り値を維持
する様に入射光の光学絞りを行う。

こうして適正な露光状態が確保されると、マイコン（２
２）は鎖線内のオートフォーカス回路（３０）にｎ？７
述の如く６焦動作を行わせてレンズ（１）を合焦位置に
至らしめる。この合焦完了後に得られる撮像映像信号は
本露光出力としてカメラプロセス回路（２８）にてγ補
正等のビデオ信号として必要な処理が為され、更に記録
信号処理回路（２９）にてＦＭ変調等の信号処理が為さ
れ、ビデオフロッピー（２６）に記録されて一連の記録
動作が終了する。

本実施例において、７オーカスエリア（ＦＡ）は第１図
に示す様に画面全体く寸法Ｖ　ｘ　）ｔ　）の中心部分
の長方形のエリア（寸法１１５Ａ　Ｘ　１１５Ｂ　）に
設定されている。このフォーカスエリア（ＦＡ）は、第
７図に示すＣＣＤ　（４５）の中央の斜線部分に対応す
る。従って、焦点評価値の検出に必要な垂直方向の領域
は、中央の１１５Ｖに相当する領域（Ｂ）となり、これ
より上側の２／ＳＶ分及び下側の２１５Ｖ分の領域（Ａ
）及び（Ｃ）の電荷は不要となる。

タイミングジェネレータ（４４）によるＣＣＤの駆動方
式としては、オートフォーカス回路（３０）における合
焦動作中は第１駆動方式で、また合焦動作完了後は第２
駆動方式の２種類が採用される。

前記第２駆動方式は従来例の第８図のタイミングチャー
トと全く同一の一般的な駆動方法であり、全フォトセン
サーの電荷が１／６０ｓｅｃをかけて定速で順次取り出
されて通常の撮像映像信号が撮像回路（４３）より発せ
られる。

一方、前記第１駆動方式は、１／６０ｓｅｃ間に複数個
の焦点評価値を得るための特殊な駆動方式であり、第９
図にそのタイミングチャートを示す。

フォーカスエリアは画面の垂直方向について１１５Ｖ分
が必要であるに過ぎないので、センサーゲートパルス＜
ＳＣ＞を第８図の場合に比べｌフィールド期間を５分周
して、１フイ一ルド期間に５個のパルスを発せしめる。

これにより各フォトセンサーから垂直転送部（ＶＲ）（
ＶＲ）・＝＝に１／３００ｓｅｃに１回、電荷が転送さ
れる。

次に垂直転送パルス（ＶＧ）がＣＣＤ　（４５）に発せ
られ、電荷の垂直転送が為されるのであるが、通常の転
送パルス（１００）が発せられる前に、先ず上部掃き出
しパルス（ＵＰ）がＣＣＤに発せられ、このパルスによ
り垂直転送部は、第７図の上方向に２１５Ｖだけ電荷を
高速で転送し、この転送に伴い領域（Ａ）の全電荷がオ
ーバーフロードレイン（ＯＦＤ）に掃き出されて無効と
なる。

次に下部掃き出しパルス（ＬＩＰ）が発せられ、前記上
部掃き出しパルス（ｔＪＰ）により垂直転送部（ＶＲ）
の上側に垂直転送され、オーバーフロードレイン（ＯＦ
Ｄ）に掃き出されることなく垂直転送部（ＶＲ）に残存
していた領域（Ｂ）及び（Ｃ）で光電変換された電荷が
、４１５ｖだけ下方向に高速で垂直転送される。この結
果、フォーカスエリア（ＦＡ）を含まない領域（Ｃ）で
光電変換された電荷は水平転送部（）ＩＲ）に掃き出さ
れ、領域（Ｂ）での電荷のみが垂直転送部（ＶＲ）の下
側に残存することになる。尚、上述の上方向及び下方向
への垂直転送中、水平転送部（ＨＲ）ではＩ　Ｈ毎に保
持電荷を出力部（４３）に発しつづけるが、この間に出
力される電荷は、単に無効電荷として掃き出されている
に過ぎず、これらを基に後段の撮像回路（４）にて作成
される映像信号は何ら意味のない信号である。

以上の両掃き出しパルス（ＵＰ）（ＤＰ）により、領域
（Ａ）及び（Ｃ）で充電変換された電荷は全て帰き出さ
れたことになる。その後、垂直転送部（ＶＲ）・・・に
残されたフォーカスエリアを含む領域（Ｂ）での電荷は
、通常の垂直転送パルス（ＶＣ）によってＩＦ（に１列
づつ水平転送部（ＨＲ）に転送される。水平転送部ＣＨ
Ｒ）では、水平転送パルス（ＨＧ）により垂直転送部（
ＶＲ）・・・より転送されてきた電荷が、ＩＨをかけて
出力部（４３）に出力される。

従って、両掃き出しパルス（ＵＩ’）（Ｄｒ）出力後の
通常の転送パルス（１００）が発せられた後の数Ｈ間に
、出力部（４３）より得られる電荷を基に作成された映
像信号は、領域（Ｂ）についての正規のｍ像映像信号と
して、後段の焦点評価値発生回路（５）。

に出力される。

焦点評価値発生回路（５）゛は、第３図と略同−の構成
を有しているが、ゲート制御回路（５ｂ）’はタイミン
グジェネレータ（４４）出力を受けて垂直転送パルスの
パルス（１００）発生後に次のセンサーゲトパルス（Ｓ
Ｇ）が発せられるまての間に、領域（Ｂ）に該当する映
像信号の輝度信号に水平方向のゲートをかけて、７オー
カスエリア（ＦＡ）内での輝度信号のみを取り出すため
のゲート制御信号を発する様に機能する点で従来例と相
違する。

以上の様に構成することにより、焦点評価値はｌフィー
ルド期間に５個得られる、即ち１／３０（ｌｓｅｃに１
個得られるため、合焦動作中の７オーカスモーク（３）
の回転速度は従来例に比して５倍の高速にしても同一の
合焦精度が維持できることになる。

こうして、第１駆動方式によるＣＣＤ駆動を用いて高精
度な合焦動作が完了した後に、フォーカス制御回路（１
０）より発せられるレンズ停正信号（ＬＳ）がタイミン
グジェネレータ（２７）に供給され、直ちに第２駆動方
式によるＣＣＤ駆動が開始され、この直後に得られた正
規の撮像映像信号がフロッピーディスク（２６）に記録
される。

尚、前述の実施例では、インターライン型のＣＣＤを用
いたが、これに代えてフレームトランスファー型、ＭＯ
Ｓ型等の他の方式のＣＣＤを用いることが可能であるこ
とは言うまでもない。

また、本実施例では、実際の合焦動作に際しては、フォ
ーカスモータ（３）にてレンズ（１）を光軸方向に進退
させて、レンズ（１）と固体撮像素子間の距離を変化さ
せているが、レンズ（１）を固定して、固体撮像素子自
体をフォーカスモーフ制御回路（１０）出力にて制御さ
れるモータあるいはバイモルフを用いて光軸方向に進退
させることも可能であり、いずれにしても、レンズの固
体撮像素子に対する相対位置を変化させるものであれば
問題はない。

（ト）発明の効果上述の如く本発明によれば、映像信号を使用したオート
フォーカスシステムを電子スチルカメラに採用した場合
にも、短時間で精度の高い合焦状態を得ることが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の回路ブロック図、第９図は本
実施例のタイミングチャート、第２図、第３図は従来例
の回路ブロック図、第４図は山登りオート７オーカスの
原理説明図、第５図は山登りオート７オーカスのフロー
チャート、第６図はフォーカスエリアを説明する図、第
７図はＣＣＤ駆動を説明する図、第８図は従来例のタイ
ミングチャートである。（ｐｈ）・・・フォートセンサー、（ＶＲ）・・・垂直
転送部、（ＨＲ）・・・水平転送部、（４５）・・・Ｃ
ＯＤ、（４）・・・撮像回路、（５）・・・焦点評価値
発生回路、（ＦＡ）・・・７オーカスエリア、（３）・
・・７オーカスモーク、（１０）・・・フォーカスモー
フ制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数の光電変換部と、該光電変換出力である電荷
を垂直方向に転送する垂直転送部と、該垂直転送出力を
水平方向に転送する水平転送部から成る固体撮像素子と
、該水平転送出力より撮像映像素子を作成する撮像回路と
、画面中央に設定されたフォーカスエリア内での撮像映像
信号中の輝度信号の高域成分を所定期間毎に焦点評価値
として出力する焦点評価値検出手段と、レンズの前記固体撮像素子に対する相対位置を変更する
相対位置変更手段と、焦点評価値が最大となる様に前記相対位置変更手段を制
御するフォーカス制御手段を備え、前記固体撮像素子の
前記フォーカスエリアに対応する光電変換部を含むライ
ン以外の電荷を無効電荷として前記垂直転送部より高速
で掃き出すことを特徴とするオートフォーカスカメラ。