JPS61196216A - 焦点検出装置 - 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】 （１）技術分野 本発明は、ビデオカメラやテレビカメラ等の自動焦点合
わせに好適な焦点検出装置に関する。

（２）従来技術 従来、ビデオカメラ等に於て、撮像素子から得られる画
像信号より撮像素子上の像の鮮鋭度を検出し、この鮮鋭
度が最大となるよう撮影レンズを駆動することにより自
動焦点合わせを行う方式が知られている。この方式に於
てけ単一の画像のみから撮影レンズを駆動すべき方向を
知る事ができない為、何らかの手段によって撮像素子上
の像の結像状態を変化させ、それに伴う偉の鮮鋭度の変
化を検出する必要があった。

従って、従来は撮像素子を光軸方向に微小振動させたり
、或いは光路中に配置した平板ガラスを周期的に傾けた
りするととによシ、被写体から撮像素子までの光路長を
変化させる方法や、撮影レンズ中の一部のレンズ群を光
軸方向に微小振動させることにより、撮像素子上の像の
結像状態を変化させる方法等が用いられていた。しかし
、撮像素子を振動させると撮像素子のカメラへの取り付
けが難し〈なり、又、平板ガラスなどを用いる方法は結
像に寄与しない余分な光学部品が必要となりコスト高に
なる。更にいずれの方法に於ても撮像素子の移動や平板
ガラスを傾けることで焦点検出だけでなく焦点合わせも
行なうのけ、撮像素子の移動量や平板ガラスの傾き量が
増大し駆動系が大型化する為、焦点合わせ自体は通常の
ように撮影光学系に於るフォーカシングレンズの移動に
より行う必要が生じ、焦点検出と焦点合わせ［２つの駆
動系が必要となる。

又、撮影光学系中のレンズ群を光軸方向に微小撮動させ
る方法では、レンズのような重い物を高速に振動させる
のが難しく、駆動系が大型化したり合焦検出の応答が遅
くなったりする欠点が生じる。

特に撮影光学系の前玉は重量が重く、駆動するのが困難
か為に前玉以外の口径が小さく経いレンズ群を微小振動
させなければならないが、この場合は更に次の欠点が生
じる。周知のように、あるレンズ群に対する物体と像間
の距離は結像倍率が±１の時極値をとり。

この近傍に於てはレンズ群を微小移動させても像点けほ
とんど移動しない。従って、レンズ群の微小移動により
撮像素子上の儂の結像状態を変える為忙は、微小移動さ
せるレンズ群の結像倍率が±１に近くならないようにす
る必要がある。しかし、全ての被写体距離、特にズーム
レンズに於ては更に全ての変倍状態に対して、あるレン
ズ群の結像倍率が±１に近くならないようＫすることは
、撮影レンズ設計上の大きな制約となシ、撮影レンズの
大型化やコスト高の要因となる。又１合焦状態が得られ
た後はフォーカシングレンズの移動を停止して結像状態
を一定に保ち、被写体やカメラの移動に伴って儂の鮮鋭
度に変化が生じたかどうかを監視し、変化が生じ死時に
は一旦７オーカシングレンズを任意の方向に駆動し、そ
の際の鮮鋭度変化より新たにフォーカシングレンズを駆
動すべき方向を判断する方法もある。しかしこの方法に
おいても、７オーカシングレンズの駆動、停止に時間が
かかる為、被写体の前を物体が横切ったり、パニングを
行った時などけ撮影光学系のピントが変わってしまい、
不安定な画像になってしまう。又、この方法においても
前述した通シフオーカシングレンズの結像倍率をいかな
る撮影状態に於ても±ＩＫ近くならないようにする必要
がある事Ｋかわりはない。

（３）発明の概要 本発明の目的は、従来の欠点を除去し、簡便且つ安価な
構成で、応答性忙優れた焦点検出装置を提供する事にあ
る。

上記目的を達成する為に、本発明に係る焦点検出装置は
、可変屈折力素子を有する撮影光学系と、該撮影光学系
の所定像面位置或いは該所定像面位置と光学的に等価な
位置に配置された撮像素子と、該撮像素子から得られる
画像信号より債の鮮鋭度を検出する鮮鋭度検出手段と、
前記可変屈折力素子の屈折力を変化させる手段とを有し
、前記可変屈折力素子の屈折力が異なる少なくとも２つ
の状態に於て、前記鮮鋭度検出手段から検出された鮮鋭
度を比較する事により前記撮像素子上の偉の合焦状態を
検出する事を特徴としている。

上記可変屈折力素子とは、所謂屈折力（もしくは屈折鹿
）を所定の手段によシ制御する事が可能な素子である。

例えば、弾性体、液晶、結晶、液体等で構成され、圧力
、熱、電界、磁界等で屈折力ψ（もしくは屈折惠ｎ：ψ
＝−）を変えるものを言う。但し、該可変屈折力素子は
透明性を有していなければならない。

以下、本発明を実施例により詳述する。

（４）実施例 第１図〜第５図は本発明に係る焦点検出装置の一例を示
す。第１図に於て、１は撮影光学系％　２は本件出願人
による特願昭５８−２１９１１３に示された可変屈折力
素子、３及び４は透明弾性体、５は円形の開口を有する
開口板、６はガラス板、７けリング状の圧電素子を積層
してなる弾性体３．４を収容する容器である。可変屈折
力素子２は、電圧発生回路８が出力する電圧忙従ってリ
ング状圧電素子よりなる容器１５が紙面左右方向に収縮
して弾性体３，４を加圧変形し、弾性体３の開口板５内
の表面を形状変化させることにより屈折力を変化させる
ものであり、屈折力の変化量は電圧発生回路８に与える
制御信号θによって制御される。９けＣＣＤなどの撮像
素子であり、撮影光学系１０所定備面に配置されている
。従って制御信号θによって可変屈折力素子２の屈折力
を変化させ、撮像素子９上の被写体像の結像状態を変化
させることができる。即ち、可変屈折力素子２の屈折力
が増大すると撮影光学系１の結債面は被写体側に移動し
、逆忙屈折力が減少すると像側に移動する為、撮像素子
９上の儂のフォーカス状態が変化する。又、１０けプリ
アンプ、１１け画偉信号に同期信号を混合してテレビ信
号を作成するエンコーダ、１２け画偉信号より撮僚素子
上の像の鮮鋭度を検出する鮮鋭度検出回路、１３はＡ／
Ｄコンバータ、１４はマイクロプロセサ、１５は全系の
タイミング信号を発生するタイミング発生回路、１６け
撮像素子９の駆動回路である。

第２図は鮮鋭度検出回路１２の一例を示し、１２−１は
微分回路、１２−２は絶対値回路、１２−３は積分回路
であり、タイミング発生回路１５のタイミング信号に従
って撮像素子１上の所定領域に於る画偉の高周波成分を
各７レームととに抽出し、儂の鮮鋭度の評価値としてＡ
／Ｄコンバータ１３を介しマイクロプロセサ１４に信号
Ｐを送る。

次に、第３図と第４図を用いてマイクロプロセサ１４の
動作を説明する。第３図はマイクロプロセサ１４の動作
の基本的なフローチャート、第４図（ａ）は可変屈折力
素子２の屈折力ψの時間変化、第４図（ｂ）は鮮鋭度検
出回路１２により検出された儂の鮮鋭度Ｐの時間変化を
示す。尚、第４図に於るτは１フレーム相当の時間を示
す。マイクロプロセサ１４は第３図の如く、レジスタ等
の初期化処理を行った後、８−２において可変屈折力素
子２の屈折力ψをあらかじめ定められた値よシ一定速度
で減少するよう電圧発生回路８に制御信号θを出力する
。電圧発生回路８に対する制御信号θは次に変更される
までその値が保持される。従って、スタート後第４図（
ａ）　Ｏ期間Ａの如く屈折力ψは一定速度で減少する。

次に８−３に於てマイクロプロセサ１４は鮮鋭度検出回
路１２により続く３フレームの各々に於て検出された鮮
鋭度の値を順次取り込み、Ｓ−４，８−５，８−６では
直前の３つのフレームに於て検出された鮮鋭度の値を用
いて屈折力ψを変化させる方向を判断する。

即ち、直前の３つのフレームにおける鮮鋭度の値を順Ｋ
　Ｐｌ、　Ｐｚ、　Ｐａとする時、鮮鋭度が増加方向Ｃ
Ｐ１　＜Ｐｚ　＜Ｐａ　）であるか、或いは減少方向（
Ｐｌ＞Ｐｚ＞Ｐｓ）であるか、又は極大値を°検出した
（Ｐｌ＜Ｐｇ　＞Ｐｓ　）か、それ以外であるかを判断
する。

第４図の期間人の如く鮮鋭度が減少方向にあるならば、
これまでの屈折力ψの変化方向は合焦状態よシ離れる方
向であるから、Ｓ−７で期間Ｂのようにψの変化方向を
逆方向にした後、８−３に戻シ再び鮮鋭度の検出と屈折
力ψの変化方向の判断を繰シ返す。又、Ｓ−４，Ｓ−５
，８−６で方向判断を行った時、鮮鋭度が期間Ｂのよう
に増加方向にある場合、屈折力ψの変化方向は合焦に向
かう方向であると予測されるから、Ｓ−４よシ屈折力ψ
の変化方向を保持したままＳ−８に分岐して次のクレー
ムにおける鮮鋭度の値Ｐ４を取シ込み、８−９において
直前のフレームにおける鮮鋭度値Ｐｓと比較する。Ｐａ
＞Ｐｓならばψの変化方向は確かに鮮鋭度が増加する方
向であるから５−１０で次のフレーム忙於る鮮鋭度Ｐｓ
を取シ込ミ、Ｓ−４ニ戻ル０８−４．　Ｓ−５，８−６
に於てけ直前の３つのフレームでの鮮鋭度値が比較され
る為、今度けＰ３．Ｐ４．Ｐ５　の値によりψの変化方
向が判断されることになる。もしＳ−９においてＰ４＜
Ｐ３ならばＰｌ＜Ｐ。

＞Ｐ４であるから鮮鋭度の極大値を検出したことに彦っ
て５−１２に分岐する。又、　８−４゜Ｓ−５，８−６
で方向判断を行った時、極大値を検出した場合も同様に
８−６より５−１２に分岐する。Ｓ−４，Ｓ−５，Ｓ−
６での方向判断の際、鮮鋭度が増加方向でも、減少方向
でも極大値でもない時は、被写体のコントラストが低す
ぎたり遠近競合が生じたシしている場合であり、いずれ
の方向に合焦状態があるか判断できない。この時はファ
インダー内に焦点合わせ不可能の表示を出すか、或いは
スタート時よシ再びやり直す等のエラー回復処理５−１
１を行う。

また大きく合焦状態をはずれている時には屈折力ψを少
しかえても鮮鋭度の値に検出可能な変化が生じない場合
がある。この場合には、屈折力ψの変化を鮮鋭度に変化
が生じるか或いは可変屈折力素子２の屈折力ψが予め定
められた範囲を越えるまで続け、鮮鋭度に変化が生じた
場合にはその変化具合よシ屈折力の変化方向を判断し、
定められた範囲を越えた場合には屈折力の変化方向を逆
転する。

Ｓ−６或いはＳ−９で鮮鋭度値の極大値を検出したと判
断された場合にけ５−１２に分岐することになり、５−
１２に於ては鮮鋭度が極大となった時、即ち合焦状態が
得られた時の屈折力の値ψ０に可変屈折力素子２の屈折
力ψを戻し、８−１３でその状態のまま第４図の期間Ｃ
の如く時間Ｔ−ｔだけ待機する。

従って、この間に於てはカメラや被写体が動いたりしな
い限り合焦状態が保持される。時間Ｔ−ｔだけ時間が経
過すると８−１４に移シ、屈折力ψを９０を中心に微小
量だけ時間ｔの量変化させる。ここでは第４図の期間り
、Ｄ’のようにψＧ＋Δψよシψ。−Δψまで減少させ
るものとする。ここで、ψの微小変化量Δψは。

撮影光学系の結像面をおおよそ焦点深度程度移動させる
為に要する量である。５−１５でけψが微小変化してい
る間の３フレームに於る鮮鋭度値をレジスタに取り込み
、５−１６゜８−１７，５−１８で８−４．８−５．８
−６と同様にこれらの値を比較する。第４図の期間りの
ごとく中間のフレームにおける鮮鋭度が最大であるなら
、再び５−１２に戻って期間Ｃ′の如く以前の屈折力の
値を保ち、期間Ｄ′の如く鮮鋭匡が増加方向にある時に
は更に屈折力ψを減少させる為、５−２０で屈折力ψが
減少するよう制御信号を出した後８−３に戻る。又、鮮
鋭度が減少方向にある時には、逆に５−１９で屈折力ψ
が増加するよう制御信号を出した後Ｓ−３に戻る。上記
以外の場合け５−１１によシェラ−回復処理を行なう。

尚、上述の説明では３つのフレームにおける鮮鋭度の値
を比較するととＫより屈折力の変化方向を判断している
が、例えば２つのフレームにおける鮮鋭度値を用いて判
断すると−ともできる。即ち検出された鮮鋭度を順にＰ
ｌ。

Ｐｌとし、検出可能な鮮鋭度の有意差をΔＰとするとき
、ＩＰＩ　　Ｐ２１＜ΔＰ　なら合焦とみなし、　Ｐｌ
＞Ｐｉなら屈折力の変化方向を保持し、Ｐｌ＜Ｐｉなら
変化方向を逆転する。

また撮影レンズがズームレンズであシ、物体距離の変化
だけでなく変倍時に於る結像面の位置変化の補正も同時
に可変屈折力素子２の屈折力変化により行う場合には、
変倍時の焦点合わせの応答性を高める為、変倍が行われ
たかどうかを検知し、第４図の期間ｃ、ｃ’のごとく屈
折力が一定に保たれている場合に変倍が行われたならば
、強制的に屈折力の微　′小変化を行なって新たに屈折
力ψを変化させる方向を判断させても良い。

又、第４図では屈折力ψが微小変化している時間ｔをｔ
＝３τとして描いたが、ｔ≧３τであれば良く、例えば
ｔ＝６τとして６フレームより１フレームおきに３フレ
ームの鮮鋭度を検出しても良い。更にτは１フレーム相
当の時間としたが、インタレース走査を行う場合にはｌ
フィールド相当の時間でも良く、複数フレーム相当の時
間であっても良い。以上の様に本発明では、合焦状態に
於て時間Ｔ毎に第４図の期間り、Ｄ’の如く時間ｔの間
詰像状態を微小変化させ、合焦状態の確認或いは新たな
合焦方向を判断を行うことにより、コントラストの低い
被写体の場合などに誤った合焦状態に撮影レンズの結像
状態が固定してしまりのを防ぐことができ、又、敏速に
合焦方向の判断を行なえる。更に第４図の期間Ｃ１Ｃの
如く時間Ｔ−ｔの間に於て結像状態を一定に保つように
したのは、期間り、Ｄ’で結像状態を変化させた時に生
じる劣化し九画偉の出現時間の割合を小さくすることに
より、画質の劣化を低減するためである。従って。

ｔに比べてＴが大きいほど画質の劣化は少ないが、あま
りＴを大きくとると自動焦点合わせの応答が低下する為
、通常のビデオカメラ≦ｔ≦、Ｔの範囲の値をとること
が望ましい。

また時間Ｔ、ｔけ可変であってもよく、例えば、撮影レ
ンズの絞り値が小さい場合には鮮鋭度の時間変化がゆる
やかであるのでＴを大きくする。又、逆に絞り値が大き
い場合にはＴを短くするようにしてもよい。又、可変屈
折力素子２の屈折力ψの微小変化量Δψも絞り値が小さ
いほど大きな値をとるよう可変にしてもよい。更に直接
絞り値を検出することなく、例えば、合焦状態が得られ
た後、初めて屈折力の微小変化を行う際には、予め定め
られた量だけ微小変化を行ない、その時の鮮鋭度変化の
大きさから絞り値を推定し、次の屈折力の微小変化を行
う際には推定された絞り値に従って微小変化量を設定す
ることもでを変化させることが可能であり、これを利用
して合焦時に於ても結像状態を微小変化させ、その際の
鮮鋭度の変化から合焦状態が破れた場合でも再び敏速に
合焦方向を検出し、応答性のよい自動焦点合わせを行う
ことができる。

又、第３図のフローチャートの内分岐番号■の部分を第
５図の様に変更することで、更に安定した自動焦点合わ
せを行うこともできる。第５図に於ては合焦状態が得ら
れた後、屈折力の微小変化を時間を隔てて２回行ない、
その際の鮮鋭度の変化方向が一致しているかどうかを５
−３１で判断し、一致している場合のみ、新たな合焦状
態に向けて屈折力ψを変化させ、一致しない場合には以
前の結像状態を保持する。従って、時間的にゆるやかな
鮮鋭度変化に対しては鮮鋭度が増加するよう結像状態が
変化するが、速い不規則な鮮鋭度変化に対しては結像状
態が変化しない。従ってカメラの振動や急激なパニング
中などＫは自動焦点合わせは応答せず、安定し九画偉が
得られる。

又、前述した様にレンズの移動に対しては物体と像間の
距離は極値をもつが、可変屈折力素子２の屈折力変化に
対しては可変屈折力素子２の位置に物体面がなり限りは
物体と像間の距離は極値をとらず単調に変化する。可変
屈折力素子２上に物体面が位置しないようにすることは
レンズ設計上極めて容易であシ、撮影光学系中の任意の
位置に配置することができる為に撮影光学系の設計が非
常に容易になる。

（５）発明の詳細 な説明した様に、本発明に係る焦点検出装置は、簡便且
つ安価な構成で、応答性に優れ安定した画像を得る事が
できる装置である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る焦点検出装置の一例を示す図。第
２図は鮮鋭度検出回路の一例を示す図。第３図はマイク
ロプロセサの動作を説明する為のフローチャート。第４
図は可変屈折力素子の屈折力及び鮮鋭度値の時間変化を
示す図。 第５図は第３図に於るフローチャートの別の構数例を示
す図。 １・・・撮影光学系、２・・・可変屈折力素子、３゜４
・・・透明弾性体、５・・・円形の開口を有する開口板
、６・・・ガラス板、７・−・透明弾性体を収容する容
器、８・・・電圧発生回路、９・・・撮儂素子、１０・
・・プリアンプ、１１・・・エンコーグ−１１２・・・
鮮鋭度検出回路、１３・・・Ａ／Ｄコンバータ、１４・
・・マイクロプロセサ、１５・・・タイミング発生回路
、１６・・・撮債素子の駆動回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）可変屈折力素子を有する撮影光学系と、該撮影光
   学系の所定像面位置或いは該所定像面位置と光学的に等
   価な位置に配置された撮像素子と、該撮像素子から得ら
   れる画像信号より像の鮮鋭度を検出する鮮鋭度検出手段
   と、前記可変屈折力素子の屈折力を変化させる手段とを
   有し、前記可変屈折力素子の屈折力が異なる少なくとも
   ２つの状態に於て、前記鮮鋭度検出手段から検出された
   鮮鋭度を比較する事により前記撮像素子上の像の合焦状
   態を検出する事を特徴とする焦点検出装置。