(57)【要約】【課題】検出した合焦位置に直ちにレンズを移動できるようにし、速やかな合焦を可能とするオートフォーカス装置を提供する。【解決手段】撮像素子２から得られる映像信号の高周波成分から焦点電圧を検出して、前記焦点電圧の所定フィールド間の差分電圧に基いてレンズ１を所定位置に駆動して、前記差分電圧が最小になるようにして、画像光の撮像素子２へのフォーカス調整を山登り方式で行うオートフォーカス装置において、レンズ位置データを記憶するＦＩＦＯ２０を有し、前記差分電圧の最小を検出した場合には、ＦＩＦＯ２０より読み出した、撮像素子２からレンズを駆動する駆動信号を得るまでの処理に要する時間分だけ先行するレンズ位置データに基き前記駆動信号を生成して、レンズ１を前記レンズ位置データで指定される位置に移動する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像光を撮像素子に集光するレンズと、前記撮像素子から出力される前記画像光に対応する電気信号を処理して得られる映像信号の高周波成分から焦点電圧を検出する焦点電圧検出手段と、前記焦点電圧の所定フィールド間の差分電圧に基いて前記レンズを所定位置に駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、前記駆動信号により前記レンズを駆動する駆動部とを有し、前記差分電圧が最小になるように前記レンズの前記撮像素子に対するレンズ位置を移動することにより、前記画像光の前記撮像素子へのフォーカス調整を山登り方式で行うオートフォーカス装置において、
前記所定フィールド間の各フィールドにおける前記レンズの位置を示すレンズ位置データを記憶するメモリを有し、前記差分電圧の最小を検出した場合には、前記メモリより読み出した、前記撮像素子から前記駆動信号を得るまでの処理に要する時間分だけ前記所定フィールドに先行する時間における前記レンズ位置データに基き前記駆動信号を前記駆動信号生成手段で生成し、前記駆動部により前記レンズを前記レンズ位置データで指定される位置に移動することを特徴とするオートフォーカス装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばムービーなどの映像記録機器のオートフォーカス装置に係り、特に、山登りサーボ方式を用いて速やかに適性フォーカス位置に到達するのに好適なオートフォーカス装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、山登り制御（サーボ）方式によるオートフォーカス装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
これについて説明すると、撮影画像の映像信号に含まれる高域周波数成分は、焦点（ピント）の度合いに対応しており、合焦点において最大値を示す。
図７は、山登りサーボ方式の基本的な動作を示す説明図であリ、その様子を示している。
同図において、横軸がレンズ位置、縦軸が高域周波数成分である焦点電圧となっている。焦点電圧が最大になるところが適正頂上（合焦点）ＰＦであるから、焦点電圧が最大となるようにフォーカス用のレンズを動かすことで焦点調節（ピント合せ）が行なわれる（同図矢印ＦＡ参照）。
【０００３】
図４には、従来例のオートフォーカス装置１０の構成が示されている。
同図において、ＣＣＤなどによる撮像素子２の光入射側には、フォーカス調整用のレンズ１が設けられている。撮像素子２の電荷信号出力側には、ビデオプロセス回路３が設けられている。また、映像信号は、焦点電圧検出回路４にも出力されるように接続されている。そして、焦点電圧検出回路４の出力側にはＡ／Ｄ変換器５を介してマイクロコンピュータ６が接続されており、そのフォーカス制御出力側は駆動回路７に接続されている。
【０００４】
以上の各部のうち、レンズ１は、モータ８によって変移可能となっており、これによってフォーカス調整が行われるように構成されている。ビデオプロセス回路３には、例えばプリアンプ、色分離回路、γ補正回路などの周知の回路が含まれており、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）あるいは色差の映像信号が出力されるようになっている。焦点電圧検出回路４は、入力映像信号から高周波成分である焦点電圧を取り出すためのもので、フィルタやサンプルホールド回路によって構成されている。
【０００５】
マイクロコンピュータ６は、焦点電圧検出回路１６によって取り出された焦点電圧データに基づいて図５に示すような動作を繰り返し行う機能を有している。
図５は、従来例のオートフォーカス装置の動作を示すフローチャートである。
マイクロコンピュータ６によって得られたフォーカス制御信号は駆動回路７に供給され、駆動回路７ではフォーカス制御信号に基づいてモータ８の駆動が行われるようになっている。なお、同期発生回路９は、各部に必要なクロック信号や同期信号を出力するための回路である。
【０００６】
次に、従来例のオートフォーカス装置１０の動作について、図５のフローチャートや図７のグラフも参照しながら説明する。撮像素子２では、入力画像の撮像が行われ、電荷信号Ｃがビデオプロセス回路３に出力される。ビデオプロセス回路３では、入力信号に対して増幅や色分離などの所望の処理が行われ、映像信号が出力される。この映像信号は、必要に応じてビデオテープあるいはディスプレイ装置に供給される。
【０００７】
この映像信号は焦点電圧検出回路４にも供給され、ここで、その高周波成分が焦点電圧Ｆとして検出される。検出された焦点電圧Ｆは、Ａ／Ｄ変換器５でデジタル信号に変換されてマイクロコンピュータ６に取り込まれる。
マイクロコンピュータ６では、焦点電圧Ｆの変化を見て、焦点電圧Ｆが増加から減少に変化する点を検出し、レンズの移動を反対方向に転じるように制御信号Ｓを出力する。
マイクロコンピュータ６は、最新のフィールドによる焦点電圧Ｆがひとつ前のフィールドの焦点電圧Ｆとどう変わったかを比較する（ステップＳ１）。
その結果、適正頂上であると判断した場合は処理を停止する（ステップＳ２）。
適正頂上でない場合は、焦点電圧Ｆの変化を見る（ステップＳ３）。
電圧の変化が増加ならば同じ方向で処理を続けるよう制御信号Ｓを駆動回路７に出力する（ステップＳ４）。
電圧の変化が減少ならば、フォーカスレンズ１の移動方向を今までと逆にするよう制御信号Ｓを駆動回路７に出力する（ステップＳ５）。
【０００８】
駆動回路７では、マイクロコンピュータ６から入力された制御信号Ｓに基づいてモータ８を駆動し、フォーカス用のレンズ１の変移が行なわれる。このような動作が、適正頂上を検出するまで繰り返し実行される（ステップＳ２）。
このような動作を、図７を参照して説明する。まず、山登り途中（矢印ＦＡの動き）では合焦位置に徐々に近づくので、焦点電圧Ｆは新しいフィールド毎に徐々に上昇する。適正頂上ＰＦを越えたら焦点電圧は減少する（矢印ＦＢの動き）。焦点電圧の減少を検出したら、レンズの移動方向を逆にして、適正頂上ＰＦを目指し（矢印ＦＣの動き）、最終的には適正頂上ＰＦの前後で反転を繰り返すようになり、適正頂上ＰＦが求められる。
【０００９】
【特許文献１】
実用新案登録第２６０３５３５号公報（第２−３頁、第１−５図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のように、従来例のオートフォーカス装置は、合焦後のオーバーランを利用して適正頂上ＰＦを求めるように構成されているが、合焦したかどうか（オートフォーカスしたかどうか）の判断に使われる焦点電圧検出回路４から出力される焦点電圧Ｆの値は、現在のレンズ位置における画像から得られる値ではなく、撮像素子２及び焦点電圧検出回路４における演算処理により遅延した画像から得られる値である。また、マイクロコンピュータ６における合焦の判定にも一定の時間を要する。
【００１１】
一例として、ムービーの場合において、撮像素子（ＣＣＤ）２による撮像には、１フィールドの時間が必要である。撮像素子２から出力された電荷信号Ｃから、焦点電圧出力回路４において、焦点電圧Ｆが得られるが、これに１フィールドの時間が必要となる。さらに、マイクロコンピュータ６において、焦点電圧Ｆの増減を判断して制御信号Ｓを出力するのに、１フィールドの時間が必要となる。
【００１２】
すなわち、合焦点ＰＦに達して、焦点電圧が減少し始めることを検出し，それに応じて、制御信号Ｓが駆動回路７に出力されるときには、適正な合焦点を速やかに検出しても、そのときのレンズ１の位置は、実際に合焦し焦点電圧が減少し始めるときの位置より３フィールド進んでしまっている。
【００１３】
この関係を図６に示す。図６は、従来例のオートフォーカス装置におけるレンズ位置、撮像素子の出力、焦点電圧検出回路の出力及び駆動信号の時間関係を示す図である。
同図において、ｎは時刻を表し、ｎ＋１は時刻ｎより１フィールド遅い時刻を示す。
同図に示すように、時刻ｎ＋３にレンズの位置ＰはＰｎ＋３にある。このときの撮像素子（ＣＣＤ）の出力Ｃは１フィールド前のレンズの位置Ｐｎ＋２による出力Ｃｎ＋２であり、焦点電圧出力回路の出力（焦点電圧）Ｆは２フィールド前のレンズの位置Ｐｎ＋１によるＣＣＤ出力Ｃｎ＋１により得られる出力Ｆｎ＋１であり、マイクロコンピュータ６から出力される制御信号Ｓは３フィールド前のレンズ位置ＰｎのＣＣＤ出力Ｃｎより得られる出力Ｆｎから出力されるＳｎである。
【００１４】
従って、合焦点ＰＦに達した後、焦点電圧が減少するのを検出して、レンズ１の移動方向を反転するときには、レンズ１の位置は既に合焦点を越えて、３フィールド分下降した後なので、再びピークの合焦点ＰＦに達するのにさらに時間がかかり、そのため、合焦位置を得るために何度か試行錯誤が必要となり、その分、合焦までの時間が余分に必要であるという問題がある。
【００１５】
そこで本発明は、上記問題を解決し、検出した合焦位置に直ちにレンズを移動できるようにし、速やかな合焦を可能とするオートフォーカス装置を提供することを目的とするものである。
【００１６】
【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として、本発明は、画像光を撮像素子２に集光するレンズ１と、前記撮像素子２から出力される前記画像光に対応する電気信号を処理して得られる映像信号の高周波成分から焦点電圧を検出する焦点電圧検出手段（回路）４と、前記焦点電圧の所定フィールド間の差分電圧に基いて前記レンズを所定位置に駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成手段（マイクロコンピュータ）６Ａと、前記駆動信号により前記レンズを駆動する駆動部７とを有し、前記差分電圧が最小になるように前記レンズの前記撮像素子に対するレンズ位置を移動することにより、前記画像光の前記撮像素子へのフォーカス調整を山登り方式で行うオートフォーカス装置において、
前記所定フィールド間の各フィールドにおける前記レンズの位置を示すレンズ位置データを記憶するメモリ（ＦＩＦＯ）２０を有し、前記差分電圧の最小を検出した場合には、前記メモリより読み出した、前記撮像素子から前記駆動信号を得るまでの処理に要する時間分だけ前記所定フィールドに先行する時間における前記レンズ位置データに基き前記駆動信号を前記駆動信号生成手段で生成し、前記駆動部により前記レンズを前記レンズ位置データで指定される位置に移動することを特徴とするオートフォーカス装置である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、好ましい実施例により、図面を参照して説明する。なお、参照符号については、簡便のため、従来例の構成と同一構成については、同一の参照符号を付しその説明を省略する。
【００１８】
＜実施例＞
図１は、本発明のオートフォーカス装置の実施例を示す構成図である。
同図に示すように、本実施例のオートフォーカス装置１０Ａは、レンズ１、撮像素子２、ビデオプロセス回路３、焦点電圧検出回路４、Ａ／Ｄ変換器５、マイクロコンピュータ６Ａ、メモリ（ＦＩＦＯである）２０、駆動回路７及びモータ８より構成される。
【００１９】
ＣＣＤからなる撮像素子２の光入射側には、フォーカス調整用のレンズ１が前後方向に移動可能に設けられている。
撮像素子２の電荷信号出力側には、ビデオプロセス回路３が設けられており、レンズ１で結像された画像に対応する電荷信号Ｃが撮像素子２からビデオプロセス回路３に供給される。
ビデオプロセス回路３は、入力する電荷信号Ｃを映像信号にして出力する。また、ビデオプロセス回路３には、焦点電圧検出回路４が接続されており、映像信号は、焦点電圧検出回路４にも出力される。
【００２０】
焦点電圧検出回路４の出力側にはＡ／Ｄ変換器５を介してマイクロコンピュータ６Ａが接続されている。
マイクロコンピュータ６Ａには、別途、レンズ位置データＰを記憶するためのメモリ（ＦＩＦＯ）２０が接続されている。このＦＩＦＯ２０は、データを先入れ先出しするもので、マイクロコンピュータ６Ａの内部に設けておいても良い。
マイクロコンピュータ６Ａからは、制御信号ＳＡが駆動回路７に供給され、駆動回路７は、制御信号ＳＡに応じて、モータ８を回転させる。
【００２１】
以上の各部のうち、レンズ１は、モータ８に連結する移動機構（図示しない）によってモータ８の回転により変移可能となっており、これによって撮像素子２に入射する画像光のフォーカス調整が行われるように構成されている。ビデオプロセス回路３には、例えばプリアンプ、色分離回路、γ補正回路などの周知の回路が含まれており、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）あるいは色差の映像信号が出力されるようになっている。焦点電圧検出回路４は、入力映像信号から高周波成分である焦点電圧Ｆを取り出すためのもので、フィルタやサンプルホールド回路によって構成されている。
【００２２】
マイクロコンピュータ６Ａは、焦点電圧検出回路４から出力された焦点電圧Ｆを記憶すると共に、ＦＩＦＯ２０にその焦点電圧Ｆが得られるレンズ位置のデータ（レンズ位置データＰ）を出力すると共に、ＦＩＦＯ２０の先出しデータを取り込み、駆動回路７に制御信号ＳＡを供給する。駆動回路７においては、入力された制御信号ＳＡに基き、モータ８を駆動する。なお、同期回路９は、各部に必要なクロック信号や同期信号を出力するためのものである。
レンズ位置データＰは、レンズの位置、もしくは移動を示す数値になる。レンズ駆動回路にステッピングモータを使用した場合を例にとって説明する。ステッピングモータに与えられる信号は、現在の位置から幾つ動くかという情報である。望遠方向を＋、至近方向を−とした場合、現在の位置から２パルス望遠方向にレンズを動かした場合、＋２が、至近方向に４パルス移動させた場合、−４がＦＩＦＯ２０に記録される。
【００２３】
次に、本実施例のオートフォーカス装置の動作について、図２を参照して説明する。
図２は、本発明のオートフォーカス装置の実施例の動作を示すフローチャートである。
オートフォーカス装置１０Ａが合焦のための山登り動作をしており、レンズ１が所定の位置にあり、撮像素子２では、入力画像の撮影が行われ、電荷信号Ｃがビデオプロセス回路３に出力される。ビデオプロセス回路３では、入力信号に対して増幅や色分離などの所望の処理が行われ、映像信号が出力される。この映像信号は、必要に応じてビデオテープあるいはディスプレイ装置に供給される。
【００２４】
この映像信号は焦点電圧検出回路４にも供給され、ここでその高周波成分が焦点電圧Ｆとして検出される。検出された焦点電圧Ｆは、Ａ／Ｄ変換器５でデジタル信号に変換されてマイクロコンピュータ６Ａに取り込まれる。
マイクロコンピュータ６Ａでは、上述したように、最新のフィールドの焦点電圧Ｆがそのメモリに格納される（図２、ステップＳ１１）。ここで、レンズ位置データＰを算出し、これをＦＩＦＯ２０に出力する。ＦＩＦＯ２０はレンズ位置データＰを順次記憶する。
【００２５】
撮像素子２における電荷信号Ｃの生成、焦点電圧検出回路４における焦点電圧Ｆの生成、及びマイクロコンピュータ６における制御信号ＳＡの生成には、それぞれ１フィールド分の時間が必要であるので、各信号の時間関係は、図３に示したようになる。
図３は、本発明のオートフォーカス装置の実施例におけるレンズ位置、撮像素子の出力、焦点電圧検出回路の出力及び駆動信号の時間関係を示す図である。
同図に示すように、ｎフィールドの時刻ｔを時刻ｔｎと示すとき、（（ｎ＋１）フィールドでは時刻ｔｎ＋１となる）、時刻ｔｎ＋３で出力される制御信号ＳＡｎは、時刻ｔｎ＋２の焦点電圧Ｆｎと時刻ｔｎ＋３の焦点電圧Ｆｎ＋１から得られるものであり、これらの焦点電圧Ｆｎ〜Ｆｎ＋１は、それぞれ、時刻ｔｎ＋１の電荷電圧Ｃｎと時刻ｔｎ＋２の電荷電圧Ｃｎ＋１より得られるものであり、そのときのレンズ位置は時刻ｔｎから時刻ｔｎ＋１に対応するものである。
ここで、時刻ｔｎに対応するレンズ位置データをＰｎのように表示する。
【００２６】
図２に示すように、マイクロコンピュータ６Ａは、１フィールド前の焦点電圧と比較し、その結果によって、レンズ位置を移動させる制御信号を出力する（ステップ１１）。このとき、ＦＩＦＯ２０には、レンズ位置データＰがそれぞれ出力されて、記憶される。なお、ＦＩＦＯ２０には３つのレンズ位置データＰを記憶できて、先だしされる先頭のメモリには、さらに３フィールド前のデータが保持されている。例えば、時刻ｔｎ＋３においては、ＦＩＦＯ２０にはレンズ位置データＰｎからＰｎ＋２までが保持される。なお、ＦＩＦＯ２０のデータは新たなデータが入力されると順次更新される。
【００２７】
駆動回路７では、マイクロコンピュータ６Ａから入力された制御信号に基づいてモータ８を駆動し、フォーカス用のレンズ１の移動が行なわれる。このような動作が、適正頂上を検出するまで繰り返し実行される（ステップＳ１２）。
次に、適正な頂上が検出され、焦点電圧Ｆが減少に転じると、マイクロコンピュータ６Ａは、ＦＩＦＯ２０の先頭に保持されているレンズ位置データＰに基き、制御信号ＳＡを生成して、駆動回路７に出力し、レンズ１は適正な合焦位置に移動される（ステップ１３）。
レンズ位置Ｐｎ＋１に対応する焦点電圧Ｆｎ＋１が減少したことを検出した場合、その結果が現れるのは時刻ｔｎ＋３における制御信号ＳＡｎにおいてである。従って、時刻ｔｎ＋３でレンズ位置がＰｎになるように制御信号ＳＡｎをマイクロコンピュータ６Ａは出力する。これによって、直ちに適正頂上にレンズ１を移動する。
【００２８】
本実施例においては、このように適正頂上に達すると、その記憶されているレンズ位置に直ちに戻すようにしているので、従来例におけるように、頂上を越えて移動した場合には、レンズの移動方向を反転して、適正頂上を求める方法よりは、より早く合焦地点に到達することができる。
【００２９】
なお、少なくとも前後のフィールドの焦点電圧を比較して、合焦点を判定できる構成のオートフォーカス装置に対して、本発明は適用できるものである。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のオートフォーカス装置は、請求項１記載によれば、所定フィールド間の各フィールドにおけるレンズの位置を示すレンズ位置データを記憶するメモリを有し、差分電圧の最小を検出した場合には、前記メモリより読み出した、撮像素子から駆動信号を得るまでの処理に要する時間分だけ前記所定フィールドに先行する時間における前記レンズ位置データに基き前記駆動信号を駆動信号生成手段で生成し、駆動部により前記レンズを前記レンズ位置データで指定される位置に移動することにより、検出した合焦位置に直ちにレンズを移動できるようにし、速やかな合焦を可能とするオートフォーカス装置を提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のオートフォーカス装置の実施例を示す構成図である。
【図２】本発明のオートフォーカス装置の実施例の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明のオートフォーカス装置の実施例におけるレンズ位置、撮像素子の出力、焦点電圧検出回路の出力及び駆動信号の時間関係を示す図である。
【図４】従来例のオートフォーカス装置を示す構成図である。
【図５】従来例のオートフォーカス装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】従来例のオートフォーカス装置におけるレンズ位置、撮像素子の出力、焦点電圧検出回路の出力及び駆動信号の時間関係を示す図である。
【図７】山登りサーボ方式の基本的な動作を示す説明図である。
【符号の説明】
１…レンズ、２…撮像素子（ＣＣＤ）、３…ビデオプロセス回路、４…焦点電圧検出回路、５…ＡＤ変換器、６，６Ａ…マイクロコンピュータ、７…駆動回路、８…モータ、９…同期信号発生回路、１０，１０Ａ…オートフォーカス装置、２０…ＦＩＦＯ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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