JPH01185083A - 焦点調節装置 - 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等に用いて好適な焦点調節装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

従来より、ビデオカメラ及びスチルカメラにおいては、
自動焦点調節装置が広く用いられており、操作性を向上
させる上できわめて大きな効果を上げている。

自動焦点調節装置の方式としては種々の方法があり、装
置側に発光手段と受光手段を備え発光手段により発せら
れた光の反射光を受光手段によって検出して被写体との
距離を測定するタイプのものや、それぞれ光路長の異な
る経路より入射された被写体像のずれから測距を行うも
の等のように焦点検出用の光学系を専用に有する方式と
、撮像レンズを通して入射された被写体像を電気信号に
変換する撮像素子等より出力された映像信号より合焦点
を検出して焦点調節を行う方式のものとに大別すること
ができるが、近年後者の方式が専用の光学系が不要であ
るとともに、映像信号自体より合焦検出するためより被
写体に対して高精度の合焦検出が行える等の理由から、
広く用いられている。

〔発明の解決しようとする問題点〕

しかしながら上述の自動焦点検出装置においては、撮像
素子より出力された映像信号、特に映像信号中の高域成
分から合焦状態を検出しているため、被写体の形状１画
柄等の影響を受け、たとえば全面にわたって精細でない
ような被写体では合焦位置であっても合焦状態であるこ
とを示す検出出力を十分に得ることができず、合焦位置
を検出できないまま撮像レンズまたは撮像素子を至近位
置と無限遠位置との間で往復運動を繰り返すこととなり
撮影を行うことができないという問題点があった、尚、
この問題は全体的に低照度の場合にも生じる可能性があ
る。

この問題点を解決するため、従来では合焦位置を検出で
きない場合は撮像レンズまたは撮像素子を至近端、無限
遠端、あるいは移動前の位置に停止させる等の方法が用
いられたが、これらの位置は撮影者が撮影しようとする
被写体との距離と必ずしも一致するとは限らないため、
この方法によっても正確に合焦位置を得ることはできな
いものであった。

（問題点を解決するための手段〕 本発明は上述した問題点を解決することを第１の目的と
するもので、撮像レンズにより撮像面に結像された被写
体像を電気信号に変換する撮像手段と、該撮像手段から
出力される映像信号から被写体、に対する合焦状態を検
出する合焦検出手段と、該合焦検出手段の検出結果にも
とづいて前記撮像レンズと撮像面との相対距離を変位す
る焦点調節手段と、前記合焦検出手段によって合焦位置
を検出できないとき前記焦点調節手段を手動で動作可能
とする切換手段とを備えることにより、自動合焦検出が
不可能な場合には手動による焦点調節動作に自動切換し
得るようにし、非合焦状態での撮影を防止したものであ
る。

また本発明の第２の目的は、前記自動焦点調節動作を行
っている際に手動の焦点調節手段を誤操作したことによ
る誤動作を防止することにあり、自動焦点調節動作を行
っている際には、手動の焦点調節動作を禁止する手段を
もって実現される。

また本発明の第３の目的は、前記自動焦点調節動作モー
ドから手動焦点調節動作モードへと切り換えられたこと
を操作者に認識させるべくこれを表示することにある。

また本発明の第４の目的は、特に手動による焦点調節動
作において、光学系の焦点距離にかかわらず、操作感覚
を一定に保つことにある。

〔実施例〕

以下本発明における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。

第１図は本発明の第１の実施例を示すブロック図で、同
図において１は撮像レンズ、２は掩像レンズ１によって
撮像面に結像された被写体像を電気信号に変換する、た
とえばＣＣＤ等の撮像素子、３は撮像素子２を支持し且
つ撮像レンズ１の光軸上を前後に移動し得る如く配され
た支持部材（その支持手段については周知の手段を用い
るものとし、図示は省略する）、４は支持部材３を光軸
方向に移動させるための駆動手段としてのモータで、モ
ータの回転軸に直結されたリードスクリュー４８を支持
部材に螺合させ、モータの回転によって支持部材３を前
後に６勤するようになフている。５はモータ４を駆動制
御するためのモータ制御回路で、後述する焦点検出回路
８の出力にもとづいてモータ４を駆動し、焦点整合位置
へと撮像素子２を位置させるように動作する。また１２
はモータ制御回路５を直接動作してモータ４を駆動し、
所望の位置へと撮像素子２を移動するための手動の焦点
調節用操作釦であり、モニタ画像を見ながら撮像素子を
前後に移動し、焦点調節を行うことができる。そして手
動焦点調節モード時の操作釦を押圧することにより、そ
の押圧している間その方向に応じた駆動信号を発生させ
、この駆動信号に応じてモータ制御回路５はモータ４を
駆動し、撮像素子２を所定の方向へと移動する。これに
よって手動による焦点調節を行うことができる。

６は撮像素子２より出力された映像信号にブランキング
処理、同期信号の付加、ガンマ補正等の各種信号処理を
行ってテレビジョン信号に変換するたあの映像信号処理
回路、７は映像信号処理回路６の出力端子６ａに接続さ
れ、撮像素子２に入射されている映像をモニタするため
の電子ビューファインダである。

８は撮像素子２より映像信号処理回路６へと供給される
映像信号にもとづいて合焦点すなわち撮像素子２の撮像
面上における結像状態が最良となる合焦位置を検出する
ための焦点検出回路で、たとえば本実施例に示すように
、撮像素子２の出力信号を所定のレベルに増幅した信号
を取り出し、その信号中の所定の高周波成分を抽出する
バイパスフィルタ（、ＨＰＦ）８１、バイパスフィルタ
８１によって抽出された高周波成分を検波して被写体の
詳細度に応じた焦点電圧を出力する検波回路８２）検波
回路８２より出力された焦点電圧を一定時間ごとにサン
プルホールドし、焦点電圧の時間変化量に相当する信号
を出力する差分ホールド回路８３によって構成されてお
り、差分ホールド回路８３の出力は後述する焦点調節モ
ード切換回路を介してモータ制御回路５ヘモータ駆動信
号として供給されている。差分ホールド回路８３より出
力される信号は、合焦位置でＯ２その前後で正負に極性
を反転する特性を呈し、モータ制御回路５はこの信号に
もとづいてモータ４を駆動し、撮像素子２を合焦位置へ
と自動的に移動する。

９は焦点検出回路８とモータ駆動回路５との間に配され
、焦点検出回路８より合焦度に応じた信号が得られ自動
焦点調節が可能であるか否かを判別し、その判別結果に
応じて焦点調節を自動で行うか手動で行うかを切換える
焦点調節モード切換回路である６焦点調節モード切換回
路９は焦点検出回路８より焦点検出信号の得られる場合
はその信号をモータ制御回路５へと供給し、焦点検出回
路８の出力にもとづいてモータ４を駆動して自動で焦点
調節動作を可能とするとともに制御信号９ａによって手
動操作釦１２の動作を無効とする。また撮像素子を移動
しても高域成分の変化が得られない被写体であって撮像
素子２の移動範囲全域において焦点検出信号が得られな
いときには、焦点検出信号のモータ制御回路５への供給
を阻止するとともに制御信号９ａをオフとして手動操作
釦１２を使用可能となし、手動焦点調節モードとなす。

１０は焦点調節モード切換回路９が手動モードに切り換
えられているとき、その状態を表示するための表示回路
で、本実施例によれば、表示回路１０を介して電子ビュ
ーファインダの表示画面内に表示するようになっている
。

また、焦点動作モード切換回路９は被写体が変わって焦
点検出信号が得られるようになると再び焦点検出回路８
の出力信号にもとづいて撮像素子２の位置を制御部する
自動焦点調節モードとなる。

尚、同図中１１ａ、ｆｌｂは撮像素子２の移動可能な範
囲の両端部、すなわち至近端及び無限遠端を検出し、そ
の検出結果をスイッチ回路１１を介して所定の信号に変
換して出力するためのマイクロスイッチである。

本実施例は以上のような構成となっており、次にその動
作について説明する。

撮像レンズ１を介して撮像素子２の撮像面上に結像され
た被写体像は、撮像素子２によって電気信号に変換され
た後映像信号処理回路６へと供給されてテレビジョン信
号に変換され、出力端子６ａへと出力されるとともに電
子ビューファインダ７によってモニターされる。

一方、映像信号処理回路６へと供給された映像信号は焦
点検出回路８へと供給され、ここでモータ４による撮像
素子２の移動にともなって焦点検出信号が出力される。

尚、通常は焦点動作切換回路は自動焦点調節モードにな
っており、この状態では焦点検出回路８より出力された
焦点検出信号にもとづいてモータ４が駆動され、合焦位
置へと撮像素子２が移動される。また制御信号によって
手動操作釦１２を無効とし、自動焦点調節動作中に誤っ
て手動操作釦を操作しても撮像レンズ１と撮像素子２と
の相対位置がずれないよう、安全策がとられている。

ここで、被写体自体に精細な部分がなく高周波成分の検
出しにくいものである場合のように、焦点検出回路にお
いて焦点検出の行いにくい状態では、焦点検出回路８よ
り焦点検出信号の出力レベルが低く撮像素子２を光軸上
で移動しても焦点検出信号に変化がなく合焦位置を検出
することかで−きない。本実施例ではマイクロスイッチ
１１ａ。

ｆｉｂによって撮像素子２の６勤範囲を検出し、至近端
から無限遠端まで６勅しても合焦検出できなかった場合
には、自動焦点調節動作が不可能であると判断し、焦点
調節モード切換回路９によって自動焦点調節モードから
手動焦点調節モードへと切り換えられ、焦点検出回路８
の出力をモータ制御回路５より開放し、同時に制御信号
９ａをオフに、すなわちモータ制御回路５への供給を停
止して手動操作釦１２を動作可能な状態にする。

これによってモータ制御回路５は焦点検出回路８の出力
に関係なく手動操作釦１２によって動作され、撮像素子
２を合焦位置へと手動で移動することができる。

また同時に手動焦点調節モードに切り換えられているこ
とが表示回路１０を介して電子ビューファインダ７の画
面内に映像信号とともに表示される。

第２図はこのような電子ビューファインダ内における表
示の一例を示すもので、通常自動焦点調節モードのとき
は“ＡＵＴＯ”の表示が、手動焦点調節モードの場合は
ＭＡＮＵＡＬ”の表示が現われるようにしたものである
が、これ以外の表示方法であフても良いことは言うまで
もない。これによって撮影者は現在の焦点調節モードを
容易に認識することができ、適格な操作を行うことがで
きる。

尚、焦点動作切換回路９は手動焦点調節モードの間も焦
点検出回路８より出力される焦点検出信号のレベルを検
出しており、所定レベル以上となって合焦検出が可能と
なると再び上述した自動焦点調節モードに切り換えるよ
う動作するものである。

第３図は上述の焦点調節動作の部分を示すフローチャー
トである。

焦点調節動作の開始時は、自動焦点調節モードが焦点調
節モード切換回路９によって選択されており（ｓｔｅｐ
ｌ）、その制御信号９ａによって手動操作釦１２は無効
とされ、誤操作を防止している（ｓｔｅｐ２）。続いて
合焦検出回路８から出力される焦点信号に応じて撮像素
子２を移動し、５ｔｅｐ３に進み、合焦点であったなら
ば５ｔｅｐ４に進んで自動焦点調節動作を停止する。モ
して５ｔｅｐ５において焦点信号に変化があったなら焦
点すれと判断し、５ｔｅｐｌへもどって再び自動焦点調
節動作を行う。

一方、５ｔｅｐ３において合焦点でなかった場合は、５
ｔｅｐ６に進み、撮像素子２が現在６勤している方向の
端部であるか否かをマイクロスイッチｌｌａ、１１ｂに
よって検出し、端部に到達していなければ、５ｔｅｐｌ
へもどって自動焦点調節動作を続行する。また端部に到
達した場合には５ｔｅｐ７に進んでモータ４を反転して
撮像素子２の移動方向を反転し、５ｔｅｐ８で焦点調節
動作を続行する。モして５ｔｅｐ９において合焦点であ
れば５ｔｅｐ４に進み、前述の如く焦点調節動作を停止
する。また、５ｔｅｐ９において合焦でなかった場合は
５ｔｅｐｌｏに進み、現在の（反転後の）移動方向にお
ける端部か否かが判定され、端部でなければ５ｔｅｐ８
に戻って焦点調節を続け、端部であったなら５ｔｅｐＨ
に進んで自動調節動作を停止し、５ｔｅｐ１２において
焦点調節モード切換回路９によって制御信号９ａを解除
し、手動焦点調節モードに切り換える。これによって手
動の操作釦１２により焦点調節を行うことができる。モ
して５ｔｅｐ１３に進み、手動モードの切り換えられた
ことを電子ビューファインダ７の画面内に表示する。

尚、手動焦点調節モードにおいても合焦検出回路８より
焦点信号が出力されており、５ｔｅｐ９で焦点信号に合
焦検出を行えるほどの信号レベル、あるいは変化が生じ
た場合には５ｔｅｐｌにもどって再び通常の自動焦点調
節モードとなる。

第４図は本発明の第２の実施例を示すブロック図である
。

ここで撮像レンズを含む光学系が焦点距離を可変し得る
ズームレンズ１′であった場合、撮像素子を至近端から
無限遠端まで移動するのに必要な距離すなわち実際には
被写体に合焦させるための撮像素子の移動量がレンズ光
学系の焦点距離に応じて大きく異なる性質がある。した
がって撮像レンズの焦点距離を無視して一定の速度で撮
像素子を移動して焦点調節を行えば、合焦速度がレンズ
の焦点距離によフてまマたく異なり、操作性が悪化し、
正確な合焦動作を行うことが困難となる危険がある。

ここでレンズ光学系の焦点圧ｌ１１ｆ（ｍｍ）、各焦点
距離において撮像素子が無限遠端から、撮像面から距ｌ
！ｌ１ｔＲの位置に合焦するまでに必要な移動量１ａｌ
ｔｘ（ｍｍ）とすると、これらの関係は次式のようにな
る。

また第５図はこの関係を示す特性曲線で、横軸はレンズ
光学系の焦点距離ｆ、縦軸は距離Ｒをパラメータとした
ときの撮像素子の移動量＠Ｘを示すもので、理解を容易
にするため、無限遠端（Ｒ＝■）から至近端の距離（仮
にＲ＝１ｍとする）まで移動した場合を示し、両凸線の
縦軸上の距離Ｘが撮像素子の移動量となる。

いまｆ：８ｍｍ〜４８ｍｍの６倍ズームレンズとすると
、ｆ＝８ｍｍでｘ＝０．０６５ｍｍ。

ｆ＝４８ｍｍでｘ＝２．５５ｍｍとなり、ズームレンズ
のＴｅ１ｅ端とＷｉ　ｄｅ端とでは移動量に約３９倍の
差をもつことになる。

したがって手動による焦点調節を行う場合、上述の移動
量の差を手動によって補償するのは困難であり、良好な
焦点調節を行うことができない。

本実施例はこの問題を解決するもので、ズームレンズの
焦点距離をエンコーダによって検出し、その焦点距離に
応じて撮像素子の移動速度を制御することにより、手動
操作において、レンズ系の焦点距離によって合焦速度が
変わることがなく操作性が格段に向上する。

第４図において、第１図における第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
。

第１図と異なる点は撮像レンズ１′の焦点距離を検出す
るための焦点距離検出器たとえばズームエンコーダ１３
を設け、ズームエンコーダ１２の出力をモータ制御回路
５′に供給し、この出力と合焦検出回路との出力を演算
してモータ４を駆動するように構成されている点である
。したがってモータ制御回路５′は第５図の特性曲線に
もとづいて、レンズ光学系の焦点距離が小となるにつれ
てモータ４の速度を遅くするように制御し、その結果と
してレンズ光学系の焦点距離にかかわらず常に一定の合
焦速度とすることができるわけである。

次に上述の実施例の動作について説明する。

第１の実施例と同様に通常は自動焦点調節モードに設定
され、焦点検出回路８により出力される焦点検出信号に
もとづいてモータ制御回路５を動作し、撮像素子２を自
動的に合焦位置へと穆勤する如く制御される状態となっ
ている。

ここで焦点検出信号が十分得られず、焦点調節動作切換
回路９によって手動調節モードに切り換えられた場合は
、上述と同様に手動操作釦１２の操作によってモータ制
御回路５′へと供給された指令にもとづいてモータ４が
駆動され、撮像素子２が移動されるが、ここで千−夕制
御回路はエンコーダ１１によって検出された撮像レンズ
の焦点距離を参照し、前述の（１）式にもとづいて演算
を行い、撮像素子２の移動量Ｘを決定する。したがって
撮像素子２が被写体距離至近から無限遠までをＢ勤する
移動時間が、レンズの焦点距離にかかわらずＴｅ１ｅ端
からＷ　ｉ　ｄ　ｅ端までのどこであっても常に一定と
なるように制御することができる。

このように撮像レンズの焦点距離に応じて撮像素子の移
動速度を変化させて焦点の変位を一定の速度で行うこと
ができるため、手動による焦点調節感覚が常に一定とな
り、焦点調節が正確且つ容易となる。

尚、上述の各実施例においては、いずれも撮像レンズを
固定し、撮像素子側を移動することによって焦点調節を
行う装置について説明したが、撮像レンズ系の方を移動
する装置であっても適用可能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明の自動焦点検出装置によれば、
自動焦点調節動作中に、被写体の状態。

環境によって合焦位置の検出が不能となったとき、ただ
ちに手動の焦点調節モードに切り換えるようにしたので
、合焦検出ができないまま撮像レンズまたは撮像素子が
往復動作を続けたり、合焦点でない位置に停止してしま
うような不都合を解消することができる。

また自動焦点調節モードには手動の焦点調節動作を無効
としたので、自動焦点調節動作中に誤つて手動の操作部
材を操作してもこれによって誤動作することがなく、動
作が確実である。

また自動焦点調節モードから手動焦点調節モードへと切
り換えられたことを表示するようにしたので、操作者は
常に装置の動作状態を正確に把握することができ、誤操
作を未然に防止す企ことができる。

また手動の焦点調節を行う際、光学系の焦点距離に応じ
て変化する光学系の移動距離を焦点駆動系の速度を可変
して補償したので、合焦速度のばらつきを解消すること
ができ操作性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における焦点調節装置の第１の実施例を
示すブロック図、第２図は電子ビューファインダのモニ
タ画面におけるモード表示の一例を示す図、第３図は本
実施例における焦点調節動作を説明するためのフローチ
ャート、第４図は本発明の第２の実施例を示すブロック
図、第５図は焦点距離と光学系の移動距離との関係を示
す特性図である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）撮像レンズにより撮像面に結像された被写体像を
   電気信号に変換する撮像手段と、該撮像手段から出力さ
   れる映像信号から被写体に対する合焦状態を検出する合
   焦検出手段と、該合焦検出手段の検出結果にもとづいて
   前記撮像レンズと撮像面との相対距離を変位する焦点調
   節手段と、前記合焦検出手段によって合焦位置を検出で
   きないとき前記焦点調節手段を手動で動作可能とする切
   換手段とを備えたことを特徴とする焦点調節装置。
2. （２）特許請求の範囲第（１）項において、前記合焦検
   出手段の検出結果にもとづいて前記焦点調節手段を駆動
   しているとき、前記手動による前記焦点調節手段の動作
   を禁止する手段を備えたことを特徴とする焦点調節装置
   。
3. （３）特許請求の範囲第（１）項または第（２）項にお
   いて、前記焦点調節手段が前記切換手段によって手動に
   切り換えられたとき、これを表示するモード表示手段を
   備えたことを特徴とする焦点調節装置。
4. （４）特許請求の範囲第（３）項において、前記撮像レ
   ンズの焦点距離を検出する焦点距離検出手段を備え、該
   焦点距離検出手段の出力に応じて前記焦点調節手段の動
   作速度を制御するように構成したことを特徴とする焦点
   調節装置。
5. （５）撮像レンズによって撮像面に結像された被写体像
   を電気信号に変換する撮像手段と、被写体に対する合焦
   度を検出する合焦検出手段と、該合焦検出手段の検出結
   果にもとづいて前記撮像レンズと前記撮像手段との相対
   位置を設定する第１の焦点調節手段と、前記合焦検出手
   段と関係なく前記撮像レンズと前記撮像手段との相対位
   置を設定する第２の焦点調節手段と、前記第１の焦点調
   節手段が動作しているとき前記第２の焦点調節手段の動
   作を無効とする制御手段とを備えたことを特徴とする焦
   点調節装置。
6. （６）特許請求の範囲第（５）項において、前記第１の
   焦点調節手段と前記第２の焦点調節手段を前記合焦検出
   手段の出力にもとづいて切り換える切換手段を備えたこ
   とを特徴とする焦点調節装置。