JPH0265475A - 自動焦点調節装置 - 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〕 である。

〔従来の技術〕

近年、ビデオカメラシステム等を始めとする映像機器に
おける発展、普及にともない、ビデオカメラシステムに
おいては自動焦点調節装置が標準装備されるに至ってい
る。

この自動焦点調節装置については、古くから種々の方法
が提案されているが、近年、その一方式としてレンズの
一部または撮像素子を光軸に平行に一定の周期で振動さ
せ、これによって得られた画像信号の変化量を用いて自
動的に焦点を調節する方法（以下変調法と称す）に関す
る提案が数多くなされている。この変調法によれば、合
焦点の前後で前記画像信号の変化を表わす信号の位相が
反転することから、前ビン、後ビンの判別を常時行える
等の利点があり、広〈実施されつつある。

一方、最近、ビデオカメラの分野においても、その撮影
機能の多様化をはかるため、交換レンズ化が提案されて
いる。そしてこのようなレンズ交換の可能なビデオカメ
ラシステムによれば、それぞれ特有の自動焦点調節方式
に対応したレンズとカメラユニットの組み合せが考えら
れる。その１つの組合せとして、上述の変調法の自動焦
点調節装置を適用した場合を考えると、カメラユニット
側に撮像素子を光軸方向に振動させる機能を備えるカメ
ラユニットに、レンズの一部を振動させる機能を備えた
レンズユニットが組み合わされる場合がある。

一般に変調法では、画像信号の変化量を読み取る周期と
振動の周期の間に一定の関係が必要である事が知られて
いる。又振動子としてバイモルフやボイスコイルを使っ
た場合、振動停止状態では、そのヒステリシス効果によ
ってその位置が定まらず撮像面（レンズが振動する場合
はピント面）の位置が変化してしまうので、自動焦点調
節に用いない場合でも決められた位置を中心として常に
振動子を光軸の方向に振動させ、見かけ上、撮像面また
はピント面が振動の中心にある様にしておくことが必要
である。

〔発明の解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述のレンズ交換の可能なビデオカメラ
システムにおいて、レンズユニットとカメラユニットと
の任意の組み合せによってレンズの一部と撮像素子の双
方に振動部を備えたビデオカメラシステムが構成された
場合、基本的には一方の振動子のみが自動焦点調節用に
用いられ、もう一方は自動焦点調節系から切り離される
。そしてこの切り離された振動子は特に制御を受けない
ので、見かけ上の合焦面を固定出来ないという問題点が
生じる。

また自動焦点調節系から切り離された振動子を常に光軸
と平行に振動させ、見かけ上のピント面を固定しても、
この振動の位相が自動焦点調節を行っている方の振動子
の振動位相と適切に同調しないため、正確な合焦、非合
焦判定の情報を映像信号中より得ることができないとい
う問題があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上述の問題点を除去することを目的としてなさ
れたもので、その特徴とするところは、焦点状態を周期
的に変位する焦点変調手段を複数個備えたカメラシステ
ムにおいて、前記複数の焦点変調手段の駆動周期を所定
°の関係に制御する制御手段を備えた自動焦点調節装置
にあり、これによって交換レンズ化にともない、レンズ
側とカメラ側の両方に焦点変調手段の存在するシステム
となった場合等においても、双方の干渉によって合焦検
出精度を劣化させることなく、それぞれの自動焦点調節
装置を制御して正確に自動焦点調節を行うことを可能と
したものである。

〔実施例〕

以下図面を参照にして、本発明の自動焦点調節装置をそ
の一実施例について詳述する。

第１図は本発明における自動焦点調節装置をレンズユニ
ットをカメラユニットに対して着脱自在なビデオカメラ
システムに適用した場合を示すブロック図を示すもので
ある。

同図において、１はレンズ群、絞り、それらを駆動する
素子及び制御回路等を備えたレンズユニット、１２はレ
ンズユニット１を着脱可能で、且つ自動焦点制御を行う
ための判断と、後述の撮像素子の駆動の制御を行う素子
等を含むカメラユニット、２０はその境界となるマウン
ト部である。

レンズユニット１について見ると、２は自動焦点調節を
行うフォーカシングレンズ、３，４は倍率を可変するズ
ーミングレンズ、５は絞り、６は撮像面に像を結像させ
且つ後述の振動子によって光軸方向に振動されるリレー
レンズ、７，８．９はそれぞれフォーカシングレンズ、
ズーミングレンズ、絞りを駆動するためのモータ等を含
む駆動部、１０はリレーレンズ６を光軸方向に振動させ
る焦点変調手段としての振動子（ピエゾ素子等）を含む
駆動部、１１はカメラユニット１２とデータの通信を行
い、その通信データにもとづいて各レンズと絞りを初め
とするレンズ側の機構及び回路を駆動制御する制御回路
としてのマイクロコンピュータである。

またカメラユニット１２側について見ると、１３はレン
ズユニット１内のレンズ群によってその撮像面上に形成
された被写体像を電気信号に変換して出力する撮像素子
（たとえばＣＣＤ）、１４は撮像素子１３より出力され
た映像信号を所定のレベルに増幅するプリアンプ、１５
はプリアンプより出力された映像信号に同期信号の付加
、ブランキング処理、ガンマ補正等の処理を行い標準テ
レビジョン信号に変換して出力端子Ｖｏｕｔに出力する
映像信号処理回路、１６はプリアンプ１５より出力され
た映像信号より合焦度に関する信号を検出して出力する
ための合焦検出用映像信号処理回路（以下ＡＦ信号処理
回路と称す）で、その内部の構成については後述する。

１７はＡＦ信号処理回路１６からの情報にもとづいて合
焦、非合焦の判断を行い、撮像素子１３の撮像面に結像
された被写体像が合焦状態となるよう、フォーカシング
レンズ２を駆動するための制御情報をレンズユニット１
側のマイクロコンピュータ１１へと送信するカメラ側マ
イクロコンピュータである。また１８はレンズ側マイク
ロコンピュータ１１とカメラ側マイクロコンピュータ１
７との間のデータ通信を行うための伝送用バス、１９は
カメラ側マイクロコンピュータ１７より供給される基準
周波数ｆ、の周期で撮像素子１３を光軸方向に振動する
ための振動子を含む駆動部である。

第２図はカメラユニット１２内のＡＦ信号処理回路１６
の内部の構成を示すものである。プリアンプ１４より出
力されてＡＦ信号処理回路１６内へと供給された映像信
号は、バンドパルスフィルタ１６１によって合焦度に関
連する所定の高周波成分が抽出される。

一方、撮像素子１３が駆動部１９によって基準周波数ｆ
、で微小振動されているので、前記の高周波成分は基準
周波数成分子、によって振幅変調を受け、基準信号周波
数ｆ、の成分を含んでいる。バンドパスフィルタ１６１
を通過した信号は、カメラ側マイクロコンピュータ１７
より供給されるゲートパルスによって開閉制御されるゲ
ート回路１６２によって図示しない撮像面上に設定され
た測距領域に相当する範囲の信号のみが取り出され、次
段の基準周波数検出回路１６３によって基準信号ｆ、の
周波数成分が検出され、続いて同期検波回路１６４によ
ってカメラ側マイクロコンピュータ１７より駆動部１９
へと供給される基準信号周波数ｆ、と比較されて同期検
波され、その位相及び振幅レベルとが検出される。

マイクロコンピュータ１７は、同期検波回路１６４より
出力された位相及び振幅レベルの情報にもとづいて、合
焦、非合焦の判定及び前ビン、後ピンの判定を行い、撮
像素子１３より出力された映像信号中の高周波成分の量
が最大となるようにフォーカシングレンズ２を駆動する
ように、レンズ側マイクロコンピュータ１１へと焦点情
報（ＡＦ情報）を送信する。

これによって自動的にフォーカシングレンズ２を合焦点
へと移動させることができる。

上述の第１図に示す実施例では、変調を行うための振動
子がレンズ側のリレーレンズ６とカメラ側の撮像素子１
３の２カ所に配されている。本実施例では、駆動部１９
の振動子による撮像素子１３の振動を自動焦点調節に用
い、レンズ側における駆動部１０の振動子によるリレー
レンズ６の振動は自動焦点調節に直接関与していない場
合について説明する。

第５図は本実施例における自動焦点調節装置に用いられ
ている変調法の基本的な動作を説明するためのタイミン
グイチャートである。

同図（ａ）の２０１は見かけの撮像面、すなわちある位
置における撮像素子の振動の中心であり、横軸は時間の
経過を表わし、縦軸は撮像面の位置を表わす。２０２は
撮像素子１３の振動にもとづき、時間と共に変化する撮
像面の位置変化を表わしている。２０３，２０４，２０
５はそれぞれ後ビン時、合焦時、前ビン時における映像
信号中の高域周波数成分の変化を示し、２０６は画面中
央における不図示の測距領域内の映像信号（高周波成分
の１）を取り込むべくゲート回路１６２を開閉制御する
ゲートパルスで、高レベルの時に映像信号を取り込むよ
うになっている。２０７は垂直同期信号（Ｖ−ｓｙｎｃ
）の位置を示すものである。

ところで第６図はフォーカシングレンズ２の位置に対す
る映像信号の高周波成分の増域の様子を示したものであ
る。周知の如く映像信号の高周波成分の量は同図から明
らかなように合焦点に近い程多く、合焦点からのずれす
なわちボケ量が太き（なるにしたがって減少する。した
がって第５図（ｂ）に示すように、撮像面が合焦状態と
なる位置の後方側に位置している後ピン状態であるとす
ると、撮像面が後ピン側に移動するにしたがって高周波
成分が減少し、撮像面が前ピン側へと移動した時は合焦
位置により近づくので高周波成分の量が増加する特性を
呈する。

またレンズ群は被写体に対して上述の中心位置２０１で
合焦する位置にある時には、第５図（Ｃ）の２０４に示
すように撮像素子１３の撮像面が上述の中心位置２０１
に位置している時、高周波成分の量が最大となり、前ピ
ン側と後ピン側のいずれの方向に撮像面が移動した時も
高周波成分は減少する。

また第５図（ｄ）は撮像面が合焦状態となる位置の前方
に位置している前ピン状態を示すもので、２０５に示す
ように、後ピン時の特性２０３と逆の関係となり、撮像
面が後ピン側に移動したとき高周波成分が増加し、前ピ
ン側に移動したとき高周波成分が減少する。

以上のように、変調法では、第５図（ｅ）の２０６に示
される測距領域用ゲートパルスのサンプリングのタイミ
ングが撮像面の変化２０２に正確に同期していないと、
映像信号中の取り込み位置がずれてしまい、合焦、非合
焦の判定を行うことができない。また合焦、非合焦判定
を行い易くするため、サンプリングすなわちゲート回路
１６２の後段にピークホールド回路を設ける場合、撮像
面の前ピン、中心及び後ビン位置すなわち特性２０２の
頂点及び節の部分におけるサンプリング回数と時間は各
々等しくなければならない。

すなわち、このような映像信号中より合焦度に応じた信
号を抽出することによって自動焦点調節を行う装置にお
いては、垂直同期の周期で合焦度を検出し、前回の値と
比較してその変化にもとづいて焦点調節を行うようにな
っている。したがって合焦度の変化を効率よく検出する
ためには、撮像素子１３の移動と関連して考えると、最
も前ピン側に移動したとき、最も後ピン側に移動したと
きそれぞれのタイミングで合焦度を検出して比較するの
が正確な合焦検出に最も有効であることがわかる。この
ような理由から、測距領域用ゲートパルスによって合焦
度に関する情報をもとめるために映像信号を抽出するタ
イミング及びそのサンプリング時間、さらにサンプリン
グ回数がそれぞれ等しく、特に第３図（ａ）の撮像素子
の位置変化の特性２０２において頂点及び節の部分にお
いてサンプリングを行うことが必須となるわけである。

ここで、自動焦点調節に用いられていないレンズ側のリ
レーレンズ１０６についても、前述のヒステリシス特性
等による位置ずれを防止するため、振動させておかなけ
ればならないが、その振動の周期、位相を任意にとって
しまうと、カメラ側とは別個に時像信号すなわち高周波
成分に変化を生じ、第５図に示す各特性の関係が崩れ、
正確な自動焦点調節を行うことができない。

そこでカメラ側マイクロコンピュータ１７より基準信号
ｆ、を駆動部１９へと供給し、撮像素子１３をその周波
数ｆ、で振動するとともに、その基準信号に同期した制
御信号ｍ　ｆ　ｒをデータバス１８を介してレンズ側マ
イクロコンピュータエ１へと供給し、該基準信号に同期
して駆動部１０を制御し、リレーレンズ１０６の振動を
、基準信号ｆ、すなわち撮像素子１３の振動に同期して
行うようになっている。

第３図はレンズ側リレーレンズ６とカメラ側撮像素子１
３の振動のタイミングの一例を示すものである。同図に
おいて第５図と同一の意味を持つタイミング波形には同
一の符号を用いる。

第３図（ａ）は第５図（ａ）に示す撮像素子１３の撮像
面の位置変化を示す特性２０２、同図（ｃ）は第５図（
ｅ）のゲートパルス２０６と同一のものである。第３図
（ｂ）の３０１はリレーレンズ６の位置変化の中心を示
し、３０２はリレーレンズ６の時間的位置変化を示すも
のである。

変調法では、各垂直同期期間内において得られた画像情
報の比較を垂直同期の周期で行っているので、第５図（
ｂ）に示すように、リレーレンズ６の振動周期を撮像素
子１３の１／２（ｍ＝外）にとれば、第５図（Ｃ）のゲ
ートパルス２０６によって映像信号をサンプリングする
際、リレーレンズ６は常に同一位置すなわち変化の中心
位置３０１上にあり、リレーレンズ６の変化による映像
信号の変化は撮像素子１３の位置変化にもとづく合焦検
出には全く影響を及ぼさない。

前述したように変調法では、特に撮像素子１３が最も前
ピン側に振れた時と最も後ピン側に振れた時の高周波成
分の比較がきわめて重要である。

本願によれば前ピン側、後ピン側いずれのサンプリング
タイミング（ゲートパルスの高レベルの期間）において
、リレーレンズ６の振動の位相が全く等しいので、高周
波成分の比較を行う際、リレーレンズ６の移動方向が問
題となる事はない。

このように、自動焦点調節に使用していないリレーレン
ズ６の振動の位相を管理する事により、光路変調を行う
ための振動子がレンズ側、カメラ側で重複しているカメ
ラシステムにおいても、変調法によって支障なく自動焦
点調節を行うことができる。

尚、本実施例では、リレーレンズ６の振動周期を撮像素
子１３の振動周期の汗として説明したが、ようするにサ
ンプリングを行う際（ゲートパルスの期間）にリレーレ
ンズ６の位置が常に同一位置となればよ（、その振動周
期を撮像素子１３の振動周期の偶数分の１にとれば全く
同様の効果を得ることができる。またリレーレンズ６の
振動周期が撮像素″子１３の％の場合、リレーレンズ６
の実際の位置が振動の中心に位置するタイミングでサン
プリング（測距ゲート用ゲートパルス）を行っているが
、リレーレンズ６の振動周波数が十分高（なれば、サン
プリング中における変位を無視することができる。

尚、上述の実施例においては、レンズ側マイクロコンピ
ュータ１１へ、リレーレンズの振動周波数の情報ｍｆ、
をカメラ側マイクロコンピュータ１７にて基準信号周波
数ｆ、から演算しでから送信しているが、基準信号周波
数ｆ、の情報をレンズ側へと送信し、レンズ側マイクロ
コンピュータ１１によってｍ　ｆ　ｔを演算してリレー
レンズ駆動部１０へと供給することもできる。

第６図は本発明の第２の実施例で、第１の実施例と同一
の意味を有するチャートには同一の記号を付しである。

又、カメラシステムの構成は第１図に示されたものと同
一でよい。第６図で５０１は撮像素子に光学情報を蓄積
する時間を短くした撮影方法（以下高速シャッターモー
ドと称する）を行う場合において、蓄積を行うサンプリ
ングタイミングを表わす。５０１は測距領域に相当する
映像信号を取り込むためのゲートパルス２０６と同様に
高レベルの時にのみサンプリングを行う事とする。

通常、高速シャッターモードの場合、光学情報の蓄積は
１垂直向期期間に１回、定めたれた時間内に行われる。

本実施例では各垂直同期期間の終る直前に蓄積を行うも
のとする。すなわちシャッターを用いた場合、シャッタ
ーによる蓄積時間において蓄積された映像信号を読み出
してゲートをかけ、合焦度に応じた情報を垂直同期信号
の周期で比較して自動焦点調節動作を行う。したがって
効率よく合焦度に応じた情報の変化を検出するためには
、撮像素子１３が前ピン側、後ピン側に最大に振れたと
き、すなわち同図（ａ）の特性２０２の頂点においてシ
ャッターを動作させる必要がある。

このため同図（Ｃ）に示すように、同図（ａ）の特性２
０２の頂点の部分すなわち垂直同期期間の終る直前にシ
ャッターを動作させ蓄積を行っている。

一方、高速シャッターを用いない撮影の場合、光学情報
の蓄積時間は、はぼ１垂直向期期間に等しいので、リレ
ーレンズ６の振動による不要な焦点変化は積分されて目
立ちに（い。

しかしながら高速シャッターモードでは、その蓄積時間
が本来短いので、蓄積中の焦点変化量は時間的に見て小
さいが、映像情報が積分されないので、リレーレンズ６
の振動による焦点変化が直接映像信号に現れるという問
題が生じる。

すなわち第４図に示されているような各位相関係を用い
た場合、自動焦点調節の効′率を考えてシャッターを撮
像素子１３の前ピン側、後ピン側に最大に振れたときす
なわち撮像素子１３の変位を表わす特性２０２の頂点の
部分で動作させ、蓄積を行うことになるが、特性２０２
の頂点となるタイミングは、リレーレンズ６がその移動
範囲の中心位置３０１を横切る時すなわちリレーレンズ
６の変位速度が最大となるタイミングとなる。これは高
速シャッターでっても蓄積期間内における変動が大きく
なり、精度が低下し、不利である。

そこで、第６図に示されるごと（シャッターの動作する
垂直帰還の部分では最も変位が小さくなる（すなわち前
ピン側あるいは後ピン側の頂点近傍となる）様に位相を
制御すると、高速シャッターモードであっても、リレー
レンズ６の振動の影響を受けにくくする事が出来る。第
６図で、撮像素子の変位２０２の位相が第４図と異なっ
ているが、これは蓄積のタイミングが特性５０１の様に
なっているので、それに合わせて前ピン及び後ビンの映
像情報を得る必要があるためである。

又、高周波成分のサンプリング（ゲートパルス２０６）
は高速シャッターモードで撮影された１フイ一ルド分の
画面を対象として行われるので、第４図とタイミングが
等しくなる。

尚、これらの実施例では撮像素子１３の振動が自動焦点
調節に用いられる場合の説明をしたが、以上述べた振動
の位相関係が保たれていれば撮像素子に限らずどの素子
を振動させても本発明を適用する事が出来る。

すなわち自動焦点調節動作をリレーレンズ６の振動によ
って行い、撮像素子側を上述の各実施例で説明したタイ
ミング、位相関係を確立した状態で同期駆動をするよう
にしても、本発明の実施を河谷妨げるものではない。

によれば、ビデオカメラ等、映像機器の発展の一環であ
る交換レンズシステム化にともない、たとえばレンズ側
とカメラ側それぞれにおいて光路長を周期的に変位させ
る光路変調素子を重複して備えたカメラシステムとなっ
た場合においても、自動焦点調節に使用する素子と使用
しない素子とを同期させて駆動することにより、互いに
干渉することによる誤動作、合焦検出精度の低下等を確
実に防止し得、また、使用しない素子を停止させること
によるヒステリシス誤差等を生じることもなく、正確に
自動焦点調節を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自動焦点調節装置を適用したカメラシ
ステムの一実施例を示すブロック図、第２図は第１図の
カメラシステムにおいて合焦検出系の構成を示す要部の
ブロック図 第３図は本発明の自動焦点調節装置をカメラシステムに
適用した状態における動作を説明するためのタイミング
チャート、 第４図は本発明の自動焦点調節装置の他の実施例を゛説
明するためのタイミングチャート、第５図は本発明の自
動焦点調節装置で用いられる変調法の動作を説明するた
めのタイミングチャート、 第６図はフォーカシングレンズの位置と合焦度を表わす
映像信号中の高周波成分の量の関係を示す特性図である
。 特許出願人　　キャノン株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）焦点状態を周期的に変位する焦点変調手段を複数
   個備えたカメラシステムにおいて、 前記複数の焦点変調手段の駆動周期を所定の関係に制御
   する制御手段を備えたことを特徴とする自動焦点調節装
   置。
2. （２）特許請求の範囲第（１）項において、前記制御手
   段は前記複数の焦点変調手段を所定の関係で同期させて
   駆動することを特徴とする自動焦点調節装置。
3. （３）特許請求の範囲第（１）または（２）項において
   、前記カメラシステムはレンズユニットとカメラユニッ
   トとが着脱可能であり、前記複数の焦点変調手段は、そ
   れぞれレンズユニット、カメラユニットに配されている
   ことを特徴とする自動焦点調節装置。