JPH03158812A - 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） 本発明はビデオカメラまたはカメラの自動焦点調節装置
に関する。

（従来技術） 最近のビデオカメラやカメラにおいては、被写体距離に
応じて撮影レンズが自動的に合焦位置まで移動するオー
トフォーカス（ＡＦ＝自動焦点調節）が広く採用されて
いる。オートフォーカスには色々な方式があり、その１
つとして、撮影レンズもしくは撮影レンズに連動した専
用の外付レンズを透過した被写体光束をイメージセンサ
で受光し、そのイメージセンサの出力信号に基づいて撮
影レンズのピントずれ量（デフォーカス量）を演算する
位相差方式が知られている。

位相差方式は撮影レンズの異なる領域を通過した被写体
からの２光束をそれぞれ異なる受光素子で受光するもの
て、焦点が合っているときは一方の光線を受けた受光素
子の出力と他方の光線を受けた受光素子の出力とは一致
するが、焦点が外れたときにはそれぞれの受光素子の出
力に位相のずれが生ずる。この位相のずれ量を検出し、
このずれ量に基づいて所定の演算式を用いて撮影レンズ
のデフォーカス帰を求めることができる。また上記２光
束は焦点の前後で入れ代るので、この性質を利用してデ
フォーカスの方向（前ピンまたは後ピン）も検出するこ
とがてきる。

この位相差方式にもいくつかの方式が知られており、そ
の１つとして第５図に米国ハネウェル社か開発したＴ　
ＣＬ　（Ｔｈｒｏｕｇｈ　Ｃａｖｉｅｒａ　Ｌｅｎｓ）
方式を示す０図において、ｌは撮影レンズ、２は赤外カ
ットフィルタ、３は補正レンズ、４は遮光板。

５はマイクロレンズアレイ、６はマイクロレンズアレイ
５の背後に配置されたＣ　ＣＤ　（ＣｈａｒｇｅＣｏｕ
ｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）である、撮影レンズｌの射出
瞳とＣＣＤ６の受光面とは共役の関係になっており、射
出瞳の上半分をＣＣＤ６のＡ列受光素子か、下半分をＢ
列の受光素子がみる構成になっている１合焦時にはＣＣ
Ｄ６のＡ列受光素子からの出力信号とＢ列受光素子から
の出力信号とは一致するが、焦点が合っていないときは
第６図に示すように２つの出力信号にずれか生じる。こ
のずれ量Ｓはマイクロコンピュータ（マイコン）を用い
て以下に示すＨＦ論理と呼ばれる演算によって求められ
る（特開昭５７−４５５１０号参照）。

ここでａ　、、ｂ　、はそれぞれＣＣＤ６のｉ番目のＡ
列受光素子３よびＢ列受光素子の出力のＡ／Ｄ変換イめ
、ｎはラインセンサの素子数、ｊは素子ずれ量である。

（１）式の２ｆｆｆｈ値ｖＪ？：ｊの値をふって演算し
て第７図のようにプロットし、Ｖｋ＞０．Ｖｈ−Ｉ＜Ｏ
であってＶ、とｖｋ、ｌの差Ｄ８か最大となるｋを求め
、ＶｋとＶ　ｋ６１の間を次式で内挿するとずれ量Ｓが
求まる。

Ｖｋ Ｓ　＝　　　　　　　　　　　　＋　ｋ　　　　　　　
−・・　（２）（Ｖ−−ｖ「１） このときの差Ｖ　ｈ　−Ｖ　ｈや、は検出像のコントラ
ストに相関があり、ＡＦ処理の際にコントラスト判別に
も利用される。

以上のように求められたずれ量Ｓを撮影レンズの結像位
置とビデオカメラの撮像素子面とのずれ量（デフォーカ
ス量）に変換し、このデフォーカス量が所定の合焦範囲
り内にあるかどうか判定する０合焦範囲りから外れてい
れば、検出されたデフォーカス量が合焦範囲内になるま
で、フォーカスモータによって撮影レンズを移動させる
。

さて位相差方式においては、イメージセンサの出力値を
量子化し、量子化されたデータに基づいてデフォーカス
量を演算する。その量子化の方法として、センサの出力
電圧をＡ／Ｄ変換器で変換する方法と、センサの出力電
圧が所定の値になるまでの蓄積時間をＡ／Ｄ変換する方
法がある。いずれの場合も変換特性の違うリニア型とＥ
Ｖ型に分けられる。

第８図は蓄積時間をＡ／Ｄ変換する方法を例にとってリ
ニア型およびＥＶ型の変換特性を説明するグラフであり
、縦軸はｌＯ進法で示すＡ／Ｄ変換値、横軸は受光素子
が所定電圧に達するまでの時間Ｔｆｉの逆数（１／Ｔ、
）である、Ｔｎと光強度は反比例するので、横軸は光強
度を表わすことになる。また素子のなかで最初に所定の
電圧値まで電荷が蓄植された素子（基ＷＩ！素子）の蓄
積時間をＴ。、とし、１６Ｔｏ＊を２５６分割して８ビ
ツトの２進符号で表わしている。

Ａで示すリニア型は光強度に対してＡ／Ｄ変換値がリニ
アに変化するように量子化する。すなわちＡ／Ｄ変換値
をｎ（ｎ＝ｏ　〜２５５）とすると。

Ｔｎ＝Ｔｏ＊Ｘ　１６ｘ２５６　／（１６Ｘ２５Ｇ　−
１５ｎ）である。

またＢで示−（ＥＶ型は光強度に対して指数関数的に変
化するように量子化する。すなわちＴｒｌ＝Ｔｏ、Ｘ２
１１／６４ である。

図から明らかなように、リニア型では光強度に対して一
様にＡ／ＤＩ換しているが、ＥＶ型では光強度が相対的
に強い部分つまり蓄積時間が基準素子のそれに近い部分
（第８図にＢｉで示す）では１７Ｔ０を圧縮してＡ／Ｄ
変換し、光強度が相対的に弱い部分つまり蓄積時間が基
準素子のそれより長い部分（第８図にＢ２て示す）では
１／Ｔ、をより広いレンジでＡ／Ｄ変換している。そし
て従来の装置においては、システム設計者か上記リニア
型とＥＶ型のうちいずれか一方を選択して採用していた
。

しかし、いずれのタイプもそれぞれ次のような問題を有
している。

まずリニア型を用いた場合、基準素子に比較して明るい
（たとえば光強度が１／（２７Ｏ＊）より大きい）被写
体の場合て、システムが理想的に組まれていないときは
、比較的小さな信号がデフォーカス情報に影響を与える
場合かある。

第９図はその様子を説明したものて、センサを構成する
受光素子を横軸に並べ、縦軸には各素子の出力を第８図
のようにして変換したＡ／Ｄ値で示しである。各々のセ
ンサからの２つの信号は同じ座標軸上に重ねて示しであ
る０反射率が線形的に変わる被写体を例にとると、セン
サか理想的なものてあれば、２つのセンサ出力は第９図
（イ）のようにピタッと重なる。しかし実際のセンサ出
力は、センサ自体のバラツキやノイズ、レンズの周辺光
量性能侶、調整などの影響を受け１本来ピントが合って
いても、第９図（ロ）のように、両センサ出力か一致せ
ず、そのためピントずれが生じていると判断されてしま
い、デフォーカス演算において誤った偵を出してしまう
。

さらに基準素子に比べて暗い（たとえば光強度か１／（
８Ｔ、、）より小さい）被写体ときは、明るい所から暗
い所に写るパターンはピント情報として寄与するか、暗
い部分の信号は圧縮されてピント情報として寄与しなく
なる。

一方、ＥＶ型のＡ／Ｄ変換方式を用いた場合、基準素子
に比較して明るい（たとえば光強度が１／（２ＴＯＲ）
より大きい）ときは、パターンかつぶれてしまい、ロー
コントラスト状態に落ち入り易い。

（発明の目的および構成） 本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、位相差
方式の自動焦点調節装置の精度を高めることを目的とし
、その目的を達成するため、イメージセンサからの出力
信号を量子化する量子化手段か、線形および非線形の選
択可能な２つの量子化方法を有し、被写体のコントラス
トまたは各イメージセンサの出力信号レベルに応じてい
ずれかの量子化方法を選択するように構成した。

（実施例） 以下本発明を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明による自動焦点調節装置の一実施例の構
成を示すブロック線図であり、１１は撮像光学系のフォ
ーカス調整レンズ、１２は撮像光学系のズーム部、１３
はリレーレンズ部、１４はＣＣＤなどの撮像素子である
。

１５は焦点検出用のスレーブレンズ系１６をフォーカス
調整レンズ１１と連動させるための連動機構部、１７は
第３図に示すような焦点検出用の２系統のＣＣＤライン
センサ、１８はラインセンサ１７の信号出力なＡ／Ｄ変
換するＡ／Ｄ変換器、１９はＡ／Ｄ変換器１９からの情
報に基づいて前述した（１）式によってデフォーカス演
算するマイクロコンピュータなどで構成された信号処理
回路である。

また２０はフォーカス調整レンズ１１を駆動するフォー
カスモータ、２１はそのモータ２０を制御するモータ駆
動回路である。モータ２０は信号処理回路１９において
求められたデフォーカス量に応じて駆動される。

次に実施例のＡＦ動作について第２図のフローチャート
を用いて説明する。

まず電源立上げ時にはＥＶ変換を選択する（Ｆ−１）、
これは第９図（ロ）に示すようなセンサ自体のバラツキ
やノイズ、レンズの周辺光量性能などによる影響はこの
ＥＶ変換を選択することによって小さくすることがてき
るからである。したがって本実施例では基本的にＥＶ変
換でＡ／Ｄ変換するようにし、後述する条件下ではリニ
ア変換を選択するようにしている。なおＡ／Ｄ変換方式
の選択にはたとえば専用のフラグなどを用い。

Ａ／Ｄ変換はそのフラグの設定に応じていずれかの変換
方式で行なう。

次にセンサの電荷蓄積が開始され（Ｆ−２）、センサの
出カイ１をＥＶ型てＡ／Ｄ変換しくＦ−３）、各素子の
Ａ／Ｄ値は信号処理回路内のメモリに格納される（Ｆ−
４）、次いで素子か所定数飽和しているかどうか、すな
わちＡ／Ｄ変換変換イモの最大イ１である２５５（最も
暗い（１）に所定致達したかを判断しくＦ−５）、そう
てなければ、そのままデフォーカスｙＩ算を上記（１）
、（２）式を用いて行ない（Ｆ−６）、そうであれば次
回のＡ／Ｄ変換方式としてＥＶ変換を選択する（Ｆ−７
）。

これは＋ｉ７ｊ述したようにＥＶ変換においては相対的
に暗い部分はより広いレンジてＡ／Ｄ変換していること
を利用したものである。すなわち、第３図（イ）に示す
ように、リニア変換ては暗い部分Ｃのパターンかつぶれ
ていても、ＥＶ変換を使えば同図（ロ）のＤのようにパ
ターンがはっきり出るようになる。

次に今回のデフォーカス演算の結果か合焦かどうか、つ
まりデフォーカス量が所定の合焦範囲内に入っているか
どうかをみて（Ｆ−８）、合焦てあればフォーカスモー
タ２０を停止する（Ｆ−９）０合焦でなければデフォー
カス量に応じて合焦位ｔまてモータ２０を駆動する（Ｆ
−１０）。

次に前記（２）式のり、の偵からコントラストを判断し
くＦ−１１）、ローコントラスト・レベル以下であれば
モータ２０を停止する（Ｆ−１２）、さらにＤｃの値か
所定値以下かどうかを判断して（Ｆ−１３）、そうであ
ればリニア変換を選択しくＦ−１４）、そうでなければ
そのままステップ（Ｆ−２）へ戻って同様の動作をくり
返す。

ステラ７”（Ｆ−１４）についてさらに説明すると、ロ
ーコントラストのときは光の強弱に関わらず、はとんど
の素子の蓄積時間が基準素子の蓄積時間に近くなる。し
たがって光強度としては第８図のＢ１部分に対応するレ
ベルであり、第８図から明らかなように、この領域では
リニア変換を用いると同じ程度の光強度でもＥＶ変換よ
り広いレンジでＡ／Ｄ変換される。すなわち、ＥＶ変換
によると相対的に明るい部分のパターンが、第４図（イ
）のＥのようにつぶれていても、リニア変換にすれば同
図（ロ）のＦのようにパターンかはっきり出るようにな
る。

上記実施例ではステップ（Ｆ−５）において飽和してい
る素子数を基準にしてＥＶ変換にするかどうかを決めた
が、それに限らず、コントラストを基準にしてコントラ
ストが所定値以上あればＥＶ変換を用いるようにしても
よい。

また実施例ではＴＣＬ方式を例にとったが、本発明はそ
れに限らず、他の位相差方式による装置にも適用できる
。たとえば、撮像面にできる像と同じ像の空中像を２個
のセパレータレンズで２つに分け、ラインセンサ上に再
結像し、各々のセンタ出力の位相差によってデフォーカ
ス量を求めるセパレータレンズ方式にも適用できる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、量子化手段が、
線形および非線形の選択可能な２つの量子化特性を有し
、被写体のコントラストまたは各イメージセンサの出力
信号レベルに応じていずれかの量子化方法を選択するよ
うに構成したことにより、被写体の比較的用るい部分の
センサ出力および比較的暗い部分のセンサ出力を正確に
検出できるので、位相差方式の自動焦点調節装置の精度
を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による自動焦点調節装置をビデオカメラ
に使用した実施例を示すブロック線図、第２図は実施例
の動作を説明するフローチャート、第３図および第４図
は異なるＡ／Ｄ変換方式によるセンサ出力の比較図、第
５図ないし第７図はＴＣＬ方式を例にとった位相差方式
の原理説明図、第８図はＡ／Ｄ変換の変換特性を示す図
、第９図は従来の装置の問題点を説明する図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２個の電荷蓄積型イメージセンサ上に同一の被写体を別
   々に結像させる光学系と、前記各イメージセンサからの
   出力信号を量子化する手段と、この手段によって量子化
   された２種類の信号の位相差に基づいて撮影レンズのデ
   フォーカス量および方向を演算する演算手段と、この演
   算手段の演算値に基づいて撮影レンズのフォーカシング
   を行なう駆動手段とを有する自動焦点調節装置において
   、前記量子化手段が、線形および非線形の選択可能な２
   つの量子化方法を有し、被写体のコントラストまたは各
   イメージセンサの出力信号レベルに応じていずれかの量
   子化方法を選択することを特徴とする自動焦点調節装置
   。