JPH03204276A - 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〕 本発明は自動焦点調節装置に係わり、特にビデオカメラ
等に用いて好適な映像信号を利用した自動焦点調節装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

一般にビデオカメラ等における焦点調節範囲は、カメラ
から約１．２ｍ程度の距離を至近端として、そこから無
限大の距離までの範囲に存在する被写体にピントが合う
ように構成されている。

ところが、近年、ビデオカメラが民生機器として家庭内
に普及するにともない、比較的狭いスペース内における
撮影の機会が増加し、ビデオカメラの最小撮影距離につ
いても従来の１．２ｍよりさらに小さくし、被写体に対
してより接近した撮影が可能なカメラの要望が高まって
いる。この要望に対してビデオカメラのレンズ設計上は
、フォーカシングレンズの移動量を従来の装置の倍に増
大し、撮影可能な至近端の距離を０．６ｍ程度まで短縮
することは可能である。

〔発明の解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述のようなビデオカメラ等において、
光学系における至近端の距離を短縮すると、いくつかの
不都合を生じる。

まず、第１に、フォー力シングレンスの移動量が増加す
るため、自動焦点調節装置のレンズ移動範囲全体に対す
る応答性が相対的に悪くなる。たとえば、従来無限遠か
ら１．２ｍの至近端に存在する被写体に対してバンニン
グを行った場合、その合焦までのレンズ移動時間に３秒
要していたとすると、至近端の距離を０．６ｍとして、
その距離の被写体に合焦させるまでには、倍の６秒程度
必要となる。

この所要時間の長さは著しく操作性を劣化させ、実用上
問題となる。

第２の問題は、レンズの偽解像により生ずる焦点調節装
置の誤動作である。すなわちレンズのピントをずらして
行（と、高い空間周波数の被写体に対して、位相の１８
０°ずれた結像現象が発生する。

これが偽解像である。そして映像信号を利用した自動焦
点調節装置にあっては、映像信号中の高周波成分が極大
値をとったとき合焦と判断するものであり、この方法に
よれば、偽解像の状態でも極大値をとる。したがって、
偽解像の状態で合焦と判断し、レンズが停止してしまう
。この現象はレンズのデフォーカス量が多（なる稈、発
生頻度が高（なり、最小撮影距離が従来並の１．２ｍで
ある場合に被写界深度の関係で偽解像を発生しな（でも
、最小撮影距離が０．６ｍの場合には偽解像を発生し、
ピントがボケたままレンズが停止することがある。

〔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目的としてな
されたもので、その特徴とするところは、合焦度に応じ
た信号に基づいて結像位置を変化させて焦点調節を行う
焦点調節手段と、前記焦点調節手段の移動範囲を第１の
移動領域と、該第１の移動領域を含みさらに至近側へと
延長して設定された第２の移動領域とに切り換える手段
と、前記焦点調節手段が前記第１の移動領域において合
焦し得ないとき、前記焦点調節手段を至近側へと移行さ
せ、前記第２の移動領域において焦点調節を行わせ、合
焦状態となった場合にはその状態に保持する制御手段と
を備えた自動焦点調節装置にある。

〔作用〕

これによって、通常の距離範囲では従来と同様の自動焦
点調節が行えると共に、ごく近距離の範囲にピントを合
わせる時にも誤動作なく速やかにピントが合い、複雑な
操作を必要としない自動焦点調節装置を実現することが
できる。

また焦点調節を行う際、焦点調節用レンズの位置する距
離範囲を検出して、その距離範囲に適応した焦点調節を
行うことができるため、迅速且つ高精度の焦点調節動作
を行うことができる。

〔実施例〕

以下、本発明における自動焦点調節装置を、各図を参照
しながらその一実施例について詳細に説明する。

第１図は本発明における自動焦点調節装置の構成を示す
ブロック図である。

同図において、ｌは焦点調節を行うフォーカシングレン
ズ群（以下、フォーカシングレンズと称す）であり、モ
ータ２によって無限遠位置から至近端ではたとえば０．
６ｍ位置まで合焦し得るように移動可能に構成され、そ
の移動位置情報はフォーカスエンコーダ５によって検出
される。第２図はこのフォーカシングレンズ１の移動領
域を示すものであり、通常の自動焦点調節動作は無限遠
ω〜至近端１．２ｍの領域、後述する近距離領域は１．
２〜０．６ｍの領域がそれぞれ割り当てられている。詳
しくは後述する。３はバリエータレンズ、４はコンベン
セータレンズであり、不図示のカムにより、図中点線で
示すカム軌跡でズーミングを行う。このズーミングによ
る焦点距離情報はズームエンコーダ６によって検出され
る。

７は後述する撮像素子に対する入射光量を調節する絞り
ユニットで、その絞り値は絞りエンコーダ８によって検
出される。９はマスターレンズ、１０は撮像面に結像さ
れた被写体像を光電変換して映像信号を出力するＣＣＤ
等の撮像素子、１１は撮像素子より出力された映像信号
にガンマ補正、ブランキング処理、同期信号の付加等、
所定の処理を行って、たとえばＮＴＳＣ等の規格化され
た映像信号を出力するカメラ信号出力回路である。

１２は撮像素子１０より出力された映像信号にゲートを
かけ、撮像画面上に合焦検出領域を設定し、この検出領
域内に相当する信号のみを通過させるゲート回路、１３
はゲート回路１２によって抽出された合焦検出領域内に
相当する映像信号中より焦点状態の検出に用いられる高
周波成分を抽出するバイパスフィルタ（以下ＨＰＦと称
す）、１４はＨＰＦ１３より出力された高周波成分を検
波して直流レベル信号を出力する検波回路、１５は検波
回路１４の出力レベルの１フイ一ルド期間におけるピー
ク値を保持するピークホールド回路、１６はピークホー
ルド回路１５の出力を１フイ一ルド期間遅延させる遅延
回路、１７は現在のピークホールド回路１５の出力と遅
延回路１６より出力されたｌフィールド前のピークホー
ルド回路１５の出力とを比較してその差に応じた信号を
出力する差分回路、１８は差分回路１７のアナログ出力
信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路、１９は
焦点調節のオート、マニュアル切換スイッチ（以下Ａ／
Ｍスイッチと称す）、２０は後述するワンショットフォ
ーカススイッチ（以下Ｏ３Ｔスイッチと称す）、２１は
後述するシステムコントロール回路の指令にしたがって
フォーカシングレンズ駆動用モータ２を駆動するモータ
駆動回路、２２はフォーカスエンコーダ５、ズームエン
コーダ６、絞りエンコーダ８の各種エンコーダ情報及び
Ａ／Ｄ変換回路１８より出力された合焦度に応じた焦点
信号、さらにＡ／Ｍスイッチ１９、Ｏ３Ｔスイッチ２０
の操作指令情報を入力し、これらの情報を演算し、モー
タ駆動回路２１へとフォーカシングレンズ駆動用モータ
２を制御するための制御情報を出力するシステムコント
ロール回路であり、マイクロプロセッサによって構成さ
れている。

次に本発明における自動焦点調節装置の動作について第
３図、第４図を用いて順を追って説明する。

第３図は本実施例において、Ａ／ＭスイッチとＯ３Ｔス
イッチの操作状態に応じた焦点調節動作と各動作モード
におけるフォーカシングレンズの移動範囲のパターンを
示す図である。

また第４図はＡ／Ｍスイッチ１９、Ｏ８Ｔスイッチ２０
の操作状態に対する焦点調節動作の制御アルゴリズムを
説明するためのフローチャートである。

（１）Ａ／Ｍスイッチによって自動焦点調節モードが選
択され、Ｏ５Ｔスイッチがオフの場合は、第３図中（１
）で示すように、自動焦点調節動作を行い得るフォーカ
シングレンズｌの移動範囲は無限遠から至近端で１．２
ｍの範囲に制限され、通常の自動焦点調節動作を行う。

すなわち、撮像素子ｌＯより出力された映像信号中より
、ゲート回路１２及びＨＰＦ１３によって撮像面上に設
定された合焦検出領域内に相当する映像信号の高周波成
分を抽出し、検波回路１４及びピークホールド回路１５
によってそのピークレベルをフィールド周期で検出する
。このピークレベルの変化を遅延回路１６．差分回路１
７によって検出し、Ａ／Ｄ変換回路１８を介してデジタ
ル信号に変換した後システムコントロール回路２２へと
供給する。

またフォーカシングレンズｌの位置情報、絞り７の絞り
値情報もそれぞれフォーカスエンコーダ５、絞りエンコ
ーダ８によって検出されてシステムコントロール回路へ
と供給される。

システムコントロール回路２２は、Ａ／Ｄ変換回路１８
より出力された高周波成分のフィールドごとのピークホ
ールド値の変化及びその変化の方向を解析し、フォーカ
シングレンズｌを合焦点へと駆動するよう、駆動回路２
１へ制御信号を出力する。すなわち、フィールドごとに
差分を検出し、その極性から前回より今回のピーク値が
大きくなる方向にフォーカシングレンズｌを駆動し、差
が０となり、さらに差分値の極性の反転を検出すること
により、ピークホールド値が最大となる合焦点を検出す
ることができるわけである。このような合焦検出方法自
体は所謂「山登りサーボ方式Ｊとして知られており、こ
れ以上の説明は省略する。

また後述の至近側にフォーカシングレンズｌを移動して
、至近側の合焦点に停止させる際も、同様にフォーカシ
ングレンズ１の移動に応じて変化する上述の高周波成分
が、ピークとなる位置を合焦点としてフォーカシングレ
ンズｌを停止する。

（２）Ａ／Ｍスイッチが手動側にセットされ、Ｏ８Ｔス
イッチがオフの場合は、第３図中（２）で示すように、
手動焦点調節モードであり、フォーカレンズレンズｌは
停止したまま駆動されず、手動でのみ焦点調節を行うこ
とができる。

（３）Ａ／Ｍスイッチが手動で、Ｏ８Ｔスイッチがオン
の場合は、第３図中（３）で示すように、所謂ワンショ
ット自動焦点調節モードとなり、１度自動で合焦してフ
ォーカシングレンズｌが停止した後は再起動せず、手動
焦点調節モードとダる。

この時のフォーカシングレンズｌの動作範囲は、無限遠
から至近端０．６ｍまでの全域となる。

（４）次にＯ５Ｔスイッチをオンにすると、無限遠から
至近端０．６ｍの全域自動焦点調節モードとなり、現在
のフォーカシングレンズｌの位置より至近方向に駆動し
て自動焦点調節動作を行う。

そして通常移動領域の自動焦点調節モードから全域自動
焦点調節モードに切り換え、より近距離側に存在する被
写体を探している間、フォーカシングレンズ駆動用モー
タ２を最高速で駆動することにより、応答性を向上させ
ることができる。

また、Ｏ３Ｔスイッチの操作でフォーカシングレンズ１
の移動範囲を切り換えることができるので、偽解像によ
る偽の合焦位置にレンズが停止してしまった場合でも、
Ｏ８Ｔスイッチの操作でフォーカシングレンズをさらに
至近側に移動して合焦点へと設定し、またフォーカシン
グレンズの移動範囲を他の移動領域へと切り換え、真の
合焦位置へとフォーカシングレンズ群を移動することが
できる。

以上の動作について、第４図フローチャートにもとづき
説明する。

同図において、制御フローのスタート後、Ａ／Ｍスイッ
チ１９によって、焦点調節動作としてオートが選択され
ているかマニュアルが選択されているかを判別しくＳＬ
）、オートが選択されたいた場合は、Ｏ３Ｔスイッチの
０Ｎ１０ＦＦを調べ（Ｓ２）、Ｏ３ＴスイッチがＯＦＦ
であった場合には、無限遠■〜至近１．２ｍの通常領域
において合焦点をサーチし、自動焦点調節動作を行い、
合焦点が検出されたところでフォーカシングレンズｌを
停止する（Ｓ１３゜Ｓ１４．５１５）。フォーカシング
レンズ１を合焦点に停止した後はＳｌに復帰して、再び
Ａ／Ｍスイッチの状態に応じて制御を行う。

Ｓ２でＯ５ＴスイッチがＯＮされていた場合は、全域自
動焦点調節モードとなり現在の位置が合焦点であるか判
別しくＳ３）、合焦点であればフォーカシングレンズｌ
を停止する（Ｓ７）。合焦点でなければ至近方向にフォ
ーカシングレンズｌを駆動し、無限遠ω〜至近０．６ｍ
の全領域内における自動焦点調節動作を行い、合焦点が
検出されるまで繰り返す（Ｓ４．　Ｓ５．　Ｓ６）。合
焦点を検出したらフォーカシングレンズ１を停止する（
Ｓ７）。フォーカシングレンズ１が停止したら、タイマ
ＴＩＩを動作しカウントを開始し、タイマＴＩＩの経過
時間Ｔ、としきい値Ｔ　ｌｈとを比較する。Ｔ、がしき
い値Ｔ＋ｈに達していない場合は現在のフォーカシング
レンズ１の位置する領域を判別しく５ＩＯ）、近距離領
域内でなければ、Ｓ９へ戻フて通常領域内にフォーカス
レンズの位置している時間のカウントを続行する。

５１０でＴ１がしきい値に達する前に近距離領域内にフ
ォーカスレンズが移動していた場合にはタイマＴｌｌを
リセットして停止しく５ｌｌ）、Ｓ５へと戻って全領域
内における自動焦点調節動作を行う。

また、Ｓ９でＴＩ＞Ｔｌｈすなわちフォーカシングレン
ズｌが通常領域内に移動されてからしきい値Ｔ＋ｈの時
間以上経過した場合は、タイマＴＩＩを停止しリセット
して、Ｓ１３へ行き、通常領域内における自動焦点調節
動作に移行する。

一方、Ｓｌでマニュアル選択時はＯ５Ｔスイッチが操作
されなければ、フォーカシングレンズ１を通常近距離全
領域（０，６ｍ−（１））にわたって移動して焦点調節
しく５２０）、マニュアル時にＯ５ＴスイッチをＯＮに
すると、自動焦点調節を全領域に対して行い（Ｓ１７）
、合焦してフォーカシングレンズを停止した後は再起動
せず（所謂ワンショットオートフォーカス）マニュアル
モードとなる（Ｓ１８．　Ｓ１９゜５２０）。そしてＳ
ｌに復帰してＡ／Ｍスイッチの状態に応じて制御を行う
。

以上のように、本発明によれば、Ａ／ＭスイッチとＯ５
Ｔスイッチの操作状態によって焦点調節モードをそのと
きの状況に応じて最適設定することができる。すなわち
マニュアル状態でＯＳＴスイッチを操作してワンショッ
トオートフォーカスを行えば、至近領域を含む全領域で
合焦点へ自動焦点調節を行った後、マニュアル焦点調節
モードとなり、オート状態でＯ３Ｔスイッチを操作すれ
ば、至近領域を含む全領域で自動焦点調節を行い、合焦
点にレンズを停止した後は、レンズの位置している領域
を判別し、その領域に位置している時間に応じて焦点調
節モードを切り換える如く動作するように構成されてお
り、複雑な操作を必要とせず、リアルタイムの撮影を行
うビデオカメラにおいて、その操作性がきわめて良好と
なる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明における焦点調節装置によれ
ばフォーカシングレンズの移動範囲を通常の動作で焦点
調節を行う通常領域と、通常領域よりさらに近距離側に
焦点合せ可能な近距離領域を含む全領域とに分割し、複
雑な操作を行うことなく状況に応じて焦点調節動作モー
ドを切換えるようにしたので、特に至近側被写体に対し
ても迅速に且つ偽解像等が存在しても撮影時の条件に応
じて自動焦点調節動作の最適制御を行うことができる。

【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を適用したビデオ
カメラの一例の構成を示すブロック図、第２図はフォー
カシングレンズの移動領域を説明するための図、 第３図は各焦点調節モードにおけるフォーカシングレン
ズの動作パターンを示す図、 第４図は本発明における焦点調節動作の制御アルゴリズ
ムを示すフローチャートである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 合焦度に応じた信号に基づいて結像位置を変化させて焦
   点調節を行う焦点調節手段と、 前記焦点調節手段の移動範囲を第１の移動領域と、該第
   １の移動領域を含みさらに至近側へと延長して設定され
   た第２の移動領域とに切り換える手段と、前記焦点調節
   手段が前記第１の移動領域において合焦し得ないとき、
   前記焦点調節手段を至近側へと移行させ、前記第２の移
   動領域において焦点調節を行わせ、合焦状態となった場
   合にはその状態に保持する制御手段とを備えたことを特
   徴とする自動焦点調節装置。