JPH0363722B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、被写体像のコントラストに基づいて
焦点検出を行なう自動焦点レンズの駆動方法およ
び装置に関する。 撮影レンズによつて結像された被写体像のコン
トラスト（明暗差）が合焦時において最大となる
原理を利用したオートフオーカス装置が一眼レフ
レツクスカメラ等において実用されている。 しかるに叙上の原理に基づく従来のオートフオ
ーカス装置は、撮影レンズの種類によらず測距
（ピント合せ）できるという利点がある反面、低
コントラストの被写体または低輝度の被写体に対
しては撮影レンズの移動方向をその撮影レンズの
駆動手段に適正に指示できなくなるという欠点を
有していた。 本発明の目的は、低コントラストの被写体また
は低輝度の被写体に対する焦点合わせが不確実に
なるという上記従来の問題点を解消することにあ
る。 そのため本発明では、被写体像が結像される焦
点面の前後等距離位置におけるコントラスト分布
を各々検出して、それらのコントラスト分布の一
方がピーク値を示すまでレンズを移動させ、その
後前記両位置でのコントラスト値を比較してそれ
らが等しくなる方向にレンズを移動させるように
している。 以下、図面に示す実施例を参照しながら本発明
を詳細に説明する。 第１図は、測距用光学系を概念的に示したもの
である。同図において、カメラのフイルム面１
（予定焦点面）の前方に配設した光分割器２は、
撮影レンズ３を通過した光の1/2を通過させ1/2を
下方に向けて反射させるハーフミラー２ａと、該
ハーフミラー２ａで反射された光を上記フイルム
面１方向に向ける全反射ミラー２ｂとから構成さ
れており、その背面にはハーフミラー２ａの透過
光を受光する光センサ３Ｆと上記全反射ミラー２
ｂの反射光を受光する光センサ３Ｒとを付設して
ある。 前述したように、撮影レンズ３で結像される被
写体像のコントラスト値は、合焦位置において最
大となるので、たとえば同図に示したようにフイ
ルム面１にピントが合つている場合、光センサ３
Ｆ，３Ｒの位置における上記被写体像のコントラ
ストはフイルム面１におけるそれよりも若干低く
なる。そして、各センサ３Ｆ，３Ｒがフイルム面
１の前後等距離位置に配設されていることから、
この場合において両センサの設置位置におけるコ
ントラスト値は等しくなる。 一方、センサ３Ｆの位置にピントが合つている
場合には、この位置におけるコントラスト値がピ
ーク値を示すとともに、他方のセンサ３Ｒの位置
におけるコントラスト値が低下し、また、センサ
３Ｒの位置にピントが合つている場合には前述と
逆になる。 したがつて、上記各センサ３Ｆ，３Ｒの設置位
置におけるコントラスト分布は、撮影レンズ３の
繰り出し量を横軸にとると各々第２図の曲線ａ，
ｂに示す態様で変化する。 なお、前述の光センサ３Ｆ，３Ｒは、光電変換
素子を複数個所定方向（紙面の垂直方向）に配列
させた構成をもち、この実施例ではMOS、CCD、
CID等の固体撮像素子を使用している。 本発明に係る自動焦点レンズの駆動方法は、光
センサ３Ｆ，３Ｒの出力信号に基づいてそれらの
センサの設置位置におけるコントラスト分布を
各々検出し、それらのコントラスト分布の一方
が、ピーク値を示すまで撮影レンズを移動させ、
この後各コントラスト分布のコントラスト値を比
較してそれらが等しくなる方向に撮影レンズを移
動させることによつてフイルム面１にピントを合
わせようとするものであり、第３図はこの方法を
実施するための装置の一例を示している。 同図において、測距光学系１０は、第１図に示
した光分割器２と光センサ３Ｆ，３Ｒを備え、タ
イミングクロツク発生器２０より出力されるクロ
ツクパルスによつて光センサ３Ｆ，３Ｒを構成す
る受光素子列が走査される。 サンプルホールド／コントラスト検出回路３０
は、光センサ３Ｆ，３Ｒの走査によつて得られる
各別な時系列光電変換信号を上記クロツクパルス
の“Ｈ”レベル期間でサンプルし、“Ｌ”レベル
期間でホールドする作用をなすとともに、ホール
ドした各ビツトについての光電変換信号の値に基
づいて各センサ３Ｆ，３Ｒの設置位置におけるコ
ントラスト値を示す信号を得る作用をなす。すな
わち、各センサ３Ｆ，３Ｒの各ビツトについての
光電変換信号の値をホールドしたのち、隣接ビツ
ト同志についての信号値または任意ビツト同志の
信号値の差の絶対値を検出する。このようにして
得られる絶対値は、上記隣接ビツト同志または任
意ビツト同志における受光量の大小、つまりコン
トラストを示し、したがつてサンプルホールド／
コントラスト検出回路３０は、各センサ３Ｆ，３
Ｒより出力される時系列光電変換信号に基づいて
それらのセンサに結像される被写体像についての
コントラスト信号を各々時系列的に検出し出力す
る。 次に、第４図に基づきサンプルホールド回路の
一例につき説明する。この回路は、ゲインが１の
エミツタフオロワとして機能する演算増幅器３
１，３２と、これらの増幅器３１，３２間に介在
させたアナログスイツチ３３と増幅器３２の入力
端に接続させたホールド用コンデンサC₃₁とから
なつている。いま増幅器３１にセンサ３Ｆまたは
３Ｒの各受光素子より順次出力される時系列光電
変換信号を入力すると、タイミングクロツクによ
つてアナログスイツチ３３がオンされた際に光電
変換信号の値に対応した電荷がコンデンサC₃₁に
充電され、アナログスイツチ３３がオフされたさ
いにその充電した電荷がホールドされる。したが
つて、増幅器３２の出力端においては、ホールド
された光電変換信号が時系列的に出力される。 なお、アナログスイツチ３３としては、トラン
ジスタ、ジヤンクシヨンFET、MOS−FET等の
電子的スイツチ素子の適用が可能である。 ピークホールド回路４０は、光センサ３Ｆ，３
Ｒの一走査期間においてサンプルホールド／コン
トラスト検出回路３０より出力される時系列コン
トラスト信号のピーク値をホールドするものであ
る。 コントラストホールド回路５０は、ピークホー
ルド回路４０より時系列的に出力される光センサ
３Ｆ，３Ｒについてのコントラスト信号のピーク
値を各々ホールドする作用をなすものである。 コントラストピーク検出回路６０は、光センサ
３Ｆ，３Ｒが走査される毎にホールド回路５０で
ホールドされる各センサ３Ｆ，３Ｒについてのコ
ントラストピーク信号（以下、それらをＡコント
ラスト信号Ac、Ｂコントラスト信号Bcという）
に基づいて、それらのコントラスト信号が最大に
なつたことを検出するものである。また合焦論理
回路７０はＡコントラスト信号AcとＢコントラ
ストBcに基づいて後述する方向表示信号を形成
するものであり、さらに焦点指示回路８０は、上
記コントラストピーク検出回路６０の出力信号お
よび合焦論理回路７０の出力信号等に基づいて、
撮影レンズ３の停止または移動方向を指示する焦
点指示信号を出力するものである。 以下に、コントラストピーク検出回路６０の合
焦論理回路７０、および焦点指示回路８０の具体
的な構成を第６図を参照して説明する。 コントラストピーク検出回路６０は、端子T₁
より入力される上記Ａコントラスト信号Acをア
ナログスイツチ６１ａを介して、また端子T₂よ
り入力されるＢコントラスト信号Bcを上記アナ
ログスイツチ６１ａに連動するアナログスイツチ
６１ｂを介して各々入力する増幅器６２とアナロ
グスイツチ６３ａおよび６３ｂを各々介してこの
増幅器６２の出力端に各々接続されるコントラス
トC₆₁およびC₆₂と、コンデンサC₆₁およびC₆₂の端
子電圧が各々入力される増幅器６４および６５と
この増幅器６４と６５の出力電圧を比較するコン
パレータ６６とから構成されている。 なお、アナログスイツチ６３ａ，６３ｂはタイ
ミングクロツク発生器２０の出力パルスに同期し
て作動される。また、増幅器６２とアナログスイ
ツチ６３ａ，６３ｂとコンデンサC₆₁，C₆₂および
増幅器６４，６５は、２個のピークホールド回路
を構成している（第４図参照）。 いま焦点指示回路８０より焦点指示信号Sx＝
“０”、Sy＝“１”が出力され、これによつて後述
するモータ駆動回路９０が撮影レンズ３を近距離
側から無限遠方向に移動させるようにレンズ移動
用のモータ１００を作動させている場合、アナロ
グスイツチ６１ａおよび６１ｂは各々同図に示す
ように閉成および開成されている。 撮影レンズ３が近距離側から無限遠方向に移動
されている場合、前記光センサ３Ｆの出力信号に
基づくＡコントラスト信号Acは第７図の曲線に
示すように近距離側より徐々に増加し、かつピー
ク値を示したのち再び降下する。 コントラストピーク検出回路６０は上記Ａコン
トラスト信号Acがピークに達したことを検出す
るものである。 すなわち端子T₁より入力されたＡコントラス
ト信号Acは、スイツチ６３ａを介してコンデン
サC₆₁にホールドされ、次いでこのスイツチ６３
ａが開成しスイツチ６３ｂが閉成されると同時に
他方のコンデンサC₆₂にホールドされる。なお、
かかる一連の動作は常にスイツチ６３ａから始ま
り、スイツチ６３ｂのホールドが完了して次の動
作が始まる前においてはコンデンサC₆₁，C₆₂に蓄
えられた電荷は図示省略のスイツチにより放電さ
れ初期状態に戻る。 上述のホールド操作によるコンデンサC₆₁のホ
ールド値をAn、コンデンサC₆₂のそれをA_o+1とす
ると、比較器６６がそれらのホールド値を比較し
てAn＜A_o+1の場合には信号Sc＝“０”をAn＞
A_o+1の場合には信号Sc＝“１”を各々出力する。
An＜A_o+1という関係は、第７図においてＡコン
トラスト信号Acの値が増大している状態を、ま
たAn＞A_o+1という関係は同信号の値が減少して
いる状態を各々示し、したがつてAn＜A_o+1から
An＞A_o+1に切換わる時点においてＡコントラス
ト信号がピークを呈していることになる。 なお、焦点指示回路８０から焦点指示信号Sx
＝１、Sy＝０が出力されて撮影レンズ３が無限
遠位置から近距離方向に移動される場合には、ス
イツチ６１ｂが閉成されることからＢコントラス
ト信号BcがコンデンサC₆₁，C₆₂にホールドされ、
上述と同様の態様でこれらのコンデンサのホール
ド値Bn、B_o+1が比較される。そして比較器６６
の出力端の論理レベルが“０”から“１”に変化
した時点で第６図に示したＢコンデンサ信号Bc
がピーク値を呈する。 一方、合焦論理回路７０は、端子T₁，T₂より
入力されるＡコントラスト信号Ac、Ｂコントラ
スト信号Bcの大きさを比較して前者が後者より
も大きいときに論理レベル“０”の信号を出力す
る比較器７１と、この比較器７１が信号“０”を
出力している場合に各々同図に示す作動状態とな
るアナログスイツチ７２ａ，７２ｂ，７２ｃおよ
び７２ｄを備えている。いま、Ａコントラスト信
号AcとＢコントラスト信号BcがAc＞Bcである
こすると、Ａコントラスト信号Acがスイツチ７
２ａ、増幅器７３および抵抗R₇₁を介して差動増
幅器７４の一方の入力端に加えられ、また上述の
信号Bcがスイツチ７２ｄ、増幅器７３′および抵
抗R₇₃を介して差動増幅器７４の他方の入力端に
加えられる。 これとは逆に各コントラスト信号Ac、BcがAc
＜Bcの関係にあるときには、コンパレータ７１
の出力端の論理レベルが“１”となることから各
スイツチ７２ａ〜７２ｄが切換わり、これによつ
て信号AcおよびBcが各々差動増幅器７４の他方
の入力端および一方の入力端に加えられる。しか
して抵抗R₇₁，R₇₃の値をR₇₁＝R₇₃に、また抵抗
R₇₂，R₇₄の値をR₇₂＝R₇₄に各々設定してあるこ
とから、差動増幅器７４は各信号Ac，Bcの差の
絶対値｜Ac−Bc｜を出力する。 この絶対値｜Ac−Bc｜を示す信号は、演算増
幅器７５，７５′と、抵抗R₇₅，R₇₆で構成された
ウインドウコンパレータ７６に入力される。この
ウインドウコンパレータ７６は、絶対値｜Ac−
Bc｜が抵抗R₇₅，R₇₆で設定される基準電圧Vth
に対し０＜｜Ac−Bc｜＜Vthの関係になるとき
増幅器７５，７５′が共に信号“１”を出力する
作用をなし、｜Ac−Bc｜＞Vthの関係にあるとき
増幅器７５が信号“０”を、また増幅器７５′が
信号“１”を出力する作用をなす。したがつて、
｜Ac−Bc｜＜Vthでかつ前記コントラストピー
ク検出回路６０の比較器６６の出力信号Scが
“１”のときはナンド回路７７より信号“０”が
出力され、これにより図示省略のフアインダ表示
部を構成する発光ダイオードD₇₁が点灯されてい
わゆる合焦状態を知り得るようになる。また、出
力信号Scが“１”、｜Ac−Bc｜＜Vth、かつAc＞
Bcであれば、ナンド回路７８より信号S_A＝“０”
が出力され、これにより発光ダイオードD₇₂が点
灯されていわゆる前ピン状態を知り得ることとな
る。また、前述と同一条件であつてAc＜A_Bであ
る場合にはナンド回路７８′より“０”の信号S_B
が出力され、これにより発光ダイオードD₇₃が点
灯されていわゆる後ピン状態を知り得るようにな
る。 つぎに、焦点指示回路８０について第７図に基
づき説明する。この回路８０は、コントラストピ
ーク検出回路６０の比較器６６より出力されるピ
ーク検出信号Scと、ナンド回路７８，７８′より
各々出力される方向表示信号S_A，S_Bと、スイツ
チSW_N，SW_FおよびSW_AFの開閉信号S_N，S_Fおよ
びS_AF（開で“１”、閉で“０”）とに基づき、下式
および下表に示す内容の論理演算を行なうもので
あり、フリツプフロツプ８１と、インバータ８２
ａ〜８２ｅと、アンド回路８３ａ〜８３ｅと、オ
ア回路８４ａ，８４ｂとから構成されている。な
お、下表中Ｘ印は“１”または“０”のいずれで
も良いことを示している。

【表】 なお、スイツチSW_Nは撮影レンズ３が至近距
離位置まで移動されたさいに閉成され、またスイ
ツチSW_Fは撮影レンズ３が無限遠位置まで移動さ
れたさいに閉成される。さらにスイツチSW_AFは、
レンズ側にあり、マニユアル操作で閉成されるも
のである。 モータ駆動回路９０は、第９図に示すように、
直列接続したトランジスタQ₁，Q₃およびトラン
ジスタQ₂，Q₄の各接続点間にレンズ駆動用のモ
ータ１００を接続した構成をもち、次のように作
用する。すなわち、方向指示回路９０より出力さ
れる信号Sx，Syの論理状態が各々“１”、“０”
のときトランジスタQ₁，Q₄が導通してモータ１
００に実線矢印方向の電流が流れ、これによつて
前記レンズ３が無限遠方向から近距離方向に向つ
て移動される。また上述の信号Sx，Syが各々
“０”、“１”の場合には、トランジスタQ₂，Q₃が
導通してモータ１００に破線矢印方向の電流が流
れ、これによつて撮影レンズ３が上述とは逆の遠
距離方向に移動される。なお信号Sx，Syが
“０”、“０”のときは、モータ１００に電流が流
れないことから撮影レンズ３は停止する。 この実施例の装置において、電源を入れるとス
イツチS_AFが操作されていない状態、つまり開成
されている状態においては、叙上の如く示した表
の第１番目の真理が成立することからSx，Syが
“１”、“０”となり、したがつて撮影レンズ３は
至近距離に向つて移動される。そして、撮影レン
ズが至近距離まで到達すると、スイツチSW_Nが
閉成されるので、同表の第２番目の真理が成立
し、これによつてSx，Syが“０”、“０”となる。
つまり、撮影レンズ３が移動を停止する。 ここで、スイツチSW_AFを閉成させると、同表
の第３番目の真理が成立することから、Sx，Sy
が“０”、“１”となつて撮影レンズ３が至近距離
から無限遠方向に移動される。この撮影レンズ３
の移動に伴つてコントラストホールド回路５０よ
り出力されるＡコントラスト信号Acが第６図に
示した態様で増加し、このとき第５図に示したア
ナログスイツチ６１ａが同図に示すように閉成さ
れていることから、コントラストピーク検出回路
６０にＡコントラスト信号Acが入力される。な
お、このときホールド回路５０より出力されるＡ
コントラスト信号AcとＢコントラスト信号Bcが
Ac＞Bcの関係にあるから合焦論理回路７０のイ
ンバータ７９が信号“１”を出力し、また信号
Ac，Bcの差の絶対値｜Ac−Bc｜が｜Ac−Bc｜
＞Vthであるので同回路７０のナンド回路７７が
“１”の信号を出力する。しかし、この時点にお
いてコントラストピーク検出回路６０の比較器６
６は信号Sc＝“０”を出力しており、ナンド回路
７８の出力は“１”となるため発光ダイオード
D₇₂は消灯状態にある。 撮影レンズ３がさらに無限遠側に移動されて上
記コントラスト信号Acがピーク値を呈すると、
上表の第６番目の真理が成立するので発光ダイオ
ードD₇₂が点灯し、かつ撮影レンズ３がさらに無
限遠方向に移動される。しかしてＡコントラスト
信号AcとＢコントラスト信号Bcが｜Ac−Bc｜
＜Vthなる関係になると、合焦論理回路７０のナ
ンド回路７７より信号“０”が出力されることか
ら上表の第５番目の真理が成立し、したがつて発
光ダイオードD₇₂が消灯されるとともに、合焦状
態を示す発光ダイオードD₇₁が点灯され、同時に
撮影レンズ３の移動が停止される。 かかる状態においては、第１図に示したフイル
ム面１にピントが合つているので、図示省略のシ
ヤツタを操作することにより被写体像が鮮明に撮
影される。 ところでコントラスト信号のピーク値を示す信
号Sc＝“１”が出力されると、第７図に示したフ
リツプフロツプ８１がセツトされる。したがつて
信号Scが“１”になつた時点以後は、たとえば
被写体が動いている場合でもこの被写体の動きに
撮影レンズ３が後述する態様で追従する。 すなわち、被写体の動きによつて第１図に示し
た光センサ３Ｆよりも前方にピントが合つた場合
には、前述した態様で撮影レンズが無限遠方向つ
まり合焦方向に移動され、また被写体の動きによ
つて同図に示す位置４よりも後方にピントが合つ
た場合には、上表の第７番目に示す真理が成立す
ることから撮影レンズ３が近距離方向に移動され
る。 なお上表の第８番目は至近距離で合焦している
場合の真理を示している。 また、スイツチSW_AFを開成させれば、フリツ
プフロツプ８１がリセツトされて上表の第１番目
および第２番目の真理が順次成立することから、
撮影レンズ３が至近距離位置まで自動的に移動さ
れかつ停止される。 さらに第６図における領域ｂは、コントラスト
信号Ac，Bcが｜Ac−Bc｜＜Vthとなる合焦領域
を示し、このとき前記合焦表示用の発光ダイオー
ドD₇₁が点灯される。また同図における領域ａお
よびｃは、各々上記信号がAc＞Bc、｜Ac−Bc｜
＞VthおよびAc＜Bc、｜Ac−Bc｜＞Vthとなる
前ピン領域および後ピン領域を示し、前ピン領域
にあるときには前記発光ダイオードD₇₂が、後ピ
ン領域にあるときには発光ダイオードD₇₃が各々
点灯される。 上記実施例では、撮影レンズ３を至近距離側よ
り移動させて合焦させるようにしているが、上表
に示した論理を若干変更することにより、撮影レ
ンズ３を無限遠距離位置側からスタートさせるこ
とも当然可能であり、その場合上表の第４番目に
示す真理に基づいて撮影レンズ３が繰り出され
る。 また上記実施例においては、モータ１００をア
ナログ的に作動させているが、方向指示信号とし
てパイプ信号を使用し、これによつてモータ１０
０を間欠駆動させるようにしてもよい。さらに焦
点指示回路８０に速度制御機能を付加して、コン
トラストのピークが見つかるまでは撮影レンズを
早送りし、そのピークがサーチされた後つまり信
号Scが“１”になつたのちにおいて撮影レンズ
の送り速度を低下させることも可能である。 本発明においては、焦点面の前後等距離位置に
おけるコントラストを各々検出して、それらのコ
ントラストの一方がピーク値が示すまで撮影レン
ズを移動させ、その後、両コントラストの強度が
等しくなる方向に撮影レンズを移動させている。
したがつて、低輝度の被写体あるいは低コントラ
ストの被写体に対しても撮影レンズを合焦方向に
適確に移動させることができる。また実施例のよ
うに構成することによつて動く被写体に対しても
有効に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は測距用光学系の構成および作動原理を
概念的に示した図、第２図は撮影レンズの繰り出
し量とコントラスト強度との関係を例示したグラ
フ、第３図は本発明の方法を実施するための装置
の一実施例を示したブロツク図、第４図はサンプ
ルホールド回路の構成例を示した回路図、第５図
はコントラストピーク検出回路と合焦論理回路の
具体的構成を例示した回路図、第６図は第３図に
示した装置の作用を説明するためのグラフ、第７
図は焦点指示回路の具体的構成を例示した論理回
路図、第８図はモータ駆動回路の構成例を示した
回路図である。 １……フイルム面（予定焦点面）、３……撮影
レンズ、３Ｆ……第１の光センサ、３Ｒ……第２
の光センサ、３０……サンプルホールド／コント
ラスト検出回路、６０……コントラストピーク検
出回路、７０……合焦論理回路（演算回路）、８
０……焦点指示回路、９０……モータ駆動回路
（駆動手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 撮影レンズの予定焦点面の前後等距離位置に
   おける被写体像のコントラスト分布をそれぞれ検
   出し、各コントラスト分布の一方がピーク値を示
   すまで撮影レンズを移動させ、次いで前記両位置
   でのコントラスト値を比較してそれらが等しくな
   る方向に撮影レンズを移動させることを特徴とす
   る自動焦点レンズの駆動方法。 ２ 撮影レンズの予定焦点面の前後等距離位置に
   配置され複数個の光電変換素子を配列して成る第
   １および第２の光センサと、 該各光センサからの出力される光信号に基づい
   て前記前後等距離位置における被写体像のコント
   ラスト分布をそれぞれ検出するコントラスト検出
   回路と、 該コントラスト検出回路から得られる各コント
   ラスト分布のピーク値を検出するコントラストピ
   ーク検出回路と、 前記両コントラスト分布のコントラスト値の差
   を演算する演算回路と、 前記コントラストピーク検出回路がピーク値を
   検出するまで前記撮影レンズを所定方向に移動さ
   せ、かつ、ピーク値を検出した後においては前記
   演算回路の演算結果に基づき前記前後等距離位置
   におけるコントラスト値が等しくなる方向に前記
   撮影レンズを移動させる指示信号を出力する焦点
   指示回路とを備えたことを特徴とする自動焦点レ
   ンズの駆動装置。 ３ 焦点指示回路は、両コントラスト分布から得
   られるコントラスト信号により定まる論理状態に
   応じて任意位置にある撮影レンズを無限遠距離位
   置または至近距離位置まで駆動する駆動手段を設
   けたことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
   の自動焦点レンズの駆動装置。 ４ 焦点指示回路は、両コントラスト分布から得
   られるコントラスト信号にて定まる論理状態に応
   じた指示信号を、フアインダ内に表示され、か
   つ、撮影レンズの合焦状態およびこの撮影レンズ
   の移動方向を明示する表示部の表示信号として機
   能させることを特徴とする特許請求の範囲第２項
   記載の自動焦点レンズの駆動装置。