JPH0378604B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ビデオカメラ等に用いる自動焦点調
節装置に関するものである。

従来、この種の焦点調節装置は各種の方式が提
案され、実際にもビデオカメラ等に組込まれてい
る。これらの各種の方式を大別すると、所謂アク
テイブ方式と呼ばれる能動型測距装置と、所謂パ
ツシブ方式と呼ばれる受動型測距装置とに分けら
れることはよく知られている。前者のアクテイブ
方式の自動焦点調節は、カメラ側から被写体に向
けて光線又は音波等を発射し、その反射光等を情
報源をするものであるが、至近距離から例えば10
ｍ近辺までの距離範囲に存在する極く一般的な被
写体の反射光等から、何らかの信号を得て被写体
距離を知ることはできるが、それ以遠の被写体に
対しては反射光等が低レベルとなり検出不能とな
る。

従つて、従来のこの種のアクテイブ方式の自動
焦点調節装置を備えたビデオカメラでは、発射し
た光線又は音波が戻つてこない距離の被写体に対
しては、撮影レンズのうちの焦点調節に関与する
レンズ群を予め定められた位置に停止されてい
た。この光線又は音波の反射光等を検出できる限
界の距離を到達距離と呼ぶことにすると、この到
達距離が過焦点距離の近点以遠となるような場合
は、結果としては定められた至近距離から無限遠
距離の間の何れの位置に被写体があつても、この
被写体は被写界深度内に入るために問題が生ずる
ことはない。

例えば、焦点距離ｆ＝35mm、開放ＦNo.＝F2.8、
最小錯乱円径δ＝0.03の35mmカメラにおいては、
この過焦点距離の近点はＨ／２＝f²／（2δF）か
ら7.3ｍとなり、もし10ｍを到達距離とできれば
全域で合焦可能となる。ところが、ここでｆ＝60
mm、開放ＦNo.＝F1.8、最小錯乱円径δ＝0.03mmの
ビデオカメラを考えてみると、Ｈ／２＝33ｍとな
り、全域で合焦可能なカメラを実現することは、
電極素子の種類・大きさ等の面から極めて困難で
ある。

公知のアクテイブ方式の測距装置の多くは、実
用上は殆どの被写体に合焦することが可能ではあ
るが、絞りが比較的開放に近い場合の例えば花火
や夜のネオンサインなどの遠景では、手動で焦点
合わせをする必要がある。例えば、前述のｆ＝60
mmのレンズを有するビデオカメラにおいては、光
線等の到達距離を10ｍとすると、10000＝60²／
（２・0.03・Ｆ）からＦ＝６となり、F6よりも開
放側で撮影する場合はピントぼけになることがあ
る。

これに対し後者のパツシブ方式の自動焦点調節
装置では、原理的に被写体に何らかの識別可能な
コントラストがなければ測距が不可能となる。こ
のために、被写体がコントラストのない壁のよう
なものであつたり、或いは低照度下にありコント
ラストの差が殆ど現われない場合には、測距不能
となる欠点を有している。しかしながら、先のア
クテイブ方式と異なり、パツシブ方式では被写体
に識別可能なコントラストがある限り全距離範囲
で測距が可能となる利点を持つている。即ち、近
距離側の被写体に対してはアクテイブ方式の測距
装置が、また遠距離側の被写体に対してはパツシ
ブ方式の測距装置が優れており、しかもこれらは
相互に欠点を補ないあつていると云える。

上述の理由から、アクテイブ方式とパツシブ方
式の両方を有したカメラの測距装置は知られてい
るが、従来公知のものは前述のように過焦点距離
と到達距離の考えまでが十分に考慮されていない
ために、絞りが比較的絞られていて、その絞り又
は開放絞りで過焦点距離装置に撮影レンズを停止
しておけば、合焦している条件下でもパツシブ測
距装置による測距が持続され、細かくレンズが移
動して撮影された動画像が見難くなつたり、パン
ニング等により測距視野内にコントラストのない
被写体が入つた場合にパツシブ方式の所謂サーチ
モードとなつてレンズが大きく動いてしまう虞れ
もある。このため、従来の２種の測距方式を併用
した自動焦点装置を主に動画像用に使用した場合
には、場合によつてはかえつて画面が見苦しくな
つてしまう欠点がある。

本発明の目的は、上述の従来例の欠点を解消
し、２つの異なる方式の測距装置を使用し、或る
条件の場合には撮影レンズを固定の位置に停止し
て測距の無駄を省く自動焦点調節装置を提供する
ことにあり、その要旨は、被写体へ向けて光を投
光する投光手段と前記被写体から反射された前記
光を受光する第１の受光手段を有し前記第１の受
光手段の受光状態に基づき撮影レンズのレンズを
移動させて焦点調節を行う第１の焦点調節装置
と、前記撮影レンズの撮影光を受光する第２の受
光手段を有し前記第２の受光手段の受光状態に基
づき前記レンズを移動させて焦点調節を行う第２
の焦点調節装置とを有する撮影装置の自動焦点調
節装置であつて、被写体の輝度を検出する検出手
段と、前記第１の焦点調節装置によつて被写体が
遠方に存在することが判別されると共に前記検出
手段によつて前記被写体輝度が所定のレベルより
も高いことが検出されると前記第１の焦点調節装
置の作動を停止して前記レンズを或る定められた
固定の位置に前記レンズを移動させる一方で、前
記検出手段によつて被写体輝度が前記所定レベル
より低いことが検出されると前記第１の焦点調節
装置の作動に変えて前記第２の焦点調節装置を作
動させる制御手段とを具備することを特徴とする
ものである。

次に、本発明を図示の実施例に基づいて更に詳
細に説明する。

第１図は本発明の第１の実施例のシステム概要
図を示し、１は距離環２によつて保持された撮影
レンズであり、この撮影レンズ１、詳しくは焦点
調節に関与するレンズ群は電動機３の駆動に従つ
て歯車４により固定鏡筒５に対して光軸方向に前
後進できるようになつている。撮影レンズ１から
撮像管６により得た被写体像を、TV信号化し図
示しない処理回路に送信するようになつているわ
けであるが、撮像管６の絞り状態を検知する被写
体輝度検知回路７が設けられ、その出力である輝
度信号EVはシーケンサ８に入力される。また、
撮影レンズ１の位置を検知するための位置検知回
路９が備えられ、その出力はシーケンサ８に入力
するようになつており、シーケンサ８においては
先の輝度信号EVとの組合わせにより、シーケン
サ８からの出力はアクテイブ測距装置１０、パツ
シブ測距装置１１、固定焦点装置１２の何れかを
作動させるように接続され、これらの装置１０，
１１，１２の出力は電動機駆動回路１３を介して
電動機３を駆動するように構成されている。な
お、シーケンサ８には必要に応じてタイマ１４の
タイマ信号が入力され、シーケンサ８はタイマ信
号の有無を勘案して作動するようにされている。

従つて、輝度検知回路７及び位置検知回路９か
らの情報は共にシーケンサ８に伝えられ、このシ
ーケンサ８内での判断の結果、アクテイブ測距装
置１０、パツシブ測距装置１１又は固定の定めら
れた停止位置を保持する固定焦点装置１２のうち
の何れか１つの装置が選択され、選択された装置
の出力に応じた電動機駆動回路１３の指令によ
り、電動機３が歯車４を介して撮影レンズ１の位
置を調節し、被写体像が合焦状態で撮像管６の撮
像面上に結像されることになる。

この第１の実施例においては、アクテイブ測距
装置を用いるかパツシブ測距装置を用いるかの判
断として、前述したように輝度情報とレンズ位置
情報を用いている。なお、後述するように撮影レ
ンズ１を固定焦点に保持するための固定焦点装置
１２は、アクテイブ測距装置１０に含まれると考
えることができる。ここで、タイマ１４の役割
は、モードがパツシブ測距となつたときにパツシ
ブ方式だけの測距を持続していると、後述する不
具合が生ずることを防止するためのものであり、
パツシブ測距装置１１の作動中は或る定められた
時間周期でアクテイブ測距装置１０が駆動するよ
うにされている。更には、タイマ１４は固定焦点
装置１２の作動が終り、アクテイブ測距装置１０
に切換わるタイミング調整の役割を兼ねている。

この第１図で知られるように、本実施例では至
近距離の被写体に対してはアクテイブ測距装置１
０により、遠距離の被写体に対してはパツシブ測
距装置１１によつて測距するものにおいて、レン
ズ位置情報を取り入れ、更に絞り情報に相当する
被写体輝度情報を取り入れることにより、場合に
よつては遠距離の被写体でのパツシブ測距装置１
１による測距を行わず、予め定められたレンズ停
止位置へ停止させるものである。第１表は被写体
条件の組合わせによる測距モードを示し、この実
施例においては撮影レンズ１は定められた被写体
距離を境界として、「遠距離位置」と近距離位置」
の２位置を位置検知回路９により検知可能とし、
また、輝度情報としては定められた絞り開口を境
界として輝度検知回路７により「明状態」と「暗
状態」とが検知可能となつている。

第１表 レンズ位置 輝 度 モード 遠距離 暗 パツシブ 遠距離 明 固定焦点 近距離 暗 アクテイブ 近距離 明 アクテイブ 第１表に示すように、暗い遠距離の被写体では
絞りが開いていることから過焦点距離f²／（δF）
［ただしｆは望遠端で一定とする］は大きくなり、
光線の到達距離を越えるためにパツシブモードで
測距することが最適である。また、明るい遠距離
の被写体では、例えば前述のビデオ用レンズでは
F6よりも絞つていれば、パツシブ測距の必要性
はなく、レンズは過焦点距離を合焦距離とする位
置に停まつていればよい。更に到達距離以内で
は、絞り状態によらずアクテイブ測距を行えばよ
いことになる。これらの動作を制御するシーケン
サ８は論理回路によるハードウエアにより実現す
ることもできるが、本実施例においては後述する
ようにソフトウエアにより作動するようにされて
いる。

第２図はレンズの停止位置情報を知るための位
置検知回路９の一実施例であり、リーフスイツチ
１５の作動接片１６が、撮影レンズ１を保持する
距離環２の外周に一体に設けられたカム部１７に
当接して駆動され、固定接片１８と接続するよう
になつている。第２図ａではスイツチは開いてお
り、ｂでは距離環２の回転に伴いカム部１７が作
動接片１６を押し下げてスイツチは閉じられてい
る。このようにして検知した２位置を、例えば第
２図ａは近距離領域、ｂは遠距離領域とすればよ
い。また、この２つの位置の切換点の距離として
は、アクテイブ測距装置１０の光線等の到達距離
付近とするか、或いは他の設計意図により例えば
到達距離を望遠端開放下での近点としてもよい。

第３図は本実施例に用いるに適した形式のアク
テイブ測距装置１０を示している。なお、本実施
例ではここに示す以外の方式のアクテイブ測距装
置を用いてもよいことは勿論である。この第３図
において、シーケンサ８からの命令によりマイク
ロプロセツサ２０は赤外光駆動回路２１を一定の
周期でパルス発光するように指示し、赤外発光ダ
イオード２２は近赤外光を周期的に投光レンズ２
３を介して被写界に向けて投射する。投射された
光線は被写体Ｓで乱反射し、受光レンズ２４を介
して受光素子２５上に結像する。このとき第３図
は合焦状態であり、受光素子２５への光束は受光
素子２５の２つの領域２５ａ，２５ｂの境界部に
中心を持つて結像するため、領域２５ａ，２５ｂ
の出力Ａ，Ｂの出力差（Ａ−Ｂ）は零になつてい
る。例えば、被写体Ｓが近づいてくると、受光素
子２５上のスポツト中心は領域２５ｂ側に移動
し、Ｂの出力が大になり、（Ａ−Ｂ）＜０となつて
後ピントを検出し、前ピントの場合はその逆とな
る。信号Ａ，Ｂはそれぞれ増幅器２６ａ，２６ｂ
で増幅後に、積分器２７ａ，２７ｂにより交流雑
音成分が取り除かれて差動増幅器２８に送られ、
差信号（Ａ−Ｂ）をマイクロプロセツサ２０で演
算処理し電動機３の回転方向等が設定される。例
えば、後ピントの場合は撮影レンズ１は画面上で
左方向へ移動し、撮影光軸と投受光レンズ２３，
２４の光軸は新たな距離の被写体上で交叉するこ
とになる。

第４図は本実施例に好適に用いられるパツシブ
測距装置１１を示すものである。ここで、撮像管
に相当するCCD等の固体撮像素子３０からの出
力は、プリアンプ、ガンマ補正、ブランキング混
合、リニアクリツプ等の回路を有する処理回路３
１によりTV信号とされる他に、自動焦点調節用
としてマイクロプロセツサ３２により動作される
ゲート３３により画面中心部の測距視野内の信号
だけが取り出され、この信号は高域フイルタ３４
によつて高周波成分のみが通過し、検出器３５に
より取り出される。一方、焦点変調器３６，３７
の２つの光学素子とこれを駆動する振動体３８
は、カウンタ３９、CCDドライブ４０からフレ
ーム周期の信号を得て、フレームごとに結像位置
を変える。その結果、検出器３５の出力とそのと
きの焦点変調器３６，３７の位置から、前ピン
ト、後ピントを検知する位相感知検出器４１は、
その大きさと符号によつて焦点誤差の大きさと方
向を示し、焦点サーボ回路４２を介して電動機駆
動回路１３を駆動するようになつている。

第５図はこの方法のパツシブ測距装置１１の原
理図である。第５図ａは被写体のコントラストを
示し、非合焦状態ではＹ信号はｂに示すようにな
り、その微分信号はｃに示すように小さな出力に
過ぎない。これに対して、合焦状態ではＹ信号は
ｄに示すようになり、その微分信号を示すｅはｃ
と比較してはるかにそのピークが大きい。従つ
て、微分信号がピークとなる位置を合焦位置とす
れば良いことが判る。

第６図はシーケンサ８を作動させるための本実
施例のフローチヤート図であり、輝度検知回路７
からの輝度信号EV、位置検知回路９からのレン
ズ位置情報を基に測距モードを切換えると共に、
受光素子２５からの出力Ａ，Ｂにより撮影レンズ
１を合焦位置に移動させるようになつている。測
距開始時点はアクテイブ測距装置１０を作動させ
てアクテイブモードで測距を開始する。その理由
としては、仮に撮影開始当初に撮影レンズ１が遠
距離の合焦状態にあり、かつ被写体が至近距離に
あつてパツシブモードであり、何らかの条件でパ
ツシブモードで測距不可能となつたとすると、撮
影レンズ１は第１図に示すタイマ１４からのタイ
マ信号によつてアクテイブ測距となるまでは過焦
点位置にあるか、またはパツシブ領域で好ましく
ない動作をするために、合焦までに時間が掛かる
が、撮影当初にアクテイブモードであればこの問
題は解決される。また、逆に至近距離の合焦状態
で、かつ被写体が遠距離にあつてアクテイブモー
ドでの測距が不可能であつても、撮影レンズ１は
遠距離合焦の方向に動き出し他のモードに切換わ
るので問題はない。

従つて、測距開始と共に輝度情報、レンズ位置
情報の如何に拘わらず、ステツプ１で赤外発光ダ
イオードが点灯しアクテイブモードで測距が行わ
れる。その結果、受光素子２５の２つの領域２５
ａ，２５ｂからの出力差（Ａ−Ｂ）が、ステツプ
２で一定レベルＶ１よりも大と判別されれば前ピ
ントと判断される。そして、レンズ位置情報によ
り撮影レンズ１がステツプ３で至近距離にあると
判別されれば、合焦のためステツプ４により撮影
レンズ１を繰り込み、更にステツプ１のアクテイ
ブモードを持続する。また、ステツプ３で遠方領
域と判別されればステツプ５に進み、輝度EV値
が定められた値Ｎ以下であればステツプ６のパツ
シブモードへ、EV値がＮ以上であればステツプ
７、８の固定焦点モードとなる。

一方、ステツプ２において（Ａ−Ｂ）＜−Ｖ１
のときは後ピントと判断され、ステツプ９におい
て撮影レンズ１がＮ端にあるかが判別され、なけ
ればステツプ10で合焦のために撮影レンズ１を繰
り出し、ステツプ１のアクテイブモードを持続す
る。なお、第７図に示すように、−Ｖ１＜（Ａ−
Ｂ）＜Ｖ１の領域で合焦判断となるように不感帯
幅が設けられている。従つて、ステツプ２で（Ａ
−Ｂ）が−Ｖ１と＋Ｖ１との間にあり、かつステ
ツプ11でＡ、Ｂが共に一定レベルＶ２以上の出力
があり、つまり被写体からの反射光があると判断
されればステツプ12の合焦状態であり、一応の目
的は達されるが、動画像の場合は被写体位置が変
化するので、再びステツプ１のアクテイブ測距を
再開する。ステツプ11において、Ａ≦Ｖ２、Ｂ≦
Ｖ２のときはステツプ３に進み、レンズ位置情報
を基にステツプ４に行くかステツプ５に進むかを
判断する。

パツシブモードにおける測距中では、ステツプ
13においてタイマ１４からのタイマ信号があるか
否かを判別し、なければパツシブモードを持続
し、タイマ信号があればステツプ１のアクテイブ
モードに戻るようになつている。つまり、パツシ
ブモード中はタイマ１４により定められた間隔ご
とにアクテイブ測距を行うことになる。これは、
例えばパツシブモードで比較的遠距離の被写体を
測定中に、不意に至近距離にコントラストのない
被写体が出現した場合に測距不能に陥ることを防
止するためである。

固定焦点モードにおいては、ステツプ７、８で
撮影レンズ１をＦ端に移動する。なお、この固定
焦点モードの場合に、撮影レンズ１は必ずしもＦ
端に移動することなく、過焦点位置に移動させて
もよい。撮影レンズ１のＦ端への移動後は、ステ
ツプ14においてタイマ１４からのタイマ信号があ
るか否かを判定し、あればステツプ１のアクテイ
ブモードに戻り、なければ固定焦点モードを持続
する。実際には、固定焦点モードからアクテイブ
モードによる再測距まではタイマ１４による時間
遅れがあり、不必要な赤外発光エネルギーの損失
が防止されている。固定焦点モードからのアクテ
イブモードへの切換えでは、被写体の条件が変化
しなければ、ステツプ２、ステツプ11、ステツプ
３、ステツプ５を経て再び固定焦点モードに戻つ
てくるので、その間に撮影レンズ１の移動は全く
生ずることはない。

第８図はズームレンズを用いた第２の実施例を
示す。先の第１図に示した第１の実施例では、ア
クテイブモード・パツシブモード・固定焦点モー
ドの選別のための要素として距離環２の位置情報
と輝度情報を使用し、レンズ位置情報はオン・オ
フの切換合焦距離として例えばアクテイブモード
の到達距離とし、前述のようにｆ＝60mm、開放Ｆ
No.＝1.8、δ＝0.03としての距離を10ｍとすると、
絞りのオン・オフの切換はF6近辺となつた。こ
こで、同様に到達距離を10ｍとし、Ｆ＝1.8を定
数とすると、10000＝f²／（２・0.03・1.8）によ
りｆ≒33mmとなる。従つて、第８図に示す第２の
実施例では、この考えに基づくズームレンズの焦
点距離情報を33mmを境界としてオン・オフして、
次の第２表に示すように焦点距離検知回路５０か
らの焦点距離情報が、境界よりも広角側にあると
きは固定焦点モードへ、望遠側にあるときはパツ
シブモードとするようになつている。

第２表 レンズ位置 焦点距離 モード 遠距離 望遠 パツシブ 遠距離 広角 固定焦点 近距離 望遠 アクテイブ 近距離 広角 アクテイブ 第９図ａ，ｂは第８図に示す第２の実施例に好
適に使用できる焦点距離検知機構を示すものであ
る。距離環２の位置を知るためのリーフスイツチ
１５は第１の実施例では第２図に示すように距離
環２のカム部１７に追従してオン・オフし、リー
フスイツチ１５は所定個所に固設されていた。こ
れに対して、本実施例ではリーフスイツチ１５は
距離環２に取り付けられ、距離環２と共に回動可
能とされている。このリーフスイツチ１５をオ
ン・オフをさせるためのカム部５１は、ズーム操
作環５２と一体となり前方に延在されている。

この第２の実施例の構成により、距離環２の至
近領域と遠方領域の境界の合焦距離は焦点距離に
よつて変化する。これは広角側になり被写界深度
が深くなつた場合に、アクテイブ作動領域をより
近い側に限定しようとするものであり、前述の例
と照らし合わせてｆ＝33mmよりも広角側で、至近
領域と遠距離領域の境界点をより至近側に近づけ
ることになる。このような構成とした場合の最大
の利点としては、絞りが小さく広角で被写界深度
が増えた状況の下で、被写界深度内にある被写体
に対して測距し続ける無駄をなくすものである。
なお、この場合に先の第１の実施例に比べて絞り
が開いているときは、パツシブモードによる測距
領域が増えることになる。

以上説明したように本発明に拘る自動焦点調節
装置は、アクテイブ方式とパツシブ方式の双方の
自動焦点調節装置を有することにより、相互の利
点を生かして装置全体の測距精度を向上させるも
のであり、更にレンズの合焦距離情報と、被写体
輝度情報又は焦点距離情報等を用いて、特に撮影
レンズが遠距離の場合において、被写体の輝度が
大きいか、或いはズームレンズの焦点距離が広角
である場合には、撮影レンズを固定として省電力
化に貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る自動焦点調節装置の実施例
を示し、第１図は第１の実施例のブロツク回路構
成図、第２図ａ，ｂは距離検知手段の構成図、第
３図は第１の実施例に用いるアクテイブ測距装置
のブロツク回路構成図、第４図は第１の実施例に
用いるパツシブ測距装置のブロツク回路構成図、
第５図は第４図のパツシブ測距装置の説明図、第
６図は第１の実施例のフローチヤート図、第７図
は第１の実施例のアクテイブ測距装置の不感帯の
説明図、第８図は第２の実施例のブロツク回路構
成図、第９図ａは第２の実施例に用いる焦点距離
検知機構の横断面図、ｂはその縦断面図である。 符号１は撮影レンズ、２は距離環、３は電動
機、７は輝度検知回路、８はシーケンサ、９は位
置検知回路、１０はアクテイブ測距装置、１１は
パツシブ測距装置、１２は固定焦点装置、１３は
電動機駆動回路、１４はタイマ、１５はリーフス
イツチ、１７，５０は焦点距離検知回路、５１は
カム部、５２はズーム操作環である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被写体へ向けて光を投光する投光手段と前記
   被写体から反射された前記光を受光する第１の受
   光手段を有し前記第１の受光手段の受光状態に基
   づき撮影レンズのレンズを移動させて焦点調節を
   行う第１の焦点調節装置と、前記撮影レンズの撮
   影光を受光する第２の受光手段を有し前記第２の
   受光手段の受光状態に基づき前記レンズを移動さ
   せて焦点調節を行う第２の焦点調節装置とを有す
   る撮影装置の自動焦点調節装置であつて、被写体
   の輝度を検出する検出手段と、前記第１の焦点調
   節装置によつて被写体が遠方に存在することが判
   別されると共に前記検出手段によつて前記被写体
   輝度が所定のレベルよりも高いことが検出される
   と前記第１の焦点調節装置の作動を停止して前記
   レンズを或る定められた固定の位置に前記レンズ
   を移動させる一方で、前記検出手段によつて被写
   体輝度が前記所定レベルより低いことが検出され
   ると前記第１の焦点調節装置の作動に変えて前記
   第２の焦点調節装置を作動させる制御手段とを具
   備することを特徴とする自動焦点調節装置。