JPH05107451A

JPH05107451A - オートフオーカス装置

Info

Publication number: JPH05107451A
Application number: JP3271053A
Authority: JP
Inventors: Katsutake Ookawa; 雄敬大川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-10-18
Filing date: 1991-10-18
Publication date: 1993-04-30
Anticipated expiration: 2013-06-11
Also published as: JP2763428B2

Abstract

(57)【要約】【目的】インナーフォーカスレンズを採用したビデオ
ムービーにおいて、ズーム時のトラッキング（合焦）精
度を向上させる。【構成】インナーフォーカスレンズのズーム時のトラ
ッキング曲線は図２に示すように被写体距離毎に違って
いる。従って、このトラッキング曲線に沿ってズーム時
フォーカスレンズを移動すれば合焦状態が保たれるが、
広角側（f₀〜f_m）では焦点深度が深く、目的とするトラ
ッキング曲線が選択できない。そのため、この状態でズ
ームを行うと合焦が保証されない。従って、この領域で
はウォブリングによりトラッキングを行い、fmの点で予
め用意されたトラッキング曲線に移り替るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、カメラ一体型ＶＴＲ
等に使用されるフォーカス調整装置の改良に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビデオムービ等に利用されるフォ
ーカス方式として、映像信号の高域成分を用いて画面の
コントラストを検出し、このコントラストが最大となる
ようにフォーカスレンズを駆動制御して合焦点を得る、
いわゆる山登りオートフォーカスが主流である。

【０００３】一方、フォーカス装置としては従来の前玉
フォーカスに替わってインナーフォーカス方式が主流に
なりつつある。このインナーフォーカス方式は、レンズ
群の中でリレーレンズ、コンペンセータ等の内部レンズ
を駆動するもので、前玉方式における合焦至近距離が短
く取れない、径の大きな思いレンズを駆動するために大
きなモータを必要とする等の不利な点が解消され、更に
至近０ｍ〜無限遠∞までフルレンジでの合焦が可能であ
る特徴を持つ。

【０００４】しかし、反面ズーム時にピント（合焦）ず
れが生じるため、補正しなければならない。このピント
（合焦）ずれの補正量は、焦点距離、また被写体までの
距離によって大きく変化するもので、今だに完全な補正
をなされたものがないのが現状である。ここで述べたイ
ンナーファーカス方式におけるズーム時にピント（合
焦）補正をすることをズームトラッキングと言う。この
ズームトラッキングを行う一例として、上記述べた山登
り法をそのまま利用する方法がある。以下、これについ
て述べる。

【０００５】図６にインナーフォーカス方式のレンズ群
と、その出力である映像信号を利用した、従来のコント
ラスト法の処理の構成を示す。図において、１はインナ
ーフォーカス方式のレンズ鏡筒を表しており、１０１は
固定集光用前玉レンズ、１０２はズーム、即ち変倍用の
バリエータ、１０３はバリエータ１０２の移動に伴う像
面の補正を行うコンペンセータ、１０４はリレー系レン
ズの一部であってフォーカス用に使用するマスタレンズ
である。これらのレンズは一般に複数枚のレンズ群とな
っているが、本件では便宜上１枚のレンズとして表現す
る。

【０００６】２はＣＣＤで、レンズ鏡筒１への外部から
の入射光を電気信号に変換し、その電気信号はカメラ信
号処理回路３に送られ、映像信号Ａ，輝度信号ａがそれ
ぞれ取り出される。次に４０１はＨＰＦ（ハイパスフィ
ルター）で、輝度信号ａのある周波数以上の信号が通過
し増幅器４０４で増幅され、ＬＰＦ（ローパスフィルタ
ー）４０５にて不要な高域成分がカットされる。このＬ
ＰＦ４０５の出力は検波器４０６に送られ波形としてな
だらかになり、Ａ／Ｄコンバータ４０７にてデジタル信
号に変換され、加算器４０８でデジタル的に加算され
る。このデジタル加算出力Ｙは焦点評価値（合焦の状態
を表す指標）となって制御回路５に送られる。ここでＨ
ＰＦ４０１〜加算器４０８により焦点検出回路４が構成
される。

【０００７】また、６はモータドライバで、制御回路５
からのズーム指令に基づきズームモータ７を駆動し、バ
リエータ１０２を移動させる。同様に、９はステッピン
グモータドライバで、制御回路５よりのフォーカス指令
に基づいて駆動され、フォーカス用のマスタレンズ１０
４を移動させるステッピングモータ１０を駆動する。ま
た、８はバリエータ１０２の位置、つまり焦点距離を検
出するポテンショメータで、レンズ位置と１対１に対応
した電位で読み取られる。１１はマスタレンズ１０４の
可動範囲の端点を検知する端点を検知する検知スイッチ
で、マスタレンズ１０４が無限遠の被写体に合焦してい
る点でＯＮになるもので、この点を基準としてマスタレ
ンズの移動量が表される。

【０００８】次に動作について図６ないし図１１を用い
て説明する。最初に基本となる山登り法について説明す
る。レンズ鏡筒１を通して、入射された被写体光は、Ｃ
ＣＤ２によって電気信号に変換され、カメラ信号処理回
路３を経て映像信号Ａとなる。そのうちの輝度信号成分
（図７（ａ））は焦点検出回路４に導かれ、まずＨＰＦ
４０１において所定高域周波数成分のみが抽出される
（図７（ｂ））。次に増幅器４０４で増幅された後、Ｌ
ＰＦ４０５で帯域制限され（図７（ｃ））、検波器４０
６で検波される。（図７（ｄ））。更に、Ａ／Ｄコンバ
ータ４０７にてデジタル値に変換され、加算器４０８で
図１０の（チ）で示される１画面中の所定領域図１０
（リ）の値が加算され、焦点評価値Ｙとして出力され
る。つまり焦点評価値Ｙは高域周波数成分の積分値であ
る。また、この上記高域周波数成分は画面のコントラス
トと対応しているので、コントラスト最大、即ちフォー
カスレンズとしてのマスタレンズ１０４が合焦点にある
時最大となり、合焦点からずれるに従って低下する。故
に焦点評価値Ｙはマスタレンズ１０４の移動に伴い、図
８に示すような山の形の特性を示す。制御回路５は焦点
評価値Ｙが常に最大となるようにステッピングモータ１
０をコントロールして、マスタレンズ１０４を合焦点に
駆動する。

【０００９】なお、図８のｙ₁ とｙ₂ の違いは、ＨＰＦ
４０１のカットオフ周波数の違いで決まり、この図８で
はｙ₁ ＜ｙ₂ となるようにカットオフ周波数が選ばれて
いる。このようにして山登りオートフォーカス動作が達
成される。

【００１０】次に，ズーム時の動作について説明する。
制御回路５よりモータドライバ６にズーム信号が送られ
ズームモータ７を駆動する。このズームモータの駆動に
従いバリエータ１０２は光軸上を移動し、変倍作用を行
う。この時、バリエータ１０２の移動に伴い焦点の移動
が発生するが、カム等を介して機構的に連結されたコン
ペンセータ１０３が同時に光軸上を移動し、焦点移動を
補正するように移動する。

【００１１】しかし、このコンペンセータ１０３のみの
補正ではすべての補正が出来ず、結果として、図９に示
すように被写体までの距離毎にバリエータ１０２の移動
に応じて、つまり焦点距離に応じてマスタレンズ１０４
を移動させなければ合焦に至らない。従ってズーム中に
合焦させるためには、図９に示すいわゆるトラッキング
曲線に沿ってマスタレンズ１０４を移動すれば良い。

【００１２】これを行う方法の一例として、少々ズーム
時間を長めにとり、上記に述べた山登り法が利用され
る。つまり、今、被写体までの距離が１ｍの場合を例に
とる。図１１に示す被写体までの距離１ｍの理論トラッ
キング曲線ワを仮想し、実際には曲線カで示すように山
登り法を利用してトラッキングをとっていく、即ち、広
角側より望遠側に移動することを考えると、ズームスタ
ート時には被写体までの距離は解らない。従って上記述
べた山登り法を利用すると、合焦状態を判定する焦点評
価値が大きくなる所を追いかけて行くことになるので、
結果的に被写体までの距離が解らずとも、あたかも指標
となるトラッキング曲線が存在するかのようにトラッキ
ング曲線を仮想してトラッキングを取っていき、ズーム
時の合焦状態を維持することになる。

【００１３】このように後玉またはインナーフォーカス
方式といわれるレンズの焦点調節方法については上記従
来例を含め多数の発明が出願されている。しかしなが
ら、これらの先行発明に共通して言えることは、広角端
から望遠側にズームを行った場合、一体どのようにした
ら合焦状態を保ちながらズームが出来るのかという点が
明らかにされていない。

【００１４】つまり、ズームの途中から再度ズームを行
う場合や望遠側から広角側にズームをする場合だけを対
象として作用の説明がなされている。これは簡単に被写
体距離が把握出来、トラッキングは極めて容易である。
このことをもう少し端的に言えば、例えば図９に示すト
ラッキング曲線の広角端付近はかなりトラッキング曲線
が接近している（例えば被写体距離１ｍのトラッキング
曲線と、２ｍのトラッキング曲線は極めて近接してい
る）ため、フォーカス用のマスタレンズの微小移動で容
易に隣の曲線に移ってしまうこと、および加えて被写界
深度が深い為に、まずは被写体距離に対応したトラッキ
ング曲線を選ぶことは不可能である。このような状態か
ら望遠側へズームを行った時、いかに最適なトラッキン
グを行うか、または、いかに被写体までの距離を把握す
るのかが先行発明では明らかにされていないのが現状で
ある。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】従来のフォーカス調整
装置は以上のように構成されているので、ズーム時の画
角の変動により被写体内容が変わった場合の合焦評価値
が常時合焦状況を反映しているとはいいがたかった。従
って、誤って合焦していると判断する時もあり、制度良
く補正することは難しいといった問題点があった。

【００１６】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、広角側から望遠側へズームを行
う場合に合焦誤りの少ない極めて精度の良いズームトラ
ッキングをとることが出来るフォーカス調整装置を得る
ことを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明に係るフォーカ
ス調整装置は、変倍動作時、撮像映像信号から高域周波
数成分を抽出するフィルター手段、該フィルター手段の
出力を所定の期間に渡って積算する積算手段、上記積算
手段の出力を一定時間後の出力と比較する比較手段を有
し、上記比較手段の結果に基づいてフォーカスレンズの
移動量を決定し、ウォブリング動作を行う第１の手段
と、フォーカスレンズの移動軌跡を被写体の距離毎に複
数用意しかつ、各々の移動軌跡に対して所定の焦点距離
毎にフォーカスレンズの移動量を記憶する第２の手段と
を備え、上記第１の手段と第２の手段を併用して変倍動
作時にフォーカスレンズを移動させるものである。

【００１８】

【作用】この発明においては上述のように構成すること
により特別な手段を用いなくともあらかじめ用意された
最適なトラッキング曲線が選べるので、ズーム時の合焦
精度が向上する。

【００１９】

【実施例】

実施例１．以下、この発明を図に基づいて説明する。図
１はこの発明の一実施例によるフォーカス調整装置を示
し、図において、１４は焦点検出回路４から得られた焦
点評価値の比較を行う比較回路であり、また、記憶手段
としてのデータメモリであるＲＯＭ（リードオンリーメ
モリ）５１が制御回路５に接続されている。

【００２０】次に動作の説明を図１ないし図５を用いて
行う。今、図２のトラッキング曲線に沿って広角側から
望遠側にズームトラッキングを行うものとする。この時
被写体までの距離を仮に２ｍとすれば、２ｍのトラッキ
ング曲線Ｚに沿ってマスタレンズ１０４を移動すれば良
い。しかし、実際には焦点距離ｆ₀〜ｆ_n1の範囲では焦
点深度が深く被写体までの距離の判定が出来ないので、
あらかじめ距離毎にトラッキング曲線が用意されていて
も、どの曲線を使用したら良いか解らない。そこで、こ
の焦点深度の深い焦点距離ｆ₀ 〜ｆ_n1の範囲では、画角
も被写体内容もあまり変わらないのでこの部分ではウォ
ブリングによる評価値判断でトラッキングを行う。

【００２１】即ち図４に示すウォブリング動作によりマ
スタレンズ１０４を移動させ、本来の合焦点の前後で得
られる焦点評価値Ｙの大小判定の結果によりマスタレン
ズ１０４は移動方向を修正しながら移動する。そして焦
点距離がｆ₀ から始まりｆ_n1になった時点で、その点に
おけるマスタレンズ１０４の位置よりもっとも近傍で出
発しているトラッキング曲線をＲＯＭ５１より選び出
し、以後はこの選ばれたトラッキング曲線に沿ってマス
タレンズ１０４を移動させる。この様子を図３に示す。

【００２２】ここでウォブリングの動作について図４で
説明する。Ｌは基準理想線を示しており、これは図２で
示すトラッキング曲線の望遠側でマスタレンズ１０４の
繰り出し量の最小（無限大。１０ｍ以上）と最大（１
ｍ）の中間である被写体距離３ｍを想定している。ｈ、
ｉ、ｊ、ｋはそれぞれ１フィールド期間の動作を示して
おりすべての動作が１フィールド基準で行われ４フィー
ルドでウォブリングの１周期を構成する。

【００２３】ここでｈとｊのフィールドはマスタレンズ
１０４の移動の期間でｈのフィールドは基準理想線Ｌに
対し、前側、つまりマスタレンズ１０４を繰り出す方
向、反対にｊのフィールドは後側、つまりマスタレンズ
１０４を繰り出さない方向へ移動させる。ｉ、ｋのフィ
ールドは測定期間で該当するフィールドの焦点評価値Ｙ
を図１の焦点検出回路４から得る。つまり図４の基準理
想線Ｌが合焦点だとすればｉ、ｋのフィールドの焦点評
価値Ｙを比較することにより前ピン（合焦）、後ピン
（合焦）が解り、同時に焦点はずれ量も判定出来る。

【００２４】今、図１の制御回路５よりモータドライバ
６にズーム信号が送られモータドライバ６がズームモー
タ７を駆動し、バリエータ１０２を移動して望遠側に変
倍動作を開始すると制御回路５は図４のｈ、ｉ、ｊ、ｋ
に示すように１フィールド毎にフォーカス指令によりス
テッピングモータドライバ９を介してステッピングモー
タ１０を駆動する。これによりマスタレンズ１０４の移
動→焦点検出回路４からの出力の焦点評価値Ｙの測定を
繰り返す。この時、測定のフィールドではマスタレンズ
１０４は停止している。そして１フィールドおきに得ら
れた焦点評価値Ｙは比較回路１４で大小判定される。

【００２５】ここでｉ、ｋの各フィールドで得られた焦
点評価値ＹをそれぞれＩ，Ｋとすると、上記判定結果の
焦点評価値Ｙが、(1) Ｉ〜Ｋならばほぼ現在のマスタレ
ンズ１０４の位置が合焦点、(2) Ｉ＞Ｋならば合焦点は
更にマスタレンズ１０４を繰り出した所、(3) Ｉ＜Ｋな
らば合焦点は現在位置より更にマスタレンズ１０４を繰
り出さない所となり、この条件に従って動作する。

【００２６】これは図５の焦点評価値で示すことが出
来、本来の合焦点（山の頂上）から見た焦点ずれ量が
ｉ″，ｋ″で表される。なお、図５は上記(2) の場合を
表している。この図５から解るようにｉ，ｋのフィール
ドでの焦点評価値Ｙは均等がとれるのが良く、つまり
ｉ″＝ｋ″でＩ＝Ｋの条件、従って結果として上記(2)
のＩ＞ならば、図５でいえばｉ″＜ｋ″の場合で、図４
において次なるフィールドのｈ′の期間でマスタレンズ
１０４の移動量例えばステッピングモータのステップ幅
で数ステップ等）を増加させ更に繰り出しかつ、Ｊ′の
フィールドで戻り量を減らせば合焦点への補正が出来る
ことになる。この様子を図４のｍで示す。またこれによ
り修正された基準理論線をＬとして示す。

【００２７】なお、図４のフォーカスレンズ位置はステ
ッピングモータ１０のステップ数で表されており、１、
２、３、…は１ステップ目、２ステップ目、３ステップ
目の意味である。

【００２８】以上の様子をマスタレンズ１０４の移動軌
跡として図３に示す。このようにすると被写体の距離に
関係なく、また倍率の変化による焦点評価値の変化にも
影響されにくい焦点補正動作が得られるから好都合であ
る。

【００２９】ここでＲＯＭ５１にあらかじめ用意記憶さ
れているトラッキング曲線のデータ形式はマスタレンズ
１０４の駆動用ステッピングモータ１０の移動用をステ
ッピング１０の移動量で表される。つまり、マスタレン
ズ１０４の単位移動量をステッピングモータ１０の１ス
テップで表す。よって、ステッピングモータ１０で駆動
されたステッピング数がマスタレンズ１０４の絶対位置
となる。ＲＯＭ５１では、以上のデータ形式を取りなが
ら、被写体の距離毎にトラッキング曲線を持ち、且つ各
々のトラッキング曲線に対し所定の距離毎に、つまり図
２にｆ_n1，ｆ_n2、…で示されるごとく、マスタレンズ１
０４の移動量をステッピングモータ１０のステップ数で
記憶しておく。

【００３０】図３において、マスタレンズ１０４の絶対
位置はステッピングモータ１０のステップ数で表され、
焦点距離はポテンションメータ８の電位より１：１に対
応し読み取られ表される。

【００３１】また、図３において、破線ｘで示す線は、
広角側の焦点距離ｆ₀ mmでステップモータ１０の絶対位
置が「２」の所から望遠側にズームを行った時、ウォブ
リングにて合焦点を検出しながら焦点距離ｆ_n1のところ
まで行き、その点で被写体距離２ｍのトラッキング曲線
に移り替わることを示している。

【００３２】ところで、図４のｈ，ｊの期間のマスタレ
ンズ１０４の移動量はウォブリング動作が目に関知され
ない焦点深度内で行われることは言うまでもない。つま
り、アイリス（絞り。図示しない）の情報により移動量
が規制される。また、ズームエリヤ全域をウォブリング
動作することは図２で示す望遠側でのトラッキング曲線
の傾き（単位時間当りマスタレンズ１０４の繰り出し
量）が急であるところに上記焦点深度の問題をも含み非
常に制御が難しい欠点を持っていた。

【００３３】なお、上は実施例ではフォーカス用のマス
タレンズにステッピングモータを使用したが、ＤＣモー
タでも同じ効果が得られる。また、相対比による合焦点
検出からあらかじめ用意されたトラッキング曲線に移り
替わる箇所はシステムに合わせて任意に選べば良い。更
に、あらかじめ用意するトラッキング曲線は、精度に合
わせて自由な本数を持てば良い。さらには、焦点評価値
Ｙを得る為の高域成分抽出用のＨＰＦは複数用意したほ
うが精度が上がる。この場合状況に応じてＨＰＦのカッ
トオフ周波数を変えるとか、一度（１フィールドで）複
数のフィルター出力を得るようにすると一層良い。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、この発明に係るフォーカ
ス調整装置によれば、被写体までの距離が非常に判別し
にくい所ではウォブリングによる合焦点検出によりトラ
ッキングを行い、その後は被写体距離に応じたトラッキ
ング曲線を利用するように構成したので、ズーム全域に
わたってどの点からズームが行われても、合焦精度の良
いズームトラッキングが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例によるフォーカス調整装置
の構成を示す図である。

【図２】ズームトラッキング曲線を詳細に説明する図で
ある。

【図３】この発明のズームトラッキングの動作を説明す
る図である。

【図４】ウォブリングの動作を示す図である。

【図５】ウォブリングによる合焦状態を説明する図であ
る。

【図６】従来例の構成を示す図である。

【図７】焦点検出回路の動作を説明する図である。

【図８】ＨＰＦの違いによる合焦状態を表す図である。

【図９】インナーフォーカス方式によるズーム時のトラ
ッキング曲線を表す図である。

【図１０】評価値のゾーンを表す図である。

【図１１】山登り法によるズームトラッキングの様子を
示す図である。

【符号の説明】

１インナーフォーカス方式のレンズ鏡筒２ＣＣＤ３カメラ信号処理回路４焦点検出回路５制御回路６モータドライバ７ズームモータ８ポテンショメータ９ステッピングモータドライバ１０ステッピングモータ１１検知スイッチ１４比較回路５１ＲＯＭ１０１固定集光用前玉レンズ１０２変倍用のバリエータ１０３コンペンセータ１０４マスタレンズ４０１ＨＰＦ４０２ＨＰＦ４０３スイッチ４０４増幅器４０５ＬＰＦ４０６検波器４０７Ａ／Ｄコンバータ４０８加算器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】変倍動作時、撮像映像信号から高域周波
数成分を抽出するフィルター手段、該フィルター手段の
出力を所定の期間に渡って積算する積算手段、上記積算
手段の出力を一定時間後の出力と比較する比較手段を有
し、上記比較手段の結果に基づいてフォーカスレンズの
移動量を決定し、ウォブリング動作を行う第１の手段
と、フォーカスレンズの移動軌跡を被写体の距離毎に複
数用意しかつ、各々の移動軌跡に対して所定の焦点距離
毎にフォーカスレンズの移動量を記憶する第２の手段と
を備え、上記第１の手段と第２の手段を併用して変倍動
作時にフォーカスレンズを移動させることを特徴とする
オートフォーカス装置。