JPH05281459A - オートフォーカス装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インナーフォーカス方式のズームレンズを用
いたビデオカメラにおいて、簡単な構成で精度の高いズ
ームトラッキングが行えるオートフォーカス装置を得
る。 【構成】 撮像素子から得られる撮像信号の高域成分レ
ベルを焦点評価値ｙとして検出し、この焦点評価値ｙが
最大となる点を合焦位置とするフォーカス調整装置にお
いて、ズーム用のバリエータレンズ１０２の駆動と、フ
ォーカス用のマスタレンズ１０４の駆動にそれぞれパル
スモータ５２，１０を用いたインナーフォーカス方式の
ズームレンズを用い、ズーム位置およびフォーカス位置
を、各パルスモータ５２，１０の駆動パルス数で制御す
るようにした。

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に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビデオカメラ等に利用されている
フォーカス方式は、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方式が主流である。

【０００３】また、ズームレンズのフォーカス装置とし
ては、従来の前玉フォーカス方式に代わってインナーフ
ォーカス方式が主流になりつつある。このインナーフォ
ーカス方式のズームレンズは、レンズ群のなかのリレー
レンズやコンペンセータ等のレンズ内部の後群を駆動す
るもので、前玉方式における合焦至近距離が短く取れな
いこと、および径の大きな重いレンズを駆動するために
大きなモータが必要になること等の不利な点が解消さ
れ、更に至近距離から無限遠までフルレンジでの合焦が
可能である特徴を持っている。

【０００４】しかし、このインナーフォーカス方式のズ
ームレンズは、ズーム時にピント（合焦）ずれが生じる
ので補正しなければならないが、このピントずれの補正
量は、焦点距離や被写体までの距離によって大きく変化
するため、これらの検出精度を上げなければ良好な補正
が出来ないのが現状である。このインナーフォーカス方
式におけるズーム時にピント補正をすることをズームト
ラッキングと言う。

【０００５】図３は山登りオートフォーカス方式を用い
た従来のフォーカス装置の構成を示すブロツク回路図
で、１はインナーフォーカス方式のズームレンズ、１０
１は固定の集光用前玉レンズ、１０２は変倍用のバリエ
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、こ
れらのレンズは複数枚のレンズ群で構成されているが、
ここでは１枚のレンズで表している。

【０００６】２はＣＣＤで、ズームレンズ１によって結
像された被写体像を電気信号に変換する。３はカメラ信
号処理回路で、映像信号Ｖおよび輝度信号Ｙ（図４
（ａ））を出力する。４０１はハイパスフィルタ（以
下、「ＨＰＦ」という）で、輝度信号Ｙのある周波数以
上の成分ｂ（図４（ａ））を通過させる。４０４は増幅
器、４０５はローパスフイルタ（以下、「ＬＰＦ」とい
う）で、増幅器４０４の出力信号のうち不要な高域成分
をカットした信号ｃ（図４（ｃ））を出力する。４０６
は検波器で、ＬＰＦ４０５の出力信号ｃを検波してなだ
らかな波形の信号ｄ（図４（ｄ））を出力する。４０７
はＡ／Ｄコンバータで、入力信号ｄをディジタル信号に
変換する。４０８は加算器で、画面の中央に設定された
フォーカス検出領域内のデータをディジタル的に加算す
る。このディジタル加算出力ｙは焦点評価値（合焦の状
態を表す指標）となる。以上説明したＨＰＦ４０１〜加
算器４０８で焦点検出回路４を構成する。

【０００７】５はディジタル加算出力ｙが入力される制
御回路、６はモータドライバで、制御回路５からのズー
ム指令にもとづき、バリエータ１０２を移動させるズー
ムモータ７を駆動する。９はパルスモータで、フォーカ
ス用のマスタレンズ１０４を移動させるパルスモータ１
０を、制御回路５よりのフォーカス指令にもとずいて駆
動する。８はポテンショメータで、バリエータ１０２の
位置、つまり焦点距離を検出してレンズ位置と１対１に
対応した電位の信号を出力する。

【０００８】１１はマスタレンズ１０４の可動範囲の端
点を検知する端点検知スイッチで、マスタレンズ１０４
が無限遠の被写体に合焦している位置でＯＮとなり、こ
の位置を基準としてマスタレンズ１０４の移動量を表
す。また、１３はデータメモリで、ズーム移動時のマス
タレンズ１０４の移動軌跡、つまり、トラッキング曲線
を記憶しておくデータメモリである。

【０００９】まず、この種の装置の山登り法によるフォ
ーカス調整について説明する。ズームレンズ１を介して
入射した被写体光は、ＣＣＤ２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Ｖとなる。
この映像信号Ｖの輝度信号成分Ｙ（図４（ａ））は焦点
検出回路４に導かれ、まず、ＨＰＦ４０１によって所定
高域周波数成分の信号ｂ（図４（ｂ））が抽出される。
この信号ｂは増幅器４０４で増幅された後、ＬＰＦ４０
５で帯域制限され（図４（ｃ））、検波器４０６で検波
される（図４（ｄ））。

【００１０】更に、Ａ／Ｄコンバータ４０７にてディジ
タル値に変換され、加算器４０８で画面の中央部に位置
する画面比１／９〜１／４のフォーカス検出領域内のデ
ータが加算され、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り、こ
の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、すなわちマスタレンズ１０４
が合焦点にある時最大値となり、合焦点からずれるにし
たがって小さな値となる。したがって焦点評価値ｙはマ
スタレンズ１０４の移動に伴い、図５に示すような山形
の特性となる。制御回路５は、焦点評価値ｙが常に最大
となるようにパルスモータ１０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。

【００１１】なお、図５中の特性ｙ１とｙ２の違いは、
ＨＰＦ４０１のカットオフ周波数が異なる場合を示して
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。

【００１２】次に、ズーム移動時の動作について説明す
る。制御回路５からモータドライバ６にズーム信号が送
られてズームモータ７が駆動されると、バリエータ１０
２が光軸上を移動して変倍作用を行う。この時、バリエ
ータ１０２の移動に伴って焦点も移動するが、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
に光軸上を移動して焦点移動を補正するように動作す
る。

【００１３】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６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
に応じてマスタレンズ１０４を移動させなければ合焦に
至らない。このため、ズーム中に合焦させるためには、
図６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を移動させる必要がある。

【００１４】ところで、近年のレンズ構成では、小型化
および軽量化のためにコンペンセータ１０３を省略し、
このコンペンセータ１０３の動作をマスタレンズ１０４
に任せる方式が主流になってきている。この時のズーム
トラッキング曲線は、図７に示すように大きな変曲点を
持つものとなる。以後の説明ではこのコンペンセータ１
０３の無い方式の場合を説明する。

【００１５】次に、このようなズームトラッキングを行
う方法の一例を述べる。図８は図７のズームトラッキン
グ曲線のＰ点の部分を拡大した図で、ズーム移動時のマ
スタレンズ１０４の移動軌跡を表している。ここでデー
タメモリ１３に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の駆動用パルスモータ１
０の移動量で記憶されている。

【００１６】つまり、マスタレンズ１０４の単位移動量
をパルスモータ１０の１ステップで表しているので、パ
ルスモータ１０で駆動されたステップ数がマスタレンズ
１０４の絶対位置となる。このような形式で被写体距離
毎にトラッキング曲線を持ち、かつ、各々のトラッキン
グ曲線について所定の焦点距離毎、つまり、図８に示さ
れているバリエータ１０２の位置ｆ1,ｆ2,ｆ3 ・・ｆ9
におけるマスタレンズ１０４の移動量を、パルスモータ
１０のステップ数で記憶している。この時のバリエータ
１０２の位置は、ポテンショメータ８の電位で１：１の
関係で読み取られる。

【００１７】したがって、ズーム移動時にポテンショメ
ータ８によってバリエータ１０２の位置を検出し、その
検出位置でのマスタレンズ１０４の繰り出し量に応じて
パルスモータ１０を駆動する。そのため、図８の理想的
なトラッキング曲線ｌ1 に対して、マスタレンズ１０４
は階段状の移動軌跡を持つ。なお、この図８では、バリ
エータ１０２の位置、ｆ2,ｆ3 ・・ｆ8 の各々の位置
で、マスタレンズ１０４が１ステップずつ繰り出されて
いる様子を示している。以上のようにしてズーム移動時
トラッキングがとられ、ピント移動の補正を行う。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】従来のオートフォーカ
ス装置は以上のように構成されているが、特にズーム移
動時のズームトラッキングにおいては、バリエータ１０
２とマスタレンズ１０４の位置検出精度を高くしなけれ
ば、良好なズームトラッキングを行うことが出来ず、ま
た、ポテンショメータには分解能が高く、リニアリティ
偏差の小さいものが必要であった。

【００１９】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、ズーム移動時に、極めて簡単な
制御で精度の高いズームトラッキングを行うことが出来
るオートフォーカス装置を得ることを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】ズームモータにもパルス
モータを採用し、バリエータの移動およびマスタレンズ
の移動の双方ともパルスモータで駆動するようにした点
を特徴とする。

【００２１】

【作用】パルスモータは駆動パルス数で管理出来るた
め、ポテンショメータを用いなくてもバリエータ位置の
検出分解能と検出精度に優れた制御を簡単に行うことが
できる。

【００２２】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示すブロツク回路
図である。図において、５２はバリエータ１０２を移動
させるズーム用パルスモータで、制御回路５の指令にも
とずいてパルスモータドライバ５１により駆動される。
５３はバリエータ１０２の移動端点を検知するズーム端
点検知スイッチ、５４は制御回路５にカメラ信号処理回
路３より垂直同期信号Ｖｓを導く信号線を示す。

【００２３】また、データメモリ１３には、トラッキン
グ曲線におけるバリエータ１０２の位置データが、ズー
ム用パルスモータ５２の移動量で記憶されている。つま
り、これは、マスタレンズ１０４の駆動方法と同じで、
バリエータ１０２の移動量はズーム用パルスモータ５２
の駆動ステップ数で表され、このステップ数がバリエー
タ１０２の絶対位置となる。なお、パルスモータ１０
は、ズーム用パルスモータ５２と区別するために、以下
では「フォーカス用パルスモータ」と呼ぶが、動作は従
来例のものと同じである。

【００２４】図９はバリエータ駆動機構の一実施例を示
す断面図で、ズーム用パルスモータ５２の軸に直結した
スクリュウネジ６０の回転により、バリエータ１０２が
駆動される構成を示している。この構成によれば、バリ
エータ１０２の単位移動量は、ズームエリアにおけるバ
リエータ１０２の全移動量と、スクリュウネジ６０の送
りピッチと、ズーム用パルスモータ５２の１ステップ当
たりの回転角より決定される。

【００２５】図８において、トラッキング曲線ｌ1 は焦
点距離、つまりバリエータ１０２の位置ｆ5 〜ｆ9 で
は、ｆ1 〜ｆ5 に対して傾きが若干急になっているた
め、バリエータ１０２の移動量の精度を２倍にしてマス
タレンズ１０４を繰り出している。ここでバリエータ１
０２の位置ｆ5 〜ｆ9 の単位移動量ｆ5 −ｆ6,ｆ6 −ｆ
7,・・ｆ8 −ｆ9 を、ズーム用パルスモータ５２の最小
駆動単位である１ステップに該当させると、ｆ1 〜ｆ5
のｆ1 −ｆ2,ｆ2 −ｆ3,・・ｆ4 −ｆ5 では２ステップ
分に相当する。

【００２６】この実施例では、バリエータ１０２の移動
をズーム用パルスモータ５２の駆動で行うが、この駆動
タイミングを垂直同期信号に同期させて行う。ズーム用
パルスモータ５２は、垂直同期信号が入力される毎に１
ステップずつ駆動される。これを図２のタイミングチャ
ートを用いて説明する。

【００２７】図２（ａ）は、カメラ信号処理回路３より
信号線５４を介して得られる垂直同期信号Ｖｓで、これ
に同期してまずズーム用パルスモータ５２が１ステップ
駆動され（図２（ｂ））、バリエータ位置ｆ1 とｆ2 の
中間位置に停止する（図２（ｄ））。この点ではマスタ
レンズ１０４は繰り出さないので、フォーカス用パルス
モータ１０は駆動されない。

【００２８】次に、２個目のＶｓ信号が入力されると、
再度ズーム用パルスモータ５２が１ステップ駆動され、
バリエータ位置ｆ2 の位置に停止する。次に、３個目の
Ｖｓ信号によりズーム用パルスモータ５２が１ステップ
駆動されると、フォーカス用パルスモータ１０が１ステ
ップ駆動され（図２（ｃ））、バリエータ位置ｆ2 とｆ
3 の中間でマスタレンズ１０４が１ステップ繰り出され
た図８のＫ点で停止する。

【００２９】このように動作を続けていき、図８のバリ
エータ１０２の位置ｆ8 の点で１２個目のＶｓ信号によ
りズーム用パルスモータ５２が１ステップ駆動した後、
フォーカス用パルスモータ１０が１ステップ駆動され
（図２（ｄ））、マスタレンズ１０４はバリエータ位置
ｆ1 の位置から見て結果的に７ステップ移動したｆ9 の
位置に停止する。

【００３０】なお、図８に示した実施例では、ズーム用
パルスモータ５２の１ステップ駆動に対してフォーカス
用パルスモータ１０の駆動が１ステップの場合を述べた
が、図７に示したズームトラッキング曲線の傾きの大き
い所では、ズーム用パルスモータ５２の１ステップ駆動
に対して、フォーカス用パルスモータ１０の駆動が数ス
テップにおよぶ場合がある。この時はフォーカス用パル
スモータ１０を続けて駆動すればよい。

【００３１】なお、上記実施例では、ズーム用パルスモ
ータ５２，フォーカス用パルスモータ１０とも図２
（ｂ），（ｄ）に示すように１個のパルス駆動で１ステ
ップ移動するものとしている。

【００３２】上記実施例において、下記の変更が可能で
ある。 （１） ズーム用パルスモータの最小移動量（１ステッ
プ当たりの移動量）は、ズーム全エリアにおけるバリエ
ータの移動量，必要とする分解能およびズーム時間によ
りシステムに合わせて自由に選択すればよい。 （２） ズーム用パルスモータの駆動タイミングは、垂
直同期信号に同期させることに限られるものではなく、
それ相当の信号でもよい。 （３） フォーカス用パルスモータの駆動量が多く、駆
動に時間を要する場合には、フレーム毎にズーム用パル
スモータを駆動してよい。 （４） フォーカス用パルスモータとズーム用パルスモ
ータの駆動は個々のタイミングで行ったが、同一タイミ
ングで駆動してもよい。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、バリエータの移動にパ
ルスモータを用いたので、精度の高いズームトラッキン
グが実現でき、ズーム移動時の焦点補正がズーム全域に
わたって好適に行えるオートフォーカス装置が得られる
効果がある。特にバリエータの移動量がパルスモータの
駆動パルス数で決まるため、ズーム速度の定速化，およ
び可変に対しても容易に対応できる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のフォーカス調整装置のブロ
ツク回路図である。

【図２】図１の実施例のパルスモータの動作タイミング
を説明するための図である。

【図３】従来のビデオカメラのオートフォーカス装置の
ブロツク回路図である。

【図４】この従来例の焦点検出回路４の波形図である。

【図５】従来例のＨＰＦを切り換えたときの焦点検出回
路４の出力特性を示す図である。

【図６】従来例のズームトラッキング曲線を示す図であ
る。

【図７】コンペンセータを省略したオートフォーカス装
置のズームトラッキング曲線を示す図である。

【図８】図７の一部拡大図で、図１の実施例のズームト
ラッキング動作を説明するための図である。

【図９】図１の実施例のバリエータの駆動機構の一例を
示す断面図である。

【符号の説明】

１ インナーフォーカス方式ズームレンズ ４ 焦点検出回路 ５ 制御回路 １０ フォーカス用パルスモータ １３ メモリ回路 ５２ ズーム用パルスモータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バリエータを移動させて焦点距離を変更
   するとともに、マスタレンズを移動させて焦点の移動を
   補正するインナーフォーカス方式ズームレンズのオート
   フォーカス装置であって、上記バリエータを移動させる
   第１のパルスモータと、上記マスタレンズを移動させる
   第２のパルスモータと、撮像素子から得られる撮像映像
   信号の高域成分のレベルを焦点評価値として検出する焦
   点検出回路と、変倍時に上記検出された焦点評価値が最
   大値となるように山登り法によって上記マスタレンズの
   位置を制御する制御回路とを備え、上記バリエータおよ
   びマスタレンズの位置を上記第１および第２のパルスモ
   ータのステップ数として制御する構成としたことを特徴
   とするオートフォーカス装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、トラッキング曲線の
   傾斜に応じてバリエータの移動量に対するマスタレンズ
   の移動量を切り換えることを特徴とするオートフォーカ
   ス装置。