JPH0580643B2

JPH0580643B2 -

Info

Publication number: JPH0580643B2
Application number: JP57171923A
Authority: JP
Inventors: Naoya Kaneda; Masamichi Toyama; Yutaka Kotani; Akihiro Fujiwara; Susumu Kozuki
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1982-09-30
Filing date: 1982-09-30
Publication date: 1993-11-09
Also published as: US4591919A; JPS5961807A

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は、自動焦点制御装置の改良に係り、た
とえば物体に向けて投光し、その反射光を検出し
て検出する第１の焦点検出手段と、撮像信号中の
所定の信号成分に基づいて焦点検出する第２の焦
点検出手段等、特性の異なる複数の焦点検出手段
を用いて光学系の焦点を自動調節する自動焦点制
御装置に関する。

従来技術従来より、被写体に対する光学系の焦点状態を
検出してこれを自動調節する自動焦点制御装置が
知られており、その方式も種々のものがある。た
とえば、能動型の自動焦点調節システムについては既に
種々提案され、また、ステイル、カメラ、８mmシ
ネ．カメラ、或いはビデオ．カメラ等に於て様々
なタイプのものが実施されていることは周知の通
りであるが、どの様なタイプのものであれ、斯か
る能動型のシステムに共通した難点はその電力消
費量が非常に大となると云うことである。即ち、
物体に向けて投射する信号が光であれ、或いは、
超音波であれ、システムの性能アツプのためには
高出力の信号投射を行わなければならず、近年に
なつて、高出力IRED（赤外発光ダイオード）等
が開発される様になつて来たとは言うものの、未
だそれらの電力消費は非常に大きいものである。
従つて、特に、シネ．カメラやビデオ．カメラの
様に、撮影を行つている間中、常時、自動焦点調
節システムを作動しておく必要のあるものにあつ
ては、大きな障害となつているのが実情である。
殊に、昨今、ビデオ．カメラについてはポータブ
ル化が進んで来ており、従つて、その電源容量も
増々限られつつあるため、上記能動型システムの
電力消費の大きいことは増々大きな障害となつて
来る。

目的従つて、本発明の目的は、本来的に電力消費の
大なる能動型の自動焦点調節システムを備えてい
るにも拘らず、電力消費を格段に軽減させること
の出来る新規な自動制御装置を提供することに在
る。

本発明の他の目的は、必要時のみ焦点調節シス
テムを働かけると云う合理的な方法によつて電力
消費を格段に軽減させることの出来るより有利な
自動焦点制御装置を提供することに在る。

上記の目的を達成するため、本発明によれば、
物体を撮像する撮像手段と、前記物体に対して投
光する投光手段と、前記投光手段による投光の前
記物体における反射光から光学系の焦点状態を検
出し、前記光学系の焦点を自動調節するための第
１の焦点検出手段と、前記撮像手段より出力され
た撮像信号中の所定の信号成分に基づいて前記光
学系が合焦状態から脱したことを検出するための
第２の焦点検出手段と、前記第１の焦点検出手段
によつて前記光学系の合焦状態が検出されたこと
に応答して前記第１の焦点検出手段の作動を停止
させ、前記第２の焦点検出手段の出力に応答して
前記第１の焦点検出手段を再作動させる制御手段
とを備えた構成とする。

実施例以下、本発明の好ましい実施例について添附の
図面を参照して説明する。

尚、ここに示す２つの実施例は何れも本発明を
投光式の自動焦点調節システムを装備したビデ
オ、カメラに適用した場合の例であるが、本発明
が斯かる実施例のみに限定されるものではないこ
とは言う迄もないことである。

先ず第１の実施例について説明するに、第１図
に於て、１，２及び３は撮影光学系を構成するレ
ンズ群で、このうち先頭のレンズ１にフオーカシ
ングのために光軸に沿つて可動である。４は該撮
影光学系１〜３によつて形成される被写体の像を
走査するためのCCD等の固体撮像素子、５は該
固体撮像素子４を駆動するドライバ回路、、６は
走査信号処理用のプリ、アンプ、７はガンマ補正
回路、８はブランキング混合回路、９はリニア．
グリツプ回路、１０は電子ビユー．フアインダ
で、これらは何れもCCDビデオ、ビデオに於て
公知のものである。１１はビデオ信号記録装置で
ある。

１２は被写体に向けて赤外光を投射するための
例えば前述のIREDの様な発光素子、１３はこれ
を作動させるための投光回路、１４は該発光素子
１２より投射された後、被写体によつて反射され
て来る赤外光を検出するための受光素子（例えば
シリコン．フオト．セル）で、独立した２つの受
光部１４Ａ及び１４Ｂを備えている。ここで、発
光素子１２及び受光素子１４は、撮影光学系が被
写体に対して合焦している状態では発光素子１２
から投射された光が被写体で反射されてほぼ受光
素子１４の２つの受光部１４Ａ，１４Ｂの境界部
分に入射し、撮影光学系の焦点が被写体よりも手
前に合つている前ピン状態では反射光が受光部１
４Ａにより多く入射し、逆に、撮影光学系の焦点
が被写体よりも遠方に合つている後ピン状態では
反射光が受光部１４Ｂにより多く入射する様、フ
オーカシング．レンズ１の移動に対して関係付け
られている。斯かる構成については既に周知であ
るのでその具体例についての説明は割受する。
尚、発光素子１２び受光素子１４の前方には夫々
の周知の如く投光レンズ及び受光レンズ、また、
必要に応じて赤外透過フイルタ等が配置されるも
のである。

１５Ａ及び１５Ｂは夫々受光素子１４の各受光
部１４Ａ，１４Ｂの出力を増幅するためのアン
プ、１６は両アンプ１５Ａ，１５Ｂの出力の差
Vd（＝15Aout−15Bout）を形成するための差動
アンプ、１７は該差動アンプ１６の出力Vdを、
合焦範囲を規定する所定の基準レベル範囲−ΔV
〜＋ΔVに対して比較して−ΔV≦Vd≦＋ΔVの
場合には出力2Fをハイと為し、Vd＞＋ΔVの場
合には出力NFをハイと為し、また、Vd＜−ΔV
の場合には出力FFをハイと為す様に構成された
比較回路（例えばウインド．コンパレータであ
る）Ｖ、ここでは出力IFのハイは合焦状態を、
出力NFのハイは前ピン状態を、そして出力FFの
ハイは後ピン状態を夫々表わす。１８は該比較回
路１７の出力に基づいてフオーカシング、レンズ
駆動用モータ１９の正、逆転及び停止を制御する
モータ制御回路で、例えば、比較回路１７の出力
NFのハイに応答してモータ１９を正転させるこ
とによりフオーカシング．レンズ１を図中矢印Ａ
方向に、即ち、遠距離合焦側へ駆動させ、また、
出力FFのハイに応答して逆転させることにより、
レンズ１を矢印Ｂ方向に、即ち、近距離合焦側へ
駆動させ、そして出力IFのハイに応答して停止
させる様、構成されている。尚、斯かるモータ制
御回路は、例えば、周知の如く、トランジスタの
コンプリメンタリ接続等を以つて構成し得るもの
である。因みに、フオーカシング．レンズ１のＡ
及びＢ方向の移動に関連して発光素子１２及び受
光素子１４も図中の矢印Ａ及びＢ方向に夫々移動
させられるものである。

本実施例に於ては以上に説明した１２〜１９で
示される要素により能動型の自動焦点調節システ
ムが構成されているものである。

２１は上記ドライバ回路５からの撮像素子ドラ
イブ．クロツクをカウントするカウンタ２０の出
力により、撮像素子４の走査出力のうち、第２図
に示す該撮像素子４の有効撮像面４ａ中の４ｂで
示す領域に対応した出力を取り出す様に制御され
るゲート回路、２２は該ゲート回路２１によつて
取り出された走査出力中の高周波成分を検出する
ための高周波成分検出回路、２３は上記カウンタ
２０の出力により被写体像の１走査の終了、即
ち、垂直同期の度毎に該高周波成分検出回路２２
の出力をサンプル．ホールドするサンプル．ホー
ルド回路、２４は撮影光学系が合焦状態に達した
際に後述する回路構成を通じて附与されるラツ
チ．パルスに応答してその時点でのサンプル．ホ
ールド回路２３の出力をラツチするラツチ回路、
R₁及びR₂は該ラツチ回路２４の出力に対し、こ
れよりも若干低めの、例えば、その約８割程度の
出力レベルを得るための分圧用抵抗、２５はサン
プル．ホールド回路２３の出力と抵抗R₁及びR₂
により分圧されたラツチ回路２４の出力とを比較
して前者が後者よりも低くなつた際にその出力が
ハイからロウに転ずる様に為されたコンパレータ
である。

ここで、画像の走査出力中の高周波成分は像の
鮮明度と対応関係に在るもので、像の鮮明度が向
上すれば高周波成分が増大し、これにより高周波
成分検出回路２２の出力レベルも増大して来るも
のである。従つて、撮影光学系が合焦状態に達し
た際の高周波成分検出回路２２の出力レベルをラ
ツチ回路２４によりラツチし、そして、許容合焦
範囲を例えば、このラツチされた合焦時の高周波
成分検出レベルから約２割程度の幅に設定して該
ラツチ回路２４の出力の約８割のレベルを基準レ
ベルとし、引き続いて得られる高周波成分検出レ
ベルがこの基準レベルを下回つた際に撮影光学系
が合焦状態から脱したと判定することが出来る訳
である。

尚、像走査出力をもとに像の鮮明度を検出する
ための、上記高周波成分検出回路２２に代わる他
の回路例としては例えば、第３図に２２′で示す
様に、像走査出力を先ず微分回路３０により微分
し、その出力を絶対値化回路３１により絶対値化
した後、２乗回路３２により２乗し、その出力を
積分回路３３により積分する様な構成のものが可
能である。

因みに上記抵抗R₁及びR₂による分圧比は、許
容合焦範囲をより狭くすることを欲する場合には
例えば0.9程度に上げても良く、要は、希望する
許容合焦範囲の広さに広じて任意に設定されるも
のである。

本実施例に於ては以上に説明した20〜25及び
R₁，R₂で示される要素により一度合焦状態に達
した撮影光学系が合焦状態から脱したことを検出
するための検出手段が構成されているものであ
る。

２６は上記比較回路１７の出力IFを反転させ
るインバータ２７の出力のハイからロウへの変化
によりセツトされ、また、電源投入時に、不図示
の周知のパワー．アツプ．クリア回路から出力さ
れるパワー．アツプ．クリア．パルス及び上記コ
ンパレーータ２５の出力を受けるORゲート２８
の出力のハイからロウへの変化によりリセツトさ
れる様に為された立下り同期型のRS−フリツプ．
フロツプ、２９は該フリツプ．フロツプ２６のＱ
出力のハイに応答して単パルスを出力するワン．
シヨツト回路（単安定マルチ、バイブレータ）
で、その出力は上記ラツチ回路２４にラツチ．パ
ルスとして附与される。また、フリツプ．フロツ
プ２６の出力は上記投光回路１３及びモータ制
御回路１８にイネイブル信号として附与され、両
回路１３及び１８はこの出力がハイである場合
に作動し、ロウの場合は作動を停止する様に、構
成される。具体的には例えば両回路１３，１８の
各給電路中にスイツチング．トランジスタを配し
て、それらを、上記フリツプ．フロツプ２６の
出力のハイによりオンさせ、また、ロウによりオ
フさせることで両回路１３，１８の作動、不作動
を制御する様な構成で良い。

本実施例に於ては主として上記フリツプ．フロ
ツプ２６により撮影光学系の合焦状態に於て上記
自動焦点調節システム１２〜１９の作動を停止さ
せ、また、撮影光学系が合焦状態から脱したこと
を検出する上記検出手段２０〜２５，R₁，R₂の
出力に応答してこれを再作動させる制御手段が構
成されているものである。

さて、以上の構成に於て、カメラの電源を投入
すると、この時に不図示のパワー．、アツプ．ク
リア回路から出力されるパワー．アツプ．クリ
ア．パルスによりORゲート２８を通じてフリツ
プ．フロツプ２６がリセツトされ、その出力が
ハイになる。これにより投光回路１３及びモータ
制御回路１８が、従つて、自動焦点調節システム
がイネイブルとなり、投光回路１３は発光素子１
２を作動させて発光を行わせる様になる。発光素
子１２より不図示の投光レンズを介して投射され
た光は被写体により反射され、不図示の受光レン
ズを介して受光素子１４で検知される。そして先
述した様に若し撮影光学系が前ピン状態に在れば
比較回路１７の出力NFがハイとなるためにモー
タ制御回路１８はモータ１９を正転させて、フオ
ーカシング．レンズ１を矢印Ａ方向に、即ち、遠
距離合焦側に駆動させ、また、逆に、後ピン状態
に在れば比較回路１７の出力FFがハイとなるた
めにモータ１９を逆転させてフオーカシング．レ
ンズ１を矢印Ｂ方向に、即ち、近距離合焦側に駆
動させる様になる。

一方、この間、ドライバ回路５により撮像素子
４が駆動され、撮影光学系により形成される被写
体像の走査が行われており、そして、この時の走
査出力は６〜９で示される周知のビデオ、プロセ
ス系処理された後、電子ビユー．フアインダ１０
に附与されて、ここで撮影画面のデイスプレイが
行われ、また、必要に応じて記録装置１１で記録
される訳であるが、この時、カウンタ２０による
制御の下で、撮像素子４からの走査出力のうち、
第２図に示す該撮像素子４の撮像面４ａ中の中心
領域４ｂに対応した走査出力がゲート回路２１を
通じて取り出され、これは次の高周波成分検出回
路２２に附与されて、ここで高周波成分の検出が
行われ、その検出出力は１走査の終了の度毎に、
即ち、垂直同期の度毎にサンプル．ホールド回路
２３でサンプル．ホールドされている。

さて、撮影光学系が調節されて前述した前ピン
状態或いは後ピン状態から合焦状態に達すると、
その時点で比較回路１７の出力IFがハイとなる
ためにモータ制御回路１８はモータ１９を停止さ
せる様になる。一方、この時、これまでハイであ
つたインバータ２７の出力がロウとなるためにフ
リツプ、フロツプ２６がセツトされ、そのはハ
イからロウに、また、Ｑ出力はロウからハイに
夫々変化する。そして出力がロウになると投光
回路１３及びモータ制御回路１８がデイスエイブ
ルとなるために自動焦点調節システムは作動を停
止する様になる。また、Ｑ出力がハイになると、
これに応答してワン．シヨツト回路２９よより単
パルスが出力され、これによりラツチ回路２４は
その時点でのサンプル．ホールド回路２３の出力
をラツチする様になる。斯かる状態、即ち、自動
焦点調節システムの停止状態は撮影光学系のピン
トが再び崩れる迄、即ち、具体的には抵抗R₁，
R₂で設定した許容合焦範囲から脱する様になる
迄、換言すれば、サンプル．ホールド回路２３の
出力が抵抗R₁，R₂で分圧されたラツチ回路２４
の出力レベを下回る様になる迄、接続され、斯か
る状態の下で撮影が行われる様になる。

一方、斯かる状態撮影が行われている間に撮影
光学系のピントが崩れて、抵抗R₁，R₂で設定し
た許容合焦範囲から脱する様になると、この時点
で、サンプル．ホールド回路２３の出力が抵抵
R₁，R₂で分圧されたラツチ回路２４の出力レベ
ルを下回る様になるために、それまでハイであつ
たコンパレータ２５の出力がロウとなる。これに
よりORゲート２８を通じてフリツプ．フロツプ
２６がリセツトされてその出力がハイに復帰す
るために投光回路１３及びモータ制御回路１８が
イネイブルとなり、従つて、自動焦点調節システ
ムが再び作動して撮影光学系の自動焦点調節が再
開される様になる。

本実施例に於ては以上の様にして、撮影光学系
が合焦状態に達すると自動焦点調節システムの作
動が停止させられ、そして撮影光学系が合焦状態
から脱すると再作動させられると云つた動作が撮
影中繰り返されるものである。

ここで本実施例に於ては撮影光学系の合焦状態
では投光回路１３及びモータ制御回路１８をデイ
スエイブルとすることで自動焦点調節システムの
作動を停止させる様にしているが、これに代え
て、システムの全回路をデイスエイブルとする様
にしても良いものである。そのためには例えばシ
ステムの全回路に対する給電路中にスイツチン
グ．トランジスタを配して、そのオン、オフをフ
リツプ．フロツプ２６の出力によつて制御する
様にすれば良いものである。但し、能動型の自動
焦点調節システムに於て電力消費の高い要素は冒
頭に述べた様に専ら信号発生源、即ち、上記発光
素子１２であり、従つて、投光回路１３をデイス
エイブルとするだけも電力消費の軽減の効果は非
常に大きいものである。因みに投光回路１３と共
にモータ制御回路１８をもデイスエイブルとして
いるのは信号光の投射が断たれている状態での誤
動作を防止するのが主なねらいであり、従つて、
この誤動作の防止についての他の手段を構じ得る
のであれば、モータ制御回路１８をデイスエイブ
ルとすることは必ずしも必要ではない。

尚、これは本発明の要旨外ではあるが、上記記
録装置１１による記録動作の制御に関しては、例
えば、カメラのトリガ．ボタンを２段押下式にし
て、その第１段目で記録装置１１を除く他の全て
の装置系を作動させ、第２段目で記録装置１１を
作動させる様にしても良く、或いは第１図中に示
す如く、パワー．アツプ．クリア．パルスによつ
てリセツトされ、上記インバータ２７の出力ハイ
からロウへの変化によりセツトされる立上り同期
型のRS−フリツプ．フロツプ３４を配し、その
Ｑ出力を記録イネイブル信号として記録装置１１
に附与して該Ｑ出力のハイにより記録をイネイブ
ルとする様にしても良いものである。特に後者の
構成によれば、撮影の開始に際し、撮影光学系が
初めて合焦状態に達する迄は記録を阻止し得ると
云う効果が得られるものである。

次に本発明の第２の実施例について説明する
に、第４図に於て、図中、第１図に於けると同一
の符号を以つて示される要素は既述のものと全く
同一のものである。即ち、この第２の実施例は、
既述の第１の実施例に於ける反射光検知用の受光
素子１４を固体撮影素子４の撮像面４ａの一部に
て代用する様にしたもので、この点に於てのみ第
１の実施例と相違するものであり、従つて、ここ
では、主として第１の実施例とは相違する部分を
説明し、それ以外については第１の実施例に関す
る説明を援用するものとする。

図に於て、３５Ａ及び３５Ｂは夫々カウンタ２
０′の出力によつて、撮像素子４の走査出力のう
ち、第５図に示す該撮像素子４の撮像面４ａ中の
４ｃ及び４ｄで示す領域に対応した出力を取り出
す様に制御されるゲート回路、３６Ａ及び３６Ｂ
は夫々該ゲート回路３５Ａ及び３５Ｂによつて取
り出された走査出力を積分する積分回路、３７Ａ
及び３７Ｂは夫々カウンタ２０′の出力によつて、
撮像素子４による１走査の終了の度毎に、即ち、
垂直同期の度毎に積分回路３６Ａ及び３６Ｂの出
力をサンプル．ホールドする様に制御されるサン
プル．ホールド回路で、その出力は夫々差動アン
プル１６の非反転及び反転入力に附与される。

ここで撮像面４ａ中の上記領域４ｃ及び４ｄは
第５図に示す如く、発光素子１２との間で設定さ
れる基線に沿つて、レンズ１の移動に伴う反射光
の入射点の移動の範囲をカバーし得る様に、且
つ、同じ長さに設定されており、幅については最
少限１走査ライン分で良い。従つて、これら領域
４ｃ及び４ｄは夫々第１図に於ける受光素子１４
の受光部１４Ａ及び１４Ｂに相当し、また、、サ
ンプル．ホールド回路３７Ａ及び３７Ｂの出力は
同じく第１図に於けるアンプ１５Ａ及び１５Ｂの
出力に相当することになる。

以上の外は第１図に示した第１の実施例の場合
と全く同様の構成であり、また、動作についても
発光素子１２から投射された後、被写体で反射さ
れて来る信号光の検知が撮像面４ａ中の領域４ｃ
及び４ｄ並びにこれらに連らなる３５Ａ−３６Ａ
−３７Ａ及び３５Ｂ−３６Ｂ−３７Ｂで示される
回路を通じて行われる点以外は第１の実施例の場
合と全く同様である。

効果以上詳述した様に本発明の自動焦点制御装置に
よれば、たとえば能動型の焦点検出手段と受動型
の焦点検出手段等の複数の焦点検出手段を用いる
ことによつて自動焦点調節装置の合理化をはかつ
たので、本来的に電力消費の大なる能動型の自動
焦点調節システムを備えているにも拘らず、その
合理的な用法によつて電力消費を大幅に軽減させ
ることが出来るもので、特に、シネ．カメラやビ
デオ．カメラの様に撮影中常時連続して自動焦点
調節システムを作動させておく必要のある機器に
於てその効果甚だ大なるものである。

尚、実施例としては能動型の自動焦点調節シス
テムとして所謂赤外光投射式のもの（特に差動方
式と称されるもの）を例に挙げて、これに本発明
の改良を適用した場合について示したが、本発明
が斯かる赤外光投射式のもののみに限定されるも
のではないことは勿論のことで、他に超音波投射
方式（位相検出タイプ．レーダー．タイプ）やこ
れに類するもの等、能動型のシステムに広く適用
可能で、しかも同様の効果が得られるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の電気回路系の
構成を示すブロツク図、第２図は第１図示構成に
於ける非合焦検出のための撮像素子の撮像面上で
の検出領域を示す模式図、第３図は第１図示構成
に於ける非合焦検出のための要部回路の他の構成
例を示す部分回路ブロツク図、第４図は本発明の
第２の実施例の電気回路系の構成を示すブロツク
図、第５図は第４図示構成に於ける信号光検出及
び非合焦検出のための撮像素子の撮像面上での各
検出領域を示す模式図である。１〜３……光学系（１はフオーカシング．レン
ズ）、４……撮像素子、１２〜１９，１２，１３，
４ｃ，４ｄ，２０′，３５〜３７，１６〜１９…
…能動型自動焦点調節システムの構成要素、２０
〜２５，２０′，２１〜２５……検出手段の構成
要素、２６……制御手段（フリツプ．フロツプ）。

Claims

【特許請求の範囲】１物体を撮像する撮像手段と、前記物体に対して投光する投光手段と、前記投光手段による投光の前記物体における反
射光から光学系の焦点状態を検出し、前記光学系
の焦点を自動調節するための第１の焦点検出手段
と、前記撮像手段より出力された撮像信号中の所定
の信号成分に基づいて前記光学系が合焦状態から
脱したこことを検出するための第２の焦点検出手
段と、前記第１の焦点検出手段によつて前記光学系の
合焦状態が検出されたことに応答して前記第１の
焦点検出手段の作動を停止させ、前記第２の焦点
検出手段の出力に応答して前記第１の焦点検出手
段を再作動させる制御手段と、を備えたことを特徴とする自動焦点制御装置。