JPH0629896B2 - 焦点検出装置 - Google Patents

焦点検出装置

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JPH0629896B2
JPH0629896B2 JP59182152A JP18215284A JPH0629896B2 JP H0629896 B2 JPH0629896 B2 JP H0629896B2 JP 59182152 A JP59182152 A JP 59182152A JP 18215284 A JP18215284 A JP 18215284A JP H0629896 B2 JPH0629896 B2 JP H0629896B2
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focus
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lens
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昭広 藤原
直也 金田
陽一 岩崎
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/28—Systems for automatic generation of focusing signals
    • G02B7/36—Systems for automatic generation of focusing signals using image sharpness techniques, e.g. image processing techniques for generating autofocus signals

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
  • Focusing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はビデオカメラ、スチールカメラ等の撮影装置に
好適な自動焦点調節装置に用いる焦点検出装置に関する
ものである。
従来、被写体迄の距離を検出し、撮影装置の対物レンズ
のピント調節を自動的に行わせる自動焦点調節装置は各
種提案されている。これら従来例を大別すると、被写体
に投光パターンを投影し、その反射光を検出することに
より、距離情報を検出する、所謂アクテイブ方式と、被
写体像のボケないし被写体像を異る光路を介して2像形
成し、両者のヅレ量を検出して距離情報を検出する所謂
パシシブ方式(例えば米国特許第4185,191号)
に分けられる。
然し乍ら、前者並びに後者の方式はいづれも一長一短が
あり、すべての被写体に対して、高精度な自動焦点調節
動作を期待することが困難である。例えば後者のパシシ
ブ方式では、次の様な場合焦点調節動作が不安定になる
ことが多い。
(1)低輝度下に於いて、被写体のコントラストを検出セ
ンサが抽出できない場合。
(2)被写体自体が低コントラストで、検出センサがその
特徴を抽出できない場合。
以上のような条件下では検出センサーは距離信号を正確
に出力することができない。これに起因して焦点調整精
度の低下とともに例えばビデオカメラのような連続動作
を必要とする装置では撮影レンズが不正確な検出信号に
応答して、調節されるため、動作安定性の低下をも招く
ことになる。この様な場合の欠点を除去するため、従来
提案されている方法としては、 a 前回の判定結果と今回の判定結果が一致した時のみ
焦点調節動作を行う。
b 合焦判定範囲(所謂不感帯幅)を2つ(安定性が保
たれる広い範囲と焦点調節精度が確保される狭い範囲)
設定し、これを適当なタイミングで切換える。
等の方法がある。即ち前者aに於いては相前後の距離信
号の検出を行い、両者が同じないしほゞ同じ信号であれ
ば、両者真の被写体距離信号と判別し、この信号に基づ
いて自動焦点調節動作を行わせ、両者が異つている場合
には、両者偽似信号として、キヤンセルすることによ
り、真の信号のみ基づいて自動焦点調節動作を行わせる
ものである。
又後者の方法は、被写体自体のコントラスト又はコント
ラスト信号が十分得られない場合、不感帯巾を交互に選
択することによつて不必要な偽信号を出力させないよう
に広い不感帯巾を、次いで、正確な焦点調節精度が確保
できる狭い不感帯巾を交互に切替えるようにしたもので
ある。
上述の方法は、いずれも動作安定性と焦点調節精度を両
立させる目的で考えられたものであるが、パシシブ方式
の自動焦点調節装置の場合、被写体のいかなる条件にも
対応し得るものではない。
本発明の目的とする処は以上のような従来例の欠点を一
掃せんとよるもので、その特徴とする構成として、被写
体からの光束を受光する受光回路と、該受光回路出力に
基づいてフォーカス状態を表すフォーカス信号を出力す
るフォーカス検知回路と、該フォーカス信号が所定の不
感帯幅内の値か否かを判定する合焦判定回路と、被写体
のコントラスト状態を検知するコントラスト状態検知回
路と、該コントラスト状態検知回路にて検知されたコン
トラスト状態に応じて前記不感帯幅を変化させる調定回
路を設け、コントラスト状態が低い時には前記不感帯幅
を広げた焦点検出装置を提供するものである。
茲に被写体のコントラストとは、被写体自体のコントラ
ストは勿論、上述のように被写体のパターンが明確、即
ちコントラストが十分であつても、低輝度下で十分コン
トラスト信号を得られない場合も含む意味に用いられ
る。
以上のような構成に依れば、コントラスト信号が十分得
られない場合には、高精度の焦点調節情報が得られない
と判断し、広い不感帯巾を選択し、又コントラスト信号
が所定値以上であれば、焦点調節情報に高精度に応答す
る様、狭い不感帯巾が選択される様に、構成したもので
ある。
従つて、コントラスト信号自体により、コントラストが
低い場合には感応性が悪く、即ち安定性が重視されて、
不用意に偽信号に基づいて自動焦点調節が行われず、他
方、コントラストが所定値を越えれば、応答性が良好と
なり、正確に自動焦点調節が行われることになり、被写
体に応じて常に高い精度で、自動焦点調節動作が可能と
なるものである。
以下本発明の具体的実施例について、図面を参照して説
明する。
第1図は本発明を実施するに適した形の自動焦点調節装
置の光学系構成原理図を示すもので、同図に於いて、1
はレンズ要素、2はレンズ要素の瞳面の像を再結像する
ための小レンズ群で、第1図では小レンズ2個より成る
様に描かれているが、実際には20ケ以上のものが用い
られる。3〜6は例えばCCD素子よりなる受光素子の各
画素エレメントを示し小レンズ2−1に対しては、画素
エレメント3と4が、2−2に対しては画素エレメント
5と6が対応し、画素エレメント3は、小レンズ2−1
を通してアパーチヤ8部分を画素エレメント4は小レン
ズ2−1を通してアパーチヤ7部分をにらんでいる。
同様に画素エレメント5は小レンズ2ー2を通してアパ
ーチヤ8部分を、画素エレメント6は小レンズ2−2を
通してアパーチヤ7部分をにらんでいる。前述の様に、
小レンズ及びセンサーは小レンズに20以上の列となつ
ており仮に2−1をn番目、2−2をn−1番目の小レ
ンズであるとすると、説明のため、n番目のレンズを通
してアパーチヤ8をにらむ画素エレメントをAn7をにら
む画素エレメントをBn、n−1番目のレンズを通してア
パーチヤ8をにらむ画素エレメントをAn−1アパーチ
ヤ7をにらむ画素エレメントをBn−1とする。
F面は撮影レンズ1の焦点面に当たる。即ちビデオカメ
ラを想定すると撮像管の撮像面位置(等価位置)がFと
なる。したがつてレンズ1が左右方向に位置を変えるこ
とによつてF面に正しく結像する被写体距離は異り又合
焦距離にある物体の像を受光素子列の出力としてとらえ
る場合An=Bn,An-1=Bn-1となるのに対して合焦距離に
ない物体の像をとらえる時にはAn=Bn,n≠m,となつ
てくる。
第1図においては距離R1がレンズ1の合焦距離とする
と、9点の像はAn,Bn画素エレメント(3,4)に入るし10
点の像はAn-1,Bn-1画素エレメント(An-1,Bn-1)に入
る。逆の見方をすると光線11と12は点10で交わる
し、光線13と14は点9で交わることになる。
第2図は第1図に於いて説明した受光素子列の出力を横
軸に受光素子の位置をもつて示した図である。この図で
は受光素子の画素エレメントの個数としてl個分だけAn
とBnの位置がずれている場合を示し、このずれを検出す
れば非合焦が検出できることとなる。
第3図は第1図示光学系を実際のビデオカメラの自動焦
点調節装置に適用し、本発明を実施する全体構成図を示
して居り、同図に於いて、10は撮影レンズ系のうちで
所謂前玉と言われる焦点調節系のレンズ群、15は変倍
系と補正系の2群より成り、撮影レンズの焦点距離を可
変とするためのレンズ群、16はハーフプリズム、17
は全反射ミラー、18はAF系のレンズ群、19は第1
図で説明した小レンズ列と受光素子列とを含んだセンサ
ーユニット、20は絞りメータ、21は絞り羽根、22
は結像系のレンズ、23はイメージセンサーとしてのビ
デオ信号を形成する固体撮像板、24はセンサーから得
られた信号をデジタル信号とするA/D変換器、25はこ
の情報及び焦点距離情報、合焦距離情報により、合焦、
非合焦等の判断を行なうCPU、26はモータードライブ
回路、27はレンズ群1の位置を可変とするためのAF
モータ、28はレンズ群1の位置情報を検出するための
エンコーダ、29は撮影レンズの焦点距離情報を検出す
るためのエンコーダ装置である。
CPU25中にはAD変換器24出力を演算し、距離情報
としての合焦信号を演算する演算回路を具備して居り、
同演算回路は、例えば Hf=Σ{|An-Bn+1|-|An+1-Bn|} で算出されるHfが算出され、Hfがほぼゼロの時が合焦と
判断される。
ここで、第2図のAnカーヴとBnカーヴのずれと方向(即
ちピンボケの程度と前ビン、後ビンの区別)を算出する
ため、更にCPUは第2の演算処理を行い、即ち、 Hpf=Σ{|An+b-Bn+1|-|An+b+1-Bn|} にてk=−aからaまで可変としてHpfを算出する。こ
こでaの数値は前述の小レンズの個数によつて決定され
るものである。
第4図は横軸にk、縦軸にHpfをとつた場合の計算結果
所謂“S字特性”を示すがここで曲線31はk=0にて
Hpf=0となり、よつてこの状態でピントは合つている
と見なすことができる。一方曲線30はkが負、曲線3
2はkが正でHpfがゼロとなつているこの時のkの符号
により前ピン、後ピンが、又kの絶対値によりボケの程
度が算出される。A,Bのとり方によるか仮にkが負の時
を後ピンとすると、曲線30の結果の時は後ピンであり
曲線32の時は前ピンとなる。
第5図は第3図示AD変換器24とCPU回路中、本発明
の具体的実施例に相当する電気回路のみを抽出したもの
で同図に於いて101は受光素子列19からのアナログ電
気信号でA/D変換器24によつてデイジタルデータ群に
変換された後、被写体のコントラスト信号を演算により
求め、該信号により、同様に求めた合焦信号の処理回路
の不感帯巾を広狭に切換える様に構成したものである。
なお、これら回路は、実際には、マイクロコンピュータ
等によつてソフトウエア的に処理されるのが昨今一般的
となつて居り、本実施例においてもこの機能部分をマイ
クロコンピュータによつて構成しているが、その機能説
明のために、第5図においては機能ブロツク回路部に分
解して図示されている。第5図に於いて104は演算処理
部であり、上述のように Hpf=Σ{|An+k-Bn+1|-|An+k+1-Bn|} の計算から、Hpf=0となる点の値を求める。そして、
これから得られたk0はその極性が焦点ズレ方向、その絶
対値が焦点ズレ量を示している。
一方、被写体のコントラストを示す評価値は、その求め
方に幾つかあるが、本実施例では上述のHpfの計算過程
で求まつている。S字特性曲線のゼロクロス点における
微係数、すなわち傾きがそれである。マイクロコンピュ
ータ内でのデイジタル処理においては、この値の求め方
は次のようになる。従来例の説明につけ加えると、k0は
kを−aからaまで可変として、Hpfの値が負から正に
遷移する点を内挿によつて求めるが、m≦k0<m+1とな
るHpf(m),Hpf(m+1)の差の値がこのコントラスト評価量
になる。このように104の演算部は112のコントラスト評
価量を出力する。
113は変換部であり、演算部104からのコントラスト評価
量信号112に応じて、その関数として114の合焦判定範囲
(不感帯幅)信号を出力する。105はズレ量のk0を示す
信号であり、焦点ズレの方向と量の情報を含んでいる。
106は補正部であり、受光素子列前の光学系で生じる光
学的原因に帰因する誤差を補正しているが、本発明には
直接関係しないので、その詳細は省略する。108は比較
判定部であり、信号107と変換部113の出力信号114とを
比較し、結果として焦点のズレ量と不感帯幅の大小関係
を比較し、焦点ズレ量>不感帯幅の時、焦点ズレ方向の
情報に従つて駆動信号109を発生する。113の変換部にお
いてのコントラスト評価量に対する不感帯幅の変換特性
は、コントラストが高ければ高いほど不感帯が狭いとい
う特性に変換部113は設定されている。具体的には変換
部は入力に対して有出力が逆数をとるとか、定数との補
数をとる様、構成される。
変換部113としては他に不感帯幅の可変範囲等を考慮に
入れると、テーブル参照による方法が、理想に近い値が
設定でき良いと思われるが、必ずしも、連続的に変換さ
れることは必要ではなく例えば、段階的に少くとも2段
以上変換値を形成すればよい。
以上の様な構成により、被写体のコントラストが低い場
合には演算部104からのコントラスト評価量信号112によ
り変換部113は大きい不感帯巾を示す信号114を出力する
ため演算部104からのズレ量が、大きい値をとらない以
上、即ちズレ量が大きくない限り、モータ駆動回路110
へは出力は印加されない。この結果、第5図示処理系の
安定性は増大し、偽信号も含まれる可能性の大きいコン
トラスト小の被写体に対しては、ピクツクこととの少い
合焦調節が行われることになる。他方、コントラスト
が、大きくなるに従い、変換部113は狭い不感帯巾に相
応する信号114が出力され、比較判別部108は、応答性が
増大する。この結果、距離情報、即ちズレ量信号105に
より、モータ駆動回路110は高感応性を示し、正確な合
焦動作を繰り返し行う。
上述のように本発明に於いては、コントラスト量を評価
することにより、これに相応した不感帯を設定し、コン
トラスト量に応じて自動焦点調節系の安定性と感応性の
両者を、調和させ乍ら、調節するようにしているため、
その都度最適な合焦調節動作が可能となり、種々の被写
体に対し、高精度な自動焦点調節動作が可能であり、各
種カメラの自動焦点調節装置として極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を適用する、自動焦点調節装置の光学系
原理を示す構成図 第2図は第1図示装置の動作説明図 第3図は本発明を適用する自動焦点調節装置の全体構成
図 第4図は第3図示装置動作説明図 第5図は本発明の一実施例を示す電気回路図 104:コントラスト評価量並びにズレ量を演算する演算
部 113:コントラスト評価量に応じて、不感帯巾に相応す
る信号を形成する変換部 108:変換部113出力とズレ量に相応する信号とを比較す
る比較判定部 110:撮影レンズ駆動図モータ駆動回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被写体からの光束を受光する受光回路と、
    該受光回路出力に基づいてフォーカス状態を表すフォー
    カス信号を出力するフォーカス検知回路と、該フォーカ
    ス信号が所定の不感帯幅内の値か否かを判定する合焦判
    定回路と、被写体のコントラスト状態を検知するコント
    ラスト状態検知回路と、該コントラスト状態検知回路に
    て検知されたコントラスト状態に応じて前記不感帯幅を
    変化させる調定回路を設け、コントラスト状態が低い時
    には前記不感帯幅を広げたことを特徴とする焦点検出装
    置。
JP59182152A 1984-08-31 1984-08-31 焦点検出装置 Expired - Lifetime JPH0629896B2 (ja)

Priority Applications (1)

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JP59182152A JPH0629896B2 (ja) 1984-08-31 1984-08-31 焦点検出装置

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JPS6159407A JPS6159407A (ja) 1986-03-26
JPH0629896B2 true JPH0629896B2 (ja) 1994-04-20

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ID=16113265

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Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4247762A (en) * 1978-11-30 1981-01-27 Honeywell Inc. Contrast sensing apparatus for automatic focus systems
JPS55155331A (en) * 1979-05-23 1980-12-03 Canon Inc Focus detector
JPS5737336A (en) * 1980-08-19 1982-03-01 Asahi Optical Co Ltd Automatic focus detector for camera
JPS5882211A (ja) * 1981-11-12 1983-05-17 Asahi Optical Co Ltd 自動焦点整合装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6159407A (ja) 1986-03-26

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