JPH0715648A - オートフォーカスビデオカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 絞り量が大きために被写界深度が深い状況で
は、フォーカスモータの駆動速度を大きくして、単位時
間当りのレンズの変位量を大きくし、焦点評価値の変動
量を大きくして誤動作の抑制を行い、逆に絞り量が小さ
いために被写界深度が浅い状況では、駆動速度を小さく
して、単位時間当りのレンズの変位量を小さくし、合焦
点近傍でのレンズの行き過ぎ量を抑制する。 【構成】 焦点評価値発生回路５にて撮像映像信号の高
域成分量を焦点評価値として出力し、フォーカスモータ
３によりレンズ１位置を焦点評価値が極大値となる位置
に変更させる合焦動作に際して、撮像素子への入射光量
を調節する絞り機構２１の絞り量に応じてフォーカスモ
ータ３の駆動速度を可変とすることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、撮像素子から得られる
撮像映像信号を用いて焦点の自動整合を行うビデオカメ
ラのオートフォーカス装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ビテオカメラのオートフォーカス装置に
於て、撮像素子からの得られる撮像映像信号自体を焦点
制御状態の評価に用いる方法は、本質的にパララックス
が存在せず、また被写界深度が浅い場合や遠方の被写体
に対しても、精度よく焦点を合わせられるなど優れた点
が多い。しかも、オートフォーカス用の特別なセンサも
不必要で機構的にも極めて簡単である。

【０００３】特開昭６３−２１５２６８号公報（Ｈ０４
Ｎ５／２３２）には、上述のごときオートフォーカス装
置の一例が開示されている。以下に、この従来技術の骨
子を図２及び図３を参照に説明する。

【０００４】図２は前記オートフォーカス装置の全体の
回路ブロック図である。レンズ１によって撮像素子上に
結像された入射光による画像は、撮像素子を含む撮像回
路４によって撮像映像信号となり、焦点評価値発生回路
５に入力される。

【０００５】この焦点評価値発生回路５は、例えば図３
に示すように構成される。撮像映像信号中の輝度信号
は、高域通過フィルタ（ＨＰＦ）５ｃを通過して高域成
分のみが分離され、次段の検波回路５ｄにて振幅検波さ
れる。この検波出力はＡ／Ｄ変換回路５ｅにてサンプリ
ングしつつ順次デジタル値に変換され、ゲート回路５ｆ
で画面中央部のフォーカスエリア内の情報だけが抜き取
られて、積算回路５ｇでフィールド毎に積算され、即ち
１フィールド期間に得られるフォーカスエリア内のＡ／
Ｄ変換回路５ｅ出力を全て加算するディジタル積分が実
行され、この積分値が現フィールドの焦点評価値として
出力される。

【０００６】このとき、撮像映像信号より同期分離回路
５ａによって分離された垂直同期信号及び水平同期信号
は、フォーカスエリアを設定するためにゲート制御回路
５ｂに入力される。ゲート制御回路５ｂでは、垂直同期
信号、水平同期信号及び固定の発振器出力に基いて、画
面中央部分に長方形のフォーカスエリアを設定し、この
エリア内のみの輝度信号の高域成分のディジタル値の通
過を許容するゲート開閉信号をゲート回路５ｆに供給し
ている。

【０００７】前述のように構成された焦点評価値発生回
路５は、常時１フィールド分の焦点評価値を出力し、後
段の各回路はこの焦点評価値を用いて合焦動作を開始す
る。

【０００８】合焦動作開始直後に、最初の焦点評価値は
最大値メモリ６と初期値メモリ７に保持される。その
後、フォーカスモータ制御回路１０は、フォーカスモー
タ３を予め決められた方向に回転させて、レンズ１を支
持するフォーカスリング２を回動させ、レンズ１を光軸
方向に変位させ第２比較器９出力を監視する。

【０００９】第２比較器９は、フォーカスモータ駆動後
に得られる焦点評価値と初期値メモリ７に保持されてい
る初期評価値を比較し、その大小を出力する。

【００１０】フォーカスモータ制御回路１０は、第２比
較器９が大または小という出力を発するまで、最初の方
向にフォーカスモータ３を回転せしめ、現在の焦点評価
値が初期評価値に比べ大であるという出力がなされた場
合には、そのままの回転方向を保持し、現在の評価値が
初期評価値よりも小さいと判断された場合には、フォー
カスモータの回転方向を逆にして、レンズの移動方向を
逆にし第１比較器８出力を監視する。

【００１１】第１比較器８は、最大値メモリ６に保持さ
れている今までの最大の焦点評価値と現在、即ち最新の
評価値を比較し、現在の焦点評価値が最大値メモリ６の
内容に比べて大きい（第１モード）、予め設定した第１
の閾値Ｍ以上に減少した（第２モード）の２通りの比較
信号Ｓ１、Ｓ２を出力する。ここで最大値メモリ６は第
１比較器８の出力に基づいて、現在の評価値が最大値メ
モリ６の内容よりも大きい場合には、その値が更新さ
れ、常に現在までの焦点評価値の最大値が保持される。

【００１２】１３はモータ一検出回路３０から出力され
るレンズ１の光軸方向の位置（レンズ位置）を示すレン
ズ位置信号を記憶するレンズ位置メモリである。ここ
で、レンズ位置信号はモータ位置検出回路３０にて、フ
ォーカスモ−タ３の回転量を検出することにより算出さ
れる。このレンズ位置メモリ１３は、最大値メモリ６と
同様に第１比較器８出力Ｓ１に基づいて最大評価値とな
った場合のレンズ位置を常時保持するように更新され
る。

【００１３】フォーカスモータ制御回路１０は、第２比
較器９出力に基づいて決定された方向にフォーカスモー
タ３を回転させながら、第１比較器８出力を監視し、図
４に示すように焦点評価値が最大評価値に比べて予め設
定された第１の閾値Ｍより小さいという第２モードが指
示されると同時にフォーカスモータ３は逆転される。

【００１４】このフォーカスモータ３の逆転により、レ
ンズ１の移動方向は、例えば撮像素子に接近する方向か
ら離れる方向へ、あるいはその逆に離れる方向から接近
する方向に変わる。

【００１５】この逆転後、レンズ位置メモリ１３の内容
と、現在のレンズ位置信号とが第３比較器１４にて比較
され、一致したとき、即ちレンズ１が焦点評価値が最大
となる位置に戻ったときに、フォーカスモータ３を停止
させるようにフォーカスモータ制御回路１０は機能す
る。同時にフォーカスモータ制御回路１０はレンズ停止
信号ＬＳを出力する。

【００１６】１１はフォーカスモータ制御回路１０によ
る合焦動作が終了して、レンズ停止信号ＬＳが発せられ
ると同時に、その時点での焦点評価値が保持される第４
メモリであり、後段の第４比較器１２でこの第４メモリ
１１の保持内容は合焦動作終了後の最新の焦点評価値と
比較され、最新の焦点評価値が第４メモリ１１の内容に
比べ、予め設定された第２の閾値以上に小さくなったと
きに、被写体が変化したと判断され、被写体変化信号が
出力される。フォーカスモータ制御回路１０はこの信号
を受け取ると、再び合焦動作をやり直して被写体の変化
に追随する。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】前記オートフォーカス
システムは、合焦精度、広範囲な被写体への対応性に優
れているが、以下に示す欠点を有している。即ち、被写
体に全く変化がない場合には、上述の合焦動作で問題な
く合焦状態を得ることができるが、実際の撮影では被写
体の前後、左右への移動や被写体自身の形状変化等によ
り、フォーカスレンズの移動以外の要因で焦点評価値が
変化する。

【００１８】この被写体の変化が大きい場合には、合焦
点の方向を誤認する、あるいは合焦点に至る前に第１比
較器の判断により、第２モードに入ってフォーカスモー
タを逆転させてしまう等の誤動作を引き起こすことがあ
る。

【００１９】一方、撮像素子への入射光量を調整する絞
り機構の絞り位置（Ｆ値）が変化するとレンズ位置と焦
点評価値の関係は図５に示すように変化する。この図５
において、絞り機構の絞りが開き（Ｆ値小）、入射光量
の遮断が少ない場合には、焦点評価値は実線で示す曲線
のように変化し、同一被写体を同一環境下で撮影中に絞
りが閉じる（Ｆ値大）と、破線で示す曲線の如く実線の
場合に比べ焦点評価値のある一定レベルが得られるレン
ズ位置範囲が広がる、即ち被写界深度が深くなる。

【００２０】絞りが閉じて被写界深度が深いときには、
図５からも明らかなように、焦点評価値の変化曲線が緩
やかになり、レンズ変位に対する焦点評価値変動の比率
が小さくなるので、前述のような誤動作が起こり易くな
る。

【００２１】このような誤動作を防ぐには、被写体変化
による焦点評価値変動に対して、レンズ変位による焦点
評価値変動を十分に大きく保つことが有効であり、この
ためにはフォーカスモータの駆動速度を上げて、単位時
間当りのレンズの変位量を大きくすることで対処でき
る。

【００２２】ところで、前述の如き山登り合焦動作で
は、合焦点への到達が焦点評価値の減少によって検出さ
れ、更に焦点評価値が得られるまでに撮像素子への光の
入射時点から焦点評価値発生回路での積算終了まで、時
間遅れを有することになるので、原理的に合焦点を行き
過ぎることは避けられない。そこで、被写体変化に対す
る対策として、常時、モータの駆動速度を上げると、最
新の焦点評価値の更新に必要な１フィールド期間当りの
レンズの変位量が大きくなり、前述のように合焦点を行
き過ぎて、閾値Ｍの落ち込みを検知してモータを逆転さ
せる場合に、閾値Ｍの落ち込み検知に最低必要な合焦点
からの行き過ぎ量以上に行き過ぎた位置でこの検知がな
される可能性が高く、この余分な行き過ぎによる生じる
画面のぼけが大きくなることは避けられない。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明は、レンズを経て
撮像素子上に結像される入射光より撮像映像信号を作成
する撮像手段と、撮像映像信号の高域成分量を焦点評価
値として出力する焦点評価値発生手段と、レンズの撮像
素子に対する相対的な位置である相対的レンズ位置を、
焦点評価値が極大値となる位置に変更させるレンズ位置
変更手段と、撮像素子への入射光量を調節する絞り機構
と、絞り機構での絞り量に応じてレンズ位置変更手段に
よるレンズ位置の変更速度を可変とすることを特徴と
し、特に絞り機構を構成する絞り羽根の位置を検出する
絞り検出器若しくは絞りのＦ値を検出するＦ値検出器を
設け、レンズの駆動速度を絞り位置検出出力の逆数もし
くはＦ値検出器の出力に比例して決定することを特徴と
する。

【００２４】

【作用】本発明は、上述のように構成することにより、
絞りが閉じて被写界深度が深くなった際に、レンズの変
位速度を大きくしてレンズの単位時間当りの変位量に対
する焦点評価値の変動量を大きくでき、誤動作を抑える
ことが可能になる。

【００２５】

【実施例】以下、図面に従い本発明の一実施例について
説明する。図１は本実施例装置の全体の回路ブロックを
示し、図２と同一部分には同一符号を付して説明を省略
する。

【００２６】２０は光学撮像系内に配された機械的な絞
り機構２１の絞り位置、即ち絞り量を検出する絞り位置
検出器であり、具体的にはホールセンサ２２及び処理回
路２３から構成され、この出力はフォーカスモータ制御
回路１１０に供給されて、フォーカスモータ３の駆動速
度制御に用いられる。

【００２７】絞り位置検出器２０と絞り機構２１の具体
的な構造は、図６に示されている。絞り機構２１は上側
にＶ字状の切欠き部２４ａを有する可動羽根２４ａと下
側にＶ字状の切欠き部２５ａを有する可動羽根２５が、
夫々の腕部２４ｂ、２５ｂを支軸２６、２７にて回転子
２９に枢支し、更にこの回転子２９を支軸４０にてカメ
ラ本体に枢支することにより、カメラの鏡筒内に配され
ることになり、両切欠き部２４ａ、２５ａにて四角形の
絞り開口部２８が形成され、この開口部２８を光軸上に
位置させることにより、この絞り開口部２８を通して入
射光が撮像素子に到達可能になる。

【００２８】回転子２９を反時計方向に回転させると、
可動羽根２５は下方に移動し、逆に可動羽根２４は上方
に移動し、絞り開口部２８の面積が大きくなり、絞り量
が小さくなって、絞りが徐々に開かれて入射光量が増加
することになる。また、回転子２９を時計方向に回転さ
せると、可動羽根２５は上方に、可動羽根２４は下方に
移動して絞り開口部２８の面積が小さくなり、絞り量が
大きくなって、絞りは徐々に閉じて入射光量が抑制され
て減少することになる。

【００２９】可動羽根２５の腕部２５ｂには磁石４１が
接着されており、この磁石４１の近傍位置にホールセン
サ２２がカメラシャーシに固着されており、回転子２９
が回転して絞り量が変化するとホ−ルセンサ２２と磁石
４１間の距離が変化し、これによりホ−ルセンサ２２の
出力レベルが変化する。即ち、ホ−ルセンサ出力レベル
は磁石４１が接近して磁石４１からの磁力が強まるにつ
れて上昇する。

【００３０】ここで、図６のようにホールセンサ２２と
磁石４１との距離の上下方向の成分をＸ、センサ２２出
力レベルをＶとすると、Ｖ＝Ｖ０−ａ×Ｘとなる。尚、
Ｖ０はＸ＝０でホ−ルセンサ２２に磁石４１が最接近し
たときのホ−ルセンサ２２の出力であり、ａは定数であ
る。

【００３１】また、絞り開口部２８の面積Ｓは距離Ｘの
２乗に比例し、Ｓ＝ｂ×Ｘ2 となる。ここで、ｂは定数
である。更に、Ｆ値は開口部２８の面積Ｓの平方根に反
比例するので、Ｆ値をＦで示すと、Ｆ＝ｃ／Ｓ1/2 とな
る。ここで、ｃは定数である。

【００３２】一方、被写界深度はＦ値に比例するので、
被写界深度Ｈ＝ｄＦ（ｄは定数）となり、これらの４式
よりＶ＝Ｖ０−Ａ／Ｈ（ここで、Ａ＝ａ・ｃ・ｄ／ｂ1/
2 ）となる。

【００３３】このホ−ルセンサ２２出力は処理回路２３
にて適当に正規化される。即ち、ホールセンサ出力レベ
ルより電圧Ｖ０を減じて、更にこの減算値に−１を掛け
て、正規化出力Ｙ＝Ａ／Ｈが得られる。このホールセン
サ２２の正規化出力Ｙは、被写界深度と反比例の関係と
なることが分かる。

【００３４】フォーカスモータ制御回路１１０は、図２
の制御回路１０と同様に第１、第２、第３及び第４比較
器８、９、１４、１２出力に基ずいて従来例と同一の山
登り合焦動作を実行するが、更に正規化されたホールセ
ンサ出力を受けてフォーカスモータ３の駆動速度制御動
作の機能も付加されている。即ち、正規化出力Ｙから所
定のオフセット量ｍを減算し、更に所定の定数ｎを乗算
した後に、この乗算結果の逆数を速度制御信号ＳＣとし
てフォーカスモータ駆動回路５０に出力する。この速度
制御信号ＳＣを式に示すと、ＳＣ＝１／｛ｎ×（Ｙ−
ｍ）｝となる。

【００３５】尚、前記各式中の定数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、
ｍ、ｎはいずれも予め実験により設定された最適値であ
る。

【００３６】以上の結果として、絞り機構２１が開放状
態から閉じて、絞り量が大きくなるに従って被写界深度
が深くなる（Ｈが大きくなる）状況では、正規化出力Ｙ
は小さくなり、これに伴い速度制御信号ＳＣの信号レベ
ルは大きくなる。逆に、絞り機構２１が開放方向に開い
て、絞り量が小さくなるに従って被写界深度が浅くなる
（Ｈが小さくなる）状況では、正規化出力Ｙは大きくな
り、これに伴い速度制御信号ＳＣは信号レベルは小さく
なる。

【００３７】フォ−カスモータ駆動回路５０は、図２の
フォーカス駆動回路３１と同様に第１、第２及び第３比
較器８、９、１４の出力に基づくフォーカスモータ制御
回路１１０からの指示により、フォーカスモータ３に対
して駆動、停止、逆転の各制御を実行するが、これらの
制御に追加して、速度制御信号ＳＣのレベルに応じてモ
ータ３駆動時の駆動速度を変更する。ここで、駆動速度
は速度制御信号ＳＣの信号レベルに比例して変化し、速
度制御信号ＳＣの信号レベルが大きいほどに高速とな
り、結果的に絞り量が小さく被写界深度が浅い状況では
駆動速度は比較的低速となって合焦点からの行き過ぎ量
を抑えることができる。また、絞り量が大きく被写界深
度が深い状況では、速度を上げてフォーカスレンズ１の
変位による焦点評価値の変動の比率を大きく保ち、被写
体の変化による誤動作を抑えることが可能になる。

【００３８】尚、前記実施例の各回路ブロック図の回路
動作をマイクロプロセッサによりソフトウェア的に処理
可能であることは言うまでもない。また、前記実施例で
は、レンズ１を光軸方向に進退させて合焦動作を実行し
たが、レンズ１を固定して撮像素子自体を光軸方向に進
退させても、同様の効果が得られることはいうまでもな
い。この場合、撮像素子の進退にはモータの他に圧電素
子を用いることもでき、これらのモータあるいは圧電素
子にフォーカスモータ制御回路１１０からの制御信号を
供給するように構成すればよい。

【００３９】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、絞り量によ
りフォーカスモータの駆動速度を変化させ、絞り量が大
きために被写界深度が深い状況では、フォーカスモータ
の駆動速度を大きくして、単位時間当りのレンズの変位
量を大きくし、焦点評価値の変動量を大きくして誤動作
の抑制を行い、逆に絞り量が小さいために被写界深度が
浅い状況では、駆動速度を小さくして、単位時間当りの
レンズの変位量を小さくし、合焦点近傍でのレンズの行
き過ぎ量を抑制することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の回路ブロック図である。

【図２】従来例の回路ブロック図である。

【図３】従来例の要部回路ブロック図である。

【図４】合焦動作に伴うレンズ位置と焦点評価値の関係
を示す図である。

【図５】絞り量の相違に伴うレンズ位置と焦点評価値の
関係を示す図である。

【図６】本発明の一実施例の絞り機構を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１ レンズ ４ 撮像回路 ５ 焦点評価値発生回路 ３ フォーカスモータ ２１ 絞り機構

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レンズを経て撮像素子上に結像される入
   射光より撮像映像信号を作成する撮像手段と、 撮像映像信号の高域成分量を焦点評価値として出力する
   焦点評価値発生手段と、 前記レンズ及び前記撮像素子のいずれか一方の他方に対
   する相対的な位置を、前記焦点評価値が極大値となる位
   置に変更させる相対位置変更手段と、 前記撮像素子への入射光量を調節する絞り機構と、 該絞り機構での絞り量に応じて前記相対位置変更手段に
   よる前記相対的な位置の変更速度を可変とすることを特
   徴とするオートフォーカスビデオカメラ。