JPS59123809A - 自動焦点制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はビデオカメラ等の光学機器に内蔵される自動焦
点制御装置に関する。

特に本発明に係わる此の種の焦点制御装置は、光学機器
における撮影レンズの結像作用光線を瞳分割し一対の光
電素子群により捕え、該一対の光電素子群の第１と第２
の出力信号を比較して、その時の光学機器が捕えている
被写体像のピントの状態をディ・フォーカス量（ビント
ノズレ量）として検知し、該ディ・フォーカス量に応じ
電動機を駆動制御して、該電動機によって前記撮影レン
ズを駆動し焦点制御するもので、更に添付図面の第１図
から第３図に基づいて詳述すると、第１図で示されるよ
うな一つの小レンズＬｆの後方に電荷結合素子（ＣＯＤ
）または電荷注入素子（ＯＩＤ）といった光電素子を一
対配設してなるものを同一平面上にｎ個（例えば２４個
）適宜に配列してなる一対の光電素子群（Ａ＋〜Ａｎ％
Ｂ１〜Ｂｎ）によって構成された受光アレーＤを、第２
図で示すように撮影レンズＬ。

の上半分を通ってきた光線を一方の光電素子群（Ｂ１〜
Ｂｎ　）で、下半分を通ってきた光線をもう一方の光電
素子群（Ａ１〜Ａｎ　）で受けることが出来るように第
３図の検出面上に配置し被写体の光量分布を捕え二つの
像パターンα、ｂを得ると、第６図で示されるように前
記二つの像パターンα、ｂは、合焦状態（イ）において
は（ニ）のように一致するのに対し、非合焦時の前ピン
状態（ロ）においては（ホ）のように、また後ピン状態
（ハ）においては（へ）のようにそれぞれその時々のピ
ントのズレ状態に応じ相対的に、しかも反対方向に位相
ズレを起こした状態を得ることが出来る。つまり、此の
種の焦点制御装置は上述の光学的性質によって生じ得る
前記位相ズレの量を、前記像パターンα、ｂを捕える一
対の光電素子群の出力信号のうち一方をシフトし、該シ
フトによって相対する両出力信号を比較処理して、シフ
ト状態で像パターンα、ｂの位相ズレ状態がパターン全
体からみて最も小さくなる状態を合焦状態とした時のそ
の状態を得るシフト量によって検出し、該シフト量より
その時の光学機器の被写体像のピントのズレ状態をディ
・フォーカス量として捕え、該ディ・フォーカス量によ
ってフォーカス環の繰り出し量を設定し焦点制御を行な
うものである。

従来、此の種の焦点制御装置について既に種種提案され
ている。例えばその代表的な例として、特開昭５５−１
１８０２１号公報の焦点検出処理方法等を添付図面を利
用し説明すると、まず第４図のグラフ［４−１”）は上
述の光学系を構成し特に三次元物体を受光アレーＤによ
って受け、その際に一対の光電素子群（Ａ１〜Ａｎ１Ｂ
１〜Ｂｎ）の各光電素子が捕えた出力信号をプロットす
ることによって焦点制御前の光学機器が捕えている被写
体像の光量分布を像パターンα、ｂで表示したもので、
またグラフ（４−２”）は前記グラフ〔４−１〕におけ
る像パターンαを基準に像パターンｂを図面左方向に１
シフトした際の像パターンα、ｂの相対関係を、グラフ
（４−ｓ”Ｊは更に前記グラフ〔４−２〕の像パターン
ｂを同一方向に１シフトした際の像パターンα、ｂの相
対関係を、またグラフ〔４−４〕は前記グラフ［４−２
’）、〔４−３〕のシフト方向とは逆方向に前記グラフ
〔４−１〕を基準に像パターンｂを像ノくターンαに対
し１シフトした際の像パターンα、ｂの状態を、グラフ
〔４−ｓ）は更に前記グラフ〔４−４〕の像ノくターン
ｂを同一方向に１シフトした際の像ノくターンα、ｂの
相対関係をそれぞれ後述の焦点検出処理方法の説明を簡
単にするために実際のｎ個の各出力信号のうち特に各１
０個のデーターのみ便宜主補え図示しだものである。そ
こで焦点検出処理において前記グラフ（４−１’ＪｓＣ
４−２〕、（４−ｓ）、〔４−４〕、〔４−５〕におい
て相対する各光電素子の出力信号をシフトレジスター（
Ａ１〜ｋｍ、　Ｂ１−Ｂｍ）にそれぞれ入力した後、各
レジスターの出力信号を下式但し、Ｓは総和値、■は差
の値、■は勾配値である。

若しくは両方の像パターンα、ｂの勾配をともに考慮し
た。

Ｓ値を得ることが出来る。グラフ〔４−６〕は前記結果
得られた各Ｓ値を従軸に、その時のシフト量を横軸に取
ってプロットしたもので、このグラフＣ４６Ｅに於いて
前記Ｓ値が正の値から負の値に転じる際にＳ値が零とな
る点のシフト量に該当するグラフ〔４−１〕の状態を合
焦状態として捕え、この時の前記シフト量から焦点処理
前の状態におけるディ・フォーカス量として検知し、該
ディ・フォーカス量に応じ撮影レンズの繰り出し量を決
定して焦点制御を行なうものである。同、実際上の処理
にあたっては焦点処理前の状態を基準に±ｎ／’２シフ
トしたシフト状態の全べてにおいて上記同様な処理が行
なわれる。

又、第５図は前記第４図において光学機器が捕えようと
する物体の背景のみが著しく変化した場合において上記
の装置がどのように焦点制御を行なうか説明するだめの
もので、各グラフは第４図の各グラフと同様な方法で得
られるもので、グラフ〔５−１１はグラフＣ４−１〕に
、グラフＣ５２’）はグラフＣ４−２３に、グラフ（５
−ｓ”Ｊはグラフ〔４ｓ）に、グラフ〔５−４〕はグラ
フ（４ａ〕に、グラフ〔５−５〕はグラフＣ４−ｓ　］
にそれぞれ対応した際の状態変化を図示したものである
。そこで、第４図の場合と同様に各シフト状態を処理す
ることによってグラフＣ５６）を得ることが出来、処理
前のグラフ〔５−１〕状態に対し正方向にシフトしたグ
ラフ〔５７）の状態を合焦状態として捕える。

ところが、従来の焦点制御装置は上述で説明するごとく
、グラフ〔４−１〕状態からグラフＣ５−１）状態のよ
うに焦点検出角範囲内における主被写体以外の所謂従被
写体の背景変化によって合焦状態として捕えられる状態
もグラフＣ４７’ｌ状態からグラフ（５−ｙ）状態に変
動するため、例えばビデオカメラによっである特定の人
物と一定の間隔を保ちながら撮影する場合であっても、
該特定の人物が動くたびに背景が変化し合焦状態が変動
するために結果的に特定の人物（主被写体）のピントが
その度に変動して画面振れを起こす欠点があった。

本発明は上述に鑑みてなしたもので、主被写体のピント
状態に応じ焦点制御手段を切り換え可能に構成すること
で、一旦主被写体にピントが合った後には前記焦点制御
手段の切り換えによって、焦点制御する測距範囲をそれ
までの全体の測距範囲の中で最も光電素子の出力信号レ
ベルが高い箇所の出力信号を中心とする狭い測距範囲に
切り換えて、該狭い測距範囲内のピント状態によって焦
点制御を行なうようにし、例え背景が変化しても該狭い
測距範囲内のピント状態が変動しない限り焦点制御を行
なわないようにしたもので、これによって画面振れを最
小限に抑え安定した画像を提供することを主な目的とす
るものである。

即ち、具体的に本発明は、一対の光電素子の第１と第２
の出力信号の一方を相対的にシフトし、例えば上記した
（１）式若しくは（２）式に基づいて、それぞれのシフ
ト状態で相対する第１と第２の出力信号のうち少なくと
も一方の出力信号の勾配値と、その勾配値設定箇所の第
１と第２の出力信号の差の値とを掛は合わせた値の総和
値をもとめ、該総和値が零となるときのシフト量を第１
のシフト量として、又、前記一対の光電素子群の第１と
第２の出力信号の少なくとも一方の出力信号のうち最も
大きな出力信号値を出力する箇所の光電素子を中心に複
数個の光電素子からなる小区分の出力信号に対し他方の
出力信号を相対的にシフトし、前記同様例えば（１）式
若しくは（２）式を利用し、該小区分においてそれぞれ
のシフト状態で相対する第１と第２の出力信号の少なく
とも一方の出力信号の勾配値と、その勾配値設定箇所の
第１と第２の出力信号の差の値とを掛は合わせた値の総
和が零となるシフト量のうち最も小さなシフト量を第２
のシフト量としてそれぞれ出力する信号比較器と、該信
号比較器の第１と第２のシフト量と予め設定される基準
量とを入力して、該第１のシフト量が該基準量範囲内に
あるときのみ前記第２のシフト量を選択する前記第１と
第２のシフト量のいずれか一方を出力する選択と、該選
択器によって出力されるシフト量により設定されるディ
・フォーカス量に応じ電動機を駆動制御する制御器とを
構成したことを特徴とするものである。

以下、添付図面により更に本発明を詳述する。

説明にあたって第４図と第６図及び第５図と第７図はそ
れぞれ同一の被写体像の出力信号を前記の全体及び小区
分の２つの比較処理手段を持った前記信号比較器によっ
て比較処理する際の各シフト状態並びに処理結果の一部
をそれぞれ説明するためにグラフ化したものであり、又
、第４図と第５図のグラフＣ４＋）及びグラフ〔５−１
〕の状態は撮影者が撮影対象を決め、該撮影対象の主被
写体に焦点制御を行ない該主被写体（例えばグラフ上の
各出力信号Ａ４〜Ａ７の像の部分に該当）にピントがほ
ぼあった状態で該主被写体の背景のみが著しく変化した
際の各被写体像の光量分布を捕えた各ｎ個（例えば各２
４４Ｆ、）の出力信号中適宜な箇所に相対する各１０個
のデータ（Ａ＋〜Ａ＋ｏ及びＢ１〜Ｂ１ｏ）のみ便宜主
補えたもので、更にこのグラフにおける１シフトに該当
するピント変化量は光学特性からもとめられ、例えば２
　ｍ／ｍの変化とする。

そこで本発明はまず第４図のグラフ〔４−１〕の状態を
捕え焦点制御を行なうと、信号比較器のｍ段シフトレジ
スターにまず第４図の各シフト状態における出力信号を
入力し、従来装置の焦点検出処理手段の説明の際に詳述
したと同様な所謂箱１の処理手段で処理することによっ
て得られるグラフ〔４−６〕のＳ値が零となる点のシフ
ト量ｄ１を約−０，３であることを検知し、続いて、第
６図で示されるように前記第４図のグラフ〔４−１〕と
同一なグラフ〔６−１〕の像パターンα、ｂを捕える一
対の光電素子群（Ａ１〜Ａｎ、　Ｂ＋〜Ｂｎ）の第１と
第２の出力信号の少なくとも一方の出力信号のうち最も
大きな出力信号値を出力する箇所の光電素子を中心に複
数個の光電素子からなる小区分、この実施例の場合は最
大出力信号値が４９でＡ５の光電素子を中心にＡ５〜Ａ
７の光電素子からなる小区分の出力信号に対し他方のｂ
側の光電素子群（Ｂ＋〜Ｂｎ）の出力信号をグラフ（６
−ｚ＋１を基準に１シフト分左右にシフトした際の各状
態をグラフ〔６−２２’）、〔６−２−５〕で図示した
もので、実際には更に１シフトずつ適宜に左右にシフト
され、その際の各状態における前記光電素子Ａ３〜Ａ７
に相対する各光電素子の出力信号を前記ｍ段シフトレジ
スターにそれぞれ適宜に入力し、前記第４図の処理の際
に用いた（１）式若しくは（２）式によって処理しグラ
フＣ６−５”ＪＯ８Ｏ８値上性め、この′時のＳ値が零
となるシフト量ｄ２中−〇。２５を選択することによっ
て、該信号比較器は第１の処理手段におけるシフト量ｄ
１キー０．３とともにそれぞれ第１と第２のシフト量と
して出力する。そして該信号比較器によって出力される
２つの第１と第２のシフト量を予め設定された基準量、
例えば±０．５の基準量が入力されている選択器に入力
すると、前記選択器はまず第１のシフト量と基準量を比
較し、該第１のシフト量が基準範囲内にあるか否かを判
別し、通常は第１のシフト量を優先して出力するが、前
記判別によって第１のシフト量が基準量範囲内にあると
きのみ第１のシフト量に変えて第２のシフト量を出力す
るようにしておくことによって、この場合筒１のシフト
量ｄ１中−０，３は基準量範囲一０．５〜＋０．５の範
囲内にあるため第２の？フト量ｄ２キー０．２５を出力
する。

そこで選択器から出力されるシフト量、この場合シフト
量ｄ２キー０．２５を先に決めた１シフトが２　ｍ／ｍ
相当の関係からディ・フォーカス量δキー０．５　ｍ／
ｍ　（中−〇、２５　Ｘ　２　ｍ／ｍ　）として検知し
、従来装置の場合にあってはディ・フォーカス量δ中−
０，６ｍ／ｍ（”　−０，３Ｘ　２　ｍ／ｉｎ　）であ
るところを該ディ・フォーカス量δキー０．５ｍ／ｍに
相当する量だけ電動機Ｍを駆動制御するもので、撮影レ
ンズのフォーカス環の繰り出し量を従来の自動焦点制御
装置に比べて０．１　”／’ｍはど抑えることが出来、
主被写体のピントの変動を小さくすることが可能となる
。引き続く焦点制御において前記第４図における主被写
体の背景のみが変化した被写体像を捕える第５図のグラ
フＣ５−＋）の状態を焦点制御すると、前記同様信号比
較器でまず第１の処理によってグラフＣ３−ｙ）におけ
るＳ値が零となる第１のシフト量としてシフト量ｄ１中
０．３を、また、第２の処理によってグラフ（７ｓ〕に
相当するＳ値上性を求め、該グラフＣ７３）より実際に
は二点を通る直線を求め周知な算出を行なうことによっ
てＳ値が零となるシフト量ｄ２キ＋０゜１５を第２のシ
フト量として捕えることで、前記シフト量ｄ１キ０．３
とともにそれぞれ出力し、該両出力を入力する基準量±
［１，５が予め入力されている選択器によって処理する
と、この状態においても前記同様に第２のシフト量を選
択し出力して、その出力信号であるシフト量ｄ２キ＋０
．１５からその時のディ・フォーカス量δ中十０、３５
ｍｈ（出０．１５　Ｘ　２　ｍ／ｍ　）を検知し、従来
装置の場合にあってはディ・フォーカス量δ中０、６　
（＊　Ｄ、　３　Ｘ　２　Ｖｍ）であるところを該ディ
・フォーカス量δキ十０．３Ｉｎ／Ｉｎに相当する量だ
け電動機Ｍを駆動制御するもので、撮影レンズのフォー
カス環の繰り出し量を従来自動焦点制御装置に比べてほ
ぼ３／６の変動に抑えることが可能と女る。

第８図は撮影レンズのフォーカス環を合焦位置に繰り出
すだめの焦点検出部を主体に示めす本発明装置の概略図
であり、受光アレーＤの個々の光電素子が捕える出力信
号はケーブルＫＯを介しケーブルに１、Ｋ２によって信
号を受けた際に動作するスイッチ機構で構成される転送
器Ｔに与えられ、該転送器Ｔに与えられた前記出力信号
はケーブルに！ｔ、Ｋ４を介し信号比較器Ｕの各シフト
レジスターＲ１、Ｒ２にそれぞれ同一信号が転送され記
憶される。そして、主クロックＱ１ｓＱ２の、クロック
出力信号がケーブルに５、Ｋ６を介しり°四ツ２位相シ
ーケンサーＪ１１．Ｔ２にそれぞれ与えられたとき、該
クロック位相シーケンサ−Ｊ１、Ｊ２はクロック位相パ
ルスをケーブルＫｙ、Ｋｓを介して前記信号比較器Ｕの
各シフトレジスターＲ１、Ｒ２にそれぞれ与え、各４つ
の信号Ａｎ、　Ａｎ−４−＋、Ｂｎ。

Ｂｎ＋　１をケーブルに９、ＫｊＯ）Ｋ１１　）Ｋ１２
に）Ａｎ、　Ａｎ４＋ｘＥｆｎ、　１ｆｆｎ−４−＋を
ケーブルＫｊ５．　Ｋ１４．　Ｋ１５．　’に１６にそ
れぞれ適宜な順序で発生され、この動作を上述の実施例
のように例えば１０対の光電素子であった場合は、前記
ケーブルに９、Ｋ＋ｏ、　Ｋ１１、Ｋ１２に前記出力信
号Ａ１〜Ａ９、Ａ２〜Ａ＋ｏ　ｓ　Ｂ　ｊ　’＝’　Ｒ
９、Ｂ２〜Ｂ１ｏが転送されるまでも１サイクルとして
続けられ、一方、ケーブルに’ｓ、Ｋ１４、Ｋ＋ｓ、Ｋ
＋ｂに第６図の場合にはＡ３〜Ａ６、Ａ４〜Ａ７、Ｂ１
〜Ｂ９、Ｂ２−１３＋ｏの、又、第７図の場合にはＡ４
〜Ａ７、Ａ５〜Ａ８、Ｂ１〜Ｂ９、Ｂ２＋−Ｂｌｏの前
記出力信号が転送されるまでを１サイクルとして続けら
れる。そして、その時々に相対的に出力される各４つの
信号のうち一方のＡｎ、　Ａｎ−１−１、Ｂｎ、　Ｂｎ
＋１は前記信号比較器Ｕの第１の処理を行なう第１のア
ルゴリズムプロセッサーＰ１に、他方のＡ′ｎ、　Ａ！
ｎ＋＋、ｍｎ、　ｍｎＨは第２の処理を行なう第２のア
ルゴリズムプロセッサーＰ２にそれぞれ転送され上述し
た（２）式でそれぞれ処理することによって、該信号比
較器Ｕは第１のアルゴリズムプロセッサーＰ１の第１の
シフト量の信号と、前記第２のアルゴリズムプロセッサ
ーＰ２の第２のシフト量の信号をそれぞれ出力する。更
に、前記信号比較器Ｕの第１のシフト量の信号と第２の
シフト量の信号がともに予め設定された基準量がケーブ
ルに１９を介し入力されている選択器■にそれぞれケー
ブルに１７、Ｋ１８を介し入力されると、該選択器■は
まずケーブルに１７より転送される第１のシフト量を前
記基準量と比較し、第１のシフト量が基準量範囲内にあ
るときのみケーブルに１８より転送される第２のシフト
量を出力する該選択器Ｖによって選択され出力されるシ
フト量が持つ符号により合焦を行なうだめの前記撮影レ
ンズＬ、ｏのフォーカス環Ｌｍを動かす向きを決定する
とともに、その絶対量の値に応じてディ・フォーカス量
を検知することによって定められる駆動信号工により電
動機Ｍを駆動制御し合焦位置に前記撮影レンズＬｏのフ
ォーカス環Ｌｍを矢印方向に自動的に繰り出し焦点制御
を行なうものである。伺、前記すべての処理が完了され
た時点でカウンターＣ１、Ｃ２より最終カウント信号が
ケーブルに１、Ｋ２を介し前記転送器Ｔに入力されるこ
とによって再び受光アレーＤの個々の光電素子の新たな
出力信号を処理すべく検出動作が繰り返えし行なわれる
。又、前記信号比較器Ｕの各アルゴリズムプロセッサー
Ｐ＋、Ｐ２が検知する第１のシフト量と第２のシフト量
はそれぞれ前記クロック位相シーケンサ−Ｊ＋、　Ｊ２
のクロック信号パルスをケーブルに２５％　Ｋ２６によ
ってそれぞれカウンターｃ１、Ｃ２で計数し、その際の
計数を各アルゴリズムプロセンサーＰ１、Ｐ２に入力す
ることによって検知される。

伺、前記第２のアルゴリズムプロセッサーＰ２は予め第
１と第２の各出力信号の値の大小を比較し、該出力信号
の少なくとも一方の出力信号のうち最も大きな出力信号
値を出力する箇所の光電素子を中心に複数個の光電素子
からなる小区分を捕え比較処理出来るようにプログラム
されている。

以上のように本発明の自動焦点制御装置は、従来装置の
場合のように常時受光アレーが捕える総べての出力信号
を処理比較しディ・フォーカス量を検出して焦点制御す
るのに対し、前記受光アレーが捕える被写体像の中で最
も出力信号値の大きな箇所を中心とする小区分のみの動
きを測距可能とし、該小区分のピント状態を考慮して焦
点制御が行なわれるために、前記実施例で説明したたう
に一旦基準量範囲内に焦点制御がなされた後は焦点制御
手段を切り換え背景の変化を受は難いようにして画像の
振れ等を激減し画像の安定を図ることが出来るといっだ
優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図は本発明に係わる光学原理を説明する
だめの図、第４図と第５図は従来及び本発明装置に係わ
る第１の処理手段を説明するだめの各グラフ、第６図と
第７図は本発明に係わる第２の処理手段を説明するだめ
の各グラフ、第８図は本発明の装置の一実施例を示す図
である。 図中、Ｌｏ・・・撮影レンズ、Ｌｍ・・・フォーカス環
、Ｌｆ・・・小レンズ、Ｄ・・・受光アレー、Ａ＠Ｂ・
・・光電素子、Ｔ・・・転送器、Ｕ・・・信号比較器、
Ｒ・・・シフトレジスター、Ｐ・・・アルゴリズムプロ
セッサー、Ｋ・・・基準量、■・・・選択器、Ｍ・・・
電動機。 第６図 第７図 ６１／　２３１２５６７１ｊ　ｙｌＵｌｘｔｐ＋　　　
６−５６７　Ｂ　９　　　　　Ｂｔｃ４１６ン３−−−
一〜−−−ノ の　　　　　　　　　　　　　０ ■−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 撮影レンズ（ＬＯ）の結像作用光線を瞳分割し一対の光
   電素子群（Ａ１〜Ａｎ、　１３＋〜Ｂｎ）により捕え、
   該一対の光電素子群（Ａ１〜Ａｎ、　Ｂ１〜Ｂｎ）の第
   １と第２の出力信号を比較し得られるディ・フォーカス
   量に応じ電動機（Ｍ）によって前記撮影レンズ（Ｌｏ）
   の焦点制御する自動焦点制御装置に於いて、前記一対の
   光電素子群（Ａ１〜Ａｎ。 Ｂ１〜Ｂｎ）の第１と第２の出力信号の一方を相対的に
   シフトし、それぞれのシフト状態で相対する第１と第２
   の出力信号のうち少なくとも一方の出力信号の勾配値と
   、その箇所の第１と第２の出力信号の差の値とを掛は合
   わせた値の総和値（Ｓ）が零となる状態の第１のシフト
   量と、前記一対の光電素子群（Ａ１〜Ａｎ、　Ｂ＋〜Ｂ
   ｎ）の第１と第２の出力信号の少なくとも一方の出力徊
   号のうち最も大きな出力信号値を出力する箇所の光電素
   子を中心に複数個の光電素子からなる小区分の出力信号
   に対し他方の出力信号を相対的にシフトし、それぞれの
   シフト状態で相対する第１と第２の出力信号の少なくと
   も一方の出力信号の勾配値と、その箇所の第１と第２の
   出力信号の差の値とを掛は合わせた値の総和値（Ｓ）が
   零となるシフト量を第２のシフト量としてそれぞれ出力
   する信号比較器（Ｕ）と、該信号比較器（Ｕ）の第１と
   第２のシフト量と予め設定される基準量とを入力して、
   該第１のシフト量が該基準量範囲内にあるときのみ前記
   第２のシフト量を選択する前記第１と第２のシフト量の
   いずれか一方を出力する選択器（Ｖ）と、該選択器（Ｖ
   ）によって出力されるシフト量により設定されるディ・
   フォーカス量に応じた駆動信号（〒）によって上記電動
   機（Ｍ）を駆動制御する制御器（Ｇ）とを有することを
   特徴とする自動焦点制御装置。