JPS61162019A - 自動焦点調節装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 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関するものである。

〔従来の技術〕

従来、被写体までの距離を距離検出装置により検出し、
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
謂アクティブ方式と、被写体のボケないし被写体像を異
る光路を介して２像形成し、両者のズレ量を検出して距
離情報を検出する所謂パッシブ方式（例えば米国特許第
４１８５１９１号）に分けられる。

しかしながら、前者ならびに後者の方式には一長一短が
あり、すべての被写体に対して高精度な自動集魚調節動
作を期待することが困難である０例えば、後者のパッシ
ブ方式では次のような場合、実意調節動作が不安定にな
ることが多い・ （１）低輝度下において、被写体のコントラストを検出
センサー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ーがそ
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、これに起因して実意調
節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の
従来提案されている方法としては、＆、前回の判定結果
と今回の判定結果が一致したときのみ焦点調節動作を行
なう。

ｂ１合実開定範囲（所謂不感帯幅）を２つ（安定性が保
たれる広い範囲と実意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においては、相前後の距
離信号の検出を行い、両者が同じないし、はぼ同じ信号
であれば、両者真の被写体距離信号と判定し、この信号
に基づいて、自動焦点調節動作を行わせ、両者が異って
いる場合には両者偽信号として、キャンセルすることに
より、真の信号のみに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または、
コントラスト信号が十分得られない場合、不感帯幅を交
互に選択することによって不必要な偽信号を出力させな
いように広い不感帯幅を、次いで、・正確な実意調節精
度が確保できる狭い不感帯幅を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実意調節精度を両
立させる目的で考えられたものであるが、パッシブ方式
の自動集魚調節装置の場合、被写体のいかなる条件にも
対応し得るものではない。

但し、上述の場合、コントラストが低いと言っても、測
距動作がかろうじてできるか、又は出来ないかの領域を
想定しているが、場合によっては被写体のコントラスト
自体又は周囲輝度が変化することによって前記領域外か
ら広域に変化する場合についても言えることである。

一方、全く測距動作をしても正しい結果が期待できない
場合には、例えば特開昭５７−１９８４１８号に開示さ
れる様にレンズを無限遠に移行させたり必要に応じてフ
ラッシュ撮影したりする等のことを考慮しなければなら
ない、　　′〔発明が解決しようとしている問題点〕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
掃せんとするもので、被写体のコントラストが低い場合
でも、約正しい実点検出動作が行わせる自動集魚調節装
置を提供せんとするものである。

〔発明の構成〕

本発明は被写体のコントラストを検出することにより、
該コントラストに相応して、被写体距離検出装置により
調定されるフォーカシング調定速度を変えるように構成
した自動集魚調節装置を提供することにその特徴がある
。

蕊に被写体のコントラストとは被写体自体の持つコント
ラストは勿論、前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っても、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よれば、コントラスト信号が十分得
られない場合には、高精度の被写体距離情報が得られな
い（Ｉ距結果が不安定でばらつく）と判断し、フォーカ
シング調定速度を通常より遅くシ、また。コントラスト
信号が所定値以上であれば、被写体距離情報にスムーズ
に応答するよう、通常のフォーカシング調定速度になる
ように構成したものである。

従って、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た自動実意調節が行われず、他
方コントラストが所定値を越えれば、応答性が良好にな
り、スムーズに自動集魚調節が行われることになり、被
写体に応じて常に見た感じの良い自動焦点調節動作が可
能となるものである。

更に、上記被写体距離検出装置とは、その検出部例えば
ＣＣＰセンサーが撮影レンズ通過像光を計測する所謂Ｔ
ＴＬタイプ並びに、該通過光を計測しない所謂非ＴＴＬ
方式に大別され、前者は撮影レンズの金集位置と、現位
置とのズレ量が距離検出装置の出力として得られ、他方
後者の方式では被写体迄の絶対距離情報が出力される。

本発明に於ける被写体距離検出装置とは、いずれの方式
にも適用されるが、下記、実施例に於いては、特に前者
のタイプについて言及している。

〔実施例〕

以下本発明の具体的実施例について、第１図ないし第６
図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実意調節
装置の光学系構成原理図を示すもので、同図において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個以上のものが用い
られている。３〜６は例えばＣＯＤ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を通してアパーチャ
８部分を１画素エレメント４は小レンズ２−１を通して
、アパーチャア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２−２を通してアパーチャ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
ャア部分をにらんでいる。前述のように小レンズ及びセ
ンサーは小レンズに２０以上の列となっており仮に２−
１をｎ番目、？−２をｎ−１番目の小レンズであるとす
ると、説明するため、ｎ番目のレンズを通してアパーチ
ャ８をにらむ画素エレメントをＡｎ、アパーチャアをに
らむ画素エレメントＢｎとし、ｎ−１番目のレンズを通
してアパーチャ８をにらむ画素エレメントＡ　ｎ　−１
＋アパーチャア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の美点面に当たる。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。したがってレンズｌが光軸上前後動（図面上、
左右方向）に位置を変えることによってＦ面に正しく結
像する被写体距離は異なり、又含臭距離にある物体の像
を受光素子列の出力としてとらえた場合、各画素ニレメ
ン１−Ａｎ、Ｂｎの出力ａｎ、ｂｌは夫々ａｎ”ｂｎ、
ａｎ−１＝ｂｎ−１となるのに対して、含臭距離にない
物体の像をとらえた場合、ａｎ＝ｂｍ、ｎ１ｍとなる。

第１図においては、距離Ｒ１がレンズｌの含臭距離とす
ると、９点の像はＡｎ・Ｂｎで示される画素エレメント
３命４に入るし、１０点の像はＡｎ−１・Ｂｎ−１で示
される画素エレメント５・６に入る。逆の見方をすると
光線１１と１２は点ｌＯで交わるし、光線１３と１４は
点９で交わることになる。

＄２図は第１図において説明した受光素子列の出力を縦
軸に、受光素子列の位置を横軸に示したグラフである。

この図では受光素子の画素エレメントの個数として交個
分だけＡｎ素子出力ａｎとＢｎ素子出力ｂｎがずれてい
る場合であり、このａｆｉとｂｎのずれを検出すればデ
フォーカス量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実
意調節装置に適用し、本発明を実施する全体構成図を示
しており、同図において、１０は撮影レンズ系のうちで
所謂前玉と言われる実意調節系のレンズ群、１５は変倍
系の補正系の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
図で示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−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、含臭距離情報により、含臭・
非含臭の判断やデフォーカス量の計算を行なうＣＰＵ、
２６はモータードライブ回路、２７はレンズ群１０の位
置を可変とするためのＡＦモモ−−、２８はレンズ群ｌ
Ｏの位置情報を検出するためのエンコーダ、２９は撮影
レンズの実意距離情報を検出するためのエンコーダであ
る。

ＣＰＵ２５中には、Ａ／Ｄ変換器２４の出力から距離情
報としての含臭信号を演算する演算回路を具備しており
、同演算回路は、例えばＨｆ＝ΣＭａｎ　　ｂｎ＋ｔｌ
−ｌａｎ＋ｔ−ｂｎｌ）で表わされるＨｆが算出され、
Ｈｆがほぼゼロの時が含臭と判断される。

ここで、第２図のａｆｉカーブとｂｎカーブのずれ量と
方向（即ちピンボケの程麻と前ピン、後ピンの区別）を
算出するため、更にＣＰＵは第２の演算処理を行い、 ＨＰｆ＝Σ（Ｉａｎ＋ｋ　ｂｎ＋ｔｌ　　Ｉａｎ＋に＋
ｌ　ｂｎｌ）にてに＝−ｃからＣまで可変としてＨＰｆ
を算出する。ここでＣの数値は前述の小レンズの個数に
よって決定されるものである。第４図は横軸にｋ、縦軸
にＨＰｆをとった場合の計算結果所謂“°Ｓ字特性”を
示すがここで曲線３１はに；０にてＨｐｆ＝：Ｏとなり
、よって現在の撮影レンズ状態でピントは合っていると
見なすことができる。一方、・曲線３０はｋが負、曲線
３２はｋが正でＨＰｆがゼロとなっている。この時のｋ
の符号により前ピン、後ピンが、又にの絶対値によりボ
ケの程度が算出される。ａｎ＋ｂｎのとり方によるが仮
にｋが負のときを後ピンとすると、曲線３０の結果の時
は後ピンとあり、曲線３２の時は前ピンとなる。

第５図は、第３図示Ａ／Ｄ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、同図において、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によってディ
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ＡＦモモ−−駆動
速度を通常速・低速に切換える様に構成したものである
。なお、これらの回路は実際には、マイクロコンピュー
タ等によってソフトウェア的に処理されるが昨今一般的
となっており、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って構成しているが、その機能
説明のために、第５図においては機能ブロック回路部に
分解して図示されている。第５図において１０４は演算
処理部であり上述のように Ｈｐｆ＝Σ（Ｉ　ａｎ＋に−ｂｎ＋　１１−　Ｉ　ａｎ
＋に＋１−ｂｎ　Ｉ）の計算からＨｐ　ｆ＝ｏとなる点
の値を求める。

そして、これから得られたｋＱはその極性が実意ズレ方
向、その絶対値が集魚ズレ場を示している。

一方、被写体のコントラストを示す評価値は、その求め
方にいくつかあるが、本実施例では、と述のＨｐｆの計
算過程で求まっている。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
ピュータ内でのディ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、
ｋＯはｋを一〇からＣまで可変として、ＨＰｆの値が正
から負へ遷移する点を内挿によって求めるがｍ≦ｋ　Ｏ
＜　ｍ　＋　１となるＨＰｆ（ｍ）　拳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はコントラスト判定部であり、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ＡＦモータ駆動速度信号（通常速Ｏｒ低速
）を出力する。

１０５はズレ量ｋＯを示す信号であり、焦点ズレの方向
と量の＃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起因する誤差を
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、集魚のズレ
量（信号１０７）と不感帯幅とを比較して、集魚ズレ量
〉不感帯幅の時、実意ズレ方向の情報及びＡＦモータ駆
動速度信号１１４に従って、駆動信号１０９を発生する
。１１３のコントラスト判定部でのコントラスト評価量
に対するＡＦモモ−−駆動速度の指定は、コントラスト
が低ければ低いほど駆動速度を遅くするという特性にコ
ントラスト判定部１１３は設定されている。被写体のコ
ントラストに対して最適のＡＦモータ駆動速度の設定し
やすさを考慮するとテーブル参照による方法が良いと考
えられるが、必ずしも、連続的に設定される必要はなく
、例えば段階的に２段以上の設定速度を形成すればよい
。

以上のような構成により、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によりコントラスト判定部１１３は、ＡＦモータ
の低速駆動を指定する信号１１４を出力するため、演算
部１０４１　　　　からのズレ量が常に偽った一定値を
示さないかぎり、即ち一方向への誤測距が頻繁に起こら
ないかぎり、レンズ群１０は、偽った位置に行かない。

この結果、第５図示処理系の安定性は増太し、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
てはビクツクごとの少ない実意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、コントラス
ト判定部１１３は、通、常の駆動速度を指定する信号１
１４が出力され、比較判定部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は安定した含臭動作を繰り返し行う
。

第６図に本実施例のフローチャートを示す。

上述の如＜５ｔｅｐｌ、２に於いてＨＰｆ並びにコント
ラスト評価量を演算部１０４にて実行させ、５ｔｅｐ３
に於いてズレ方向、量の演算を又、５ｔｅｐ４に於いて
含臭判定を行い、非含臭であれば、５ｔｅｐ５に於いて
判定部１１３により低コントラスト（ローコン判定）を
実行させその結果に基づいてＡＦモータ２７の駆動速度
を変えてフォーカシングの調定を行うように構成したも
ので、これら各ステップが含臭状態が得られる迄繰り返
し行われる。

なお、上述実施例に於いてはフォーカシング手段として
、撮影レンズと可動させて、含臭状態とする例について
説明したが、例えば屈折力が可変される。流体封入、又
は原体封入のレンズを用い、レンズを光軸上移動させる
ことなく、集魚位置合せをするようなレンズをモータ２
７によって調定されてもよいことは勿論である。

〔発明の効果〕

上述のように、本発明においては被写体のコントラスト
量を評価することにより、これに相応したＡＦモータ駆
動速度を設定することにより、コントラスト量に応じて
、自動集魚調節系の安定性と感応性を調和させながら調
節するためその都度、最適な含臭動作が可能となり、種
々の被写体に対し、安定した自動集魚調節が可第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実意調節装置の全体構
成図、 ｗ４４図は第３図示装置の動作説明図、第５図は未発明
′の一実施例を示す電気回路図、 第６図は第３図示装置の動作フローチャート図。

１１３：コントラスト判定部 １０４：実点検出演算部 １０８：コントラストＩに応じてフォーカシング速度を
調定するための比較判定 部 Ａ汽、Ｂｙ＋ １７　　　Ｉ８　　／デ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被写体のコントラストを検出する検出装置 と、被写体迄の距離検出を行う距離検出装置とを具備す
   ると共に、前記コントラスト検出装置出力に相応して、
   前記距離検出装置により調定されるフォーカシング手段
   の調定速度を変化させる様にしたことを特徴とする自動
   焦点調節装置。