JPS6345980A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はテレビカメラ、電子スチルカメラ智に適用され
る自動焦点制御装置に関する。

〔従来の技術〕

テレビカメラ等において、目標とする被写体に対する焦
点合わ仕を自動的に行なう装置は既に公知である（例え
ば実公昭４０−２６５６８号公報）。

この種の装置は、特に動きのある被写体に対し、これに
追従するようにして合焦状態を得る必要があるような条
件下において、特に顕著な効果を奏する。この種の装置
のうち、上記公報所載の方式は、一般にパッシブ方式と
呼ばれるものであって、撮像手段の出力の高周波成分を
最大とするように合焦調節動作をなすように構成され、
所謂アクティブ方式のように合焦検出用の赤外光等の投
射手段を格別に特設する必要がなく、従って比較的小電
力で動作し得るため、特に小型の携帯用テレビカメラ等
に適している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

」−記公報所載の装置においては、カメラの可動レンズ
を焦点微動装置により常時振動的に変位さ・しることに
より、焦点づれの方向を検出し、これに基づいて合焦調
部のためのレンズの移動方向が自動的に識別されろよう
になされている。

一方、撮像画面内における合焦対象範囲は、所望により
種々異なるものとなるのが普通である。即ら、遠い森や
山並み等を背景に画面の中央に位置する人物を盪影する
場合では、その人物の−１−半身を含む画面中央の所定
領域を合焦対象範囲とずべきであろ・）し、また、テニ
ス、アメリカンフットボール等のスポーツ競技の模様を
ｊ最影する場合は、被写体がよく動くため、画面のほぼ
全体を合焦対象範囲とするのが望ましいＣあ７．・つ。

また更に、木々の間を飛び交う小鳥等、画面内の比較的
小さな特定の被写体にピントを合わせたいような場合、
あるいはワイド撮影時等においては、合焦対象範囲は画
面内の比較的小さな領域のみに限定したいという要請が
生じる。

しかしながら、上述の従来の装置は、このような要請に
応えるものではない。

本発明は叙上の点に鑑みてなされたものであり、所望に
より合焦対象範囲を選択可能なこの種の自動焦点制御装
置を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明は上
記問題点を解決するために、撮像レンズ、撮像用光電変
換手段等のエレメントを含んでなる撮像光学系と、 操作者の任意の操作に基づいて上記撮像用光電変換手段
の出力に関し当該画面内の所定領域に関する部分を特定
する領域特定手段と、この撮像光学系中の所定のエレメ
ントを光軸方向に振動的に変位せしめることにより、上
記撮像光学系における結像位置と−Ｆ記撮像用光電変換
手段の礒像面との相対位置に変調を与える振動手段と、 １二記撮像用光電変換手段の出力信号牛歩なくとも上記
領域特定手段により特定された領域に関゛暖る部分につ
いてその高周波成分を抽出する高域成分抽出手段と、 上記高域成分抽出手段の出力レベルを最大にする方向に
上記撮像光学系中の所定のエレメントを移動させる手段
とを具備してなり、上記領域特定ｆ一段によって、画面
内の合焦対象範囲に関する描像出力に基づいた合焦調節
動作をなす。

〔実施例〕

まず、機械的構成を第１図により説明する。

１はカメラのレンズアッセンブリで、このア・ノセンブ
リ１の撮像用レンズ２の光軸上に撮像用光電変換手段と
しての撮像管３を配設し、レンズ２を通して与えられる
入力光４を撮像管３のターゲット３ａに結像させるよう
にして％ｚる。

ト記撮像用レンズ２及び撮像管３を含んで本発明におけ
る撮像光学系が構成されている。ターゲソ）３ａを映像
プロセッサ５に接続し、上記ターゲソ）３ａからの出力
を信号処理し映像体号６として出力するようにしている
。第１図においては、撮像管３に必要な偏向回路等は図
示を省略している。

一方、上記アッセンブリ１の周面にギア７を形成し、こ
のギア７をギア８を介して直流可逆モータ９の回転軸に
設けたギア１０に歯合し、モータ９の回転によりアッセ
ンブリ１を回転することにより焦点距離を制御するよう
にしている。

次に第２図により電気回路を説明する。１１は上述の映
像信号６が入力されるアナログゲートで、このアナログ
ゲート１１の出力側には微分回路１２、検波回路１３、
電圧増幅器１４、バンドパスフィルタ１５およびサンプ
リングホールド回路１６を上述の順に縦続接続している
。サンプリングホールド回路１６をレベルセンサ１７を
介してフリップフロップ１８のＲ端子に接続するととも
に混合器１９の一方の入力端子に接続している。この混
合器１９の他方の入力端子には直流成分除去回路２０を
介して発振器２１の出力端子を接続している。この発振
器２１の出力端子は遅延回路２２及びサンプリングパル
ス発生器２３を上述の順に介して上記サンプリングホー
ルド回路１６のサンプリング信号入力端子にも接続され
ている。

また、混合器１９の出力端子を電流増幅器２４を介して
上述の直流可逆モータ９に接続するとともにトランジス
タ２５を介して接地している。このトランジスタ２５は
そのベースを抵抗２６を介して上記フリップフロップ１
８のｂ端子に接続している。図示のように、このフリッ
プフロップ１８はそのＳ端子がスイッチ２７を介して接
地され得るようになされている。

一方、２８は垂直同期信号分離器、２９は水平同期信号
分隨器で、これら同期信号分離器２８．２９の各入力側
には複合同期信号３０を入力するようにしている。また
これら同期信号分離器２８．φ９の各出力側はウィンド
パルス発生器３Ｌ３２を各別に介してアンドゲート３３
の入力側に接続している。このアンドゲート３３の出力
側はスイッチ；（４を介して上記アナログゲート１１に
接続している。

次に以上のように構成した装置の作用を述べる。まず、
第１図において被写体（図示せず）からの入射光４がレ
ンズ２を通して撮像管３のターゲット３ａに結像される
と、ターゲット３ａの出力が映像プロセッサ５により信
号処理され映像信号６として出力される。この場合の映
像信号６は複合同期信号（垂直同期信号および水平同期
信号）を含まない。周知のとおり、このような映像信号
は、合焦の程度に応じてその周波数成分が変動する。す
なわち、入射光４の焦点が最良な状態で受光面つまりタ
ーゲット３ａに結像すれば画像が鮮明となり逆に不良で
あれば不鮮明になることから、鮮明であれば映像信号中
の高周波成分が多くなり、不鮮明では低周波成分が多く
なる（即ち、相対的に高周波成分が減少する）。

この映像信号６はアナログゲート１１を経由して微分回
路１２に与えられる。ここでアナログゲート１１は通常
導通状態にある。また、微分回路１２は第３図に示すよ
うな周波数特性を有し第４図に示すようなＣ，Ｒ回路で
構成している。この第３図より容易に理解されるとおり
、微分回路１２は映像信号６中の高周波成分を抽出する
高域成分抽出手段をなしている。上述のとおり、良好な
合焦状態にある程、映像信号の高域成分が多くなるため
、微分回路１２の出力レベルは合焦の度合により出力レ
ベルが変化されることになり、最良の合焦状態にある時
最大の出力電圧が生じることになる。

微分回路１２の出力は検波回路１３により検波され増幅
器１４により電圧増幅される。ここで、検波回路１３は
微分回路１２の出力を直流信号に変換することから時定
数を充分大きくとる必要があるが、この時定数が大きす
ぎると制御の応答時間が長くなってしまうため最適な値
に設定することが必要である。ここで第５図に微分回路
１２と検波回路１３の動作波形を示す。図において（ａ
ｌは映像信号の波形、（ｂｌは微分回路１２の出力波形
、（（＋）は検波回路１３の出力波形である。また、こ
の検波回路１３の出力と焦点距離の関係を示すと第６図
のようになる。すでに説明したように最良焦点の状態で
検波回路１３の出力電圧は、最大レベルになる。この場
合、レンズ等撮像光学系中の所定のエレメントを変位さ
せる等して、焦点距離を一定周波数の変調信号により変
調させると、即ち、例えば第６図のＡ点における焦点状
態でａに示す正弦波形状態で変調を与えると、検波回路
１３にはａ′に示すような上記変調波形ａと同様の出力
を生じる。この焦点距離の変調は直流可逆モータ９を一
定巾で左右回転させて撮像光学系中の当該エレメントた
る例えばレンズ２に対し、所謂バイブレーションを与え
ることにより行なうように構成されている。このバイブ
レーションは次のようにして得ている。すなわち発振器
２１よりバイブレーション周波数の原信号となる出力を
発生している。この出力は直流成分除去回路２０を介し
て混合器１９の一方の入°力端子に供給される。ここで
、上記直流成分除去回路２０はコンデンサを含んで構成
されており発振器２１の直流成分を除去して変調信号成
分の−１０＝ みを混合器１９に与えている。この理由は直流分が混合
器１９より後述する直流可逆モータ９に与えられるとモ
ータ９に一方向の回転力が発生し、これが制御系にオフ
セット電圧を生じさせる原因になり制御精度が低下する
からである。一方、混合器１９の他方の入力端子には焦
点誤差電圧（この電圧については後で詳述する。）が与
えられている。すると、混合器１９より焦点誤差電圧に
発振器２１の出力信号が混入された出力が発生し、この
出力は電流増幅器２４にて電流増幅され直流可逆モータ
９に与えられる。これによりモータ９は発振器２１の出
力信号に同期してバイブレーションを生じ、焦点距離が
変調されることになる。

この場合焦点距離が変調された状態での焦点距離と検波
回路１３の出力との関係は第７図に示すようになる。す
なわら図に示すように焦点距頗１が一定周波数で変調さ
れ且つ焦点距離がａ。

ｂ、ｃの３点に変化すると、検波回路１３の出力波形は
同図ａＩ　、　　ｂｌ　、　　ｃｌに示すようになる。

これを第８図により更に説明すると、変調波形を同図Ａ
（この変調波の周波数はレンズアッセンブリ１が充分追
従できる範囲に設定されており普通５１１ｚ程度である
）とすると、第７図のａに対応する検波回路１３の出力
波形ａ′は同図１ａｌ、Ｃに対応する出力波形Ｃ′は同
図ｆｃ）、およびｂ（焦点距離の最良点）に対応する出
力波形ｂ′は同図（ｂ）に示すようになる。従って、第
８図から明らかなように第６図で焦点距離がＣｔＭ域に
あるときとｄｗＩ域にあるときでは検波回路１３の出力
波形の位相が反転し、また焦点距離が最良点にあるとき
は検波回路１３の出力レベルが低下し、且つその周波数
が変調周波数の２倍になっている。

次に第２図に戻って、上述のような特性を呈する検波回
路１３の出力を増幅する電圧増幅器１４の出力は、バン
ドパスフィルタ１５に与えられる。

ここで、フィルタ１５は５　Ｈｚを中心に通過する特性
を有し、これを図示すると第９図のようになる。この場
合５　Ｈ２近傍が通過帯域でありこれの２倍の１０）１
ｚ近傍では充分減衰することが望ましい。

バンドパスフィルタ１５の出力はサンプリングホールド
回路１６により、サンプリングホールドされる。このと
きのサンプリングパルスはサンプリングパルス発生器２
３によって作られて（Ｘるが、このサンプリングパルス
発生器２３は発振器２１の出力である正弦波のゼロクロ
ス点によりトリガーされる遅延回路２２の出力でトリガ
ーされる。、二の場合遅延回路２２の遅延量はサンプリ
ングパルスに、しりバンドパスフィルタ１５の出力の変
化点（ゼｌ’ｌクロス間の中央点）をサンプリングでき
るように設定されている。このところの関係を第１０図
に示している。図中ｆａｌは発振器２１の出力波形、（
ｂ）は遅延回路２２の出力波形、（Ｃ）はサンプリング
パルス発生器２３の出力つまりサンプリングパルス、ｌ
ｄｌは一■−述した第６図のＣ領域に対応して検波回路
１３の出力より得られるフィルタ１５の出力波形、　＋
（上）は同様にｄｉｌ域に対応して検波回路１３の出力
より得られるフィルタ１５の出力波形で、同図からも判
るようにサンプリン−１３＝ グパルス（Ｃ１がフィルタ１５の出力つまりｌｄｌ又は
（ｅ）のピーク点をサンプリングできるようにしている
。即ち、サンプリングホールド回路１６の出力により、
発振器２１の位相を基準にしたときの、フィルタ１５の
出力の位相が弁別されることになる。ここで第１０図中
ｉｆ）は最良点における検波回路１３の出力（即ち第８
図（′ｂ）に示された実質的に１０Ｈｚの信号出力）を
第９図の特性を有するフィルタ１５に通して得られる出
力波形で、この場合かかるフィルタ１５により出力電圧
はＯ■になる。

この結果サンプリングホールド回路１６の出力には焦点
の度合、即ち、前ピンか後ピンか合焦かに応じた焦点誤
差信号つまり誤差電圧が生じることになり、焦点が最良
のときはＯ■になる（第１０図（ｆ））。そしてこの焦
点誤差電圧は混合器１９に与えられる。従って焦点誤差
電圧が変調信号に混合され、電流増幅器２４にて電流増
幅され、直流可逆モータ９に供給される。これによりモ
ータ９にバイブレーションが生じ焦点距離が更に変調さ
れることになるが、このときのル−プ系を負帰還とする
ことにより焦点誤差電圧が零になるように制御され、こ
の結果自動的に最良の焦点距離が得られることになる。

ところで、このように常時焦点距離が変調されていると
、これが映像信号に視覚的なフリッカとして悪影響を与
えることが考えられる。そこで本例の装置ではトランジ
スタ２５により変調をオンオフするようにしている。す
なわちトランジスタ２５がオン状態では混合器１９の出
力を接地して焦点制御を停止するようにしている。これ
は常時焦点制御を行なう必要がないからで、被写体が焦
点距離方向に移動したときのみ焦点制御をかけ、焦点が
一致したのち制御ループを断って変調による画質劣化を
防ぐようにしている。この場合、手動スイッチ２７がオ
ンされるとフリップフロップ１８の出力谷が“１”から
“０”となり抵抗２６を介してトランジスタ２５がオフ
される。これにより焦点制御が開始され、やがて焦点が
最良になるとサンプリングホールド回路１６の出力がＯ
ＶＪ傍となる。するとこの出力はセンサ１７により検出
されるが、このときの出力がセンサ１７に設定されたス
レッシュホールド内に入るとセンサ１７の出力が“１″
から“０”に切替わる。これによりフリップフロップ１
８がリセットされ出力Ｑが“０”から“１”となりトラ
ンジスタ２５がオンされる。この結果スイッチ２７が押
されてから焦点制御が開始され、合焦調節が最良になる
と同時に制御ループが断たれ、最良の状態が保持される
ことになる。その後はスイッチ２７に対し指令を与えな
い限り焦点制御は行われない。

一方、第２図につき上述したとおり、映像信号６に同期
する複合同期信号３ｏは垂直同期信号分離器２８．水平
同期信号分離器２９により夫々垂直同期信号と水平同期
信号に分離されている。

この分離された各信号はウィンドパルス発生器３１、３
２をトリガし、各ウィンドパルスはアンドゲート３３に
与えられる。するとアンドゲート３３には垂直方向と水
平方向を夫々ウィンドパルスによってゲートされた信号
が生じる。そして、この信号はスイッチ３４を通してア
ナログゲート１１に与えられる。従ってスイッチ３４を
オンすることにより第１１図に示すように画面の一部分
をマスキングすることができ図示斜線玉の映像信号のみ
に対し、即ち、画面内の特定領域を合焦対象範囲とした
焦点制御を行なうこともできる。

上記スイッチ３４は操作者の任意により外部から容易に
操作可能であるため所望に応じて、スイッチ３４をオフ
すれば全画面に対する焦点制御が行われる。尚、上述し
たところから容易に了解されるとおり、アナログゲート
１１を４第２図のように配設するに代えて、同様の機能
を有するゲート手段を、微分回路１２からモータ９へ到
る信号系路中の適所に介挿するように設けても、本例同
様に合焦対象領域を特定することができる。

第２図につき上述したところから当然であるが、ウィン
ドパルス発生器３１及び３２の回路定数を可変乃至は半
固定となるように設計すれば、画面内における合焦対象
範囲を、更に広範囲に選択可能となる。従って、画面中
央の人物を撮影するために、その人物の上半身を含む画
面中央の矩形のエリアを合焦対象範囲に選んだり、ある
いは、スポーツ競技のように動きの速い被写体を画面全
体を合焦対象範囲として撮影したり、更には、木々の間
を飛び交う小鳥を撮ったりワイド撮影時等に合焦対象範
囲を比較的小さな領域に限定するような選択が、所望に
応じて可能となる。

以上のように、本例の装置によれば、被写体に合わせ、
所望に応じて選択した合焦対象範囲について、最良な焦
点距離を自動的に得ることができるので、従来の被写体
の動きに合わせその都度焦点合わせ操作を行なうのに比
べこのための手間を大巾に省くことができ、しかも正値
な焦点位置が得られることから常に鮮明な画面を得るこ
とができる。また、変調によるフリッカ状の画面劣化に
対しては焦点が最良状態に制御されるとこれと同時に自
動的に変調を停止することで画面劣化を防止することも
できる。

また、１Ｍ像光学系のエレメントの振動的変位と、本来
の合焦調節のためのエレメントの駆動が同一の移動手段
により構成されているため、構成が極めて簡単であり、
小型化が容易である。

尚、この発明は上記実施例にのみ限定されず要旨を変更
しない範囲で適宜変形して実施できる。即ち、上述の実
施例においては、レンズ。

撮像管を含んでなる撮像光学系の−っのエレメントであ
るレンズを光軸方向に振動的に変位させるように構成し
たが、これにかえて、他のエレメントである撮像管乃至
はこの撮像管に代わる固体撮像素子等を振動変位せしめ
るように構成し°ζもよい。

また、撮像光学系のエレメントを移動させる手段は直流
モータに限らず、種々の同種の機能を有する駆動源を適
用できることは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、小電力で動作できるという従来のパノ
シブ力式の自動焦点制御装置の利点を維持しつ・つ、所
望に応じて画面内における合焦対象範囲を選択すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の機械的構成部を示す概略
的構成図、第２図は同実施例の電気回路を示すブロック
図、第３図乃至第１１図は同実施例を説明するための図
である。 １−　レンズテラセンブリ　２−−−レンズ３−　　　
撮像管　　　３ａ　−ターゲット４−　入射光　　　５
−−−−−映像プロセソサ６−−−−−一映像信号　　
７　、　８　、１０−−−−ギア９−ｍ−直流可逆モー
タ １１　　　アナログゲート　１２−一−−微分回路１３
　　　検波回路　　１４　−　電圧増幅器１５　　　バ
ンドパスフィルタ １６−　　　サンプリングホールド回路１７−　　　レ
ベルセンサ １８−フリップフロップ　１９−　　　混合器２０−　
−直流成分除去回路　２１−　　発振器２２−−−遅延
回路 ２３−　　サンプリングパルス発生器 ２４　　　電流増幅器　２５−トランジスタ２（）　　
　抵抗　　　　２７　−　スイッチ２　）＋　、　２　
り　　　信号分離器　３０−同期信号３１．３２　　　
ウィンドパルス発生器ご（３アンドゲート　　３４　　
　スイッチ特許用Ｉ１１人 オリンパス光学工業株式会社 第１図 第３　口； Ｃ 第４ｐ 第５図 第６　口 第　７　口 竿８図 第　１０図 第　９１１ 第　１１　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 撮像レンズ、撮像用光電変換手段等のエレメントを含ん
   でなる撮像光学系と、 操作者の任意の操作に基づいて上記撮像用光電変換手段
   の出力に関し当該画面内の所定領域に関する部分を特定
   する領域特定手段と、 この撮像光学系中の所定のエレメントを光軸方向に振動
   的に変位せしめることにより、上記撮像光学系における
   結像位置と上記撮像用光電変換手段の撮像面との相対位
   置に変調を与える振動手段と、 上記撮像用光電変換手段の出力信号中少なくとも上記領
   域特定手段により特定された領域に関する部分について
   その高周波成分を抽出する高域成分抽出手段と、 上記高域成分抽出手段の出力レベルを最大にする方向に
   上記撮像光学系中の所定のエレメントを移動させる手段
   とを具備してなることを特徴とする自動焦点制御装置。