JP2517542B2 - 焦点検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） この出願の発明は、撮像手段の出力信号によつて焦点
検出を行う装置に関し、とくにビデオカメラ等の高感度
化に伴い、高精度の焦点検出を行うことができる焦点検
出装置に関する。

（従来技術） 主としてビデオカメラに用いられる、映像信号中の輝
度信号から焦点検出を行ういわゆるTTL−受動方式の自
動焦点調節装置として、「NHK技術研究」第17巻１号
（通巻第86号）（昭和40年発行）中の「山登りサーボ方
式によるテレビカメラの自動焦点調整」の論文をはじめ
として各種の方式が提案されている。これらの方式の多
くは、被写体の像が鮮鋭になるほど輝度信号中の高周波
成分が高くなる現象を利用し、なんらかの信号処理手段
によつてこの高周波成分を取り出し、これがピークにな
る位置を合焦とする原理によるものである。

ところで、後に詳細に説明するように、従来のビデオ
カメラでは、遠距離で撮影する方が被写界深度が深くな
るため、遠距離被写体で遠近競合が起きる確率が高くて
も、後記第10図及び第11図の24で示す程度の一定の測距
視野を設定していたが、カメラの撮影レンズの倍率上昇
等に伴い遠距離でも正確なピントを得ることが必要にな
つて来ている。

（目的） この出願の発明は、前述の問題点に対処するため、撮
像手段の出力信号によつて焦点検出を行う焦点検出装置
において、一定の測距視野のもとでは起こり勝ちであっ
た遠近競合被写体による誤測距を減少し、高精度の焦点
検出を行うことができる手段を提供することを目的とす
る。

また撮影者の作画意図や被写体条件等に応じて測距視
野の大きさを設定することができる手段を提供すること
を目的とする。

（実施例による説明） 以下図示の実施例を参照して上記の目的を達成するた
めこの出願の発明において講じた手段について例示説明
する。下記の説明は、この出願の発明を二次元イメージ
センサの出力信号中の輝度信号の高周波成分から焦点検
出を行う方式の焦点検出装置に適用した例について、従
来の焦点検出装置、この出願の発明の焦点検出装置の一
実施例並びに同実施例における距離環情報検出及び伝達
装置の順序で行う。

（従来の焦点検出装置）（第１図〜第11図） 第１図〜第４図は、前述の輝度信号中の高周波成分が
ピークになる位置を合焦すると原理を模式的に説明する
ものである。第１図は、白黒の縞をもつ被写体をビデオ
カメラで撮像する場合の結像面における像の状態を示し
ており、図中縦方向の線を引いた部分が黒の部分に対応
している。結像面で合焦時には同図（Ａ）のようになる
のに対し、非合焦時には同図（Ｂ）のように被写体の白
黒の境界がぼけた状態になる。第２図は、上記のそれぞ
れの状態におけるイメージセンサの出力中の輝度信号
（Ｙ信号）を示し、当然合焦状態（Ａ）が（Ｂ）に比べ
て位置による出力差が大きい。すなちち、合焦に近づく
ほどコントラストが高い。このＹ信号の処理手段につい
てはいくつかの提案がされており、例えばこの信号を微
分して絶対値化すると第３図（Ａ），（Ｂ）に示すよう
に合焦位置で微分信号のピークが最大になることを利用
する手段が提案されているが、さらにS/Nをよくするた
めにはこの微分信号を２乗してから積分する手段を採つ
てもよい。

第４図は、縦軸に上記のようにして検出された高周波
成分の出力を、横軸に撮影レンズのうち焦点調節に関与
するレンズ群の停止位置を示すもので、図から明らかな
ように合焦位置Ａでは高周波成分がピークを示し、非合
焦位置Ｂではピークをはずれる。

第５図は、第１図〜第４図に示す焦点検出動作を実行
するためのシーケンスの一例を示す。測距開始と同時に
後述の手段により測距視野に相当する部分のＹ信号がと
り出され、でその高周波成分が抽出される。次にで
前記のレンズを微小量、この例ではくりこむ方向へ駆動
する（一般にくりこむことにより遠方の被写体に合焦す
るようになる）。なお第５図では「→Ｆ」の符号でレン
ズをくりこみ方向へ駆動することを示し、「→Ｎ」の符
号でくり出し方向へ駆動することを示している。この状
態でで再び高周波成分がとり出される。測距開始時点
でこのように２つのレンズ位置における高周波成分をと
り出すのは、方向（前ピンか後ピンか）を検知するため
であり、でこれら２つの信号が比較される。

第６図は、前記の及びでそれぞれ抽出された高周
波成分Ａ及びＢの大小と焦点検出系の状態との関係を示
すものであり、同図（Ａ）ではＡ＜Ｂであつて前ピンの
状態であるからレンズをさらにくりこむことを要し
（）、同図（Ｂ）ではＡ≒Ｂであるから合ピンとみな
すことができ（）、同図（Ｃ）ではＡ＞Ｂであつて後
ピンの状態であるからレンズをさらにくり出すことを要
する（）。このようにして方向検知した結果、レンズ
を駆動した新たな位置でにおいて再び高周波成分をと
り出し、駆動前の値と比較する（）。その際、今回の
値は次のサイクルでも比較に用いるのででサンプルホ
ールドし（S/H）、次回の高周波成分抽出時にとり出さ
れて比較に用いられる。このようにして、Ａ≒Ｂとなつ
た段階で合焦と判断してレンズの駆動を停止する。

第７図は、上記のＹ信号を取り出す手段を実際のカメ
ラに組みこんだ例を示すものであり、図において10は撮
影レンズのうちで焦点調節に関与するレンズ群、11はズ
ーム系を構成するレンズ群で通常バリエータレンズとコ
ンペンセータレンズよりなり、12は結像系のレンズ群で
ある。13は例えばCCDよりなるイメージセンスタイプの
固体撮像素子、14はクロツク信号発生器、15は分周器、
16はCCD駆動回路、17は水平及び垂直同期信号発生器、1
8はアナログゲート、19は自動焦点調節回路であつて具
体的には前述のように高周波成分によつて方向検知を行
うものとする。20はマイクロプロセツサであつて、その
指令に基づきモータ駆動回路21が動作し、モータ22を駆
動する。

上記の構成において、クロツク信号発生器14が発生す
るクロツク信号は、分周器15で分周されてNTSC又はPAL
方式等における標準テレビジヨン信号に基づいて１フイ
ールド1/60秒で画面を作り出すようにCCD13の１水平期
間の読み出しタイミングを定める信号が形成される。こ
の信号に基づきCCD駆動回路16によつて、CCD13上に蓄積
された光情報が順次読み出される。読み出された信号は
加算回路17Aで同期信号が重畳され、さらに不図示の処
理回路で公知のように処理されて映像信号が形成され
る。

一方分周器15からは、あらかじめ定められた測距視野
（例えば第８図の24で示す位置）に対応する位置でのみ
ゲートを開くべき信号が同時に出力され、アナログゲー
ト18を経て、この部分のＹ信号のみが自動焦点調節回路
19へ送られる。以後の動作は前述のとおりである。

第９図は、第７図中のＤ〜Ｇの各位置での信号の一例
を示し、（Ｄ）はCCD13から読み出されたばかりの生の
信号を、（Ｅ）はこの信号に加算器17Aで同期信号が重
畳された信号を、（Ｆ）は自動焦点調節のための同期信
号を、また（Ｇ）は自動焦点調節のために取り出された
ところの測距視野24に相当する部分のＹ信号をそれぞれ
示している。

第10図及び第11図は、上記のように構成されたビデオ
カメラで被写体32を撮影した場合のフアインダ画面内の
像を示すもので、第10図は比較的近距離よりに、第11図
は比較的遠距離よりに被写体が位置する場合である。こ
の図からも分かるように、一般的に、遠距離に被写体が
ある場合は、近距離の場合よりも、画面内で被写体が占
める割合が小さいことが多い。したがつて、第10図，第
11図に示す程度の測距視野24の位置を設定しておくと、
近距離側を撮影している場合には遠近競合による誤測距
が起こり難いが、遠距離側ではこれが起こり易い。なお
図中23は撮像視野を示している。

一方遠近競合を防ぐ目的で、第10図，第11図に示す測
距視野24をさらに小さく構成することもできるが、この
場合は主として近距離被写体について被写体のコントラ
ストのない部分を測距する確率が高くなるので好ましく
ない。それで、従来のビデオカメラでは、遠距離の方が
被写界深度が深くなることから遠距離被写体で遠近競合
が起きる確率が高くても、第10図，第11図の24で示す程
度の大きさの測距視野位置を設定している。しかしなが
ら、カメラの撮影レンズの倍率上昇によるテレ端の焦点
距離（mm）の伸びや高感度化に伴いＦ値が小さくなるこ
と等によつて遠距離でも正確なピントを得ることが必要
になつて来ている。

（この出願の発明の焦点検出装置の一実施例）（第12図
〜第14図） この出願の第１の発明は、従来の焦点検出装置の前述
の欠点を除去し、一定の測距視野のもとでは起こり勝ち
であつた遠近競合被写体による誤測距を減少し、高精度
の焦点検出を行うことを可能にするものであり、また第
２の発明は、第１の発明の目的を達成するとともに撮影
者の作画意図や被写体条件等に応じて測距視野の大きさ
を設定することを可能にするものである。

第12図の25は、この出願の発明を実施した場合の遠距
離被写体での測距視野位置の一例を示すもので、第11図
と同等の焦点距離及び被写体距離のもとで測距視野がよ
く小さくなつたことを示している。

第13図は、この出願の発明の焦点検出装置の一実施例
を示し、第７図の装置と基本的に同一の構成及び機能を
有する部分は、第７図と同一符号を付しその詳細な説明
を省略する。第13図中26はゲート制御回路の一例である
プログラマブル・ロジツク・アレイ（PLA）であつて、
測距視野を選択する信号を制御する。27は距離環位置検
出手段であつて、例えば検出部とその情報により測距位
置を決定するためのマイクロプロセツサ部を含み、刻々
の合焦距離を検出し、それによつて定まる測距視野の大
きさに基づく情報をPLA26に出力する。PLA26は、この測
距視野情報に従つてゲート18に供給する制御信号を変化
させる。すなわち、例えば第９図のＦに示す、輝度信号
取り出しのための同期信号のオン，オフのタイミングを
変化させ、合焦距離が遠距離の場合はオンの期間が短
く、近距離の場合はオンの期間が長くなるように制御す
る。

第14図は、この出願の発明を実施した場合の焦点検出
動作のシーケンスの一例を示すもので、第５図に示す従
来の装置のシーケンスと比べると、距離環位置検出ステ
ツプ，とその情報による測距領域選択ステツプ，
とが追加されている。先ず測距開始時にで距離環位
置、すなわち合焦距離を検出し、でそれによつて定ま
る測距領域を選択する。以下第５図に関して説明した過
程で方向を検知し、焦点調節に関与するレンズ群（第13
図の10）を駆動した後、距離環位置検出及び測距領域
選択のステツプを経て、前述のようにで再び高周波
成分を抽出する。

（この出願の発明の実施例における距離環情報検出及び
伝達装置）（第15図，第16図） 前述の距離環位置検出のための手段としては、従来公
知のグレーコード又はポテンシヨメータ等により測距視
野をかなり細かく変化させるほかにリーフスイツチ等に
より２〜３段階に分割してもよい。

第15図は、後者の一例として２分割の例を示す。距離
環33の回転によりレンズ10の位置が変化し、撮影レンズ
の合焦距離が変化する。距離環33の外周には、カム部3
4,35,36が形成され、一方２枚の接片37,38で構成された
リーフスイツチは、遠距離でオンになり、近距離でオフ
になる。なお図示の位置は、中間距離の状態であつて、
ほぼオンとオフとの切り換えポイントである。

さらに、第15図の距離環情報検出装置では、スイツチ
基板Ｐが設けられ、接片37,38の接触又は非接触による
情報はこのスイツチ基板Ｐを介して第13図の距離環位置
検出手段27中のマイクロプロセツサ部へ伝達される。ス
イツチ基板Ｐにおいて、39,40は入力側ターミナル、41,
42,43は環状の固体導体片、44,45は出力側ターミナル、
46は軸47を中心として回動可能な可動導体片であつてそ
の各腕部は環状をなし、その各先端部46a,46bは接触子
を形成し、図示の位置では接触子46a,46bはそれぞれ固
体導体片42,43と接触している。可動導体片46には穴48,
49が設けられ、第16図の操作つまみ51はねじ止め等の手
段でこれらの穴48,49に固定され、つまみ51を操作すれ
ば可動導体片46はこれと一体に回動する。つまみ51には
指針52が設けられ、またそれぞれ後述の「自動」，
「大」及び「小」を示す指標53,54及び55がつまみ51の
周りに設けられる。なお第15図中39aはターミナル39、
導体片41及びターミナル44を接続する導体部、40aはタ
ーミナル40と導体片42とを接続する導体部、45aはター
ミナル45と導体片43とを接続する導体部である。

上記の構成において、可動導体片46及びつまみ51の図
示の位置は、「自動」の位置であつて、ターミナル44,4
5からの出力はリーフスイツチを構成する接片37,38のオ
ン，オフに対応する。すなわち、前述の撮影レンズ10の
合焦距離に応じた信号を出力する。次につまみ51を図示
の位置から約30度時計方向へ回動させて指針52が「大」
の指標54の位置に達すると、接触子46aと導体片42及び
接触子46bと導体片43の接触が断たれるので、接片37,38
のオン，オフにかかわらずターミナル44,45からの出力
はオフになる。つまみ51をさらに約30度時計方向へ回動
させて指針52が「小」の指標55の位置に達すると、接触
子46aと導体片43及び接触子46bと導体片41とがそれぞれ
接触し、ターミナル44,45はこれらの固定及び可動導体
片により短絡され、これらのターミナルからの出力は接
片37,38のオン，オフにかかわらずオンになる。

よつて前述のように、一般的には、比較的近距離合焦
状態で測距視野が大，比較的遠距離合焦状態で測距視野
が小となるように構成されているが（自動モード）、こ
れに加えて、近距離でも遠近競合が激しい場合は「小」
に、また遠距離でもコントラストがなく焦点検出が不可
能な場合は「大」になるように測距視野を切り換えるこ
とができるようにしたので、合焦確率を上げることがで
きる。

前述の実施例は、撮像手段として二次元のイメージセ
ンサを用いるものであつたが、この出願の発明を実施す
るに当たつては、一次元のイメージセンサを用いること
もできる。あるはインターラインCCDのひとつ又は一部
の列の出力信号によつて焦点検出を行うようにしてもよ
い。さらに、この出願の発明は、撮像素子中の測距視野
に対応する位置を２つの部分に分け、これらの部分の出
力を比較して焦点検出を行う装置のように高周波成分を
利用しない装置にも適用することができる。また第13図
のプログラマブル・ロジツク・アレイに代えて他のゲー
ト制御回路を用いることもできる。

（効果） 前述のように、この出願の発明によれば、撮像手段の
出力信号によつて焦点検出を行う装置において、距離検
出のための光学系の位置を検知し、この光学系の位置に
応じて撮像手段の出力信号のとり出し範囲を可変にする
ようにしたので、一定の測距視野のもとでは起こり勝ち
であつた遠近競合被写体による誤測距を減少し、高精度
の焦点検出を行うことができる。

また前記の光学系の位置と無関係に撮像手段の出力信
号のとり出し範囲を特定の範囲に設定する手段を併せ設
けたので、一般的には合焦距離に応じて測距視野を変更
することができるとともに撮影者の作画意図や被写体条
件等に応じて測距視野の大きさを設定することもでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ合焦時及び非合焦
時における撮像装置の結像面上の被写体像の状態を模式
的に示す説明図、第２図（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ
第１図（Ａ）及び（Ｂ）の状態におけるイメージセンサ
の出力中の輝度信号を示す説明図、第３図（Ａ）及び
（Ｂ）は、それぞれ第２図（Ａ）及び（Ｂ）で示す信号
を微分した信号を示す説明図、第４図は撮像装置のレン
ズ位置とイメージセンサの出力中の高周波成分との関係
を示す線図、第５図は焦点検出動作のシーケンスの一例
を示す説明図、第６図（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）は、そ
れぞれ焦点検出系の状態とイメージセンサの出力中の高
周波成分との関係を示す説明図、第７図は従来の焦点検
出装置のブロツク図、第８図は標準的な測距視野位置を
示す説明図、第９図（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ）及び（Ｇ）
はそれぞれ第７図のD,E,F及びＧの個所の信号を示す波
形図、第10図は従来の焦点検出装置を用いる撮像装置に
おいて近距離にある被写体を撮影した場合のフアインダ
画面内の像の状態を示す説明図、第11図は同じく遠距離
にある被写体を撮影した場合の像の状態を示す説明図、
第12図はこの出願の発明を実施した撮像装置で遠距離被
写体を撮影した場合の測距視野を示す説明図、第13図は
この出願の発明の焦点検出装置の実施例のブロツク図、
第14図は第13図の実施例における焦点検出動作のシーケ
ンスの一例を示す説明図、第15図はこの出願の発明の実
施例に適用される距離環情報検出及び伝達装置の構成
図、第16図は第15図の装置を操作するつまみの平面図で
ある。 符号の説明 11:ズーム系を構成するレンズ群、13:撮像手段の一例で
ある二次元イメージセンサ、18:アナログゲート、24,2
5:測距視野、26:ゲート制御回路の一例であるプログラ
マブル・ロジツク・アレイ、27:距離環位置検出手段、3
3:距離環、34,35,36:カム部、37,38:接片、51:操作つま
み、P:スイツチ基板。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮像手段の出力信号によって焦点検出を行
   う焦点検出装置であって、 撮影レンズのうちで焦点調節に関与する焦点レンズ群の
   位置を検出する焦点調節レンズ位置検出手段と、 前記焦点調節レンズ位置検出手段によって検出された前
   記焦点レンズ群の位置情報に応じて前記撮像手段の出力
   信号より焦点検出に用いる信号を抽出するための取り出
   し範囲を複数段階に可変する取り出し範囲制御手段と、 前記取り出し範囲内に相当する撮像信号中より焦点状態
   を検出する焦点検出手段と、 前記焦点検出手段の出力に基づいて前記焦点レンズ群の
   位置を制御する焦点制御手段と、 を具える焦点検出装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第（１）項において、 前記取り出し範囲制御手段は、前記焦点レンズ群の位置
   と無関係に前記撮像手段の出力信号の取り出し範囲を特
   定の範囲に設定する手段を具えていることを特徴とする
   焦点検出装置。