JP2585454B2

JP2585454B2 - オートフォーカス装置

Info

Publication number: JP2585454B2
Application number: JP2125990A
Authority: JP
Inventors: 秀満島元; 雄敬大川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-05-15
Filing date: 1990-05-15
Publication date: 1997-02-26
Anticipated expiration: 2012-02-26
Also published as: JPH0419702A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、ビデオカメラ等のオートフォーカス装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

第８図は従来のオートフォーカス装置のうち、撮像信
号の高域成分を用いて画面のコントラストを検出し、コ
ントラストが最大となるようにレンズを駆動制御するこ
とでフォーカシングを行う、いわゆる山登りオートフォ
ーカス装置の例であって、図において、101はフォーカ
シング用の前玉レンズ、102は変倍用のバリエータ、103
は像面補正用のコンペンセータ、104は結像用のリレー
系レンズであり、以上でズームレンズ１を構成してい
る。これらのレンズは一般に複数枚のレンズ群となって
いるが、本件では便宜上１枚のレンズとして表現する。
２はCCDで、ズームレンズ１からの入射光を電気信号に
変換し、カメラ信号処理回路３に送り、このカメラ信号
処理回路３からは映像信号a,輝度信号ｂがそれぞれ取り
出される。

次に401はBPF（バンドパスフィルタ）で、輝度信号ｂ
のある帯域の周波数の信号が通過し、検波器402で波形
としてなだらかにされ、A/Dコンバータ403にてディジタ
ル信号に変換される。このA/Dコンバータ403からのディ
ジタル信号は、加算器404にてディジタル的に加算さ
れ、山登り制御のもととなる焦点評価値ｃとなって制御
回路５に送られる。ここでBPF401〜加算器404で焦点検
出回路４を構成する。７は第１のモータドライバで、前
玉レンズ101のための第１のモータ10を制御回路５の指
令に基づき駆動する。同様に８は第２のモータドライバ
で、バリエータ102のための第２のモータ12を制御回路
５の指令に基づき駆動する。通常第１のモータ10,第２
のモータ12にはDCモータが多く用いられる。

なお、９は前玉レンズの位置を検出する第１のセンサ
で、第１のモータ10のブラシノイズ等を観測することで
位置の検出を行う。また,11はバリエータレンズの位置
を検出する焦点距離検知用の第２のセンサ11で、摺動抵
抗等で構成され、その場合レンズ位置と１対１に対応し
た所定の電位を読み取ることで位置の検出を行う。

次に動作について説明する。

ズームレンズ１を通して入射された被写体光は、CCD2
によって電気信号に変換され、カメラ信号処理回路３を
経て映像信号ａとなる。そのうちの輝度信号成分ｂ（第
９図（ａ））は、焦点検出回路４に導かれ、まずBPF401
（第９図（ｂ））にみいて高域成分のみが抽出される。

次に検波器402で検波された後（第９図（ｃ））、A/D
コンバータ403にてディジタル値となり、加算器404で１
画面中の所定領域の値が加算され、焦点評価値ｃとして
出力される。上記高域成分は画面のコントラストと対応
しているので、コントラスト最大すなわちフォーカスレ
ンズが合焦点にある時最大となり、合焦点からずれるに
従って低下する。ゆえに焦点評価値ｃはフォーカスレン
ズの移動に伴い、第11図に示すような山の形の特性を示
す。制御回路５は出力信号ｃが常に最大となるように第
１のモータ10をコントロールし、前玉レンズ101を合焦
点に駆動する。このようにしてオートフォーカス動作が
達成される。

さらにズーム時の動作について説明する。制御回路５
より第２のモータドライバ８にズーム信号が送られ、こ
のモータドライバ８は第２のモータ12を駆動する。この
モータ12の駆動に従い、バリエータ102は光軸上を移動
し、変倍作用を行う。この時、バリエータ102の移動に
伴い焦点移動が発生するが、カム等を介し機構的に連結
されたコンペンセータ103が光軸上を同時に移動し、焦
点移動を補正するように動作する。

ところで、従来撮影レンズのオートフォーカス方式と
しては、前記第８図に示したようにズームレンズの前玉
レンズを光軸方向に駆動して、フォーカスを合わせる前
玉フォーカス方式が多く用いられてきた。その理由とし
ては、構造が比較的簡単であること、マニュアル操作で
のフォーカシング動作が行い易いこと等が挙げられる。
しかし反面、合焦至近距離が短く取れない、径の大きな
重いレンズを駆動する必要があるためモータも大きくな
りがちである、回動部分が表に出るので取扱に注意を要
する等の不利な点もあった。

これらの問題を解決する方式として、コンペンセー
タ，リレー系レンズ等の内部レンズを光軸方向に駆動し
てフォーカシングを行う、いわゆるインナーフォーカス
方式が考えられる。インナーフォーカス方式を適用する
と上記の問題が解決できるので、例えば操作者は何の手
も加えることなく、無限遠から近至近の被写体にフォー
カスするというようなことが可能となる。ところがイン
ナーフォーカス方式の場合、フォーカス用レンズがズー
ム用レンズよりも光軸上後方にあるため、第12図に示す
ように撮影している被写体の距離によって、ズーミング
操作に伴う（すなわち焦点距離の変化に伴う）焦点の移
動量（すなわちフォーカス用レンズの移動量）が異なる
という特徴があり、機械的補正法ではすべての距離の被
写体には対応できない。

また、機械的補正法ではなく、簡単な電気的な回路構
成で、設定処理に応じた合焦状態を常に維持することが
できる他の従来技術として、特開昭62−284318号公報に
示される焦点調節装置がある。第12図はこの第２の従来
例の焦点調節装置ブロック図を示す。

図において、撮像レンズ鏡筒201は前群レンズ202,ズ
ームレンズ203,絞り204および後群レンズ205等を内蔵し
ている。前群レンズ202は鏡筒201の固定部に固定されて
いるのに対して、後群レンズ205は焦点調節のために光
軸方向に移動できるようになっている。即ち、後群レン
ズ205は第13図に示すように、ステッピングモータ208が
コントロール回路211からの制御信号により駆動し、移
動する。また、後群レンズ205は無限遠位置に到ったと
き、レンズ保持枠207に一体的に設けた遮光部207bがフ
ォトインタラプタからなるゼロ点センサ212により後群
レンズ205の基準位置（ゼロ点）が検知されるようにな
っている。このゼロ点センサ212の出力はコントロール
回路211に入力されることになる。

また、第14図に示すように指標201aによって支持され
た距離目盛が設定距離信号生成手段としての距離目盛セ
ンサ213によって電気的に読みとられ、コントロール回
路211に入力される。この入力信号は距離目盛を目安に
設定された距離を表す設定距離信号である。

上記レンズ鏡筒201の光学系を透過する被写体光は撮
像素子223の撮像面に結像され、同撮像素子223で光電変
換されて映像信号となるが、この映像信号はカメラ回路
224で処理されてビデオ信号として取り出される。映像
信号のうちの輝度信号はカメラ回路224からオートフォ
ーカス処理回路225に入力される。このオートフォーカ
ス処理回路225は輝度信号から微分などの信号処理を施
して高調波成分を抽出し、オートフォーカス時に同高調
波成分の出力の位相と、後群レンズ205の振動の位相と
を比較して、前ピン，後ピン合焦のいずれかを判断して
コントロール回路211に焦点状態信号を送る。また、コ
ントロール回路211に基準周波数発生回路226より、例え
ば15Hzの整数倍のクロック信号が入力されている。この
クロック信号がコントロール回路211に入力されている
ことより、15Hzの周波数を基にコントロール回路211か
らステッピングモータ208に必要パルスが送られ同パル
スによりステッピングモータ208がオートフォーカス、
あるいはマニュアルフォーカスの駆動を行う。

コントロール回路211は第16図に示すように、マイク
ロコンピュータ218内に、記憶部230,演算部228及びステ
ップ数計算部229を有している。記憶部230は焦点距離と
撮影距離により決定される後群レンズ205の適正位置を
表す特性曲線を記憶しているROM（リードオンリーメモ
リ）である。演算部228は、A/Dコンバータ217より入力
される距離目盛センサ213の出力と、レンズコントロー
ル部219より入力されるズームセンサ221の出力及び絞り
センサ222の出力を読み込み、上記記憶部230に記憶して
いる特性曲線から後群レンズ205の適正位置を算出する
ものである。また、オートフォーカス時にはオートフォ
ーカス処理回路225の出力が導かれてこれを演算するよ
うになっている。この演算部228の出力はモータ駆動回
路231に導かれているとともに、ステップ数計算部229に
より後群レンズ205の位置がどこにあるか常にステップ
数がカウントされるようになっている。また、演算部22
8にはオートフォーカス時に距離表示を行うための距離
表示装置227が接続されている。

上記マイクロコンピュータ218内の記憶部230に記憶さ
れている特性曲線としては、例えば第17図に示すような
ものである。この第17図において、横軸は後群レンズ20
5の撮像素子223の撮像面を基準とする繰出量を示し、縦
軸はズームレンズ203の移動量を示す。この第13図から
明らかなように、ズームレンズ203が「Ｔ（望遠）」の
位置にあるとき、後群レンズ205が「無限」，「1m」，
「0.5m」の距離位置に焦点が合うのはそれぞれ位置a₁,a
₂,a₃である。また、ズームレンズ203が「Ｓ（標準）」
の位置にあるとき、後群レンズ205が上記各距離位置に
焦点が合うのはそれぞれ位置b₁,b₂,b₃であり、ズームレ
ンズ203が「Ｗ（広角）」の位置にあるときに、後群レ
ンズ205が上記各距離位置に焦点が合うのはそれぞれ位
置c₁,c₂,c₃である。すなわち、後群レンズ205を「無
限」に合焦させた状態にしておこうとするとき、ズーム
レンズ203の「Ｗ」から「Ｔ」までの移動による焦点距
離の変化に対して、略「く」の字形状の特性曲線l₁で示
すように後群レンズ205の繰出量を変化させる必要があ
る。

また、後群レンズ205を「1m」，「0.5m」にそれぞれ
合焦させておくには、上記ズームレンズ203の全領域の
移動による焦点距離の変化に対して、略「く」の字形状
の特性曲線l₂,l₃で示すように後群レンズ205の繰出量を
変化させる必要がある。この特性曲線l₁,l₂,l₃の形状は
全て異なる。この３の距離位置「無限」，「1m」，「0.
5m」以外のこの間の距離位置についても，後群レンズ20
5の繰出量は上記特性曲線l₁,l₂,l₃間でこれらと異なる
形状の図示しない特性曲線に沿ったものになることは言
うまでもない。

この従来技術においては、上記特曲線l₁,l₂,l₃で代表
されるような、焦点距離及び撮影距離に応じて異なる後
群レンズ205の繰り出しをカム機構で行わせることは困
難であるが、上記各特性曲線l₁,l₂,l₃及びこれらの各曲
線間の領域で、焦点距離及び撮影距離に応じた図示され
ない各特性曲線が上記記憶部230に記憶されていること
によりステッピングモータ208によって繰出量の複雑な
制御が可能となる。上記「無限」の特性曲線l₁と「至
近」の特性曲線l₃との間の領域以外には後群レンズ205
が制御されないようになっている。

またこの従来例では、焦点距離の設定は専ら操作子と
してのズームスイッチ232操作により行われるように構
成されており、レンズコントロール部219からの制御信
号によりモータ220が駆動してズームレンズ203は所望の
焦点距離の位置に制御される。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のオートフォーカス装置は以上のように構成され
ているので、インナーフォーカス方式のズームレンズに
適用した場合、ズーム時の焦点の移動を精度よく補正す
ることは難しかった。

また、第２の従来例ではこのようなズーム時における
焦点の移動を全ての被写体距離に対して精度よく補正す
ることができるが、撮像領域を全てカバーする曲線を記
憶しておく必要があり、回路規模が大きくなるという問
題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、インナーフォーカス方式のズームレンズの
ようにズーム時、被写体距離によって焦点の移動量が変
化するような場合でも、焦点ズレによりボケるようなこ
とのない良好なオートフォーカス装置を回路規模の増大
を殆んど招くことなく提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るオートフォーカス装置は、被写体を撮
像するインナーフォーカス方式のズームレンズと、上記
ズームレンズにより撮像された光を映像信号に変換する
光電変換手段と、上記映像信号から所定高域周波数成分
を抽出し、所定期間にわたって積算する焦点検出手段
と、上記焦点検出手段の出力に基づき山登り法により合
焦するようレンズ系を制御する制御手段と、上記制御手
段の出力によりレンズ系の駆動を行うレンズ駆動手段と
からなるオートフォーカス装置において、上記制御手段
が、上記レンズ系の移動による変倍動作で生じる焦点移
動の補正動作の一部もしくは全部を山登り法による合焦
制御で行い、かつ該山登り法による合焦制御を再開する
しきい値を被写体距離に応じて切り換えるものであるよ
うにしたものである。

〔作用〕

この発明における制御装置は、ズーム時焦点移動を補
正するようにフォーカスモータを駆動し、フォーカス用
レンズを移動させる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図について説明する。

第１図はこの発明の第１の実施例によるオートフォー
カス装置を示し、図において、101は固定の集光用前玉
レンズ、105はリレー系レンズの一部であってフォーカ
ス用に供されるマスターレンズ、61は記憶手段としての
ROM、50はステッピグモータ51を制御回路５よりの指令
に基づいて駆動するステッピングモータドライバ、52は
マスターレンズ105の可動範囲の端点を検知する端点検
知スイッチである。他については前記従来例と同一であ
る。

まず、第１図において、前玉レンズ101は固定とな
り、マスターレズ105がフォーカスレンズとして動作す
るが、通常のフォーカス動作は前記従来例と同一である
ので、本件での説明は省略する。

以下、ズーム時のフォーカス動作について説明する。
制御回路５より第２のモータドライバ８にズーム信号が
送られ、第２のモータドライバ８は第２のモータ12を駆
動する。このモータ12の駆動に従い、バリエータ102は
光軸上を移動し変倍作用を行う。バリエータ102の移動
に伴い焦点移動が発生するが、これは第２図に示したよ
うに被写体距離毎に移動量が異なる。従ってズーム時に
は何らかの手段によってこの焦点移動を補正する必要が
ある。

今、第２図に示すａ〜ｈの距離の被写体に対して、焦
点距離検知センサ11にて検知されるf₀〜f₇の焦点距離に
対応したフォーカスレンズ105の絶対位置のデータが、
あらかじめROM61に記憶されているものとする。ここで
フォーカスレンズ105の絶対位置は、例えば無限遠の被
写体に対する合焦位置、つまり端点検知スイッチ52がON
となる所を基準とし、この点よりの移動量で表わす。こ
こでのROM61に記憶されているデータ形式は、ステッピ
ングモータ51の移動量で表わされる。つまり、フォーカ
スレンズ104の単位移動量をステッピングモータ51の１
ステップで表わす。なお、ステッピングモータ51はオー
プンルーブで制御され、駆動されたステップ数がフォー
カスレンズ105の絶対位置となる。

今、距離ｌの被写体に焦点距離f₇で合焦しており（フ
ォーカスレンズ105の絶対繰り出し量はm_L7）、f₃までズ
ーミングするとした場合、制御回路５はROM6に記憶され
たピント補正データのうち、ｌより遠い被写体でかつｌ
に最も近い被写体距離ｇのデータを選択し読み出してく
る。そしてそのデータに所定のオフセットを与えて距離
ｌの被写体のピント補正データとする。よって、被写体
距離ｇのf₇の時のフォーカスレンズ繰り出し量m_g7か
ら、（m_L7−m_g7）をf₇の時のオフセット量とし、以下ｆ
値がかわる毎にオフセット量を１ステップ減算して０で
打ち切る。従って距離ｌの被写体に対するピント補正デ
ータは、例えばm_L7−m_g9＝３ステップの場合、第３図に
示すようにf₄で打ち切ることになる。その後は被写体距
離のｇのデータを用いてフォーカスレンズ105を強制的
に駆動する。

なお、本実施例はインナーフォーカス方式のズームレ
ンズにおけるズーミングの時の焦点の移動を補正するこ
とを目的としているので、通常のオートフォーカス動作
は山登り法に限らず他のいかなる方法であってもよい。
また、上記実施例ではフォーカスレンズとしてマスター
レンズを駆動する構成となっているが、バリエータ以降
の後群レンズであれば他のレンズを駆動する構成であっ
てもよい。また、フォーカス用モータとしてDCモータ、
またはそれと同等の性能を有するモータならどれを使用
してもよい。

また、第４図は本発明の第２の実施例によるオートフ
ォーカス装置を示し、図において、101は固定の集光用
前玉レンズ、105はリレー系レンズの一部であってフォ
ーカス用に供されるマスターレンズ、62は記憶手段とし
てのROM、15はステッピングモータである第３のモータ
で、制御回路５よりの指令に基づいてモータドライバ13
により駆動され、マスターレンズ105を移動させる。14
はマスターレンズ105の可動範囲の端点を検知する端点
検知スイッチである。その他の部分については前記従来
例と同一である。

まず、第４図において前玉レンズ101は固定となり、
マスターレンズ105がフォーカスレンズとして動作する
が通常のフォーカス動作は前記従来例と同一であるの
で、本件での説明は省略する。

以下ズーム時のフォーカス動作について説明する。制
御回路５より第２のモータドライバ８にズーム信号が送
られ、このモータドライバ８は第２のモータ12を駆動す
る。第２のモータ12の駆動に従い、バリエータ102は光
軸上を移動し変倍作用を行う。バリエータ102の移動に
伴い焦点移動が発生するが、これは第５図に示したよう
に被写体距離毎に移動量が異なる。従ってズーム時には
何らかの手段によってこの焦点移動を補正する必要があ
る。

今、第５図に示すｌ〜ｎの距離の被写体に対して、焦
点距離検知センサ11にて検知されるf₀〜f₈の焦点距離に
対応したフォーカスレズの絶対位置のデータが、あらか
じめROM62に記憶されているものとする。ここでフォー
カスレンズの絶対位置は、例えば無限遠の被写体に対す
る合焦位置、つまり端点検知スイッチ14がONとなる所を
基準とし、この点よりの移動量で表わす。

また、ここでのROM62に記憶されているデータ形式
は、ステッピングモータ15の移動量で表わされる。つま
り、フォーカスレンズの単位移動量をステッピングモー
タ15の１ステップで表わす。

なお、ステッピングモータ15はオープンループで制御
され、駆動されたステップ数がフォーカスレンズの絶対
位置となる。ROM62のデータの一部を第６図に示す。

今、第５図に示すＹの位置で合焦に到り（焦点距離
f₂,フォーカスレンズ位置x_Y）、望遠側にズームすると
した場合、制御回路はROM62に記憶されたデータから領
域D₃に属すると判断し、しきい値を設定する。そして、
制御回路５は焦点評価値ｃを常に監視し、山登り法によ
りズーム中もフォーカスレンズが評価値の山の頂へ移動
するようにモータドライバ８に指令し、ステッピングモ
ータ12を駆動する。この時、合焦点にあって停止してい
たフォーカスレンズを再起動させるしきい値は、第７図
に示すように領域D₃の場合、その時の焦点評価値c₀の80
％で、焦点距離の変化により焦点評価値ｃがc₀の80％の
値を下まわったとき、制御回路５はフォーカスレンズを
再起動し評価値の山を検出するよう動作して停止し、そ
の時の焦点評価値をc₀として、また再度焦点評価値が80
％のしき位置以下となるまで待機する。

第７図に示すように、再起動のためのしきい値は被写
体距離にて規定される領域毎に定められている。つまり
領域D₀等のように、焦点距離の変化に対して焦点の移動
量が少ないような領域においては、しきい値を低く設定
してあるので過渡のレンズ応答を避けることができる。

なお、上記実施例ではフォーカスレンズとしてリレー
系のマスターレンズ105を駆動する構成となっている
が、バリエータ102移行のレンズであれば他のレンズを
駆動する構成であってもよい。

またフォーカス用モータとしてDCモータ、またはそれ
と同等の性能を有するモータを使用してもよい。

また、しきい値は本実施例にて示した値に限らずとも
よい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、ズーム中、焦点評
価値が所定のしきい値以下となった山登り法による焦点
検出動作を再開するとともに、上記しきい値を被写体距
離に応じて切り換えるようにしたので、被写体の距離に
関係なく良好な焦点補正が可能となり、特別な構造を要
することなく優れたオートフォーカス装置が提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例によるオートフォーカ
ス装置を示す構成図、第２図は焦点移動軌跡の図、第３
図はピント補正データの例を示す図、第４図はこの発明
の第２の実施例によるオートフォーカス装置を示す構成
図、第５図は第４図の実施例の動作を示す図、第６図は
ROM62の内容を示す図、第７図はしきい値の設定例を示
した図、第８図は従来のオートフォーカス装置を示す構
成図、第９図は従来例の出力波形の図、第10図は焦点評
価値の特性を示す図、第11図は被写体距離に対する焦点
移動軌跡の図、第12図は本発明の第２の従来例である焦
点調節装置のブロック構成図、第13図は第12図中の後群
レンズの駆動部分を示す断面図、第14図は上記第12図中
の操作環の外観を示す図、第15図は上記第12図中の距離
目盛センサの一例を示す概略構成図、第16図は上記第12
図中のコントロール回路の機能の一部を示すブロック
図、第17図は上記第15図中の記憶部に記憶されたレンズ
制御用の特性曲線を示す図である。図において、１はズームレンズ、２はCCD、４は焦点検
出回路、５は制御回路、61,62はROM、12はモータ、15,5
1はステッピングモータである。なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体を撮像するインナーフォーカス方式
のズームレンズと、上記ズームレンズにより撮像された光を映像信号に変換
する光電変換手段と、上記映像信号から所定高域周波数成分を抽出し、所定期
間にわたって積算する焦点検出手段と、上記焦点検出手段の出力に基づき山登り法により合焦す
るようレンズ系を制御する制御手段と、上記制御手段の出力によりレンズ系の駆動を行うレンズ
駆動手段とからなるオートフォーカス装置において、上記制御手段は、上記レンズ系の移動による変倍動作で
生じる焦点移動の補正動作の一部もしくは全部を上記山
登り法による合焦制御で行い、かつ該山登り法による合
焦制御を再開するしきい値を被写体距離に応じて切り換
えるものであることを特徴とするオートフォーカス装
置。