JP2749961B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上に利用分野） 本発明は、ビデオカメラ、電子スチルカメラ等の撮像
装置に用いて好適なレンズ制御装置に関するものであ
る。

（従来の技術） 従来より、ビデオカメラ等の撮像装置では、その撮像
手段より出力される映像信号より画面の鮮鋭度を検出
し、それが最大となるようにフオーカシングレンズ位置
を制御して、焦点を合わせる方式が用いられている。

また、鮮鋭度の評価としては、一般に、バンドパスフ
イルタ（以下BPFと称す）により抽出された映像信号の
高周波成分の強度、あるいは微分回路などにより映像信
号中より検出された被写体像のボケ幅検出強度等を用い
る。

そして、通常の被写体を撮影した場合、ピントがぼけ
ている状態すなわち鮮鋭度が低い状態では、高周波成分
の値は小さくボケ幅は広くなり、ピントが合うにつれて
高周波成分のレベルが高くボケ幅は小さくなり、完全に
ピントが合った状態では、高周波成分は最大値となり、
ボケ幅検出値は最小となつて鮮鋭度が最大となる。

従って、フオーカシングレンズを、鮮鋭度が低い状態
では、鮮鋭度が高くなる方向になるべく高速で駆動し、
鮮鋭度が大きくなるにつれて減速して鮮鋭度が最大とな
る山の頂上に停止させるように制御することにより、精
度良く合焦点にフオーカシングレンズを停止させ、ピン
ト合わせを行うことができる。このようなフオーカシン
グレンズ制御を行うオートフオーカス方式を一般に山登
りオートフオーカス方式（以下山登りAF）と称してい
る。

また、近年ビデオカメラ等の普及および多機能化の一
環として、焦点を合わせる範囲を拡大した、所謂ワイド
レンジオートフオーカスシステムも提案されている。こ
れは、従来の光学系の可動範囲を至近側（マクロ領域）
に拡大してより近くの被写体に焦点を会え焦ることがで
きるようにしたものである。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述したような従来の山登りAF方式を
用いたワイドレンジAFによると、電源遮断時、フオーカ
シングレンズ位置が至近側にある場合、電源投入直後の
ピント合わせが正常に行なわれない場合があつた。たと
えば、ぼけたまま止まってしまつたり、ピントが合うま
で遅いというような問題である。これは、電源投入直後
にピントを合わせようとする被写体は、一般的に通常領
域にある場合が多く、また至近領域内では、通常領域で
ピントを合わせるのに比べ、同じ被写体距離の変化に要
するフオーカシングレンズの移動量が多いので、フオー
カシングレンズが至近領域内にある場合は、ピントが合
わないうちに誤ってフオーカシングレンズが至近領域に
ある場合は、通常領域の被写体を見失いやすく、そこか
ら脱出するのに時間がかかつたり、ピントが合わないう
ちに誤ってフォーカシングレンズを停止させてしまうよ
うな誤動作を生じやすい。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上述した問題点を解決することを目的として
なされたもので、その特徴とするところは、撮影光学系
の焦点状態を調節する焦点調節手段と、前記焦点手段の
位置する領域を検出する検出手段と、電源投入時におけ
る前記焦点調節手段の位置する領域を前記検出手段によ
り検出し、前記焦点調節手段の位置が所定の領域内にな
かつた場合、前記所定の領域内の初期位置へと駆動する
ための駆動制御信号を出力する制御手段とを備えた撮像
装置にある。

また本発明の他の特徴は、撮影光学系の焦点状態を検
出して自動的に焦点調節する焦点調節手段と、前記焦点
手段の位置する領域を検出する検出手段と、前記焦点調
節手段の動作開始前に前記記焦点調節手段の位置する領
域を前記検出手段により検出し、前記焦点調節手段の位
置が所定の領域内になかつた場合、前記所定の領域内の
初期位置へと駆動するための駆動制御信号を出力する制
御手段とを備えた撮像装置にある。

（作用） これによつて、電源投入時、レンズ位置が通常領域に
なく、レンズ位置が適正でない場合であつても、レンズ
を適正領域に強制的に移動し、誤動作のない正確な焦点
調節動作を行なうことができる。

（実施例） 以下本発明における撮像装置をビデオカメラに適用し
た場合を例にし、各図を参照しながらその一実施例につ
いて詳述する。

第１図は本発明の自動合焦装置をビデオカメラ等に実
施した場合を示すブロツク図である。

同図において、１は焦点調節を行なうためのフオーカ
シングレンズで、フオーカシングモータ駆動回路９によ
つてフオーカシングモータ10を駆動することにより制御
される。ここで、フオーカシングレンズ１の移動範囲は
たとえば1.2m〜無限遠端∞の通常領域と、至近端0.6m〜
1.2mのマクロ領域を移動可能に構成されている。

２は入射光量を制御する絞り（アイリス）で、アイリ
ス駆動回路７によつて絞り駆動用のigメータ８を駆動す
ることによつて制御される。３はフオーカシングレンズ
１によつて撮像面に結像された被写体像を光電変換して
撮像信号に変換するたとえばCCD等の撮像素子、４は撮
像素子３より出力された撮像信号を所定のレベルに増幅
するプリアンプ、５はプリアンプ４より出力された映像
信号にガンマ補正，ブランキング処理，同期信号の付加
等の所定の処理を施して規格化された標準テレビジヨン
信号に変換し、ビデオ出力端子より出力するプロセス回
路である。プロセス回路５より出力されたテレビジヨン
信号は図示しないビデオレコーダ、電子ビユーフアイン
ダ等によるモニタへと供給される。

また６はプリアンプ４より出力された映像信号を入力
し、該映像信号のレベルが所定のレベルに一定となるよ
うに絞り２の開口量を制御すべくアイリス駆動回路７を
介してigメータ８を自動制御するアイリス制御回路であ
る。

11は同じくプリアンプ４より出力された映像信号中よ
り合焦検出を行なうために必要な高周波成分を抽出する
バンドパスフィルタ、12は映像信号中より被写体像のボ
ケ幅（被写体像のエツジ部分の幅）を検出回路で、合焦
状態に近付くほど被写体のボケ幅が小さくなる性質を利
用して合焦検出を行なうものである。このボケ幅検出回
路による合焦検出方法自体は、たとえば特開昭62−1036
16号等によつて公知となつているため、その詳細な説明
は省略する。

13はバンドパスフイルタ11、ボケ幅検出回路12の出力
にゲートをかけ、撮像画面上の指定領域内に相当する信
号のみを通過させるゲート回路で、後述する論理制御装
置15により供給されるゲートパルスに従い、１フイール
ド分のビデオ信号中の指定領域に相当する信号のみを通
過させ、これによつて、撮像画面内の任意の位置に高周
波成分を抽出する通過領域すなわち合焦検出を行なう合
焦検出領域の設定を行なうことができる。

14はゲート回路13によつて抽出された合焦検出領域内
に相当する映像信号中よりバンドパスフイルタ11によつ
て抽出された高周波成分のピーク値及びボケ幅検出回路
12より出力されたボケ幅の最小値を検出するとともに、
前記高周波成分のピーク値の得られた映像画面内におけ
る水平、垂直方向の位置を検出するピーク検出回路であ
る。このピーク検出回路は、１フィールド期間において
検出された高周波成分のピーク値、ボケ幅の最小値、ピ
ーク検出位置が、合焦検出領域を水平、垂直方向に所定
個数のブロツクに分割したどのブロツクに位置するかを
検出し、その水平、垂直座標を出力するものである。

また16はフオーカシングレンズ１の移動位置を検出す
るフオーカスエンコーダで、たとえば光学検出式のもの
が使用され、本実施例では、フオーカシングレンズ１の
移動位置を至近端（0.6m）,0.6m〜1.2m（至近領域すな
わちマクロ領域）,1.2m〜∞（通常領域），無限遠端
（∞）の４つの領域に分割して検出するものである。そ
して自動焦点調節の可能な領域を通常領域及び至近領域
とに拡張したシステムをワイドレンジAFと称することに
する。

また17は絞り２の開口量を検出するアイリスエンコー
ダである。これらの検出情報は論理制御装置15へと供給
される。

また、18は、レンズの各種制御のための操作、たとえ
ばマクロ領域オートフオーカスや、高速電子シヤツター
操作等の操作を読み取り、後述の論理制御回路15へと供
給するレンズ操作読み取り回路である。

論理制御回路15はシステム全体を統括して制御するも
ので、たとえばマイクロコンピユータによつて構成さ
れ、その内部には図示しない入出力ポート,A/D変換器，
リードオンリメモリ（ROM），ランダムアクセスメモリ
（RAM）を備えている。

この論理制御回路15は、ゲート回路13によつて撮像画
面上に設定された合焦検出領域内に対して、ピーク検出
回路14より出力されたバンドパスフイルタ11の出力に基
づく高周波成分の１フイールド期間内におけるピーク値
及びそのピーク位置座標、ボケ幅検出回路14の出力に基
づくボケ幅情報、さらに各エンコーダからの検出情報を
取り込んで所定のアルゴリズムにしたがつて演算し、こ
れらの時系列的な変化から、合焦検出領域の撮像画面上
における位置、大きさ、移動方向、移動応答速度の設定
すなわち被写体追尾を行なうとともに、合焦点の得られ
るフオーカシングレンズの移動方向及び移動速度等を演
算するものである。

すなわち、バンドパスフイルタ11の出力に基づく高周
波成分の１フイールド期間内におけるピーク値及びその
ピーク位置座標にもとづいて、各フイールドごとに被写
体の移動を検出し、その変化したピーク位置すなわち被
写体位置を中心とする位置に合焦検出領域を設定すべき
ゲート回路13にゲートパルスを供給してこれを開閉制御
し、映像信号の合焦検出領域内に相当する部分の映像信
号のみを通過させる。

また論理制御装置15は、設定された合焦検出領域内に
相当する映像信号に基いて、被写体に対する合焦検出を
行い、焦点調節を行う。すなわちボケ幅検出回路12より
供給されたボケ幅情報とバンドパスフイルタ11より供給
された高周波成分のピーク値情報を取り込み、１フイー
ルド期間におけるボケ幅が最小に、高周波成分のピーク
値が最大となる位置へとフオーカシングレンズ１を駆動
すべくフオーカス駆動回路９にフオーカシングモータ10
の回転方向、回転速度、回転／停止等の制御信号を供給
し、これを制御するものである。

この際、論理制御装置15は、合焦度に応じて、また絞
りエンコーダ17によつて検出された絞り値から演算した
被写界深度に応じて、ゲート制御信号15Aをゲート回路1
3に供給して合焦検出領域の大きさを制御するととも
に、移動範囲、移動応答速度を制御する。このようにし
て、動きのある被写体像を自動追尾しながらに焦点を合
わせ続けることができる。

ここで本発明において、合焦検出にボケ幅検出回路12
より出力されたボケ幅信号と、バンドパスフイルタ11よ
り出力された高周波成分のピーク値を用いているのは、
以下の理由による。

すなわちボケ幅は合焦点に近付くほど小さい値となつ
て合焦点で最小となり、被写体のコントラストの影響を
受けにくいため高い合焦検出精度を得ることが出来る特
長を有する反面、ダイナミツクレンジが狭く、合焦点を
大きく外れると十分な検出精度を得ることができない。

これに対して、高周波成分は、ダイナミックレンジが
広く、合焦点を大きく外れても合焦度に応じた出力を得
ることができる反面、コントラストの影響を大きく受け
る性質があり、ボケ幅情報ほどの合焦精度を得ることが
できない。

したがつて、これらを組み合わせることにより、ダイ
ナミツクレンジが広く、且つ合焦点近傍で高い検出精度
の得られる合焦検出方法を実現することができる。

次に第１図に示す本発明の撮像装置における論理制御
回路15の制御動作を、第２図に示すフローチヤートを参
照しながら順を追って説明する。

同図において、step1は、第１図における論理制御回
路15のリセツト信号入力ルーチンで、このリセツト信号
の入力により、論理制御回路15はリセツトされて動作を
開始する。

このリセツト信号は、通常カメラのシステムに電源が
投入されたときに発生するものである。

step2,3,4,5本発明の主要部をなすルーチンで、step2
は、論理制御回路15の動作開始時におけるフオーカシン
グレンズ１の位置情報を読み取るルーチンであり、ここ
では、フオーカスエンコーダ16によつて検出されたフオ
ーカシングレンズ位置情報（至近端，マクロ領域，通常
領域，無限遠端）が論理制御回路15へと取り込まれる。

step3はフオーカスエンコーダ16の出力に基づいて、
フオーカシングレンズが至近領域に位置しているか否か
の判別を行なうルーチン、step4はフオーカシングレン
ズ１をマクロ領域から強制的に通常領域へと駆動制御す
るルーチン、step5は前述したように、バンドパスフイ
ルタ11、ボケ幅検出回路12よりそれぞれ出力された高周
波成分レベル信号及びボケ幅信号に基づいてフオーカシ
ングレンズを合焦点へと山登り駆動制御する自動焦点調
節動作を行なうAFメインルーチンである。

さてstep1でカメラに電源が投入されたことが検出さ
れると、step2へと進み、フオーカスエンコーダ116の検
出出力からフオーカシングレンズ１の現在の移動位置の
情報が論理制御回路15へと読み込まれる。

続いて論理制御回路15は、step3でフオーカシングレ
ンズ１の位置している領域が通常領域かマクロ領域かを
判別し、通常領域内に位置していた場合にはstep5へと
進んでAF動作を開始する。またstep3において、フオー
カシングレンズがマクロ領域内に位置していた場合に
は、step4へと移行してフオーカシングレンズ１を強制
的に通常領域内へと駆動し、通常領域内の例えば被写体
距離1.2mの位置へと移動した後、step5へと進んでフオ
ーカシングレンズの初期位置を通常領域の1.2mに設定
し、AF動作を開始する。

ここで、電源ON直後、すなわちAF動作の開始に先駆け
て、通常領域へとフオーカシングレンズを駆動する理由
について説明する。

すなわち、本願のようなワイドレンジAFシステムにお
いて、至近領域においては、通常領域で焦点を合わせる
ものに比べ、同じ被写体距離の変化に要するフオーカシ
ングレンズの移動量が大きい。したがつて、何らかの理
由で、至近領域にフオーカシングレンズが入ると、通常
領域の被写体に再び焦点を合わせようとする際に被写体
を見失いやすく、焦点が合うまでに長い時間を要した
り、焦点が合わずにフオーカシングレンズが停止してし
まうような誤動作をしばしば生じる。

また実際にビデオカメラを使用する際、撮影の対象と
する被写体は多くの場合通常領域に位置することが多
く、電源ONと同時にマクロ領域から撮影開始する場合は
まれである。

そこで本発明においては、電源ON直後の撮影開始時
は、必ずフオーカシングレンズが通常領域にある状態か
ら自動焦点調節動作を開始するように構成し、上述のマ
クロ領域からAF動作を開始して通常領域にある被写体に
合焦させる場合に生じやすい誤動作を未然に防止してい
る。

このように、本発明においては、ワイドレンジAFにお
いて、カメラ電源投入時のフオーカシングレンズの位置
を検出し、それを常に適正な状態に保つことにより、た
とえフオーカシングレンズの初期位置が至近領域内にあ
つたとしても、正確な合焦動作を行なうことができるも
のである。

なお、上述の実施例によれば、電源ONに応じて、まず
自動焦点調節モードに入る装置を想定しているが、AF動
作モードに入るために別の操作を要する装置であつた場
合には、AFモードに設定する動作に応じてフオーカシン
グレンズの初期位置設定動作を行なうようにしてもよ
い。

第３図はこのような場合の制御動作のフローチヤート
を示すものである。

上述の第２図のフローチヤートと異なる点は第２図の
step1に示す『電源ONによつてリセツト信号を出力する
ステツプ』をstep1′のように変更するだけで、他のス
テツプは第２図と同様であり、その説明を省略する。

すなわち、step1′で、AF動作開始の要求が行なわれ
ることにより、リセツト信号を発生させ、step2移行へ
と進んでAFシステムのリセツト動作を実行し、AF動作開
始に先駆けてフオーカシングレンズのリセツト動作を行
なうようにしたものである。

上述の実施例によれば、至近領域を0.6〜1.2mの被写
体距離で定義しているが、これに限定されるものではな
く、たとえば、至近領域がさらに拡大しているような光
学系を用いた場合には、至近領域０〜1.2mに設定しても
よく、使用する光学系の特製を考慮して決定すればよ
い。

また上述の実施例によれば、フオーカシングレンズの
初期位置を被写体距離1.2mとしたが、これに限定される
ものではなく、たとえば高倍率のレンズでは1.2mより遠
方に設定する等、同様に光学系の特製に応じて決定する
ことができる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明における撮像装置によれ
ば、通常領域からマクロ領域にわたってAF動作可能とし
た所謂ワイドレンジAFシステムを備えた撮像装置におい
て、カメラ電源投入時のフオーカシングレンズの位置を
検出し、所定の適正位置に初期設定してからAF動作を行
なうように構成したので、たとえばフオーカシングレン
ズの初期位置がマクロ領域にあつたとしても通常領域に
おける被写体に合焦できなかつたり、合焦に長時間を要
したりする問題を未然に防止することができ、常に正確
で且つ迅速なAF動作を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における撮像装置をビデオカメラ等の自
動焦点調節装置に適用した場合の構成を示すブロツク
図、 第２図は本発明の自動焦点調節装置における制御を説明
するためのフローチヤート、 第３図は本発明の自動焦点調節装置における制御の他の
例を説明するためのフローチヤートである。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮影光学系の焦点状態を調節する焦点調節
   手段と、 前記焦点手段の位置する領域を検出する検出手段と、 電源投入時における前記焦点調節手段の位置する領域を
   前記検出手段により検出し、前記焦点調節手段の位置が
   所定の領域内になかつた場合、前記所定の領域内の初期
   位置へと駆動するための駆動制御信号を出力する制御手
   段とを備えたことを特徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第（１）項において、前記
   焦点調節手段はフオーカシングレンズを駆動する手段で
   あり、前記検出手段は前記フオーカシングレンズの被写
   体距離を所定の分解能で検出する位置エンコーダによつ
   て構成され、前記制御手段は、電源ON時、前記フオーカ
   シングレンズがマクロ領域に位置していた場合これを通
   常領域内の初期設定位置へと強制的に移動するように構
   成されていることを特徴とする撮像装置。
3. 【請求項３】撮影光学系の焦点状態を検出して自動的に
   焦点調節する焦点調節手段と、 前記焦点手段の位置する領域を検出する検出手段と、 前記焦点調節手段の動作開始前に前記記焦点調節手段の
   位置する領域を前記検出手段により検出し、前記焦点調
   節手段の位置が所定の領域内になかつた場合、前記所定
   の領域内の初期位置へと駆動するための駆動制御信号を
   出力する制御手段とを備えたことを特徴とする撮像装
   置。
4. 【請求項４】特許請求の範囲第（３）項において、前記
   焦点調節手段はフオーカシングレンズを駆動する手段で
   あり、前記検出手段は前記フオーカシングレンズの被写
   体距離がマクロ領域か通常領域かを検出し、前記制御手
   段はAF動作開始に先駆けて前記フオーカシングレンズが
   マクロ領域に位置していた場合には、これを通常領域内
   の初期設定位置へと強制的に移動するように構成されて
   いることを特徴とする撮像装置。