JP3297568B2 - 自動合焦装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インナーフォーカ
ス型のレンズシステムを合焦する自動合焦装置に関し、
特に監視カメラ等の低照度の撮影状況下で使用する自動
合焦装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、防犯等の理由から監視カメラの家
庭への普及が増えてきている。用途が家庭用のため監視
カメラの小型，軽量，低コスト，高機能が求められてい
る。その結果、鏡筒にインナーフォーカス型のレンズシ
ステムを採用して小型化を図り、かつズーム機能及び自
動合焦装置を付加し高機能にした監視カメラが主流にな
っている。インナーフォーカス型の場合、合焦状態を保
つために変倍レンズ群の位置に基いて合焦レンズ群を所
定の位置に動かさなければならない。

【０００３】図７は、鏡筒が合焦を維持するための変倍
レンズ群の位置と合焦レンズ群の位置との関係データ
(以下トラッキングデータという)を示したものである。

【０００４】また、監視カメラの基本的な性能に夜間等
の低照度の状況でも被写体にピントが合うことが要求さ
れている。そのため、従来の自動合焦装置は低照度でも
合焦するように赤外線センサー等の距離測定センサーを
用いて被写体とカメラ間の距離を測定し、被写体に合焦
するように制御していた。

【０００５】具体的な動作として、低照度の場合は、距
離測定センサーを用いて被写体とカメラ間の距離を測定
し、図７に示すトラッキングデータを基に現在の被写体
とカメラ間の距離及び変倍レンズ群の位置から一義的に
決まる合焦レンズ群の位置を演算し、合焦レンズ群を演
算で求めた位置に移動することで、低照度でも合焦する
ようにしていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の自動合焦装置は、距離測定センサーを用いるため
にコストアップになっていた。また、被写体とカメラ間
の距離が距離測定センサーでの測定範囲を超えている場
合、合焦できないという問題があった。

【０００７】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るもので、距離測定センサーを用いることなく、低照度
の場面においても精度良く合焦する自動合焦装置を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
の第１の手段は、被写体を変倍する変倍レンズ群及び被
写体を合焦する合焦レンズ群で構成されている鏡筒と、
前記変倍レンズ群を光軸方向に移動するズーム移動手段
と、前記合焦レンズ群を光軸方向に移動するフォーカス
移動手段と、前記変倍レンズ群の光軸方向の位置を検出
するズーム位置検出手段と、前記合焦レンズ群の光軸方
向の位置を検出するフォーカス位置検出手段と、前記鏡
筒からの光学信号を電気信号に変換する撮像素子と、前
記撮像素子の出力信号から被写体の輝度を検出する輝度
検出手段と、前記撮像素子の出力信号から映像信号を生
成する信号処理手段と、前記映像信号の高周波成分を検
出する高周波成分検出手段と、前記鏡筒における変倍レ
ンズ群の位置とその位置に対して合焦を維持するための
合焦レンズ群の位置との関係データであるトラッキング
データ及び前記変倍レンズ群の位置を記憶する情報記憶
手段と、前記ズーム移動手段を制御して変倍レンズ群を
移動し被写体の輝度が最大になる前記変倍レンズ群の位
置を検出する最大輝度位置検出手段と、前記映像信号の
高周波成分の振幅値が最大になるように前記フォーカス
移動手段を制御するフォーカス制御手段とを備えた構成
とするものである。

【０００９】上記第１の手段の構成において、低照度の
場合、そのまま直ちに合焦することが困難であるから、
まず、撮影しようとする変倍における変倍レンズ群の当
初位置を記憶した後、続いて被写体の輝度が最大になる
位置へ変倍レンズ群を移動し、その輝度最大において映
像信号の高周波成分の振幅が最大になるように合焦レン
ズ群を移動して合焦させる。その移動した変倍レンズ群
の位置及び合焦レンズ群の位置より、トラッキングデー
タの中から図７に示したような１つのデータを選びだ
す。カメラと被写体との距離は変わらないので、このデ
ータから当初の変倍レンズ群の位置で合焦する合焦レン
ズ群の位置を演算し、変倍レンズ群を当初位置へ、合焦
レンズ群を演算した位置へそれぞれ移動する。これによ
り、低照度の場合においても精度良く合焦することがで
きる。

【００１０】また、課題を解決するための第２の手段
は、被写体を変倍する変倍レンズ群及び被写体を合焦す
る合焦レンズ群で構成されている鏡筒と、前記変倍レン
ズ群を光軸方向に移動するズーム移動手段と、前記合焦
レンズ群を光軸方向に移動するフォーカス移動手段と、
前記変倍レンズ群の光軸方向の位置を検出するズーム位
置検出手段と、前記合焦レンズ群の光軸方向の位置を検
出するフォーカス位置検出手段と、前記鏡筒からの光学
信号を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子の
出力信号から被写体の輝度を検出する輝度検出手段と、
前記撮像素子の出力信号から映像信号を生成する信号処
理手段と、前記映像信号の高周波成分を検出する高周波
成分検出手段と、前記鏡筒における変倍レンズ群の位置
とその位置に対して合焦を維持するための合焦レンズ群
の位置との関係データであるトラッキングデータ及び前
記鏡筒において光学特性上決定されている被写体の輝度
が最大になる変倍レンズ群の位置を記憶する情報記憶手
段と、前記映像信号の高周波成分の振幅値が最大になる
ように前記フォーカス移動手段を制御するフォーカス制
御手段とを備えた構成とするものである。

【００１１】上記第２の手段の構成において、低照度の
場合、撮影しようとする変倍における変倍レンズ群の当
初位置を記憶した後、予め記憶した前記鏡筒において被
写体の輝度が最大になる位置へ変倍レンズ群を移動し、
その輝度最大において映像信号の高周波成分の振幅値が
最大になるように合焦レンズ群を移動して合焦させる。
その移動した変倍レンズ群の位置及び合焦レンズ群の位
置とトラッキングデータとから当初の変倍レンズ群の位
置で合焦する合焦レンズ群の位置を演算し、変倍レンズ
群を当初位置へ、合焦レンズ群を演算した位置へそれぞ
れ移動する。これにより、低照度の場合においても精度
良く合焦することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。 (実施の形態１)図１は、本発明の実施の形態１における
自動合焦装置の構成を示すブロック図である。図１にお
いて、１は被写体を変倍する変倍レンズ群及び被写体を
合焦する合焦レンズ群で構成されている鏡筒、２は変倍
レンズ群を光軸方向に移動するズーム移動手段、３は合
焦レンズ群を光軸方向に移動するフォーカス移動手段、
４は変倍レンズ群の光軸方向の位置を検出するズーム位
置検出手段、５は合焦レンズ群の光軸方向の位置を検出
するフォーカス位置検出手段、６は鏡筒１からの光学信
号を電気信号に変換する撮像素子、７は撮像素子６の出
力信号から被写体の輝度を検出する輝度検出手段、８は
撮像素子６の出力信号から映像信号13を生成する信号処
理手段、９は映像信号13の高周波成分を検出する高周波
成分検出手段、10は鏡筒１のトラッキングデータ及び変
倍レンズ群の位置を記憶する情報記憶手段、11は被写体
の輝度が最大になる変倍レンズ群の位置を検出する最大
輝度位置検出手段、12は映像信号13の高周波成分の振幅
値が最大になるようにフォーカス移動手段３を制御する
フォーカス制御手段である。

【００１３】次に、上記実施の形態１における自動合焦
装置について、以下その動作を説明する。まず、カメラ
としては、鏡筒１が被写体に向けられ、ズーム移動手段
２が変倍レンズ群を所望のズーム位置に移動し、フォー
カス移動手段３が合焦レンズ群を被写体に合焦するよう
に移動する。合焦した被写体の光学信号は撮像素子６に
より電気信号に変換され、その電気信号は信号処理手段
８で処理されて映像信号13となり、出力される。

【００１４】ここで、撮影しようとするズーム位置にお
いて、照度が大きく、従って、被写体の輝度が高い場合
は、高周波成分検出手段９が映像信号13から高周波成分
を検出し、その検出信号を受けたフォーカス制御手段12
は、高周波成分の振幅値が最大になるようにフォーカス
移動手段３を制御し、フォーカス移動手段３が合焦レン
ズ群を移動させることにより合焦することができる。

【００１５】しかしながら、低照度の場合、そのまま上
記照度大の場合の動作を行っても高周波成分の抽出が困
難であるため、次のような操作が行われる。即ち、ま
ず、撮影しようとする変倍における変倍レンズ群の当初
位置をズーム位置検出手段４が検出し、それを情報記憶
手段10で記憶する。情報記憶手段10には、さらに、図７
に示したような、被写体とカメラとの間の距離に応じた
鏡筒１のトラッキングデータが数種類記憶されている。

【００１６】続いて被写体の輝度を検出した輝度検出手
段７の出力信号に基いて、最大輝度位置検出手段11がズ
ーム移動手段２を制御し、輝度が最大になるように変倍
レンズ群を移動させ、ズーム位置検出手段４が輝度最大
になる変倍レンズ群の位置を検出する。

【００１７】変倍レンズ群を輝度最大になる位置に移動
させると高周波成分の検出が可能となるので、フォーカ
ス制御手段12は高周波成分検出手段９の出力信号に基い
て高周波成分の振幅値が最大になるようにフォーカス移
動手段３を制御し、合焦レンズ群を移動させ、フォーカ
ス位置検出手段５が合焦レンズ群の位置を検出する。

【００１８】そこで、輝度が最大になる変倍レンズ群の
位置と、その位置で合焦した合焦レンズ群の位置から、
情報記憶手段10に記憶されているトラッキングデータの
うち対応するデータが選びだされ、このデータから当初
の変倍レンズ群の位置で合焦する合焦レンズ群の位置が
演算される。そして、変倍レンズ群は当初位置へ、合焦
レンズ群は演算した位置へそれぞれ移動されることによ
り、低照度の場合においても精度良く合焦することがで
きる。

【００１９】図２は、上記動作のうち、最大輝度位置検
出手段11の動作過程を示すフローチャートであり、以下
その処理について順に説明する。ステップＳ１では、ズ
ーム位置検出手段４で検出された現在(当初)の変倍レン
ズ群の位置を読み込み、情報記憶手段10に記憶し、ステ
ップＳ２に進む。

【００２０】ステップＳ２では、輝度検出手段７で検出
された現在の輝度レベルを読み込み情報記憶手段10に記
憶しステップＳ３に進む。ステップＳ３では、ズーム移
動手段２を介して変倍レンズ群を一定量ワイド側に移動
させてステップＳ４に進む。ステップＳ４では、輝度検
出手段７で検出された現在位置での輝度レベルを読み込
み、ステップＳ５に進む。

【００２１】ステップＳ５では、今回読み込んだ輝度レ
ベルと、情報記憶手段10に記憶した輝度レベルとを比較
し、今回読み込んだ輝度レベルが記憶した輝度レベル以
上であった場合ステップＳ２に進み、それ以外はステッ
プＳ６に進む。

【００２２】ステップＳ６では、ズーム移動手段２を介
して変倍レンズ群を一定量テレ側に移動させてステップ
Ｓ７に進む。ステップＳ７では、輝度検出手段７で検出
された現在位置での輝度レベルを読み込み、ステップＳ
８に進む。

【００２３】ステップＳ８では、今回読み込んだ輝度レ
ベルと、情報記憶手段10に記憶した輝度レベルとを比較
し、今回読み込んだ輝度レベルが記憶した輝度レベル以
上であった場合ステップＳ９に進み、それ以外はステッ
プＳ10に進む。

【００２４】ステップＳ９では、輝度検出手段７で検出
された現在の輝度レベルを読み込み、情報記憶手段10に
現在の変倍レンズ群の位置及び現在の輝度レベルを記憶
し、ステップＳ６に進む。ステップＳ10では、情報記憶
手段10に記憶してある輝度レベルが最大になる変倍レン
ズ群の位置にズーム移動手段２を介して移動させる。

【００２５】このようにして、最大輝度位置検出手段11
は被写体の輝度が最大になる変倍レンズ群の位置を検出
する。

【００２６】同時に、フォーカス制御手段12は、高周波
成分検出手段９からの高周波成分の振幅値を基に、図３
に示す演算処理を行うわけであるが、以下その処理につ
いて順に説明する。

【００２７】ステップＳ11では、高周波成分検出手段９
で検出された現在の高周波成分の振幅値を読み込み、ス
テップＳ12に進む。ステップＳ12では、フォーカス移動
手段３を介して合焦レンズ群を一定量ＦＦ側に移動させ
てステップＳ13に進む。

【００２８】ステップＳ13では、高周波成分検出手段９
で検出された現在の高周波成分の振幅値を読み込み、ス
テップＳ14に進む。ステップＳ14では、今回ＦＦ方向に
移動しておりかつ現在の高周波成分の振幅値が前回の振
幅値と大きいかどうかを比較する。大きい場合はステッ
プＳ12に進み、それ以外はステップＳ15に進む。

【００２９】ステップＳ15では、今回ＦＲ方向に移動し
ておりかつ現在の高周波成分の振幅値が前回の振幅値と
大きいかどうかを比較する。大きい場合はステップＳ16
に進み、それ以外はステップＳ17に進む。

【００３０】ステップＳ16では、フォーカス移動手段３
を介して合焦レンズ群を一定量ＦＲ方向に移動させてス
テップＳ13に進む。ステップＳ17では、フォーカス移動
手段３を介して合焦レンズ群を一定量前回と反対側に移
動させる。

【００３１】この動作を繰り返すことによって、フォー
カス制御手段12はフォーカス移動手段３を介して合焦レ
ンズ群を光軸方向に移動し、映像信号13の高周波成分の
振幅値が最大になるように制御することで、常に合焦状
態を保つようにしている。

【００３２】ここで、フォーカス制御手段12は、輝度検
出手段７からの輝度レベルが一定値以下の場合、低照度
であると判断し、上記一連の動作に加えて図４に示す演
算処理を行う。以下、その処理についてフローチャート
の順に説明する。

【００３３】ステップＳ18では、最大輝度位置検出手段
11を介して被写体の輝度が最大になる変倍レンズ群の位
置に変倍レンズ群を移動させると共に、当初の変倍レン
ズ群の位置を確認し、ステップＳ19に進む。

【００３４】ステップＳ19では、図３に示すフォーカス
制御を行って合焦させ、ステップＳ20に進む。ステップ
Ｓ20では、現在合焦している状態での合焦レンズ群の位
置をフォーカス位置検出手段５を介して検出し、ステッ
プＳ21に進む。

【００３５】ステップＳ21では、現在の変倍レンズ群の
位置、現在の合焦レンズ群の位置、当初の変倍レンズ群
の位置及びトラッキングデータを基に、当初の変倍レン
ズ群の位置で合焦する合焦レンズ群の位置を演算し、ス
テップＳ22に進む。ステップＳ22では、変倍レンズ群を
当初の位置に戻すと共に、ステップＳ21で演算して得た
位置に合焦レンズ群を移動させる。

【００３６】このようにして、低照度の場合、現在の変
倍レンズ群の位置を記憶した後、被写体の輝度が最大に
なる変倍レンズ群の位置を検出し、この位置において合
焦レンズ群を合焦させ、このときの変倍レンズ群の位
置、合焦レンズ群の位置と、トラッキングデータとか
ら、当初の変倍レンズ群の位置で合焦する合焦レンズ群
の位置を演算し、変倍レンズ群を当初位置に、合焦レン
ズ群を演算位置にそれぞれ移動させる。これらの一連の
動作で、低照度の場合においても精度良く、合焦するこ
とができる。

【００３７】(実施の形態２)図５は、本発明の実施の形
態２における自動合焦装置の構成を示すブロック図であ
る。図５において、図１と同一符号のものは同一のもの
を表しており、また、14は、鏡筒１のトラッキングデー
タと、鏡筒１によって光学特性上自ずから決まる輝度が
最大になる変倍レンズ群の位置とを予め記憶している情
報記憶手段、15は映像信号13の高周波成分の振幅値が最
大になるようにフォーカス移動手段３を制御するフォー
カス制御手段である。

【００３８】次に、上記実施の形態２における自動合焦
装置について、以下その動作を説明するが、カメラとし
ての動作及び被写体の照度が高い場合の合焦動作は実施
の形態１の場合と同じあるから説明を省略し、低照度の
場合について説明する。

【００３９】フォーカス制御手段15は、輝度検出手段７
からの輝度レベルが一定値以下の場合は低照度であると
判断し、図３で説明したフォーカス制御動作に加えて図
６に示す演算処理を行う。

【００４０】ステップＳ23では、予め情報記憶手段14に
記憶してある鏡筒１によって光学特性上自ずから決まる
輝度が最大になる変倍レンズ群の位置へ変倍レンズ群を
移動させると共に、当初の変倍レンズ群の位置を確認
し、ステップＳ24に進む。

【００４１】ステップＳ24では、図３に記載のフォーカ
ス制御を行い、合焦させてステップＳ25に進む。ステッ
プＳ25では、現在合焦している状態での合焦レンズ群の
位置をフォーカス位置検出手段５を介して検出し、ステ
ップＳ26に進む。

【００４２】ステップＳ26では、現在の変倍レンズ群の
位置、現在の合焦レンズ群の位置、当初の変倍レンズ群
の位置及びトラッキングデータを基に当初の変倍レンズ
群の位置で合焦する合焦レンズ群の位置を演算し、ステ
ップＳ27に進む。ステップＳ27では、変倍レンズ群を当
初の位置に戻すと共に、ステップＳ26で演算して得た位
置に合焦レンズ群を移動させる。

【００４３】このようにして、低照度の場合、現在の変
倍レンズ群の位置を記憶した後、予め記憶してある鏡筒
１によって決まる被写体の輝度が最大になる変倍レンズ
群の位置へ変倍レンズ群を移動させると共に、この位置
において合焦させ、このときの変倍レンズ群の位置、合
焦レンズ群の位置と、トラッキングデータとから、当初
の変倍レンズ群の位置で合焦する合焦レンズ群の位置を
演算し、変倍レンズ群を当初位置に、合焦レンズ群を演
算位置にそれぞれ移動させる。これらの一連の動作で、
低照度の場合においても精度良く、合焦することができ
る。

【００４４】なお、上記実施の形態１及び２において、
ズーム移動手段及びフォーカス移動手段としてステッピ
ングモータを用いる場合は、ズーム位置検出手段及びフ
ォーカス位置検出手段の機能も併せてステッピングモー
タが果たすことも可能である。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高価な距離センサーを用いることなく、低照度の場面に
おいても、精度良く合焦することができる効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における自動合焦装置の
ブロック図である。

【図２】本発明の自動合焦装置の実施の形態１における
最大輝度位置検出動作のフローチャートである。

【図３】本発明の自動合焦装置の実施の形態１における
フォーカス制御動作のフローチャートである。

【図４】本発明の自動合焦装置の実施の形態１における
低照度時の合焦動作のフローチャートである。

【図５】本発明の実施の形態２における自動合焦装置の
ブロック図である。

【図６】本発明の自動合焦装置の実施の形態２における
低照度時の合焦動作のフローチャートである。

【図７】鏡筒が合焦を維持するための変倍レンズ群の位
置と合焦レンズ群の位置との関係データ(トラッキング
データ)を示す図である。

【符号の説明】

１ … 鏡筒、 ２ … ズーム移動手段、 ３ … フォーカ
ス移動手段、 ４ … ズーム位置検出手段、 ５ … フォ
ーカス位置検出手段、 ６ … 撮像素子、 ７ …輝度検
出手段、 ８ … 信号処理手段、 ９ … 高周波成分検出
手段、 10,14 …情報記憶手段、 11 … 最大輝度位置検
出手段、 12,15 … フォーカス制御手段。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写体を変倍する変倍レンズ群及び被写
   体を合焦する合焦レンズ群で構成されている鏡筒と、前
   記変倍レンズ群を光軸方向に移動するズーム移動手段
   と、前記合焦レンズ群を光軸方向に移動するフォーカス
   移動手段と、前記変倍レンズ群の光軸方向の位置を検出
   するズーム位置検出手段と、前記合焦レンズ群の光軸方
   向の位置を検出するフォーカス位置検出手段と、前記鏡
   筒からの光学信号を電気信号に変換する撮像素子と、前
   記撮像素子の出力信号から被写体の輝度を検出する輝度
   検出手段と、前記撮像素子の出力信号から映像信号を生
   成する信号処理手段と、前記映像信号の高周波成分を検
   出する高周波成分検出手段と、前記鏡筒における変倍レ
   ンズ群の位置とその位置に対して合焦を維持するための
   合焦レンズ群の位置との関係データであるトラッキング
   データ及び前記変倍レンズ群の位置を記憶する情報記憶
   手段と、前記ズーム移動手段を制御して変倍レンズ群を
   移動し被写体の輝度が最大になる前記変倍レンズ群の位
   置を検出する最大輝度位置検出手段と、前記映像信号の
   高周波成分の振幅値が最大になるように前記フォーカス
   移動手段を制御するフォーカス制御手段とを備え、 低照度の場合、撮影しようとする変倍における変倍レン
   ズ群の当初位置を記憶した後、被写体の輝度が最大にな
   る位置へ前記変倍レンズ群を移動すると共に輝度最大に
   おいて映像信号の高周波成分の振幅値が最大になるよう
   に合焦レンズ群を移動し、その移動した変倍レンズ群の
   位置及び合焦レンズ群の位置と前記トラッキングデータ
   とから当初の変倍レンズ群の位置で合焦する合焦レンズ
   群の位置を演算し、前記変倍レンズ群を当初位置へ、前
   記合焦レンズ群を演算した位置へそれぞれ移動すること
   を特徴とする自動合焦装置。
2. 【請求項２】 被写体を変倍する変倍レンズ群及び被写
   体を合焦する合焦レンズ群で構成されている鏡筒と、前
   記変倍レンズ群を光軸方向に移動するズーム移動手段
   と、前記合焦レンズ群を光軸方向に移動するフォーカス
   移動手段と、前記変倍レンズ群の光軸方向の位置を検出
   するズーム位置検出手段と、前記合焦レンズ群の光軸方
   向の位置を検出するフォーカス位置検出手段と、前記鏡
   筒からの光学信号を電気信号に変換する撮像素子と、前
   記撮像素子の出力信号から被写体の輝度を検出する輝度
   検出手段と、前記撮像素子の出力信号から映像信号を生
   成する信号処理手段と、前記映像信号の高周波成分を検
   出する高周波成分検出手段と、前記鏡筒における変倍レ
   ンズ群の位置とその位置に対して合焦を維持するための
   合焦レンズ群の位置との関係データであるトラッキング
   データ及び前記鏡筒において光学特性上決定されている
   被写体の輝度が最大になる変倍レンズ群の位置を記憶す
   る情報記憶手段と、前記映像信号の高周波成分の振幅値
   が最大になるように前記フォーカス移動手段を制御する
   フォーカス制御手段とを備え、 低照度の場合、撮影しようとする変倍における変倍レン
   ズ群の当初位置を記憶した後、予め記憶した前記鏡筒に
   おいて被写体の輝度が最大になる位置へ変倍レンズ群を
   移動すると共に映像信号の高周波成分の振幅値が最大に
   なるように合焦レンズ群を移動し、その移動した変倍レ
   ンズ群の位置及び合焦レンズ群の位置と前記トラッキン
   グデータとから当初の変倍レンズ群の位置で合焦する合
   焦レンズ群の位置を演算し、前記変倍レンズ群を当初位
   置へ、前記合焦レンズ群を演算した位置へそれぞれ移動
   することを特徴とする自動合焦装置。