JP3345900B2 - オートフォーカス装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子カメラなどに利用
されるオートフォーカス装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子カメラの発達は目覚ましいものがあ
り、最近のカメラに見られるようなオートフォーカス装
置を採用したものも実用化されつつある。しかして、従
来、このような電子カメラに適用されるオートフォーカ
ス装置として、図５に示すように構成したものがある。

【０００３】図において、１はレンズ系で、このレンズ
系１の光軸上には絞り２を介してＣＣＤ３を配置し、こ
れらレンズ系１および絞り２を介して被写体の撮影像を
ＣＣＤ３の撮像面に結像するようにしている。この場
合、レンズ系１には、該レンズ系１をその光軸方向に移
動するフォーカスモータ４を設け、結像のピント調整を
可能にし、また、絞り２には、該絞り２の開度を制御す
る絞りモータ５を設けている。

【０００４】そして、ＣＣＤ３より撮像された画像信号
を撮像回路６に与え、この撮像回路６より輝度信号を抽
出し、この輝度信号をハイパスフィルタ７に与えて輝度
信号中に含まれる高域成分を検出する。さらに、この輝
度信号中の高域成分を整流回路８に与え、ここで整流す
ることにより撮影された画像のコントラストに比例した
直流電圧をコントラスト電圧として求め、このコントラ
スト電圧をオートフォーカス駆動回路９に与える。これ
によりオートフォーカス駆動回路９では、この時のコン
トラスト電圧によりフォーカスモータ４を駆動してレン
ズ系１によるピント調整を行うようになるが、この場
合、レンズ系１を移動してピント位置を動かしていく
と、撮影された画像のコントラストが変化していき、合
焦位置で最大となることから、オートフォーカス駆動回
路９では、コントラスト電圧が最大になるようにフォー
カスモータ４を駆動することにより、いわゆるコントラ
ストオートフォーカスを実現するようにしている。

【０００５】ここで、同じ画像を撮影している際に、周
囲の明るさが変化したような場合、ピント位置が変化し
ないのに画像のコントラストに変化を生じ、コントラス
ト電圧が変動してオートフォーカスに誤動作が生じるこ
とがある。そこで、このような誤動作を防止するため、
撮像回路６で抽出される輝度信号を積分回路１０で積分
して明るさの値を検出し、これを絞り駆動回路１１に与
え、この絞り駆動回路１１により積分回路１０より求め
られる明るさの値が一定になるように絞り２の開度を調
整することにより、コントラストオートフォーカスの明
るさ変化に伴う誤動作を防止するようにしている。

【０００６】ところで、このようなオートフォーカス装
置によりコントラスト値が最大、つまり合焦点位置Ｍに
なるようにフォーカスモータ４を駆動するには、例え
ば、図６（ａ）に示すようにコントラスト値の曲線に対
して合焦点位置ＭがＢ点に近い場合は、同図（ｂ）に示
すように、まず、フォーカスモータ４によりレンズ系１
を無限大∞側のＡ点からからＢ点まで移動し、Ａ点とＢ
点のコントラスト値を比較する。ここではＡ＜Ｂになる
ので、Ｂ点から近距離ＭＯＤ側にＣ点まで移動してコン
トラスト値を比較する。すると、ここではＢ＞Ｃになる
ので、今度はレンズ系１の移動量を１／２にするととも
に移動方向を反転してＣ点からＤ点まで移動し、これら
のコントラスト値を比較する。ここではＣ＜Ｄになるの
で、さらにＤ点からＥ点まで移動し、これらのコントラ
スト値を比較する。すると、ここではＤ＞Ｅになるの
で、移動量を１／２にするとともに、再びレンズ系１の
移動方向を反転してＥ点からＦ点まで移動するようにな
る。以下、同様にして移動前の点のコントラスト値が移
動後の点のコントラスト値より小さければ、さらに同じ
方向に移動し、移動前の点のコントラスト値が移動後の
点のコントラスト値より大きければ移動量を１／２にす
るとともに、移動方向を反転するような動作を繰り返
し、最終的にレンズ系１の移動量が、焦点距離が最大、
レンズの絞りが開放、レンズの焦点位置が近距離端の時
のレンズ手前の被写界深度の１／２になって、この移動
量の範囲に合焦点位置Ｍが入った所で、合焦点位置Ｍを
決定するようにしている。

【０００７】また、図７（ａ）に示すようにコントラス
ト値の曲線に対して合焦点位置ＭがＣ点に近い場合は、
同図（ｂ）に示すように、まず、フォーカスモータ４に
よりレンズ系１を無限大∞側のＡ点からから近距離ＭＯ
Ｄ側にＢ点まで移動し、Ａ点とＢ点のコントラスト値を
比較する。ここではＡ＜Ｂになるので、Ｂ点から近距離
ＭＯＤ側にＣ点まで移動してコントラスト値を比較す
る。ここでもＢ＜Ｃになるので、Ｃ点からＤ点まで移動
してコントラスト値を比較する。すると、ここではＣ＞
Ｄになるので、今度はレンズ系１の移動量を１／２にす
るとともに移動方向を反転してＤ点からＥ点まで移動
し、これらのコントラスト値を比較するようになる。そ
して、この場合も上述したと同様にして移動前の点のコ
ントラスト値が移動後の点のコントラスト値より小さけ
れば、さらに同じ方向に移動し、移動前の点のコントラ
スト値が移動後の点のコントラスト値より大きければ移
動量を１／２にするとともに、移動方向を反転するよう
な動作を繰り返し、最終的にレンズ系１の移動量が、焦
点距離が最大、レンズの絞りが開放、レンズの焦点位置
が近距離端の時のレンズ手前の被写界深度の１／２にな
って、この移動量の範囲に合焦点位置Ｍが入った所で、
合焦点位置Ｍを決定するようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにレンズ系１の移動量が焦点距離が最大、レンズの絞
りが開放、レンズの焦点位置が近距離端の時のレンズ手
前の被写界深度の１／２になって、この移動量の範囲に
合焦点位置Ｍが入るまで、フォーカスモータの正転、逆
転を繰り返し、レンズ系１の移動方向を切り替えながら
合焦点を求めるのでは、合焦までに時間がかかる問題点
があった。

【０００９】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、オートフォーカス動作の際の合焦速度を高めること
ができ、合焦までの時間の短縮を可能にしたオートフォ
ーカス装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のオートフォーカ
ス装置は、被写体を撮像する撮像手段と、この撮像手段
により撮像される画像信号からコントラストに応じた出
力を検出するコントラスト検出手段と、前記撮像手段に
対するレンズ系の位置を移動させるフォーカス駆動手段
と、現在のレンズ状態におけるレンズ系の被写界深度を
求めるとともに、前記フォーカス駆動手段によって、前
記レンズ系を現在のレンズ状態におけるレンズ前進方向
の被写界深度に基づいた移動量で前進させながら移動前
と移動後の各点での前記コントラスト検出手段によるコ
ントラスト値を比較し、移動前の点のコントラスト値が
移動後の点のコントラスト値より小さければ同様な動作
を繰り返し、移動前の点のコントラスト値が移動後の点
のコントラスト値より大きくなった時点で、前記フォー
カス駆動手段によって、レンズ系を現在のレンズ状態に
おける後退方向の被写界深度に基づいた移動量で後退さ
せさせてこの点を合焦点位置とする制御手段とを具備し
たことを特徴としている。また、前記制御手段は、前記
フォーカス駆動手段により前記レンズ系の状態を前進方
向または後退方向に移動させる際の１回の移動量を該レ
ンズ系の現在状態からの移動方向の被写界深度の２倍の
移動量に制御することを特徴としている。

【００１１】

【作用】この結果、本発明によればレンズ系の１回当た
りの移動量を、レンズ系の現在のレンズ状態におけるレ
ンズ前進方向の被写界深度に基づいた移動量としたの
で、オートフォーカス動作の際の合焦速度を速めること
ができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に従い説明す
る。

【００１３】図１は同実施例のオートフォーカス装置が
適用される電子カメラの概略的構成を示すものである。
図において、２１はレンズ系で、このレンズ系２１は、
フォーカスモータ２２によりその光軸上に沿って移動可
能にしている。そして、レンズ系２１の光軸上にＣＣＤ
２３を配置し、レンズ系２１を介して被写体の撮影像を
ＣＣＤ２３の撮像面に結像するようにしている。ここ
で、ＣＣＤ２３は、タイミング発生器２３１により動作
タイミングが計られるＣＣＤドライバ２３２によりその
撮像動作を制御されるようになっている。

【００１４】ＣＣＤ２３より撮像された画像信号はプロ
セス回路２４に与えられる。プロセス回路２４では、画
像信号より輝度信号ＹH と色信号Ｃを抽出するようにし
ている。

【００１５】プロセス回路２４からの輝度信号ＹH と色
信号Ｃは、Ａ／Ｄ変換器２５に与えられ、ここでデジタ
ル化される。そして、デジタル化された輝度信号ＹH
は、加算器２６、２７の一方の入力端子にそれぞれ与え
られる。加算器２６は、その加算出力をスイッチ２８を
介してフィールドメモリ２９に与え、このフィールドメ
モリ２９の出力が他方の入力端子に与えられる。また、
加算器２７は、その加算出力をスイッチ３０を介してフ
ィールドメモリ３１に与え、このフィールドメモリ３１
の出力が他方の入力端子に与えられる。この場合、各ラ
イン毎の輝度信号ＹH のデータとしてＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、
Ｅ、Ｆ、…が与えられるとすると、フィールドメモリ２
９では、Ａ＋Ｂ、Ｃ＋Ｄ、Ｅ＋Ｆ、…の内容のフィール
ドデータが記憶され、また、フィールドメモリ３１で
は、Ｂ＋Ｃ、Ｄ＋Ｅ、Ｆ＋Ｇ、…の内容のフィールドデ
ータを記憶するようにしている。

【００１６】ここで、ビデオスルーの場合（ビューファ
インダでＣＣＤからの画像を見る場合）は、フィールド
メモリ３１の出力がスイッチ３２を介して取出され、ガ
ンマ補正部３３にてガンマ補正された後、エンハンサ部
３４にて輪郭強調され、スイッチ３５を通して出力され
る。一方、これと同時にＡ／Ｄ変換器２５でデジタル化
された色信号Ｃは、スイッチ３６、輝度信号ＹH とのタ
イミングを合わせるための同時化部３７を介して色差生
成部３８に与えられ、Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙの色差信号として
生成され、スイッチ３９、４０を介してフィールドメモ
リ４１、４２にそれぞれ記憶される。そして、これらフ
ィールドメモリ４１、４２より取出されるＲ−Ｙ、Ｂ−
Ｙの色差信号は、スイッチ３５を通して出力される輝度
信号ＹHとともにカラービューファインダＲＯＭテーブ
ル４３に与えられる。これにより、ドライバ４４の制御
によりＲＯＭテーブル４３より対応表示データが出力さ
れ、カラービューファインダ４５にビデオスルー画像と
して表示される。このＲＯＭテーブル４３は輝度信号Ｙ
H 、色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−ＹからＲＧＢ信号を作るもの
である。

【００１７】また、スチル画撮像の場合は、フィールド
メモリ２９の出力が１Ｈメモリ４６に与えられ、この１
Ｈメモリ４６の出力を加算器４７の一方の入力端子に与
える。この加算器４７は、他方の入力端子にフィールド
メモリ２９からの出力が与えられ、これらの加算結果を
出力する。そして、加算器４７の出力はスイッチ３２を
介して取出され、ガンマ補正部３３にてガンマ補正さ
れ、エンハンサ部３４にて輪郭強調され、再びフィール
ドメモリ２９に戻される。また、これと同時にＡ／Ｄ変
換器２５でデジタル化された色信号Ｃは、フィールドメ
モリ４８に与えられるとともに、加算器４９の一方の入
力端子に与えられる。この加算器４９は他方の入力端子
にフィールドメモリ４８からの出力が与えられ、これら
の加算結果を出力する。そして、加算器４９の出力は、
スイッチ３６、同時化部３７を介して色差生成部３８に
与えられ、Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙの色差信号として生成され、
スイッチ３９、４０を介してフィールドメモリ４１、４
２にそれぞれ記憶される。そして、これらのフィールド
メモリ２９の輝度信号ＹH とフィールドメモリ４１、４
２の色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙは、フレームスチル画像と
して外部メモリ５０に記憶されるようになる。

【００１８】なお、画像再生の場合は、外部メモリ５０
より輝度信号ＹH がスイッチ３０を介してフィールドメ
モリ３１に書き込まれ、色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙがスイ
ッチ３９、４０を介してフィールドメモリ４１、４２に
書き込まれる。そして、フィールドメモリ３１の出力は
スイッチ３２、３５を介して取出され、フィールドメモ
リ４１、４２からの出力とともにＲＯＭテーブル５１に
与えられる。これにより、エンコーダ／タイミング発生
器５２の制御によりＲＯＭテーブル５１より対応表示デ
ータが出力され、Ｄ／Ａ変換器５３でアナログ信号に変
換され、アンプ／バッファ５４を介してビデオ再生信号
として出力されるようになる。

【００１９】一方、上述のプロセス回路２４には、コン
トラスト検出部５５を接続している。このコントラスト
検出部５５は、プロセス回路２４より出力される輝度信
号ＹH が与えられ、この輝度信号ＹH より撮像コントラ
ストを検出するようにしている。

【００２０】図２は、このようなコントラスト検出部５
５の構成を示している。図において、５５１はバンドパ
スフィルタで、プロセス回路２４より与えられる輝度信
号ＹH より所定帯域の信号を抽出するようにしている。
そして、このバンドパスフィルタ５５１より抽出された
所定帯域の信号は、スイッチ５５２を介して整流回路５
５３に与えられる。ここで、スイッチ５５２は後述する
メインコントローラ５６から与えられるタイミング信号
により切り替え動作されるもので、バンドパスフィルタ
５５１より出力される所定帯域の信号のうち撮影画像の
所定範囲に相当するもののみを整流回路５５３に与える
ようにしている。そして、整流回路５５３で整流した信
号を積分回路５５４で積分し、これをＡ／Ｄ変換器５５
５を介してコントラスト値を示す信号として出力するよ
うにしている。そして、このようなコントラスト検出部
５５のコントラスト信号は、メインコントローラ５６に
与えられる。メインコントローラ５６は、コントラスト
検出部５５からの出力に応じてフォーカス駆動回路５７
を、後述するように制御するようにしている。

【００２１】フォーカス駆動回路５７は、メインコント
ローラ５６の制御に従ってフォーカスモータ２２を駆動
し、レンズ系２１を∞端から至近端まで移動することで
ＣＣＤ２３に対する合焦位置を調整するようにしてい
る。この場合、メインコントローラ５６によるフォーカ
ス駆動回路５７の制御は、次の考えに基づいて行われる
ようになっている。一般にレンズの被写界深度は下式で
表される。 ｔ1 ＝δＦａ² ／（ｆ² ＋δＦａ） ｔ2 ＝δＦａ² ／（ｆ² −δＦａ）

【００２２】ここで、ｔ1 はレンズ手前の被写界深度、
ｔ2 はレンズ後方の被写界深度、ａはレンズの焦点位
置、ｆはレンズの焦点距離、Ｆはレンズの明るさ（絞り
値）、δは最小散乱円である。本発明では、レンズ系２
１の位置に対し上式から被写界深度求め、この求められ
た被写界深度を利用して合焦点位置Ｍを決定するように
している。

【００２３】いま、図３（ａ）に示すようにコントラス
ト値の曲線に対して合焦点位置ＭがＢ点に近い場合は、
同図（ｂ）に示すように最初にレンズ系２１の無限端Ａ
点での被写界深度を上式から求め、この時のレンズ手前
の被写界深度ｆＡの２倍の移動量で至近端方向にＢ点ま
でレンズ系２１を移動する。そして、Ａ点とＢ点のコン
トラスト値を比較する。ここではＡ＜Ｂになるので、Ｂ
点での被写界深度を上式から求め、この時のレンズ手前
の被写界深度ｆＢの２倍の移動量でＣ点までさらにレン
ズ系２１を移動し、コントラスト値を比較する。する
と、ここではＢ＞Ｃになるので、コントラスト値のピー
ク値は、Ｃ点の手前にあるものと判断され、Ｃ点での被
写界深度を上式から求める。そして、今度は、レンズ後
方の被写界深度ｆＣの２倍の移動量でＢ点までレンズ系
１を無限端方向に後退させる。この場合、Ｃ点でのレン
ズ後方の被写界深度ｆＣ´とＢ点でのレンズ手前の被写
界深度ｆＢは等しいものとなる。

【００２４】そして、Ｂ点での被写界深度を改めて上式
から求める。この場合のＢ点での被写界深度は、レンズ
手前の被写界深度ｆＢとレンズ後方の被写界深度ｆＢ´
（＝Ａ点でのレンズ手前の被写界深度ｆＡ）となるが、
このうちのレンズ手前の被写界深度ｆＢの範囲に合焦点
位置Ｍが位置するので、このＢ点をレンズ系２１による
合焦点位置として決定するようになる。

【００２５】次に、図４（ａ）に示すようにコントラス
ト値の曲線に対して合焦点位置ＭがＣ点に近い場合は、
同図（ｂ）に示すように、まず、レンズ系２１のＡ点で
の被写界深度を上式から求め、この時のレンズ手前の被
写界深度ｆＡの２倍の移動量で至近端方向にＢ点までレ
ンズ系１を移動する。そして、Ａ点とＢ点のコントラス
ト値を比較する。ここではＡ＜Ｂになるので、Ｂ点での
被写界深度を上式から求め、この時のレンズ手前の被写
界深度ｆＢの２倍の移動量でＣ点までさらにレンズ系２
１を移動し、コントラスト値を比較する。すると、ここ
でもＢ＜Ｃになるので、Ｃ点での被写界深度を上式から
求め、この時のレンズ手前の被写界深度ｆＣの２倍の移
動量でＤ点までさらにレンズ系２１を移動する。そし
て、Ｄ点とＣ点のコントラスト値を比較する。ここで
は、Ｃ＞Ｄになるので、コントラスト値のピーク値は、
Ｄ点の手前にあるものと判断され、Ｄ点での被写界深度
を上式から求める。そして、今度は、レンズ後方の被写
界深度ｆＤの２倍の移動量でＣ点までレンズ系２１を無
限端方向にに後退させる。この場合、Ｄ点でのレンズ後
方の被写界深度ｆＤ´とＣ点でのレンズ手前の被写界深
度ｆＣは等しいものとなる。

【００２６】そして、Ｃ点での被写界深度を改めて上式
から求める。この場合のＣ点での被写界深度は、レンズ
手前の被写界深度ｆＣとレンズ後方の被写界深度ｆＣ´
（＝Ｂ点でのレンズ手前の被写界深度ｆＢ）となるが、
このうちのレンズ後方の被写界深度ｆＣ´の範囲に合焦
点位置Ｍが位置するので、このＣ点をレンズ系２１によ
る合焦点位置として決定するようになる。

【００２７】従って、このようにすれば、最初、レンズ
系２１をレンズ手前の被写界深度の２倍の移動量で至近
端方向に前進させながら移動前と後の各点でのコントラ
スト値を比較し、移動前の点のコントラスト値が移動後
の点のコントラスト値より小さければ同様な動作を繰り
返し、移動前の点のコントラスト値が移動後の点のコン
トラスト値より大きくなった時点で、今度はレンズ系２
１をレンズ後方の被写界深度の２倍の移動量で無限端方
向に後退させ被写界深度の範囲に合焦点位置Ｍが位置す
る点を探し、この点をレンズ系２１による合焦点位置と
して決定するようしたので、レンズ系２１の１回当たり
の移動量を被写界深度に応じて設定することができる。
これにより従来のレンズ系を所定の移動量から順に１／
２ずつ小さくして、しかもレンズ系の移動方向を頻繁に
切り替えながら、最終的にレンズ系の移動量が、焦点距
離が最大、レンズの絞りが開放、レンズの焦点位置が近
距離端の時のレンズ手前の被写界深度の１／２になっ
て、この移動量の範囲に合焦点位置Ｍが入った所で合焦
点位置Ｍを決定するようにしたものとと比べ、合焦速度
を飛躍的に高めることができ、合焦までの時間の短縮を
大幅に短縮することができるようになる。

【００２８】なお、本発明では、フォーカス動作を無限
端から至近端方向に行ったが、逆に至近端から無限端方
向に行うこともできる。また、本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。例えば、上述した実施例では、電子カメラに
本発明を適用した例を述べたが、ビデオカメラなどにも
適用することができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明によればレンズ系の１回当たりの
移動量を、レンズ系の現在のレンズ状態におけるレンズ
前進方向の被写界深度に基づいた移動量としたので、オ
ートフォーカス動作の際の合焦速度を速めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の概略構成を示すブロック
図。

【図２】図１に示す実施例に用いられるコントラスト検
出部の概略構成を示すブロック図。

【図３】図１に示す実施例の動作を説明するための図。

【図４】図１に示す実施例の動作を説明するための図。

【図５】従来のコントラスト検出を利用したオートフォ
ーカス装置の一例を示すブロック図。

【図６】従来のオートフォーカス装置による動作を説明
するための図。

【図７】従来のオートフォーカス装置による動作を説明
するための図。

【符号の説明】

２１…レンズ系、２２…フォーカスモータ、２３…ＣＣ
Ｄ、２３１…タイミング発生器、２３２…ＣＣＤドライ
バ、２４…プロセス回路、２５…Ａ／Ｄ変換器２６、２
７、４７、４９…加算器、２９、３１、４１、４２、４
８…フィールドメモリ、３３ガンマ補正部、３４…エン
ハンサ部、３７…同時化部、３８…色差生成部、４３…
カラービューファインダＲＯＭテーブル、４４…ドライ
バ、４５…カラービューファインダ、４６…１Ｈメモ
リ、５０…外部メモリ、５１…ＲＯＭテーブル、５２…
エンコーダ／タイミング発生器、５３…Ｄ／Ａ変換器、
５４…アンプ／バッファ、５５…コントラスト検出部、
５５１…バンドパスフィルタ、５５２…スイッチ、５５
３…整流回路、５５４…積分回路、５５５…Ａ／Ｄ変換
器、５６…メインコントローラ、５７…フォーカス駆動
回路。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写体を撮像する撮像手段と、 この撮像手段により撮像される画像信号からコントラス
   トに応じた出力を検出するコントラスト検出手段と、 前記撮像手段に対するレンズ系の位置を移動させるフォ
   ーカス駆動手段と、 現在のレンズ状態におけるレンズ系の被写界深度を求め
   るとともに、前記フォーカス駆動手段によって、前記レ
   ンズ系を現在のレンズ状態におけるレンズ前進方向の被
   写界深度に基づいた移動量で前進させながら移動前と移
   動後の各点での前記コントラスト検出手段によるコント
   ラスト値を比較し、移動前の点のコントラスト値が移動
   後の点のコントラスト値より小さければ同様な動作を繰
   り返し、移動前の点のコントラスト値が移動後の点のコ
   ントラスト値より大きくなった時点で、前記フォーカス
   駆動手段によって、レンズ系を現在のレンズ状態におけ
   る後退方向の被写界深度に基づいた移動量で後退させて
   この点を合焦点位置とする制御手段とを具備したことを
   特徴とするオートフォーカス装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記フォーカス駆動手
   段により前記レンズ系の状態を前進方向または後退方向
   に移動させる際の１回の移動量を該レンズ系の現在状態
   からの移動方向の被写界深度の２倍の移動量に制御する
   ことを特徴とする請求項１記載のオートフォーカス装
   置。