JP3428663B2 - 自動焦点調節装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動的に被写体に合焦
させる自動焦点調節（オートフォーカス：AF）装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビデオカメラ、電子カメラ等の撮
像装置の発展は目覚ましく、特にその機能及び操作性の
向上のため、自動焦点調節装置等が標準的に装備される
に至っている。

【０００３】ところで、自動焦点調節装置を見ると、撮
像素子等により被写体像を光電変換して得られた映像信
号中より画面の鮮鋭度を検出し、それが最大となるよう
にフォーカスレンズ（焦点調節用レンズ）の位置を制御
して焦点調節を行なうようにした方式が主流となりつつ
ある。

【０００４】前記鮮鋭度の評価としては、一般に、バン
ドパスフィルタ（ＢＰＦ）により抽出された映像信号の
高周波成分の強度、或は微分回路等により抽出された映
像信号のボケ幅（被写体像のエッジ部分の幅）検出強度
等を用いる。

【０００５】これは、通常の被写体像を撮影した場合、
焦点がぼけている状態では高周波成分のレベルは小さく
ボケ幅は大きくなり、焦点が合ってくるに従って高周波
成分のレベルは大きくボケ幅は小さくなり、完全に合焦
点に達した状態で高周波成分のレベルは最大で、ボケ幅
は最小となる。

【０００６】従って、フォーカスレンズは、前記鮮鋭度
が低い場合は、これが高くなる方向に可能な限り高速で
駆動し、鮮鋭度が高くなるにつれて減速し、精度良く鮮
鋭度の山の頂上で停止させるように制御される。このよ
うな方式を一般に山登りオートフォーカス（山登りＡ
Ｆ）方式と称している。

【０００７】このような自動焦点調節装置が採用された
ことにより、従来、特に動画を撮影するビデオカメラ等
では、その操作性が飛躍的に向上し、自動焦点調節機能
は近年では必須の機能となっている。

【０００８】ところで、前記山登りＡＦ方式において
は、フォーカスレンズを動かしたとき、被写体像の鮮鋭
度信号のレベル変化によりフォーカスレンズの合焦方向
を検出する。

【０００９】従って、この方式ではフォーカスレンズが
一度移動しない限り、合焦位置が現在位置の前後どちら
にあるか不明であり、フォーカスレンズを誤った方向
（非合焦方向）に駆動してしまうことにより、合焦迄の
時間が長くなる。

【００１０】これに対し、フォーカスレンズを現在位置
で前後に微少駆動させ、そのときの鮮鋭度信号のレベル
の変化状態により、フォーカスレンズの駆動方向を決定
する方法が知られている（特開平２−１４００７４号公
報）。この方法によれば、合焦動作を行なわせるための
フォーカスレンズの駆動方向の決定及び合焦後における
被写体の移動等で合焦点がずれたときにフォーカスレン
ズを再起動させるか否の判断等を迅速に行なうことがで
きることによって、合焦迄の時間が短くなる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来例では、合焦方向判定の際、ボケ幅の大きいときは
鮮鋭度信号のレベル変化度合が少なく、そのために誤判
定する虞が多分にあった。

【００１２】

【００１３】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、合焦方向判定を正確に行
なうことができる自動焦点調節装置を提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の請求項１記載の自動焦点調節装置は、焦点調
節用レンズを介して得られる被写体像の合焦度に応じた
鮮鋭度信号を検出する検出手段と、前記焦点調節用レン
ズを光軸方向に所定移動量移動させた際の前記検出手段
より検出される鮮鋭度信号の変化の状態から合焦方向を
判定する判定手段と、前記検出手段により検出される鮮
鋭度信号のレベルが所定レベルより大きい場合には前記
判定手段が合焦方向を判定する前記焦点調節用レンズの
所定移動量を被写界深度幅内の所定値に設定すると共に
前記検出手段により検出される鮮鋭度信号のレベルが前
記所定レベルより小さい場合には前記判定手段が合焦方
向を判定する前記焦点調節用レンズの所定移動量を被写
界深度幅を超えた所定値に設定する設定手段とを有する
ことを特徴とするものである。

【００１５】また、上記目的を達成するために本発明の
請求項２記載の自動焦点調節装置は、請求項１記載の自
動焦点調節装置において、前記設定手段は、前記検出手
段により検出される鮮鋭度信号のレベルが小さくなるこ
とに応じて前記判定手段が合焦方向を判定する前記焦点
調節用レンズの所定移動量を大きくすることを特徴とす
るものである。

【００１６】

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。

【００１８】［第１実施例］図１は本発明の第１実施例
に係る撮像装置としてのビデオカメラのブロック構成図
であり、同図中、１は第１固定レンズ、２は変換レン
ズ、３は第２固定レンズ、４は焦点調節及び変倍による
焦点面の補正を行なうフォーカスレンズ（焦点調節用レ
ンズ）である。

【００１９】これらの各レンズ１〜４を通った光は、撮
像素子５に結像されて電気信号に変換される。その信号
はアンプ６により増幅された後、カメラプロセス回路７
に送られる。このカメラプロセス回路７において輝度信
号が分離されたた後、バンドパスフィルタ８を通ること
により、鮮鋭度信号が検出され、この鮮鋭度信号はマイ
コン（マイクロコンピュータ）９に送られる。このマイ
コン９は、前記鮮鋭度信号によりフォーカスモータドラ
イバ１０に駆動命令を出しフォーカスモータ１１を駆動
し、フォーカスレンズ４を動かす。マイコン９におい
て、合焦方向の判定が必要であると判定されたとき、該
マイコン９はフォーカスモータドライバ１０に微少駆動
の命令を出す。このとき、マイコン９は鮮鋭度信号によ
り微少駆動の幅を変更する。フォーカスレンズ４の移動
量は、エンコーダ１２により監視され、正確な微少駆動
が行なわれる。

【００２０】なお、図１中、１３は変倍モードドライ
バ、１４は変倍モータであり、マイコン９から変倍モー
タドライバ１３に変倍駆動の命令が出ると、変倍モータ
１４が駆動して、変倍レンズ２が駆動する。

【００２１】次に、本発明の撮像装置におけるマイコン
９が実行する合焦方向判定ルーチンの制御手順を図２の
フローチャートを用いて説明する。マイコン９が合焦方
向判定を必要とすると判断した場合、この図２に示す合
焦方向判定ルーチンに入る。そして、まずステップ１で
現在のフォーカスレンズ４の位置における鮮鋭度信号を
取り込んだ後、ステップ２に進んで、ステップ１で取り
込んだ鮮鋭度信号が予め決めてあるスレッショルドレベ
ルを超えているか否かを判定する。

【００２２】スレッショルドレベルを超えていた場合は
ステップ３へ進み、フォーカスレンズ４を一般の場合と
同様の微少駆動を行なう。即ち、そのときの絞り値から
算出される被写界深度内にフォーカスレンズ４の駆動幅
（振り幅）を設定する。これは、フォーカスレンズ４が
微少駆動している際、本ビデオカメラの使用者が違和感
なく使用できるようにするためである。

【００２３】一方、ステップ２で鮮鋭度信号がスレッシ
ョルドレベルよりも小さい場合は、ステップ４へ進ん
で、フォーカスレンズ４の駆動幅を前記被写界深度より
も大きく設定する。このような大きな駆動幅でフォーカ
スレンズを駆動することにより、鮮鋭度信号の変化を確
実に得ようとするものである。

【００２４】このようにして、ステップ３或はステップ
４でフォーカスレンズ４の駆動幅が決定された後は次の
ステップ５へ進み、実際にフォーカスレンズ４を動かし
て鮮鋭度信号を取り込む。この鮮鋭度信号を取り込む場
所としては、上述のステップ１において取り込んだ場所
に対して、ステップ３及びステップ４で決定されたフォ
ーカスレンズ４の駆動幅だけ至近側または無限側に動か
したところである。また、合焦方向判定には、各々の場
所で数フィールド間取り込まれた鮮鋭度信号の総和或は
平均値が使用される。

【００２５】それぞれの位置での鮮鋭度信号の取り込み
が終了するとステップ６へ進み、フォーカスレンズ４を
元の位置へ戻すと共に、鮮鋭度信号を取り込む。そし
て、次のステップ７において、今までの鮮鋭度信号のデ
ータに基づいて次にフォーカスレンズ４を駆動すべき方
向が計算されて、その駆動方向が決定された後、この合
焦方向判定ルーチンが終了し、ステップ７で決定された
駆動方向に従って、山登りＡＦ方式による制御が行なわ
れる。

【００２６】図３は、鮮鋭度信号のスレッショルドレベ
ル前後でのフォーカスレンズ４の駆動幅に対する鮮鋭度
信号のレベル変化状態を示す図である。この図にて明確
なように、スレッショルドレベルよりも鮮鋭度信号のレ
ベルが低い場合、つまり大ボケ状態とみなされる場合
は、フォーカスレンズ４の駆動幅を大きくすることによ
り、鮮鋭度信号のレベル変化を大きくすることができる
ものである。また、このときの画角変化に対しては、大
ボケ状態のために撮影者に不快感を与えることはない。

【００２７】［第２実施例］次に、本発明の第２実施例
を図４及び図５に基づき説明する。なお、本実施例にお
いて、撮像装置の構成は上述した第１実施例の図１と同
様であるから、該図１を流用して説明する。

【００２８】図４は本発明の第２実施例に係る撮像装置
におけるマイコン９が実行する合焦方向判定ルーチンの
制御手順を示すフローチャートである。マイコン９が合
焦方向判定を必要とすると判断した場合、この図４に示
す合焦方向判定ルーチンに入る。そして、まずステップ
１において、現在のフォーカスレンズ４の位置における
鮮鋭度信号（映像信号の高周波成分レベル）、即ちデー
タを取り込んだ後、次のステップ２に進んで、予め指定
してある取り込み回数分（数フィールド分）だけデータ
を取り込んだか否かを判断する。

【００２９】そして、フォーカスレンズ４の現在位置で
の所定取り込み回数分のデータが取り込まれるとステッ
プ３に進み、フォーカスレンズ４を至近側へ移動させ
る。この移動量は一般に被写界深度により変化する。次
いで、ステップ４に進んで、決められた移動量だけ（指
定位置まで）フォーカスレンズ４が移動したか否かを判
断し、指定位置まで移動した場合はステップ５におい
て、その位置でフォーカスレンズ４を停止させる。

【００３０】そして、再び鮮鋭度信号を取り込んだ後、
次のステップ７により、予め指定してある取り込み回数
分データを取り込んだか否かを判断する。該所定取り込
み回数分データが取り込まれると、ステップ８に進んで
フォーカスレンズ４を無限方向へ移動させる。この移動
量は上記ステップ３及びステップ４で移動した量の倍と
なり、即ち、フォーカスレンズ４は元の位置に対して無
限側の位置まで、移動にしたことになる。この後ステッ
プ１０に進んで、フォーカスレンズ４が指定位置まで移
動したか否かを判別し、指定位置まで移動した場合は次
のステップ１０に進んでフォーカスレンズ４を停止させ
る。次いで、この位置で、再び鮮鋭信号を取り込む。そ
して、次のステップ１２に進んで、予め指定してある取
り込み回数分データを取り込んだか否かを判断し、所定
取り込み回数分のデータを取り込んだ場合次のステップ
１３に進んで、フォーカスレンズ４を至近側へ駆動して
元の位置に戻す。

【００３１】この後ステップ１４に進んでフォーカスレ
ンズ４が元の位置に戻ったか否かを判断し、元の位置に
戻ればステップ１５に進んで、その位置でフォーカスレ
ンズ４を停止する。次いで、ステップ１６に進んで、再
び鮮鋭度信号（データ）を取り込む。そして、次のステ
ップ１７でに進んで、所定取り込み回数分のデータを取
り込んだか否かを判断し、所定取り込み回数分のデータ
を取り込んだ場合、ステップ１８に進んで、フォーカス
レンズ４の駆動方向を計算することにより、その駆動方
向を決定した後、合焦方向判定ルーチンを終了する。

【００３２】なお、上記ステップ２の答が否定（Ｎｏ）
の場合はステップ１へ戻り、また、ステップ４の答が否
定（Ｎｏ）の場合はステップ３へ戻り、また、ステップ
７の答が否定（Ｎｏ）の場合はステップ６へ戻り、ま
た、ステップ９の答が否定（Ｎｏ）の場合はステップ８
へ戻り、また、ステップ１２の答が否定（Ｎｏ）の場合
はステップ１１へ戻り、また、ステップ１４の答が答否
定（Ｎｏ）の場合はステップ１３へ戻り、更に、ステッ
プ１７の答が否定（Ｎｏ）の場合はステップ１６へ戻
る。

【００３３】図５は本実施例により合焦点付近でフォー
カスレンズ４を微少駆動させた場合のフォーカスレンズ
４の位置、鮮鋭度信号のレベルの変化状態及び蛍光燈の
フリッカーの状態を同じ時間軸として示す図である。ま
た、ここでのテレビジョン方式ではＮＴＳＣとしてお
り、フリッカーは５０Ｈｚと想定している。この場合、
図５（ａ）に示す蛍光燈のフリッカーに対して、３フィ
ールドで元に戻る。そこで、ここではデータの取り込み
回数を３回と指定していると共に、被写体は至近側にい
る場合である。

【００３４】図５（ｃ）に示す様に、鮮鋭度信号として
はバラツキを持つが、全体のレベルとしては至近側と無
限側とでは違うことがわかる。この信号の３フィールド
分の総和を取って比較することにより、正確な合焦方向
判定が可能となる。

【００３５】また、蛍光燈のフリッカーが６０Ｈｚの場
合は、ＮＴＳＣのテレビジョン方式と同期していると考
えられるため、３フィールドの間だけデータを取り込む
ことにより、フリッカーの影響を除去することができ
る。また、上記鮮鋭度信号の総和或は平均値を取ること
により、種々の雑音の影響をも除去できる。

【００３６】なお、フォーカスレンズ４の駆動用モータ
としては、主にステッピングモータを使用するが、停止
精度がある程度安定しているものであれば、ＤＣモータ
を始めとして、いかなるモータでも採用し得るものであ
る。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の自動焦点調
節装置によれば、鮮鋭度信号のレベルが所定レベルより
小さい場合には、合焦方向判定のための焦点調節用レン
ズの移動量を、被写界深度幅を超えた大きな値に変更す
るので、鮮鋭度信号のレベルが小さい場合でも合焦方向
判定を正確に行うことができる。

【００３８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る撮像装置のブロック
構成図である。

【図２】同装置における合焦方向判定ルーチンの制御手
順を示すフローチャートである。

【図３】同装置における鮮鋭度信号のスレッショルドレ
ベル前後でのフォーカスレンズの駆動幅に対する鮮鋭度
信号のレベル変化状態を示す図である。

【図４】本発明の第２実施例に係る撮像装置における合
焦方向判定ルーチンの制御手順を示すフローチャートで
ある。

【図５】同装置により合焦点付近でフォーカスレンズを
微少駆動させた場合のフォーカスレンズ位置、鮮鋭度信
号のレベルの変化状態及び蛍光燈のフリッカーの状態を
同じ時間軸として示す図である。

【符号の説明】

４ 焦点調節用レンズ（フォーカスレンズ） ８ 検出手段（バンドパスフィルタ） ９ 制御手段及び判定手段（マイクロコンピュータ）

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焦点調節用レンズを介して得られる被写
   体像の合焦度に応じた鮮鋭度信号を検出する検出手段
   と、前記焦点調節用レンズを光軸方向に所定移動量移動
   させた際の前記検出手段より検出される鮮鋭度信号の変
   化の状態から合焦方向を判定する判定手段と、前記検出
   手段により検出される鮮鋭度信号のレベルが所定レベル
   より大きい場合には前記判定手段が合焦方向を判定する
   前記焦点調節用レンズの所定移動量を被写界深度幅内の
   所定値に設定すると共に前記検出手段により検出される
   鮮鋭度信号のレベルが前記所定レベルより小さい場合に
   は前記判定手段が合焦方向を判定する前記焦点調節用レ
   ンズの所定移動量を被写界深度幅を超えた所定値に設定
   する設定手段とを有することを特徴とする自動焦点調節
   装置。
2. 【請求項２】 前記設定手段は、前記検出手段により検
   出される鮮鋭度信号のレベルが小さくなることに応じて
   前記判定手段が合焦方向を判定する前記焦点調節用レン
   ズの所定移動量を大きくすることを特徴とする請求項１
   記載の自動焦点調節装置。