JP3453401B2 - 焦点検出手段を有した撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は焦点検出手段を有した撮
像装置に関し、特に撮像系によって撮像手段面上に形成
された映像から得られる像信号を利用して撮影系の合焦
操作、即ち焦点検出を行ったビデオカメラ、電子スチル
カメラそして３５ｍｍフィルムカメラ等に好適なもので
ある。 【０００２】 【従来の技術】従来より撮影系の焦点検出を行う焦点検
出手段をカメラ本体の一部に設けた撮像装置が種々と提
案されている。 【０００３】撮影系の焦点検出方法としては能動型や受
動型等、種々の方法が提案されている。このうち被写体
と撮像面との光路長を合焦作用を行う合焦用レンズ群を
光軸上、微小振動させ、このときに変化する像信号を利
用して合焦用レンズ群の光軸上の移動方向の判別を行っ
て撮影系の焦点検出を行った焦点検出装置が、例えば特
開昭 63-193775号公報で提案されている。 【０００４】同公報によれば合焦作用を有する合焦手段
に該合焦手段の移動方向を判別する為の光路長を微小変
化させる機構を兼用させている。 【０００５】これにより特別の光路長微動機構を必要と
せず、簡易な構成で低コストな焦点検出装置を構成して
いる。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】先の特開昭 63-193775
号公報で提案されている焦点検出装置において、撮影系
のディフォーカス量が大きいとき、即ち大ボケの場合は
焦点検出装置からの像信号に関する出力信号レベルが小
さくなってくる。 【０００７】この為、合焦レンズ群の光軸上の微小振動
振幅を大きくしなければ、合焦用レンズ群の移動方向を
判断することができなくなってくる。 【０００８】一般に合焦用レンズ群の微小振動の振幅を
大きくしようとするためには駆動手段としてのモータの
性能を向上させなければならず、この結果モータの大き
さが増大し、装置全体が大型化してくる傾向がある。 【０００９】又微小振動の振幅を大きくすると合焦用レ
ンズ群を高精度に微小振動させるのが難しくなり、焦点
検出精度が低下してくるという問題点が生じてくる。 【００１０】本発明は合焦用レンズ群を光軸上微小振動
させ、このときに撮影系より得られる映像に基づく像信
号を用いて合焦操作を行う際、微小振動させるレンズ群
を適切に設定することにより撮影系が大きくボケた場合
であっても、又撮影系がリヤーフォーカス式のズームレ
ンズ等のように変倍中にディフォーカス量が大きく増加
するような場合であっても合焦用レンズ群の微小振動に
より良好なる像信号が容易に得られ、装置全体の小型化
を図りつつ高精度な合焦操作が可能な焦点検出手段を有
した撮像装置の提供を目的とする。 【００１１】 【課題を解決するための手段】請求項１の発明の焦点検
出手段を有した撮像装置は、変倍用レンズ群と変倍に伴
なう像面変動を補正すると共に合焦を行う合焦用レンズ
群の少なくとも２つのレンズ群を有する撮影系と、該撮
影系によって形成された像の映像信号を出力する撮像手
段と、前記合焦用レンズ群を光軸上微小振動させたとき
の該撮像手段からの該映像信号における高周波成分の出
力に基づいて該撮影系の焦点調節を行う焦点検出系とを
有し、該焦点検出系は、前記撮像手段からの映像信号に
おける高周波成分の出力のレベルが予め設定されたレベ
ルより大きいときは前記合焦用レンズ群を光軸上微小振
動させこのとき該撮像手段で得られる映像信号における
高周波成分の出力に応じて該合焦用レンズ群の光軸上の
移動方向を決定し、前記撮像手段からの映像信号におけ
る高周波成分の出力のレベルが予め設定されたレベルよ
り小さいときは前記変倍用レンズ群と合焦用レンズ群と
の双方を光軸上微小振動させこのとき該撮像手段で得ら
れる映像信号における高周波成分の出力に応じて該合焦
用レンズ群の光軸上の移動方向を決定することを特徴と
している。 【００１２】 【作用】本発明によれば撮影系としてリヤーフォーカス
式のズームを用いた場合に変倍中に大ボケ状態に陥って
も変倍を行う変倍用レンズ群の微小振動を合焦レンズ群
の微小振動と併用することにより合焦レンズ群の微小振
動振幅を零又は小さく抑えると共に合焦レンズ群の駆動
方向判別を迅速に行い合焦に至らしめることができる。 【００１３】 【実施例】図１は本発明の焦点検出手段を有した撮像装
置をビデオカメラに適用したときの実施例１の要部概略
図である。 【００１４】本実施例では撮影系としてリヤーフォーカ
ス式のズームレンズを用いている。 【００１５】図中Ｌ１は第１群であり、レンズ１７，１
８，１９を有している。Ｌ２は第２群であり、レンズ２
２，２３，２４を有しており、光軸上移動して変倍を行
っている。Ｌ３は第３群であり、レンズ１１，１２，１
３を有している。Ｌ４は第４群であり、レンズ４，５を
有しており、光軸上移動して変倍に伴なう像面変動の補
正と、合焦（フォーカス）を行っている。 【００１６】本実施例において第１群と第３群は変倍及
びフォーカスの際に固定である。尚以下、第２群を変倍
用レンズ群、第４群を合焦用レンズ群ともいう。 【００１７】本実施例では第４群を光軸方向に微小振動
させて、このとき撮像手段２を介して焦点検出部３６で
得られる像信号より第４群の移動方向を決定し、これよ
り第４群を光軸上移動させて合焦操作を行っている。 【００１８】図１において１は基筒であり、この基筒１
の後部にはカメラ本体にアダプタ等を介して接続する不
図示の支持部が設けられ、またＣＣＤ等の撮像部材（撮
像手段）２が取付けられている。 【００１９】第４群レンズ枠３は第４群Ｌ４の各レンズ
４，５を保持すると共に、ステップモータ６の出力軸と
送りネジ７とがベルト８で係合することにより、ガイド
バー９に沿って光軸方向に移動して変倍に伴なう像面変
動の補正と合焦とを行う。 【００２０】第３群レンズ枠１０は基筒１と一体構造で
あり、第３群Ｌ３の各レンズ１１，１２，１３が保持さ
れている。アイリスモータ１４の出力軸は絞り回転枠１
５とつながっており、絞り１６の開口を開閉する。 【００２１】第１群Ｌ１の各レンズ１７，１８，１９は
第１群レンズ内枠２０に保持されている。第１群レンズ
内枠２０と固定鏡筒２１は一体構造になっている。 【００２２】第２群Ｌ２の各レンズ２２，２３，２４は
第２群レンズ枠２５によって保持されていて、ズームモ
ータ２６が回転することによりカム環２７に切られてい
るカム溝に従い、ガイドバー２８に沿って光軸方向に移
動して変倍を行う。 【００２３】メインスイッチ（メインＳＷ）２９が閉じ
られると、パワーオンリセット回路３０が働いて電源投
入時の初期設定が行われる。ズームスイッチ（ズームＳ
Ｗ）３１が閉じられるとズーム方向信号がＣＰＵ３２に
取り込まれ、ズームモータドライバ３３が動作してズー
ムモータ２６を動かす。 【００２４】本実施例の撮影系においては合焦レンズ群
としての第４群Ｌ４が変倍に伴なう像面変動の補正も行
う為、焦点距離の変化によって合焦状態における第４群
の光軸上の位置が異なる。よってズーム中は第４群を所
定の位置に移動させなければピントズレが生ずる。 【００２５】この為本実施例においては、不図示のズー
ムエンコーダにより変倍レンズ群としての第２群Ｌ２の
光軸上の位置をズームエンコーダの読み取り回路３４で
検知してＣＰＵ３２に出力する。ＣＰＵ３２は該出力と
記憶データ３５及び焦点検出部３６からの情報により第
４群Ｌ４用の微小振動変調回路３７、ステップモータ駆
動パルス出力回路３８、ステップモータドライバ３９を
通してステップモータ６を駆動する。 【００２６】又ステップモータ駆動パルスカウント回路
４０は、ステップモータドライバ３９に加えられるパル
ス数を計数して第４群Ｌ４の光軸上の位置を検知してい
る。焦点検出部３６の出力レベルが低下して撮影系が大
ボケであるとＣＰＵ３２が判断した場合にはＣＰＵ３２
は第２群Ｌ２用の微小振動変調回路４１を動作させて第
２群による焦点距離の変調を行い、第４群Ｌ４の移動方
向を迅速に判別する。 【００２７】焦点検出部３６では撮像部材２からの映像
信号における高周波成分のレベルを検出してボケ量を検
知している。 【００２８】図２は合焦用の第４群の光軸上の位置に対
する映像信号の高周波成分レベルを示す説明図である。 【００２９】合焦状態Ｐ０においては高周波成分のレベ
ルが最大となり、このときの第４群の光軸上の位置Ｐ０
を判別すれば合焦に至らしめることができる。またディ
フォーカス状態においては第４群を微小振動変調回路３
７の働きにより光軸方向に微小振動させることにより図
２の５０，５１のような波形の信号が得られ、該信号５
０，５１の位相状態により第４群の駆動方向を判別する
ことができる。このように５０、５１に示す所定レベル
（予め設定したレベル）の信号が得られた場合では第４
群の駆動方向を判別することができる。 【００３０】しかしながら図２における位置Ｐ１，Ｐ２
のように焦点検出部３６の出力信号が低下する撮影系が
大ボケの場合には前述の微小振動の振幅を大きくしない
と図２の信号５０，５１のような波形を得ることができ
なくなる。つまり前述の微小振動のままであると、位置
Ｐ１，Ｐ２では、上述した所定レベルの信号より小さい
レベルの信号しか得ることができない。 【００３１】本発明に係るリヤーフォーカス式のズーム
レンズにおいては前述のようにズーム中に第４群を光軸
上移動させなければピントズレが生ずる。 【００３２】図３は本発明に係るリヤーフォーカス式の
ズームレンズにおいて変倍用の第２群の光軸上の位置、
即ちズーム位置に対する合焦用の第４群の光軸上の位置
（移動軌跡）を物体距離に関して各々示すと共にそのと
きの焦点検出部３６からの出力信号を示した説明図であ
る。 【００３３】同図において、例えば曲線６０はある被写
体に対して変倍を行った場合における合焦レンズ群とし
ての第４群の移動軌跡である。 【００３４】変倍レンズ群としての第２群の光軸上の位
置を固定すれば図２と同様な焦点検出部３６からの出力
曲線６１が第４群の移動に伴って得られる。 【００３５】従って各々の第２群に対する焦点検出部の
出力が等しい第４群の光軸上の位置を結ぶことによって
焦点検出部の等出力曲線６２〜６７が得られる。 【００３６】例えば図３における点Ａにて前述の第４群
の微小振動により等出力曲線６６までの振幅を得ようと
すれば直線６８に相当する距離だけ第４群を移動させな
ければならない。同様なことを第２群で行おうとすれば
直線６９に相当する距離だけ第２群を移動させなければ
ならないことになる。 【００３７】そこで本実施例では第４群と第２群とを同
時に同速度で移動させている。これにより直線７０で示
す直線６８，６９への射影成分の移動量で前述の第４群
及び第２群の移動による出力変化と等価な出力変化を得
ている。該出力変化が最大となる方向は変倍に伴なう第
４群の移動軌跡曲線の法線方向で近似できる。 【００３８】よって本実施例では予め前述の第４群の移
動軌跡を記憶するか、又はズーム中に算出しておいて第
４群と第２群の合成速度が前記移動軌跡の法線方向にな
るように制御して、最大の出力変化を得ている。 【００３９】前記移動軌跡は被写体距離によって変化す
るが、本実施例では図３をブロックに分割して同一ブロ
ック内では同一の合成速度を使うといった方法で制御を
簡略化することもできる。 【００４０】このように本実施例では第４群と第２群と
における微小振動の位相と速度比を適切に制御すること
により、前記焦点検出部における出力変化の最大値を得
ている。 【００４１】本実施例ではこれを利用して第２群と第４
群の双方のレンズ群の微小振動によって前述の図２の信
号５０，５１のような波形を得ることにより第４群の微
小振動のみの場合よりも小さい振幅で同じレベルの波形
信号を得ている。 【００４２】本実施例では合焦状態で変倍レンズ群（第
２群）を振動させると画角変化により映像がゆれて不快
感を与えるのに対して大ボケの状態ではそのような事柄
も生じないので好都合であるという特徴がある。 【００４３】図４に本実施例の変倍中の各レンズ群の移
動に関するフローチャートを示す。このフローは例えば
１／６０秒で１周するよう構成される。 【００４４】ステップ１０１でビデオカメラ本体の電源
が投入され、初期設定動作を完了し、その後ステップ１
０２でズーム操作の有無を判別する。ズーム操作がなさ
れていない場合にはステップ１０３の通常ルーチンへ制
御が移る。ズーム操作が行われている場合にはステップ
１０４で合焦レンズ群（第４群）の位置検出をし、ステ
ップ１０５で変倍レンズ群（第２群）の位置検出を行
い、ステップ１０６で焦点情報検知へと進む。 【００４５】ステップ１０７では焦点情報より撮影系が
大ボケかを判別する。つまり、図２で示した信号５０、
５１で示す所定レベルの信号となる大ボケでない場合
か、図２の位置Ｐ１、Ｐ２での所定レベルの信号より小
さいレベルの信号となる大ボケである場合かを判別す
る。大ボケでない場合にはステップ１０８で合焦レンズ
群（第４群）を微小振動させている。大ボケである場合
はステップ１０９で合焦レンズ群（第４群）の微小振動
及びステップ１１０で変倍レンズ群（第２群）の微小振
動に進む。その後、ステップ１１１で合焦レンズ群（第
４群）の駆動方向を判別し、ステップ１１２で変倍に伴
なう合焦レンズ群（第４群）の移動データを記憶データ
３５から読み込み、ステップ１１３で所定の方向へ合焦
レンズ（第４群）を駆動し、１周を完了する。 【００４６】尚本発明の一要素を構成する記憶データ３
５の内容は変倍に関する第４群の光軸上の位置、変倍中
の第４群の移動速度、変倍中における第４群の光軸上の
位置又は速度を算出する為の定数又は計算式又はその両
方、被写体距離に関する第２群と第４群の位置関係等が
含まれていても良い。 【００４７】又図４における第４群の移動データ１０９
はあってもなくても良い。又撮影系のレンズ構成は変倍
に伴なう像面変動の補正と合焦作用を同一のレンズ群で
行うようなレンズ構成であれば他のレンズ構成でも良
い。 【００４８】 【発明の効果】本発明によれば以上のように、合焦用レ
ンズ群を光軸上微小振動させ、このときに撮影系より得
られる映像に基づく像信号を用いて合焦操作を行う際、
微小振動させるレンズ群を適切に設定することにより撮
影系が大きくボケた場合であっても、又撮影系がリヤー
フォーカス式のズームレンズ等のように変倍中にディフ
ォーカス量が大きく増加するような場合であっても合焦
用レンズ群の微小振動により良好なる像信号が容易に得
られ、装置全体の小型化を図りつつ高精度な合焦操作が
可能な焦点検出手段を有した撮像装置を達成することが
できる。

【図面の簡単な説明】 【図１】 本発明をビデオカメラに適用したときの実施
例１の要部概略図 【図２】 本発明に係る焦点検出原理の説明図 【図３】 本発明に係る変倍用レンズ群を合焦用レンズ
群との光軸上の位置関係を示す説明図 【図４】 本発明に係るフローチャート 【符号の説明】 Ｌ２ 変倍用レンズ群 Ｌ４ 合焦用レンズ群 ２ 撮像手段 ３２ ＣＰＵ ３５ 記憶データ ３６ 焦点検出部 ３７，４１ 微小振動変調回路

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/222 - 5/247

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 変倍用レンズ群と変倍に伴なう像面変動
   を補正すると共に合焦を行う合焦用レンズ群の少なくと
   も２つのレンズ群を有する撮影系と、 該撮影系によって形成された像の映像信号を出力する撮
   像手段と、 前記合焦用レンズ群を光軸上微小振動させたときの該撮
   像手段からの該映像信号における高周波成分の出力に基
   づいて該撮影系の焦点調節を行う焦点検出系とを有し、 該焦点検出系は、 前記撮像手段からの映像信号における高周波成分の出力
   のレベルが予め設定されたレベルより大きいときは前記
   合焦用レンズ群を光軸上微小振動させこのとき該撮像手
   段で得られる映像信号における高周波成分の出力に応じ
   て該合焦用レンズ群の光軸上の移動方向を決定し、 前記撮像手段からの映像信号における高周波成分の出力
   のレベルが予め設定されたレベルより小さいときは前記
   変倍用レンズ群と合焦用レンズ群との双方を光軸上微小
   振動させこのとき該撮像手段で得られる映像信号におけ
   る高周波成分の出力に応じて該合焦用レンズ群の光軸上
   の移動方向を決定することを特徴とする焦点検出手段を
   有した撮像装置。