JPH01142703A - 自動焦点調節装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明はビデオカメラの焦点調節をする際に、撮影すべ
き被写体の像を最適な焦点位置に自動的にフォーカシン
グする自動焦点調節装置に関するものである。 従来の技術 最近ではビデオカメラの重要な機能として定着した惑の
ある自動焦点３Ｉｉ１節（オートフォーカス）について
は、すでに何種類かの方式が（！案、実施されている。 その中の一つであるビデオカメラの映像信号を利用する
方式については、たとえば「山登りサーボ方式によるテ
レビカメラの自動焦点調調整Ｊ（ｒＮＨＫ技術研究」　
第１７巻　第１号　２１頁　昭和４０年発行　石田他）
の論文に詳細に発表されている。 また＋ｉ影レンズの焦点調節方式については、レンズを
構成するレンズ群のうち最前方のレンズ群をヘリコイド
機構等で移動させる所謂「前玉駆動方式」に替わり、第
２レンズ群以後のレンズ群を光軸方向に移動させる所謂
「インナーフォーカス方式」が一部のレンズに実用化さ
れている。この方式は前玉駆動方式に比べ焦点調節用レ
ンズ部の重量が軽く焦点調節用レンズ部の駆動力が小さ
くて済み、またレンズ設計上、撮影至近距離を短縮する
ことが可能である。 発明が解決しようとする問題点 上に述べた「山登り方式」では撮影レンズが一旦合焦し
た後、被写体が移動するなどして再び焦点調節動作に入
る場合、被写体の移動が急激に行われた場合などでは、
原理的に合焦位置が現在位置の前後いずれの方向に存在
するか不明であり撮影レンズのピントを一旦誤った方向
に移動してしまうことかある。 このような現象は、前記インナーフォーカス方式を採用
した撮影レンズで、かつ焦点調節部の可動範囲を大きく
設定した（至近距離を大幅に減少させた）場合とくに顕
著である。以下、この間の事情について説明する。 インナーフォーカス方式のズームレンズの場合、無限遠
方の被写体に対する値を基ｆ１！１こした焦点調節用レ
ンズ部の移動ｉｔ　（Ｓ）はズームレンズの焦点距離（
ｆ）、被写体までの距離（ｕ）を用いて次の近似式で表
される： Ｓたｆ２／ｕ　　　　　　　　　　　・・・・・・（１
１第２図は横軸にズームレンズの焦点距！　（ｆ）。 縦軸に焦点調節用レンズ部の移動１ｊｔ（ｓ）をとり（
１）式の関係を図示したものである。すなわちｕ−（至
）の時、ｓ＝０、また撮影至近距離（ｕ＋ｔ＊ｍｒ）に
対しては（ｕ　＝ｕｌｌ＠ｌ１ｙ）　　３　＝　ｆ　２
／　ｕ、、＠＠、となる。 ［１１式より明らかなように焦点調節用レンズ部の移動
量（Ｓ）は焦点距離（ｆ）の自乗に比例する。 したがって、インナーフォーカス方式のズームレンズで
は被写体距離（ｕ）が一定であっても焦点距離の変化に
応じて焦点調節用レンズ部の移動量が変化する。第２図
においてＮ点はズームレンズの焦点距ｆｉｆ＝ｆ、であ
って、至近距離にある被写体に合焦している場合を示し
ている。次に被写体位置は一定のままズームレンズがズ
ーミングされ焦点距離がｆＮからｆいに変化しくｆｗ　
＞ｆｗ）かつ自動焦点調節機構が作動していない場合、
焦点調節用レンズ部は同図Ｗ点で示される状態にあり、
大きなピント移動（ｌ　ｓＮ−４１ｗ　　ｌ）が発生し
ている。さらに自動焦点調節機構が誤動作した場合には
、たとえば同図のＸ点まで焦点調節用レンズ部が移動し
てしまうこともあり、さらに大きなピント移動が発生し
てしまう。 このように焦点調節部の可動範囲の大きなインナーフォ
ーカス方式のズームレンズの場合には、自動焦点調節機
構の応答遅れや誤動作があると極めて見苦しいレンズ応
答を生じてしまう。 問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の自動焦点調節装置
は、被写体を撮影するズームレンズと、前記ズームレン
ズを介して得られる被写体像に対応した映像信号を出力
するビデオカメラ回路と、前記ビデオカメラ回路にて性
成される前記映像信号に含まれる一定周波数より高い高
周波成分よりｍＩ記ズームレンズのピント状態を検出す
る焦点検出手段と、前記ズームレンズのレンズ群の一部
または全部にて構成される焦点調節用レンズ部をレンズ
の光軸上に沿って移動させ焦点調節を行うレンズ駆動手
段と、前記焦点調節用レンズ部の位置を検出するフォー
カスエンコーダと、前記ズームエンコーダの焦点距離を
検出するズームエンコーダと、前記ズームエンコーダの
指示値に対応じてあらかじめ設定された移動禁止領域を
記憶するとともに、前記焦点調節用レンズ部の停止、駆
動制御を実施するレンズ駆動制御手段とを具備したもの
である。 作用 本発明は上記した構成によって、レンズ駆動制御手段が
、通常は前記焦点検出手段の出力に基づき、前記被写体
のピント状態が最良となるよう前記焦点調節用レンズ部
の停止、駆動制御を行うようなレンズ駆動制御を実行し
、前記フォーカスエンコーダの指示値により、前記焦点
調節用レンズ部の現在位置が前記ズームレンズの焦点距
離とあらかしめ与えられた撮影至近距離より設定される
前記焦点調節用レンズ部の移動禁止領域に進入したこと
が検出された場合に限り、前記焦点検出手段に基づくレ
ンズ駆動制御を中断し、ただちに焦点調節用レンズ部を
その現在位置に保持するようなレンズ駆動制御を実行し
、その後前記焦点検出手段が前記焦点調節用レンズ部の
移動すべき適正な方向、すなわち前記移動禁止領域から
遠のくような方向を検出し得た時点にて前記焦点調節手
段に基づくレンズ駆動制御を復活させることにより、常
に応答性の良好な自動焦点調節を実施するようにしたも
のである。 実施例 以下本発明の一実施例の自動焦点調節装置について、図
面を参照しながら説明する。 第１図は本発明の一実施例における自動焦点調節装置の
ブロック図を示すものである。第１図において１はズー
ムレンズであり、被写体側から順に正の屈折力を持つ第
ルンズ群１ａと、負の屈折力を持ち変倍作用を有する第
２レンズ群１ｂと、第１１２１群および第２レンズ群の
合成屈折力をほぼ打ち消す屈折力を有する第３レンズ群
ＩＣと、正の屈折力を持ち結像作用を有する第４レンズ
群ｌｄより構成される（各レンズ群は各々便宜上１枚の
凸レンズ、あるいは凹レンズにて示すが、実際には複数
枚の凸レンズ、あるいは凹レンズより構成される）、本
実施例においては第４レンズ群１ｄが焦点調節用レンズ
部を構成している。 被写体２の像はズームレンズｌを介し、ＣＣＤ３に入力
される。ビデオカメラ回路４はＣＣＤ３を駆動するとと
もに、ＣＣＤ３より得られる電気信号に各種信号処理を
施し所定の映像信号（たとえばＮＴＳＣ信号）ＣＯが出
力される。 焦点検出手段５はビデオカメラ回路４より出力される輝
度信号Ｙの内、一定値以上の周波数成分（高周波数成分
と称す）の複数のフィールド間における増減を検出する
ことによりズームレンズ１のピント状態を判断し、レン
ズ駆動制御手段６に制御信号Ｔを印加する。 焦点検出手段５の具体構成と、機能について第３図を用
いて説明する。焦点検出手段５は同図に示すように、帯
域増幅器１４．ゲート回路１５゜ピーク検波器１６．差
分演算器レンズ合焦判別器１８より構成される。帯域増
幅器１４はビデオカメラ回路４より出力される高周波成
分を抽出し、増幅する。ゲート回路１５は画面の一定範
囲に対応する高周波成分を抽出し、ピーク検波器１６は
その最大値（これを焦点電圧■、と称する）を検出する
。差分演算器１７は２フイ一ルド分またはそれ以上のフ
ィールド分のピーク検波器１６の出力を保持し、両者の
差分値（ΔＶｒ）を演算する。 合焦判別器１８は差分演算器１７の出力値ΔＶ。 の符号および、絶対値よりズームレンズ１のピント状態
を判断し、レンズ駆動制御手段６に制御信号Ｔを印加す
るのである。 再び第１図に戻って本実施例の説明を続ける。 レンズ駆動制御手段６は制御信号Ｔよりステッピングモ
ータ８の駆動速度、および駆動方向を各々規定するクロ
ック信号ＣＫ、および正逆転信号ＲＥＶを生成し、モー
タ駆動部７に供給する。モータ駆動部７はクロ、り信号
ＣＫ、および正逆転信号ＲＥＶに基づきステッピングモ
ータ８を駆動し、ステッピングモータ８は伝達機構９を
介してズームレンズＩの第４群１ｄを所定の位置まで移
動させ、自動焦点調節が実行される。 以上が本実施例の自動焦点調節Ｓ、横の通常動作の説明
である。次に本発明の目的とするインナーフォーカス方
式のズームレンズのズーミング等に伴い発生するピント
ずれを補正する動作の説明を行う。 ズームレンズＩの第４レンズ群１ｄは本来機構的に決め
られた範囲内で自由に移動できるものであるが、本実施
例ではズームレンズの仕様により設定された焦点距離範
囲と撮影至近距離とより第４レンズ群１ｄに移動禁止領
域を設定する。すなわち、それはズームレンズｌの焦点
距離を連続した複数個の領域に分割し、各領域について
１個の代表的な焦点距離における至近から無限遠方以外
の被写体距離に対応するズームレンズ１の第４レンズ群
１ｄの移動領域を移動禁止領域としている。 第４図に第４レンズ群１ｄの移動禁止ｚ■域の設定の一
例を示す。同図中、破線Ａは被写体距離が至近距離であ
る場合の焦点距離「と第４レンズ群１ｄの移動量Ｓとの
関係を示す曲線（上記（１）式参照）、斜線部分が設定
された第４レンズ群１ｄの移動禁止領域である。なお本
実施例では無限遠方の被写体位置を基準としたレンズ設
計がされており、無限遠方に対応した第４レンズ群１ｄ
の位置はズームレンズｌの焦点距離によらず一定である
（同図実線Ｂ）。 本例の第４レンズ群１ｄの移動禁止領域の設定方法につ
いて説明する。ズームレンズ１の焦点距離を

【ｗからｆ
ｙ　　（ｆｗ＜ｆｔ）とし、この焦点距離範囲を８分割
するものとする。各焦点距離範囲は、ｒｘ−＋　〜ｆＫ
　（ｋ＝１〜８：ｆ６＝ｆ。。 ｆｓ＝ｆｙ）で表される。この各焦点距離範囲に対して
、第４レンズ群１ｄの移動禁止領域はｓ〈０　（第４図
中、Ｃで示す） および ｓ＞ｆ（”　／’ｕｌｌｌ１ＭＰ（ｋ＝１〜８）（第４
図中、Ｄで示す） となる領域に設定されるのである。すなわち各焦点距離
範囲について各々最大の焦点距離における至近から無限
遠方の範囲以外の被写体距離に対応するズームレンズ１
の第４レンズ群１ｄの移動領域を移動禁止領域としてい
る。 さて、ズームレンズ１の第４レンズ群１ｄが移動すると
、これと連動するように設置されたしゅう動子１０がフ
ォーカスエンコーダ１１の上を移動し、フォーカスエン
コーダ１１が焦点調節用レンズ部である第４レンズ群１
ｄの現在位置を読み取り、焦点位置信号Ｐとして出力す
る。本実施例においてはフォーカスエンコーダＩＩは少
なくとも第６図の３０〜Ｓ、を判別できるように構成さ
れる。 また本実施例ではズームレンズ１の変倍数が第２レンズ
群１ｂにて構成され、第２レンズ群１ｂが移動すると、
これと連動するように設面されたしゅう動子１２がズー
ムエンコーダ１３の上を移動し、ズームエンコーダ１３
が変倍系レンズ部である第２レンズ群１ｂの現在位置を
読み取り、焦点距離信号Ｚとして出力する。本実施例に
おいてはズームエンコーダ】３は少なくとも第６ＵｊＪ
のｆ０〜ｆ、を判別できるように構成される。 レンズ駆動制御手段６には、焦点検出手段５が出力する
制御信号Ｔ以外に上記フォーカスエンコーダ１１および
ズームエンコーダ１３が各々出力する焦点位置信号Ｐ、
および焦点距離信号２も常時人力されている。レンズ駆
動制御手段６にはあらかじめ８分割された焦点距離範囲
とズームレンズ１の第４群の移動禁止領域の関係表Ｅが
記憶されている（たとえばＲＯＭ　（Ｒｅａｄ　０ｎｌ
ｙ　ＭｅＩｌｏｒｙ）を用いれば容易に記憶が可能であ
る）、入力される焦点距離信号Ｚの情報に対して、焦点
位置信号Ｐと移動禁止領域の関係表Ｅとの比較により、
焦点調節用レンズ部である第４レンズ群１ｄが移動禁止
領域に進入したか否かが判定できる。 ズームレンズ１がズーミングされるなどし、第４レンズ
群１ｄが移動禁止領域に進入したことが検出されると、
レンズ駆動制御手段６はモータ駆動部７に作用し、ただ
ちに焦点検出手段５の出力に基づくレンズ駆動制御を中
止させ、第４群レンズ１ｄをその位置に保持する。この
状態はその後焦点検出手段５が第４レンズ群１ｄの移動
すべき適正な方向（すなわち移動禁止領域から遠ざかる
方向）を検出し得るまで継続され、その方向が検出され
た時点にて、レンズ駆動制御手段６は焦点検出手段５に
基づ（レンズ駆動制御に切り替えるような動作を実施す
る。 発明の効果 以上のように本発明は、所謂インナーフォーカス方式の
ズームレンズに搭載される山登り方式を基本とする焦点
検出手段と、ズームレンズの焦点調節用レンズ部の移動
制御を実施するレンズ駆動１１ｄｆ御手段と、ズームレ
ンズの現時点における焦点距離および焦点調節用レンズ
部の位置を各々検出するズームエンコーダ、フォーカス
エンコータヲ設けることにより、レンズの焦点距離と現
在位置とを検出し、前記レンズ駆動１１８１１手段内に
あらかじめ記ｉｔされている移動禁止領域に焦点調節用
レンズ部が進入した場合に限り、前記レンズ駆動制御手
段は本来の前記焦点検出手段に基づくレンズ制御を中断
し焦点調節用レンズ部をその場に保持し、その後前記焦
点検出手段に法づく焦点検出動作にて移動禁止領域から
抜は出す方向が検出された時点で再び前記焦点調節手段
に基づく自動焦点検出動作を再開するよう構成されるこ
とにより、常に誤動作の少ない応答性の良好な自動焦点
調節が行なえる。 以上詳細に説明したように本発明は自動焦点調節に極め
て優れた効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
インナーフォーカス方式のズームレンズのズーミングに
よるピント移動を表す説明図、第３図は本発明の一実施
例に用いられる焦点検出手段の具体構成を示すブロック
図、第４図は本発明の一実施例中のレンズ駆動制御焦点
検出手段内に設定される焦点調節用レンズ部の禁止ｒＪ
Ｉ域を示す説明図である。 ｌ・・・・・・ズームレンズ、２・・・・・・被写体、
３・・・・・・ＣＣＤ、４・・・・・・ビデオカメラ回
路、５・・・・・・焦点検出手段、６・・・・・・レン
ズ駆動制御手段、７・・・・・・モータ駆動部、８・・
・・・・ステ・７ピングモータ、９・・・・・・伝達機
構、１０．１２・・・・・・しゅう動子、１１・・・・
・・フォーカスエンコーダ、１３・・・・・・ズームエ
ンコーダ、］４・・・・・・帯域増幅器、１５・・・・
・・ゲート回路、１６・・・・・・ピーク検波器、１７
・・・・・・差分演算器、１８・・・・・・合焦判別器
。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名第２図 Ｓ 第４図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）物体側から順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群
   と、負の屈折力を持ち変倍作用を有する第２レンズ群と
   、前記第１レンズ群と第２レンズ群との合成屈折力を一
   定値以下に打ち消す屈折力を持つ第３レンズ群と、正の
   屈折力を持ち結像作用を有する第４レンズ群とから構成
   されるズームレンズと、前記ズームレンズを介して得ら
   れる被写体像に対応した映像信号を出力するビデオカメ
   ラ回路と、前記ビデオカメラ回路にて生成される前記映
   像信号に含まれる一定周波数より高い高周波成分より前
   記ズームレンズのピント状態を検出する焦点検出手段と
   、前記ズームレンズの前記第２〜第４レンズ群の内いず
   れかのレンズ群の一部または全部にて構成される焦点調
   節用レンズ部をレンズの光軸上に沿って移動させ焦点調
   節を行うレンズ駆動手段と、前記レンズ駆動手段により
   移動する前記焦点調節用レンズ部の位置を検出するフォ
   ーカスエンコーダと、前記ズームレンズの焦点距離を検
   出するズームエンコーダと、前記ズームエンコーダの指
   示値に対応してあらかじめ設定された移動禁止領域を記
   憶するとともに、前記焦点調節用レンズ部の停止、駆動
   制御を実施するレンズ駆動制御手段とを具備し、前記レ
   ンズ駆動制御手段は、通常は前記焦点検出手段の出力に
   基づき、前記被写体のピント状態が最良となるよう前記
   焦点調節用レンズ部の停止、駆動制御を行うものである
   が、また前記レンズ駆動制御手段は常に前記フォーカス
   エンコーダの指示値により示される前記焦点調節用レン
   ズ部の現在位置と、前記ズームエンコーダの指示する現
   焦点距離に対応して自身が記憶する移動禁止領域とを比
   較しながら、前記焦点調節用レンズ部が前記移動禁止領
   域に進入したと判断された場合に限り、ただちに前記焦
   点検出手段に基づくレンズ駆動制御を中断し、焦点調節
   用レンズ部をその位置に保持するようなレンズ駆動制御
   を実行し、その後前記焦点検出手段が前記焦点調節用レ
   ンズ部の移動すべき適正な方向、すなわち前記移動禁止
   領域から遠ざかる方向を検出し得た時点にて前記焦点検
   出手段に基づくレンズ駆動制御を復活させることを特徴
   とする自動焦点調節装置。
2. （２）焦点調節用レンズ部の移動禁止領域は、被写体距
   離にて規定した場合、無限遠方からズームレンズの焦点
   距離に応じて決定される至近距離までの範囲を除く領域
   であることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載
   の自動焦点調節装置。
3. （３）焦点調節用レンズ部の移動禁止領域は焦点調節用
   レンズ部の移動量により規定され、無限遠方の被写体に
   対応する位置を基準とし、かつ無限遠方より近距離側を
   正の方向とした場合、負となる領域またはズームレンズ
   の焦点距離の自乗を至近距離で除した値より大となる領
   域であることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記
   載の自動焦点調節装置。
4. （４）ズームエンコーダの指示する前記ズームレンズの
   焦点距離は連続した複数個の領域に分割され、焦点調節
   用レンズ部の移動禁止領域は前記ズームレンズの分割さ
   れた各焦点距離範囲ごとに１個のみ代表的に設定される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項または第（
   ２）項のいずれかに記載の自動焦点調節装置。