JPH01144865A - 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
ある自動焦点調節（オートフォーカス）については、既
に何種類かの方式が提案・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ブレビカメラ
の自動焦点調整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。

また撮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がある。

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準にした焦点調節用レンズ部
の移動量ｔｓ＋はズームレンズの焦点距離（ｆｌ、被写
体までの距離ｆｕｌを用いて次の近似式で表される： ｓ　＝　ｆ　２　／　ｕ　　　　　　　　　　　−−（
１）第２図は横軸にズームレンズの焦点距離（ｆｌ、縦
軸に焦点調節用レンズ部の移動量＋３１をとり（１）式
の関係を図示したものである。すなわちＵ＝■の時、ｓ
＝Ｑ、また撮影至近距離（ｕｎｍ＆Ｐ＞に対しては（ｕ
　”　ｕ＋＋＊５Ｆ）Ｓ　−ｆ　２／　ｕｎ、ａｒとな
る。

（１）式より明らかなように焦点調節用レンズ部の移動
量（３１は焦点距離（「）の自乗に比例する。従って、
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
ｆｕｌ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離ｆ−ｆＮ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０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、に変化しくｆＮ＞ｆ、）、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（ｌｓＮ　ｓ、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１）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
応して予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
離とレンズに固有の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、直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、前記焦点検出手段の出力に係わ
らず焦点調節用レンズ部を前記移動禁止領域から抜け出
すまで、前記移動禁止領域から遠ざかる方向に強制的に
駆動し、その後、前記焦点検出手段の出力値が前記移動
禁止領域から通常撮影領域に向かう方向を検出した時点
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
１レンズ群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１）７１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１ｃと、正の屈折力を持ち結像作用を有する第４レン
ズ群１ｄ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０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１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）Ｃ０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１７、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ｖＦ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（ΔｖＦ）を演算する。

合焦判別器１８は差分演算器１７の出力値ΔｖＦ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はクロック信号
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１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機構の通常動作の説明で
ある０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１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１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の移動禁止領域の設定の一例
を示す。同図中、破線Ａは被写体距離が至近距離である
場合の焦点路Ｈｒ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）弐参照）、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１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ｆＷからｆ
Ｔ　（ｆ、＜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、ｆＫ−１〜ｆＫ　（
ｋ＝１〜８：ｆ０＝ｒｖ。

ｆ、−ｆＴ）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＞ｆＫ２／ｕｎ□ｒ　　（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１）の上を移動し、フォーカスエン
コーダ１）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０本実施例においてはフォーカスエンコーダ１）は少
なくとも第６図の５０〜ｓ８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の変倍系が第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、
これと連動するよように設置されたしゅう動子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１
３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０本実施例
においてはズームエンコーダ１３は少なくとも第６図の
ｆ０〜ｆ８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１）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Ｚも常時入力されている。レンズ駆
動制御手段６には予め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ｔ９
されている（たとえばＲＯＭ　（Ｒｅａｄ　０ｎｌｙ　
Ｍｅｍｏｒｙ）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、直ち
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レンズ群を移動禁止領域から抜け出すような
方向と一定の速度をそれぞれ規定する正逆転信号ＲＥＶ
”、およびクロック信号ＣＫ”をモータ駆動部７に供給
し、ステンピングモータ８を駆動する。

この際、ズームレンズ１のズーミングによるピント移動
の大きさによりクロック信号ＣＫ”を可変とし、焦点調
節用レンズ部である第４レンズ群１ｄの応答性を良好に
している。すなわち、フォーカスエンコーダ１）の指示
値による第４レンズ群１ｄの現在位置が、ズームエンコ
ーダ１３の指示値をもとにレンズ駆動制御手段６の内部
で演算される撮影至近距離の情報と比較され、その差が
大きいほどズーミングによるピント移動量が大きいと判
断され、予め設定されたピント移動量とレンズ駆動速度
との関係（ピント移動量が大きい程、速い速度が設定さ
れる）に従い駆動速度を決定し、所定のクロック信号Ｃ
Ｋ”を出力するのである。

第４レンズ群１ｄが移動禁止領域から通常撮影領域まで
駆動された後、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に基づくレンズ駆動制御を再び実行する
。

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制御手段と、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
ーダを設けることにより、レンズの焦点距離と現在位置
とを検出し、前記レンズ駆動制御手段内に予め記憶され
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
部を前記移動禁止領域から抜け出すまで強制的に駆動し
、その後、前記焦点検出手段が前記移動禁止領域から通
常撮影領域に向かう方向を検出した時点で再び前記焦点
検出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手段
内に設定される焦点調節用レンズ部の禁止領域を示す説
明図である。 １・・・・・・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・・
・・・・ステッピングモータ、９・・・・・・伝達機構
、１０．１２・・・・・・しゅう動子、１）・・・・・
・フォーカスエンコーダ、１３・・・・・・ズームエン
コーダ、１４・・・・・・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 第４図

Claims (5)

【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
   示値に対応して予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、直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、前記焦点検出手段
   の出力に係わらず焦点調節用レンズ部を前記移動禁止領
   域から抜け出すまで前記移動禁止領域から遠ざかる方向
   に強制的に駆動し、その後前記焦点検出手段が前記移動
   禁止領域から通常撮影領域に向かう方向を検出した時点
   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
   各焦点距離範囲毎に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。
5. （５）レンズ駆動制御手段は焦点調節用レンズ部が移動
   禁止領域に進入したと判断した場合、その時のピント移
   動量の大きさを判別し、予め設定されたピント移動量と
   レンズ駆動速度の関係より選択したレンズ駆動速度にて
   前記焦点調節用レンズ部を駆動し、駆動中も常にピント
   移動量を検知し前記予め設定された関係に従い駆動速度
   を切り替えながら、前記移動禁止領域から抜け出すまで
   前記焦点調節用レンズ部を前記移動禁止領域から遠ざか
   る方向に強制的に駆動す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。