JPH0261006B2

JPH0261006B2 -

Info

Publication number: JPH0261006B2
Application number: JP55003233A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Eguchi; Masahito Yoshida; Yoshiji Kato; Nobuyuki Ichino; Yoshimi Kikuchi
Original assignee: Mamiya Camera Co Ltd
Current assignee: Mamiya Camera Co Ltd
Priority date: 1980-01-14
Filing date: 1980-01-14
Publication date: 1990-12-18
Also published as: JPS56101111A; US4381523A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、ビデオカメラにおいて自動焦点調
節（オートフオーカス）を実現するための自動焦
点調節方法に関する。

ビデオカメラにおいては、撮影に対する諸要求
は極めて多い。例えば、構図や人物の動き及び背
景に対する配慮等の他に、そのモニタシステムが
小型の白黒テレビであるため、実際の天然色画像
の色配分等は撮影者が常に経験を頼りに配慮しつ
つ調整しなければならない要素のひとつである。

近年、露出関係は漸次自動化されて撮影者の負
担は軽くなつては来たが、小型のモニタフアイン
ダで正確な焦点調節を行うのは至難の技であり、
自動焦点調節装置はこの分野において最も望まれ
ているものである。

そのため、ビジトロニツクモジユール方式、赤
外線方式、超音波方式等によるカメラのオートフ
オーカス装置が商品化され、これがビデオカメラ
にも応用されようとしているが、いずれも撮影光
学系を通過する光束によつて合焦位置を検出する
方式（以下「TTL方式」という）ではないため、
次のような欠点を有し、特にビデオカメラのよう
にズームレンズを使用し、また撮影中被写体の移
動に追従して常時合焦状態を要求されるカメラに
は適しなかつた。

(1) パララツクスがある。

(2) 従つて、ピント合せをしようとしている部分
をフアインダ上に明示できない。

(3) ズームレンズのように焦点距離が広範囲に可
変できるレンズを装着したビデオカメラ、シネ
カメラ等やレンズ交換可能な一眼レフカメラ等
に適用するのには大きな無理がある。

(4) 精度が良くない。

そこで、このような問題を解決しようとして従
来よりTLL方式によるピント検出あるいは自動
焦点調節方式として、撮影光学系を通過した光束
による被写体像のコントラストを分析したり、瞳
分割法により撮影光学系の異なる部分を通過した
光束による受光量を比較したりして合焦状態を検
出する方法が数多く提案されている（実公昭44−
6147号公報、特開昭51−120725号公報等参照）。

しかし、これら従来の方法では、焦点検出面の
前後どちら側に焦点位置が存在するかを判断する
のが困難なものが多い。

そのため、このような方法によつてカメラの自
動焦点調節を行なう場合には、一般に撮影レンズ
を一担その移動端に戻してから、それを一定方向
へ移動させながら繰返し合焦度合いを検出し、合
焦を検出した時点でレンズの移動を停止させる方
法がとられている。

そのため、合焦状態を得る（被写体にピントが
合う）までに時間がかかり、特にビデオカメラの
ように移動する被写体を連続的に撮影するような
カメラには適さず、その合焦精度も充分満足し得
るものではなかつた。

また、例えば特開昭54−87222号公報に見られ
るように、コントラスト法によつてカメラの合焦
検出を行なつて、焦点位置が合焦状態が前ピン状
態か後ピン状態かを表示できるようにした焦点検
出装置も提案されているが、このような技術を用
いてビデオカメラの自動焦点調節を行なおうとし
ても、合焦状態にない時に撮影レンズを移動すべ
き方向は判るが、どれだけ移動させればよいかは
判らないので、やはり撮影レンズを移動させなが
ら繰返し合焦度合いを検出して、合焦を検出した
時点でその移動を停止させることになり、合焦状
態を得るまでに時間がかかる問題を解決できない
ばかりか、ハンチングが起り易いという問題を生
じる。

そこでさらに、つい最近特開昭54−159259号公
報によつて公開されたが、撮影レンズによる撮影
光束の一部をビームスプリツタ（光束分割器）に
よつて分割して、その撮像面と光学的に共役な位
置に、多数の小さな二次レンズが列設されたレン
ズ群と多数の受光素子が列設されたCCDあるい
はCIDのような光応答検出器とからなる「レン
ズ・アレイ装置」を配置し、そのレンズ群が各小
レンズによつて撮影レンズの上部からの光と下部
からの光を分離した像に分けて、それぞれ個別に
検出器の各素子に検出させるようにし、その各光
分布パターンの相関をとつて一致状態からのずれ
方向とずれ量を検出することにより、一眼レフカ
メラやビデオカメラ等の自動焦点調節を行なうこ
とが提案された。

この技術によれば、パララツクスがなく、ズー
ムレンズや交換レンズを使用するカメラにも適用
でき、しかも撮影レンズの現時点での合焦位置か
らのずれ方向とずれ量を検出して直ちに合焦位置
へ撮影レンズを移動させることができるので、ビ
デオカメラのような移動する被写体を追て連続的
に撮影するカメラにも適しているようである。

しかしながら、この装置に使用する「レンズ・
アレイ装置」のレンズは、要求される検出精度上
必要な数の小さな二次レンズをCCDのような検
出器の微小な受光素子列に対応させてアレイ状に
列設したものであるため、その製造が極めて難し
くコストが高くなるばかりか、その各小レンズの
加工誤差や検出器との取付け誤差等による影響が
大きく、充分な検出精度を得るのは難しいという
問題もあつた。

また、CCD等の検出器も高価であり、それか
ら読み出した信号を２つの光分布パターンのデー
タに正確に分離してメモリに格納するための回路
構成（開示はされていないが）も複雑になるの
で、その点でもコスト高になる。

さらにこの技術においては、上記２つの光分布
パターンデータの相関をとるのに、一対のシフト
レジスタに格納した２つのデータを、１回目の相
関検出時はそのまま、２回目以後は一方のデータ
だけを毎回１ビツトシフトさせてから、両シフト
レジスタのデータを順次１ビツトずつ送り出して
そのANDをとり、そのAND出力が“１”になつ
た回数をカウントして相関出力としている。

したがつて、シフトレジスタのビツト数をｎと
すると、１回の相関をとるのにｎ回の両データ送
出用のシフトが必要であり、それを一方のデータ
を順次ｎ回シフトさせて行なうので、一巡して相
関検出を終えるまでにはn²回のシフトを必要とす
ることになり、相関検出に時間がかかる。その後
さらに、各回の相関度を示すカウント値を格納し
たRAM内でその最大値をサーチする処理を行な
うので、実際にピント状態が判るまでにかなり時
間がかかつてしまうという問題がある。

また、両シフトレジスタの対応するビツトのデ
ータがともに“１”の時だけ相関値としてカウン
トされ、ともに“０”のときはカウントされない
ので、相関出力の精度が悪いという問題もある。

この発明はこのような点に鑑みてなされたもの
であり、安価に実施でき、しかも最短時間で高精
度の合焦状態を得ることができるビデオカメラの
自動焦点調節方法を提供することを目的とする。

そのため、この発明は、ビデオカメラにおける
撮影光学系の一半部を通過した光束の一部を撮像
管又は撮像素子の撮像面へ向う撮影光束からハー
フミラー等の光束分割器によつて分割して光セン
サアレイに受光させ、該光束による被写体像の強度分布をこの光セン
サアレイによつて電気信号として検出し、それを
二値化して所定ビツト数の第１の強度分布データ
として第１のメモリに格納すると共に、上記撮像管又は撮像素子から出力される上記撮
影光学系を通過する全光束による被写体像の強度
分布に応じたビデオ信号から上記光センサアレイ
に対応する部分の信号を抽出し、それを二値化し
て上記第１の二値化データと同じビツト数の第２
の強度分布データとして第２のメモリに格納し、上記第１のメモリ内の第１の強度分布データと
第２のメモリ内の第２の強度分布データとの相対
的位置関係を順次１ツトずつ循環的に移動させな
がら、その各移動毎に上記第１のメモリと第２の
メモリのそれぞれ対応するビツトのデータの一
致・不一致を同時に判別して、その一致したビツ
ト数に応じた相関出力の最大値を検出し、その最
大値を検出した時の上記移動回数によつて、上記
撮影光学系の一半部を通過した光束による像の全
光束による像に対するずれ方向を検出すると共に
そのずれ量を算出し、その結果に応じて上記撮影光学系のレンズを合
焦位置へ移動させることを特徴とするビデオカメ
ラの自動焦点調節方法を提供する。

この発明によれば、撮影光学系の一半部と全部
あるいは他半部を通過した光束による被写体像の
強度分布パターンを、特殊なレンズ・アレイ装置
を使用することなく、簡単に検出して２つの強度
分布データを得ることができ、第１番目の発明で
は一方の強度分布データだけを光センサアレイに
よつて検出し、他方の強度分布データは撮像管又
は撮像素子によるビデオ信号から抽出して得るよ
うにしたので、検出部のコストを最小限にするこ
とができる。

また、第１のメモリ内の第１の強度分布データ
と第２のメモリ内の第２の強度分布データとの相
対的位置関係を順次１ビツトずつ循環的に移動さ
せながら、その各移動毎に上記第１のメモリと第
２のメモリのそれぞれに対応するビツトのデータ
の一致・不一致を同時に判別して、その一致した
ビツト数に応じた相関出力の最大値を検出し、そ
の最大値を検出した時の上記移動回数によつて、
上記撮影光学系の一半部を通過した光束による像
と全光束あるいは他半部を通過した光束による像
のずれ方向とずれ量を検出するので、第１，第２
のメモリのビツト数をｎとすると、ｎ回のデータ
シフト時間内で相関検出及びその結果の判別に関
する全ての処理を終了して、合焦状態に対するず
れ方向及びずれ量が判る。

したがつて、極めて短時間で合焦状態にするこ
とが可能であり、ビデオカメラで移動する被写体
を追つて連続的に撮影する場合に、常に被写体の
移動を迅速に検出して合焦状態を得るように撮影
光学系を調整することができる。

以下、添付図面を参照してこの発明の内容を説
明するが、先ずこの発明による合焦位置の検出原
理について説明する。

第１図はレンズ１が被写体Σの像Σ′を結像して
いる様子を示し、被写体Σ上の一点Ｐから出てレ
ンズ１上の右半部の点Ａを通過した光線も、左半
部の点Ｂを通過した光線も像Σ′上の点P′に集ま
る。

ここで、レンズ１上の点Ａを通過する光線によ
る結像のみを考察するために、第２図に示すよう
にアパーチヤ２ａを有するブレート２を設けたと
仮定する。そうすると、合焦位置の像Σ′に対し
て、ピントはずれαの位置の像Σ′αはＹ軸の正方
向にシフトし、ピントはずれのβの位置の像Σ′β
はＹ軸の負方向にシフトする。

同様に、ブレード２を第３図のように設けたと
仮定して、レンズ１上の点Ｂを通過する光線によ
る結像のみを考察すると、合焦位置の像Σ′に対し
て、ピントはずれのαの位置の像Σ′αはＹ軸の負
方向にシフトし、ピントはずれβの位置の像Σ′β
はＹ軸の正方向にシフトする。

また、同時にピントはずれ位置α，βでは像の
高周波成分が失われ、像がぼけてコントラストが
低下する。

さて、この像の強度分布を取り出すために、第
４図に示すようにＹ軸方向に光センサアレイ（以
下単に「センサアレイ」という）３を配置する。

今、被写体の強度分布が第５図に示すようにな
つていたとすると、合焦位置にセンサアレイ３を
置けば、前述したレンズ１の点Ａを通過した光束
による像（以下単に「Ａによる像」という）も、
レンズ１の点Ｂを通過した光束による像（以下単
に「Ｂによる像」という）も第６図に示すよう
に、第５図の被写体の強度分布と相似でその位置
も全く同じものになる。

しかし、第２図及び第３図におけるピントはず
れαの位置にセンサアレイ３を置いたとすると
（センサアレイの位置は同じでも撮影レンズ１が
センサアレイ３に近づきすぎているとそうなる）、
像の高周波成分が消失すると共に、第７図に示す
ようにＡによる像はＹ軸の正方向に、Ｂによる像
はＹ軸の負方向にずれる。

今、光軸に対してＡとＢが等距離であるとすれ
ば、Ａによる像とＢによる像のずれは、大きさが
等しく方向は反対になる。したがつて、合成され
たずれδは一方によるずれの２倍になる。

また、第２図及び第３図におけるピントはずれ
βの位置にセンサアレイ３を置いたとすると（撮
影レンズ１がセンサアレイ３から離れすぎている
場合）、同様なずれδを生ずるが、ずれの方向が
上述の場合と逆になる。

したがつて、Ａによる像に対してＢによる像が
Ｙ軸の負方向にずれていれば、レンズ１をセンサ
アレイ３から遠ざける方向に、又Ｙ軸の正方向に
ずれていれば近づける方向にそれぞれ移動させれ
ば、センサアレイ３が合焦面に近づくことにな
る。

そこで、センサアレイ３をフイルム面（撮像
面）と光学的に共役な位置に配置すれば、合焦に
到る撮影レンズの駆動方向が見出される。

さらに、レンズの移動量はＡによる像とＢによ
る像のずれδと直接関係を持つている。

すなわち、第８図に示すような光軸上の一点Ｐ
がフイルム面（撮像面）Ｆでないピント面におけ
る光軸上の点P′に結像しているものとすると、こ
の時、フイルム面Ｆ上におけるＡによる像とＢに
よる像のずれをδとすれば、レンズを移動すべき
距離Δは、 Δ＝−Dδ／｜Ｒ−δ｜ ………(1) となる。ここで、Ｒはブレード２のアパーチヤ２
ａと２a′との間隔、Ｄはブレード２からフイルム
面Ｆまでの距離である。

δをＡによる像がＢによる像に対してＹ軸の正
方向にずれている場合を正とし、逆の場合を負と
すれば、レンズを駆動すべき方向と大きさが(1)式
で表わされる。

そして、Δが負の時はレンズ１を第８図でＸ軸
の負方向（フイルム面Ｆから遠ざける方向）へ移
動させることを意味し、Δが正の時はレンズ１を
Ｘ軸の正方向（フイルム面Ｆから近づける方向）
へ移動させることを意味する。

このようにして、フイルム面上に合焦させるた
めに撮影レンズを駆動すべき方向及びその移動量
を検出することができる。

次に、上述の方法によつて一眼レフカメラの自
動焦点調節を行なうようにした応用例について説
明する。第９図はその全体構成図である。

上述の方法により自動焦点調節を実施するため
には、撮影光学系を構成する撮影レンズ１のＡ点
とＢ点を通過する光束を撮影像に影響を与えずに
分離し、各々の光束による像の強度分布を検出で
きるようにする必要がある。

そのため、撮影レンズ１とフイルム面Ｆとの間
に光束分割器としてハーフミラー４を配置して撮
影光束を分割する。

そして、撮影レンズ１のＡ点とＢ点を通る光束
（以下「光束Ａ」及び「光束Ｂ」という）の切換
は、メカニカルなブレード２をブレード駆動装置
５によつて矢示ｙ方向に移動させる光束切換手段
によつて行い、光束Ａと光束Ｂを交互に通過させ
るようにする。このブレード２の代りに液晶、偏
光フイルタ、色ストライプフイルタ等によるスタ
テイツクなシヤツタを光束切換手段として用いる
ことも可能である。

撮影レンズ１に対してフイルム面Ｆと共役の位
置で前述のＹ軸に相当する方向にセンサアレイ３
を配置し、上述のようにして分割した光束Ａと光
束Ｂを交互に受光させ、それぞれの像の強度分布
を電気信号である画像信号に変換して検出する。

被写体輝度は大きく変化するので、その変化に
かかわらず安定した強度分布信号を取り出すため
には、例えば蓄積モード型のCCDイメージセン
サアレイを用いることができる。以下の説明で
は、センサアレイ３としてこのCCDイメージセ
ンサアレイを用いているものとする。

このセンサアレイ３は、センサドライバ（詳細
は後述する）６によつて、被写体輝度に応じて電
荷蓄積時間をコントロールされながら駆動され、
広い輝度範囲にわたつて各受光点の明暗に応じた
信号すなわち強度分布信号Sυをシリアルに出力
する。

センサアレイ３から出力される強度分布信号
Sυを二値化器７によつて“１”“０”の２値信号
に変換し、光束Ａによる第１の強度分布データ
D_AはＡデータ用メモリ（第１のメモリ）８_Aに、
光束Ｂによる第２の強度分布データD_BはＢデー
タ用のメモリ（第２のメモリ）８_Bにそれぞれス
トアする。

このメモリ８_A，８_BにストアされたデータD_A
とデータD_Bの相関関係を相関器９によつて検出
し、光束Ａによる像と光束Ｂによる像とのずれ量
δ（その正負によりずれ方向も示す）を求め、そ
れを演算器１０に入力し、前述の定数Ｒ，Ｄを導
入して、前記(1)式の演算を行い、撮影レンズ１の
移動方向及び移動量Δを例えば電圧信号ΔVとし
て出力させる。

この演算器１０からの出力信号ΔVを差動アン
プ１１の一方の入力とし、位置センサ１２による
撮影レンズ１の位置の変化に応じた電圧信号Vx
を差動アンプ１１の他方の入力とし、その出力に
よつてレンズ駆動装置１３のモータＭを駆動す
る。

この時、出力信号ΔVが負の時は撮影レンズ１
をフイルム面Ｆから遠ざける方向に移動させ、
ΔVが正の時は近づけるように移動させる。

これらの一連の動作は全てシーケンス・コント
ローラ１４によつて制御される。すなわち、オー
トフオーカス作動のスタートスイツチ１５がオン
されると次の順序で作動され、動作が完了される
と表示器１６にLEDの点灯等により完了を表示
する。また、オートフオーカス不可能な場合には
不可警告表示を行う。

スタートスイツチオン→ブレードＡ側開→強度
分布サンプル→二値化→Ａデータ格納→ブレード
Ｂ側開→強度分布サンプル→二値化→Ｂデータ格
納→相関検出→演算→撮影レンズ駆動→完了表
示。

次に、この自動焦点調節装置を構成する各部の
具体例を説明する。

第１０図はセンサドライバ６の一例を示すブロ
ツク回路図であり、光−周波数変換回路２１、ワ
ンシヨツトマルチ２２、CMOS回路による発振
器２３、及びCCD駆動用のクロツク発生回路２
４とからなる。

光−周波数変換回路２１は、コンデンサC₁と
抵抗R₁，及びフオトセル２５を時定数素子とす
る発振回路２６からなり、入射光量γに応じて周
波数が変化する短形波信号Sγを出力する。した
がつて、この短形波信号Sγの周期Ｔは、入射光
量γが多い程短くなり、入射光量γが少ない程長
くなる。

この短形波信号Sγの例えば立上りでワンシヨ
ツトマルチ２２をトリガし、第１１図イに示すよ
うな周期Ｔで一定パルス幅のシフトパルスφxを
出力する。このシフトパルスφxの周期ＴがCCD
イメージセンサアレイ３における電荷の蓄積時間
になる。

発振器２３は、例えば2MHzの周波数の発振出
力をクロツク発生回路２４に入力し、そこで互い
に逆相の２相クロツクである第１１図ロ及びハに
示す転送クロツクφ1，φ2と、同図ニに示すリセ
ツトクロツクφ_Rをセンサアレイ３に出力する。

センサアレイ３は第１２図に示すように、上述
のシフトパルスφx、転送パルスφ1，φ2、及びリ
セツトパルスφ_Rによつて駆動されて、受光度の
強度分布に応じた画像信号を順次出力し、ローパ
スフイルタ２７及びアンプ２８を介して強度分布
信号Sυを得る。

第１３図は二値化器７の一例を示す回路図であ
り、オペアンプ３１とダイオードD₂、抵抗R₂，
R₃、コンデンサC₂からなる回路によつて入力信
号Sυのピークをホールドして第１４図に破線で
示すような信号Vcを得る。これを、オペアンプ
３２と抵抗R₄〜R₆からなる増幅回路によつて適
当に増幅して比較電圧Vrefを得る。

そして、オペアンプ３３による比較器によつ
て、入力信号Sυを比較電圧Vrefと比較して第１
４図ロに示すように、Sυ≧Vrefの時“１”を、
Sυ＜Vrefの“０”を二値化出力Dυとして出力す
る。

この二値化器によれば、入力信号Sυの平均レ
ベルが大幅に変化しても、その波形の上昇、下降
を忠実に表わす二値化出力Dυを得ることができ
る。

例えば、第１５図イに示すような合焦時の強度
分布信号に対しては、同図ロに示すような二値化
出力が得られ、第１６図イに示すようなピントは
ずれの時の強度分布信号に対しては、同図ロに示
すような二値化出力が得られる。

従つて、この二値化出力のパルス数（“１”の
個数）がコントラストを表わすことにもなる。

第１７図は第１，第２のメモリ８_A，８_Bと相関
器９の一例を示すブロツク回路図である。このメ
モリ８_A，８_Bとしてはそれぞれリング状のシフト
レジスタを用いるので、以下の説明ではシフトレ
ジスタ８_A，８_Bという。

例として、このシフトレジスタ８_A，８_Bは、そ
れぞれ128ビツトとする。

そして、ブレードコントロール信号ｂによつて
セレクタ４１，４２を切り換えて、光束Ａをサン
プルした時の二値化データDυはＡデータD_Aとし
てシフトレジスタ８_Aに順次格納する。また、光
束Ｂをサンプルした時の二値化データDυはＢデ
ータD_Bとしてシフトレジスタ８_Bに順次格納す
る。

このデータ格納時には、センサアレイ３からの
データ転送用の転送クロツクφ1，φ2をセレクタ
４２を介してシフトレジスタ８_A又は８_Bのシフト
クロツクCK_A，CK_Bとして用いる。

EX−OR回路G₁〜G₁₂₈、抵抗r₁〜r₁₂₈、ピーク
テイテクタ４３、及びカウンタ４４は、Ａデータ
D_AとＢデータD_Bの相関関係を検出してずれ量δ
を求める相関器９としての回路である。

EX−OR回路G₁〜G₁₂₈はそれぞれシフトレジ
スタ８_Aと８_Bの対応するビツトのデータを入力し
てその排他的論理和を同時に出力するもので、両
入力データが“１”と“１”，“０”と“０”のよ
うに一致していれば出力は“０”であり、“１”
と“０”のように不一致であれば出力は“１”に
なる。

このEX−OR回路G₁〜G₁₂₈のうち、出力が
“０”のものに接続されている抵抗（r₁〜r₁₂₈のう
ち）にのみ電流が流れるように電圧を印加してあ
り、この電流値の総和をとつて相関出力を得る。

そして、例えばシフトレジスタ８_Aを停止させ
たまま、シフトレジスタ８_Bのみをシフトクロツ
クCK_BによつてそのデータD_Bを順次１ビツトず
つシフトさせながら、ピークデイテクタ４３によ
つて相関出力が最大になる位置を検出する。

シフトレジスタ８_Bはリング状になつているか
ら、図で右方へ１ビツトシフトすると128ビツト
目のデータは１ビツト目にシフトする。したがつ
て、例えば右方へ65ビツトシフトすると左方へ63
ビツトシフトしたのと同じことになる。

一方、シーケンス・コントローラ１４（第９
図）からのリセツト信号RSによつてカウンタ４
４がリセツトされ、シフトクロツクCK_Bと同期し
たパルスのカウントを開始し、ピークデイテクタ
４３が最大値を検出した時に出力する停止信号
STによつてカウントを停止する。この時のカウ
ンタ４４のカウント値Ｎがずれ量δ（方向も含む）
を表わすことになる。

但し、Ｎが65以上の時はＮ−128がずれ量（方
向も含む）を表わすことになる。

演算器１０は第１８図に示すように、Ｄ−Ａ変
換器４６，乗算器４７，減算器４８，及び除算器
４９からなる。Ｄ−Ａ変換器４６は前述のカウン
タ４４のカウンタ値としてのずれ量δを、センサ
アレイ３の受光エレメントのピツチを乗じた値に
相当するアナログ値を変換する。乗算器４７は
DXδの演算を行い、減算器４８は｜Ｒ−δ｜の
演算を行う。

そして、除算器４９は、Dδ／｜Ｒ−δ｜の演
算を行つて(1)式による撮影レンズを移動すべき方
向及び距離Δを求める。このΔを例えば電圧によ
るアナログ信号ΔVとして出力する。

これらのアナログ演算器に代えてマイクロコン
ピユータを用いて演算を行う場合には、定数Ｄ，
Ｒをデジタル化して入力すると共にδはカウント
値のまま入力して、デジタル演算処理を行つた後
Ｄ−Ａ変換してアナログ出力を得ることができ
る。

また、最近出現した演算用LSI（電卓用チツプ）
を用いてもよい。

このようにして求めたアナログ信号ΔVによつ
て、第９図の差動増幅器１１及びレンズ駆動装置
１３を介して、撮影レンズ１を所要方向へ所要距
離だけ移動させることによりフイルム面Ｆ上に合
焦させることができる。

なお、早く合焦させるためには、撮影レンズ１
が合焦位置に動いた時、慣性等で行き過ぎたりハ
ンチングしたりしないように、急制動をかけ得る
ようにすることが望ましい。

ところで、この例におけるシーケンス・コント
ローラ、相関器、演算器等の機能、及び必要に応
じて上述のコントラストチエツクや、表示タイミ
ング制御等を全てマイクロコンピユータ（以下
「CPU」と略称する）を用いて行うのが最もパー
ホマンスがよい。そのようにすれば、コントラス
トのチエツクも容易であり、ミスの少ないオート
フオーカスを実現することができ、またオートフ
オーカス不能警告も容易にできる。

CPUの負担は軽いので、自動露出（AE）のた
めの機能も同時に受け持つことができる。

第１９図は、CPUを用いた場合のブロツク構
成図であり、第９図と対応する部分には同一符合
を付し、光学系は図示を省略してある。

この場合、CPU５０に二値化器７からの二値
化データDυを読込むために、CPUインタフエー
スとしてのスピード変換部５１を必要とする。

これは、センサドライバ６によるセンサアレイ
３からのデータ読出し速度がCPU５０による処
理速度より速いためである。

スピード変換部５１は、例えば第２０図に示す
ように構成し、第２１図ロに示すCPUからのス
タート指令直後の蓄積時間Ｔで被写体像の強度分
布をサンプルし、次のシフトクロツクφxが入力
した時点から、転送クロツクφ（第１１図のφ₁又
はφ₂）によりセンサアレイかな転送されて二値
化されたデータDυをＮビツト（例えば128ビツ
ト）のシフトレジスタ５２にストアしたところ
で、第２１図ハに示すようにレデイを“Ｈ”にす
る。

その後は、第２１図ニに示すCPUからのクロ
ツクが入力するとに、シフトレジスタ５２から１
ビツトづつのデータを出力して、レベル変換器５
３を介してCPU５０に入力する。

このスピード変換部５１の動作を、第２０図及
び第２１図によつてもう少し詳細に説明する。

CPU５０（第１９図）からスタート指令が入
力される（“Ｈ”になる）まではインバータ５４
の出力は“Ｈ”であり、フリツプフロツプ５５を
セツトしているため、そのＱ出力が“Ｈ”で、カ
ウンタ５６をリセツトしている。また、インバー
タ５４の出力“Ｈ”によりフリツプフロツプ５
７，５８もリセツトされている。

スタート指令が入力されるとインバータ５４の
出力が“Ｌ”になり、フリツプフロツプ５７，５
８のリセツトを解除するので、センサドライバ
（第１０図）からシフトクロツクφxが入力される
と、フリツプフロツプ５７のＱ出力が“Ｈ”にな
る。

そして、第２１図イに示す蓄積時間Ｔ後に再び
シフトパルスφxが入力すると、フリツプフロツ
プ５８がセツトされてそのＱ出力が“Ｈ”にな
り、アンドゲート５９を介してフリツプフロツプ
５５を反転させ、そのＱ出力を“Ｌ”にする。

それによつて、カウンタ５６のリセツトが解除
され、その後アンドゲート６０を介して入力する
転送パルスφのカウントを開始する。

この時、転送パルスφはアンドゲート６１、オ
アゲート６２を介してシフトレジスタ５２にも入
力し、二値化されたデータDυをシフトレジスタ
５２にストアする。

カウンタ５６のカウント値がＮ（例えば128）に
なるとその出力が“Ｈ”になり、アンドゲート６
３を開くと同時に、インバータ６４の出力を
“Ｌ”にしてアンドゲート６０及び６１を閉じる。

また、インバータ６５，６６を介してレデイを
“Ｈ”にし、CPUにデータの読出しが可能になつ
たことを知らせる。この時シフトレジスタ５２に
はＮビツト分のデータがストアされている。

その後CPUからのクロツクがインバータ６７、
アンドゲート６３及びオアゲート６２を介してシ
フトレジスタ５２に入力されるごとに、シフトレ
ジスタ５２は先にストアしたデータを１ビツト分
ずつ出力し、レベル変換器５３を介してCPUに
入力する。

CPUがＮビツト分のデータを全て読込むと、
スタート指令を“Ｌ”にし、１回のデータ読込み
動作を終了させる。

このようなデータ読込み動作を第９図のブレー
ド２の位置に応じて２回行うことによつてＡデー
タとＢデータをCPU内の各レジスタに読込むこ
とができる。

以上、この発銘の前提となる技術について詳述
したが、次にこの発明による自動焦点調節方法の
実施例を、第２２図乃至第３０図によつて説明す
る。

第２２図は、この発明の実施例であるビデオカ
メラの光学系の概略構成を示す斜視図である。

この実施例においては、撮影光学系を構成する
撮影レンズ８１と撮像管（又は撮像素子）８２と
の間に、横半部がハーフミラー８３ａで他の半部
が素通しガラス８３ｂからなる光束分割器８３を
撮影レンズ８１の光軸に対して所定の角度を配置
している。なお、素通しガラス８３ｂの部分は無
くてもよい。

そして、撮影レンズ８１に対して撮像管８２の
撮像面８２ａと共役な位置に、光軸と直交してセ
ンサアレイ３を配置し、撮影レンズ８１の横半部
Ａを通過した光束の一部を光束分割器８３のハー
フミラー８３ａによつて分割してセンサアレイ３
に受光させる。

それによつて、センサアレイ３は前述の光束Ａ
による被写体像に相当する像の強度分布を検知す
ることができる。

一方、前述の光束Ｂによる被写体像の代りに、
撮影レンズ８１を通過する全光束による撮影面８
２ａ上の像のうちセンサアレイ３に対応する部分
の像の強度分布を撮影管８２から出力されるビデ
オ信号から抽出して、センサアレイ３による強度
分布データと比較する。

すなわち、被写体が第２３図イに示すような強
度分布であつたりすると、撮影管８２による被写
体の像は撮影レンズ８１の全光束によるため、ピ
ントがはずれても同図ロに示すようにその強度分
布にずれはなく、只ピントはずれに従つてその高
周波成分が消失していくだけである。

一方、センサアレイ３の像は撮影レンズ８１の
横半部の光束のみによるため、第７図によつて説
明した場合と同様に、ピントがはずれるとその強
度分布が左又は右にずれると共に高周波成分が消
失する。

したがつて、撮影管８２による像に対するセン
サアレイ３による像のずれδ′を検出すれば、前ピ
ンか後ピンか、すなわち撮影レンズ８１をどちら
にどれだけ駆動すれば合焦位置に到達し得るかを
判定することができる。

そこで、撮影管８２によるビデオ信号のうち、
第２４図に示すように画面の略中央部分Ｍの信
号、例えば垂直走査期間の略中央の１水平走査期
間中における両端の20μs分を除いた23μs分の信号
を抽出する。

第２５図はその抽出回路のブロツク図である。
これを簡単に説明すると、垂直同期回路８５から
の垂直同期信号PVによつてカウンタ８６をクリ
アし、その後水平同期回路８７からの水平同期信
号P_Hをカウントされる。カウンタ８６のカウン
ト値が2⁷すなわち128になると出力が“Ｈ”にな
り、ワンシヨツトマルチ８８，８９をトリガす
る。

すると、ワンシヨツト８８のＱ出力は、第２６
図イに示すように43.5μs間だけ“Ｈ”になり、ワ
ンシヨツトマルチ８９のＱ出力は同図ロに示すよ
うに20μs間だけ“Ｌ”らなる。

したがつて、アンドゲート９０の出力Ｇは、第
２６図ハに示すように第128番目の水平走査期間
が20μs間だけ“Ｈ”になり、その間だけアナログ
ゲート９１を開いて、ビデオ回路９２からの撮像
管８２（第２３図）によるビデオ信号Sυを通過
させて出力する。

第128番目の水平走査は、飛越走査による１垂
直走査期間中262.5回の水平粗走査の略中央付近
になる。

このようにして抽出した撮像管８２によるビデ
オ信号及びセンサアレイ３による強度分布信号
を、前述の例と同様に第１３図に示した二値化器
によつて、第１４図乃至第１６図によつて説明し
たように、その波形の上昇、下降に応じて忠実に
二値化する。

そして、その二値化した各強度分布データをそ
れぞれ第１７図に示したような２個のシフトレジ
スタ８_A，８_Bに128ビツトずつストアする。

その後、両シフトレジスタのそれぞれ対応する
ビツトのデータをEX−OR回路に入力してその
一致・不一致を同時に判別し、その一致したビツ
ト数に応じた相関出力をピークデイテクタでチエ
ツクしながら、センサアレイ３によるデータをス
トアしている方のシフトレジスタのデータを順次
１ビツトずつシフト（移動）する。

その場合、両シフトレジスタはシフトされてあ
ふれた最先のビツトのデータが最後のビツトに戻
されるようにリング状に構成しておく。そして、
シフトさせるためのクロツクをカウンタで計数
し、ピークデイテクタが最大値を検知した時にそ
のカウントを停止させる。

これらの動作は、第９図及び第１７図等によつ
て説明した相関器と同様である。

その時のカウンタのカウント値Ｎがシフトレジ
スタ８_A，８_Bの全ビツト数の半分（128ビツトの
シフトレジスタを使用した場合「64」以上か否か
によつて、センサアレイ３の像がいずれの方向に
ずれているか、すなわち前ピンか後ピンかを判定
し、撮影レンズ８１の移動方向を決定することが
できる。

また、そのカウント値Ｎ（64以上の場合は｜Ｎ
−128｜がずれ量を表わすので、前述の(1)式によ
つて撮影レンズ８１の移動距離を算出することが
できる。但し、ここで検出されるずれ量は前述の
例の場合の１／２になるので、これを２倍した値
を(1)式のδとする。

したがつて、第２２図では図示を省略している
が、第９図の位置センサ１２に相当する位置セン
サによつて撮影レンズ８１の位置変化を検出しな
がら、上記決定された移動方向へ算出した距離だ
けレンズ駆動装置１３によつて撮影レンズ８１を
移動させれば、１回の処理で合焦位置に移動させ
ることができる。

なお、この場合、レンズ駆動装置１３によつて
撮影レンズ８１を合焦方向へ移動させながら、さ
らに撮像管８２によるビデオ信号によつてコント
ラストをチエツクして、その最良の位置で撮影レ
ンズ８１の移動を停止させるようにして、合焦位
置への移動をより確実なものにすることもでき
る。

そのコントラストのチエツクは、例えば前述し
たように、ビデオ信号を二値化したパルス列のパ
ルス数をフレーム毎にカウントして比較し、その
カウント数の最大時を検知することによつて行な
うことができる。

あるいはまた、アナログのビデオ信号のままチ
エツクする方法として、第２７図に示すコントラ
ストチエツク回路を用いてもよい。

このコントラストチエツク回路は、微分回路９
３、絶対値化回路９４、積分回路９５，ホールド
回路９６、及びピーク検出回路９７からなる。

そして、ビデオ信号Sυを入力して、微分回路
９３によつてその変化分を検出し、絶対値化回路
９４により負成分も正にし、それを積分回路９５
によつて積分し、ホールド回路９６に１フレーム
間ホールドする。

ピーク検出回路９７では、常に前のフレームの
最終積分値をも記録しており、次のフレームの最
終積分値と順次比較してピークを検出する。

ピンボケ像の場合は、ビデオ信号Sυは高周波
成分が少なくなつているので微分出力が少なく、
したがつて積分出力は小さいが、ピントが合つて
くるに従つてビデオ信号Sυの高周波成分が増加
するので、微分出力が増加し、それによつて積分
出力も大きくなる。したがつて、合焦時にピーク
が検出されることになる。

第２８図は、この発明の応用例であるビデオカ
メラの光学系のみを示す図である。

この実施例では、合焦時に平行光束となる部分
を有するズームレンズを使用し、変倍レンズ７２
と結像レンズ７３との間に光束分割器として２個
のハーフミラー面９８ａ，９８ｂを有する分光器
９８を配置し、図示しないフオーカスレンズから
の撮影光束のうち、その一半部を通過した光束Ａ
の一部をハーフミラー面９８ａにより、他半部を
通過した光束Ｂの一部をハーフミラー面９８ｂに
よつてそれぞれ撮影光束の外方へ導く。

そして、この導出した光束を一対のミラー９９
_Ａ，９９_Bによつてそれぞれこのズームレンズ（撮
影光学系）の光軸に平行する方向に向け、一対の
検出用レンズ７５Ａ，７５Ｂによつて撮像管（又
は撮像素子）８２の撮像面８２ａにおける上下の
ブランキング部に結像させる。

このようにすれば、光束Ａ，Ｂによる像の強度
分布データを、いずれもセンサアレイを用いず
に、撮像管８２によつて映像信号と共に得ること
ができる。

そこで、この撮像管（又は撮像素子）８２から
出力される上下のブランキング部に結像された各
被写体像の強度分布に応じたビデオ信号（例えば
垂直走査期間の初期及び終期の１水平走査期間の
中央部の所定期間分のビデオ信号）を抽出して、
それぞれ第１３図に示した二値化器によつて二値
化し、それを光束Ａと光束Ｂによる各強度分布デ
ータとして、前述の実施例の場合と同様にそれぞ
れ第１，第２のメモリであるシフトレジスタ（第
１７図のシフトレジスタ８Ａ，８Ｂ）に格納す
る。

以後前述の実施例と同様な処理を行なうことに
よつて図示しないフオーカスレンズを最短時間で
合焦位置へ移動させることができる。

ところで、この発明を実施するために使用する
相関判別手段である相関位置検出部、すなわち前
述の光束Ａと光束Ｂによる被写体像の各強度分布
データの相関をとつて、そのずれ方向とずれ量を
検出する部分として、第１７図に示した例と若干
異なる例を第２９図に示す。

この相関位置検出部は、相関器１２０，電流−
電圧変換器（Ｉ−Ｖ変換器）１２１，サンプル・
ホールド回路１２２，ピークデイテクタ１２３、
ORゲート１２４，及びカウンタ１２５によつて
構成されている。

相関器１２０は、第１７図に示した相関器と同
様に第１，第２のメモリとしての２個のリング状
のシフトレジスタと、その対応する各ビツトごと
の排他的論理和をとるEX−OR回路と、その各
出力抵抗を介して加算して電流値による出力を得
る回路とからなつている。

そして、２個のシフトレジスタの対応するビツ
トのデータが一致する数が多い程多くのEX−
OR回路の出力が“０”になり、出力電流が増加
する。この電流値を相関出力とする点も第１７図
の例と同様である。

そこで、第２４図のセンサアレイ３によつて検
出されて二値化された光束Ａによる被写体像の強
度分布データと、撮像管８２が出力するビデオ信
号から抽出されて二値化された全光束による被写
体像の強度分布データ、あるいは第２８図の撮像
管８２が出力する上下のブラキング部のビデオ信
号からそれぞれ抽出されて二値化された光束Ａ及
び光束Ｂによる被写体像の強度分布データを、そ
れぞれ第１，第２の強度分布データとしてこの相
関器１２０の各シフトレジスタに格納する。

そして、一方のシフトレジスタのデータは停止
させたまま、他方のシフトレジスタにシフトパル
スCLKA又はCLKBを与えてそのデータを順次１
ビツトずつシフト（移動）させながら、それぞれ
対応するビツトのデータの一致・不一致を各EX
−OR回路によつて同時に判別して、１回のシフ
トごとに両データの相関度を示す相関出力を得る
ことができる。

このようにして相関器１２０から相関出力とし
て出力される電流を、Ｉ−Ｖ変換器１２１によつ
て電圧に変換して、サンプル・ホールド回路１２
２及びピークデイテクタ１２３に入力させる。

相関器１２０内の各シフトレジスタのデータが
揃つて相関をとる毎に、第９図に示したようなシ
ーケンス・コントローラからのサンプリング信号
Ｓ／Ｈが“１”になり、サンプル・ホールド回路
１２２にＩ−Ｖ変換器１２１からの入力信号をサ
ンプリングして、そのサンプル値が前のホールド
値より高い時はそのホールド値を更新し、前のホ
ールド値より低い時には前のホールド値もそのま
まホールドする。

したがつて、第３０図に実線で示すように各回
の相関出力のサンプル値が変化したとすると、ホ
ールド値はサンプル値の上昇中はそれに追従する
が、一度ピークがあると、それ以後はそのピーク
を越えるサンプル値があるまで破線で示すように
そのピーク値をホールドしている。

ピークデイテクタ１２３は、このサンプル・ホ
ールド回路１２２のホールド値とＩ−Ｖ変換器１
２１からの入力信号値（第３０図のサンプル値に
相当する）とを比較し、ホールド値より入力信号
値の方が大きい時にはピーク出力を“１”にす
る。それによつて、ORゲート１２４を介してカ
ウンタ１２５をリセツトする。

そのため、カウンタ１２５は第３０図に示すよ
うに、相関出力がピークになるまでリセツトされ
続け、ピーク以後は相関をとる毎に出力されるサ
ンプリング信号Ｓ／Ｈをカウントするが先のピー
ク値以上の相関出力があると再びリセツトされ、
相関器１２０の各シフトレジスタが第１７図の例
と同様に128ビツトであれば、128回のサンプリン
グすなわち相関検出が終了した時に、最大のピー
ク以後のカウント値Ｎが保持されている。これを
相関位置データとして出力する。

但し、この場合の相関位置データＮは、最大の
ピーク以後128回の相関検出を終了するまでのデ
ータ移動回数であるので、このＮの値が０又は
128の時が合焦位置であり、64までならばこの値
がそのまま、65以上であればＮ−128がずれ量
（その正負がずれ方向を示す）を表わすが、その
符合とずれ方向との関係は第１７図の例の場合と
逆になる。

しかし、第１７図の例の場合と同様に、相関検
出を開始してから相関出力の最大値を検出するま
でのデータ移動回数を相関位置データとして出力
するには、128−Ｎを相関位置データとすればよ
いことは自明である。

この第２９図の相関位置検出部によれば、相関
器のシフトレジスタのビツト数に対応する所定回
数の相関検出中に、被写体によつてはその相関出
力が第３０図に示した例のように複数回のピーク
を示すような場合があるが、そのような場合に
も、所定回数の相関検出終了時点で最大のピーク
位置を正確に検出して相関位置データとして出力
することができる。

したがつて、短時間で合焦位置からのずれ方向
とずれ量を一層正確に検出することができる。

以上説明したように、この発明によるビデオカ
メラの自動焦点調節方法によれば、撮影光学系の
一半部と他半部を通過した光束による被写体像の
強度分布パターンを、特殊なレンズ・アレイ装置
を使用することなく、簡単に検出して２つの強度
分布データを得ることができ、一方の強度分布デ
ータだけを光センサアレイによつて検出し、他方
の強度分布データは撮像管又は撮像素子によるビ
デオ信号から抽出して得るようにしたので、検出
部のコストを最小限にすることができる。

また、第１のメモリ内の第１の強度分布データ
と第２のメモリ内の第２の強度分布データとの相
対的位置関係を順次１ビツトずつ循環的に移動さ
せながら、その各移動毎に上記第１のメモリと第
２のメモリのそれぞれ対応するビツトのデータの
一致・不一致を同時に判別して、その一致した
（“０”と“０”及び“１”と“１”のいずれも）
ビツト数に応じた相関出力の最大値を検出し、そ
の最大値を検出した時の上記移動回数によつて、
撮影光学系の一半部を通過した光束による像と全
光束あるいは他半部を通過した光束による像のず
れ方向の検出及びずれ量の算出をするので、第
１，第２のメモリのビツト数をｎとするとｎ回の
データシフト時間内で相関検出及びその結果の判
別に関する全ての処理を終了して、合焦状態に対
するずれ方向及びずれ量を示すデータを高精度で
得ることができる。

したがつて、そのデータから撮影レンズを移動
する方向を判定すると共に移動距離を算出して、
撮影レンズを極めて短時間で合焦位置に移動させ
ることが可能であり、ビデオカメラで移動する被
写体を追つて連続的に撮影する場合に、常に被写
体の移動を迅速に検出して合焦位置を得るように
撮影光学系を調整することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図はこの発明の原理を説明する
ための光路図、第４図は被写体像の強度分布を検
出するための撮影レンズとブレードとセンサアレ
イの配置図、第５図は被写体の強度分布を示す
図、第６図は合焦時のＡによる像及びＢによる像
の強度分布を示す図、第７図はピントはずれ時の
第６図と同様な図、第８図はこの発明による撮影
レンズの移動方向及び移動距離算出のための説明
図、第９図はこの発明の基礎となるピント状態検
出方法の応用例を示す全体構成図、第１０図は同
じくそのセンサドライバの一例を示すブロツク回
路図、第１１図イ〜ニは第１０図の各出力パルス
の波形図、第１２図は第９図の応用例におけるセ
ンサアレイ及びその出力信号処理回路のブロツク
図、第１３図は同じく二値化器の一例を示す回路
図、第１４図乃至第１６図第１３図の二値化器の
動作説明のためたの波形図、第１７図は第９図の
応用例におけるデータメモリと相関器の一例を示
すブロツク回路図、第１８図は同じく演算器の一
例を示すブロツク図、第１９図は同じくマイクロ
コンピユータを用いた応用例のブロツク図、第２
０図は同じくそのスピード変換部のブロツク回路
図、第２１図は第２０図の動作説明のための信号
波形図、第２２図はこの発明の実施例を示す光学
系の構成図、第２３図は同じくそのピントずれ検
出原理を説明するための強度分布図、第２４図は
同じくビデオ信号からの抽出位置を説明するため
の説明図、第２５図は同じくその抽出回路の一例
を示すブロツク図、第２６図は同じくその動作説
明のための波形図、第２７図はコントラストチエ
ツク回路の一例を示ブロツク図、第２８図はこの
発明の応用例を示す光学系の構成図、第２９図は
この発明に使用する相関位置検出部の他の例を示
すブロツク図、第３０図は同じくその動作説明の
ための線図である。１…撮影レンズ、２…ブレード、３…光センサ
アレイ（CCDイメージセンサ）、４…ハーフミラ
ー、５…ブレード駆動装置、６…センサドライ
バ、７…二値化器、８_A，８_B…メモリ（シフトレ
ジスタ）、９…相関器、１０…演算器、１１…差
動増幅器、１２…位置センサ、１３…レンズ駆動
装置、１４…シーケンス・コントローラ、１５…
スタートスイツチ、１６…表示器、４２…セレク
タ、４３…ピークデイテクタ、４４…カウンタ、
５０…マイクロコンピユータ（CPU）、５１…ス
ピード変換部、７２…変倍レンズ、７３…結像レ
ンズ、７５_A，７５_B…一対の検出用レンズ、８１
…撮影レンズ、８２…撮像管（撮像素子）、８２
ａ…撮像面、８３…光束分割器、８３ａ…ハーフ
ミラー、９２…ビデオ回路、９８…分光器（光束
分割器）、９９_A，９９_B…一対のミラー、１２０
…相関器、１２１…Ｉ−Ｖ変換器、１２２…サン
プル・ホールド回路、１２３…ピークデイテク
タ、１２５…カウンタ。

Claims

【特許請求の範囲】１ビデオカメラにおける撮影光学系の一半部を
通過した光束の一部を撮像管又は撮像素子の撮像
面へ向う撮影光束からハーフミラー等の光束分割
器によつて分割して光センサアレイに受光させ、該光束による被写体像の強度分布をこの光セン
サアレイによつて電気信号として検出し、それを
二値化して所定ビツト数の第１の強度分布データ
として第１のメモリに格納すると共に、上記撮像管又は撮像素子から出力される上記撮
影光学系を通過する全光束による被写体像の強度
分布に応じたビデオ信号から上記光センサアレイ
に対応する部分の信号を抽出し、それを二値化し
て上記第１の強度分布データと同じビツト数の第
２の強度分布データとして第２のメモリに格納
し、上記第１のメモリ内の第１の強度分布データと
第２のメモリ内の第２の強度分布データとの相対
的位置関係を順次１ビツトずつ循環的に移動させ
ながら、その各移動毎に上記第１のメモリと第２
のメモリのそれぞれ対応するビツトのデータの一
致・不一致を同時に判別して、その一致したビツ
ト数に応じた相関出力の最大値を検出し、その最
大値を検出した時の上記移動の回数によつて、上
記撮影光学系の一半部を通過した光束による像の
全光束による像に対するずれ方向を検出すると共
にそのずれ量を算出し、その結果に応じて上記撮影光学系のレンズを合
焦位置へ移動させることを特徴とするビデオカメ
ラの自動焦点調節方法。