JPH03131807A - 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またはカメラの自動焦点調節装置
に関する。

（従来技術） 最近のビデオカメラやカメラにおいては、被写体距離に
応じて撮影レンズか自動的に合焦位置まて移動するオー
トフォーカス（ＡＦ＝自動焦点調節）か広く採用されて
いる。オートフォーカスには色々な方式かあり、その１
つとして、撮影レンズもしくは撮影レンズに連動した専
用の外付レンズを透過した被写体光束をイメージセンサ
て受光し、そのイメージセンサの出力信号に基づいて撮
影レンズのピントずれ量（デフォーカス量）を演算する
位相差方式か知られている。

位相差方式は撮影レンズの異なる領域を通過した被写体
からの２光束をそれぞれ異なる受光素子て受光するもの
で、焦点が合っているときは一方の光線を受けた受光素
子の出力と他方の光線を受けた受光素子の出力とは一致
するが、焦点か外れたときにはそれぞれの受光素子の出
力に位相のずれか生ずる。この位相のずれ量を検出し、
このずれ量に基づいて所定の演算式を用いて撮影レンズ
のデフォーカス量を求めることができる。また上記２光
束は焦点の前後で入れ代るので、この性質を利用してデ
フォーカスの方向（前ピンまたは後ビン）も検出するこ
とができる。

さて位相差方式にもいくつかの方式が知られており、そ
の１つとして第３図に米国ハネウェル社が開発したＴ　
ＣＬ　（Ｔｈｒｏｕｇｈ　Ｃａｍｅｒａ　Ｌｅｎｓ）方
式を示す０図において、ｌは撮影レンズ、２は赤外カッ
トフィルタ、３は補正レンズ、４は遮光板、５はマイク
ロレンズアレイ、６はマイクロレンズアレイ５の背後に
配置された（　ＣＤ　（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄ　
Ｄｅｖｉｃｅ）である、撮影レンズｌの射出瞳とＣＣＤ
６の受光面とは共役の関係になっており、射出瞳の上半
分をＣＣＤ６のＡ列受光素子が、下半分をＢ列の受光素
子がみる構成になっている０合焦時にはＣＣＤ６のＡ列
受光素子からの出力信号とＢ列受光素子からの出力信号
とは一致するが、焦点が合っていないときは第４図に示
すように２つの出力信号にずれが生じる。このずれ量Ｓ
はマイクロコンピュータ（マイコン）を用いて以下に示
すＨＦ論理と呼ばれる演算によって求められる（特開昭
５７−４５５１０号参照）。

ｎ争Ｌ：」―Ｌ工 ここでａ　Ａ　ｒ　ｂ　＆はそれぞれＣＣＤ６の１番目
のＡ列受光素子およびＢ列受光素子の出力のＡ／Ｄ変換
値、ｎはラインセンサの素子数、ｊは素子ずれ量である
。

（１）式の評価値ｖＪをｊの値をふって演算して第５図
のようにプロットし、Ｖｈ＞０、Ｖｈ、ｓ＜０であって
ｖｋとＶｋ＊１の差り、が最大となるｋを求め、■−と
Ｖ、、、の間を次式て内挿するとずれ量Ｓが求まる。

このときの差Ｖ　、−Ｖ　ｋ、、は検出像のコントラス
トに相関があり、ＡＦ熱処理際にコントラスト判別にも
利用される。

以上のように求められたずれ量Ｓを撮影レンズの結像位
置とビデオカメラの撮像素子面とのずれ量（デフォーカ
ス量）に変換し、このデフォーカス量が所定の合焦範囲
ｐ内にあるかどうか判定する０合焦範囲りから外れてい
れば、検出されたデフォーカス量が合焦範囲内になるま
で、フォー　カスモータによって撮影レンズを移動させ
る。

以上のような焦点検出方法においては、センサを構成す
る受光素子の数が少ないと合焦精度が落ちてしまうので
、相当数の受光素子が必要になるが、そうなると今度は
デフォーカス量の演算時間が長くなり、制御の円滑性が
失われるという問題かあった。具体的には次のようなこ
とである。

（１）デフォーカス量が大きいときはピントのずれ方向
をすぐに計算し即座にモータを制御したいにもかかわら
ず、デフォーカス演算に時間かかかるため１反応速度が
遅くなる。とくに被写体が突然変化した場合などは１反
応速度が遅いと円滑なフォーカシングができなくなる。

（２）戸外などの明るい状態て被写界深度が深くなって
いるときに動き回る被写体を追いかける場合は、合焦精
度よりも追従性が要求されるか、デフォーカス演算時間
が長いと合焦動作が追いつかなくなる。

（３）被写体が非常に暗く、その結果センサの電荷蓄積
時間が長いときには反応速度はさらに遅くなる。

（発明の目的および構成） 本発明は上記の点にかんがみてなされたもので１合焦精
度を落すことなくＡＦ動作の反応速度を速くすることを
目的とし、その目的を達成するため、デフォーカス量を
演算する場合において、イメージセンサを構成する受光
素子の個々の出力値に基づいてデフォーカス量を演算す
る第１の演算方法と、受光素子を複数個組み合わせてｌ
素子として扱い、または受光素子を間引いて、出力デー
タ量を受光素子の数より少なくし、それに基づいてデフ
ォーカス量を演算する第２の演算方法を用い、前回のデ
フォーカス量演算のときのデフォーカス量またはイメー
ジセンサの電荷蓄積時間に応じていずれかの演算方法を
使用してデフォーカス演算を行なうようにした。

（実施例） 以下本発明を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明による自動焦点調節装置の一実施例の構
成を示すブロウク線図であり、１１は撮像光学系のフォ
ーカス調整レンズ、１２は撮像光学系のズーム部、１３
はリレーレンズ部、１４はＣＣＤなどの撮像素子である
。

１５は焦点検出用のスレーブレンズ系１６をフォーカス
調整レンズ１１と連動させるための連動機構部、１７は
第３図に示すような焦点検出用の２系統のＣＣＤライン
センサ、１８はラインセンサ１７の信号出力なＡ／Ｄ変
換するＡ／Ｄ変換器、１９はＡ／Ｄ変換器１９からの情
報に基づいてデフォーカス演算するマイクロコンピュー
タなどで構成された信号処理回路である。

また２０はフォーカス調整レンズ１１を駆動するフォー
カス駆動用モータ、２１はそのモータ２０を制御するモ
ータ駆動回路である。モータ２０は信号処理回路１９に
おいて求められたデフォーカス量に応して駆動される。

デフォーカス演算は前述した（１）式によって行なわれ
る。（１）式においてｊの振らし量は撮影レンズの最大
デフォーカス量に対応し、たとえば、いま最大デフォー
カス状態のとき２系統のライセンサ１７の位相ずれ量が
１０素子分であったとすると、ｊは最低限±ｌＯ素子分
振らさなければならない、ラインセンサ１７を構成する
素子数ｎ＝４８とすると、デフォーカス演算は次式に基
づいて行なわれる。

４♂φＬニエｌユ ｊ　＝−１０〜１０ しかし、合焦精度より反応速度が要求される場合には、
受光素子の出力値ａ　ｉ　＋　ｂ　ｌをそのまま用いる
と演算時間が長くなるので、隣り合う素子を組み合わせ
てｌ素子として扱う、たとえば、隣り合う受光素子の出
力の平均値をとって（１＝　（ａ　１　＋　ａ　ｉ＋１
　）　／　２ｄ、＝　（ｂ、＋ｂ、、、）／２ とし、そうすれば、最大素子ずれ量は見かけ上５素子と
なり、また素子数も見かけ上ｎ＝２４となり、評価値ｖ
ｊは次式によって求められる。

２４◆五二上五ユ Ｊ　＝−５〜５ 評価値ｖＪを（４）式で求めたときの演算時間は（３）
式を用いたときと比べると１／４程度になる。たとえば
信号処理回路１９として４ビツトマイコンを用いた場合
、（３）式の演算時間は約２５０ｍ５ｅｃであったか、
（４）式によれば演算時間は約６０　ｍ　ｓ　ｅ　ｃに
なった。したかって、合焦精度より反応速度か要求され
る場合には（４）式を用いてデフォーカス量を演算すれ
ば、演算時間が短くなり、ＡＦ開制御円滑にできるよう
になる。

次に実施例のＡＦ動作について第２図のフローチャート
を用いて説明する。

まずタイマーをスタートさせ（Ｆ−１）　、センサ１７
の電荷蓄積を行ない（Ｆ−２）、各素子の出力をＡ／Ｄ
変換器１８を介して受は取る（Ｆ−３）０次にフラグ＝
０かどうをみて（Ｆ−４）。

フラグ＝０てあれば（３）式を使ってピントずれ量を演
算しくＦ−５）、フラグ＝０でなければ（４）式を使っ
てピントずれ量を演算する。フラグの設定方法は後述す
る。その後タイマーを停止するが（Ｆ−７）、このタイ
マーによってセンサ１７の電荷蓄積時間にデフォーカス
演算時間を加えた時間Ｔが求められる。

この時間Ｔを所定時間Ｔ、（たとえば１０ｍ５ｅｃ）と
比較しくＦ−８）、ＴがＴ、より短ければフラグをｒｌ
Ｊに設定する（Ｆ−１４）。

したかって１次回のデフォーカス演算は（４）式による
簡易演算となる。

一般に合焦範囲は絞りが開放のときの被写界深度の最も
浅い所を基準に設定されているため１戸外などの明るい
所では被写界深度が深くなり、合焦精度に余裕ができる
。ステップ（Ｆ−８）においてＴかＴ、より短ければ被
写体か十分に明るいものと判定し、そのような場合は合
焦精度も高い必要はないので、むしろ演算速度を上げる
ために（４）式によって速くデフォーカス量が求められ
るようにしている。

ＴＮＴ、でなければ、今度は逆にＴがもう１つの所定時
間Ｔ２　（たとえば８００ｍ５ｅｃ）より大きいかどう
か判断しくＦ−９）、Ｔ＞Ｔ、であればフラグを「１」
に設定する（Ｆ−１４）、この場合、被写体が非常に暗
くモニター上の画像も鮮明でないため、反応速度も非常
の遅くなりがちである。したがって合焦精度よりも演算
速度を優先させ、（４）式に基づいてデフォーカス量を
演算することにより反応速度を速くしている。

Ｔ＞７２でなければ、ステップ（Ｆ−５）または（Ｆ−
６）で求められたピントずれ量を補正するまでの時間ｔ
ｂを演算する（Ｆ−１０）、これはフォーカス調整レン
ズ１１を至近から無限遠まて移動させるまでの時間をた
とえば２ｓｅｃ、ピントずれ量が最大になったときのシ
フトずれ量を８□８とすると、Ｓｂシフトずれていると
きの補正時間ｔｂは ｔｂ　＝　（Ｓｂ　／　Ｓｗｒａｗ　）　Ｘ　２　（ｓ
　ｅ　ｃ）で求められる。

さらにセンサ１７の各受光素子の出力を１個のデータと
して扱った場合のデフォーカス演算時間およびセンサの
電荷蓄積時間を加算してｔ、を求め（Ｆ−１１）、上記
ｔｂと比較する（Ｆ−１２）、ｔｂ　＞ｔ−であれば、
フラグを「１」に設定しくＦ−１４）、次回は上記（４
）式による簡易のデフォーカス演算を行なうようにする
。

ｔｂ＞ｔ−であれば、フラグを「０」に設定しくＦ−１
３）、次回は上記（３）式による正規のデフォーカス演
算を行なうようにする。

デフォーカス量か大きく、ｔ　ｂ　＞　ｔ−であれば、
レンズか焦点位置まで移動する間にもう１度無点を検出
してレンズを制御できる機会かある。

このような場合は、上記ステップ（Ｆ−１３）および（
Ｆ−１４）のように、簡易な演算方法を採用して、とに
かく速く制御を行なうことにより。

ＡＦ副制御円滑にすることができる。

最後にデフオース量に応じてフォーカスモータ２０によ
ってフォーカス調整レンズ１１を駆動しくＦ−１５）、
ステップ（Ｆ−１）に戻って同様の動作を縁り返す。

上記実施例においては、デフォーカス量を迅速に演算す
る方法として、隣り合う２素子の出力の平均値をとった
。しかし、その方法としてはその他にも、（１）隣り合
う２個（またはそれ以上）の受光素子の出力の加算値を
用いる、（２）複数の出力値に重み付けして平均をとる
、（３）隣り合う素子ではなく、一定距離たけ離れた位
置にある複数の素子を用いる、（４）素子を間引きして
用いる、などの方法を用いてもよい。

また実施例ではＴＣＬ方式を例にとったか、本発明はそ
れに限らず、他の方式による装置にも適用できる。たと
えば、撮像面にできる像と同じ像の空中像を２個のセパ
レータレンズで２つに分け、ラインセンサ上に再結像し
、各々のセンサ出力の位相差によってデフォーカス量を
求めるセパレータレンズ方式にも適用できる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、デフォーカス量
やイメージセンサの電荷蓄積時間に応じて、デフォーカ
ス量の演算速度を速くするようにしたので１合焦精度を
落すことなくＡＦ動作の反応速度を速くすることがてき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による自動焦点ｍ節装置をビデオカメラ
に使用した実施例を示すブロック線図、第２図は実施例
の動作を説明するフローチャート、第３図ないし第５図
はＴＣＬ方式を例にとって位相差方式の焦点検出装置の
原理を説明する図である。 ｌ ｌ・・・フォーカス調整レンズ、 １７・・・ラインセ ンサ、 ９・・・信号処理回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２個の電荷蓄積型イメージセンサ上に同一の被写体を別
   々に結像させる光学系と、前記各イメージセンサからの
   画像信号の位相差に基づいて撮影レンズのデフォーカス
   量および方向を演算する演算手段と、この演算手段の演
   算値に基づいて撮影レンズのフォーカシングを行なう駆
   動手段とを有する自動焦点調節装置において、前記演算
   手段は、前記イメージセンサを構成する受光素子の個々
   の出力値に基づいてデフォーカス量を演算する第１の演
   算方法と、前記受光素子を複数個組み合わせて１素子と
   して扱い、または前記受光素子を間引いて、出力データ
   量を受光素子の数より少なくし、それに基づいてデフォ
   ーカス量を演算する第２の演算方法とを有し、前回のデ
   フォーカス量演算のときのデフォーカス量またはイメー
   ジセンサの電荷蓄積時間に応じていずれかの演算方法を
   選択することを特徴とする自動焦点調節装置。