JPH03280005A - オートフォーカス装置 - 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、高速、高精度のオートフォーカス装置に関す
る。

（発明の背景） オートフォーカス方式には、大別してパッシブ方式とア
クティブ方式とがある。このうち、レンズシャッタタイ
プのカメラでは、赤外線アクティブ方式が急速に増えて
きている。これは、暗い場所でもオートフォーカスが有
効に働き、被写体のコントラストやパターンに左右され
ないといった特徴があるからである。また、演算処理が
比較的簡単であり、コスト的にも他方式と比較して有利
である。

第１７図に赤外線アクティブ位相差方式の原理を示す。

この方式では、赤外ＬＥＤＩからの赤外光を投光レンズ
２により被写体３に照射する。この被写体３よりの反射
光を受光レンズ４により受け、４分割ＳＰＤからなるセ
ンサ５に導く。この場合、カメラから被写体までの距離
に応じて、センサ５の受光位置が異なる。従って、この
受光位置の相違により、被写体の距離を判定する。

（発明が解決しようとする課題） しかし、この赤外線アクティブ位相差方式では、測距部
（赤外ＬＥＤＩ、投光レンズ２．受光レンズ４．センサ
５）と撮影レンズが別体になるため、パララックスを生
じる欠点がある。

一方、１１８図は上述の赤外線アクティブ位相差方式の
欠点を改善するためになされた、ＴＴＬタイプ赤外線ア
クティブ方式の原理を示す説明図である。この方式では
、赤外ＬＥＤ１からの赤外光はビームスプリッタ６によ
り反射され、レンズ系７を通過し、被写体３に到達する
。被写体３での反射光は、受光レンズ８により集められ
、第１９図に詳しく図示した受光センサ９に導かれる。

この場合、受光センサ９を動かすと、結像スポット９ｃ
に於ける受光量が最大になる。このときの受光センサ９
の位置から、被写体までの距離を判定する。このような
方式では、測距用の赤外光を撮像レンズから照射してい
るために、パララックスを生じないというメリットがあ
る。

しかし、測距用の受光部（受光レンズ、受光センサ）が
必要であり、コンパクト化や低コスト化の妨げとなって
いる。更に、赤外光の投光ポイントが常に固定であるた
め、測距範囲が非常に狭く、赤外照射角内の測距しか行
えないといった不具合がある。

本発明は上記した課題を解決するためになされたもので
あって、その目的は、測距専用の受光部を設けることな
く、簡単な構成で測距が可能であるとともに、測距ポイ
ントを任意の位置に設定することが可能なオートフォー
カス装置を実現することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記した課題を解決する本発明は、電荷の転送方向を正
方向若しくは逆方向に切り換えて駆動することが可能な
固体撮像素子と、固体撮像素子に被写体像を結ばせる光
学系と、光学系を介して被写体に対して光を照射する投
光手段と、固体撮像素子の電荷転送方向を切り換えて駆
動する転送切り換え手段と、電荷転送方向が切り換えら
れたときの固体撮像素子の画像出力の位相差により光学
系のピント位置を求める演算処理回路とを備えたことを
特徴とするものである。

（作用） 本発明のオートフォーカス装置において、投光手段から
発せられ、光学系を通り、被写体に到達した光は反射し
て再び光学系を通り固体撮像素子に結像する。固体撮像
素子は転送方向が正／逆切り換えられ、このときの固体
撮像素子の出力の位相差により演算処理回路でピント位
置が求められる。

（実施例） 以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例の概略構成を示す構成図であ
る。

図において、１０は被写体に対してＡＦ用のスポット光
を照射するため及び被写体像を結像面に導くための光学
系、１１は光学系１０を通してＡＦ用のスポット光を照
射する投光手段、１２は被写体像を受ける固体撮像素子
としてのＣＣＤである。このＣＣＤ１２は水平転送方向
を左右に切り換えることが可能なものであり、詳しくは
後述する。１３はＣＣＤ１２からの画像出力を受けるア
ンプ、１４はＣＣＤ１２の画像出力から輝度（Ｙ）信号
１色差（Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙ）信号を生成するプロセス回路
、１５は輝度信号及び色差信号からコンポジットビデオ
信号（以下、単にビデオ信号という）を生成するエンコ
ーダ、１６はビデオ信号を受けＡＦ演算処理を行いフォ
ーカスエラー信号を生成するＡＦ演算処理回路、１７は
ＣＣＤ１２の駆動制御を行なうと共にフォーカスエラー
信号を受けＡＦ副制御行なう制御部、１８は制御部１７
の制御によりＣＣＤ１２の正／逆転送駆動を行なう転送
切り換え手段を構成するＣＣＤドライバ、１９は制御部
１７からの制御により光学系ｌＯのフォーカシングを行
なうＡＦモータである。

第２図は本実施例で使用するＣＣＤ１２の概略構成を示
す構成図である。ここでは、５×５画素の場合を例示す
る。すなわち、５×５の受光部２０ａ〜２０ｙ、各受光
部２０ａ〜２０ｙの電荷を垂直転送ＣＣＤに出すタイミ
ングを制御する転送ゲート、縦方向に５個の受光部の電
荷を転送する５列の垂直転送ＣＣＤ２１ａ　〜２１ｅ、
５列の垂直転送ＣＣＤ２１ａ〜２１ｅからの電荷を水平
方向に転送する水平転送ＣＣＤ２２、信号電荷を通常の
状態で読み出す読み出しアンプ２３、水平転送ＣＣＤ２
２を逆方向に転送して信号電荷を読み出すための読み出
しアンプ２４を備えている。従って、このＣＣＤ１２の
水平転送ＣＣＤ２２を駆動する方向を切り換えることに
より、水平方向の読み出し方向を切り換えることができ
る。このようにするには、ＣＣＤドライバ１８から水平
転送ＣＣＤ２２を駆動するパルスの位相に若干の変更を
加えるだけてよい。また、第２図にはインターラインＣ
ＣＤ　（ＩＴ−ＣＣＤ）の場合を示したが、Ｆ　ＩＴ−
ＣＣＤでも同様の動作が可能である。

第３図は、本実施例のピント合わせの動作原理を説明す
る説明図である。投光手段１１の一部を構成する発光素
子１１Ａから発せられた光は同じく投光手段１１を構成
するミラー１１Ｂにより反射されて光学系１０を通過し
て被写体に到達する。

この場合、ミラー１１Ｂによる反射により、発光素子１
１Ａからの照射光は撮像面の光軸中心から出射している
ことに相当する。ここで、第３図（Ａ）はいわゆる前ピ
ン（ピントが被写体より手前にあっている状態）を示し
、第３図（Ｂ）は合焦状態を示し、第３図（Ｃ）はいわ
ゆる後ピン（ピントが被写体より奥にあっている状態）
を示している。

また、第４図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ第３図
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の状態で投光手段１１の光照射
による被写体からの反射光をＣＣＤ１２で受けた場合に
おける映像信号の１走査線分の状態を表わしている。こ
の第４図では、水平転送ＣＣＤ２２を正方向に転送（以
下正転送という）した場合のＣＣＤ１２の出力を実線で
、水平転送ＣＣＤ２２を逆方向に転送（以下逆転送とい
う）した場合のＣＣＤ１２の出力を破線で示しである。

第３図（Ａ）の前ピン状態では、ＣＣＤ１２の出力は第
４図（Ａ）に示すように、正転送の位相はｔｌ＋逆転送
の位相はｔ、＋２ａになる。すなわち、正転送のＣＣＤ
出力に比べ逆転送のＣＣＤ出力は２ａだけ位相が遅れて
いる（位相がずれている）ことになる。

第３図（Ｂ）の合焦状態では、ＣＣＤ１２の出力は第４
図（Ｂ）に示すように、正転送及び逆転送の位相はｔ２
になる。すなわち、正転送のＣＣＤ出力と逆転送のＣＣ
Ｄ出力の位相ずれは生じていない。

第３図（Ｃ）の後ピン状態では、ＣＣＤ１２の出力は第
４図（Ｃ）に示すように、正転送の位相はｔ３＋逆転送
の位相はｔ３−２ａになる。すなわち、正転送のＣＣＤ
出力に比べ逆転送のＣＣＤ出力は２ａだけ位相が進んで
いる（位相がずれている）ことになる。

また、第４図のＣＣＤ出力の信号レベルに注目すると、
合焦状態ではレベルが最大（第４図（Ｂ）のＧａ）にな
る。一方、ピントがずれると、ＣＣＤ出力の信号レベル
が低下（第４図（Ａ）、　　（Ｃ）のＧＡ　、Ｇｃ　）
している。

以上のことから、ＣＣＤ出力の正／逆転送の位相差から
前ピン、後ピンを判断し、ＡＦモータ１９の駆動方向を
決定する。合焦状態については、ＣＣＤ出力の信号レベ
ルと位相差の両方から判断できる。

以下、第５図のカメラメインフロー及び第６図のＡＦ演
算処理ルーチンを参照して全体の動作説明を行なう。尚
、ここでは、スチルビデオカメラを例にしてＡＦ動作を
説明する。

２段押しに構成されたレリーズスイッチの第１段目の８
１が押し下げられるまで、カメラは待機状態になってい
る（ステップ■）。ここで、Ｓｌが押し下げられると、
ＡＦ演算処理ルーチンに移行する（ステップ■）。この
ＡＦ演算処理ルーチンでは前述したように、正／逆転送
時の映像信号の位相ずれ及び信号レベルによりピント状
態（前ピン／後ピン／合焦）が検出される。尚、このル
ーチンの詳細は後述する。このＡＦ演算処理により検出
されたピントずれΔＸが０になるまで（ステップ■）、
ＡＦモータが駆動される（ステップ■）。ΔＸが０にな
ると、測光が行なわれる（ステップ■）。そして、レリ
ーズスイッチの２段目の８２が押し下げられるまで待機
しくステップ■）、Ｓ２が押し下げられると露光（ステ
ップ■）。

記録（ステップ■）を実行する。全体の動作は以上の通
りである。

次に、ＡＦ演算処理について第６図を参照して詳細に説
明する。まず、ＣＣＤ１２を正方向に転送を行なうよう
に駆動する（ステップ■）。そして、このときのＣＣＤ
１２の出力のＡＦスポット信号をＡＦ演算処理回路１６
内のフィールドメモリに記憶する（ステップ■）。その
後、ＣＣＤ１２を逆方向に転送を行なうように駆動する
（ステップ■）。そして、正転送駆動により得られたＣ
ＣＤ出力のＡＦスポット信号（フィールドメモリより読
みだす）と逆転過駆動により得られたＣＣＤ出力のＡＦ
スポット信号との減算を行なう（ステップ■）。このと
きの減算結果は第７図に示すようになる。ここで、ある
基準時刻から減算結果の最大値までの時間をｔＩ＋　あ
る基準時刻から減算結果の最小値までの時間をｔ２とす
ると、ｔｌ−１２が正であるか負であるかにより、前ビ
ン／後ピンを判定することができる。このように、ＡＦ
スポット信号の減算結果の最大値、最小値を更に減算し
て、ピントを判定する（ステップ■）。

１、−１２が正である場合、これを解消すべく例えばＡ
Ｆ用のモータを正方向に駆動する（ステップ■）。そし
て、ＣＣＤ出力の減算結果の最大値をＶＡＦとした場合
、この最大値ＶＡＦが所定の値ＶＳ以下になったときに
合焦とみなすことにする。

従って、ＶＡＦ＞ｖｓＯ間はモータを駆動し続ける（ス
テップ■）。そして、合焦と判断されたら、モータを停
止する。

また、１．−１２が負である場合、これを解消すべく例
えばＡＦ用のモータを負方向に駆動する（ステップ■）
。そして、ＶＡＦ＞ｖｓＯ間はモータを駆動し続ける（
ステップ■）。その後、合焦と判断されたら、モータを
停止する。

第８図にＡＦ用のモータ駆動によるＡＦスポット信号の
減算結果の変化の様子を示す。第８図（Ａ）は前ピンと
判断された瞬間の状態である。

そして、モータが駆動され、ピントが合うに従いｖＡＦ
が小さくなると共にｔ、とｔ２の差が小さくなってゆく
（第８図（Ｂ））。そして、ＶＡＦが所定の値■５より
小さくなった時点（第８図（Ｃ））で、合焦とみなし、
モータを停止させるようにする。尚、このｖｓをなるべ
く小さくすることが、ＡＦの精度を向上させることにつ
ながる。

また、前ピン／後ピン判定１会焦判定に使用したＣＣＤ
出力を、微分して得られる立上り若しくは立下り信号を
使用することで、信号の幅が小さくなり、精度が更に向
上する。

ここで、ＣＣＤ出力に含まれる可視光のＡＦスポット信
号を外乱光（可視光）成分から抽出する方法について第
９図を参照して説明する。

第９図（Ａ）はＣＣＤ出力から得られる１フイ一ルド分
のＹ（輝度）信号であり、振幅が明るさを表わしている
。第９図（Ｂ）はＣ（色）信号であり、色副搬送波に対
する位相の違いで色相を表わしている。そこで、発光素
子１１Ａから照射する光の色に応じた位相フィルタでＣ
信号をフィルタリングすると、第９図（Ｃ）のようにＡ
Ｆスポットの部分だけの信号が得られる。そして、高周
波ノイズ除去及び最小スポット幅以上の高周波成分除去
のためのＬＰＦを通過後のＹ信号（第９図（Ｄ））を、
位相フィルタ通過後のＣ信号でゲーティングすると、第
９図（Ｅ）に示すようにＡＦスポット信号のみが得られ
る。

以上のような構成にすることで、投光手段１］を付加す
るだけで、正確、迅速なＴＴＬ方式のＡＦを実行するこ
とか可能になる。

次に、投光手段１１が赤外光を照射する実施例について
説明する。被写体には様々な色、明るさが有り、可視光
によるアクティブ測距が適さない場合もある。そこで、
投光手段１１から赤外光を照射することもできる。第１
０図は赤外光の照射を行なう場合の実施例の概略構成を
示す構成図である。この図で、第１図と同一物には同一
番号を付し、説明は省略する。第１図と異なる点は、投
光手段１１が赤外光を照射することと、フィルタを駆動
するフィルタ駆動部３０及びこのフィルタ駆動部３０に
よる駆動されるフィルタ３１を備えている点である。こ
のフィルタ３１は交互に使用可能な赤外線透過フィルタ
と赤外線カットフィルタとから構成されており、フィル
タ駆動部３０により測距時は赤外線透過フィルタ、通常
露光時は赤外線カットフィルタが選択的に使用される。

般に、ＣＣＤは赤外領域にまで感度を有しており、通常
の露光を行なう際は赤外線カットフィルタが使用されて
いる。そこで、本実施例では、測距時は赤外線を使用し
、可視光などの外乱光の影響を避けるようにしている。

このような実施例では、前述の第９図のようなＣ信号で
のゲーティングによるＡＦスポットの抽出は必要ない。

第１１図は本実施例の概略動作を表わすフローチャート
である。第５図に示した第１実施例の動作と異なる点は
、ＡＦ演算処理前にＩＲ（赤外線）透過フィルタを挿入
しくステップ■）、ＡＦ演算処理終了後にＩＲカットフ
ィルタを挿入（ステップ■）していることである。この
ため、測距時は投光手段１１から発せられた赤外光のみ
がフィルタ３１　（ＩＲ通過フィルタ）を通過してＣＣ
ＤＩ２に到達する。従って、この赤外光によるＡＦスポ
ットをＣＣＤ１２の出力のＹ信号から検出することで、
正確な測距が行える。また、露光時はフィルタ３１　（
ＩＲカットフィルタ）により不要な赤外線は除去され、
通常の露光が行える。

第１２図はフィルタ３１及びフィルタ駆動部３０の主要
部を示した構成図である。フィルタ枠３１Ａに取り付け
られたＩＲカットフィルタ３１Ｂ。

ＩＲ透過フィルタ３１Ｃとが、フィルタ駆動部３１を構
成するプランジャ３０Ａ及び図示しないバネ等によって
駆動される。この図の（Ａ）では■Ｒ透過フィルタ３１
Ｃがセットされた状態であり、（Ｂ）ではＩＲカットフ
ィルタ３１Ｃがセットされた状態である。尚、これ以外
の構造であっても、２種類のフィルタを瞬時に入れ替え
可能であれば、本実施例に適用することができる。尚、
第１３図はＩＲカットフィルタ３１ＢとＩＲ透過フィル
タ３１Ｃとの透過特性を示した特性図である。このよう
な、特性のフィルタを使用することにより、通常の露光
と赤外線による測距とが、専用の受光素子を使用せずに
行える。

尚、ＡＦスポット信号の検出は特定の１本の水平走査線
から行なっても良いが、連続する複数の水平走査線で加
算、平均してから行なっても良い。

このような加算、平均を行なうと、水平走査線間の相関
によりノイズ成分が減少し、ＳＮ比が向上するといった
メリットがある。尚、赤外光を使用すると、可視光の場
合とピント位置が若干具なるが、光学的なフィルタの厚
み若しくはＡＦスポット信号の電気的な位相調整等によ
る補正を行なえば問題はない。

以上のように、投光手段１１から赤外光を照射しても測
距を良好に行える。

次に、ファインダの中心位置以外の位置に投光する場合
について説明する。通常のＡＦ左カメラは、ファインダ
画面の中心でオートフォーカスを行なっていた。しかし
、希望する被写体がファインダ画面の中心にない場合も
ある。そこで、本実施例では、ファインダ画面内の任意
の位置でオートフォーカスが行えるように工夫した。第
１４図は中心からＢだけずれた位置でオートフォーカス
を実行する場１合を示した模式図である。このようにす
るには、ミラー１１Ｂの傾き角を調整すれば良い。第１
４図（Ｂ）は合焦の場合を示しており、このときのミラ
ー１１Ｂの傾き角θによる被写体中心からのずれＢと撮
像面てのずれｂとは比例的であり、計算により求めるこ
とができる。従って、第１５図（Ｂ）に示すように、正
転送と逆転送によるＣＣＤ出力が２ｂずれているものが
本来の合焦状態である。そして、ＣＣＤ出力の位相差に
より前ピン（第１５図（Ａ））、後ピン（第１５図（Ｃ
））を判断する演算は、合焦時のずれ２ｂを考慮する以
外は上述の実施例ものと同じである。

第１６図はパッシブ方式に応用した場合を模式的に示し
模式図である。この場合は、光学系１０の前に遮光板３
２を設け、光軸に対して片側の光束だけを通すように構
成する。このようにした場合の、結像状態は第３図及び
第４図に示した場合と同じになる。尚、この場合の条件
として、左右対称形の被写体がファインダ画面中心に存
在する場合に限られる。また、この場合は、可視光で行
なえば良い。従って、いままで述べた実施例の構成に遮
光板３２を挿入するだけで、パッシブ方式にも応用する
ことが可能である。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明では、電荷の転送方
向を正方向若しくは逆方向に切り換えて駆動することが
可能な固体撮像素子と、固体撮像素子に被写体像を結ば
せる光学系と、光学系を介して被写体に対して光を照射
する投光手段と、固体撮像素子の電荷転送方向を切り換
えて駆動する転送切り換え手段と、電荷転送方向が切り
換えられたときの固体撮像素子の画像出力の位相差によ
り光学系のピント位置を求める演算処理回路とを備える
ようにした。この結果、アクティブ測距であるにもかか
わらず、測距専用の受光部を設けることなく、簡単な構
成で測距が可能であるとともに、測距ポイントを任意の
位置に設定することが可能なオートフォーカス装置を実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のオートフォーカス装置の構
成を示す構成図、 第２図は第１図に示した実施例のオートフォーカス装置
に使用するＣＣＤの構成図、 第３図は第１図に示した実施例のオートフォーカス装置
の動作状態を説明するための説明図、第４図は第１図に
示した実施例のオートフォーカス装置の結像状態を説明
するための説明図、第５図は第１図に示した実施例のオ
ートフォーカス装置の概略動作状態を説明するためのフ
ローチャート、 第６図は第１図に示した実施例のオートフォーカス装置
の詳細な動作状態を説明するためのフローチャート、 第７図は第１図に示した実施例のオートフォーカス装置
のピント位置を検出する際の詳細な動作状態を説明する
ための説明図、 第８図は第１図に示した実施例のオートフォーカス装置
のピント状態を検出する際の詳細な動作状態を説明する
ための説明図、 第９図は第１図に示した実施例のオートフォーカス装置
のＡＦスポット信号を生成する際の状態を説明するため
の説明図、 第１０図は本発明の他の実施例の構成を示す構成図、 第１１図は第１０図に示した実施例のオートフォーカス
装置の概略動作状態を説明するためのフローチャート、 第１２図は第１０図に示した実施例のオートフォーカス
装置に使用する主要部品の構成を示す構成図、 第１３図は第１０図に示した実施例のオートフォーカス
装置に使用するフィルタの特性を示す構成図、 第１４図は更に他の実施例のオートフォーカス装置の動
作状態を説明するための説明図、第１５図は第１４図に
示した実施例のオートフォーカス装置の結像状態を説明
するための説明図、第１６図は更に他の実施例のオート
フォーカス装置の動作状態を説明するための説明図、第
１７図は従来のオートフォーカス装置を概略構成を示す
構成図、 第１８図は従来のオートフォーカス装置の他の例の構成
を示す構成図、 第１９図は第１８図に示したオートフォーカス装置に使
用される受光センサの構成を詳細に示す構成図である。 １０・・・光学系　　　　　１１・・・投光手段１２・
・・ＣＣＤ　　　　　　１３・・・アンプ１４・・・プ
ロセス回路　　１５・・・エンコーダ１６・・・ＡＦ演
算処理回路 １７・・・制御部　　　　　１８・・ＣＣＤドライバ１
９・・・ＡＦモータ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電荷の転送方向を正方向若しくは逆方向に切り換えて駆
   動することが可能な固体撮像素子（１２）と、 固体撮像素子（１２）に被写体像を結ばせる光学系（１
   ０）と、 光学系（１０）を介して被写体に対して光を照射する投
   光手段（１１）と、 固体撮像素子の電荷転送方向を切り換えて駆動する転送
   切り換え手段（１８）と、 電荷転送方向が切り換えられたときの固体撮像素子の画
   像出力の位相差により光学系のピント位置を求める演算
   処理回路（１６）とを備えたことを特徴とするオートフ
   ォーカス装置。