JPH0421276A

JPH0421276A - オートフォーカス装置

Info

Publication number: JPH0421276A
Application number: JP2125989A
Authority: JP
Inventors: Hidemitsu Shimamoto; 秀満島元
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-05-15
Filing date: 1990-05-15
Publication date: 1992-01-24

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〕この発明は、ビデオカメラ等のオートフォーカス装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

第９図は従来のオートフォーカス装置のうち、撮像信号
の高域成分を用いて画面のコントラストを検出し、コン
トラストが最大となるようにレンズを駆動制御すること
でフォーカシングを行う、いわゆる山登りオートフォー
カス装置の例であって、図において、１０１はフォーカ
シング用の前玉レンズ、１０２は変倍用のバリエータ、
１０３は像面補正用のコンペンセータ、１０４は結像用
のリレー系レンズであり、以上でズームレンズ１を構成
している。これらのレンズは一般に複数枚のレンズ群と
なっているが、ここでは便宜上１枚のレンズとして表現
する。２はＣＯＤで、ズームレンズ１からの入射光を電
気信号に変換し、カメラ信号処理回路３に送り、映像信
号ａ、輝度信号すがそれぞれ取り出されている。

次に４０１はＢＰＦ　（バンドパスフィルタ）で、輝度
信号すのある帯域の周波数の信号が通過し、検波器４０
２でなだらかな波形にされ、Ａ／Ｄコンバータ４０３に
てディジタル信号に変換される。

このＡ／Ｄコンバータ４０３からのディジタル信号は加
算器４０４にてディジタル的に加算され、山登り制御の
もととなる焦点評価値Ｃとなって制御回路５に送られる
。そしてこのＢＰＦ４０１〜加算器４０４で焦点検出回
路４を構成する。

また、７は第１のモータドライバで、前玉レンズ１０１
のための第１のモータ１０を制御回路５の指令に基づき
駆動する。同様に、８は第２のモータドライバで、バリ
エータ１０２のための第２のモータ１２を制御回路５の
指令に基づき駆動する０通常モータ１０，１２にはＤＣ
モータが多く用いられる。

なお、９は前玉レンズの位置を検出する第１のセンサで
、モータ１０のブラシノイズ等を観測することで位置の
検出を行う、また、１１はバリエータレンズの位置を検
出する焦点距離検知センサで、摺動抵抗等で構成され、
その場合、レンズ位置と１対１に対応した所定の電位を
読み取ることで位置の検出を行う。

次に動作について説明する。

ズームレンズ１を通して入射された被写体光はＣＣＤ２
によって電気信号に変換され、カメラ信号処理回路３を
経て映像信号ａとなる。そのうちの輝度信号成分ｂ（第
１０図（ａ））は焦点検出回路４に導かれ、まずＢＰＦ
４０１　（第１０図（ロ））において高域成分のみが抽
出される０次に検波器４０２で検波された後（第１０図
（Ｃ））　、Ａ／Ｄコンバータ４０３にてディジタル値
となり、加算器４０４で１画面φの所定領域の値が加算
され、焦点評価値Ｃとして出力される。上記高域成分は
画面のコントラストと対応しているので、コントラスト
最大、すなわちフォーカスレンズが合焦点にある時最大
となり、合焦点からずれるに従って低下する。故に焦点
評価値Ｃはフォーカスレンズの移動に伴い、第１１図に
示すような山の形の特性を示す、制御回路５は出力信号
Ｃが常に最大となるようにモータ１０をコントロールし
、前玉レンズ１０１を合焦点に駆動する。このようにし
てオートフォーカス動作が達成される。

さらにズーム時の動作について説明する。制御回路５よ
りモータドライバ８にズーム信号が送られ、モータドラ
イバ８はモータ１２を駆動する。

モータ１２の駆動に従い、バリエータ１０２は光軸上を
移動し変倍作用を行う、このとき−バリエータ１０２の
移動に伴い焦点移動が発生するが、カム等を介し機構的
に連結されたコンペンセータ１０３が光軸上を同時に移
動し、焦点移動を補正するように動作する。

また、第１３図は従来の山登りオートフォーカス装置の
他の例であって、図中、１０１はフォーカシング用の前
玉レンズ、１０２は変倍用のバリエータ、１０３は像面
補正用のコンペンセータ、１０４は結像用のリレー系レ
ンズであり、以上でズームレンズ１を構成している。こ
れらのレンズは一般に複数枚のレンズ群となっているが
、本件では便宜上１枚のレンズとして表現する。２はＣ
ＣＤで、ズームレンズ１からの入射光を電気信号に変換
し、カメラ信号処理回路３に送られ、映像信号ａ、輝度
信号すがそれぞれ取り出される。

次に４１１は第１のＨＰＦ　（バイパスフィルタ）で、
輝度信号すのある周波数以上の信号が通過し、増幅器４
１２で増幅され、ＬＰＦ　（ローパスフィルタ）４１３
にて不要な高域成分がカットされる。

このＬＰＦ４１３の出力は検波器４１４に送られ、波形
としてなだらかにされ、Ａ／Ｄコンバータ４１５にてデ
ィジタル信号に変化される。

このＡ／Ｄコンバータ４１５からのディジタル信号は、
加算器４１６にてディジタル的に加算され、山登り制御
のもととなる焦点評価値Ｃとなって制御回路５ａに送ら
れる。そしてこのＨＰＦ４１１〜加算器４１６で焦点検
出回路４を構成する。

また、７は第１のモータドライバで、前玉レンズ１０１
のためのモータ１０を制御回路５ａの指令に基づき駆動
する。同様に、８は第２のモータドライバで、バリエー
タレンズ１０２のための第２のモータ１２を制御回路５
ａの指令に基づき駆動する。通常モータ１０．１２には
ＤＣモータが多く用いられる。

なお、９は前玉レンズの位置を検出する第１のセンサで
、モータ１０のブラシノイズ等を観測することで位置の
検出を行う、また、１１はバリエータレンズ１０２の位
置を検出する第２のセンサで、摺動抵抗等で構成され、
その場合レンズ位置は１対１に対応した所定の電位を読
み取ることで位置の検出を行う。

次にその動作について第１４図ないし第１６図を用いて
説明する。

ズームレンズ１を通して入射された被写体光は、ＣＣＤ
２によって電気信号に変換され、カメラ信号処理回路３
を経て映像信号ａとなる。そのうちの輝度信号成分ｂ（
第１４図（ａ））は焦点検出回路４に導かれ、まず、Ｈ
ＰＦ４１１において所定の高域周波数成分のみが抽出さ
れる（第１４図０）））。

次にその成分は増幅器４１２で検波された後、ＬＰＦ４
１３で帯域制限され（第１４図（Ｃ））、検波器４１４
で検波される（第１４図（ｄ））、さらにＡ／Ｄコンバ
ータ４１５にてディジタル値となり、加算器４１６で１
画面中の所定領域の値が加算され、焦点評価値Ｃとして
出力される。上記高域周波数成分は画面のコントラスト
と対応しているので、コントラスト最大、すなわちフォ
ーカスレンズとしての前玉レンズが合焦点にある時最大
となり、合焦点からずれるに従って低下する。故に焦点
評価値Ｃはフォーカスレンズの移動に伴い、第１５図に
示すような山の形の特性を示す。

制御回路５ａは焦点評価（ｔＩ　Ｃが常に最大となるよ
うにモータ９をコントロールし、前玉レンズ１０１を合
焦点に駆動する。このようにしてオートフォーカス動作
が達成される。

さらにズーム時の動作について説明する。制御回路５ａ
よりモータドライバ８にズーム信号が送られ、モータド
ライバ８はモータ１２を駆動する。

モータ１２の駆動に従い、バリエータ１０２は光軸上を
移動し変倍作用を行う。このときバリエータ１０２の移
動に伴い焦点移動が発生するが、カム等を介し機構的に
連結されたコンペンセータ１０３が光軸上を同時に移動
し、焦点移動を補正するように動作する。

ところで、従来撮像レンズのオートフォーカス方式とし
ては、前記第９図または第１３図に示したようにズーム
レンズの前玉レンズを光軸方向に駆動してフォーカスを
合わせる前玉フォーカス方式が多く用いられてきた。そ
の理由としては、構造が比較的簡単であること、マニュ
アル操作でのフォーカシング動作が行いやすいこと等が
挙げられる。しかしその反面、合焦至近距離が短く取れ
ない、径の大きな重いレンズを駆動する必要があるため
、モータも太き（なりがちである。また、回動部分が表
に出るので取扱いに注意を要する等の不利な点もあった
。

これらの問題を解決する方式として、コンベンセータ、
リレー系レンズ等の内部レンズを光軸方向に駆動してフ
ォーカシングを行う、いわゆるインナーフォーカス方式
が考えられている。インナーフォーカス方式を適用する
と上記の問題が解決できるので、例えば操作者は何の手
も加えることなく、無限遠から近至近の被写体にフォー
カス用るというようなことが可能となる。ところがイン
ナーフォーカス方式の場合、フォーカス用レンズがズー
ム用レンズよりも光軸上後方にあるため、第１２図また
は第１６図に示すように撮影している被写体の距離によ
って、ズーミング操作に伴う（すなわち焦点距離の変化
に伴う）焦点の移動量（すなわちフォーカス用レンズの
移動量）が異なるという特徴があり、機械的補正法では
すべての距離の被写体には対応できない。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のオートフォーカス装置は、以上のように構成され
ているので、インナーフォーカス方式のズームレンズに
適用した場合、ズーム時の焦点の移動を精度よく補正す
ることは難しかった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、インナーフォーカス方式のズームレンズのよ
うにズーム時被写体距離によって焦点の移動量が変化す
るような場合でも、焦点がはずれ「ぼける」ようなこと
のない良好なオートフォーカス装置を提供することを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るオートフォーカス装置は、ズーム中、焦
点評価値が所定のしきい値以下となったら、フォーカス
レンズを所定方向にくり出すようにするとともに、上記
しきい値を被写体に応じて切り換えるようにしたもので
ある。

また、複数のフィルターを切り換えて得られる複数の焦
点評価値を演算した値を用いて、上記演算した値が焦点
距離の移動に伴い変化した場合、フォーカスレンズを所
定方向に所定量くり出すようにしたものである。

〔作用〕

この発明における制御手段は、ズーム時焦点移動を補正
するようにモータを駆動し、フォーカス用レンズを移動
させる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図について説明する。

第１図は本発明の第１の実施例によるオートフォーカス
装置を示し、図において、１０１は固定の集光用前玉レ
ンズ、１０５はリレー系レンズの一部であってフォーカ
ス用に供されるマスターレンズ、６は記憶手段としての
ＲＯＭ、２５はステッピングモータである第３のモータ
で、制御回路１５よりの指令に基づいて第３のモータド
ライバ２３により駆動され、マスターレンズ１０５を移
動させる。２４はマスターレンズ１０５の可動範囲の端
点を検知する端点検知スイッチである。その他の部分に
ついては前記従来例と同一である。

まず、第１図において前玉レンズ１０１は固定となり、
マスターレンズ１０５がフォーカスレンズとして動作す
るが、通常のフォーカス動作は前記従来例と同一である
ので、ここではその説明は省略する。以下ズーム時のフ
ォーカス動作について説明する。制御回路１５よりモー
タドライバ１８にズーム信号が送られ、モータドライバ
１８はモータ２２を駆動する。モータ２２の駆動に従い
、バリエータ１０２は光軸上を移動し変倍作用を行う、
バリエータ１０２の移動に伴い、焦点移動が発生するが
、これは第２図に示したように被写体距離毎に移動量が
異なる。

従ってズーム時には何らかの手段によってこの焦点移動
を補正する必要がある。

今、第２図に示すｌ　−ｎの距離の被写体に対して焦点
距離検知センサ１１にて検知されるｆ０〜ｆ、の焦点距
離に対応したフォーカスレンズの絶対位置のデータが、
あらかじめＲＯＭ６に記憶されているものとする。ここ
でフォーカスレンズの絶対位置は、例えば無限遠の被写
体に対する合焦位置、つまり端点検知スイッチ１４がＯ
Ｎとなる所を基準とし、この点よりの移動量で表わす。

また、ここでのＲＯＭ６に記憶されているデータ形式は
ステッピングモータ２５の移動量で表わされる。つまり
フォーカスレンズの単位移動量をステッピングモータ２
５の１ステツプで表わす、なお、ステッピングモータ２
５はオープンループで制御され、駆動されたステップ数
がフォーカスレンズの絶対位置となる。

ＲＯＭ６のデータの一部を第３図に示す。金弟３図に示
すＹの位置で合焦点に到り（焦点距離ｆ。

フォーカスレンズ位置Ｘ、）、望遠側にズームするとし
た場合、制御回路１５はＲＯＭ６に記憶されたデータか
ら領域り、に属すると判断し、しきい値を設定する。フ
ォーカスレンズを全く動かさなかった場合、例えば第４
図に示したようにやがて焦点評価値は減少する。焦点距
離の変化による焦点の移動方向はズームレンズ１の特性
によりあらかじめ知れているので、Ｙ点での焦点評価値
００が所定のしきい値（例えばＣ０の８０％）以下にな
ったら、ステッピングモータ２５を駆動し、フォーカス
レンズを所定量移動させる。そして移動後の焦点評価値
を再びＣ０として所定のしきい値以下となるまで待機す
る。

以下、この動作を繰り返すことでいかなる距離の被写体
にも対応した焦点補正動作が可能となる。

また、上記しきい値は領域により異なった値が設定され
、例えば領域Ｄ０では焦点の移動量が少ない（フォーカ
スレンズの移動量が少ない）ので、過度のレンズ応答を
避けるため５０％といったような値に設定される。

なお、上記実施例ではフォーカスレンズとしてリレー系
のマスターレンズ１０５を駆動する構成となりでいるが
、バリエータ１０２以降のレンズであれば他のレンズを
駆動する構成であってもよい、また、フォーカス用モー
タとしてＤＣモータまたはそれと同等の性能を有するモ
ータを使用してもよい。

また、第５図はこの発明の第２の実施例を示し、図にお
いて、１０１は固定の集光用前玉レンズ、１０５はリレ
ー系レンズの一部であってフォーカス用に供されるマス
ターレンズ、４２２はＨＰＦ（バイパスフィルタ）で、
第６図（ａ）、　（ｂ）に示すごと＜ＨＰＦ４１１より
もカットオフ周波数が高く設定される。

また、４２３はＨＰＦ４１１とＨＰＦ４２２とを切り換
えて出力するスイッチであり、２３は制御回路１５ａの
指令によりフォーカスレンズ移動用のモータ２６を駆動
するモータドライバである。

ここでモータ２６にはオーブンループで位置制御が可能
なステッピングモータを用いる。１４はスイッチ４２３
を切り換えて得られた焦点評価値の演算を行う演算回路
であり、他の部分については前記従来例と同一である。

まず、第６図に示した本実施例の通常のフォーカス動作
は、フォーカス用レンズとして前玉レンズ１０１の代わ
りにリレー系レンズ１０４の一部であるマスターレンズ
１０５が用いられることで、他は前記従来例に示した動
作と同一であるので、ここでの説明は省略する。

以下、ズーム時の焦点補正動作について説明する。今、
第８図に示すごとく、距ｌｌ１ｉｌの被写体に焦点距離
ｆｏ、フォーカスレンズ位置ａ０で、前記山登り動作に
より合焦に到っているものとする。

通常ＨＰＦとして選択されているのはＨＰＦ４１１で、
そのとき焦点評価値を０１とする。また、ＨＰＦ４２２
が選択された場合、焦点評価値はＣ２とする。ここで、
ＨＰＦ４２２はＨＰＦ４１１よりも高いカットオフ周波
数をもつものとする。

両焦点評価量ｃ１．ｃ２の特性は第１５図に示すごとき
ものである。制御回路５よりモータドライバ９にズーム
信号が送られ、モータドライバ９がモータ１０を駆動し
、バリエータ１０２を移動して望遠側に変倍動作を開始
すると、制御回路１５ａは第７図に示すごとく、１フイ
ールド毎にスイッチ４０３を切り換え、各フィールド毎
に得られた焦点評価値ｃｌ、ｃ２を演算し相対比を得る
。

第１５図からも理解されるが、カットオフ周波数の高い
ＨＰＦ２を用いた方が焦点からの単位移動量に対する焦
点評価値の減少傾向は大きい、従ってこの演算結果から
焦点はずれか否かが判定できる。また、ズームが開始さ
れると制御回路５は山登り制御を停止し、焦点補正制御
を開始する。すなわちズームが開始されて焦点が遠ざか
ると、演算結果Ａ＝ｃ２÷Ｃ１は減少していくので、適
当なスレッシッルド値（例えば合焦時の平均的なＡ値の
８０％等）より小さくなったらフォーカスレンズを所定
幅（例えばステッピングモータのステップ幅で数ステッ
プ等）を繰り出して停止し、再び除算結果Ａがスレッシ
ぢルド値を横切るまで待機する。この間のフォーカスレ
ンズの移動軌跡を第８図に示す、以下ズーム期間中この
動作を繰り返すことで、被写体の距離に関係なく、また
倍率の変化による焦点評価値の変化にも影響されにくい
焦点補正動作が得られる。この動作は望遠側から広角側
にズームを行う時も全く同一である。

なお、上記実施例ではフォーカスレンズとしてリレー系
のマスターレンズを駆動する構成となっているが、変倍
レンズ以降の後群レンズであれば、他のレンズを駆動す
る構成であってもよい。

また、焦点情報抽出用のＨＰＦは２個で構成したが、通
常の山登り制御用とは分けるなどして２個以上で構成し
てもよく、またＢＰＦ等を用いても同一の効果を奏する
。またさらにＨＰＦの出力を切り換えるスイッチの切り
換えタイミングは、１フイールド毎に限らなくてもよい
。そしてまた、フォーカスモータとしてはＤＣモータま
たはそれと同等の性能を有するモータならこれを使用し
てもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明に係るオートフォーカス装置に
よれば、ズーム中、焦点評価値が所定のしきい値以下と
なったら、フォーカス用レンズを所定方向にくりだすよ
うにするとともに、上記しきい値を被写体距離に応じて
切り換えるようにするか、あるいは複数のフィルターを
用いて得た焦点評価値の演算結果から、焦点移動に伴う
演算値の減少を検知した場合、フォーカス用レンズをあ
らかじめ定めた方向に繰り出すようにしたので、被写体
の距離に関係なく焦点補正が可能となり、特別な構造を
要することなく優れたオートフォーカス装置が提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例によるオートフォーカ
ス装置を示す構成図、第２図は本実施例の動作を示す図
、第３図はＲＯＭ６の内容を示す図、第４図は焦点評価
値の減少傾向を示した図、第５図はこの発明の第２の実
施例によるオートフォーカス装置を示す構成図、第６図
はＨＰＦＩＨＰＦ２の特性を示した図、第７図はＨＰＦ
をスイッチするタイミングを示した図、第８図は本実施
例の動作に伴う焦点補正軌跡の図、第９図は従来のオー
トフォーカス装置を示す構成図、第１０図は従来装置の
各部の出力波形を示す図、第１１図は焦点評価値の特性
を示す図、第１２図は被写体距離に対する焦点移動軌跡
の図、第１３図は他の従来のオートフォーカス装置を示
す構成図、第１４図は従来のオートフォーカス装置の各
部の出力波形を例示した図、第１５図は焦点評価値の特
性を示す図、第１６図は焦点移動軌跡の図である。図において、１はズームレンズ、２はＣＣＤ、３はカメ
ラ信号処理回路、４は焦点検出回路、１５．１５ａは制
御回路、６はＲＯＭ、２５．２６はステッピングモータ
、１８．２３はモータドライバ、４１１．４２２はフィ
ルタである。なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被写体を撮像するインナーフォーカス式ズームレ
ンズと、該ズームレンズにより撮像された光を映像信号に変換す
る光電変換手段と、上記映像信号から所定高域周波数成分を抽出し所定期間
にわたって積算することにより焦点検出を行なう手段と
、該焦点検出手段の出力に基づきレンズ系の制御を行う制
御手段と、該制御手段によりレンズ系の駆動を行うレンズ駆動手段
とからなるオートフォーカス装置において、変倍動作中に、上記焦点検出手段の出力が所定のしきい
値以下になった時、フォーカスレンズをあらかじめ定め
た所定量移動させるとともに、上記しきい値を被写体距
離にて分割される複数の領域に応じて切り換えるように
したことを特徴とするオートフォーカス装置。
（２）被写体を撮像するインナーフォーカス式ズームレ
ンズと、該ズームレンズにより撮像された光を映像信号に変換す
る光電変換手段と、上記映像信号から所定高域周波数成分を抽出し所定期間
にわたって積算することにより焦点検出を行なう手段と
、該焦点検出手段の出力に基づきレンズ系の制御を行う制
御手段と、該制御手段によりレンズ系の駆動を行うレンズ駆動手段
とからなるオートフォーカス装置において、上記映像信号から各々異なる帯域の高域周波数成分を抽
出する複数のフィルター手段と、該フィルター手段の出力を所定期間にわたって積算する
積算手段と、該積算手段の出力の相対比を求める演算手段とを備え、変倍動作中に、上記相対比が所定値以下になった時イン
ナーフォーカス式のズームレンズをあらかじめ定めた方
向に移動させることを特徴とするオートフォーカス装置
。