JPH04213972A - フオ─カス調整装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はカメラ一体型ＶＴＲ等
に使用されるフオ─カス調整装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビデオカメラ等に利用されている
フオ─カス方式は、映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、このコントラストが最大となる
ようにフオ─カスレンズを駆動制御して合焦点を得るい
わゆる山登りオ─トフオ─カス方式が主流である。

【０００３】また、ズ─ムレンズのフオ─カス装置とし
ては、従来の前玉フオ─カス方式に代つてインナ─フオ
─カス方式が主流になりつつある。このインナ─フオ─
カス方式のズ─ムレンズは、レンズ群のなかのリレ─レ
ンズ、コンペンセ─タ等の内部レンズを駆動するもので
、前玉方式における合焦至近距離が短く取れないこと、
および径の大きな重いレンズを駆動するために大きなモ
─タが必要になること等の不利な点が解消され、更に至
近距離から無限遠までフルレンジでの合焦が可能である
特徴を持つている。

【０００４】しかし、このインナ─フオ─カス方式のズ
─ムレンズは、ズ─ム時にピント（合焦）ずれが生じる
ので補正しなければならないが、このピントずれの補正
量は、焦点距離や被写体までの距離によって大きく変化
するため、今だに完全な補正をなされたものがないのが
現状である。このインナ─フオ─カス方式におけるズ─
ム時にピント補正をすることをズ─ムトラツキングと言
う。

【０００５】図２は山登りオ─トフオ─カス方式を用い
た従来のフオ─カス装置の構成を示すブロツク回路図で
、１はインナ─フオ─カス方式のズ─ムレンズ、１０１
は固定の集光用前玉レンズ、１０２は変倍用のバリエ─
タ、１０３はバリエ─タ１０２の移動に伴う像面の補正
を行うコンペンセ─タ、１０４はリレ─系レンズの一部
であつてフオ─カス用に使用するマスタレンズで、これ
らのレンズは複数枚のレンズ群で構成されているが、こ
こでは１枚のレンズで表している。

【０００６】２はＣＣＤで、ズ─ムレンズ１によつて結
像された被写体像を電気信号に変換する。３はカメラ信
号処理回路で、映像信号Ｖ、輝度信号Ｙ（図３（ａ））
を出力する。４０１はハイパスフイルタ（以下、「ＨＰ
Ｆ」という）で、輝度信号Ｙのある周波数以上のｂ図３
（ｂ）を通過させる。４０４は増幅器、４０５はロ─パ
スフイルタ（以下、「ＬＰＦ」という）で、増幅器４０
４の出力信号のうち不要な高域成分をカツトした信号Ｃ
（図３（Ｃ））を出力する。４０６は検波器で、ＬＰＦ
４０５の出力信号を検波してなだらかな波形の信号ｄ（
図３（ｄ））を出力する。４０７はＡ／Ｄコンバ─タで
、入力信号ｄをデジタル信号に変換する。４０８は加算
器で、図４に示す画面の中に設定されたフオ─カス検出
領域内のデ─タをデジタル的に加算する。このデジタル
加算出力ｙは焦点評価値（合焦の状態を表す指標）とな
る。以上説明したＨＰＦ４０１〜加算器４０８で焦点検
出回路４を構成する。

【０００７】５はデジタル加算出力ｙが入力される制御
回路、６はモ─タドライバで、制御回路５からのズ─ム
指令に基づきバリエ─タ１０２を移動させるズ─ムモ─
タ７を駆動する。９はパルスモ─タドライバで、フオ─
カス用のマスタレンズ１０４を移動させるパルスモ─タ
１０を制御回路５よりのフオ─カス指令に基づいて駆動
する。８はポテンシヨメ─タで、バリエ─タ１０２の位
置、つまり焦点距離を検出してレンズ位置と１対１に対
応した電位の信号を出力する。１１はマスタレンズ１０
４の可動範囲の端点を検知する端点検知スイツチで、マ
スタレンズ１０４が無限遠の被写体に合焦している位置
でＯＮとなり、この位置を基準としてマスタレンズ１０
４の移動量を表す。

【０００８】まず、山登り法によるフオ─カス調整につ
いて説明する。ズ─ムレンズ１を介して入射した被写体
光は、ＣＣＤ２によつ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Ｖとなる。この映像信号Ｖ
の輝度信号成分Ｙ（図３（ａ））は焦点検出回路４に導
かれ、まず、ＨＰＦ４０１によつて所定高域周波数成分
の信号ｂ（図３（ｂ））が抽出される。この信号ｂは増
幅器４０４で増幅された後、ＬＰＦ４０５で帯域制限さ
れ（図３（Ｃ））、検波器４０６で検波される（図３（
ｄ））。更に、Ａ／Ｄコンバ─タ４０７にてデジタル値
に変換され、加算器４０８で図４に示したフオ─カス検
出領域内のデ─タが加算され、焦点評価値ｙとして出力
される。つまり焦点評価値ｙは、高域周波数成分の積分
値であり、この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、すなわちマスタ
レンズ１０４が合焦点にある時最大値となり、合焦点か
らずれるにしたがつて小さな値となる。したがつて焦点
評価値ｙはマスタレンズ１０４の移動に伴い、図５に示
すような山形の特性となる。制御回路５は、焦点評価値
ｙが常に最大となるようにパルスモ─タ１０をコントロ
─ルして、マスタレンズ１０４を合焦点に駆動する。

【０００９】尚、図５中の特性ｙ１とｙ２の違いはＨＰ
Ｆ４０１のカツトオフ周波数が低い場合を示している。 このようにして山登りオ─トフオ─カス動作が達成され
る。

【００１０】次に、従来例の動作について説明する。制
御回路５からモ─タドライバ６にズ─ム信号が送られて
、ズ─ムモ─タ７が駆動されるとバリエ─タ１０２が光
軸上を移動して変倍作用を行う。この時バリエ─タ１０
２の移動に伴つて焦点も移動するが、カム等を介して機
構的に連結されたコンペンセ─タ１０３が同時に光軸上
を移動して焦点移動を補正するように動作する。

【００１１】しかし、このコンペンセ─タ１０３のみの
補正ではすべての補正が出来ず、結果として図６に示す
ように、被写体までの距離毎にバリエ─タ１０２の移動
に応じてマスタレンズ１０４を移動させなければ合焦に
至らない。このため、ズ─ム中に合焦させる為には図６
に示すいわゆるトラツキング曲線に沿つてマスタレンズ
１０４を移動させる必要がある。

【００１２】これを行う方法の一例として、少々ズ─ム
時間を長めにとり、上述の山登り法が利用される。つま
り、今、被写体までの距離が１ｍであるとすると、図７
に示す被写体までの距離１ｍの理論トラツキング曲線７
を仮想し、実際には曲線カで示したように山登り法を利
用してトラツキングをとつていく。すなわち、広角側か
ら望遠側に移動する場合を考えると、ズ─ムスタ─ト時
には被写体までの距離は解らない。したがつて、上述の
山登り法を利用すると、合焦状態を判定する焦点評価値
ｙが大きくなる点を追いかけて行くことになるので、結
果的に被写体までの距離が解らずともあたかも指標とな
るトラツキング曲線７が存在するかのようにトラツキン
グ曲線７を仮想してトラツキングを取つていき、ズ─ム
時の合焦状態を維持することになる。

【００１３】このように後玉またはインナ─フオ─カス
方式と言われるレンズの焦点調節方法については上記従
来例を含め多数の発明が出願されている。しかしながら
、これらの先行発明に共通して言えることは、広角端か
ら望遠側にズ─ムを行つた場合、一体どのようにしたら
合焦状態を保ちながらズ─ムが出来るのかという点が明
らかにされていない。

【００１４】つまり、ズ─ムの途中から再度ズ─ムを行
う場合や望遠側から広角側にズ─ムをする場合だけを対
象として作用の説明がなされている。これは簡単に被写
体距離が把握出来、トラツキングは極めて容易である。 このことをもう少し端的に言えば、例えば図６に示すト
ラツキング曲線の広角端付近はかなりトラツキング曲線
が接近している（例えば被写体距離１ｍのトラツキング
曲線と、２ｍのトラツキング曲線は極めて近接している
）ため、フオ─カス用のマスタレンズの微小移動で容易
に隣の曲線に移つてしまうこと、および加えて被写界深
度が深い為に、まずは被写体距離に対応したトラツキン
グ曲線を選ぶことは不可能である。このような状態から
望遠側へズ─ムを行つた時、いかに最適なトラツキング
を行うか、または、いかに被写体までの距離を把握する
のかが先行発明では明らかにされていないのが現状であ
る。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】従来のフオ─カス調整
装置は以上のように構成されているので、ズ─ム時の画
角の変動により被写体内容が変わつた場合の合焦評価値
が常時合焦状況を反映しているとはいいがたかつた。し
たがつて、誤つて合焦していると判断する時もあり、制
度良く補正することは難しかつた。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、広角側か
ら望遠側へズ─ムを行う場合に合焦誤りの少ないきわめ
て精度の良いズ─ムトラツキングをとることができるフ
オ─カス調整装置を得ることを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】比較的焦点深度の深い所
ではフオ─カス調整動作を行わず、焦点深度が浅くなり
始めた焦点距離位置からマスタレンズを移動させ、１ス
テツプ移動する毎にカツトオフ周波数の異なる２つのＨ
ＰＦを通過させた輝度信号の高域成分から求めた合焦評
価値の相対比を算出するフオ─カス検出領域のサ─チ動
作を行い、このサ─チ後、上記相対比の一番大きい値を
持つ、つまり、サ─チ中の合焦点位置のレンズ位置と焦
点距離で表される位置近傍を通るトラツキング曲線を選
択し、以後この選択されたトラツキング曲線に沿つてマ
スタレンズを移動させるようにしたものである。

【００１７】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１において、４０１は第１のＨＰＦ、４０２は
第２のＨＰＦで図８（ｂ）に示すように図８（ａ）に示
した第１のＨＰＦ４０１よりもカツトオフ周波数が高く
設定される。４０３はＨＰＦ４０１とＨＰＦ４０２を切
り換えるスイツチ、１２はスイツチ４０３を切り換えて
得られた焦点評価値ｙ１　　，ｙ２　の演算を行う演算
回路、１３はメモリ回路で、演算回路１２の演算結果ｙ
１　，ｙ２　がメモリ回路１３にストアされる。

【００１８】１４はデ─タメモリで、被写体までの距離
に応じたトラツキング曲線（図９）が書き込まれている
。このデ─タメモリ１４に記憶されているトラツキング
曲線のデ─タ形式は、マスタレンズ１０４の駆動用パル
スモ─タ１０の移動量で表される。つまり、マスタレン
ズ１０４の単位移動量をパルスモ─タ１０の１ステツプ
で表しているので、パルスモ─タ１０で駆動されたステ
ツプ数がマスタレンズ１０４の絶対位置となる。上記の
ような形式で被写体の距離毎にトラツキング曲線を持ち
、かつ、おのおののトラツキング曲線について所定の距
離毎、つまり図９に示されている焦点距離ｆｎ１，ｆｎ
２・・・ごとのマスタレンズ１０４の移動量をパルスモ
─タ１０のステツプ数で記憶されている。他方、焦点距
離は、ポテンシヨメ─タ８の電位に１：１で対応して読
み取られ、表される。

【００１９】次に図９のトラツキング曲線に沿つて広角
側から望遠側にズ─ムトラツキングを行うときの動作の
説明をする。いま、被写体までの距離を仮に２ｍとする
と、２ｍのトラツキング曲線に沿つてマスタレンズ１０
４を移動させれば良い。しかし、実際には焦点距離ｆ０
　〜ｆｎ１の範囲では焦点深度が深いこと、またマスタ
レンズ１０４の移動量に対する被写体距離のカバ─範囲
が広いこと等から被写体までの距離の判定が出来ないの
で、あらかじめ距離毎にトラツキング曲線が用意されて
いても、どの曲線を使用したら良いか判別できない。そ
こで、この焦点深度の深い焦点距離ｆ０　〜ｆｎ１の範
囲では画角も被写体内容もあまり変わらず、安定してい
るので、この範囲内では何らの補正動作を行わない。

【００２０】次に焦点距離がｆｎ１になつた時点で図１
０中に破線Ｐで示すように各焦点距離ｆｎ１，ｆｍ１，
ｆｍ２に対応するフオ─カスエリアをサ─チし、この時
、マスタレンズ１０４の単位移動量、つまりパルスモ─
タ１０の１ステツプ毎に焦点評価値ｙ１　，ｙ２による
合焦状態を検知する。すなわち演算回路にはＨＰＦ４０
１，４０２のカツトオフ周波数の違いにもとずく焦点評
価値ｙ１　，ｙ２　の相対比Ａ＝ｙ１／ｙ２を算出し、
制御回路５はこの相対比Ａの大きさから合焦位置を検出
する。

【００２１】次に、相対比Ａの算出方法を説明する。図
５はＨＰＦ４０１または４０２がスイツチ４０３で選択
されているときのフオ─カスレンズの位置に対する焦点
評価値ｙの変化特性を示す図で、図中の特性ｙ１　はＨ
ＰＦ４０１，ｙ２　はＨＰＦ４０２が選択されていると
きの出力特性を示している。

【００２２】フオ─カス動作が開始されたとき、通常初
めに選択されているのはＨＰＦ４０１で、その時の焦点
評価値ｙ１　が、まず制御回路５に与えられて制御回路
５からモ─タドライバ６にズ─ム信号が送られ、モ─タ
ドライバ６はズ─ムモ─タ７を駆動してバリエ─タ１０
２を望遠側に移動させる変倍動作を開始する。

【００２３】次に、制御回路５は図１１（ｂ）に示すよ
うに１フイ─ルド毎にスイツチ４０３を切り換え、演算
回路１２は各フイ─ルド毎に得られた焦点評価値ｙ１　
，ｙ２の相対比Ａを演算する。図５からも理解されるよ
うに、カツトオフ周波数の高いＨＰＦ４０２を用いたと
きの方がＨＰＦ４０１を用いたときより合焦点からの単
位移動量に対する焦点評価値の減少傾向は大きい。した
がつてこのｙ１　／ｙ２の演算結果から合焦点か否かが
判定できる。

【００２４】制御回路５はこのような演算結果をみなが
ら、図１０に示すように、ホ、ヘ、トの順でサ─チする
。この図１０は、オ─トフオ─カス動作の開始時に焦点
距離ｆ０　の広角側のパルスモ─タのステツプ位置２の
位置に停止していたものである。このステツプ位置２に
マスタレンズ１０４が停止しているということは、マス
タレンズ１０４の繰り出し量がステツプ位置１．５〜２
．５の範囲を代表して停止しているということであり、
この範囲内で取り得る被写体までの距離は２ｍから５ｍ
までとなる。よつて、この場合はサ─チ点としてホ、ヘ
、トの３点を取れば充分である。

【００２５】ところでホ、ヘ、トの順にサ─チしていつ
た時、合焦点位置に近いほど相対比Ａ＝ｙ２　／ｙ　１
の値が大きくなる。これは、サ─チ毎に、つまりマスタ
レンズ１０４の１ステツプ移動毎に演算結果ｙ　１／ｙ
２　がメモリ回路１３にストアされるので、サ─チ後、
このメモリ回路１３の内容を確認すればどのサ─チ位置
における演算結果Ａが最大であるのかは容易に解る。制
御回路５は演算結果Ａの一番大きいレンズ繰り出し位置
に最も近いトラツキング曲線をデ─タメモリ１４から選
び出し、以後このトラツキング曲線に沿うように、マス
タレンズ１０４を移動させるように制御し、この結果ズ
─ム時の合焦が保たれる。

【００２６】図１０は、サ─チの結果ヘの位置で演算結
果の相対比Ａが一番大きい場合でその近傍の３ｍのトラ
ツキング曲線が選択され、その後最終的にサ─チ終了点
トの位置から先に選択された３ｍのトラツキング曲線上
のルの位置に到達する様子を表している。つまり、これ
はヘの位置で相対比Ａが大きくなるのは被写体距離とし
て、３ｍ位の所で合焦状態になるということを示してい
る。したがつて、被写体までの距離３ｍのトラツキング
曲線がこの近傍にあるのは当然である。このようにする
と特別な手段を設けなくとも被写体の距離に対応した最
適のトラツキング曲線が選択され、ズ─ム時の焦点補正
を好適に行うことができる。

【００２７】なお、上記実施例の構成用件については、
下記のような変更が可能である。 １．デ─タメモリ１４に記憶しているトラツキング曲線
の数は、トラツキングの精度に応じた本数を選択すれば
良い。 ２．相対比による合焦点検出位置にあらかじめ用意され
たトラツキング曲線が無い場合には、その周辺で近傍の
トラツキング曲線を選択すれば良い。また、合焦点検出
位置と近傍のトラツキング曲線位置との差分をオフセツ
ト移動量として、近傍のトラツキング曲線にオフセツト
をかけて新たなトラツキング曲線とすれば更に精度の良
いトラツキングが可能となる。 ３．フオ─カス用のマスタレンズの移動に使用したパル
スモ─タは、必要な位置精度および停止精度を有するＤ
Ｃモ─タとしても良い。 ４．相対比Ａをｙ１　／ｙ２　として求めたが、ｙ２　
／ｙ１　としてもよく、この場合は最小値が合焦点とな
る。

【００２８】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、フオ─
カスエリアをサ─チしながらしや断周波数の異なる２つ
のＨＰＦを通した２つの焦点評価値ｙの相対比Ａの変化
から合焦点位置を検出してこの合焦点位置の近傍のトラ
ツキング曲線を選択し、このトラツキング曲線に沿つて
ズ─ムレンズのトラツキングをとるようにしたので、ズ
─ム範囲の全域に渡つて合焦精度の良いズ─ムトラツキ
ングがとれるフオ─カス調整装置が得られる効果がある
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のフオ─カス調整装置のブロ
ツク回路図である。

【図２】従来のフオ─カス調整装置のブロツク回路図で
ある。

【図３】図２の従来例の焦点検出回路４の波形図である
。

【図４】画面上のフオ─カス検出領域を示す図である。

【図５】図１の実施例のＨＰＦを切り換えたときの焦点
検出回路４の出力特性を示す図である。

【図６】インナ─フオ─カス方式のズ─ムレンズのトラ
ツキング曲線を示す図である。

【図７】山登り法によるズ─ムトラツキング制御動作を
説明するための図である。

【図８】図１のＨＰＦの特性図である。

【図９】図１の実施例のズ─ムトラツキング曲線を示す
図である。

【図１０】図９の一部拡大図で、図１の実施例のズ─ム
トラツキング動作を説明するための図である。

【図１１】図１の実施例の焦点検出回路４の各部の信号
波形図である。

【符号の説明】

１　　インナ─フオ─カス方式ズ─ムレンズ４　　焦点
検出回路 ５　　制御回路 ７　　ズ─ムモ─タ １０　　パルスモ─タ １２　　演算回路 １３　　メモリ回路 １４　　デ─タメモリ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　輝度信号の高域周波数成分を抽出する
   異なるしや断周波数をもつ複数のフイルタ─手段と、画
   面内に設定されたフオ─カス検出領域内の上記複数のフ
   イルタ─手段の出力を各別に積算する手段と、変倍動作
   時に所定の焦点距離毎にフオ─カスレンズを所定量ずつ
   移動させる手段と、上記フオ─カスレンズが移動するた
   びに上記複数の積算手段の出力の相対比を算出する手段
   と、この算出された相対比を記憶する第１のメモリ手段
   と、変倍動作時のフオ─カスレンズの基準となるトラツ
   キング軌跡を被写体の距離毎に複数記憶するとともに、
   各トラツキング軌跡について、所定の焦点距離毎のフオ
   ─カスレンズの移動量を記憶している第２のメモリ手段
   と、変倍動作時に上記第１のメモリ手段の記憶内容に近
   い第２のメモリ手段に記憶されているトラツキング軌跡
   を選定しこのトラツキング軌跡に沿つてフオ─カスレン
   ズを移動させる制御手段とを備えたフオ─カス調整装置
   。