JPH0630317A - 自動焦点調節装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 インナーフォーカスレンズにおいて、ズームレンズ位置
によってフォーカスレンズの繰り出し量が異なるため、
ズームレンズ位置によりフォーカスレンズ速度を変化さ
せ、テレ側の即応性とワイド側の安定性を両立させると
ともに、フォーカスレンズの位置によってフォーカスレ
ンズの繰り出し量が異なるためフォーカスレンズの位置
に応じてフォーカスレンズ速度を変化させ、通常域にお
ける安定性とマクロ域における即応性をも両立させた自
動焦点調節装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学系の撮像面上への
合焦状態に応じて自動的に焦点調節を行なう自動焦点調
節（オートフォーカス）装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビデオカメラ等をはじめとする映
像機器の進歩は、目覚ましく、オートフォーカス制御、
オートアイリス制御、ズーム機能等が標準的に装備さ
れ、あらゆる部分において、操作性の改善及び多機能化
がはかられている。

【０００３】ところでオートフォーカス装置を見ると、
ビデオカメラ等の分野では撮像素子等により、被写体像
を光電変換して得られた映像信号中より画面の鮮鋭度を
検出し、それが最大となるようにフォーカスレンズ位置
を制御して、焦点調節を行なうようにした方式が主流に
なりつつある。

【０００４】前記、鮮鋭度の評価としては、一般に複数
の異なった帯域制限のバンドパスフィルター（Ｂ．Ｐ．
Ｆ．）により抽出された各々の映像信号中の高周波成分
のレベル（焦点電圧）等を用いている。

【０００５】これは、通常の被写体像を撮影した場合、
図２のように焦点が合ってくるにしたがって高周波成分
のレベル（焦点電圧）は大きくなり、そのレベルが最大
になる点を合焦位置としている。

【０００６】従って、フォーカスレンズの制御は前記焦
点電圧が低い場合は、これが高くなる方向に駆動し、精
度よく焦点電圧の高い点で停止させるように制御してい
る。このような方式を一般に山登りオートフォーカス方
式と称している。

【０００７】一方、現在のビデオカメラ等のレンズシス
テムにおいては、小型、軽量化が可能であり、光学的な
特性も優れていることからフォーカスレンズ群をズーム
レンズより後方のレンズ群として配置した所謂インナー
フォーカスレンズが主流となってきている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
例では次のような欠点があった。

【０００９】図３にインナーフォーカスレンズの被写体
距離に応じた、カム軌跡を示す。インナーフォーカスレ
ンズは、同じ被写体距離に対するフォーカスレンズ位置
が、ズームレンズの位置により異なる性質がある。また
図４のように同じ被写体距離変化（この図においては例
えば無限から５２ｃｍの被写体距離に対応する特性曲線
を示している）に対する、フォーカスレンズの繰り出し
量がズームレンズ位置によって異なり、ワイド側よりテ
レ側の方が極めて多くなっている。

【００１０】現在のオートフォーカス装置ではインナー
フォーカスレンズにおいて、どのズームレンズ位置にお
いても同じ速度でフォーカスレンズを駆動しているた
め、繰り出し量の少ないワイド側で画面がふわつかない
ような駆動速度に設定すると繰り出し量が多いテレ側で
合焦まで時間がかかったり、逆に速度を上げるとテレ側
よりワイド側で繰り出し量が少ないのにフォーカスレン
ズが速く動き画面がふわついたりした。

【００１１】また上述のフォーカスレンズの位置による
繰り出し量の変化にもとづくオートフォーカス動作の不
都合は、たとえば至近側のマクロ領域と通常域との間に
おけるフォーカスレンズ速度制御においても生じる。

【００１２】すなわち現在のインナーフォーカスレンズ
においては、どのフォーカスレンズ位置においても同じ
速度でフォーカスレンズを駆動しているが、フォーカス
レンズの繰り出し量を見ると、通常域より、至近端近傍
のマクロ域の方が極めて大きい。

【００１３】したがって、画面がふわつかない速度をオ
ートフォーカスのレンズ駆動速度とすると、レンズ面か
らわずかの距離のマクロ域でオートフォーカスの所要時
間が長くなる。一方、レンズ面からわずかの距離のマク
ロ域で快適なレンズ駆動速度をオートフォーカスのレン
ズ駆動速度とすると、通常域ではフォーカスレンズが速
すぎて画面がふわついて見える不都合を生じる。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述した問題
点を解決するためになされたもので、その特徴とすると
ころはフォーカスレンズがズームレンズの後方にあるイ
ンナーフォーカスレンズのレンズ手段と、撮像信号中よ
り検出された焦点状態に応じた信号に基づいて焦点調節
を行なう焦点制御手段と、ズームレンズ位置を知る位置
検出手段と、ズームレンズ位置に基づいて焦点調節速度
を決定する演算手段とを備え、前記演算手段は焦点調節
速度を、ズームレンズ位置がテレ側で速く、ワイド側で
遅く設定するように構成された自動焦点調節装置にあ
る。

【００１５】また本発明の他の特徴は、焦点状態に応じ
た信号に基づいて焦点調節を行なう焦点制御手段と、ズ
ームレンズ位置を検出する検出手段と、フォーカスレン
ズ位置を検出する検出手段と、フォーカスレンズ位置に
基づいて焦点調節速度を決定する演算手段とを備え、前
記演算速度は、焦点調節速度を、フォーカスレンズ位置
がマクロ域なら速く、通常域なら遅くするように構成さ
れた自動焦点調節装置にある。

【００１６】

【作用】これによって、インナーフォーカスレンズにお
いて、テレ側，ワイド側いずれのズームレンズ位置にお
いても最適フォーカスレンズ速度を実現することができ
るとともに、マクロ領域においても最適なフォーカスレ
ンズ駆動速度を設定することができる。

【００１７】

【実施例】以下本発明における自動焦点調節装置を各図
を参照しながら、その実施例について詳述する。

【００１８】図１は本発明の特徴を最もよく表わす図面
であり、同図に於いて１０１は固定の第１レンズ群、１
０２は変倍を行なう第２のレンズ群（ズームレンズ）、
１０３は絞り、１０４は固定の第３のレンズ群、１０５
は変倍に伴う焦点面の移動を補正する機能とピント合わ
せの機能を兼ね備えた第４のレンズ群（フォーカスレン
ズあるいはコンペンセータレンズ）である。又、１０６
は撮像素子である。１０７、１０８、１０９はそれぞれ
ズームレンズ１０２、絞り１０３、フォーカスレンズ１
０５を移動させるためのアクチュエータ、１１０、１１
１、１１２はそれぞれアクチュエータ１０７、１０８、
１０９をシステム全体を制御する後述のシステムコント
ロール回路１１９からの信号によって駆動するためのド
ライバ、１１３、１１４、１１５はそれぞれズームレン
ズ１０２、絞り１０３、フォーカスレンズ１０５の機械
的な位置を検出して電気信号に変換するための位置エン
コーダで、１１３はズームエンコーダ、１１４はアイリ
スエンコーダ、１１５はフォーカスエンコーダである。
１１６は撮像素子１０６の出力を所定のレベルに増幅す
る増幅器、１１７は撮像素子１１６の出力信号中より焦
点検出に用いられる高周波成分を抽出するバンドパスフ
ィルタ、１１８は撮像素子１１６の出力信号レベルを用
いて絞りの状態をコントロールする調整器、１１９は本
システム全体を総合的に制御するとともにバンドパスフ
ィルタ１１７、ズームエンコーダ１１３、アイリスエン
コーダ１１４、フォーカスエンコーダ１１５の出力信号
にもとづいて、アクチュエータ１０７、１０９をコント
ロールするシステムコントロール回路で、マイクロコン
ピュータ（マイコン）によって構成されている。

【００１９】図１の様に構成されたカメラシステムに於
いては、一般にバンドパスフィルタ１１７の出力信号レ
ベルが最大となるようにフォーカスレンズ１０５を移動
させることによって自動焦点調節（ＡＦ）を行なってい
る。また焦点調節の方向すなわちフォーカスレンズの駆
動方向を決めるにはフォーカスレンズ１０５を前後に振
り（ウォブリング）、そのときのバンドパスフィルタ１
１７の出力信号レベルの変化を見て、焦点電圧が大きく
なるほうにレンズを駆動する。

【００２０】次に本実施例の動作を説明する。図４のよ
うにインナーフォーカスレンズにおいては、ズームレン
ズ位置によって、同じ被写体距離変化に対するフォーカ
スレンズの繰り出し量が異なる。具体的には、テレ側が
多くワイド側が少ない。そこで、図４に示すようにズー
ムレンズ位置の移動範囲を３つの領域に分け、それぞれ
ワイド領域，ミドル領域，テレ領域とする。

【００２１】図５に本発明のフローチャートを示す。マ
イコン１１９はステップ５０１で焦点電圧に応じたフォ
ーカスレンズ駆動スピードを算出し、大ボケで速く、合
焦点近傍で遅くしている。さらにステップ５０２で絞り
値による補正をして、フォーカスレンズ駆動スピードを
開放時に遅く、絞り込むと速くしている。これは被写界
深度によって敏感度が変化するためである。そしてこれ
らの条件を全て考慮してあるレンズ駆動速度ａが決定さ
れる。

【００２２】この後が、本実施例の主要な部分で、まず
ステップ５０３で現在のズームレンズ位置をズームエン
コーダ１１３より取り入れる。ステップ５０４で現在の
ズームレンズ位置が図４に示すズーム領域のうちワイド
領域かどうか判定し、そうであれば、ステップ５０５で
フォーカスレンズ駆動スピードを例えば０．３倍に遅く
し、ステップ５０８で速度０．３ａでフォーカスレンズ
１０５を駆動する信号をドライバ１１２に送りアクチュ
エータ１０９を駆動してフォーカスレンズ１０５を駆動
する。

【００２３】また、ステップ５０４で現在のズームレン
ズ位置がワイド領域でなかったときは、ステップ５０６
で現在のズームレンズ位置がミドル領域かどうか判定
し、ミドル領域であれば、ステップ５０７でフォーカス
レンズ駆動スピードを０．７倍に遅くし、ステップ５０
８で速度０．７ａでフォーカスレンズ１０５を駆動する
信号をドライバ１１２に送りアクチュエータ１０９を駆
動してフォーカスレンズ１０５を駆動する。

【００２４】一方、ステップ５０７で現在のズームレン
ズ位置がミドル領域でなかったときは現在のズームレン
ズ位置がテレ領域であるとして、速度補正を行わず、そ
のままの速度とし、ステップ５０８で速度ａでフォーカ
スレンズを駆動する信号をドライバ１１２に送りアクチ
ュエータ１０９を駆動してフォーカスレンズ１０５を駆
動する。

【００２５】その後、ステップ５０９で合焦かどうか判
定し、合焦ならフォーカスレンズの駆動制御を終了、合
焦でなければステップ５０１へ戻り、上述の動作を繰り
返し行う。

【００２６】このように、ズームレンズ位置によりフォ
ーカスレンズ速度を変化させることにより、テレ側で合
焦まで時間がかかったり、ワイド側で画面がふわついた
りすることがなくなり、常に良好で不自然な画像変化を
生じることのないオートフォーカス装置を提供すること
ができる。

【００２７】尚、上述の実施例によると、テレ側に比較
してミドル領域、ワイド領域のフォーカスレンズ速度を
遅くしたのではなく、ズームレンズ領域を予め複数の領
域に分割し、その領域に応じて基準の速度を補正する方
法をとっているため、制御が容易で確実である。

【００２８】またテレ側の速度を基準として、ミドル
側，ワイド側速度を決定するようにしたので、テレ側で
フォーカスレンズ駆動速度が速くなりすぎるような不都
合もない。

【００２９】また速度補正も、係数をズーム領域に応じ
て変化させればよいので、変換レンズを用いた場合に
も、特性の変化に対する対応が容易である。

【００３０】次に本発明の第２の実施例について説明す
る。

【００３１】本実施例は、前述の実施例と同様、インナ
ーフォーカスレンズにおけるフォーカスレンズの速度制
御に関するものであり、特にマクロ領域におけるフォー
カスレンズ速度制御に関するものである。

【００３２】図６にインナーフォーカスレンズの被写体
距離に応じた、カム軌跡を示す。インナーフォーカスレ
ンズでは、図６のように同じ被写体距離に対するフォー
カスレンズ位置が、ズームレンズの位置により異なる。
また、もう１つの特徴としてワイド側において無限から
レンズ面からわずかの距離のマクロまで切り換えなしで
合焦できる。

【００３３】現在のオートフォーカスではインナーフォ
ーカスレンズにおいて、どのフォーカスレンズ位置にお
いても同じ速度でフォーカスレンズを駆動している。

【００３４】ここでワイド端における、フォーカスレン
ズの繰り出し量を見ると、例えば被写体距離にして無限
から５２ｃｍの間の通常域より、５２ｃｍから５ｃｍ、
さらに５ｃｍから７ｍｍの間のマクロ域の方が極めて多
くなっている。

【００３５】したがって、無限から５２ｃｍまでの間で
フォーカスレンズの移動により、画面がふわつかない速
度をオートフォーカスのレンズ駆動速度とすると、レン
ズ面からわずかの距離のマクロ域でオートフォーカスの
所要時間が長くなる。一方、レンズ面からわずかの距離
のマクロ域で快適なレンズ駆動速度をオートフォーカス
のレンズ駆動速度とすると、無限から５２ｃｍまでの間
の通常域でフォーカスレンズの速すぎる移動により画面
がふわついて不自然に見える。

【００３６】本実施例は、前述した問題点を解決するた
めになされたもので、焦点状態に応じた信号に基づいて
焦点調節を行なう焦点制御手段と、ズームレンズ位置を
検出する検出手段と、フォーカスレンズ位置を検出する
検出手段と、フォーカスレンズ位置に基づいて焦点調節
速度を決定する演算手段とを備え、焦点調節速度を、フ
ォーカスレンズ位置がマクロ域なら速く、通常域なら遅
くするようにした自動焦点調節装置を提供するものであ
る。

【００３７】以下、本実施例の構成、動作について説明
するが、回路構成は図１に示す第１の実施例と同様であ
るため、説明を省略する。

【００３８】図７はフォーカスレンズの領域と繰り出し
量の関係を示す円グラフである。インナーフォーカスレ
ンズにおいては、ワイド側で無限からレンズ面からわず
かの距離のマクロまで切り換えなしで合焦できる。しか
し、図７に示したように無限側に比較すると、至近側に
おけるレンズ面からわずかの距離のマクロ域においてフ
ォーカスレンズの繰り出し量が極めて多い。そこで、フ
ォーカスレンズ位置を通常域とレンズ面からわずかの距
離のマクロ域に分ける。

【００３９】図８に本発明のフローチャートを示す。マ
イコン１１９はステップ８０１で焦点電圧に応じたフォ
ーカスレンズ駆動を算出し、大ボケで速く、合焦点近傍
で遅くしている。さらにステップ８０２で絞り値による
補正をして、フォーカスレンズ駆動速度を開放時に遅
く、絞り込むと速くしている。次に、ステップ８０３で
ズームレンズ位置による補正をして、フォーカスレンズ
駆動スピードをテレで速く、ワイドで遅くしている。そ
して、この時点であるレンズ駆動速度ａが決定される。

【００４０】この後が、本実施例の主要な部分で、まず
ステップ８０４で現在のフォーカスレンズ位置をフォー
カスエンコーダ１１５より、ズームレンズ位置をズーム
エンコーダ１１３より取り入れる。ステップ８０５で現
在のフォーカス位置がそのズーム位置においてマクロ域
かどうか判定し、そうであれば、ステップ８０６でフォ
ーカスレンズ駆動スピードをたとえば１．６倍に速く
し、ステップ８０７で速度１．６ａでフォーカスレンズ
１０５を駆動する信号をドライバ１１２に送りアクチュ
エータ１０９を駆動してフォーカスレンズ１０５を駆動
する。

【００４１】また、ステップ８０５で現在のフォーカス
レンズ位置がマクロ域でなかったときは速度補正を行わ
ずにそのままの速度とし、ステップ８０７で速度ａでフ
ォーカスレンズを駆動する信号をドライバ１１２に送り
アクチュエータ１０９を駆動してフォーカスレンズ１０
５を駆動する。

【００４２】その後、ステップ８０８で合焦かどうか判
定し、合焦ならフォーカスレンズの駆動制御を終了、合
焦でなければステップ８０１へ戻り、上述の動作を繰り
返し行う。

【００４３】このように、フォーカスレンズ位置により
フォーカスレンズ速度を変化させることにより、無限側
での速すぎるフォーカスレンズの移動によって生じる画
面のふわつきを伴わずに、レンズ面からわずかの距離の
マクロ域でのオートフォーカスの所要時間を短縮するこ
とができ、常に良好で不自然な画像変化を生じることの
ないオートフォーカス装置を提供することができる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、ズームレンズ位置
により最適にフォーカスレンズ速度を補正することによ
り、繰り出し量の少ないワイド側速度が速すぎて画面が
ふわついたり、繰り出し量が多いテレ側で速度が遅く合
焦まで時間がかかる等の不都合を解消することができ、
テレ側での即応性とワイド側での安定性を両立させるこ
とができる。

【００４５】またフォーカスレンズの通常域とマクロ域
における制御においても、通常域においてはフォーカス
レンズの速度が速すぎることによって生じる画面のふわ
つきを防止でき、レンズ面からわずかな距離のマクロ域
においては、合焦時間を短縮することができる。例え
ば、遠景を写しているときにレンズの前にかざした手へ
の合焦時間や、その後、手をどかして遠景への合焦時間
を短縮する事が、通常域での不自然な画像の変化を伴わ
ずに迅速に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をビデオカメラに適用した第１の実施例
を示すブロック図である。

【図２】焦点電圧とレンズ位置の関係を表わす図であ
る。

【図３】インナーフォーカスレンズのカム軌跡を表わす
図である。

【図４】インナーフォーカスレンズの一定被写体距離変
化に対するフォーカスレンズの繰り出し量を表わす図で
ある。

【図５】本発明の第１の実施例における速度制御を表わ
すフローチャートである。

【図６】インナーフォーカスレンズのカム軌跡を表わす
図。

【図７】インナーフォーカスレンズのワイド端でのフォ
ーカスレンズの繰り出し量の割合を表わす図。

【図８】本発明の第２の実施例における速度制御を表わ
すフローチャート。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フォーカスレンズがズームレンズの後方
   にあるインナーフォーカスレンズのレンズ手段と、 焦点状態に応じた信号に基づいて焦点調節を行なう焦点
   制御手段と、 ズームレンズ位置を知る位置検出手段と、 ズームレンズ位置に基づいて焦点調節速度を決定する演
   算手段と、 を備え、前記演算手段は焦点調節速度を、ズームレンズ
   位置がテレ側で速く、ワイド側で遅く設定するように構
   成されていることを特徴とする自動焦点調節装置。
2. 【請求項２】 焦点状態に応じた信号に基づいて焦点調
   節を行なう焦点制御手段と、 ズームレンズ位置を検出する検出手段と、 フォーカスレンズ位置を検出する検出手段と、 フォーカスレンズ位置に基づいて焦点調節速度を決定す
   る演算手段と、 を備え、 前記演算手段は、焦点調節速度を、フォーカスレンズ位
   置がマクロ域なら速く、通常域なら遅くするように構成
   されていることを特徴とする自動焦点調節装置。