JPH0783445B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は撮像装置に関し、特に、オートフォーカス機能
を備えた撮像装置に関する。

［従来の技術］ ビデオカメラ等の撮像装置は、被写体に自動的に焦点を
合わせるためのオートフォーカス機能を有する。一般
に、このようなオートフォーカス機能を有する撮像装置
は、映像信号から得られる情報をもとにフォーカスレン
ズ（または撮像素子）を光軸に沿って自動的に移動さ
せ、合焦状態の被写体像が撮像素子上に結ばれる位置で
停止させる。したがって、オートフォーカス機能のみで
は合焦可能な、撮像装置と被写体との距離が限定され
る。したがって、撮像装置と被写体との距離が合焦可能
な最短距離よりも短くなる領域（これをマクロ領域とい
う。）での撮影、すなわち、近距離撮影が不可能とな
る。そこで、従来のビデオカメラなどは、多くの場合、
レンズ系の焦点距離を自動または手動で変えることがで
きるように構成されている。このようなビデオカメラ
は、先に述べたオートフォーカス機能とレンズ系の焦点
距離を変える機能とを組合わせて用いることによって焦
点合わせを行なう。

たとえば、レンズ系の焦点距離を手動で切換える方式の
ビデオカメラには、その外部に焦点距離を切換えるため
のズームレバー等の切換手段およびオートフォーカス機
能を能動化及び不能化するためのスイッチ等の切換手段
が設けられる。オートフォーカス機能による焦点合わせ
が不可能となる近距離撮影の場合には、ユーザがファイ
ンダから見える画面上の画像の状態からそれを確認し、
オートフォーカス機能を不能化するようにスイッチを切
換え、ズームレバーを動かしてマクロ領域に対応する所
定の位置に設定する。これによって、レンズ系の焦点距
離がマクロ領域で合焦可能となるように切換えられる。
ユーザはこの状態で手動の焦点合わせを行なう。

また、レンズ系の焦点距離を自動で切換える方式のビデ
オカメラでは、レンズ系と被写体との距離がマクロ領域
内にあるためオートフォーカス機能のみによる焦点合わ
せが不可能であることが自動的に検知され、これに応答
してレンズ系の所定のレンズ（ズーム用レンズ）がレン
ズ系の焦点距離を短くする方向、すなわち、広角方向に
変化するように光軸方向に自動的に移動するとともに、
オートフォーカス機能によってフォーカスレンズ（また
は撮像素子）が光軸方向に移動し、合焦位置でこれらの
レンズ（または撮像素子）が自動的に停止する。

［発明が解決しようとする課題］ ビデオカメラに代表される従来の撮像装置におけるマク
ロ領域での撮影時の焦点合わせは以上のような方式で行
なわれていたため、次のような問題が生じた。

マクロ領域での焦点合わせにおいて、レンズ系の焦点距
離が手動で切換えられる場合、マクロ領域での焦点合わ
せに関するすべての操作が手動で行なわれなければなら
ないため、その操作はユーザにとって煩わしいものであ
った。また、このような方式では被写体とレンズ系との
距離がマクロ領域であるにもかかわらず、ユーザがレン
ズ系の焦点距離の切換やオートフォーカス機能の不能化
等の操作を行なわない場合が考えられる。このような場
合、オートフォーカス機能は合焦不可能な範囲、つま
り、合焦状態から極めて逸脱した範囲で動作する。この
結果、オートフォーカス機能が動作するのに必要な映像
信号が十分に得られなくなり、フォーカスレンズの移動
方向を決定する制御信号が得られず、レンズ系が非合焦
位置で停止してしまう場合があった。したがって、この
ような方式では、マクロ領域での焦点合わせが行なえな
くなるという問題が生じた。

また、マクロ領域での焦点合わせにおいてレンズ系の焦
点距離が自動的に切換えられる場合、レンズ系の焦点距
離はオートフォーカス機能によるフォーカスレンズの移
動とは無関係に変化する。したがって、必ずしもレンズ
系の焦点距離が撮像素子上の被写体像を合焦状態とする
のに最適な値となった時点でレンズ系が停止するとは限
らない。そのため、ズーム用レンズが必要以上にレンズ
系の焦点距離を短くする方向（広角側）に移動してしま
い、オートフォーカス機能によって合焦不可能であるよ
うな位置でズームレンズが停止する場合があった。した
がって、このような方式ではレンズ系の焦点距離は、撮
像装置と被写体との距離に対応した最適な値に設定され
にくく、マクロ領域における正確な焦点合わせは困難で
あった。また、オートフォーカス機能とレンズ系の焦点
距離の切換とが同時に行なわれるため、レンズ系が、撮
像素子上の被写体像を合焦状態とする状態となるまでに
多くの時間がかかる。つまり、焦点合わせに要する時間
が長くなり、迅速な焦点合わせが行なわれない。

本発明の目的は上記のような問題点を解決し、被写体と
撮像装置との距離がどのような範囲にあっても迅速に、
かつ、正確な焦点合わせを行なうことのできる撮像装置
を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 上記のような目的を達成するために本発明にかかる撮像
装置は、被写体距離が予め定めるオートフォーカス制御
可能範囲内にある場合においてオートフォーカス機能を
有し、被写体像を撮像素子上に結像させて光学像を得る
光学系と、被写体距離がオートフォーカス制御可範囲以
内にある場合において光学系をオートフォーカス制御す
るオートフォーカス制御手段と、被写体と撮像装置との
間の被写体距離を測定する被写体距離測定手段と、光学
系の焦点距離を測定する焦点距離測定手段と、被写体距
離とオートフォーカス制御可能な限界焦点距離との関係
を示す情報が予め記憶されたメモリ手段とを含む。さら
に、本発明にかかる撮像装置は、被写体距離測定手段に
より測定された被写体距離に応答して、メモリ手段から
この被写体距離に対応する限界焦点距離を読出す手段
と、この読出手段により読出された限界焦点距離と焦点
距離測定手段により測定された焦点距離とを比較して、
測定された焦点距離が測定された被写体距離に対してオ
ートフォーカス制御可能な範囲内であるかどうかを判別
する手段と、この判別手段のオートフォーカス制御可能
範囲内の判別出力に応答して、オートフォーカス制御手
段を能動化する手段と、判別手段のオートフォーカス制
御不可能範囲内の判別出力に応答して、測定された被写
体距離に対応する限界焦点距離まで光学系の焦点距離を
変化させる手段とを備えた。

［作用］ 本発明にかかる撮像装置は上記のように構成されてお
り、メモリ手段には、撮像装置と被写体との距離と、オ
ートフォーカス制御可能な、光学系の限界焦点距離との
関係を示す情報が予め収められており、撮影時の実際の
被写体距離および光学系の焦点距離はそれぞれ被写体距
離測定手段と焦点距離測定手段とによってそれぞれ測定
される。このため、撮影時の実際の被写体距離と実際の
光学系の焦点距離との関係が、オートフォーカス制御可
能範囲内にあるか否かがメモリ手段に収められた情報か
ら判別することが可能となる。さらに、本発明にかかる
撮像装置には、そのような判別を行なう判別手段が備え
られ、かつ、この判別手段がオートフォーカス制御可能
であるという判別出力を出力した場合にオートフォーカ
ス制御手段を能動化する手段と、判別手段がオートフォ
ーカス制御不可能であるという判別出力を出力した場合
にオートフォーカス制御手段を不能化して光学系の焦点
距離をオートフォーカス制御可能範囲内まで変化させる
手段とが備えられる。このため、撮影時の実際の被写体
距離と光学系の焦点距離との関係は常にオートフォーカ
ス制御可能な範囲内に自動的に設定される。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例を示すビデオカメラの光学系
制御部の概略ブロック図である。図を参照して、この光
学系制御部１は、被写体を光学像として取込む光学系
（フォーカスレンズおよびズーム用レンズを含むレンズ
系、撮像素子等を含む。）２から得られる映像信号等の
情報からビデオカメラと被写体との距離（被写体距離）
を検出してアナログ形式の被写体距離検出信号を出力す
る被写体距離検出装置３と、レンズ系内のズーム用レン
ズの位置からレンズ系の焦点距離を検出してアナログ形
式の焦点距離検出信号を出力する焦点距離検出装置４
と、被写体距離検出装置３の出力および焦点距離検出装
置４の出力をそれぞれディジタル信号に変換するA/D変
換器５および６と、光学系２から得られる映像信号から
撮像素子上の被写体像の状態（合焦／非合焦）を検出し
て結像状態検出信号を刑する結像状態検出部10と、A/D
変換器５および６の出力と結像状態検出部10の出力とを
所定のプログラムに従って処理するマイクロコンピュー
タ（以下、マイコンと略す。）７とを含む。

被写体距離検出装置３の被写体距離検出方式および焦点
距離検出装置４の焦点距離検出方式は、光学系からの情
報を用いる方式であれば周知のいかなる方式であっても
よい。

マイコン７は、レジスタ71,72,および74と、ROM（リー
ドオンリメモリ）73と、比較器75と、フォーカスレンズ
制御信号発生部76とを含む。

光学系制御部１は、さらに、フォーカスレンズを移動さ
せるためのフォーカスモータと、レンズ系の焦点距離を
変化させるためのズーム用レンズを移動させるためのズ
ームモータとを含むモータ部８と、比較器75の出力およ
びフォーカスレンズ制御信号発生部76の出力に応じてモ
ータ部８のフォーカスモータおよびズームモータを駆動
するモータ駆動回路９とを含む。

フォーカスレンズ制御信号発生部76は、結像状態検出部
10からの結像状態検出信号を所定のプログラムに従って
処理することによって、フォーカスレンズ（または撮像
素子）の移動方向を、撮像素子上の被写体像が合焦状態
となる方向に制御するためのフォーカスレンズ位置制御
信号を得、これをモータ駆動回路９に与える。モータ駆
動回路９は、フォーカスレンズ位置制御信号に応じた方
向にモータ８を駆動する。これによって、モータ８はフ
ォーカスレンズを、撮像素子上の被写体像が合焦状態に
なる方向に移動させる。なお、結像状態検出部10からの
結像状態検出信号が“合焦”を示すものである場合にフ
ォーカスレンズ制御信号発生部76から出力されるフォー
カスレンズ位置制御信号は、モータ部８のフォーカスモ
ータを停止させるものとなる。つまり、結像状態検出部
10およびフォーカスレンズ制御信号発生部76によって従
来のオートフォーカスが行なわれる。以下、フォーカス
レンズ制御信号発生部76が従う、所定のプログラムをオ
ートフォーカス（AF）メインプログラムと呼ぶ。

結像状態検出部10およびフォーカスレンズ制御信号発生
部76における信号処理方式およびフォーカスモータに対
する制御の方式には周知のどのような方式が用いられて
もよい。

ROM73には、被写体距離と、フォーカスレンズ（または
撮像素子）を光軸に沿って移動させることによって撮像
素子上の被写体像を合焦状態とすることができる、レン
ズ系の最長焦点距離（以下、これを合焦可能限界焦点距
離と呼び、各合焦可能限界焦点距離に対応する被写体距
離を合焦可能限界被写体距離と呼ぶ。）との関係が予め
記憶されている。

第３図は、被写体距離と合焦可能限界焦点距離との一般
的な関係を示す図である。図において、横軸はレンズ系
の焦点距離、縦軸は被写体距離、斜線部および境界線Ｒ
上はフォーカスレンズ（または撮像素子）を光軸に沿っ
て移動させることによって撮像素子上の被写体像を合焦
状態とすることができない領域（以下、これを合焦不可
能領域と呼ぶ。）を示す。なお、横軸における焦点距離
の値は正方向に向かうほど小さくなる。さらに、図中、
TELE端はズーム用レンズの移動によって可能な、レンズ
系の最長焦点距離を示し、WIDE端はズーム用レンズの移
動によって可能な、レンズ系の最短焦点距離を示し、Ｐ
はレンズ系の焦点距離が最長である場合の合焦可能限界
被写体距離を示し、Ｑは被写体距離が０の場合の合焦可
能限界焦点距離を示す。したがって、合焦不可能領域と
合焦可能領域との境界線Ｒに対応するデータがROM73に
記憶される。本実施例においては、ROM73に記憶され
る、各被写体距離に対応する焦点距離の値は第３図にお
ける境界線Ｒ上の値よりも合焦可能方向にわずかにずれ
た値、つまり、合焦可能限界焦点距離に対応する値であ
る。しかし、ROM73に与えられるデータは境界線Ｒに相
当するデータであればよく、本実施例によるものに限定
されない。

以下、この光学系制御部１の動作について詳しく説明す
る。

第２図は、光学系制御部１における一連の信号処理手順
を示すフローチャート図である。第１図および第２図を
参照して、まず、被写体距離検出装置３からの被写体距
離検出信号がA/D変換器５によってディジタル信号に変
換され（処理ステップS1）、被写体距離データとしてレ
ジスタ71に入力される（処理ステップS2）。以後、便宜
上、被写体距離データが表わす被写体距離の値をY₁とす
る。次に、焦点距離検出装置４からの焦点距離検出信号
がA/D変換器６によってディジタル信号に変換され（処
理ステップS3）、焦点距離データとしてレジスタ72に入
力される（処理ステップS4）。以後、便宜上焦点距離デ
ータが表わす焦点距離の値をX₁とする。次に、処理ステ
ップS2で、レジスタ71に入力された被写体距離データが
ROM73に与えられ、ROM73から被写体距離データが表わす
被写体距離の値Y₁に対応する合焦可能限界焦点距離X₁′
が読出され（処理ステップS5）、レジスタ74に入力され
る（処理ステップS6）。次に、処理ステップS6において
レジスタ74に与えられた合焦可能限界焦点距離X₁′と処
理ステップS4においてレジスタ72に与えられた焦点距離
データが表わす、レンズ系の実際の焦点距離X₁とが比較
器75によって比較される具体的には、レンズ系の実際の
焦点距離X₁が合焦可能限界焦点距離X₁′よりも長いか否
か、すなわち、X₁′−X₁＞０が成立しているか否かが判
別される（処理ステップS7）。処理ステップS7における
判別結果が“Yes"であれば、これは、レンズ系の実際の
焦点距離X₁が第３図における合焦可能領域内にあること
を意味する。そこで、この場合には、レンズ系の焦点距
離X₁はその値に維持されたまま、結像状態検出部10,フ
ォーカスレンズ制御信号発生部76,およびフォーカスモ
ータによる焦点合わせがAFメインプログラムに従って行
なわれる（処理ステップS8）。しかし、処理ステップS7
における判別結果が“No"であれば、これは、レンズ系
の実際の焦点距離X₁が第３図における合焦不可能領域内
（たとえば第３図中の×印の位置）にあることを意味す
る。そこで、この場合には、モータ８のズームモータを
駆動してズーム用レンズである量（X₁−X₁′に対応する
量）移動させてレンズ系の焦点距離を合焦可能限界焦点
距離X₁′まで戻すために、比較器75によって実際のレン
ズ系の焦点距離X₁と合焦可能限界焦点距離X₁′との差X₁
−X₁′に対応する焦点距離制御信号が作成されてモータ
駆動回路９に出力される（処理ステップS9および第３図
参照）。次に、焦点距離制御信号に応じて、モータ駆動
回路９がモータ８のズームモータを駆動する（処理ステ
ップS10）。これによって、レンズ系の処理が実際の被
写体距離に対応する合焦可能限界焦点距離X₁′に引き戻
され、結像状態検出部10,フォーカスレンズ制御信号発
生部76およびフォーカスモータによる焦点合わせが可能
となる。処理ステップS10における処理が終了すると、
光学系制御部１における処理が再び処理ステップS1に戻
る。つまり、上記のような処理ステップS1〜S10による
一連の処理が繰返されることによって、被写体に対する
焦点合わせが常にオートフォーカス機能によって合焦可
能な条件で行なわれる。たとえば、初期状態（撮影開始
時や撮影の対象が他の被写体に移った場合など）におい
て、被写体距離が第３図における合焦不可能領域内にあ
った場合には、レンズ系の焦点距離が被写体距離に対応
する合焦可能限界焦点距離まで引き戻される。つまり、
レンズ系がオートフォーカス機能による合焦が可能とな
る状態に自動的に設定される。また、同様に、マクロ領
域での撮影を手動の焦点合わせによって行なわねばなら
なかった従来の撮像装置に本発明を適用すれば、ズーム
レバー等の手動によるレンズ系の焦点距離切換などによ
ってレンズ系の焦点距離が合焦不可能領域に侵入した場
合にも、レンズ系はオートフォーカス機能による合焦が
可能となる状態に自動的に設定された後オートフォーカ
ス機能が能動化される。したがって、従来のようにマク
ロ領域にある被写体に対して手動による焦点合わせを行
なう必要はない。さらに、マクロ領域にある被写体に対
して自動的に焦点合わせを行なう、従来のビデオカメラ
のようにズーム用レンズが非合焦位置で停止してしまう
という問題は生じない。したがって、マクロ領域での撮
影における焦点合わせが従来に比べはるかに正確にな
る。さらに、ビデオカメラからどのような距離にある被
写体に対してもレンズ系はオートフォーカス機能による
合焦が可能となる状態に予め設定されるので、合焦まで
に要する時間が従来よりも短縮される。

なお、光学系制御部における信号処理手順は第２図に示
されるものに限定されない。また、第２図における処理
ステップS7およびS9に対応する処理、すなわち、実際の
レンズ系の焦点距離と被写体距離との関係がオートフォ
ーカス機能によって合焦可能か否かを判別してズーム用
レンズの移動量を決める方式は、ROMに与えられている
データが何を表わすかによって異なる。

［発明の効果］ 以上のように本発明にかかる撮像装置によれば、光学系
（レンズ系）の焦点距離と被写体距離との関係が常に合
焦可能領域内に入るように自動的に設定される。このた
め、マクロ領域での撮影において、従来に比べ迅速、か
つ、正確な焦点合わせが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す光学系制御部の概略ブ
ロック図、第２図は第１図で示される光学系制御部にお
ける信号処理手順を示すフローチャート図、第３図は従
来および本発明にかかる撮像装置におけるレンズ系の一
般的な特性を示す図である。 図において、１は本発明にかかる撮像装置の光学系制御
部、２は光学系、３は被写体距離検出装置、４は焦点距
離検出装置、５および６はA/D変換器、７はマイコン、
８はモータ部、９はモータ駆動回路、10は結像状態検出
部、71,72および74はレジスタ、73はROM、75は比較器、
76はフォーカスレンズ制御信号発生部である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被写体距離が予め定めるオートフォーカス
   制御可能範囲内にある場合においてオートフォーカス機
   能を有する撮像装置であって、 被写体像を撮像素子上に結像させて光学像を得る光学系
   と、 被写体距離が前記オートフォーカス制御可能範囲内にあ
   る場合において前記光学系をオートフォーカス制御する
   オートフォーカス制御手段と、 前記被写体と前記撮像素子との間の被写体距離を測定す
   る被写体距離測定手段と、 前記光学系の焦点距離を測定する焦点距離測定手段と、 被写体距離と、オートフォーカス制御可能な限界焦点距
   離との関係を示す情報が予め記憶されたメモリ手段と、 前記被写体距離測定手段により測定された被写体距離に
   応答して、前記メモリ手段からこの被写体距離に対応す
   る限界焦点距離を読出す手段と、 前記読出手段により読出された限界焦点距離と前記焦点
   距離測定手段により測定された焦点距離とを比較して、
   測定された焦点距離が測定された被写体距離に対してオ
   ートフォーカス制御可能な範囲内にあるかどうかを判別
   する手段と、 前記判別手段の、オートフォーカス制御可能範囲内の判
   別出力に応答して、前記オートフォーカス制御手段を能
   動化する手段と、 前記判別手段の、オートフォーカス制御不可能範囲内の
   判別出力に応答して、前記測定された被写体距離に対応
   する限界焦点距離まで前記光学系の焦点距離を変化させ
   る手段とを備えた、撮像装置。