JPS59204811A - 自動焦点制御装置 - 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】 本発明は自動焦点制御装置に関するもので、特に、ビデ
オカメラの自動焦点制御装置に関する。

写真カメラやビデオカメラなどの光学的撮象機器におい
ては、被写体と撮影レンズとの間の距離に応じて、撮影
レンズと結像面（すなわち、写真カメラの場合は写真フ
ィルム、ビデオカメラの場合は撮像管や固体ｍ機素子の
表面）との相対距離を調整し、結像面上に焦点の合った
像を結ばせる必要がある。この焦点調整操作（いわゆる
ピント合わせ）を自動的に行なう手段として、輪郭検出
方式と呼ばれる自動焦点制御装置が存在する。以下、従
来の輪郭検出方式による自動焦点制御装置について説明
する。

第１図は従来の輪郭検出方式によるビデオカメラの自動
焦点制ｔ１！Ｉ装置の構成の概略を示すブロック図であ
る。第１図において、この装置は撮影用のレンズ１によ
って集光された、接写体（図示せず）からの光を、電気
信号に変換する撮像素子２を備え、撮像素子２の出力は
信号処理回路３を通って映像信号４に変換される。映像
信＠４の一部は、高域フィルタ５、積分器６、焦点電圧
検波回路７、Ａ／Ｄ変換器９をこの順に通って、頂上検
知手段５５および変動検知手段５７に入力される。

一方、レンズ１と撮像素子２の撮像表面との間の相対距
離を検出するレンズ位置検出回路１０によって、この相
対距離に比例した出力信号を発生させ、Ａ／Ｄ変換器１
１を通してデジタル信号とし、頂上引込手段５５に入力
させる。頂上引込手段５５の出力は駆動信号発生手段５
８に入力され、変動検知手段５７の出力は頂上引込手段
５５に入力される。また、レンズ１はその先軸方向に移
動自在となっており、駆動信号発生手段５８の出力に応
答して駆動手段５４たとえはモータ１３によって移動さ
せる。

これらのうち、頂上引込手段５５、変動検知手段５７お
よび駆動信号発生手段５８は、マイクロコンピュータを
用いて構成できる。

次に第１図の装置の動作を説明する。撮像素子２の出力
を、信号処理回路３で処理づ−ることによって得られた
映像信号４は、撮像素子２の撮像表面に形成された光学
像を走査して得られた信号であるから、Ｒ像表面の像の
濃淡変化を反映している。一般にビデオカメラが被写体
に焦点が合っている状態では、撮像表面に形成された像
の輪郭は、精密な濃淡変化を持つのに対し、焦点が合っ
ていない状態では、８Ｉ淡変化の不明瞭な、いわゆるぼ
やけた像となる。このため、撮像表面を走査して得られ
る映像信号４は、焦点が合っている場合には、高周波成
分を多く含み、焦点が合っていない場合には、高周波成
分が低下する。すなわち、映ゆ 像信号←）の高周波成分の同は、合焦点状態にどれだけ
近い状態にあるかく以下「合焦度」という）という判断
の指標となっている。したがって、映像信号４の一部を
、高域フィルタ５および積分器６に順次通すことによっ
て、映像信号４の高周波部分を１フイルードの期間積分
し、焦点電圧検波回路７によって１フイールドごとに出
力すれば、その出力（以下、焦点電圧８という）は、合
焦度に対応した信号となっている。レンズ１の位置とこ
の焦点電圧８との関係を第２図に示す。この関係は、合
焦点Ｆを極大とし、その両側でなだらかに減少する焦点
電圧８である。この出力は、Ａ／Ｄ変換器９によってデ
ジタル信号となる。一方、レンズ位置検出回路１０は、
レンズ１と撮像素子２の表面との相対距離に応じた信号
を出力し、この出力はＡ／Ｄ変換器１１でデジタル信号
に変換される。この２つの回路はレンズ位置検出手段５
３を構成する。したがって、２個のＡ／Ｄ変換器９．１
１の出力は、それぞれ合焦度およびレンズ位置の情報を
含むものである。この２つの信号情報に基づいて、レン
ズ１を移動させるモータ３に、制御出力をマイクロコン
ピュータによって与える過程は、第３図のフローチャー
トを参照して説明する。まず、ビデオカメラの使用者が
、起動スイッチＳをＯＮにすると、頂上引込手段５５＆
よごれを検知して、レンズ１を被写体に近づける方向ま
たは被写体から遠ざける方向のいずれかの方向に移動さ
せる出力を、駆動信号発生手段５８に発生させ、モータ
１３に与える（「起動ｊ１４）。この方向をいずれにす
るかは任意であり、予めどららかに定めておけばよい。

この移動によって、焦点電圧８が増大すれば、そのまま
その方向へ駆動し続け、逆に焦点電圧８が減少する場合
は、レンズ１の移動方向を反転させる（「サーチ」１５
）。

この動作は高域積分手段５２の出力に基づいて頂上引込
手段５５が行なう。これによって、レンズ１は合焦点状
態に近づいてし゛べ。レンズ１か合焦点状態を通過する
と、焦点電圧８は増加力嘔ら減少へと転する。この増加
から減少に転じた点が合焦点状態であるから、この位置
を、レンズ位置検出手段５３からの入力に基づいて頂上
検知手段５５が記憶する（「頂上検出」１６）。その後
、レンズ１を、記憶した合焦点の位置まで逆戻りさせ停
止させる（「停止」１７）。またこの停止を行なった後
にも被写体の動きを焦点電圧８の変動に基づい°（、変
動検知手段５７にょっ°（監視し、焦点電圧８が一定値
以上変動した場合など、必要に応じ、て「起動」１４へ
戻す（「待機」１８）。この間の焦点電圧の動きは、第
２図に示され、一旦焦点電圧の極大の山を越した後、改
めて逆戻りして合焦点Ｆへ達しでいる。

従来の輪郭検出方式の自動焦点制御装置は、以上のよう
に構成されているため、撮影範囲〈「画角」）＋４中に
、ビデオカメラのレンズ１との距離の異なる複数の物体
が存在するとき、その中のどの物体に焦点が合うかは、
「起動」１４におけるレンズ位置で決まってしまう。し
たがって、ビデオカメラの使用者の意思に反した物体に
焦点が合ってしまい、使用者の望む構図をとり得ない場
合が生ずるという欠点があった。

本発明は、上記のような従来の装置の欠点を除去するた
めになされたもので、画角中にレンズ１からの距離の異
なる複数の物体が存在している場合（以下「複数被写体
状態」という）にもビデオカメラ使用者の選択により、
任意の物体に焦点を合わせることのできる自動焦点制御
装置を提供することを目的としている。

本発明は、要約すれば、複数被写体状態にある場合には
、焦点電圧８の、しノンズ１と撮像素子２との間の距離
に対する依存性が、複数の極大部を持つことに対応して
、そのうちの１つの極大部に移動したレンズ１を、他の
所望の極大部付近に強制的に移動させるための手段を設
け、ビデオカメラ使用者のスイッチ選択に基づいて、こ
の強制的な移動を行ない、その後その所望の極大点へ自
動的に引込む自動焦点側ｍ装置を与えるものである。

以下、図面に基づいて、本発明の実施例の構成と動作を
説明し、本発明の詳細を明確にする。第４図は、本発明
の実施例の構成の概略を示すブロック図である。第１図
の従来の自動焦点制御装置と同様に、被写体（図示せず
）からの光は、撮影用のレンズ１によって集光され、撮
像素子２の表面に光学像を形成する。この撮像素子は、
Ｉｉ象管、固体撮像素子などである。この撮像素子２の
出力は、信号処理回路３によって映像信号４とされる。

撮像素子２と信号処理回路３は、光信号から映像信＠４
を得るための撮像手段５１を構成する。この映像信号４
の一部は、高域フィルタ５、積分器６、焦点検波回路７
を順次通って、焦点電圧８となり、Ａ／Ｄ変換器９によ
ってデジタル信号とされる。この高域フィルタ５、積分
器６および焦点検波回路７は、高域積分手段５２を形成
する。一方、レンズ１の位置を検出し、その位置に応じ
た出力信号を発生するレンズ位置検出手段５３として、
レンズ位置検出回路１０が設けられる。レンズ１を光軸
方向に移動させる駆動手段５４たとえばモータ１３も、
従来と同様に設けられる。スイッチとしては、焦点制御
起動スイッチＳのほかに、２個の切換スイッチ１９Ａ、
１９Ｂ＠設ける。以下、便宜上、切換スイッチ１９Ａを
「前」スイッチ１９Ａ、切換スイッチ１９Ｂを「後」ス
イッチ１９Ｂとそれぞれ呼ぶことにする。この２個の切
換スイッチ１９Ａ、１９Ｂは、スイッチング手段６２を
構成する。高域積分手段５２の出力は、Ａ／Ｄ変換器９
を通った後、頂上引込手段５５、極小通過手段５６およ
び変動検知手段５７に入力される。レンズ位置検出手段
５３の出力は、Ａ　／’　Ｄ変換器１１を通った後、頂
上引込手段５５に入力される。焦点制御起動スイッチＳ
は頂上引込手段５５に、スイッチング手段６２はスイッ
チング変化検出手段６０を通して極小通過手段５６に、
それぞれ接続される。変動検知手段５７の出力は頂上引
込手段５５に入力され、頂上引込手段５５および極小通
過手段５６の出力は駆動信号発生手段５８にそれぞれ入
力される。また、極小通過手段５６は頂上引込手段５５
とも連結される。駆動信号発生手段５８の出力は駆動手
段５４に入力される。このうち、頂上引込手段５５、極
小通過手段５６、変動検知手段５７、駆動信号発生手段
５８およびスイッチ〉′グ変化検出手段６０は、マイク
ロコンピュータによって構成できる。

次に、本実施例の動作を説明する。被写体（図示せず）
からの光がレンズ１によって撮像素子２の表面上に集光
され、撮像素子２と信号処理回路３とによって映像信号
４とされ、高域フィルタ５、積分器６および焦点電圧検
波回路７によって焦点電圧８どされる。この動作は第１
図の装置と同様である。ここで、焦点電圧８の、レンズ
１と被写体との距離に対する依存性は、画角中の被写体
が翠−である場合などは第２図に示したように単一の極
大値を持つ曲線となるが、本発明の目的との関係上、画
角中に複数の被写体たとえば物体Ａおよび物体Ｂが存在
し、かつ、それらとレンズ１との間の距離がそれぞれ異
なる場合く第５図（ａ））を考える。このときには、焦
点電圧８の、レンズ１の位置に対する依存性は、第５図
（ｂ）のように、２つの極大を有する曲線となる。第５
図（ａ＞においで、Ｘ　Ａ’　＊　Ｘ　Ｂはそれぞれ物
体Ａ、動物体とレンズ１との間の距離である。また、第
５図（ｂ）において、ＰＡ、Ｐａはそれぞれ物体Ａ。

物体Ｂに焦点が合ったレンズの位置、Ｐｃは、この曲線
の極小値を与えるレンズの位置である。このような特性
を持つ焦点電圧８は、Ａ／Ｄ変換器９を通してデジタル
信号とされている。また、レンズ位置検出回路が、レン
ズの位置を検出し、それに比例した電圧を発生して、Ａ
／Ｄ変換器１１でデジタル信号とされている。この動作
も、従来の装置と同様である。この装置によって自動焦
点制御を行なう動作は、本実施例のフローチャートであ
る第６図を参照して説明する。まず、焦点制御起動スイ
ッチＳ＠ＯＮにする。すると、頂上引込手段５５がこれ
を検知し、駆動信号発生手段５８に、レンズ１を一定の
方向に駆動させる信号を発生させ、モータ１３に出力さ
せる（「起動」１４）。この方向をいずれにするかは、
第１図の従来の装置に関連して述べたように任意である
。その役、頂上検知手段５５が、この駆動によって生じ
た焦点電圧８の変化を検出し、焦点電圧８が増大する方
向にレンズ１の移動を行なわしめ（「サーチ」１５）、
極大の位置を検出、記憶して（「頂上検出」１６）、こ
の極大点までレンズ１を逆戻りさせ、停止させる（「停
止」１７）ことも、従来の装置と同様である。レンズ１
の最初の位置を、第５図でＰｏとすれば、この動作によ
り、ＰＡまでレンズ位置が移動する。ところで、こうし
て移動した極大点ＰＡは、物体Ａに焦点が合っている状
態であり、それは、Ｐｏがたまたま第５図（ｂ）のＯと
Ｐ、の間に存在したために、ＰＡに向かう方向が焦点電
圧８の増大する方向になったにすぎない。ＰｏがＰＣと
■との間にあれば、レンズ１はＰａに引込まれる。焦点
が合うように引込まれた被写体が物体Ａであり、使用者
が焦点を合わせたい被写体が、物体Ｂであるときには、
使用者は「前」スイッチ１９Ａ＠ＯＮにする。このスイ
ッチ変化は、スイッチング変化検出手段６０によって検
出される。この検出出力に基づいて、極小通過手段５６
は、レンズ１を、第５図（ｂ）の■の方向へ移動させる
信号を駆動信号発生手段５８に出力させ（「起動ＡＪ　
２９Ａ＞、モータ１３が駆動される。これによって、レ
ンズ１は、■へ向かう方向へ、極小点Ｐｃを通過するま
で移動する（［サーチＡＪ　３０Ａ）。極小点Ｐｃを通
過すると、これを極小検知手段５６が検知し、この駆動
から、頂上検知手段５５による駆動・頂上検出へと切換
える（「頂上検出」１６）。その後、極大点Ｐａまでレ
ンズ１を引込む動作（「停止」１７）は、前述した動作
と同様である。最初の引込で、物体Ｂに焦点が合った場
合においで、使用者が物体Ａに焦点を合わせることを望
むときは、「後」スイッチ１３　Ｂ　＠　ＯＮにする。

すると、前述した動作とは全く対称的な動作で、レンズ
１は第５図（１））の０の方向に移動さぼられ、物体Ａ
に焦点が合う位＠ＰＡまで引込まれる。こうして、使用
者の望む被写体に焦点が合った後は、変動検知手段５７
が、焦点電圧８の変動を監視しく「待機Ｊ１８Ｍ、一定
値以上の変動が生じへときは、再び「起動」１４の動作
に戻り、焦点の引込みを行なう。焦点電圧８の変動がな
いときには、「前」スイッチ１９ＡおよびＦ後」スイッ
チ１９Ｂのスイッチングの監視へ戻る。

第６図のフローチャ−ト １９Ａの変化を先に検出し、その後、「後」スイッチ１
９Ｂの変化を検出したが、この順序が逆になっても構わ
ないことはもちろんであり、また、「前」スイッチ１９
Ａと「後」スイッチ１９Ｂが同時にＯＮにならないとい
う条件の下では同時に変化を検出するように構成するこ
とも可能である。

さらに、本構成では、焦点を合わせるべき被写体が、前
後２個である場合に限らず、多数存在する場合にも利用
できる。すなわち、第５図（ｂ）の焦点電圧８の特性曲
線が３以上の極大を持つ場合においては、「前」スイッ
チ１９Ａまたは「後」スイッチ１９Ｂを、所要の回数だ
けＯＮにすることにより、その都度、レンズ１は隣接す
る極大点の間を移動し、希望する極大点まで移動させる
ことができる。なお、本実施例では、ビデオカメラを対
象としたが、写真カメラに用いる場合には、レンズ１に
よって集光された光をたとえばハーフミラ−によって分
離し、一方フィルム上に結像させ、他方は撮像素子２に
導けばよい。さらに、画像・映像信号に対する輪郭検出
方式に限らず、入力信号の高周波成分の量に基づいて、
部材の位置制御を行なう一般の場合にも、レンズ１と撮
像手段５１をそれぞれ他の部材、入力手段に交換した構
成で適用可能である。

以上のように、本発明によれば、複数被写体状態にある
場合にも、カメラの使用者の簡単なスイッチング操作に
より、任意の被写体に自動的に焦点を合わせることがで
き、使用の簡便性と、高い構図作成機能を兼ね備えた自
動焦点制御装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の自動焦点制御装置の構成の概略を示す
ブロック図である。第２図は、画角内に１つの被写体が
ある場合の焦点電圧のレンズ位置依存性を示す図である
。第３図は、従来の自動焦点制御装置におけるフローチ
ャートである。第４図は、本発明の実施例の構成の概略
を示すブロック図である。第５図（ａ）、（ｂ）はそれ
ぞれ、画角内にレンズからの距離の異なる２つの物体が
存在する場合の、レンズと物体との相互関係および焦点
電圧のレンズ位置依存性を示す図である。 第６図は、本発明の実施例に対するフローチャートであ
る。 図において、１はレンズを、２は撮像素子を、３は信号
処理回路を、４は映像信１号を、５は高域フィルタを、
６は積分器を、７は焦点電圧検波回路を、８は焦点電圧
を、９および１１はＡ／Ｄ変換器を、１０はレンズ位置
検出回路を、１２および１２′はマイクロコンピュータ
を、１３はモータを、１４は「起動」処理を、１５は「
サーチ」処理を、１６は「頂上検出」処理を、１７は「
停止」処理を、１８は「焦点電圧変動検知」処理を、１
９Ａ、１９Ｂはそれぞれ、「前」スイッチおよび「後」
スイッチを、２１はカメラを、２２および２３はそれぞ
れ、物体Ａおよび物体Ｂを、２８Ａおよび２８Ｂはそれ
ぞれ、「前」スイッチおよび「後」スイッチの変化を検
出する処理を、２９Ａおよび２９Ｂはそれぞれ、「前」
スイッチおよび「後」スイッチの変化に伴った「起動」
処理を、３０Ａおよび３０Ｂはそれぞれ、「前」スイッ
チおよび「後」スイッチの変化に基づいた「サーチ」処
理を、５１は撮像手段を、５２は高域積分手段を、５３
はレンズ位置検出手段を、５４は駆動手段を、５５は頂
上引込手段を、５６は極小通過手段を、５７は変動検知
手段を、５８は駆動信号発生手段を、６０はスイッチン
グ変化検出手段を、６２は切換スイッチング手段を、Ｓ
は焦点制御起動スイッチを、それぞれ示す。 代　　理　　人　　　　　大　　岩　　増　　雄第１圀 第２図　　　　　　第３図 第４圀 ７ 第５図（α） 第５図Ｃ−ｅ、） レンズイｒＬＬ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 レンズ、 前記レンズを光軸方向に移動させる移動手段、前記レン
   ズにより集光された光を画像信号に変換する撮像手段、 前記撮像手段の出力信号の高域成分を積分し、その積分
   値に応じた信号を出力する高域積分手段、前記レンズと
   前記撮像手段との相対位置を検出し、その検出値に応じ
   た信号を発生するレンズ位置検出手段、 前記高域積分手段の出力と前記レンズ位置検出手段の出
   力とに応答して、前記レンズを前記積分値が増加する方
   向に移動させて、前記積分値が極大となる位置まで前記
   レンズを引込む信号を、前記移動手段に出力する頂上引
   込手段、 焦点引込位置を選択するためのスイッチング手段、 前記スイッチング手段のスイッチングに応答して、前記
   レンズを、前記積分値が極小となる位置を通過するまで
   、予め定められた方向へ移動させる信号を前記移動手段
   に出力する極小通過手段、を備えることを特徴とする自
   動焦点制御装置。