JPS60183877A - 焦点検出装置 - 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】 （技術分野） この出願の発明は、撮像手段の出力信号によって焦点検
出を行う装置に関し、とくにビデオカメラ等の高感度化
に伴い、高精度の焦点検出を行うことができる焦点検出
装置に関する。

（従来技術） 主としてビデオカメラに用いられる、映像信号中の輝度
信号から焦点検出を行ういわゆるＴＴＬ　−受動方式の
自動焦点調節装置として、ｒＮＨＫ技術研究」第１７巻
第１号（通巻第８６号）（昭和４０年発行）中の「山登
りサーボ方式によるテレビカメラの自動焦点調整」の論
文をはじめとして各種の方式が提案されている。これら
の方式の多くは、被写体の像が鮮鋭になるほど輝度信号
中の高周波成分が高くなる現象を利用し、なんらかの信
号処理手段によってこの高周波成分を取シ出し、これが
ピークになる位置を合焦とする原理によるものである。

ところで、後に詳細に説明するように、従来のビデオカ
メラでは、短焦点側で被写界深度が深くなるため、短焦
点側で遠近競合が起きる確率が高くても、後記第１０図
及び第１１図の２４で示す程度の一定の測距視野を設定
していたが、カメラの高感度化に伴い、短焦点側でも正
確なピントを得ることが必要になって来ている。

（目的） この出願の第１の発明は、前述の問題点に対処するため
、１層像手段の出力信号によって焦点検出を行う焦点検
出装置において、一定の測距視野のもとでは起こり勝ち
であった遠近！境合被写体による誤測距を減少し、高精
度の焦点検出を行うことができる手段を提供することを
目的とする。

第２の発明なよ、第１の発明の目的を達成するとともに
撮影者の作画意図や被写体条件等に応じて測距視野の大
きさを設定することができる手段を提供することを目的
とする。

（実施例による説明） メージセンサの出力１３号中の輝度信号の高周波成分−
から焦点検出を行う方式の焦点検出装置に適用した例に
ついて、従来の焦点検出装置、この出願の発明の焦点検
出装置の一実施例並びに同実施例におけるズーム現情報
検出及び伝達装置の１１０序で行う。

（従来の焦点検出装置）（第１図〜第１１図）第１図〜
第４図は、前述の輝度信号中の高周波成分がピークにな
る位置を合焦とする原理を模式的に説明するものである
。第１図は、白黒の縞をもつ被写体をビデオカメラで撮
像する場合の結像面における像の状態を示しておシ、図
中縦方向の線を引いた部分が黒の部分に対応している。

結像面で合焦時には同図囚のようになるのに対し、非合
焦時には同図（Ｂ）のように被写体の白黒の境界がぼけ
た状態に力る。第２図は、上記のそれぞれの状態におけ
るイメージセンサの出力中の輝度信号（Ｙ信号）を示し
、当然合焦状態ＧＡ＋が（Ｂ）に比べて位置による出力
差が太きい。すなわち、合焦に近づくほどコントラスト
が高い。このＹ信号の処理手段についてはいくつかの提
案がされており、例えばこの信号を微分して絶対値化す
ると第３図（Ａ）。

（Ｂ）に示すように合焦位置で微分イム号のピークが最
大になることを利用する手段が提案されているが、さら
にＳ／Ｎをよくするためにはこの微分信号を２乗してか
ら積分するという手段を採ってもよい。

第４図は、樅輔に上記のようにして検出された高周波成
分の出力を、横軸に撮影レンズのうち焦点調節に関与す
るレンズ群の停止位ｔ６を示すもので、図から明らかな
ように合焦位置Ａでは高周波成分がピークを示し、非合
焦位置Ｂではピークをはずれる。

第５し１ば、第１図〜第４図に示す焦点検出動作を実行
するだめのシーケンスの一例を示す。測距開始と同時に
後述の手段により測距視野に相当する部分のｙ　’ｆｔ
号がと９出され、■でその高周波成分が抽出される。次
に■で前記のレンズを微小幻、この例ではぐりこむ方向
へ駆動する（一般にくシこむことにより遠方の被写体に
合焦するようになる）。なお第５図では「→Ｆ」の符号
でレンズをくりこみ方向へ駆動することを示し、「→Ｎ
」の符号でくり出し方向へ駆動することを示している。

この状態で■で再び高周波成分がと９出される。

測距開始時点でこのように２つのレンズ位置における高
周波成分をとシ出すのは、方向（前ピンか後ピンか）を
検知するためであり、■でこれら２つの信号が比較され
る。

第６図は、前記の■及び■でそれぞれ抽出された高周波
成分Ａ及びＢの大小と焦点検出系の状ｐ１１との関係を
示すものであり、同図囚）でばＡ＜Ｂであって前ピンの
状態であるからレンズをさらにくシこむことを要しく■
）、同図（Ｂ）でばＡ＃Ｂであるから合ピンとみなすこ
とができ（■）、同図（Ｃ３でばＡ）Ｂであって後ピン
の状態であるからレンズをさらにくシ出すことを要する
（の）。このようにして方向検知した結果、レンズを駆
動した新たな位置で■において再び高周波成分をと９出
し、駆動前の値と比較する（■）。その際、今回の値は
次のサイクルでも比較に用いるので■でサン！ルホ−ル
）’　ｔ、　（８／Ｈ）、次回の高周波成分抽出時にと
９出されて比較に用いられる。このようにして、Ａ勾Ｂ
となった段階で合焦と判断してレンズの駆動を停止する
。

第７図は、上記のＹ信号を取り出す手段を実際のカメラ
に組みこんだ例を示すものであシ、図において１０は撮
影レンズのうちで焦点調節に関与するレンズ群、１１は
ズーム系を構成するレンズ群テ通常バリエータレンズと
コンペンセータレンズよシなり、１２は結像系のレンズ
群である。

１３は例えばＣＣＤよりなるイメーノセンスタイゾの固
体撮像素子、１４はクロック信号発生器、１５は分周器
、１６はＣＣＤ駆動回路、１７如゛水平及び垂直同期信
号発生器、１８はアナログゲート、１９は自動焦点調節
回路であって具体的には前述のように高周波成分によっ
て方向検知を行うものとする。２（Ｎｄマイクロプロセ
ッサであって、その指令に基づきモータ駆動回路２１が
動作し、モータ２２を駆動する。

上記の構成において、クロック信号発生器１４が発生す
るクロック信号は、分周器１５で分周さすしてＮＴＳ　
Ｃ又はＰＡＬ方式等における標準テレビノヨン信号に基
づ込て１フイールド１／６０秒で画面を作シ出ずように
ＣＣＤ　１　、？の１水平期間の読み出しタイミングを
定める４６号が形成される。このイ、。

号に基づきＣＣＤ駆動回路１６によって、ＣＣＤ　１　
、？上に蓄積された光情報が１１−次読み出される。１
杭み出された’Ｉｔ号は加算回路７７Ａで同期信号が重
畳され、さらに不図示の処理回路で公知のように処理さ
れて映像信号が形成される。

一方分周器１５からは、あらかじめ定められた測距視野
（１りｉ」えば第８図の２４で示す位１？ｆ）に対応す
る位置”でのみダートを開くべき１６号が同時に出力さ
れ、アナログゲート１８を経て、この玲を分のＹイｄ号
のみが自動焦点調節回路１９へ送られる。

以後の動作ばＭｉＪ述のとおりである。

第９図は、第７図中のＤ−Ｇの各位置での信号の一例を
示し、（Ｄ）はｃｃｖｉｓから読み出されたばかシの生
の信号を、（Ｅ）はこの信号に加算器１７にで同期信号
がｇＬ畳された信号を、（Ｆ）は自動焦点調節のための
同期信号を、また（へ））は自動焦点調節のために取シ
出されたところの測距視野２４に相当する部分のＹ信号
をそれぞれ示している。

第１０図及び第１１図は、上記のように構成されたビデ
オカメラで被写体３２を撮影した場合のファインダ画面
内の像を示すもので、第１０図Ｖま比較的長焦点よりの
、第１１図は比較的短焦点よシの焦点距１惟で被写体３
２を撮影した場合である。

この図からも分かるように、一般的に、短焦点距離で撮
影している場合は画面内で被写体が占める割合は、長焦
点距離で撮影している場合よりも小さいことが多い。ま
た長焦涜距離で撮影しても、被写体が小さい場合は被写
体距離が遠方であることが多い。これらのことを考え合
わせると、第１０図、第１１図に示した程度の測距視野
２４の位―″を設定しておくと、長焦点側で撮影してい
るときは、遠近競合による誤測距が起こ９難いが、短焦
点側ではこれが起こシ易い。なお図中２３は撮像視野を
示している。

一方、遠近競合を防ぐ目的で、第１０図、第１１図に示
す測距視野２４をさらに小さく構成することもできるが
、この場合には、主として長焦点側で被写体のコントラ
ストのない部分を測距する確率が高くなるので好捷しく
ない。それで、従来のビデオカメラでは、短焦点側で被
写界深度が深くなることから、短焦点側で遠近競合が起
きる確率が高くても、前述の２４で示した程度の大きさ
の測距視野イ〜冒首を設定している。しかしながら、カ
メラの高感度化等に伴い、できれば短焦点側でも正確な
ピントを得ることが必要になって来ているＯ （この出厖１の発明の焦点検出装置６の一実施例）（第
１２図〜第１４図） この出願の第１の発明は、従来の焦点検出装置の前述の
欠点を除去し、一定の測距視野のもとでは起こシ勝ちで
あった遠近競合被写体による誤測距を減少し、高梢反の
焦点検出を行うことを可能にするものであり、また第２
の発明は、第１の発明の目的を達成するとともに撮影者
の作画意図や被写体条件等に応じて測距視野の大きさを
設定することを可能にするものである。

第１２図の２５は、この出願の発明を実施した場合の短
焦点側での測距視野位置の一例を示すもので、第１１１
メ１と同等の焦点距離及び被写体距離ソ のもとで測距視野がよＮ小さくなったことを示している
。

第１３図は、この出ｊ頭の発明の焦点検出装置の一実ｈ
１４例を示し、第７図の装置と基本的にＩｂ１−のも：
す成及び機能を有する部分は、第７図と同一符号を付し
てその詳細な説明を省略する。第１３図中２６はダート
制御回路の一例であるプログラマブル・ロジック・アレ
イ（ＰＬＡ　）であって、測距ネＪ１゜野を選択する信
号を制御する。２７はズーム位置検出手段であって、例
えば検出部とその情報によシ測距位置を決定するだめの
マイクロプロセッサ部を含み、刻々の焦点距離を検出し
、それによって定する測距視野の大きさに基づく情報を
ＰＬｋ２６鈍出力する。ＰＬＡ２６は、との測距視野情
報に従ってゲート１８に供給する制御信号を変化させる
。

すなわち、例えば第９図のＦに示す、輝度信号取シ出し
のための同期信号のオン、オフのタイミングを変化させ
、短焦点側ではオンの期間を短く、長焦点側でけ１４く
なるように制イ１１１１する。

第１４図は、この出願の発明を実施し７た場合の焦点検
出動作のシーケンスの一例を示すもので、第５図に示す
従来の装置のシーケンスと比べると、ズーム位置検出ス
テラｆＯ２■とその情報による測距領域選択ステップＯ
２■とが追加されている。先ず測距開始時にＯでズーム
位置゛、すなわち焦点距離を検出し、Ｏでそれによって
定する測距領域を選択する。以下第５図に関して説明し
た過程で方向を検知し、焦麿調節に［夕４与するレンズ
群（第１３図の１０）を駆動した後、ズーム位Ｕ検出■
及び測距領域選択＠のステップを経て、前述のように（
りで再び萬周波成分を抽出する。

（この出願の発明の実施例におけるズーム位置検出及び
伝達装置）（第１５図、第１６図）前述のズーム位置検
出のための手段としては、従来公知のグレーコード又は
ポテンショメータ等によシ測距視野をかなシ細かく変化
させるほかにリーフスイッチ等によシ２〜３段階に分割
してもよい。

第１５図は、後者の一例として２分割の例を示す。ズー
ム操作＠３３の回転によシレンズ１１の位置が変化し、
撮影レンズの焦点距離が変化する。

具体的には、例えば固定鏡筒に内周嵌合したカム環に２
本のカムが切られ、バリエータレンズとコンペンセータ
レンズの位置がズーム操作環３３に連Ｍｏｂ　Ｌ、て変
化するよう構成される。ズーム操作環３３の外周には、
カム部３４，３５．３６が形成され、一方２枚の接片３
７，３Ｂで構成されたリーフスイッチは、ワイド域でオ
ンになり、テレ域でオフになる。なお図示の位す−は中
間状態であってほぼ上記のオンとオフとの切シ換えポイ
ントである。

さらに、第１５図のズーム現情報検出装ばては、スイッ
チ基板Ｐが設けられ、接片３７，３Ｂの接触又は非接触
による情報はこのスイッチ基板Ｐを介して第１３図のズ
ーム位置検出手段２７中のマイクロプロセッサ部へ伝達
される。スイッチ基板Ｐにおいて１．９９　、４０は入
力側ターミナル、４１゜４２．４３は環状の固定導体片
、４４．４５は出力側ターミナル、４６は軸４７を中心
として回動可能な可動導体片であってその各腕部は環状
をなし、その各先端部４６ａ、４６ｂは接触子を形成し
、図示の位置では接触子４６ａ、４６ｂはそれぞれ固定
導体片４２．４３と接触している。可動導体片４６には
穴４８．４９が設けられ、１７１６図の操作つまみ５１
はねじ止め等の手段でこれらの穴４８．４９に固定され
、つまみ５１を操作すれば可動導体片４６はこれと一体
に回動する。つまみ５ノには指針５２が設けられ、また
それぞれ後述の「自動」、「犬Ｊ及び「小」を示す指標
５．９　、５４及び５５がつまみ５１の周りに設けられ
る。なお第１５図中３９ｈはターミナル３９、導体片４
１及びターミナル４４を接続する導体部、４０ａはター
ミナル４０と導体片４２とを接続する導体部、４５ａは
ターミナル４５と導体片４３とを接続する導体部、５０
はズーム操作環３３の操作ロンドである。

上記の構成におして、可動導体片４６及びつ寸み５ノの
図示の位置は、「自σν１」の位置であって、ターミナ
ル４４．４５からの出力はリーフスイッチをイＨ成する
接片、？　７　、　、？　８のオン、オフに対応する。

すなわち、ズームレンズ系１ノの焦点距ｆｊｆにに応じ
た信号を出力する。次につまみ５ノを図示の位（１へ゛
から約３０度時計方向へ回動させて指針５２が「大」の
指標５４０位Ｓ−に達すると、接触子４６ａと導体片４
２及び接触子４６ｂと導体片４３の接触がＩテたれるの
で、接片、？　７　、　、？　、’７０オン、オフにか
かわらずターミナル４４．４５からの出力はオフになる
。つ１み５１ｆさらに約３０度時計方向へ回動させて指
針５２が「小」の指標５５０位ｂ゛に達すると、接触子
４６ａと導体片４３及び接触子４６ｂと導体片４１とか
それぞれ接触し、ターミナル４４．４５はこれらの固定
及び可動々す体用によシ短絡され、これらのターミナル
からの出力は接片３７　、３　Ｂのオン、オフにかかわ
らずオンになる。

よって前述のように、一般的には、比較的テレで測距視
野が大、比較的ワイドで測距視野が小となるように構成
されているが（自動モード）、これに加えて、テレでも
１歳近競合が激しい場合は「小」に、捷だワイドでもコ
ントラス）・がなく′県点検出が不可能な場合は「犬」
になるように１ｌｌｌｌ距視野を切Ｉ）換えることがで
きるようにしたので、合焦確率を上げることができる。

前述の実施例は、撮像手段として二次元のイメージセン
サを用いるものであったが、この出願の発明を実施する
に当たっては、−次元のイメージセンサを用いることも
できる。あるいはインターラインＣＯＤのひとつ又は一
部の列の出力４５号によって焦点検出を行うようにして
もよい。さらに、この出壓１の発明は、撮像素子中の測
距視野に対応する位１６′を２つの部分に分け、これら
の部分の出力を比較して焦点検出を行う装置のようにに
−ｉ１周波成分を利用しない装Ｎ゛にも適用することが
できる。

また第１３図のゾログラマプル・ロジック・アレイに代
えて他のデート制御回路を用いることもできる。

（効ｆ二） 前述のように、この出に「■の第１の発明によれば、１
１１問像手段の出力４４号によって焦点検出を行う装置
において、撮像光学系の焦点距離を検知し、この焦点ｖ
１シ離に応じて撮像手段の出力（ｅｊ号のと９出しｉ？
＋１＋囲を可変にするようにしたので、一定の測距視野
のもとでは起こシ勝ちであった遠近１障合被写体による
誤測距を減少し、高４古度の整点検出を行うことができ
る。

また第２の発明によれば、第１の発明のｌＩ′ｌ徴に加
え、）、１４点距離と無関係に撮像手段の出力信号のと
り出しａ：ａ囲を特定の範囲に設定する弓・１９をも併
せ設けたので、一般的には焦点距離に応じて測距視野を
変更することかできるとともに撮影者の作１（角、底図
やネル写体条件等に応じて６１す距視野の大きさを設定
することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図囚及び（Ｂ）は、それぞれ合焦時及び非合焦時に
おける派ｒ象装置の結＠：曲上の被写体向の状態を模式
的に示す説明図、第２図（蜀及び（Ｂ）は、それぞれ第
１図（Ａ）及び（Ｂ）の状態におけるイメージセンサの
出力中の輝度信号を示す説明図、第３図（Ａ）及び（Ｂ
）は、それぞれ第２図（Ａ）及び（Ｂｌで示す信号を微
分した信号を示す説明図、第４図は撮像装い′のレンズ
位置とイメージセンサの出力中の高周波成分との関係を
示す線図、第５図は隼点検出動作の７−ケンスの一例を
示す説明図、第６図（Ａ）　、　（Ｂ）及び（Ｃ）　＆
ま、それぞれ焦点検出系の状態とイメージセンサの出力
中の高周波成分との関係を示す説ψ」図、第７図は従来
の焦点検出装置のブロック図、第８図は標ｔｐ的な測距
視野位置を示す説明図、第９図ＣＤ）　、　（Ｅ）　、
　（Ｆ）及び（Ｇ）はそれぞれ第７図のり、Ｅ、Ｆ及び
Ｇの個所の信号を示す波形図、第１０図は従来の焦点検
出装置を用いる撮＠装置において比較的長焦点よりの焦
点距離で被写体を撮影した場合のファインダ画面内の像
の状態を示す説明図、第１１図は同じく比較的短焦点よ
りの焦点距離で７１最影した場合の像の状態を示す説明
図、第１２図はこの出願の発明を実施した撮像装置にお
いて短焦点側の測距視野の大きさを示す説明図、第１３
図はこの出願の発明の焦点検出装置の実施例のブロック
図、第１４図は第１３図の実施例における焦点検出動作
のシーケンスの一例を示す説明図、第１５図はこの出願
の発明の実施例に適用されるズーム環情報検出及び伝達
装置の構成図、第１６図は第１５図の装置を操作するつ
まみの平面図である。 符号の説明 １ノ＝ズーム系を構成するレンズ群、１３：撮像手段の
一例である二次元イメージセンサ、１８：アナログダー
ト、２４．２５：測距視野、２６：ダート制御回路の一
例であるプログラマブル・ロジック・アレイ、２７：ズ
ーム位置検出手段、３３：ズーム操作環、３４　、　Ｊ
　５　、　、？　６　：カム部、ｓ　７　、　、？　ｓ
　：接片、５１：操作つまみ、Ｐ：スイッチ基板。 第１図 （Ａ）（已） 第２文　３４）　。８） 鬼３図　（Ａ）　（３） 第４図 ルンス゛イ立雇 帛１４図 訛１５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　撮像手段の出力信号によって焦点検出を行う焦
   点検出装置であって、 撮像光学系の焦点距離を検知する手段と、この検知手段
   で検知された焦点距離に応じて前記撮像手段の出力信号
   のとり出し範囲を少なくとも２段階に可変にする手段と
   、 金具える焦点検出装置。
2. （２）撮像手段の出力信号によって焦点検出を行う焦点
   子ｒ出装置であって、 撮像光学系の焦点距離を検知する手段と、この検知手段
   で検知された焦点距離に応じて前記撮像手段の出力イー
   号のとシ出し範囲を少なくとも２段階に可変にする手段
   と、 焦点距離と無関係に前記撮像手段の出力信号のとシ出し
   範囲を特定の範囲に設定する手段と、を具える焦点検出
   装置。