JPS60183878A - 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品感度化
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（ｍ対中の輝
度１１１号から焦点検出を行ういわゆるＴＴＬ　−受ｕ
ｄｙ方式の自動焦点調節装置として、ｒ　ＮＨＫ技術研
究」第１７巻第１号（通巻第８６号）（昭和４０年発行
）中の「画賛りサーブ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機業されて
いる。これらの方式の多くｖよ、被写体の塚が鮮鋭にな
るほど輝度信号中の藏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、これがピークに々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ａｌに説明するように、従来のビデオ
カメラでは、遠距離で撮影する方が被写界深度が深くな
るため、遠距離被写体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園の２４で示す程度の一定
の測距視野を設定（７てい／ζが、カメラの撮影レンズ
の倍率上昇等に伴い゛水距犠］Ｌ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のシＩＺ明は、前述の問題点に対処する
ため、撮像手段の出力信号によって焦点検出を行う焦点
検出装置において、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調温１１′目を減少し
、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
さを設定することができる手段を提供することを目的と
する１ （実施例による説明） メー、ゾセンザの出カイ、３号中の輝度信号の高周波Ｉ
Ｊ′ｙ分から焦点検出を行う方式の焦点検出装置に通用
した例について、従来の焦点検出装置、この出ノｌ］！
１１のうＧ明の焦点検出装置＆、ｉの一丈加Ｉレリ並び
に同す−施例におけるＩ市離環情報検出及び伝達装置ｆ
ｆ１−のｌ１ｌｔ’ｉ序でＴ■うＯ （従来の焦点検出装置イ）（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もつ被写体をビ
デオカメラで撮像する場合の結ｆ象ｌ１１１における像
の状態を示してお９、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（Ａ）
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なる。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（Ｍ号）を示し、当然合焦状態（Ｎが（
Ｂ）に比べて位Ｉ４による出力差が太きい。すなわち、
合焦に近づくにどコントラストが島い。このｙ　（ｓ号
の処理手段についてはいくつかの機業がされておシ、例
えばこの信号を微分して絶対値化すると第３図的）。

（Ｂ）に示ずように合焦位置で微分１４ｊ号のピークが
最大になることを利用する手段が提茅さＪｌているが、
さらにＳ／Ｎをよくするためにはこの政分侶号を２乗し
てから積分する手段を味ってもよい。

第４図は、ｔｉ足軸に上記のようにして検出された筒周
波成分の出力を、横軸に撮：：・ンレンズのうち焦点調
／Ｊ１１に関与するレンズ群の停止位１６を示すもので
、図から明らかなように合焦位ｉ灯Ａでは高周波成分が
ピークを示し、非合焦位ｆｆｆｉ　Ｂではピークをはず
れる。

第５図は、第１図〜泥４図に示す焦点検出動作を笑行す
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信号がとり
出され、■でその高周波成分が抽出される。次に■で前
記のレンズを微小量、この例ではぐりこむ方向へ１翫動
する（一般にくシこむことによシ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
ズをくシこみ方向へ１４べ動することを示し、「→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■で古び高周波成分がとり出される。

測距１；ｄ始時点でこのように２つのレンズ位１首にお
ける高周波成分をとシ出すのは、方向（前ピンが後ビン
か）を検知するためであシ、■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市川波
成分Ａ及びＢの大小と焦点検出系の状態との関係を示す
ものであり、同図（Ａ）ではＡ（Ｂであって前ピンの状
態であるからレンズヶさらにくりこむことを要しく■）
、同図ＦＢ）ではＡ＃Ｂであるから合ビンとみなすこと
ができ（■）、同図（Ｃ）でばＡ＞Ｂであって後ビンの
状態であるからレンズをさらにくシ出すことを要する（
■）。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１首で■において再び高周波成分をとり
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■でサングルホー
ルドしくＳ／Ｈ）、次回の高周波成分抽出１に″［にと
９出さｒして比較に用いられる。このようにして、Ａ＃
Ｂとなった段階で合焦と判断してレンズの、駆！１山を
停止する。

第７１７１は、上占已のＹ−１，Ｆ号全取９出ず手段を
実際のカメラに絹みこんだ例を示すものであり、図にお
いて１０はｊＪ（へ〇レンズのうちで焦点調しイ自に１
グ１与するレンズ群、１〕はズーム系７ｆ：＋＋＋＋成
するレンズ群で、＋Ｉ’ｊ　’＋％バリエータレンズと
コンベンセータレンズよりなり、１２は結像系のレンズ
群である。

１３は例えばＣＣＩ）よシなるイメーノセンスタイプの
固体撮像素子、１４はクロックＩｉｊ号つ６生器、１５
は分周器、１６はＣＣＤ：駆動（す（路、１７は水平及
び垂直回期信号発生器、１８（ｄ、アナログゲート、１
９は自動焦点調節回路であって具体的には前、ホのよう
に高周波成分によって方向検知を行うものトスる。２０
はマイクロゾロセッサであって、その指令に井づきモー
タｊｒＨ４動回路２］がり（１１作し、モータ２２をε
・Ｊ／、動する。

上ｄ已の構成において、クロックイ、コ号発生器１４が
発生するクロック信号は、分周器１５で分周さｉしてＮ
ＴＳＣ又１ｄＰＡＬ方式等における標錫テレビノヨン信
号に基づいて１フイールド１／６０秒で画間ケ作シ出す
ようにＣＣＤ１３上１水平期間のｕＩシみ出しタイミン
グを定める４Ｍ号が形Ｄ！ｊされる。このイ１゜号に基
づきｃ　ＣＩ３　！：枢動回路Ｊ６によって、ＣＣＤ１
３上に痘積δれた光情報がｊ−次祝み出きれる。、お・
しみ出された信号は加昇回路１７Ａで回期イ′ｌＪ号が
垂・Ｕされ、さらに不図示の処理回路で公知のように処
理さ）１て映像信号が形成５される。

−力分周器１５からは、あらかじめ定められた測距視野
（ｉりｌＪえば第８図の２４で示す位置）に対応する位
置でのみケ゛−トを開くべき信号が同時に出力され、ア
ナログダート１８を経て、このＭｆｔ分のＹｌｌ）号の
みが自動焦点調節回路１９へ送られる。

以後のσｊノ１作は前・ホのとおシである。

第９図は、−１λ７図中の■〕〜Ｇの各位置゛でのイム
月の一例を示し、（ＤＪはＣＣＤ１３から読み出された
ばかりの生のイＬｉ号を、（Ｅ）はこの信号に加３９器
１７Ａで１ｆｆｉ１期化号が重畳された（Ｍ号を、（Ｆ
）は自動焦点調節の／とめの同期信号を、寸だ（Ｇ）は
自動焦点調節のためにｌ！Ｑ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、；−：ｘ　］　Ｏ図は比較的近距
離よりに、第１１し１は比較的遠距離よりに被写体が位
置する場合である。この図からも分かるように、一般的
に、遠距離に被写体がある場合は、近距：Ｎｉｎの」烏
合よりも、画面内で被写体が占める割合が小さいことが
多い。したがって、第１０図、第１１図に示す程度−の
測距視野２４の位ｍｌを設定しておくと、近距離側を撮
影している場合には遠近競合による誤測距が起こり姐い
が、遠距離仙Ｉではこれが起こシ易い。なお図中２３は
撮鍬祝野を示している。

一方遠近競合を防ぐ目的で、第１０（菌、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
、この場合は主として近距離破写体について被写体のコ
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
ましくない。それで、従来のビデオカメラでは、遠距ｐ
ｉｔｃの方が被写界深度が深くなることから遠距離被写
体で飽近視合が起きる確率が高くても、第１ｏ図、第１
１図の２４で示す程度の大きさの測距視野位置を設定し
ている。しかしながら、カメラのｊ層形レンズの倍率上
昇によるテレ端の焦点距離（、）の伸びや高４・１＆度
化に伴いＦ値か小さくなること等によって遠距離でも正
確なピントを得ることが必要になって来ている。

（この出願の発明の焦点検出ｇ置の一方ＪＭ例）（第１
２図〜；Ａ１４図） この出願の第１の発明は、従来の焦点検出装置Ｉ′Ｉ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
ｌ芳ちであった遠距離被写体による誤Ｊｌ！１距を減少
し、高精度の焦点検出を行うことを可能にするものであ
シ、丑だ第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遠
距離被写体での測距視野位置の一例を示すもので、第１
１図と同等の焦点距離及び被写体圧ν４１Ｌのもとで測
距イ只野がよく小さくなったことを示している。

第１３図は、この出願の発明の焦点検出装置パの一実施
例を示し、第７図の装置と４Ｎ本的に同一の４、４成及
び機能を有する部分＋ｄ、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はケ９−ト制
御回路の一例であるプログラマブル・ロノック・アレイ
（ＰＬＡ）であって、測距視野を選択する信号を制伺ｊ
する。２７は距離環位置検出手段であって、例えば検出
部とその情報により測距位惰１°を決鵞するだめのマイ
クロプロセッサ部を含み、刻々の合焦距離を検出し、そ
れによって定まる測距視野の大きさに基づ＜　（ｎ？報
をＰＬＡ２６に出力する。ＰＬＡ２６は、この測距視野
情報に仇ってダート１８にイｊ（給する制Ｏｉｌ信号を
変化させる。

すなわち、例えば第９図のＦに示す、輝度信号取り出し
のための同期信号のオン、オフのタイミングを変化させ
、合焦距離が律距離の」ん１合はオンの期間が短く、近
距離の場合はオンの期間が長くなるように？ｌｉｌ肺Ｌ
ｌする。

第１４しＩは、この出願のつｌｚ明を実施した場合の焦
点検出動作の７−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、距離現位Ｈ゛
３°検出ステップＯ１■　とその情報による測距領域１
尺択ステップ○バ◎　とが追加されている。先１旬１１
」圧閉始時に１２８で距離巣位ＩＪさ“−１すなわち合
焦圧加を検出し、○でそれによって定丑る測距領域を選
択する。以下第５図に［↓すしてｒ説明した過程で方向
を検知し、焦点調節に関与するレンズ群（第１３図の１
０）を駆動した後、距離か位Ｕ４′検出■及び測距領域
選択［有］のステップを経て、前述のように（世で再び
高周波成分を抽出する。

（この出願の発明の実施例における距離環情報検出及び
伝達装置ｉ’４　）　（第１５図、第１６図）前述の距
離環位置検出のだめの手段としては、従来公知のグレー
コード又はコＪ？テンショメータ等によシ測距視野をか
なｐ細かく変化させるほかにリーフスイッチ等により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。距離
環３３０回転によシレンズ１０の位置が変化し、撮影レ
ンズの合焦距離が変化する。距離環３３の外周には、カ
ム部、？　４　、３５　、　、？　６が形成され、一方
２枚の接片３７．３８で（；（７Ｆ、ｔ１４されたリー
フスイッチは、遠距離でオンになシ、近距離でオフにな
る。なお図示の缶１６′は、中間距離の状態であって、
はぼオンとオフとの切り換えポイントである。

さらに、第１５図の距離現情報検出装陥では、スイッチ
基板Ｐが設けられ、接片３７　、．９　Ｂ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
の距離環位置検出手段２７中のマイクロッ０ロセツサ音
すへ伝達される。スイッチ基４反Ｐにおいて、３９．４
０は入力側ターミナル、４１．４２．４３１は環状の固
定導体片、４４゜４５は出力イ則ターミナル、４６は軸
４７を中心として回動町峠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４５ａ、４６ｂ（ｒｉ
接触子を形成し、図示の位ｈ“では接触子４６　ａ、４
６ｂはそれぞれ１＾］定導体片４２　、４．９と接触し
ている。

可卿１樽休片４６には穴４８．４９が設けらｈ−１第１
６図の操作つ１み５１ばねじ止め智、の手段でこれらの
穴４８．４９に１ｊｊＦ　５とされ、つまみ５ノを４１
■作すれば可動導体片４６はこれと一体に回のする。

つ壕み５ノには指針５２が設けられ、またそれぞれ後述
の「自動」、「犬」及び「小」を示す指標５３．５４及
び５５がつ１み５１の周シに設けられる。なお第１５図
中３９ａはターミナル３９、導体片４ノ及びターミナル
４４を接続するｐ９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である。

」二記の（；４成において、可動導体片４６及びつ壕み
５）の図示の位置は、「自動」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＋１９成
する接片、？　７　、３８のオン、オフに対応する。す
なわち、前述の撮影レンズ１０の合焦距ρ准に応じた信
号を出力する。次につまみ５ノを図示の位置から約３０
匿時計方向へ回動させて指針５２が「犬」の指標５４の
位ｕｙに達すると、接触子４６ａと導体片４２及び接触
子４６ｂと導体片４３の接１独が断たれるので、接片３
７　、３　Ｂのオン、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５１をさらに約
３０度限ｊ計方向へ回動させて指針５２か「小」の指１
票５５の位１７に領すると、接触子４６ａと匈１体片４
３及び接触子４６ｂと々Ｉ体片４ノとがそれぞれ接触し
、ターミナル４４．４５はこれらの１６１定及び可１ｉ
ｄｉ　ｌＩ導体片より短絡され、これらのターミナルか
らの出力は接片、？　７　、３８のオン、オフにかかわ
らずオンになる。

よって前で１（のように、一般的には、比較的近距離合
焦状態で測距視野が犬、比較的適圧ｒｌ（１合体状態で
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、近距離でも遠近競合が激しい場合
は「小」に、また遠距離でもコントラストがなく焦点検
出が不可能な場合は「犬」になるように測距視野を切シ
換えることができるようにしたので、合焦確率を−Ｆげ
ることができる。

前述の実施例は、撮は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ＣＣＤのひとつ又は一
部の列の出力信号によって焦点検出を行うようにしても
よい。さらに、この出願の発明は、撮像素子中の測距視
野に対応する位置を２つの部分に分け、これらの？１１
に分の出力を比較して焦点検出を行う装置−のように高
周波成分を利用しない装置にも適用することができる。

また第１３図のプログラマブル・ロジック・アレイに代
えて他のダート制御回路を用いることもできる。

（効果） 前述のように、この出１顧の第１の発明によれば、撮像
手段の出力信号によって焦点検出を行う装置において、
距離検出のための光学系の位置を検知し、この光学系の
位ｉｈに応じて撮像手段の出力信号のとシ出し範囲を可
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競合被写体による誤測距を減少し
、高精度の焦点イ・す出を行うことができる。

壕だ第２の発明によれば、第１の発明の％徴に加え、前
記の光学系の位ｖ１゛と無関係に撮像手段の出力信号の
とり出し範囲を特定の範囲に設定する手段を併せ設けた
ので、一般的には合焦距離に応じて測距視野を変更する
ことがでさるとともに撮影者の作画社則や被写体条件等
に応じて６１１Ｊ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図体）及び（Ｂ）　ｕ：　、それぞれ合焦時及び非
合焦時における撮像装置の結像面上の被写体像の状態を
模式的に示す説明図、第２図（Ａ）及び（Ｂ）は、それ
ぞれ第１１￥＋（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図体）
及び（Ｂ）は、それぞれ第２図囚及び（Ｂ）で示す伯列
を部分した（Ｔｈ号を示す説明図、第４図は撮像装置の
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図は焦点検出１ｉ７１１作のシー
ケンスの一例を示す説明図、第６図（Ａ）　、　（Ｂ）
及び（Ｃ）は、それぞれ焦点検出系の状ｊルとイメージ
センサの出力中の高周波成分との関係を示す説明図、第
７図は従来の焦点検出装置のブロック図、第８図は（８
Ｐ′＄的な測距ネ（１、野位１首を示す説明図、第９図
（ＤＪ　、　（Ｅ）　、　（Ｆ）及び（Ｇ）はそれぞれ
弔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像装置におい
て近距離にある被写体を撮影した場合のファインダ画ｏ
ｆｉ内の像の状態を示す説明図、第１１図は同じく遠距
離にある被写体を撮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１ｔ’ｈｉＬ／こ撮像
装置で遠距離被写体を撮影した場合の測距視野を示す説
明図、第１３図はこの出願の発明の焦点検出装置召の実
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１
５図はこの出願の発明の実施例に適用される距離環情報
検出及び伝達装置の構成し１、第１６図は第１５図の装
置６°を操作するつまみの平面図である。 ９１号の説明 １１：ズーム系を横１人するレンズ群、１３：伽像手段
の一例である二次元イメージセンサ、１８：アナログブ
ート、２４．２５：測距″ｔＭ！ＵＰ１２６：ケ９−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：距離環位置検出手段、３３：距離環、３４　
、３５　、３６　：カム部、３７゜３８：接片、５１：
操作つまみ、Ｐ：スイッチ基板。 レンスイΩ置 第１４図 第１５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （］）　ｊ最像層像の出力（ｇ号によって焦点検出を行
   う焦点検出装置であって、 距離検出のための光学系の位置を検出する手段と、 この検知手段で検知した前１己光学系の位置に応じて前
   記撮像手段の出力信号のとり出し庫囲を少なくとも２段
   階に可変にする手段と、を具える焦点検出装置。 （２）撮像手段の出力信号によって焦点イ、・出を行う
   焦点検出装置であって、 距離検出のための光学系の位置を検知する手段と、 この検知手段で検知した前記光学系の位置に応じて前記
   撮像手段の出力信号のとシ出し範囲を少なくとも２段階
   にＤＩ′変にする手段と、前記光学系の位置と無関係に
   前記撮像手段の出力４６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。