JPS6053910A - 自動焦点調節装置 - 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、ビデオカメラ等に用いる自動焦点調節装置に
関するものである。

従来、この種の焦点調節装置は各種の方式が提案され、
実際にもビデオカメラ等に組込まれている。これらの各
種の方式を大別すると、所謂アクティブ方式と呼ばれる
能動型測距装置と、所謂パッシブ方式と呼ばれる受動型
測距装置とに分けられることはよく知られている。前者
のアクティブ方式の自動焦点調節は、カメラ側から被写
体に向けて光線又は音波等を発射し、その反射光等を情
報源をするものであるが、至近距離から例えば１０ｍ近
辺までの距離範囲に存在する極く一般的な被写体の反射
光等から、何らかの信号を得て被写体距離を知ることは
できるが、それ以遠の被写体に対しては反射光等が低レ
ベルとなり検出不能どなる。

従って、従来のこの種のアクティブ方式の自動焦点調節
装置を備えたビデオカメラでは、発射した光線又は音波
が戻ってこない距離の被写体に対しては、撮影レンズの
うちの焦点調節に関与するレンズ群を予め定められた位
置に停止させていた。この光線又は音波の反射光等を検
出できる限界の距離を到達距離と呼ぶことにするど、こ
の到達距離が過焦点距離の近点以遠となるような場合は
、結果としては定められた至近距離から無限遠距離の間
の何れの位置に被写体があっても、この被写体は被写界
深度内に入るために問題が生ずることはない。

例えば、焦点距離ｆ　＝　３５　ｍ　ｍ”、開放ＦＮｏ
＝Ｆ２．８、最小錯乱円径δ＝０．０３の３５ｍｍカメ
ラにおいては、この過焦点距離の近点はＨ／２　＝　ｆ
２　／　（２δＦ）から７．３ｍとなり、もし１０ｍを
到達距離とできれば全域で合焦可能となる。ところが、
ここでｆ　＝　６０　ｍ　ｍ、開放ＦＮｏ＝Ｆ１．８、
最小錯乱円径δ＝０．０３ｍｍのビデオカメラを考えて
みると、Ｈ／　２　＝　３３　ｍとなり、全域で合焦可
能なカメラを実現することは、電力素子の種類拳大きさ
等の面から極めて困難である。

公知のアクティブ方式の測距装置の多くは、実用土は殆
どの被写体に合焦することが可能ではあるが、絞りが比
較的開放に近い場合の例えば花火や夜のネオンサインな
どの遠景では、手動で焦点合わせをする必要がある。例
えば、前述のｆ＝６０ｍｍのレンズを有するビデオカメ
ラにおいては、光線等の到達距離を１０ｍとすると、１
００００＝６０２　／　（２争０．０３・Ｆ）からＦ＝
６となり、Ｆ６よりも開放側で撮影する場合はピントぼ
けになることがある。

これに対し後者のパッシブ方式の自動焦点調節装置では
、原理的に被写体に何らかの識別可能なコントラストが
なければ測距が不可能となる。このために、被写体がコ
ントラストのない壁のようなものであったり、或いは低
照度下にありコントラストの差が殆ど現われない場合に
は、測距不能となる欠点を有している。しかしながら、
先のアクティブ方式と異なり、パッシブ方式では被写体
に識別可能なコントラストがある限り全距離範囲で測距
が可能となる利点を持っている。即ち、近距離側の被写
体に対してはアクティブ方式の測距装置が、また遠距離
側の被写体に対してはパッシブ方式の測距装置が優れて
おり、しかもこれらは相互に欠点を補ないあっていると
云える。

上述の理由から、アクティブ方式とパッシブ方式の両方
を有したカメラの測距装置は知られているが、従来公知
のものは前述のよう、な過焦点距離と到達距離の考えま
でが十分に考慮されていないために、絞りが比較的絞ら
れていて、その絞り又は開放絞りでの過焦点距離位置に
撮影レンズを停止しておけば、合焦している条件下でも
パッシブ測距装置による測距が持続され、細かくレンズ
が移動して撮影された動画像が見難くなったり、パンニ
ング等により測距視野内にコントラストのない被写体が
入った場合にパッシブ方式の所謂サーチモードとなって
レンズが大きく動いてしまう虞れもある。このため、従
来の２種の測距方式を併用した自動焦点装置を主に動画
像用に使用した場合には、場合によってはかえって画面
が見苦しくなってしまう欠点がある。

本発明の目的は、上述の従来例の欠点を解消し、２つの
異なる方式の測距装置を使用し、成る条件の場合には撮
影レンズを固定の位置に停止して測距の無駄を省く自動
焦点調節装置を提供することにあり、その要旨は、物体
までの距離を自動的に検出するための、方式の異なる第
１、第２の測距装置を有し、これらの２つの測距装置の
何れを用いるかを焦点調節に関与するレンズ群の位置の
近距離、遠距離によって決定するために該レンズ群の位
置を検知するレンズ位置検知装置を有し、該レンズ位置
検知装置の出力が遠距離であっても、前記物体の輝度が
犬なる場合又はズームレンズの焦点距離が広角である場
合には、前記焦点調節用レンズ群を定められた位置に停
止する制御装置を有することを特徴とするものである。

次に、本発明を図示の実施例に基づいて更に詳細に説明
する。

第１図は本発明の第１の実施例のシステム概要図を示し
、■は距離環２によって保持された撮影レンズであり、
この撮影レンズ１、詳しくは焦点調節に関与するレンズ
群は電動機３の駆動に従つて歯車４により固定鏡筒５に
対して光軸方向に前後進できるようになっている。撮影
レンズ１から撮像管６により得た被写体像を、ＴＶ信号
化し図示しない処理回路に送信するようになっているわ
けであるが、撮像管６の絞り状態を検知する被写体輝度
検知回路７が設けられ、その出力である輝度信号ＥＶは
シーケンサ８に入力される。また、撮影レンズｌの位置
を検知するための位置検知回路９が備えられ、その出力
はシーケンサ８に入力するようになっており、シーケン
サ８においては先の輝度信号ＥＶとの組合わせにより、
シーケンサ８からの出力はアクティブ測距装置１ｏ、パ
ッシブ測距装置１１、固定焦点装置１２の何れかを作動
させるように接続され、これらの装置１ｏ、１１．１２
の出力は電動機駆動回路１３を介して電動機３を駆動す
るように構成されている。なお、シーケンサ８には必要
に応じてタイマ１４のタイマ信号が入力され、シーケン
サ８はタイマ信号の有無を勘案して作動するようにされ
ている。

従って、輝度検知回路７及び位置検知回路９からの情報
は共にシーケンサ８に伝えられ、このシーケンサ８内で
の判断の結果、アクティブ測距装置１０、パッシブ測距
装置１１又は固定の定められた停止位置を保持する固定
焦点装置１２のうちの何れか１つの装置が選択され、選
択された装置の出力に応じた電動機駆動回路１３の指令
により、電動機３が歯車４を介して撮影レンズ１の位置
を調節し、被写体像が合焦状態で撮像管６の撮像面上に
結像されることになる。

この第１の実施例においては、アクティブ測距装置を用
いるかパッシブ測距装置を用いるかの判断として、前述
したように輝度情報とレンズ位置情報を用いている。な
お、後述するように撮影レンズ１を固定焦点に保持する
ための固定焦点装置１２は、アクティブ測距装置１０に
含まれると考えることができる。ここで、タイマ１４の
役向は、モードがパッシブ測距となったときにパッシブ
方式だけの測距を持続していると、後述する不具合が生
ずることを防止するためのものであり、パッシブ測距装
置１１の作動中は成る定められた時間周期でアクティブ
測距装置１０が駆動するようにされている。更には、タ
イマ１４は固定焦点装置１２の作動が終り、アクティブ
測距装置１０に切換わるタイミング調整の役割を兼ねて
いる。

この第１図で知られるように、本実施例では至近距離の
被写体に対してはアクティブ測距装置１０により、遠距
離の被写体に対してはパンシブ測距装置１１によって測
距するものにおいて、レンズ位置情報を取り入れ、更に
絞り情報に相当する被写体輝度情報を取り入れることに
より、場合によっては遠距離の被写体でのパッシブ測距
装置１１による測距を行わず、予め定められたレンズ停
止位置へ停止させるものである。第１表は被写体条件の
組合わせによる測距モードを示し、この実施例において
は撮影レンズｌは定められた被写体距離を境界として、
「遠距離位置」と「近距離位置」の２位置を位置検知回
路９により検知可能とし、また、輝度情報としては定め
られた絞り開口を境界として輝度検知回路７により「明
状態」と「暗状態」とが検知可能となっている。

第１表 レンズ位置　輝度　モード 遠距離　暗　パッシブ 遠距離　明　固定焦点 近距離　暗　アクティブ 近距離　明　アクティブ 第１表に示すように、暗い遠距離の被写体では絞りが開
いていることから過焦点距離ｆ２／（δＦ）［ただしｆ
は望遠端で一定とする］は大きくなり、光線の到達距離
を越えるためにパッシブモードで測距することが最適で
ある。また、明るい遠距離の被写体では、例えば前述の
ビデオ用レンズではＦ６よりも絞っていれば、パッシブ
測距の必要性はなく、レンズは過焦点距離を合焦距離と
する位置に停まっていればよい。更に到達距離以内では
、絞り状態によらずにアクティブ測距を行えばよいこと
になる。これらの動作を制御するシーケンサ８は論理回
路によるハードウェアにより実現することもできるが、
本実施例においては後述するようにソフトウェアにより
作動するようにされている。

第２図はレンズの停止位置情報を知るための位置検知回
路９の一実施例であり、リーフスイッチ１５の作動接片
１６か、撮影レンズ１を保持する距離環２の外周に一体
に設けられたカム部１７に当接して駆動され、固定接片
１８と接続するようになっている。第２図（ａ）ではス
イッチは開いており、（ｂ）では距離環２の回転に伴い
カム部１７が作動接片１６を押し下げてスイッチは閉じ
られている。このようにして検知した２位置を、例えば
第２図（ａ）は近距離領域、（ｂ）は遠距離領域とすれ
ばよい。また、この２つの位置の切換点の距離としては
、アクティブ測距装置１０の光線等の到達距離付近とす
るか、或いは他の設計意図により例えば到達距離を望遠
端開放下での近点としてもよい。

第３図は本実施例に用いるに適した形式のアクティブ測
距装置１０を示している。なお、本実施例ではここに示
す以外の方式のアクティブ測距装置を用いてもよいこと
は勿論である。この第３図において、シーケンサ８から
の命令によりマイクロプロセッサ２０は赤外光駆動回路
２１を一定の周期でパルス発光するように指示し、赤外
発光ダイオード２２は近赤外光を周期的に投光レンズ２
３を介して被写界に向けて投射する。投射された光線は
被写体Ｓで乱反射し、受光レンズ２４を介して受光素子
２５上に結像する。このとき第３図は合焦状態であり、
受光素子２５への光束は受光素子２５の２つの領域２５
ａ、２５ｂの境界部に中心を持って結像するため、領域
２５ａ、２５ｂの出力Ａ、Ｂの出力差（Ａ−Ｂ）は零に
なっている。例えば、被写体Ｓが近づいてくると、受光
素子２５上のスポット中心は領域２５ｂ側に移動し、Ｂ
の出力が大になり、（Ａ−Ｂ、）くＯとなって後ピント
を検出し、前ピントの場合はその逆となる。信号Ａ、Ｂ
はそれぞれ増幅器２６ａ、２６ｂで増幅後に、積分器２
７ａ、２７ｂにより交流雑音成分が取り除かれて差動増
幅器２８に送られ、差信号（Ａ−Ｂ）をマイクロプロセ
ッサ２０で演算処理し電動機３の回転方向等が決定され
る。例えば、後ピントの場合は撮影レンズ１は画面上で
左方向へ移動し、撮影光軸と投受光レンズ２３．２４の
光軸は新たな距離の被写体上で交叉することになる。

第４図は本実施例に好適に用いられるパッシブ測距装置
１１を示すものである。ここで、撮像管に相当するＣＯ
Ｄ等の固体撮像素子３０からの出力は、プリアンプ、ガ
ンマ補正、ブランキング混合、リニアクリップ等の回路
を有する処理回路３１によりＴＶ信号とされる他に、自
動焦点調節用としてマイクロプロセッサ３２により動作
されるゲート３３により画面中心部の測距視野内の信号
だけが取り出され、この信号は高域フィルタ３４によっ
て高周波成分のみが通過し、検出器３５により取り出さ
れる。一方、焦点変調器３６．３７の２つの光学素子と
これを駆動する振動体３８は、カウンタ３９、ＣＯＤド
ライブ４０からフレーム周期の信号を得て、フレームご
とに結像位置を変える。その結果、検出器３５の出力と
そのときの焦点変調器３６．３７の位置から、前ピント
、後ピントを検知する位相感知検出器４１は、その大き
さと符号によって焦点誤差の大きさと方向を示し、焦点
サーボ回路４２を介して電動機駆動回路１３を駆動する
ようになっている。

第５図はこの方法のパッシブ測距装置１１の原理図であ
る。第５図（ａ）は被写体のコントラストを示し、非合
焦状態ではＹ信号は（ｂ）に示すようになり、その微分
信号は（ｃ）に示すように小さな出力に過ぎない。これ
に対して、合焦状態ではＹ信号は（ｄ）に示すようにな
り、その微分信号を示す（ｅ）は（Ｃ）と比較してはる
かにそのピークが大きい。従って、微分信号がピークと
なる位置を合焦位置とすれば良いことが判る。

第６図はシーケンサ８を作動させるだめの本実施例のフ
ローチャート図であり、輝度検知回路７からの輝度信号
ＥＶ、位置検知回路９からのレンズ位置情報を基に測距
モードを切換えると共に、受光素子２５からの出力Ａ、
Ｈにより撮影レンズ１を合焦位置に移動させるようにな
っている。測゛距開始時点はアクティブ測距装置１０を
作動させてアクティブモードで測距を開始する。その理
由としては、仮に撮影開始当初に撮影レンズ１が遠距離
の合焦状態にあり、かつ被写体が至近距離にあってパッ
シブモードであり、何らかの条件でパッシブモードで測
距不可能となったとすると、撮影レンズ１は第１図に示
すタイマ１４がらのタイマ信号によってアクティブ測距
となるまでは過焦点位置にあるか、またはパッシブ領域
で好ましくない動作をするために、合焦までに時間が掛
かるが、撮影当初にアクティブモードであればこの問題
は解決される。また、逆に至近距離の合焦状態で、かつ
被写体が遠距離にあってアクティブモードでの測距が不
可能であっても、撮影レンズ１は遠距離合焦の方向に動
き出し他のモードに切換わるので問題はない。

従って、測距開始と共に輝度情報、レンズ位置情報の如
何に拘わらず、ステップ１で赤外発光ダイオードが点灯
しアクティブモードで測距が行われる。その結果、受光
素子２５の２つの領域２５ａ、２５ｂからの出力差（Ａ
−Ｂ）が、ステップ２で一定しベルｖ１よりも大と判別
されれば前ピントと判断される。そして、レンズ位置情
報により撮影レンズ１がステップ３で至近距離にあると
判別されれば、合焦のためにステップ４により撮影レン
ズ１を繰り込み、更にステップ１のアクティブモードを
持続する。また、ステップ３で遠方領域と判別されれば
ステ・ンプ５に進み、輝度ＥＶ値が定められた、値Ｎ以
下であればステップ６のパッシブモードへ、ＥＶ値がＮ
以上であればステップ７．８の固定焦点モードとなる。

一方、ステップ２において（Ａ−Ｂ）　＜−Ｖｌのとき
は後ピントと判断され、ステップ９において撮影レンズ
１がＮ端にあるかが判別され、なければステップ１０で
合焦のために撮影レンズ１を繰り出し、ステップ１のア
クティブモードを持続する。なお、第７図に示すように
、−Ｖｌ＜（Ａ−Ｂ）＜Ｖｌの領域で合焦判断となるよ
うに不感帯幅が設けられている。従って、ステップ２で
（Ａ−Ｂ）が−Ｖｌと＋Ｖｌとの間にあり、かつステッ
プ１１でＡ、Ｂが共に一定しベルｖ２以上の出力があり
、つまり被写体からの反射光があると判断されればステ
・ンプ１２の合焦状態であり、一応の目的は達されるが
、動画像の場合は被写体位置が変化するので、再びステ
ップ１のアクティブ測距を再開する。ステップ１１にお
いて、Ａ≦ｖ２、Ｂ≦ｖ２のときはステップ３に進み、
レンズ位置情報を基にステップ４に行くかステップ５に
進むかを判断する。

パッシブモードにおける測距中では、ステ・ンプ１３に
おいてタイマ１４からのタイマ信号があるか否かを判別
し、なければパッシブモードを持続し、タイマ信号があ
ればステップ１のアクティブモードに戻るようになって
いる。つまり、パッシブモード中はタイマ１４により定
められた間隔ごとにアクティブ測距を行うことになる。

これは、例えばパッシブモードで比較的遠距離の被写体
を測定中に、不意に至近距離にコントラストのない被写
体が出現した場合に測距不能に陥ることを防止するため
である。

固定焦点モードにおいては、ステップ７．８で撮影レン
ズ１をＦ端に移動する。なお、この固定焦点モードの場
合に、撮影レンズｌは必ずしもＦ端に移動することなく
、過焦点位置に移動させてもよい。撮影レンズ１のＦ端
への移動後は、ステップ１４においてタイマ１４からの
タイマ信号があるか否かを判定し、あればステップ１の
アクティブモードに戻り、なければ固定焦点モードを持
続する。実際には、固定焦点モードからアクティブモー
ドによる再測距まではタイマ１４による時間遅れがあり
、不必要な赤外発光エネルギーの損失が防止されている
。固定焦点モードからのアクテップモードへの切換えで
は、被写体の条件が変化しなければ、ステップ２、ステ
ップ１１、ステ・ンプ３、ステップ５を経て再び固定焦
点モードに戻ってくるので、その間に撮影レンズ１の移
動は全く生ずることはない。

第８図はズームレンズを用いた第２の実施例を示す。先
の第１図に示した第１の実施例では、アクティブモード
・パッシブモード・固定焦点モードの選別のための要素
として距離環２の位置情報と輝度情報を使用し、レンズ
位置情報はオン・オフの切換合焦距離として例えばアク
ティブモードの到達距離とし、前述のようにｆ＝６０ｍ
ｍ、開放ＦＮｏ＝１．８、δ＝０．０３．！−Ｌ−’ｔ
ｒ（７）距離を１０ｍとすると、絞りのオン・オフの切
換はＦ６近辺となった。ここで、同様に到達距離を１０
ｍとし、Ｆ＝１．８を定数とすルト、１００００＝ｆ２
／（２−０，０３−１，８）ｔ、：よりｆ＝ｉｐ＝３３
ｍｍとなる。従って、第８図に示す第２の実施例では、
この考えに基づくズームレンズの焦点距離情報を３３ｍ
ｍを境界としてオン・オフして、次の第２表に示すよう
に焦点距離検知回路５ｏがらの焦点距離情報が、境界よ
りも広角側にあるときは固定焦点モードへ、望遠側にあ
るときはパッシブモードとするようになっている。

第２表 レンズ位置　焦点距離　モード 遠距離　望遠　パッシブ 遠距離　広角　固定焦点 近距離　望遠　アクティブ 近距離　広角　アクティブ。

第９図（ａｌ、（ｂ）は第８′、図に示す第２の実施例
に好適に使用できる焦点距離検知機構を示すものである
。距離環２の位置を知るためのリーフスイッチ１５は第
１の実施例では第２図に示すように距離環２のカム部１
７に追従してオン・オフし、リーフスイッチ１５は所定
個所に固設されていた。これに対して、本実施例ではリ
ーフスイッチ１５は距離環２に取り付けられ、距離環２
と共に回動可能とされている。このリーフスイッチ１５
をオン・オフをさせるためのカム部５１は、ズーム操作
環５２と一体となり前方に延在されている。

この第２の実施例の構成により、距離環２の至近領域と
遠方領域の境界の合焦距離は焦点距離によって変化する
。これは広角側になり被写界深度が深くなった場合に、
アクティブ作動領域をより近い側に限定しようとするも
のであり、前述の例と照らし合わせてｆ＝３３ｍｍより
も広角側で、至近領域と遠距離領域の境界点をより至近
側に近づけることになる。このような構成とした場合の
最大の利点としては、絞りが小さく広角で被写界深度が
増えた状況の下で、被写界深度内にある被写体に対して
測距し続ける無駄をなくすものである。なお、この場合
に先の第１の実施例に比べて絞りが開いているときは、
パッシブモードにょる測距領域が増えることになる。

以上説明したように本発明に係る自動焦点調節装置は、
アクティブ方式とパッシブ方式の双方の自動焦点調節装
置を有することにより、相互の利点を生かして装置全体
の測距精度を向上させるものであり、更にレンズの合焦
距離情報と、被写体輝度情報又は焦点距離情報等を用い
て、特に撮影レンズか遠距離の場合において、被写体の
輝度が大きいか、或いはズームレンズの焦点距離が広角
である場合には、撮影レンズを固定として省電力化に貢
献するものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る自動焦点調節装置の実施例を示し、
第１図は第１の実施例のブロック回路構成図、第２図（
ａ）　、　（ｂ）は距離検知手段の構成図、第３図は８
１の実施例に用いるアクティブ測距装置のブロック回路
構成図、第４図は第１の実施例に用いるパッシブ測距装
置のブロック回路構成図、第５図は第４図のパッシブ測
距装置の説明図、第６図は第１の実施例のフローチャー
１・図、第７図は第１の実施例のアクティブ測距装置の
不感帯の説明図、第８図は第２の実施例のブロック回路
構成図、第９図（ａ）は第２の実施例に用いる焦点距離
検知機構の横断面図、（ｂ）はその縦断面図である。 符号１は撮影レンズ、２は距離環、３は電動機、７は輝
度検知回路、８はシーケンサ、９は位置検知回路、１０
はアクティブ測距装置、１１はパッシブ測距装置、１２
は固定焦点装置、１３は電動機駆動回路、１４はタイマ
、１５はリーフスイッチ、１７．５０は焦点距離検知回
路、５１はカム部、５２はズーム操作環である。 特許出願人　キャノン株式会社 第１図 ＠５５１ 第７図 ｍ８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　物体までの距離を自動的に検出するだめの、方式
   の異なる第１、第２の測距装置を有し、これらの２つの
   測距装置の何れを用いるかを焦点調節に関与するレンズ
   群の位置の近距離、遠距離によって決定するために該レ
   ンズ群の位置を検知するレンズ位置検知装置を有し、該
   レンズ位置検知装置の出力が遠距離であっても、前記物
   体の輝度が大なる場合又はズームレンズの焦点距離が広
   角である場合には、前記焦点調節用レンズ群を定められ
   た位置に停止する制御装置を有することを特徴とする自
   動焦点調節装置。 ２、前記第１の測距装置はアクティブ方式とし、第２の
   測距装置はパッシブ方式とする特許請求の範囲第１項に
   記載の自動焦点調節装置。