JPS6155618A - 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、スチールカメラ等の撮影装置に
用いる自動焦点ｙＪ節波装置特に測距物体に対応して量
る測距モードが選択できる自動ブ、躾点装置にｔ５ｆｌ
するものである。

従来、測距すべき物体距離を検出し、撮影レンズを調定
したり距離情報の表示を行う等、各種自動焦点検出装置
は知られている０例えば米国特許第４１８５１９１号等
で示される光電センサー等を用いて測距情報を得るよう
にした装置は広く知られているが次のような問題点があ
る。

■低硬度下であり、測距すべき物体のコントラストをセ
ンサーが抽出できない時。

■測距すべき物体自体が低コントラストで光電センサー
がその特徴を抽出できない時。

■測距すべき物体がセンサーの長手方向と同一方向にく
り返し同じコントラストの特徴を有している時。

■異なる距離にある測距すべき物体が光電センサー内に
複数ある場合。

この様な場合に、従来は測距不能と判断してモータを停
止させておくか強制的に一方向に動かして合焦点を捜す
か又は定められた停止位置に持っていくなどの手段があ
ったが、特に、動画を撮影する際には十分な対策とは言
いづらかった。

本発明は上述従来例で述べた様な撮影状態特に異なる距
離に複数の物体が存在する状態における不安定な測距動
作を安定させると共に撮影者の撮影意図をある程度まで
反映させ、結果としてスムースで見やすい動画を撮影可
能とする手段を提示するものである。

以下１本件の発明の具体的実施例を説明する前に本発明
を適用することのできる自動焦点調節装置の一例を第１
図乃至第４図を参照して説明する。

第１図は本発明°を実施するに適した形の自動焦点ＸＡ
ｍ装置の光学配置図を示すもので、１はレンズ要素、２
はレンズ要素の瞳面の像を再結像するための小レンズ群
で、この図では小レンズ２ケより成る様に描いたが、実
際には２０ケ以上のものが一般的である。３〜６は例え
ばＣＯＤ素子よりなる受光素子の各画素を示し。

小レンズ２−１に対しては画素３と４．２−２に対して
は画素５と６が対応し１画素３は小レンズ２−１を通し
てアパーチャ８部分を、ｍ″Ｊ：４は小レンズ２−１を
通してアパーチャア部分をにらんでいる。同様に画素５
は小レンズ２−２を通してアパーチャ８部分を、画素６
は小レンズ２−２を通してアパーチャア部分をにらんで
いる。

前述の様に実際には小レンズ及びセンサーは小レンズ２
０以上の列となっており仮に２−１をｎ番目、２−２を
ｎ−１番目の小レンズであるとすると、説明のため、ｎ
番目のレンズを通してアパーチャ８をにらむ画素をＡｎ
、７をにらむ画素をＢｎ、ｎ−１番目のレンズを通して
アパーチャ８をにらむ画素をＡｎ−１，７パーチヤ７を
にらむ画素をＥｎ−１とする。

Ｆ面はレンズｌの焦点面に当たる、即ちビデオカメラを
想定するとｉ像管の撮像面位置（等価位置）がＦとなる
。したがってレンズｌが左右方向で位置を変えることに
よってＦ面に正しく結像する被写体距離は異なり、又合
焦距離にある物体の像をＣＣＤ列の出力としてとらえる
場合Ａｎ＝Ｂｎ　、Ａｎ−１＝Ｂｎ−１となるのに対し
て、合焦距離にない物体の像をとらえる時にはＡｎｚＢ
ｎ　、ｎｓｗとなッテくる。

第１図においては距１１１ｉＲ１が゛レンズｌの合焦距
離とすると９点の像はＡ　ｎ　＋　Ｂ　ｎ画素（３゜４
）に入るし、１０点の像はＡｎ−１、Ｂｎ−１画素（５
、６）に入る。逆の見方をすると光線１１と１２は点１
０で交わるし光線１３と１４は点９で交わる。

第２図は第１図をもって説明した受光素子列の出力を横
軸に受光素子の位置をもって示した図である。この図で
は、受光素子の画素の個数として又個分だけＡｎとＢｎ
の位置がずれている場合を示し、このずれを検出すれば
非合焦が検出できることとなる。

第３図は上記の自動焦点調節装置を実際のビデオカメラ
に組み込んだ場合のブロック構成図を示す、同図に於い
て、ｌは撮影レンズ系のうちで所謂前玉と言われる焦点
調節系のレンズ群、１５は多くは変倍系と補正系の２群
より成り撮影レンズの焦点距離を可変とするためのレン
ズ群、１６はハーフプリズム、１７は全反射ミラー、工
８はＡＦ系のレンズ群、１９は第１図で説明した小レン
ズ列と受光素子列とを含んだセンサーユニット、２０は
絞りメータ、２１は絞り羽根、２２は結像系のレンズ、
２３はこの図ではイメージセンサ−としての固体撮・置
板。

２４はセンサーから得られた信号をデジタル信号とする
Ａ／Ｄ変換器、２５はこの情報及び焦点距離情報１合焦
距離情報により合焦、非合焦等の判断を行なうＣＰＵ、
２６はモータドライブ回路、２７はレンズ群１の位置を
可変とするためのＡＦモータ、２８はレンズ群ｌの位置
情報を検出するためのエンコーダ、２９は撮影レンズの
焦点距離情報を検出するためのエンコーダ装置である。

ＣＰＵ２５に於ての演算手段は枝々知られているが１例
えば Ｈｆ＝Σ（ｌＡｎ−Ｂｎ＋ｘｌ−ＩＡｎ＋ｘ−Ｂｎｌ）
で算出されるＨｆがほぼゼロの時が合焦と判断される。

ここで、第２図のＡｎｎカー上Ｂｎカーヴのずれと方向
、（埋ちピンボケの程度とマエピン。

アトピンの区別）を算出するには Ｈｐｆ＝ΣＮＡｎ＋に−Ｂｎ＋１ｌ−ＩＡ１＋に＋１−
Ｂｎｌｌにてに＝−ａからａまで可変としてＨｐｆを算
出する。ここでａの数値は前述の小レンズの個数によっ
て決定されるものである。

第４図は横軸にに縦軸にＨｐｆをとった場合の計算結果
を示すが、ここで３１はに＝ｏにてＨｐｆ＝０となり、
よってこの状態でピントＩよ合っていると見なすことが
できる。一方３０はｋが負。

３２はｋが正、Ｈｐｆがゼロとなっているこの時のｋの
符号により前ピン後ピン、にの絶対値によりボケの程度
が算出される。Ａ、Ｈのとり方によるが仮にｋが負の時
を後ピンとすると３０の結果の時は後ピンであり、３２
の時は前ビンとなる。

以下１本発明の実施例を上述自動焦点ＵＩＪｍ装置と併
用して構成する場合について以下説明する。

後述のように本発明の特徴となる部分の構成要素は：Ｊ
Ｊ３図図示のＣＰＵ２５の中のシステム構成によって達
成可能であるが、ここでは主にブロック構成図とフロー
チャートを用いてその内容を説明する。

第５図及び第６図は本発明に用いられる測距センサーに
対する撮影視野の配置図を示すもので、第５図は従来装
置の撮影画面サイズ３５とその中で測距のための情報を
取り出している部゛分所謂測距センサーが配置されてい
る測距視野の占める位置３６を示す、この測距視野の長
さは、前述従来例の説明で述べた小レンズ２のピッチ及
び個数光学系１８の焦点距離等により決定される。

第６図は第５図で示したごとく、測距エリヤ−１同ち測
距視野をｎ等分しそれぞれの領域で測距を行う可く、測
距エリヤ−を３分割して用いる例について図示したもの
である。即ち。

この例では従来の測距視野３６を仮に３７〜３９のｎ＝
３領域に分割し測距結果として。

夫々あ３エリヤ−から測距情報をとり出すもので測距視
野の分割数が増えれば多点の距離情報が得られるが逆に
それぞれの測距精度は劣化してくる。よってｎの数値は
この方式を採用する撮影系のレンズのスペックや設計を
する上での考え方にもよる。以下の実施例ではｎ＝３と
して実施例を述べる。

第７図は２本発明の第１の実施例を示すためのブロック
構成図である。Ｉｉ！Ｉ図に於いてセンサ１９より被写
体寄りの構成要素は第３図と同一につき省略した。同図
に於いて、センサ１９から得られた信号はＡ／Ｄ変換器
２４にてデジタル信号化され、ゲート４０にて、画素を
３つのメモリ４１〜４３に振り分ける。仮にセンサの小
レンズを横から数えてＮｏ、１〜Ｎｏ、２４と名付ける
とＮｏ、１ＮＮｏ、８はメノリ４１に、Ｎｏ。

９〜Ｎｏ、１６はメモリ４２に、Ｎｏ、１７〜Ｎｏ。

２４はメモリ４３にストックされ、４４〜４６の３つの
演算器でそれぞれの領域のＨｐｆが算ｔＪ３すＦＬ６．
　仮ｊ：Ｎｏ、１−Ｎｏ、８カＭＳ６図ノ３７の位ｍ、
Ｎｏ、９〜Ｎｏ、１６が３８の位置、Ｎｏ。

１７〜Ｎｏ、２４が３９の位置の画素情報であつたと薬
すると４４での演算結果は３７の位置の距離情報、同様
に４５は３８．４６は３９の位置の距離情報を示すこと
となる。演算器４４〜４６では上述のごと＜Ｈｆがゼロ
クロスするｋを求めている。従来は、このｋを元に撮影
レンズの焦点距離からすぐに撮影レンズのうちで焦点調
節動作に関与するレンズ群の移動方向と移動量が算出さ
れモーターが駆動するが第７図の方法では、まず、得ら
れた距離情報、例えばｋを回路４７−４９で差を求める
。４４〜４６で得られたｋをに４４．に４５　、に４ｓ
とすると回路４７ではに４４−に４６．回路４８ではに
４ｓ−に４Ｂ、回路４９ではに４ｓ−に４６が計算され
る。一方、深度演算回路５１では絞りメータ（不図示）
より得られた絞り情報と、エンコーダ等により得られる
撮影レンズ系の焦点距離情報ｆを元にその撮影状況下で
の深度をｋの巾として算出する。尚、実施形態によって
は、深度演算を行なわず代表的なｋの巾と比較すること
でもよい、又、ここで云う深度とは設計意図によりその
数式を自在に設定できる。比較１１６５０ではこ＋７）
ｋとｌ　ｋ４４−に４ｓ　ｌ　。

ｌ　ｋ４４−に４６１　、ｌ　ｋ４５−に４６１との比
較が行なわれる。その結果、ｌ　ｋ４４−に４５　ｌ　
、ｌ　ｋ４４−に４ｅ　ｌ　、ｌ　ｋ４５−に４ｓｌの
全てかに以下であれば画面内の３領域の被写体距離の全
てが深度内であると判断されるし、逆にｋを越える場合
は３領域内全てに合焦することができない所謂遠近競合
被写体でると判断がなされる。この場合は警告回路５５
にて何らかの警告が発せられる。！告の手段としては従
来公知の各種の方法がある（例えばファインダー内でＬ
ＥＤを点灯させる、発音ブザーで知らせる等）。

一方、ＨｐｆｙＩ算回路で得られた３つの距離情報に４
４　、ｋａ５　、に４ｅは平均化回路５２で平均化され
る。５Ｗ５６がつながると演算回１５７で焦点距離情報
Ｆ、ｆ等により、レンズの必要移動量が算出されモータ
が駆動される。

尚、３つの距離情報に４４〜に４６内のバラツキが深度
外であった時、警告を発するが、その時のレンズの制御
としてはロックをしておいてもあるいは警告を発しなが
らも５Ｗ５６がつながる様にしてもよい。

又、ここで述べた測距視野の分割を行う主旨を遠近競合
の検知だけに用いてもよい、この場合測距動作は通常の
１ゾーンで常に行なうものである。

第８図は本発明の特徴であるＪ１ｍ距視野のｎ分割を用
いた別の実施例を示している。第８図の実施例の特徴と
するところはｎ分割された測距視野のうち任意の測距視
野を撮影者が自分の意志で選択可能とするもので、その
為の視野設定をブロック５８にて行なう、これはカメラ
外部に設けられた操作つまみ等によって達成される。例
えば第６図の様に測距視野を３分割した場合で左側の測
距視野３７を選んだ場合にはその部分の信号、仮にセン
サーがＮＯ６１〜Ｎｏ。

２４の小レンズ群からなる時はＮ０１１〜ＮＯ６８の信
号のみがゲート４０を通過レメモリ５９にストックされ
る。

又、視野設定手段５８はこのようなｎ分割の他に被写体
の大きさに合わせて任意の位置長さに指定することも可
能である。

第９図は本発明の他の特徴である測距視野のｎ分割を用
いた更に別の実施例を示している。

この実施例では得られた３つの被写体距離のうちで最も
至近距離の演算結果をもってレンズ停止位置を決定する
方式である。

即ち遠近競合被写体の場合の多くは撮影したい被写体は
より至近側にある（例えば風景の中に被写体である人が
いる時などを考えるとよい、）。

メモリ４１、メモリ４２．メモリ４３には第７図の実施
例と同様に測距視野の左側、中央、右側の３つの情報が
それぞれ取り込まれている演算回路４４〜４６ではそれ
ぞれＨｆが計算され、結果ゼロクロスのに値が求まる比
較回路６２及び６３ではこのに値が順次比較され、この
比較の結果、最も至近よりの被写体距離を選び出し演算
回路６１に伝達される。演算回路６１では従来例で説明
した様に焦点距離情報５４から焦点ズレの方向と量が算
出される。その結果はＭｏ−Ｄｒｉｙｅ回路２６に伝わ
り。

レンズｇ勤用のモータ２７が駆動するものである。

第１０図は第７図で述べた深度演算を焦点調節動作の判
断とする考えを含んだ別の実施例であり、深度＠頭内に
全ての被写体距離がある時は、通常動作を、ｎヶの測距
結果のバラツキが所定の深度を越えている時は最至近の
被写体距離合焦位置にレンズを停止すべくモーターを駆
動するものである。

第７図の実施例と同様、比較回路５０では。

深度演算回路の結果と各測距視野から算出された距離間
でのバラツキが比較され、その結果３ゾーン（各回路の
増設によりｎグーンとすることかでさる）の測距結果が
全て深度内の時は５Ｗ６４がＯＮし、センサー全域を１
ゾーンとした通常の測距動作が行なわれる。又、バラツ
キが深度外の時には演算回路６１では４１〜４３のメモ
リから、最至近距離の結果を得ている信号を取り出し焦
点距離情報から測距方向をズレ量と算出し、モータ２７
を駆動するものである。

第１１図は第１０図で示した本発明の実施例のシステム
の２０−升ヤートを示し、ステップ６５では各ゾーンで
のＨｐｆが計算される。この例においてはセンサーを３
分割した例を示し右側、中央、左側をそれぞれＲ，Ｍ、
Ｌとするとステップ６５では即ちＨｐ　ｆ　Ｒ、Ｈｐ　
ｆ　ｙｌ　。

Ｈｐｆｌが算出される。ステ、／６６ではこの各ゾーン
のＨｐｆからＨｐｆが・１０クロスする時のに値を求め
る。ステップ６７で、′−この例ではこのに値と焦点距
離情報から各測距ゾーン毎の被写体距離を求め、それを
ピント面位置として算出しているが、これは比較上のパ
ラメータを揃えるためのものでステップ６９における深
度算出をｋの巾として算出する時には、ステップ６７は
不要となる。ステップ６８ではステップ６７で算出され
た各焦点面位置の差の絶対値を求め、ステップ６９で算
出される焦点深度中Ｅ（多くはＥ＝２６・Ｆここでδ；
錯乱円径）と、各ゾーンでの差Ｄ１〜Ｄ３のうちでＭΔ
Ｘを示しているＤｍａｘはステップ７０で比較される（
第１０図に於ける比較回路５０に当たる部分である）、
ステップ７０での判定の結果。

ＤｍａｘがＥよりも小さければ遠近競合被写体ではない
と判断されるため、自動焦点ＸＡＷはセンサー全域を１
ゾーンとした通常の測距動作を行う、一方ＤｍａｘがＥ
よりも大きい時はステップ１において３ゾーン中最も至
近距離のものを選び出し、ステップ７２でモータを回転
させるための具体的な演算を行う、以降ステップ７３〜
７５で所定のモータの駆動が行なわれる。

第１２図は遠近競合被写体を検出した後、そのｎヶの測
距結果から単純に最至近の結果を優先させず、絞り装置
ｔ等から被写体の輝度情報を知りこれをもとに最至近の
ものと最遠方のものを選ぶ等の選択をさせる場合の他の
変形例な示すもので、輝度情報検知７６の結果から演算
回路６１にとり込む測距視野位置を選び出している。

第１３図は第１０．１１図で述べた実施例において遠近
競合を検知した後に、輝度情報検知７６の結果から例え
ば、輝度が定められた感知により明るいが暗いかにより
明るい時は戸外りに於いて遠方の被写体を撮影する確率
が高いので最遠方のａｌｌ距結果（ａ成によっては中間
のもの）を又、暗い時には最至近の測距結果を用いる変
形例を示すものである。

第１４図は第１３図で述べた実施例の動作をフローチャ
ートで示したものでステップ７０での遠近判断結果が”
’Ｎｏ’　、即ち遠近競合被写体である場合にはステッ
プ７８において輝度が定められたしきい（Ｕ　Ｋより明
るいか暗いか検知しているにの判断の結果、暗い場合ス
テップ７１で最至近の測距結果が選ばれるし、明るい場
合、この例では最遠方の測距結果がステップ７９で選ば
れる。以下は上記実施例と同様の動きとなるものである
。

以上説明した様に、本発明に於いてはセンサーの測距エ
リヤ−を必要に応じてｎ分割して、それぞれの領域から
被写体距離を検出する様に構成し、遠近競合被写体の場
合、遠近競合被写体中近距離を優先的に選択をするａ虞
をとることにより特に動画撮影用のカメラ等においてそ
の測距精度を格段に向上させるものである。又、好まし
い実施例では明るさの検出により、暗い被写体の場合に
は、上記至近距離情報を優先的に用いるようにしたため
、多くの被写体に対して最適な測距モードが選択される
ため自動焦点検出装置として極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明を適用する従来の自動焦点検出装置の
原理図 第２図は、第１図示装置の信号波形図 第３１図は第１図示装置を適用した、ビデオカメラの自
動焦点調節装置の全体構成図 第４図は、第１図示装置に用いられる検出信号波形図 第５図は、撮影視野中の測距エリヤを示す説明図 第６図は、：５５図示説明図の動作説明図第７図は１本
発明に係る自動焦点調節装置の全体構成ブロック図 第８図は、第７図示装置変形例図 第９図は、第７図示装置の他の変形実施例図画１０図は
、第７図示装置の更に他の変形例図 第１１図は、第１０図示装置の動作フローチャート図 第１２図は、第１図示装置の更に他の変形例図 第１３図は、第７図示装置の更に他の変形例図 第１４図は、第１３図示装置の動作フａ−チャート図。 １９；測距センサー ４０；分割エリヤを設定するゲート ４１．４２　、４．３　；各エリヤの距離情報メモリ４
４　、４５　、４６　；演算回路 躬７図 第８図 第ｑ図 耶１２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 測距エリア内の信号を用いて、一つの被写体距離を演算
   する場合と、同様の測距エリア内をｎ分割して、ｎヶの
   被写体距離を演算する場合とを切換え、又は同時に行い
   、この エリア内でのｎヶの測距結果が定められた条件にある時
   にはｎヶの測距結果のうちで至近距離のものに基いて、
   合焦動作を行うように構成したことを特徴とする自動焦
   点調節装置。