JP2763428B2 - オートフォーカス装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、カメラ一体型ＶＴＲ
等に使用されるフォーカス調整装置の改良に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビデオムービ等に利用されるフォ
ーカス方式として、映像信号の高域成分を用いて画面の
コントラストを検出し、このコントラストが最大となる
ようにフォーカスレンズを駆動制御して合焦点を得る、
いわゆる山登りオートフォーカスが主流である。

【０００３】一方、フォーカス装置としては従来の前玉
フォーカスに替わってインナーフォーカス方式が主流に
なりつつある。このインナーフォーカス方式は、レンズ
群の中でリレー系レンズの一部であるマスタレンズを駆
動するもので、前玉方式における合焦至近距離が短く取
れない、径の大きな重いレンズを駆動するために大きな
モータを必要とする等の不利な点が解消され、更に至近
０ｍ〜無限遠∞までフルレンジでの合焦が可能である特
徴を持つ。

【０００４】しかし、反面ズーム時にピント（合焦）ず
れが生じるため、補正しなければならない。このピント
（合焦）ずれの補正量は、焦点距離、また被写体までの
距離によって大きく変化するもので、今だに完全な補正
をなされたものがないのが現状である。ここで述べたイ
ンナーフォーカス方式におけるズーム時にピント（合
焦）補正をすることをズームトラッキングと言う。この
ズームトラッキングを行う一例として、上述した山登り
法をそのまま利用する方法がある。以下、これについて
述べる。

【０００５】図６にインナーフォーカス方式のレンズ群
と、その出力である映像信号を利用した、従来のコント
ラスト法の処理の構成を示す。図において、１はインナ
ーフォーカス方式のレンズ鏡筒を表しており、１０１は
固定集光用前玉レンズ、１０２はズーム、即ち変倍用の
バリエータ、１０３はバリエータ１０２の移動に伴う像
面の補正を行うコンペンセータ、１０４はリレー系レン
ズの一部であってフォーカス用に使用するマスタレンズ
である。これらのレンズは一般に複数枚のレンズ群とな
っているが、本件では便宜上１枚のレンズとして表現す
る。

【０００６】２はＣＣＤで、レンズ鏡筒１への外部から
の入射光を電気信号に変換し、その電気信号はカメラ信
号処理回路３に送られ、映像信号Ａ，輝度信号ａがそれ
ぞれ取り出される。次に４０１はＨＰＦ（ハイパスフィ
ルター）で、輝度信号ａのある周波数以上の信号が通過
し増幅器４０４で増幅され、ＬＰＦ（ローパスフィルタ
ー）４０５にて不要な高域成分がカットされる。このＬ
ＰＦ４０５の出力は検波器４０６に送られ波形としてな
だらかになり、Ａ／Ｄコンバータ４０７にてデジタル信
号に変換され、加算器４０８でデジタル的に加算され
る。このデジタル加算出力Ｙは焦点評価値（合焦の状態
を表す指標）となって制御回路５に送られる。ここでＨ
ＰＦ４０１〜加算器４０８により焦点検出回路４が構成
される。

【０００７】また、６はモータドライバで、制御回路５
からのズーム指令に基づきズームモータ７を駆動し、バ
リエータ１０２を移動させる。同様に、９はステッピン
グモータドライバで、制御回路５よりのフォーカス指令
に基づいて駆動され、フォーカス用のマスタレンズ１０
４を移動させるステッピングモータ１０を駆動する。ま
た、８はバリエータ１０２の位置、つまり焦点距離を検
出するポテンショメータで、レンズ位置と１対１に対応
した電位で読み取られる。１１はマスタレンズ１０４の
可動範囲の端点を検知する検知スイッチで、マスタレン
ズ１０４が無限遠の被写体に合焦している点でＯＮにな
るもので、この点を基準としてマスタレンズの移動量が
表される。

【０００８】次に動作について図６ないし図１１を用い
て説明する。最初に基本となる山登り法について説明す
る。レンズ鏡筒１を通して、入射された被写体光は、Ｃ
ＣＤ２によって電気信号に変換され、カメラ信号処理回
路３を経て映像信号Ａとなる。そのうちの輝度信号成分
（図７（ａ））は焦点検出回路４に導かれ、まずＨＰＦ
４０１において所定高域周波数成分のみが抽出される
（図７（ｂ））。次に増幅器４０４で増幅された後、Ｌ
ＰＦ４０５で帯域制限され（図７（ｃ））、検波器４０
６で検波される。（図７（ｄ））。更に、Ａ／Ｄコンバ
ータ４０７にてデジタル値に変換され、加算器４０８で
図１０の（チ）で示される１画面中の所定領域図１０
（リ）の値が加算され、焦点評価値Ｙとして出力され
る。つまり焦点評価値Ｙは高域周波数成分の積分値であ
る。また、上記高域周波数成分は画面のコントラストと
対応しているので、コントラスト最大、即ちフォーカス
レンズとしてのマスタレンズ１０４が合焦点にある時最
大となり、合焦点からずれるに従って低下する。故に焦
点評価値Ｙはマスタレンズ１０４の移動に伴い、図８に
示すような山の形の特性を示す。制御回路５は焦点評価
値Ｙが常に最大となるようにステッピングモータ１０を
コントロールして、マスタレンズ１０４を合焦点に駆動
する。

【０００９】なお、図８のｙ₁ とｙ₂ の違いは、ＨＰＦ
４０１のカットオフ周波数の違いで決まり、この図８で
はｙ₁ ＜ｙ₂ となるようにカットオフ周波数が選ばれて
いる。このようにして山登りオートフォーカス動作が達
成される。

【００１０】次に，ズーム時の動作について説明する。
制御回路５よりモータドライバ６にズーム信号が送られ
ズームモータ７を駆動する。このズームモータの駆動に
従いバリエータ１０２は光軸上を移動し、変倍作用を行
う。この時、バリエータ１０２の移動に伴い焦点の移動
が発生するが、カム等を介して機構的に連結されたコン
ペンセータ１０３が同時に光軸上を移動し、焦点移動を
補正するように移動する。

【００１１】しかし、このコンペンセータ１０３のみの
補正ではすべての補正が出来ず、結果として、図９に示
すように被写体までの距離毎にバリエータ１０２の移動
に応じて、つまり焦点距離に応じてマスタレンズ１０４
を移動させなければ合焦に至らない。従ってズーム中に
合焦させるためには、図９に示すいわゆるトラッキング
曲線に沿ってマスタレンズ１０４を移動すれば良い。

【００１２】これを行う方法の一例として、少々ズーム
時間を長めにとり、上述した山登り法が利用される。つ
まり、今、被写体までの距離が１ｍの場合を例にとる。
図１１に示す被写体までの距離１ｍの理論トラッキング
曲線クを仮想し、実際には曲線カで示すように山登り法
を利用してトラッキングをとっていく、即ち、広角側よ
り望遠側に移動することを考えると、ズームスタート時
には被写体までの距離は解らない。従って上述の山登り
法を利用すると、合焦状態を判定する焦点評価値が大き
くなる所を追いかけて行くことになるので、結果的に被
写体までの距離が解らずとも、あたかも指標となるトラ
ッキング曲線が存在するかのようにトラッキング曲線を
仮想してトラッキングを取っていき、ズーム時の合焦状
態を維持することになる。

【００１３】このように後玉またはインナーフォーカス
方式といわれるレンズの焦点調節方法については上記従
来例を含め多数の発明が出願されている。しかしなが
ら、これらの先行発明に共通して言えることは、広角端
から望遠側にズームを行った場合、一体どのようにした
ら合焦状態を保ちながらズームが出来るのかという点が
明らかにされていない。

【００１４】つまり、ズームの途中から再度ズームを行
う場合や望遠側から広角側にズームをする場合だけを対
象として作用の説明がなされている。これは簡単に被写
体距離が把握出来、トラッキングは極めて容易である。
このことをもう少し端的に言えば、例えば図９に示すト
ラッキング曲線の広角端付近はかなりトラッキング曲線
が接近している（例えば被写体距離１ｍのトラッキング
曲線と、２ｍのトラッキング曲線は極めて近接してい
る）ため、フォーカス用のマスタレンズの微小移動で容
易に隣の曲線に移ってしまうこと、および加えて被写界
深度が深い為に、まずは被写体距離に対応したトラッキ
ング曲線を選ぶことは不可能である。このような状態か
ら望遠側へズームを行った時、いかに最適なトラッキン
グを行うか、または、いかに被写体までの距離を把握す
るのかが先行発明では明らかにされていないのが現状で
ある。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】従来のフォーカス調整
装置は以上のように構成されているので、ズーム時の画
角の変動により被写体内容が変わった場合の合焦評価値
が常時合焦状況を反映しているとはいいがたかった。従
って、誤って合焦していると判断する時もあり、精度良
く補正することは難しいといった問題点があった。

【００１６】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、広角側から望遠側へズームを行
う場合に合焦誤りの少ない極めて精度の良いズームトラ
ッキングをとることが出来るフォーカス調整装置を得る
ことを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明に係るフォーカ
ス装置は、ズームレンズ及びフォーカス用のマスタレン
ズを有するインナーフォーカス方式のレンズ装置と、上
記レンズ装置に入射する被写体光を映像信号に変換する
変換手段と、上記映像信号の輝度信号成分を画面の所定
領域について積算し、焦点評価値を発生する焦点検出手
段と、上記焦点評価値を所定の基準値と比較する比較装
置と、この比較装置の比較結果にもとづいて上記マスタ
レンズを移動させる手段と、被写体までの距離に対応す
る複数のトラッキング曲線を記憶する記憶手段とを備
え、上記ズームレンズの駆動時に、焦点深度の深い範囲
では、所定の焦点距離に至るまで上記マスタレンズをウ
ォブリング動作させ、その繰り出し、戻り毎に上記焦点
評価値による合焦点検出を行いながら駆動し、上記所定
の焦点距離において上記マスタレンズと至近関係にある
トラッキング曲線を上記記憶手段から選別すると共に、
選別されたトラッキング曲線に対応して上記マスタレン
ズを駆動するようにしたものである。

【００１８】

【作用】この発明においては、焦点深度の深い範囲で
は、所定の焦点距離に至るまで上記マスタレンズをウォ
ブリング動作させ、その繰り出し、戻り毎に上記焦点評
価値による合焦点検出を行いながら駆動し、上記所定の
焦点距離において上記マスタレンズと至近関係にあるト
ラッキング曲線を上記記憶手段から選別すると共に、選
別されたトラッキング曲線に対応して上記マスタレンズ
を駆動するようにしているため、特別な手段を用いなく
ともあらかじめ用意された最適なトラッキング曲線が選
べるので、ズーム時の合焦精度が向上する。

【００１９】

【実施例】

実施例１．以下、この発明を図に基づいて説明する。図
１はこの発明の一実施例によるフォーカス調整装置を示
し、図において、１４は焦点検出回路４から得られた焦
点評価値の比較を行う比較回路であり、また、記憶手段
としてのデータメモリであるＲＯＭ（リードオンリーメ
モリ）５１が制御回路５に接続されている。

【００２０】次に動作の説明を図１ないし図５を用いて
行う。今、図２のトラッキング曲線に沿って広角側から
望遠側にズームトラッキングを行うものとする。この時
被写体までの距離を仮に２ｍとすれば、２ｍのトラッキ
ング曲線Ｚに沿ってマスタレンズ１０４を移動すれば良
い。しかし、実際には焦点距離ｆ₀〜ｆ_n1の範囲では焦
点深度が深く被写体までの距離の判定が出来ないので、
あらかじめ距離毎にトラッキング曲線が用意されていて
も、どの曲線を使用したら良いか解らない。そこで、こ
の焦点深度の深い焦点距離ｆ₀ 〜ｆ_n1の範囲では、画角
も被写体内容もあまり変わらないのでこの部分ではウォ
ブリングによる評価値判断でトラッキングを行う。

【００２１】即ち図４に示すウォブリング動作によりマ
スタレンズ１０４を移動させ、本来の合焦点の前後で得
られる焦点評価値Ｙの大小判定の結果によりマスタレン
ズ１０４は移動方向を修正しながら移動する。そして焦
点距離がｆ₀ から始まりｆ_n1になった時点で、その点に
おけるマスタレンズ１０４の位置よりもっとも近傍で出
発しているトラッキング曲線をＲＯＭ５１より選び出
し、以後はこの選ばれたトラッキング曲線に沿ってマス
タレンズ１０４を移動させる。この様子を図３に示す。

【００２２】ここでウォブリングの動作について図４で
説明する。Ｌは基準理想線を示しており、これは図２で
示すトラッキング曲線の望遠側でマスタレンズ１０４の
繰り出し量の最小（無限大。１０ｍ以上）と最大（１
ｍ）の中間である被写体距離３ｍを想定している。ｈ、
ｉ、ｊ、ｋはそれぞれ１フィールド期間の動作を示して
おりすべての動作が１フィールド基準で行われ４フィー
ルドでウォブリングの１周期を構成する。

【００２３】ここでｈとｊのフィールドはマスタレンズ
１０４の移動の期間でｈのフィールドは基準理想線Ｌに
対し、前側、つまりマスタレンズ１０４を繰り出す方
向、反対にｊのフィールドは後側、つまりマスタレンズ
１０４を戻す方向へ移動させる。ｉ、ｋのフィールドは
測定期間で該当するフィールドの焦点評価値Ｙを図１の
焦点検出回路４から得る。つまり図４の基準理想線Ｌが
合焦点だとすればｉ、ｋのフィールドの焦点評価値Ｙを
比較することにより前ピン（合焦）、後ピン（合焦）が
解り、同時に焦点はずれ量も判定出来る。

【００２４】今、図１の制御回路５よりモータドライバ
６にズーム信号が送られモータドライバ６がズームモー
タ７を駆動し、バリエータ１０２を移動して望遠側に変
倍動作を開始すると制御回路５は図４のｈ、ｉ、ｊ、ｋ
に示すように１フィールド毎にフォーカス指令によりス
テッピングモータドライバ９を介してステッピングモー
タ１０を駆動する。これによりマスタレンズ１０４の移
動→焦点検出回路４からの出力の焦点評価値Ｙの測定を
繰り返す。この時、測定のフィールドではマスタレンズ
１０４は停止している。そして１フィールドおきに得ら
れた焦点評価値Ｙは比較回路１４で大小判定される。

【００２５】ここでｉ、ｋの各フィールドで得られた焦
点評価値ＹをそれぞれＩ，Ｋとすると、上記判定結果の
焦点評価値Ｙが、(1) Ｉ〜Ｋならばほぼ現在のマスタレ
ンズ１０４の位置が合焦点、(2) Ｉ＞Ｋならば合焦点は
更にマスタレンズ１０４を繰り出した所、(3) Ｉ＜Ｋな
らば合焦点は現在位置より更にマスタレンズ１０４を戻
した所となり、この条件に従って動作する。

【００２６】これは図５の焦点評価値で示すことが出
来、本来の合焦点（山の頂上）から見た焦点ずれ量が
ｉ″，ｋ″で表される。なお、図５は上記(2) の場合を
表している。この図５から解るようにｉ，ｋのフィール
ドでの焦点評価値Ｙは均等がとれるのが良く、つまり
ｉ″＝ｋ″でＩ＝Ｋの条件、従って結果として上記(2)
のＩ＞Ｋならば、図５でいえばｉ″＜ｋ″の場合で、図
４において次なるフィールドのｈ′の期間でマスタレン
ズ１０４の移動量（例えばステッピングモータのステッ
プ幅で数ステップ等）を増加させ更に繰り出しかつ、
Ｊ′のフィールドで戻り量を減らせば合焦点への補正が
出来ることになる。この様子を図４のｍで示す。またこ
れにより修正された基準理論線をＬ’として示す。

【００２７】なお、図４のフォーカスレンズ位置はステ
ッピングモータ１０のステップ数で表されており、１、
２、３、…は１ステップ目、２ステップ目、３ステップ
目の意味である。

【００２８】以上の様子をマスタレンズ１０４の移動軌
跡として図３に示す。このようにすると被写体の距離に
関係なく、また倍率の変化による焦点評価値の変化にも
影響されにくい焦点補正動作が得られるから好都合であ
る。

【００２９】ここでＲＯＭ５１にあらかじめ用意記憶さ
れているトラッキング曲線のデータ形式はマスタレンズ
１０４の駆動用ステッピングモータ１０の移動量で表さ
れる。つまり、マスタレンズ１０４の単位移動量をステ
ッピングモータ１０の１ステップで表す。よって、ステ
ッピングモータ１０で駆動されたステッピング数がマス
タレンズ１０４の絶対位置となる。ＲＯＭ５１では、以
上のデータ形式を取りながら、被写体の距離毎にトラッ
キング曲線を持ち、且つ各々のトラッキング曲線に対し
所定の距離毎に、つまり図２にｆ_n1，ｆ_n2、…で示され
るごとく、マスタレンズ１０４の移動量をステッピング
モータ１０のステップ数で記憶しておく。

【００３０】図３において、マスタレンズ１０４の絶対
位置はステッピングモータ１０のステップ数で表され、
焦点距離はポテンションメータ８の電位より１：１に対
応し読み取られ表される。

【００３１】また、図３において、破線ｘで示す線は、
広角側の焦点距離ｆ₀ mmでステップモータ１０の絶対位
置が「２」の所から望遠側にズームを行った時、ウォブ
リングにて合焦点を検出しながら焦点距離ｆ_n1のところ
まで行き、その点で被写体距離２ｍのトラッキング曲線
に移り替わることを示している。

【００３２】ところで、図４のｈ，ｊの期間のマスタレ
ンズ１０４の移動量はウォブリング動作が目に関知され
ない焦点深度内で行われることは言うまでもない。つま
り、アイリス（絞り。図示しない）の情報により移動量
が規制される。また、ズームエリヤ全域をウォブリング
動作することは図２で示す望遠側でのトラッキング曲線
の傾き（単位時間当りマスタレンズ１０４の繰り出し
量）が急であるところに上記焦点深度の問題をも含み非
常に制御が難しい欠点を持っていた。

【００３３】なお、上記実施例ではフォーカス用のマス
タレンズにステッピングモータを使用したが、ＤＣモー
タでも同じ効果が得られる。また、相対比による合焦点
検出からあらかじめ用意されたトラッキング曲線に移り
替わる箇所はシステムに合わせて任意に選べば良い。更
に、あらかじめ用意するトラッキング曲線は、精度に合
わせて自由な本数を持てば良い。さらには、焦点評価値
Ｙを得る為の高域成分抽出用のＨＰＦは複数用意したほ
うが精度が上がる。この場合状況に応じてＨＰＦのカッ
トオフ周波数を変えるとか、一度（１フィールドで）複
数のフィルター出力を得るようにすると一層良い。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、この発明に係るフォーカ
ス調整装置によれば、被写体までの距離が非常に判別し
にくい所ではウォブリングによる合焦点検出によりトラ
ッキングを行い、その後は被写体距離に応じたトラッキ
ング曲線を利用するように構成したので、ズーム全域に
わたってどの点からズームが行われても、合焦精度の良
いズームトラッキングが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例によるフォーカス調整装置
の構成を示す図である。

【図２】ズームトラッキング曲線を詳細に説明する図で
ある。

【図３】この発明のズームトラッキングの動作を説明す
る図である。

【図４】ウォブリングの動作を示す図である。

【図５】ウォブリングによる合焦状態を説明する図であ
る。

【図６】従来例の構成を示す図である。

【図７】焦点検出回路の動作を説明する図である。

【図８】ＨＰＦの違いによる合焦状態を表す図である。

【図９】インナーフォーカス方式によるズーム時のトラ
ッキング曲線を表す図である。

【図１０】評価値のゾーンを表す図である。

【図１１】山登り法によるズームトラッキングの様子を
示す図である。

【符号の説明】

１ インナーフォーカス方式のレンズ鏡筒 ２ ＣＣＤ ３ カメラ信号処理回路 ４ 焦点検出回路 ５ 制御回路 ６ モータドライバ ７ ズームモータ ８ ポテンショメータ ９ ステッピングモータドライバ １０ ステッピングモータ １１ 検知スイッチ １４ 比較回路 ５１ ＲＯＭ １０１ 固定集光用前玉レンズ １０２ 変倍用のバリエータ １０３ コンペンセータ １０４ マスタレンズ ４０１ ＨＰＦ ４０２ ＨＰＦ ４０３ スイッチ ４０４ 増幅器 ４０５ ＬＰＦ ４０６ 検波器 ４０７ Ａ／Ｄコンバータ ４０８ 加算器

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ズームレンズ及びフォーカス用のマスタ
   レンズを有するインナーフォーカス方式のレンズ装置
   と、上記レンズ装置に入射する被写体光を映像信号に変
   換する変換手段と、上記映像信号の輝度信号成分を画面
   の所定領域について積算し、焦点評価値を発生する焦点
   検出手段と、上記焦点評価値を所定の基準値と比較する
   比較装置と、この比較装置の比較結果にもとづいて上記
   マスタレンズを移動させる手段と、被写体までの距離に
   対応する複数のトラッキング曲線を記憶する記憶手段と
   を備え、上記ズームレンズの駆動時に、焦点深度の深い
   範囲では、所定の焦点距離に至るまで上記マスタレンズ
   をウォブリング動作させ、その繰り出し、戻り毎に上記
   焦点評価値による合焦点検出を行いながら駆動し、上記
   所定の焦点距離において上記マスタレンズと至近関係に
   あるトラッキング曲線を上記記憶手段から選別すると共
   に、選別されたトラッキング曲線に対応して上記マスタ
   レンズを駆動するようにしたことを特徴とするオートフ
   ォーカス装置。