JPH0886953A

JPH0886953A - 自動焦点整合装置

Info

Publication number: JPH0886953A
Application number: JP24712594A
Authority: JP
Inventors: Masaru Hidaka; 勝日高
Original assignee: Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 1994-09-14
Filing date: 1994-09-14
Publication date: 1996-04-02

Abstract

(57)【要約】【目的】ワイド端からズーム駆動する際、当初は無限
遠に対応した暫定トラッキング曲線に追随駆動し、ボケ
が認識された時点でフォーカス駆動して撮影レンズをフ
ォーカスさせ、フォーカス点から真正トラッキング曲線
を求め、以後は真正トラッキング曲線に追随させてズー
ム駆動することにより、複雑な演算を必要とせず、デフ
ォーカス量を小さく抑えた自動焦点整合装置を提供す
る。【構成】ズーム系レンズ２とフォーカス系レンズ３と
がワイド端にある状態で、ズーム駆動されると、被写体
距離Ｄが無限遠に対応した暫定トラッキング曲線Ｐに追
随して駆動する。駆動中にはＣＰＵ１によって合焦の評
価値が監視されており、ボケが認識されるとフォーカス
駆動して撮影レンズをフォーカスさせる。このフォーカ
ス状態から真に追随すべき真正トラッキング曲線Ｒを求
め、以後はこの真正トラッキング曲線に追随してズーム
駆動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ビデオカメラなど、
ズームレンズ装置を備えたカメラの撮影レンズのピント
を被写体に合焦させる自動焦点整合装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ビデオカメラ、特に家庭用ビデオカメラ
の普及は、誰にでも操作することができるよう、ファイ
ンダ内に被写体を捉らえることにより撮影レンズのピン
トを確実に被写体に合せる自動焦点整合装置、いわゆる
オートフォーカス装置の応答性の向上を要求するように
なった。しかも、応答性が良好でありながら、安価なカ
メラであることが条件となっている。

【０００３】光学系の小型化、軽量化やフォーカスの応
答性の良好な点から、この種のビデオカメラには、いわ
ゆるインナフォーカス方式のオートフォーカス装置が用
いられている。インナフォーカス方式では、被写体距離
に応じてズーム光学系の位置とフォーカス光学系の位置
とがほぼ一義的に定まり、ズーム光学系位置とフォーカ
ス光学系位置との関係を示す曲線（いわゆるトラッキン
グ曲線）が被写体距離に応じて異なる特性を備えてい
る。したがって、インナフォーカス方式のオートフォー
カス装置では、ズーム駆動時には被写体距離に応じたト
ラッキング曲線上を追随させながらズーム光学系とフォ
ーカス光学系を光軸方向に移動させている。

【０００４】ところで、トラッキング曲線を追随させる
機構を、ズーム光学系とフォーカス光学系とを機構的に
連動させて、ズーム駆動時にこれらの光学系が所定の光
学的関係を保つようにして行おうとすると、連動機構が
非常に複雑となってしまいカメラが大型化し重量が大き
くなるとともに、高価なカメラとなってしまう。そこ
で、ズーム光学系とフォーカス光学系とを各別に駆動
し、トラッキング曲線を追随させるよう制御することが
行われる。すなわち、あらかじめ当該ビデオカメラの撮
影レンズのズーム光学系の光軸方向の移動特性と、フォ
ーカス光学系の光軸方向の移動特性とを、適宜な代表的
な被写体距離に応じて対応させたトラッキング曲線を求
め、このトラッキング曲線に沿ってズーム光学系とフォ
ーカス光学系とをそれぞれ駆動するようにしてある。

【０００５】このトラッキング曲線を追随させる方式と
しては、このトラッキング特性を近似曲線化してＣＰＵ
によって常時演算して行うもの、あるいはトラッキング
特性を代表するポイントを適宜数抽出してＲＯＭの中に
マップ化し、ＣＰＵで適時読み出して処理を行うもの、
即ちフォーカスした状態における、ズーム光学系の位置
を検出するエンコーダにより得られた当該時のズーム系
のレンズ位置とフォーカス系のレンズ位置とを検出し、
当該時の被写体距離に対応するトラッキング曲線を認識
し、ズーム移動後のフォーカスレンズの位置を算出して
ズーム光学系の移動に応じてフォーカス光学系を所定量
移動させるようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たトラッキング曲線を追随させる従来の自動焦点整合装
置では、ズーム駆動の際の起動点が最短焦点距離位置
（ワイド端）である場合に次のような問題が生じてい
る。すなわち、ズーム光学系がワイド端にある場合には
被写体距離がいずれであってもフォーカス光学系の光軸
上の位置はほぼ等しい位置になり、追随すべきトラッキ
ング曲線が定まらず、追随すべきトラッキング曲線の選
択を誤ってしまうおそれがあることである。

【０００７】そして、追随すべきトラッキング曲線を誤
った状態で長焦点距離側（テレ側）に撮影レンズを移動
させると、大きくデフォーカスしてしまう場合が生じる
おそれがある。デフォーカス量が大きいと、ズーム駆動
が停止してフォーカス動作を行う際に、フォーカス光学
系をフォーカス位置まで移動させるのに相当の時間を要
することになる。また、トラッキング曲線を誤っている
と、ズーム駆動中にはフォーカスされない状態となり、
再生時に見苦しくなってしまうことになる。なお、ズー
ム光学系がワイド端にない場合には、フォーカスした状
態にあれば、追随すべきトラッキング曲線が定まってい
るからデフォーカスしてしまうおそれはない。

【０００８】そこで、この発明はワイド端からズーム駆
動が開始する場合にも、被写体像のボケが生じた際に適
切なトラッキング曲線を選択し、以後はこの適切なトラ
ッキング曲線に追随してズーム駆動とフォーカス駆動と
を行えるようにした自動焦点整合装置を提供することを
目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの技術的手段として、この発明に係る自動焦点整合装
置は、撮影レンズを構成するズーム光学系とフォーカス
光学系とを各別に駆動してトラッキング曲線を追随させ
るズームレンズ装置と、インナフォーカス方式のオート
フォーカス手段とを備え、最短焦点距離位置にある撮影
レンズをズーム駆動する場合であって追随すべき理論的
トラッキング曲線を認識できない場合に、予め設定した
暫定トラッキング曲線に追随させて撮影レンズを駆動
し、適宜位置までズーム駆動された際に前記オートフォ
ーカス手段を駆動し被写体に合焦させて追随すべき真正
トラッキング曲線を選定し、該真正トラッキング曲線に
移行してズーム駆動を継続することを特徴としている。

【００１０】また、撮影レンズを構成するズーム光学系
とフォーカス光学系とを各別に駆動してトラッキング曲
線を追随させるズームレンズ装置と、撮影レンズの合焦
状態を、映像信号の高周波成分の積算値を評価値として
その増減によって監視する合焦評価手段と、インナフォ
ーカス方式のオートフォーカス手段であって、前記合焦
評価手段の評価値をもとに合焦動作を行うオートフォー
カス手段とを備え、最短焦点距離位置にある撮影レンズ
をズーム駆動する場合であって追随すべき理論的トラッ
キング曲線を認識できない場合に、予め設定した暫定ト
ラッキング曲線に追随させて撮影レンズを駆動し、ズー
ム駆動の途中において前記合焦評価手段の評価値から映
像のボケを認識した場合には、前記オートフォーカス手
段を駆動し被写体に合焦させて追随すべき真正トラッキ
ング曲線を選定し、該真正トラッキング曲線に移行して
ズーム駆動を継続することを特徴としている。

【００１１】また、前記真正トラッキング曲線に移行し
た際に迅速にフォーカス状態を安定させるために、前記
真正トラッキング曲線に移行する際に、フォーカス状態
を監視する前記評価値の減少を検知した時点でフォーカ
ス駆動を終了することを特徴としている。

【００１２】さらに、前記暫定トラッキング曲線を、最
長の被写体距離に対応したトラッキング曲線とすること
も特徴としている。

【００１３】

【作用】撮影レンズがワイド端にある状態でズーム駆動
されると、所定のトラッキング曲線、例えば無限遠に対
応したトラッキング曲線を暫定トラッキング曲線として
該暫定トラッキング曲線に追随してズーム光学系とフォ
ーカス光学系とがそれぞれ駆動される。そして、所定時
間が経過した場合や、フォーカス状態を監視する前記合
焦評価手段の評価値から明確なボケが認識されるように
なった場合には、フォーカス手段が駆動されてフォーカ
ス光学系を光軸方向に移動させて合焦させる。この状態
において合焦して真正トラッキング曲線が選定されるか
ら、以後はこの真正トラッキング曲線に追随してズーム
駆動される。

【００１４】また、前記暫定トラッキング曲線を無限遠
など最長の被写体距離に対応したトラッキング曲線とす
れば、真正トラッキング曲線に移行する際のフォーカス
光学系の移動方向は被写体距離が短い場合の側であるか
ら、フォーカス光学系の移動方向の確認を行う必要がな
く、迅速に応答することができる。

【００１５】また、前記真正トラッキング曲線を選定す
る際に、前記合焦評価手段などの評価値が減少した時点
でフォーカス駆動を終了させるため、オートフォーカス
手段の迷いのためのピントのフラつきがない。

【００１６】

【実施例】以下、図示した実施例に基づいて、この発明
に係る自動焦点整合装置を具体的に説明する。

【００１７】図２はこの自動焦点整合装置を備えたカメ
ラの光学系の制御系を示す概略のブロック図で、この自
動焦点整合装置はＣＰＵ１を中心として構成されてい
る。カメラの撮影光学系はズーム系レンズ２とその後方
に配設されたフォーカス系レンズ３とから構成されてお
り、インナフォーカス方式のズームレンズ装置で構成さ
れている。ズーム系レンズ２はＤＣモータなどのズーム
系駆動手段2aによって光軸Ｓの方向に進退してズーム動
作し、フォーカス系レンズ３はパルスモータなどのフォ
ーカス系駆動手段3aによって光軸Ｓの方向に進退してフ
ォーカス動作する。これらズーム系駆動手段2aとフォー
カス系駆動手段3aとには、それぞれズーム駆動信号線2
b、フォーカス駆動信号線3bとを介してＣＰＵ１から駆
動制御信号が送られ、前記ズーム系レンズ２とフォーカ
ス系レンズ３の駆動が制御されている。また、ズーム系
レンズ２の光軸方向の位置はエンコーダ４によって検出
され、その位置信号がズーム系レンズ位置信号線4aを介
してＣＰＵ１に送られている。

【００１８】撮影光学系を透過した被写体光はフォーカ
ス系レンズ３の後方に設けられた固体撮像素子や撮像管
などの撮像手段５に入射し、映像信号となって出力され
る。撮像手段５から出力された映像信号は、ゲート回路
６と同期分離回路７とに入力されている。同期分離回路
７にて映像信号は同期分離され、ゲート制御回路８に入
力され、該ゲート制御回路８の出力信号が上記ゲート回
路６に入力されて、この信号に同期して該ゲート回路６
が開かれる。また、ゲート制御回路８の出力信号は前記
ＣＰＵ１にも入力されている。

【００１９】上記ゲート回路６から出力された映像信号
は帯域フィルタ９を通して合焦評価値積算回路10に入力
される。この合焦評価値積算回路10で画面全体の映像信
号の高域分を積算しオートフォーカスに関するＡＦ信号
を得る。そして、このＡＦ信号が前記ゲート制御回路８
の出力信号に同期してＣＰＵ１に入力されて、該ＣＰＵ
１では常時画面の所定箇所における映像信号の高域分か
らフォーカスの状態を、ズーム系レンズ２の光軸方向の
位置に対応しながら監視している。すなわち、映像信号
の高周波成分が被写体に対する合焦動作過程において増
減する原理を利用したいわゆる山登りコントラスト検出
により合焦動作を行うオートフォーカス手段であり、デ
フォーカスしている場合にフォーカス光学系を光軸方向
に移動させフォーカス点を探索することによって合焦さ
せる形式のものである。

【００２０】なお、上記合焦評価値積算回路10の出力信
号はメモリ回路11と比較器12とに入力され、先のＡＦ信
号との比較を行っている。

【００２１】そして、本実施例では、ＣＰＵ１内のＲＯ
Ｍには図３に示すトラッキング曲線が書込まれている。
すなわち、ズーム系レンズ２の位置を横軸にフォーカス
系レンズ３の位置を縦軸にし、代表的な被写体距離Ｄを
パラメータとしたトラッキング曲線が書込まれている。

【００２２】以上により構成したこの発明に係る自動焦
点整合装置の実施例について、その動作を以下に説明す
る。

【００２３】ズーム系レンズ２がワイド端にある状態
で、撮影者によりテレ側に変倍するようズームスイッチ
が操作されると、ＣＰＵ１からズーム系駆動手段2aとフ
ォーカス系駆動手段3aとのそれぞれに駆動制御信号が送
出されて、ズーム系レンズ２がテレ側に移動するととも
に、フォーカス系レンズ３も移動する。これらレンズ
２、３の移動は、当該時の被写体距離Ｄに拘らず、図３
に示すトラッキング曲線のうち被写体距離Ｄが最長であ
るものに対応したトラッキング曲線に追随して移動す
る。すなわち、ワイド端においては被写体距離Ｄがいず
れであってもズーム系レンズ２の光軸Ｓ上の位置はほぼ
一定であるから、いずれのトラッキング曲線に追随すべ
きかが不定であり、そこで暫定的に被写体距離Ｄが最長
のものを暫定トラッキング曲線Ｐとしてこれに追随させ
る。

【００２４】ズーム駆動中にも撮影レンズを透過して撮
像手段５に被写体光が入射しており、該撮像手段５から
映像信号が出力されている。前記ＣＰＵ１では前記合焦
評価値積算回路10から出力されたＡＦ信号により得られ
た評価値の増減によって撮影レンズのフォーカスの状態
を監視している。そして、該評価値からデフォーカスし
てボケが許容できない状態と判断された場合には、ＣＰ
Ｕ１からフォーカス系レンズ３に対して駆動制御信号を
送出し、該フォーカス系レンズ３を暫定トラッキング曲
線Ｐに拘らず光軸Ｓの方向に移動させて撮影レンズをフ
ォーカスさせる。なお、この際、撮影者によってズーム
スイッチが操作され続けているから、ズーム系レンズ２
はズーム駆動し続ける。また、暫定トラッキング曲線Ｐ
は被写体距離Ｄが最長のものとしてあるから、フォーカ
ス系レンズ３の移動方向は被写体距離Ｄが短い場合の側
であり、山登りコントラスト検出により合焦動作を行う
場合でもフォーカス系レンズ３の移動方向を探索するこ
とがなく、従って迅速にフォーカス動作を行うことがで
きる。

【００２５】そして、被写体に合焦して評価値が減少を
開始した時点で直ちにフォーカス駆動を停止して、その
フォーカス状態から真正トラッキング曲線を求め、以後
は該真正トラッキング曲線に追随してズーム系レンズ２
とフォーカス系レンズ３とを駆動する。

【００２６】すなわち、図１に示すように、ワイド端か
ら駆動される初期では、被写体距離Ｄが無限遠の場合に
対応した暫定トラッキング曲線Ｐに追随してズーム系レ
ンズ２とフォーカス系レンズ３とが駆動されながら合焦
評価される。そして、評価値から再生時のボケが許容で
きないデフォーカスの状態となったと判断されると、Ｃ
ＰＵ１から送出される駆動制御信号によってフォーカス
系レンズ３が合焦駆動され、フォーカスすることにな
る。フォーカスの制御は山登りコントラスト検出によっ
て行われているが、暫定トラッキング曲線Ｐが無限遠の
被写体距離Ｄに対応しているものであるため、フォーカ
ス系レンズ３の移動方向は必ず被写体距離Ｄが無限遠よ
りも短い側となり、図１上符号Ｑで示す軌跡を描いてズ
ーム系レンズ２とフォーカス系レンズ３とが移動する。
合焦の評価値は撮影レンズが被写体にフォーカスするま
で増加し、フォーカス点を越えると減少する。この評価
値の減少を検出するとフォーカス動作を停止する。な
お、フォーカス系レンズ３は、評価値の減少の検出によ
ってＣＰＵ１から出力された駆動制御信号によって、そ
れまでとは逆方向に僅かに移動して停止する。すなわ
ち、山登りコントラスト検出によってフォーカス動作を
行わせると、評価値の増減を検出してフォーカス系レン
ズ３を駆動するから、フォーカス点を境にフォーカス系
レンズ３が進退を繰り返すことになってピントがフラつ
くことになるが、評価値の減少を検出した場合にフォー
カス系レンズ３の動作を停止させることにより、ピント
がフラつくことがない。

【００２７】そして、フォーカス系レンズ３のフォーカ
ス動作が停止した位置におけるトラッキング曲線を真正
トラッキング曲線Ｒと判断し、以後はこの真正トラッキ
ング曲線Ｒに追随してズーム系レンズ２とフォーカス系
レンズ３とが移動することになる。なお、真正トラッキ
ング曲線Ｒは、例えば被写体距離Ｄが３ｍである場合に
は、図３においてＤ＝２ｍとＤ＝５ｍとのトラッキング
曲線のズーム系レンズ２の位置に対するフォーカス系レ
ンズ３の位置を比例配分により求める。

【００２８】撮影者がズームスイッチの操作を終了する
とその旨の信号がＣＰＵ１からズーム系駆動手段2aとフ
ォーカス系駆動手段3aに送出され、ズーム系レンズ２と
フォーカス系レンズ３の移動が停止する。そして、オー
トフォーカス手段が作動してフォーカス系レンズ３のみ
を光軸Ｓの方向に進退させて被写体にフォーカスさせ
る。なお、このフォーカス駆動は山登りコントラスト検
出によって行われる。

【００２９】また、撮影レンズがワイド端でなく途中に
ある場合には、撮影レンズは被写体にフォーカスしてい
るから、そのズーム系レンズ２の位置とフォーカス系レ
ンズ３の位置とから追随すべきトラッキング曲線が定ま
る。したがって、ズーム動作に応じて当該トラッキング
曲線に追随してズーム系レンズ２とフォーカス系レンズ
３とを進退させる。

【００３０】本実施例では暫定トラッキング曲線Ｐを無
限遠に対応したものとして説明したが、他の被写体距離
Ｄ、一般的に撮影の際に多く使用される被写体距離Ｄ例
えばＤ＝３ｍなどに対応したトラッキング曲線を暫定ト
ラッキング曲線としても構わない。ただし、真正トラッ
キング曲線Ｒに移行する際には、撮影レンズを被写体距
離Ｄの長短いずれの方向に移動すべきかの判断を要する
から、判断のための時間が必要となる。

【００３１】また、真正トラッキング曲線への移行を、
評価値によりボケを認識した場合として説明したが、他
の状態の場合によるものでも構わない。たとえば、ワイ
ド端からズーム駆動された後所定の時間が経過した場
合、あるいはワイド端から所定位置まで撮影レンズがズ
ーム駆動した場合にフォーカス駆動させて真正トラッキ
ング曲線に移行させるようにしても構わない。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る自
動焦点整合装置によれば、撮影レンズがワイド端にある
状態でズーム駆動すると、暫定トラッキング曲線に追随
してズーム系レンズとフォーカス系レンズとが光軸上を
移動し、再生時のボケが許容できないと判断されたりし
た場合などにはフォーカス駆動されて撮影レンズを被写
体にフォーカスさせ、フォーカスした状態におけるズー
ム系レンズとフォーカス系レンズの位置で真正トラッキ
ング曲線とし、以後はこの真正トラッキング曲線に追随
してズーム駆動させるから、ズーム駆動時にもほぼフォ
ーカスした状態を維持できるとともに、テレ端まで移動
した状態でのデフォーカス量が小さくなり、その後のフ
ォーカス駆動によって迅速にフォーカスする。

【００３３】また、この自動焦点整合装置にあっては、
常時フォーカス駆動するものではなく、かつ追随すべき
トラッキング曲線が簡素化できるので、ＣＰＵの負荷が
小さくなり、安価な自動焦点整合装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る自動焦点整合装置の動作を説明
するためのトラッキング曲線を示す図である。

【図２】この発明に係る自動焦点整合装置の概略のブロ
ック図である。

【図３】この発明に係る自動焦点整合装置が備えている
トラッキング特性の一例を示す図である。

【符号の説明】

１ＣＰＵ２ズーム系レンズ 2a ズーム系駆動手段 2b ズーム駆動信号線３フォーカス系レンズ 3a フォーカス系駆動手段 3a フォーカス駆動信号線４エンコーダ 4a ズーム系レンズ位置信号線５撮像手段６ゲート回路７同期分離回路８ゲート制御回路９帯域フィルタ 10 合焦評価値積算回路Ｐ暫定トラッキング曲線Ｒ真正トラッキング曲線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０３Ｂ 13/34

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮影レンズを構成するズーム光学系とフ
ォーカス光学系とを各別に駆動してトラッキング曲線を
追随させるズームレンズ装置と、インナフォーカス方式のオートフォーカス手段とを備
え、最短焦点距離位置にある撮影レンズをズーム駆動する場
合であって追随すべき理論的トラッキング曲線を認識で
きない場合に、予め設定した暫定トラッキング曲線に追
随させて撮影レンズを駆動し、適宜位置までズーム駆動
された際に前記オートフォーカス手段を駆動し被写体に
合焦させて追随すべき真正トラッキング曲線を選定し、
該真正トラッキング曲線に移行してズーム駆動を継続す
ることを特徴とする自動焦点整合装置。
【請求項２】撮影レンズを構成するズーム光学系とフ
ォーカス光学系とを各別に駆動してトラッキング曲線を
追随させるズームレンズ装置と、撮影レンズの合焦状態を、映像信号の高周波成分の積算
値を評価値としてその増減によって監視する合焦評価手
段と、インナフォーカス方式のオートフォーカス手段であっ
て、前記合焦評価手段の評価値をもとに合焦動作を行う
オートフォーカス手段とを備え、最短焦点距離位置にある撮影レンズをズーム駆動する場
合であって追随すべき理論的トラッキング曲線を認識で
きない場合に、予め設定した暫定トラッキング曲線に追
随させて撮影レンズを駆動し、ズーム駆動の途中におい
て前記合焦評価手段の評価値から映像のボケを認識した
場合には、前記オートフォーカス手段を駆動し被写体に
合焦させて追随すべき真正トラッキング曲線を選定し、
該真正トラッキング曲線に移行してズーム駆動を継続す
ることを特徴とする自動焦点整合装置。
【請求項３】前記真正トラッキング曲線に移行する際
に、フォーカス状態を監視する前記評価値の減少を検知
した時点でフォーカス駆動を終了することを特徴とする
請求項２に記載の自動焦点整合装置。
【請求項４】前記暫定トラッキング曲線を、最長の被
写体距離に対応したトラッキング曲線とすることを特徴
とする請求項１ないし３のいずれかに記載の自動焦点整
合装置。