JPS6155620A - 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
用いる自動焦点調節装置、特に測距物体に対応して、異
る測距そ−ドが選択できる自動魚点装遣に関するもので
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
したシ距離情報の表示を行う等、各征自動焦点検出装置
は知られている。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。

（１）低輝度下であフ、測距すべき物体のコントラスト
をセンナ−が抽出できない時。

（乃　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。

（３）測距すべき物体がセンサーの長手方向と同一方向
にくシ返し同じコントラスト特徴を有している時。

（４）異る距Ｐｉ１１Ｃちる測距すべき物体が光電セン
チ−内に一１ｉ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ｉｃｅがして合焦点を捜す
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ｈｅ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における不安
定な測距動作を安定させると共Ｋｍ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実施す
るに適した形の自動焦点調節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
よシ成る様に描いたが、実際には２０ケ以上のものが一
般的である。５〜６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が対応し画素６は、小
レンズ２−１を通してアパーチャ８部分・を、画素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で数える２０以上の列となっ
ておシ仮に２−１をｎ番目２−２をｎ　−１９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，アパーチャアをにらむ画素をＢｎ
−１とする。

Ｆ°面はレンズ焦点面に尚たる。即ちビデオカメラを想
定すると撮像管の撮像面位置（等価位置）が７となる。

したがってレンズ１が左右方向で位置を変えることによ
って１面（支）正しく結像する被写体距離は異シ、又合
焦距離にある物体の像をＯＣＤ列の出力としてとらえる
場合Ａｎ＝Ｂｎ％Ａｎ−，：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Ａｎ＝Ｂｍ、
ｎ←ｍ、となってくる。

第１図においては距離Ｒ１がレンズ１の合焦距離となる
と９点の像はＡｎ、Ｂｎ画素（３，４）に入るし、１０
点の像はＡｎ−１ｔ　Ｂｎ−１画素（５，６）に入る。

逆の見方をすると光線１１と１２は点１０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個数として４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
に組込んだ場合のブロック構成図を示す。同図において
１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群よシ
成シ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２−１１８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−Ｌ二ツ）、２０は絞
シメータ、２１は絞夛羽根、２２は結像系のレンズ、２
５はこの図ではイメージセンサ−としての固体撮像板、
２４はセンサーから得られた信号をデジタル信号とする
秒置換器％２５はこの情報及び焦点距離情報合焦距離情
報によシ、合焦、非合焦等の判断を行なうｃｐｔｒ、２
６はモータードライブ回路、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１の位置
情報を検出するだめのエンコーダ、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。

ＣＰＵ　２５に於ての演算手段は種々知られているが、
例えば 財＝ΣＣＩＡ（Ｌ−Ｂｎ’ｓ　ｌ　　ｌ　Ａｎ＋１−Ｂ
ｎ　Ｉ　）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Ａ、力−ヴとＢｎｎカーブずれと方向、
（即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＝Σ（ｌ　Ａｎ＋ｋ　”Ｂ＋１１　１Ａｎ＋に＋
＋−ｎｌ　）にて、ｋ＝−ａからａまで可変としてＨｐ
　ｆを算出する。ここでａの数値は前述の小しン°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ｋ、縦軸にＨｌ）ｆをとった場合の計算
結果を示すが、ここで３１はに＝０　にてＨｐｆ　＝：
　Ｏとなり、よってこの状態でピントは合っていると見
なす°ことができる。一方３０はｋが負、３２はｋが正
でＨＩ、ｆ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、ｋの絶対値によυボケの程度が算出さ
れる。Ａ、Ｂのとυ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おり、３２の時は
前ピンとなる。

以下、本発明の実施例を上述自動焦点調節装置を併用し
て構成する場合について以下説明する。

第５図〜第１４図に本発明の基本的考え方といくつか、
の実施例を示す。本発明の特徴となる部分のこの構成要
素は第５図図示のｃｐσ２５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
シ出している部分、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５６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の焦点距離等によシ決定される。

第６図は、第５図で示したごとく測距エリヤ−１即ち測
距視野をｎ等分し、それぞれの領域で測距を行なう可く
、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Ｑ＝３領域に分割し測距結果として、夫々
の３エリヤ−から測距情報を取シ出すものでおる。

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ｎｏ
数値はこの方式を採用する撮影系ル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、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。同図に於いてセンサ１９よシ被写体寄ｐ
の構成要素は第５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Ａμ変換器２４にて
デジタル信号化され、ゲート４０にて１画素を５つのメ
そり４１〜４３に振シ分ける。仮にセンナの小レンズを
横から数えて厘１〜１６２４と名付けるとＡ１〜４　Ｂ
はメモリ４１に、／１６９〜７Ｆ６１６はメモリ４２に
、／ｌ６１７〜７５２４はメモリ４３にストックされ、
４４〜４６０３つの演算器でそれぞれの領域のＨｐｆが
算出される。仮にＡ６１〜Ｉ６８が第６図の５７の位置
腐９〜魔１６が３８の位置７６１７〜７ｇ６２４が５９
の位置の画素情報でちったとすると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
では上述のとと＜　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作用に開耳するレンズ群
の移動方向と移動量が算出されそ一ターが駆動するが、
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　
ｔ−に４４＋に４５＋に４６とすると回路４７ではに４
４−に４５、回路４８ではに４４−に４６ｓ回路４９で
はに４ｓ、−に４６が計算される。一方深度演算回路５
１では絞υメータ（不図示）よシ得られる絞シ情報とエ
ンコーダ等によシ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。同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
は設計意図によシその数式を自在に設定できる。

比較回路５０ではこのｋとｌ　ｋｓａ　−に４ｓ　ｌ　
ｌ　ｋ４４−に４６１１　ｋ４ｓ−ｋａ６１との比較が
行なわれる。その結果ｌ　ｋ４４−に４ｓｌ　ｌｌ　ｋ
ａｔ−に４６１　ｒ　ｌ　ｋ４ｓ−に４６１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５領域内
全てに合焦することができない所領遠近競合被写体でち
ると判断がなされる。この場合は警告回路５５にて・円
らかの警告が発せられる。

警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ＬＥＤを点灯させる、発音ブザーで
知らせる等）。

一方Ｈｐｆ演算回路で得られた３つの距離情報に４４　
＋　ｋ４５　ｒ　ｋ４６は平均化回路５２で平均化され
る。

５ｗ５６がつながると演算回路５７で焦点距離情報Ｆ、
ｆ等によシ、レンズの必要移動量が算出されモータが駆
動される。

同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８ｗ５６がつながる様にしてもよいう 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Ｉｒｆ徴である測距視野の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
するところは二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Ｍ６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７１６１〜Ａ２４の小レンズ群からなる時は１ｇ
　ｉ〜扁８の信号のみがゲート４０を通過しメモリ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
の大きさに分わせて任意の位置長さは指定することも可
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
よシ至近側にちる。（例えば風景の中に被写体でちる人
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ζ色 る。演算回路４４〜４６ではＨでが計算され、結果ゼロ
ク四スのに値が求まる比較回路６２及び６３ではこのに
値が１（ｇ次比較され、この比奴の結果最も至近よシの
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−
Ｄｒｉｖｅ回路２６に伝わり、レンズ駆動用のモータ２
７が駆動するものでちる。

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、深度範囲内に
全ての被写体距離がある時は、通常動作を、また、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そ一タ
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υｎ
ゾーンとするととができる）の測距結果が全て深度内の
時は５ｗ６４がＯＮＬ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シ出し焦点距離情報から測距
方向とズレ量を算出しモータ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
のフローチャートを示し、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Ｃ１，ｌ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ＨｐｆＲ、Ｈｐ
ｆＭ　、　ＨｐｆＬが算出される。ステップ６６ではこ
の各ゾーンのＨｐｆからＨｐｆがゼロクロスする時のに
値を求める。ステップ６７では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だ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
は不用となる。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＝２．８・Ｆここで
、δ；錯乱円形）と各ゾーンでの差り、〜Ｄ、の９ちで
Ｍ△Ｘを示しているＤＩＺｌａＸはステップ７０で比較
される（Ｍ２Ｏ図に於ける比較回路５０に当たる部ゆで
ある）。ステップ７０での判定の結果、ＤＩｌｌａＸが
Ｅよυも小さければ遠近競合被写体ではないと判断され
るため自動焦点調節はセンサー全域を１ゾーンとした通
常の測距動作を行う。一方ＤｍａＸがｙ４．ｌ：Ｊ）も
大きい時はステップ７１において３シー／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Ｏ具体的な演算を行う。以降ステップ７３〜７５で
所定の七−夕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υ装置
等から被写体の輝度情報を知シ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
形例を示すもので、輝度情報検知７６の結果から演算回
路６１にとシ込む測距視野位置を選び出している。

第１３図は＄１０．１１図で述べた実施例において遠近
競合を検知した後Ｋ、輝度情報検知７６の結果から例え
ば、輝度が定められた閾値によシ明るいか暗いかによυ
明るい時は戸外に於いて遠方の被写体を撮影する確率が
高いので最遠方の測距結果（構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Ｎ
Ｏ”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値によシ明るいか暗いか
を検知している。この判断の結果、暗い場合ステップ７
１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
距離を知る様に構成したために、遠近競合被写体等の警
告を行ったり、また測距視野の選択することにより、遠
近競合被写体の近距離の優先、輝度情報等により優先距
離の選択をするなど、特に動画撮影用のカメラ等におい
てその測距粒度を格段に向上することが出来るようにな
シ、自動焦点調節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、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ｆ４１図示装置の信号波形図、第６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
全体講成 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図は第５図示説明図の動作説明図、第７図は本発明
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、第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７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７０−チャ−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＋７−４４．４５．４
６・・・演算回路 特許出願人　　キャノン株式会社 溶１図 慕２図 ハｗ、Ｉｊｔｌ 、／／　　　　　　　　ｔｂ　　　　　　　　　　　　
５７第８図 第９図 第１３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）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使用すること
   のできる測距装置。
2. （２）ｎヶの測距結果の差がある定められた条件下では
   警告装置が働くことを特徴とする特許請求の範囲第（１
   ）項記載の測距装置。