JPH041886B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自動焦点制御装置に関するもので、特
に、ビデオカメラの自動焦点制御装置に関する。

写真カメラやビデオカメラなどの光学的撮像機
器においては、被写体と撮影レンズとの間の距離
に応じて、撮影レンズと結像面（すなわち、写真
カメラの場合は写真フイルム、ビデオカメラの場
合は撮像管や固体撮像素子の表面）との相対距離
を調整し、結像面上に焦点の合つた像を結ばせる
必要がある。この焦点調整操作（いわゆるピント
合わせ）を自動的に行なう手段として、輪郭検出
方式と呼ばれる自動焦点制御装置が存在する。以
下、従来の輪郭検出方式による自動焦点制御装置
について説明する。

第１図は従来の輪郭検出方式によるビデオカメ
ラの自動焦点制御装置の構成の概略を示すブロツ
ク図である。第１図において、この装置は撮影用
のレンズ１によつて集光された、被写体（図示せ
ず）からの光を、電気信号に変換する撮像素子２
を備え、撮像素子２の出力は信号処理回路３を通
つて映像信号４に変換される。映像信号４の一部
は、高域フイルタ５、積分器６、焦点電圧検波回
路７、Ａ／Ｄ変換器９をこの順に通つて、頂上検
知手段５５および変動検知手段５７に入力され
る。一方、レンズ１と撮像素子２の撮像表面との
間の相対距離を検出するレンズ位置検出回路１０
によつて、この相対距離に比例した出力信号を発
生させ、Ａ／Ｄ変換器１１を通してデジタル信号
とし、頂上引込手段５５に入力させる。頂上引込
手段５５の出力は駆動信号発生手段５８に入力さ
れ、変動検知手段５７の出力は頂上引込手段５５
に入力される。また、レンズ１はその光軸方向に
移動自在となつており、駆動信号発生手段５８の
出力に応答して駆動手段５４にたとえばモータ１
３によつて移動させる。

これらのうち、頂上引込手段５５、変動検知手
段５７および駆動信号発生手段５８は、マイクロ
コンピユータを用いて構成できる。

次に第１図の装置の動作を説明する。撮像素子
２の出力を、信号処理回路３で処理することによ
つて得られた映像信号４は、撮像素子２の撮像表
面に形成された光学像を走査して得られた信号で
あるから、撮像表面の濃淡変化を反映している。
一般にビデオカメラが被写体に焦点が合つている
状態では、撮像表面に形成された像の輪郭は、精
密な濃淡変化を持つのに対し、焦点が合つていな
い状態では、濃淡変化の不明瞭な、いわゆるぼや
けた像となる。このため、撮像表面を走査して得
られる映像信号４は、焦点が合つている場合に
は、高周波成分を多く含み、焦点が合つていない
場合には、高周波成分が低下する。すなわち、映
像信号４の高周波成分の量は、合焦点状態にどれ
だけ近い状態にあるか（以下「合焦度」という）
という判断の指標となつている。したがつて、映
像信号４の一部を、高域フイルタ５および積分器
６に順次通すことによつて、映像信号４の高周波
部分を１フイルードの期間積分し、焦点電圧検波
回路７によつて１フイールドごとに出力すれば、
その出力（以下、焦点電圧８という）は、合焦度
に対応した信号となつている。レンズ１の位置と
この焦点電圧８との関係を第２図に示す。この関
係は、合焦点Ｆを極大とし、その両側でなだらか
に減少する焦点電圧８である。この出力は、Ａ／
Ｄ変換器９によつてデジタル信号となる。一方、
レンズ位置検出回路１０は、レンズ１と撮像素子
２の表面との相対距離に応じた信号を出力し、こ
の出力はＡ／Ｄ変換器１１でデジタル信号に変換
される。この２つの回路はレンズ位置検出手段５
３を構成する。したがつて、２個のＡ／Ｄ変換器
９，１１の出力は、それぞれ合焦度およびレンズ
位置の情報を含むものである。この２つの信号情
報に基づいて、レンズ１を移動させるモータ３
に、制御出力をマイクロコンピユータによつて与
える過程は、第３図のフローチヤートを参照して
説明する。まず、ビデオカメラの使用者が、起動
スイツチＳをONにすると、頂上引込手段５５は
これを検知して、レンズ１を被写体に近づける方
向または被写体から遠ざける方向のいずれかの方
向に移動させる出力を、駆動信号発生手段５８に
発生させ、モータ１３に与える（「起動」１４）。
この方向をいずれにするかは任意であり、予めど
ちらかに定めておけばよい。この移動によつて、
焦点電圧８が増大すれば、そのままその方向へ駆
動し続け、逆に焦点電圧８が減少する場合は、レ
ンズ１の移動方向を反転させる（「サーチ」１
５）。この動作は高域積分手段５２の出力に基づ
いて頂上引込手段５５が行なう。これによつて、
レンズ１は合焦点状態に近づいていく。レンズ１
が合焦点状態を通過すると、焦点電圧８は増加か
ら減少へと転ずる。この増加から減少に転じた点
が合焦点状態であるから、この位置を、レンズ位
置検出手段５３からの入力に基づいて頂上検知手
段５５が記憶する（「頂上検出」１６）。その後、
レンズ１を、記憶した合焦点の位置まで逆戻りさ
せ停止させる（「停止」１７）。またこの停止を行
なつた後にも被写体の動きを焦点電圧８の変動に
基づいて、変動検知手段５７によつて監視し、焦
点電圧８が一定値以上変動した場合など、必要に
応じて「起動」１４へ戻す（「待機」１８）。この
間の焦点電圧の動きは、第２図に示され、一旦焦
点電圧の極大の山を越した後、改めて逆戻りして
合焦点Ｆへ達している。

従来の輪郭検出方式の自動焦点制御装置は、以
上のように構成されているため、撮影範囲（「画
角」）中に、ビデオカメラのレンズ１との距離の
異なる複数の物体が存在するとき、その中のどの
物体に焦点が合うかは、「起動」１４におけるレ
ンズ位置で決まつてしまう。したがつて、ビデオ
カメラの使用者の意思に反した物体に焦点が合つ
てしまい、使用者の望む構図をとり得ない場合が
生ずるという欠点があつた。

本発明は、上記のような従来の装置の欠点を除
去するためになされたもので、画角中にレンズ１
からの距離の異なる複数の物体が存在している場
合（以下「複数被写体状態」という）にもビデオ
カメラ使用者の選択により、任意の物体に焦点を
合わせることのできる自動焦点制御装置を提供す
ることを目的としている。

本発明は、要約すれば、複数被写体状態にある
場合には、焦点電圧８の、レンズ１と撮像素子２
との間の距離に対する依存性が、複数の極大部を
持つことに対応して、そのうちの１つの極大部に
移動したレンズ１を、他の所望の極大部付近に強
制的に移動させるための手段を設け、ビデオカメ
ラ使用者のスイツチ選択に基づいて、この強制的
な移動を行ない、その後その所望の極大点へ自動
的に引込む自動焦点制御装置を与えるものであ
る。

以下、図面に基づいて、本発明の実施例の構成
と動作を説明し、本発明の詳細を明確にする。第
４図は、本発明の実施例の構成の概略を示すブロ
ツク図である。第１図の従来の自動焦点制御装置
と同様に、被写体（図示せず）からの光は、撮影
用のレンズ１によつて集光され、撮像素子２の表
面に光学像を形成する。この撮像素子は、撮像
管、固体撮像素子などである。この撮像素子２の
出力は、信号処理回路３によつて映像信号４とさ
れる。撮像素子２と信号処理回路３は、光信号か
ら映像信号４を得るための撮像手段５１を構成す
る。この映像信号４の一部は、高域フイルタ５、
積分器６、焦点検波回路７を順次通つて、焦点電
圧８となり、Ａ／Ｄ変換器９によつてデジタル信
号とされる。この高域フイルタ５、積分器６およ
び焦点検波回路７は、高域積分手段５２を形成す
る。一方、レンズ１の位置を検出し、その位置に
応じた出力信号を発生するレンズ位置検出手段５
３として、レンズ位置検出回路１０が設けられ
る。レンズ１を光軸方向に移動させる駆動手段５
４にたとえばモータ１３も、従来と同様に設けら
れる。スイツチとしては、焦点制御起動スイツチ
Ｓのほかに、２個の切換スイツチ１９Ａ，１９Ｂ
を設ける。以下、便宜上、切換スイツチ１９Ａを
「前」スイツチ１９Ａ、切換スイツチ１９Ｂを
「後」スイツチ１９Ｂとそれぞれ呼ぶことにする。
この２個の切換スイツチ１９Ａ，１９Ｂは、スイ
ツチング手段６２を構成する。高域積分手段５２
の出力は、Ａ／Ｄ変換器９を通つた後、頂上引込
手段５５、極小通過手段５６および変動検知手段
５７に入力される。レンズ位置検出手段５３の出
力は、Ａ／Ｄ変換器１１を通つた後、頂上引込手
段５５に入力される。焦点制御起動スイツチＳは
頂上引込手段５５に、スイツチング手段６２はス
イツチング変化検出手段６０を通して極小通過手
段５６に、それぞれ接続される。変動検知手段５
７の出力は頂上引込手段５５に入力され、頂上引
込手段５５および極小通過手段５６の出力は駆動
信号発生手段５８にそれぞれ入力される。また、
極小通過手段５６は頂上引込手段５５とも連結さ
れる。駆動信号発生手段５８の出力は駆動手段５
４に入力される。このうち、頂上引込手段５５、
極小通過手段５６、変動検知手段５７、駆動信号
発生手段５８およびスイツチング変化検出手段６
０は、マイクロコンピータによつて構成できる。

なお、頂上引込手段５５は、第１および第２の
頂上引込手段として働く。第１の頂上引込手段
は、高域積分手段５２の出力とレンズ位置検出手
段５３の出力とに応答して、レンズ１を積分値が
増加する方向に移動させてその積分値が極大とな
る位置までそのレンズ１を引込む信号を出力す
る。第２の頂上引込手段は、積分値が極小となる
位置をレンズ１が通過したことを極小通過手段５
６が検知した後、レンズ１をさらに前記予め定め
られた方向に移動させ積分値が極大となる位置ま
でそのレンズ１を引込む信号を出力する。

次に、本実施例の動作を説明する。被写体（図
示せず）からの光がレンズ１によつて撮像素子２
の表面上に集光され、撮像素子２と信号処理回路
３とによつて映像信号４とされ、高域フイルタ
５、積分器６および焦点電圧検波回路７によつて
焦点電圧８とされる。この動作は第１図の装置と
同様である。ここで、焦点電圧８の、レンズ１と
被写体との距離に対する依存性は、画角中の被写
体が単一である場合などは第２図に示したように
単一の極大値を持つ曲線となるが、本発明の目的
との関係上、画角中に複数の被写体たとえば物体
Ａおよび物体Ｂが存在し、かつ、それらとレンズ
１との間の距離がそれぞれ異なる場合（第５図
ａ）を考える。このときには、焦点電圧８の、レ
ンズ１の位置に対する依存性は、第５図ｂのよう
に、２つの極大を有する曲線となる。第５図ａに
おいて、x_A，x_Bはそれぞれ物体Ａ、物体Ｂとレ
ンズ１との間の距離である。また、第５図ｂにお
いて、P_A，P_Bはそれぞれ物体Ａ、物体Ｂに焦点
が合つたレンズの位置、P_Cは、この曲線の極小
値を与えるレンズの位置である。このような特性
を持つ焦点電圧８は、Ａ／Ｄ変換器９を通してデ
ジタル信号とされている。また、レンズ位置検出
回路が、レンズの位置を検出し、それらに比例し
た電圧を発生して、Ａ／Ｄ変換器１１でデジタル
信号とされている。この動作も、従来の装置と同
様である。この装置によつて自動焦点行なう動作
は、本実施例のフローチヤートである第６図を参
照して説明する。まず、焦点制御起動スイツチＳ
をONにする。すると、頂上引込手段５５がこれ
を検知し、駆動信号発生手段５８に、レンズ１を
一定の方向に駆動させる信号を発生させ、モータ
１３に出力させる（起動」１４）。この方向をい
ずれにするかは、第１図の従来の装置に関連して
述べたように任意である。その後、頂上検知手段
５５が、この駆動によつて生じた焦点電圧８の変
化を検出し、焦点電圧８が増大する方向にレンズ
１の移動を行なわしめ（「サーチ」１５）、極大の
位置を検出、記憶して（「頂上検出」１６）、この
極大点までレンズ１を逆戻りさせ、停止させる
（「停止」１７）ことも、従来の装置と同様であ
る。レンズ１の最初の位置を、第５図でP₀とす
れば、この動作により、P_Aまでレンズ位置が移
動する。ところで、こうして移動した極大点P_A
は、物体Ａに焦点が合つている状態であり、それ
は、P₀がたまたま第５図ｂのＯとP_Cの間に存在
したために、P_Aに向かう方向が焦点電圧８の増
大する方向になつたにすぎない。P₀がP_Cと∞と
の間にあれば、レンズ１はP_Bに引込まれる。焦
点が合うように引込まれた被写体が物質Ａであ
り、使用者が焦点を合わせたい被写体が、物体Ｂ
であるときには、使用者は「前」スイツチ１９Ａ
をONにする。このスイツチ変化は、スイツチン
グ変化検出手段６０によつて検出される。この検
出出力に基づいて、極小通過手段５６は、レンズ
１を、第５図ｂの∞の方向へ移動させる信号を駆
動信号発生手段５８に出力させ（「起動Ａ」２９
Ａ）、モータ１３が駆動される。これによつて、
レンズ１は、∞へ向かう方向へ、極小点P_Cを通
過するまで移動する（「サーチ」３０Ａ）。極小点
P_Cを通過すると、これを極小検知手段５６が検
知し、この駆動から、頂上検知手段５５による駆
動・頂上検出へと切換える（「頂上検出」１６）。
その後、極大点P_Bまでレンズ１を引込む動作
（「停止」１７）は、前述した動作と同様である。
最初の引込で、物体Ｂに焦点が合つた場合におい
て、使用者が物体Ａに焦点を合わせることを望む
ときは、「後」スイツチ１３ＢをONにする。す
ると、前述した動作とは全く対称的な動作で、レ
ンズ１は第５図ｂのＯの方向に移動させられ、物
体Ａに焦点が合う位置P_Aまで引込まれる。こう
して、使用者の望む被写体に焦点が合つた後は、
変動検知手段５７が、焦点電圧８の変動を監視し
（「待機」１８′）、一定値以上の変動が生じたとき
は、再び「起動」１４の動作に戻り、焦点の引込
みを行なう。焦点電圧８の変動がないときには、
「前」スイツチ１９Ａおよび「後」スイツチ１９
Ｂのスイツチングの監視へ戻る。

第６図のフローチヤートでは、「前」スイツチ
１９Ａの変化を先に検出し、その後、「後」スイ
ツチ１９Ｂの変化を検出したが、この順序が逆に
なつても構わないことはもちろんであり、また、
「前」スイツチ１９Ａと「後」スイツチ１９Ｂが
同時にONにならないという条件の下では同時に
変化を検出するように構成することも可能であ
る。さらに、本構成では、焦点を合わせるべき被
写体が、前後２個である場合に限らず、多数存在
する場合にも利用できる。すなわち、第５図ｂの
焦点電圧８の特性曲線が３以上の極大を持つ場合
においては、「前」スイツチ１９Ａまたは「後」
スイツチ１９Ｂを、所要の回数だけONにするこ
とにより、その都度、レンズ１は隣接する極大点
の間を移動し、希望する極大点まで移動させるこ
とができる。なお、本実施例では、ビデオカメラ
を対象としたが、写真カメラに用いる場合には、
レンズ１によつて集光された光をたとえばハーフ
ミラーによつて分離し、一方フイルム上に結像さ
せ、他方は撮像素子２に導けばよい。さらに、画
像・映像信号に対する輪郭検出方式に限らず、入
力信号の高周波成分の量に基づいて、部材の位置
制御を行なう一般の場合にも、レンズ１と撮像手
段５１をそれぞれ他の部材、入力手段に交換した
構成で適用可能である。

以上のように、本発明によれば、複数被写体状
態にある場合にも、カメラの使用者の簡単なスイ
ツチング操作により、任意の被写体に自動的に焦
点を合わせることができ、使用の簡便性と、高い
構図作成機能を兼ね備えた自動焦点制御装置を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の自動焦点制御装置の構成の概
略を示すブロツク図である。第２図は、画角内に
１つの被写体がある場合の焦点電圧のレンズ位置
依存性を示す図である。第３図は、従来の自動焦
点制御装置におけるフローチヤートである。第４
図は、本発明の実施例の構成の概略を示すブロツ
ク図である。第５図ａ，ｂはそれぞれ、画角内に
レンズからの距離の異なる２つの物体が存在する
場合の、レンズと物体との相互関係および焦点電
圧のレンズ位置依存性を示す図である。第６図
は、本発明の実施例に対するフローチヤートであ
る。 図において、１はレンズを、２は撮像素子を、
３は信号処理回路を、４は映像信号を、５は高域
フイルタを、６は積分器を、７は焦点電圧検波回
路を、８は焦点電圧を、９および１１はＡ／Ｄ変
換器を、１０はレンズ位置検出回路を、１２およ
び１２′はマイクロコンピユータを、１３はモー
タを、１４は「起動」処理を、１５は「サーチ」
処理を、１６は「頂上検出」処理を、１７は「停
止」処理を、１８は「焦点電圧変動検知」処理
を、１９Ａ，１９Ｂはそれぞれ、「前」スイツチ
および「後」スイツチを、２１はカメラを、２２
および２３はそれぞれ、物体Ａおよび物体Ｂを、
２８Ａおよび２８Ｂはそれぞれ、「前」スイツチ
および「後」スイツチの変化を検出する処理を、
２９Ａおよび２９Ｂはそれぞれ、「前」スイツチ
および「後」スイツチの変化に伴つた「起動」処
理を、３０Ａおよび３０Ｂはそれぞれ、「前」ス
イツチおよび「後」スイツチの変化に基づいた
「サーチ」処理を、５１は撮像手段を、５２は高
域積分手段を、５３はレンズ位置検出手段を、５
４は駆動手段を、５５は頂上引込手段を、５６は
極小通過手段を、５７は変動検知手段を、５８は
駆動信号発生手段を、６０はスイツチング変化検
出手段を、６２は切換スイツチング手段を、Ｓは
焦点制御起動スイツチを、それぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レンズ、 前記レンズを光軸方向に移動させる移動手段、 前記レンズにより集光された光を画像信号に変
   換する撮像手段、 前記撮像手段の出力信号の高域成分を積分し、
   その積分値に応じた信号を出力する高域積分手
   段、 前記レンズと前記撮像手段との相対位置を検出
   し、その検出値に応じた信号を発生するレンズ位
   置検出手段、 前記高域積分手段の出力と前記レンズ位置検出
   手段の出力とに応答して、前記レンズを前記積分
   値が増加する方向に移動させて、前記積分値が極
   大となる位置まで前記レンズを引込む信号を、前
   記移動手段に出力する第１の頂上引込手段、 焦点引込位置を選択するためのスイツチング手
   段、 前記スイツチング手段のスイツチングに応答し
   て、前記レンズを、前記積分値が極小となる位置
   を通過するまで、予め定められた方向へ移動させ
   る信号を、前記移動手段に出力する極小通過手
   段、および、 前記積分値が極小となる位置を前記レンズが通
   過した後、さらに前記レンズを前記予め定められ
   た方向に移動させて、前記積分値が極大となる位
   置まで前記レンズを引込む信号を、前記移動手段
   に出力する第２の頂上引込手段を備えた、自動焦
   点制御装置。