JPH0769513B2 - 焦点調節信号形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、スチルビデオカメラ，ビデオカメラ等の焦点
調節信号を形成する焦点調節信号形成装置に関する。

（従来の技術） 従来の画面の１箇所のみを測距する１点測距方式の自動
焦点装置がもつ欠点、すなわち「２人の人物が並んだシ
ーンや、人物が端に偏寄ったシーンでは、画面内の測距
エリアから主被写体（主に人物）がはずれるために、主
被写体にピントが合わず、無限遠にピントが合ってしま
う」といった欠点を解決するために、画面内の複数この
ポイントを測距するいわゆる広視野（多点）測距の方式
が提案されている。

このような広視野測距を用いた自動焦点装置として従来
知られるものを例示すると、 （１） 複数個の測距結果のうち、最至近の測距結果に
合焦する方式のもの（例えば、ゼネラルアンドメカニカ
ル（GENERAL ＆ MECHANICAL）4582424,特開昭61−88211
号，特開昭61−55618号） （２） 複数個の測距結果が、撮影レンズの焦点距離，
絞りで定まる被写界深度内にあるならば、その平均値に
ピントを合わせ、複数個の測距点に対応する被写体の全
てにピントが合うようにした方式のもの（特開昭61−88
211号，特開昭61−55619号，特開昭61−53614号） （３） 輝度情報によって戸外か戸内かを判別し、戸外
なら複数個の測距結果から最遠方のものにピントを合わ
せ、また戸内なら最至近のものにピントを合わせる方式
のもの（特開昭61−55619号，特開昭61−53614号） 等々がある。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記した（１）の方式もののは、２人の人物が
並んだシーンや端に人物が偏寄ったシーンについて、多
くの場合は人物（主被写体）にピントが合うものの、例
えば前方に障害物がある場合やあるいは前景のある場合
等においては、これらの障害物等にピントが合ってしま
って人物（主被写体）にはピントが合わないという問題
を招く難がある。

上記した（２）の方式のものでは、そもそも複数個の測
距結果すべてが被写界深度内におさまる場合は、短焦点
レンズの使用のときや高輝度の撮影条件にあるとき以外
はまれなのであり、長焦点レンズの使用の時や低輝度条
件での撮影では、像に手振れの影響が現われたり、複数
個の測距結果のどれにもピントが合わないという弊害を
招く難がある。

更に、上記した（３）の方式のものでは、戸外では背景
にピントが合ってしまい、他方戸内では前方の障害物等
にピントが合ってしまうなど、人物（主被写体）にピン
トが合わないという問題を招く難がある。

このように、従来提案に係わる広視野測距の方式の自動
焦点装置にあっては、多くの場合、２人の人物が並んだ
シーンや人物が端に偏寄ったシーンで人物（主被写体）
にピントが合うようになるという特徴が一応得られるも
のの、反面において、従来の１点測距の方式でピントの
合っていたシーンで主被写体にピントが合わなくなる
（前景や背景にピントが合ってしまう）という別の問題
を招く難がある。

本発明は、以上の事情に鑑みなされたもので、複雑な操
作を必要とすることなく所望の対象物に高率でピントの
合う焦点調節信号形成装置を提供しようとするものであ
る。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明は、視野方向に点在す
る複数の物体からの光を受光することにより前記複数の
物体のそれぞれの距離に関連した信号を形成するための
受光手段と、前記複数の物体の視野方向の相対位置関係
及び前記複数の物体の遠近関係に基づいて視野中央に位
置する物体が最も近距離であるか否かを判定する判定手
段と、前記判定手段の判定結果に応じて焦点調節信号を
形成する信号形成手段とを有する焦点調節信号形成装置
とするものである。

（実施例） 以下本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明す
る。

実施例１ 第１図は本発明に適用可能なアクテイブ方式の測距原理
を示した図であって、この方式は例えばレンズシャッタ
ーカメラなどに用いられている三角測量法を利用したも
のである。

第１図において投光素子22の出力光を投光レンズ21で集
束し細いビームとして被写体25にあて、この被写体25で
反射されるスポット光を受光レンズ23で受光素子24面上
に実像を結ぶようにさせている。第１図で示されるスポ
ット光の中心位置からのズレｄは被写体までの距離Ｌに
反比例し、近くなるほどｄが大きくなり、この関係は f/L＝d/S と表わされる（ただしｆは受光レンズ23の焦点距離、Ｓ
は基線長である）。

なお広視野測距の方式において画面内の何点を測距する
かについては、自動焦点装置を用いるカメラを用途，コ
ストなどによって適宜定められるものであるが、以下の
実施例では便宜上第３図に示した画面内の３点を測距す
る場合を例にして説明するものとする。

第２図は本発明の実施例１の自動焦点装置の構成をブロ
ック図で示したものであり、この図において1a,1b,1cは
上記画面内の３点に対応した測距を行なうための投光素
子および投光レンズのブロックを示し、発光制御回路２
により発光制御される。３は受光素子および受光レンズ
のブロックを示し、その受光素子からの出力端子は、被
写体までの距離を演算する測距回路４に接続されてい
る。５はA/D変換機能を有するインターフェース回路を
示し、マイクロ・プロセッサ・ユニット（以下MPUとい
う）６と各種回路との間を接続している。７はMPUから
の制御信号に基づき撮影レンズユニット８を合焦位置に
移動させる駆動回路を示している。

以上によって構成される本例における自動焦点装置の動
作は、まず不図示のメインスイッチのオンによって、MP
U6よりインターフェース回路５を介して発光制御回路２
に発光開始信号が与えられる。これにより発光制御回路
２は、回路内に予め設定された諸定数で与えられるタイ
ミングで投光素子1a,1b,1cを順次点灯する。投光素子か
らの出力光は被写体で反射されて受光素子３の面上に実
像を結び、この反射光を受けた受光素子３からの出力が
入力された測距回路４において上記第３図で示した各測
距ポイントに対応する被写体までの距離が順次演算され
る。

この測距回路４において演算された測距情報は、インタ
ーフェース回路５を介して投光素子の点灯タイミングに
同期しMPU6に読み込みされ、該MPU6において次記するよ
うに焦点位置が計算され、その計算結果に基づき駆動回
路７による撮影レンズユニット８の所定位置への移動が
行なわれる。

以上の構成，動作をなす本実施例１自動焦点装置の特徴
は、測距回路４からの上記３点についての測距結果の情
報（測距値）に基づき撮影レンズユニット８を移動させ
るための制御信号を演算，算出し出力するMPU6の動作手
順が、第４図に示されるフローチャートに従って行なわ
れるところにある。

以下その手順を詳細に説明する。

本例のMPU6の動作手順は、大略して次の三つの段階から
構成されている。すなわちその第１は、上記測距情報に
基づいて最近点LN,最遠点LF,および中間点LMを検出する
段階（以下第１の段階という）である。第２は、これら
のLN,LM,LFの相互の比較あるいは他の条件等との比較に
より、現在撮影しようとするシーンに必要な焦点位置
が、他のシーンにおいて必要とする焦点位置とは異なる
ことを判別して、該当するシーンと他のシーンとの場合
を分ける段階（以下第２の段階という）である。第３
は、上記により場合に分けられた各々のシーンに適合す
る焦点位置を、予め設定された遠算手段を用いて算出す
る段階（以下第３の段階という）である。

まず上記第１の段階について述べると、この段階では測
距回路４から入力された画面内３点の測距情報を読み込
んだMPU6において、最近点LN,最遠点LF,および中間点LM
が求められる。

次に上記した第２の段階について述べると、本例におけ
るこの段階は場合分けを都合六つに分けるようになって
いて、その優先順位は、まず上記中間点LMと最近点LNと
の差を求め、そしてその差（すなわち|LN−LM|）と、撮
影レンズの焦点距離・開放Ｆ値などで定まる被写界深度
に相当する定数ｋとを比較し、上記最近点LNについての
測距結果の有効，無効の判別（以下判別（ａ）という）
による場合分けが行なわれる。ここで無効とは、焦点位
置の検出には不要のデータであることをいう（以下にお
いて同じ）。

上記において最近点LNが有効とみなされた場合および無
効とみなされた場合に、それぞれ各別に次の判別が行な
われる。

すなわち前者（最近点が有効な場合）については、上記
最遠点LFと中間点LMの差（すなわち|LF−LM|）を求め、
この差を上記撮影レンズの焦点距離・開放Ｆ値などで定
まる被写界深度に相当する定数ｋとを比較し、上記最遠
点LFについての測距結果の有効，無効の判別（以下判別
（ｂ）という）による場合分けが行なわれる。そして該
判別の結果最遠点LFが有効である場合（すなわち|LM−L
F|≦ｋ）には、更に最近点LNが画面の中央測距ポイント
であるか他の測距ポイントであるかの判別（以下判別
（Ｃ）という）が行なわれる。

この判別（ｃ）を行なうことが本実施例の特徴の一つで
あり、この点については更に下記において詳細に説明す
る。

以上のように、中間点LMと最近点LNとの差がｋよりも小
さい（すなわち|LN−LM|≦ｋ）場合は、結局都合の三つ
の場合分けが行なわれる。

これに対し、最近点LNと中間点LMとの差つまり|LN−LM|
が、上記定数ｋよりも大きかった場合（|LN−LM|≧ｋ）
には、本例においては次の，の条件が充足されるか
否かを判別することによる判別（以下判別（ｄ），
（ｅ）という）が行なわれる。この判別は本例における
特徴の一つであり、これによって最近点にある被写体が
主被写体であるか障害物であるかの判別を行なっている
のである。

上記の判別（ｄ），（ｅ）において基準とされる条件
，とは、 条件 上記最近点LNが、撮影レンズの焦点距離・輝度情報など
の撮影条件から推測される障害物である可能性の高い距
離ｒ（例えば38mmレンズの場合約1mの距離）より遠距離
である。

条件 上記最近点LNの測距ポイントが、中央である。

であり、この判別（ｄ），（ｅ）によって、これらの条
件，の少なくともいずれかが充足された場合と、い
ずれも充足されなかった場合との場合分けがなされる。
なお後者（いずれも充足されない場合）については更
に、上記最遠点LFについての測距結果の有効，無効の判
別（以下判別（ｆ）という）による場合分けが行なわれ
る。

したがって、以上のように上記|LN−LM|≧ｋの場合に
も、結局都合三つの場合分けが行なわれる。

次に上記の場合分けに従って次段（第３段階）で行なわ
れる演算につき述べる。

上記した判別（ａ）によって最近点LNと中間点LMとの差
（|LN−LM|）が上記定数ｋよりも小さかった場合（|LN
−LM|≦ｋ）が検出，選択された時は、最近点LNについ
ての測距結果が有効な情報であるとみなされる時である
のは上述の通りであり、このケースでは更に判別（ｂ）
および（ｃ）による場合分けが行なわれて、要するに三
つのシーンが場合分けされ、これらのシーンに下記の三
態様イ，ロ，ハの演算方式から夫々適合するものが選択
されて焦点位置が算出されることになる。

イ．（|LM−LF|≧ｋの場合） LMとLNの平均値から焦点位置を演算する。

ロ．（|LM−LF|≦ｋでかつ判別（ｃ）により最近点LNが
画面中央の測距ポイントであった場合） ３点の中央重点平均方式により焦点位置を演算する。

ハ．（|LM−LF|≦ｋでかつ判別（ｃ）により最近点LNが
画面中央以外の測距ポイントであった場合） ３点の単純平均方式により焦点位置を演算する。

他方、上記において、判別（ａ）により最近点LNと中間
点LMとの差（|LN−LM|）が上記定数ｋよりも大きかった
場合（|LN−LM|≧ｋ）が検出，選択されたケースについ
て述べると、最近点LNについての測距結果は上述のよう
に無効な情報とみなされている。そしてこのケースでは
更に、判別（ｄ）および（ｅ）によって異なる焦点位置
を決めるべき三つのシーンが場合分けされ、これに適合
した下記の三態様ニ，ホ，ヘの演算方式から夫々適合す
るものが選択されて焦点位置が算出される。

ニ．（上記条件，の少なくともいずれかが充足され
た場合） LNから焦点位置を演算する。

ホ．（上記条件，のいずれも充足されずかつ|LM−L
F|≧ｋである場合） LMから焦点位置を演算する。

ヘ．（上記条件，のいずれも充足されずかつ|LM−L
F|≦ｋである場合） LM,LFの平均値から焦点位置を演算する。

以上の実施例において、上述した本実施例の特徴である
判別（ａ）〜（ｃ）の結果は、上記場合分けされたうち
のロとハの演算態様が適合する演算として選択される。

すなわちこれらロ，ハの場合は、|LN−LM|≦ｋでかつ|L
M−LF|≦ｋの条件が満足されているいわゆる３点が類似
的（近似的）な距離にあるシーンということができる
が、このようなシーンでも、例えば接写や背景が主被写
体のすぐ後にあるシーンなどでは、単純な３点平均の値
を基に焦点位置を演算すると焦点位置が後方に引かれて
しまう問題のあることは既に述べた。したがって本例の
自動焦点装置においては、上記のような接写や背景が主
被写体のすぐ後にあるシーンなどでは主被写体は中央に
あるのが普通であると考えて（そのように仮定して）、
まず最近点が画面の中央測距ポイントである場合には単
純平均でなく中央重視の平均を行なって焦点位置を求
め、その他の場合は単純平均方式を採用するようにした
のである。

つまり簡単に言えば、３点が類似的（近似的）な距離に
ありかつ最近点が画面の中央測距ポイントである場合
は、最近点重視のシーンとみなし、その他の場合は最近
点は障害である等の可能性を考慮して最近点重視のシー
ンとはみなさないようにした方式であるということがで
きる。

上記中央重点の場合における焦点位置の演算は、焦点
（ピント）位置LPを例えば最近点のデータに重み付けを
した下記式により求めることで行なわれる。

ただしａはカメラの用途，レンズの焦点距離などを考慮
して決められる数値でａ＞１あり、２〜３程度の数値が
望ましい。また上式におけるLN,LM,LF,LPはすべてレン
ズ制御における繰出し量に換算した値である。

実施例２ 本発明に用いられる測距装置は、第１図に示した場合の
他、第５図に示した原理に従ったものであってもよい。

この測距方式の原理は、SSTと呼ばれるパッシブ方式の
ものであり、測距動作は基本的には二重合致方式に基づ
くものである。

すなわち、二つの光学系によって得られる二つの像の位
置的な相関を見ることにより、距離データを得ようとす
るものである。

第５図はその原理を模式的に示したものであり、同図中
25は測距対象となる被写体である。受光レンズ26、ミラ
ー28,29はこの被写体25をその光学的軸線ａ上に照準す
るもので、基準測光学系と呼ばれる。これに対して受光
レンズ27、ミラー30,31は上記基準側光学系に対して基
準長Ｓを隔てて配置されるもので、参照側光学系を呼ば
れる。

以上の構成において、上記受光レンズ26,27によって捉
えられた被写体25の像はイメージセンサ32上に像形成さ
れ、基準側光学系に基づく像は基準視野Ａ上に、また参
照光学系に基づく像は参照視野Ｂ上にそれぞれ形成され
る。

ここでいま被写体25が無限遠にあると仮定すれば、被写
体25は基準側および参照側各光学系のそれぞれの軸線a,
b上にくるため、各光学系による被写体像はそれぞれ基
準視野Ａ上にIMBとして、また参照視野Ｂ上にIMR1とし
て形成される。これに対して被写体25が基準側光学系の
軸線ａ上を近づいてくると、参照光学系に対する被写体
25からの光路は傾いてくる。このため参照側光学系によ
る被写体25の像は、参照側視野Ｂ上にIMR2のようにズレ
てきる。したがって、基準視野Ａ上の像IMBと同じ像が
参照視野Ｂ上のどの位置に形成されるかを検知すること
により、被写体までの距離を知ることができるのであ
る。

第６図は、この測距装置を用いた本発明の実施例２の自
動焦点装置のプロック図を示している。

この図において9a,9b,9cはレンズ，ミラー，イメージセ
ンサからなる測距装置、10a,10b,10cはイメージセンサ
の出力から距離を算出する測距回路、11はインターフェ
ース回路である。

本例におけるMPU6も上記実施例１と同様にインターフェ
ース回路11を介して３点の測距結果を読み込み、焦点位
置は実施例１で説明した第４図のフローチャートに沿っ
て算出する。

撮影レンズユニット８を制御する駆動回路７への制御出
力は上記算出結果に基づいて与えられる。

実施例３ 第７図は本発明の実施例３の自動焦点装置における光学
配置図を示したものであり、この図において41はレンズ
要素、42はレンズ要素の瞳面の像を再結合するための小
レンズ群であり、一般に20個以上の数からなっている。
43〜46はCCD（チャージカップルドデバイス）素子など
からなる受光素子の各画素を示し、小レンズ42aに対し
ては画素43と44、小レンズ42bに対しては画素45と46が
対応する。画素43は小レンズ42aを通してアパーチャ48
部分に臨み、また画素44は小レンズ42aを通してアパー
チャ47部分に臨んでいる。同様に画素45は小レンズ42b
を通してアパーチャ48部分に臨み、画素46は小レンズ42
bを通してアパーチャ47部分に臨んでいる。

ここでいま小レンズ42aをｎ番目、42bをｎ−１番目の小
レンズであるとすると、ｎ番目のレンズを通してアパー
チャ48に臨む画素をAn、アパーチャ47に臨む画素をBn、
ｎ−１番目のレンズを通してアパーチャ48に臨む画素を
An−１、アパーチャ47に臨む画素をBn−１とする。また
Ｆ面はレンズ41の焦点面にあたる。したがってレンズ41
が画面上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る。また合焦距離にある
物体の像をセンサ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An＝Bm（ただしｎ≠ｍ）となる。

第８図は、本発明の実施例３の自動焦点装置のブロック
図を示したものである。この図において、12は上記第７
図で説明した小レンズ群と受光素子列からなるセンサユ
ニット、13はA/D変換器、14はA/D変換器13の出力を３つ
のメモリーに振り分けるゲート、15,16,17はメモリー、
18ハインターフェース回路である。

以上の構成において、上記センサユニット12から得られ
た信号は、A/D変換器13でディジタル信号化され、ゲー
ト14で画素を３つのメモリーに振り分ける。これにより
３つの点を測距することができ、そしてこの３つのメモ
リー内容をMPU6が読み込みし、上記第４図で説明したフ
ローチャートに沿って既述の実施例1,2と同様に焦点位
置を算出し、この算出値に基づいて駆動回路７がレンズ
ユニット８を駆動制御する。

なお本発明は以上の実施例に限定されるものではなく、
種々の変更した実施の態様のものとして実現できること
は言うまでもない。例えば判別（ａ）〜（ｃ）と共に組
み合わせられる他の場合分けのための判別手段、各場合
分けされた時に適合するように準備される演算手段は上
記実施例のものに限定されるものでなく、設計するカメ
ラ等に求められる性能等に対応して既知の技術手段を適
宜選択して採用することができる。

また画面内の測距ポイントは３点以上であってもよいこ
とは上述の通りであり、４点ないしそれ以上とした場合
の中間点，最遠点，最近点の決定は、例えば測距ポイン
トが第９図の様な４点の場合は、中央部の２つのポイン
トの測距結果の平均値もしくは、その２つのポイントの
近側の測距結果を中央部の測距結果とし、左右周辺部、
中央部の３つの測距結果より中間点、最遠点、最近点を
決定すればよい。

また、測距ポイントが第10図の様な５点の場合は、第９
図の４点の様に中央部の３つのポイントの測距結果の平
均値もしくはその３つのポイント最近側の測距結果を中
央部の測距結果とし、左・右周辺部、中央部の３つの測
距結果より中間点、最遠点、最近点を決定しても良い
し、５つの測距結果のうち、一番近いものを最近点、三
番目のものを中間点、五番目のものを最遠点としてもよ
い。

以上の実施例において、受光素子3,測距回路４又は受光
素子9a〜9c,測距回路10a〜10c又はセンサーユニット,A/
D変換器が、本発明の受光手段に相当しまたMPU6の第1,
第２の段階が本発明の測定手段に相当し、MPU6の第３段
階が本発明の信号形成手段に相当する。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、複雑な操作を必要
とすることなく所望の対象物に高率でピントの合う焦点
調節信号形成装置が提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

図面第１図は本発明よりなる実施例１の自動焦点装置で
用いられる測距原理を説明する図、第２図は実施例１の
自動焦点装置の構成概要をブロック図で示した図、第３
図は実施例１において用いられる投光装置の一例を示し
た図、第４図は実施例１のマイクロコンピュータにおい
て行なわれる焦点検出のための手順を説明するフローチ
ャート、第５図は実施例２の自動焦点装置で用いられる
測距原理を説明する図、第６図は実施例２の自動焦点装
置の構成概要をブロック図で示した図、第７図は実施例
３の自動焦点装置で用いられる測距原理を説明する図、
第８図は実施例３の自動焦点装置の構成概要をブロック
図で示した図である。 第９図、第10図は画面内の測距点を４点、５点とした場
合を説明する図である。 1a,1b,1c:投光素子、2:発光制御回路 3:受光素子、4:測距回路 5:インターフェース回路 6:マイクロ・プロセッサ・ユニット（MPU） 7:駆動回路、8:撮影レンズユニット 9a,9b,9c:受光素子、10a,10b,10c:測距回路 11:インターフェース回路 12:センサユニット、13:A/D変換器 14:ゲート、15,16,17:メモリ 18:インターフェース回路 21:投光レンズ、22:投光素子 23:受光レンズ、24:受光素子 25:被写体、26:投光レンズ 27:受光レンズ、28,29:ミラー 30,31:ミラー、32:イメージセンサ 41:レンズ要素、42:小レンズ群 42a,42b:小レンズ、43,44,45,46:画素 47,48:アパーチャ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】視野方向に点在する複数の物体からの光を
   受光することにより前記複数の物体のそれぞれの距離に
   関連した信号を形成するための受光手段と、前記複数の
   物体の視野方向の相対位置関係及び前記複数の物体の遠
   近関係に基づいて視野中央に位置する物体が最も近距離
   であるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段の判
   定結果に応じて焦点調節信号を形成する信号形成手段と
   を有することを特徴とする焦点調節信号形成装置。