JP2698127B2 - オートフォーカスビデオカメラ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ） 産業上の利用分野 本発明は、撮像素子から得られる映像信号を基に、焦
点の自動整合を行うビデオカメラのオートフォーカス回
路に関する。

（ロ） 従来の技術 ビデオカメラのオートフォーカス装置に於て、撮像素
子からの映像信号自体を焦点制御状態の評価に用いる方
法は、本質的にパララックスが存在せず、また被写界深
度が浅い場合や遠方の被写体に対しても、精度よく焦点
を合わせられるなど優れた点が多い。しかも、オートフ
ォーカス用の特別なセンサも不必要で機構的にも極めて
簡単である。

この様なオートフォーカス装置としては、特開昭63−
125910号（G02B7/11）に一例が開示されている。

以下にこの従来技術の骨子を第２図、第３図を参照に
説明する。

第２図は上記従来技術に関わるオートフォーカス回路
の全体の回路ブロック図である。レンズ（１）によって
結像された画像は、撮像素子を含む撮像回路（４）によ
って映像信号となり、焦点評価値発生回路（５）に入力
される。

この焦点評価値発生回路（５）は、例えば第３図に示
すように構成される。撮像映像信号より同期分離回路
（5a）によって分離された垂直同期信号及び水平同期信
号は、サンプリングエリアを設定するためにゲート制御
回路（5b）に入力される。ゲート制御回路（5b）では、
垂直同期信号、水平同期信号及び固定の発振器出力に基
いて、画面中央部分に長方形のサンプリングエリアを設
定し、このサンプリングエリアの範囲のみの輝度信号の
通過を許容するゲート開閉信号をゲート回路（5c）に供
給する。

ゲート回路（5c）によってサンプリングエリアの範囲
内に対応する輝度信号が、広域通過フィルタ（HPF）（5
d）を通過してその高域成分のみが分離され、次段の検
波回路（5e）にて振幅検波される。この検波出力はA/D
変換回路（5f）にてデジタル値に変換され、積算回路
（5g）でフイールド毎に積算されて、この１フィールド
分の積算値が現フィールドの焦点評価値として出力され
る。前述のように構成された焦点評価値発生回路（５）
は常時１フィールド分の焦点評価値を出力する。

合焦動作開始直後に、最初の焦点評価値は最大値メモ
リ（６）と初期値メモリ（７）に保持される。その後、
フォーカスモータ制御回路（10）は、フォーカスモータ
（レンズ位置変更手段）（３）を予め決められた方向に
回転させて、受光レンズ（１）を支持するフォーカスリ
ング（２）を回動させ、受光レンズ（１）を光軸方向に
変位させて撮像素子との距離を変化させ第２比較器
（９）出力を監視する。第２比較器（９）は、フォーカ
スモータ駆動後の焦点評価値と初期値メモリ（７）に保
持されている初期評価値を比較し、その大小を出力す
る。

フォーカスモータ制御回路（10）は、第２比較器
（９）が大または小という出力を発するまで、最初の方
向にフォーカスモータ（フォーカス制御手段）（３）を
回転せしめ、現在の焦点評価値が初期評価値に比べ大で
あるという出力がなされた場合にはそのままの回転方向
を保持し、現在の評価値が初期評価値よりも小さいと判
断された場合には、フォーカスモータの回転方向を逆に
して、第１比較器出力を監視する。

第１比較器（８）は、最大値メモリ（６）に保持され
ているこれまでの最大値の焦点評価値と現在の評価値を
比較し、現在の焦点評価値が最大値メモリ（６）の内容
に比べて大きい（第１モード）、予め設定した第１閾値
（R1）以上に減少した（第２モード）の２通りの比較信
号（S1）（S2）を出力する。ここで最大値メモリ（６）
は第１比較器（８）の出力に基づいて、現在の評価値が
最大値メモリ（６）の内容よりも大きい場合には、その
値が更新され、常に現在までの焦点評価値の最大値が保
持される。

（30）はフォーカスモータ（３）のモータ位置を検出
するモータ位置検出回路で、具体的にはフォーカスモー
タ（３）の回転に応じて出力されるFGパルス（例えば１
回転に100個発生する）をカウントするUP/DOWNカウンタ
であり、レンズを近点側から遠方側に移動させる方向に
フォーカスモータ（３）が回転する場合には、FGパルス
を加算し、逆方向に回転する場合には、FGパルスを減算
する。従って、このカウンタのカウント値自体がモータ
位置となり、モータ位置信号として出力される。

（13）はフォーカスレンズ（１）を支持するフォーカ
スリング（２）を回転駆動するフォーカスモータ（３）
の回転位置を指示するモータ位置信号を受けて、モータ
位置を記憶するモータ位置メモリであり、最大値メモリ
（６）と同様に第１比較器（８）出力に基づいて最大評
価値となった場合のモータ位置を常時保持するように更
新される。尚、フォーカスリング（２）は受光レンズ
（１）を支持し、リング自体の回転により受光レンズ
（１）を光軸方向に進退させることにより、従って、前
述のモータ位置は受光レンズ（１）の光軸方向について
のレンズ位置に略対応することになる。

フォーカスモータ制御回路（10）は、第２比較器
（９）出力に基づいて決定された方向にフォーカスモー
タ（３）を回転させながら、第１比較器（８）出力を監
視し、焦点評価値が最大評価値に比べて予め設定された
第１閾値（R1）より小さいという第２モードが指示され
ると同時にフォーカスモータ（３）を逆転させる。

このフォーカスモータ（３）の逆転により、受光レン
ズ（１）の移動方向は、例えば撮像素子に接近する方向
から離れる方向へ、あるいはその逆に離れる方向から接
近する方向に変わる。

この逆転後、モータ位置メモリ（13）の内容と、現在
のモータ位置信号とが第３比較器（14）にて比較され、
一致したとき、即ちフォーカスリング（２）が焦点評価
値が最大となる位置に戻ったときに、フォーカスモータ
（３）を停止させるようにフォーカスモータ制御回路
（10）は機能する。同時にフォーカスモータ制御回路
（10）はレンズ停止信号（LS）を出力する。尚、第４図
は上述の合焦動作に伴うレンズ位置と焦点評価値との関
係を示す図であり、点（Ｐ）はレンズ（１）の初期位置
を示す。

（11）はフォーカスモータ制御回路（10）による合焦
動作が終了して、レンズ停止信号（LS）が発せられると
同時に、その時点での焦点評価値が保持される第４メモ
リであり、後段の第４比較器（12）でこの第４メモリ
（11）の保持内容は現在の焦点評価値と比較され、現在
の焦点評価値が第４メモリ（11）の内容に比べ、予め設
定された第３閾値以上に小さくなったときに、被写体が
変化したと判断され、被写体変化信号が出力される。フ
ォーカスモータ制御回路（10）はこの信号を受け取る
と、再び合焦動作をやり直して被写体の変化に追随す
る。

（ハ） 発明が解決しようとする課題 前記従来技術のオートフォーカスビデオカメラは、合
焦精度及び広範囲な被写体への対応性に優れているが、
以下に示す欠点を有している。

即ち、第５図（ａ）（ｂ）の如く、光源や太陽の反射
光等の高輝度の被写体が画面に入ると、このエッジは鋭
く立ち上がり、大きな焦点評価値を生む。更にレンズが
合焦点から遠ざかってもそのエッジは余りぼけず、逆に
像全体が大きくなるため焦点評価値が増加する逆転現象
が発生する。尚、第５図（ａ）は合焦状態を示し、第５
図（ｂ）はボケ状態を示す。この様に高輝度の被写体が
画面内に入ってきた時のレンズ位置と焦点評価値の関係
を図に示すと第６図の如くなり、合焦点から大きくずれ
た位置に偽のピークが生じることになり、この偽のピー
クを合焦点と誤判別してボケたままの状態でレンズが停
止することになる。

（ニ） 課題を解決するための手段 本発明は、オートフォーカスビデオカメラであり、撮
像映像信号の高域成分を振幅について対数圧縮し、この
圧縮出力を一定期間に亘って積算し、この積算値が最大
となる様にレンズを移動させることを特徴としている。

（ホ） 作用 本発明は上述の如く構成したので、高精度の被写体が
含まれる画面に於いて生じる、合焦点からのずれと、焦
点評価値の逆転現象を抑圧し、常に良好な合焦動作が為
される。

（ヘ） 実施例 以下、図面に従い本発明の一実施例について説明す
る。尚、前述の従来技術と同一部分には同一符号を付し
て説明を省略する。本実施例の全体の構成及び動作は前
述の従来技術の第２図と略同一であり、焦点評価値発生
回路のみが第３図の構成と異なる。

第１図には第１実施例の焦点評価値発生回路（50）の
構成が示されている。この発生回路は第３図の構成にLP
F（51）、第５比較器（52）、閾値メモリ（53）及びOR
ゲート（54）が付加され、撮像回路（４）から撮像映像
信号中の輝度信号がゲート回路（5c）、同期分離回路
（5a）及びLPF（輝度レベル検出手段）（51）に入力さ
れ、ゲート制御回路（5b）よりサンプリングエリアの範
囲でのみＨレベルとなる第１ゲート開閉信号（G1）が出
力される。一方、LPF（51）では輝度信号の低域成分を
被写体の輝度レベルを示す成分として抜き取り、この出
力を第５比較器（52）にて閾値（Ｍ）と比較し、閾値メ
モリ（53）に記憶されている閾値（Ｍ）よりも低域成分
レベルが小さい時にのみＨレベルとなる第２ゲート開閉
信号（G2）が出力される。尚、閾値（Ｍ）は照明ライト
や太陽等の高輝度な物体を被写体として撮像した時に得
られる、この物体自体の輝度レベルに相当し、予め実験
的に求められている。

ANDゲート（54）は第１及び第２ゲート開閉信号（G
1）（G2）を入力とし、両方のゲート開閉信号がＨレベ
ルの時にＨレベルの出力を発する。

ゲート回路（5c）は、ANDゲート（54）出力がＨレベ
ルの時にのみ、入力される輝度信号のHPF（5d）への通
過を許容する。

従って、HPF（5d）にはサンプリングエリア中でしか
も閾値として定められた輝度レベルを越えない部分につ
いての輝度信号のみが入力されることになり、HPF（5
d）の後段の検波回路（5e）、A/D変換回路（5f）及び積
算回路（5g）では、サンプリングエリア内であってもそ
の輝度レベルが閾値（Ｍ）を越える部分については、焦
点評価値算出の対象から除かれることになり、サンプリ
ングエリア内に高輝度な物体が進入しても、この物体が
焦点評価値に対して与える影響を抑えることが可能とな
る。

第７図は、第２実施例の焦点評価値発生回路（60）の
構成を示しており、第３図の構成にLPF（61）及び除算
回路（62）が付加された構成となっている。

ゲート回路（5c）を通過したサンプリングエリア内の
輝度信号はLPF（輝度レベル検出手段）（61）及びHPF
（5d）に供給され、更に両出力が除算回路（62）に入力
され、ここでHPF（5d）出力がLPF（61）出力にて除算さ
れ、即ち輝度信号の高域成分／低域成分が算出されて高
域成分の輝度レベルによる正規化を行った後に、検波回
路（5e）に入力され、以後A/D変換回路（5f）及び積算
回路（5g）にて高域成分／低域成分のレベルがA/D変換
されて１フィールド分について積算されて正規化焦点評
価値として出力され、この正規化焦点評価値が従来技術
の焦点評価値に代用されることにより、第２図の回路ブ
ロック図にて合焦動作が実行される。ここで、高輝度の
物体については高域成分が大きくとも、低域成分が大き
くなり、サンプリングエリア内に高輝度の物体が進入し
ても、上述の如く正規化してしまうと、焦点評価値に及
ぼす輝度レベルの影響は小さく抑えられることになる。

第８図は、第３実施例の焦点評価値発生回路（70）の
構成を示しており、第３図の構成に対数圧縮回路（71）
を付加したもので、HPF（5d）通過後の輝度信号の高域
成分を、その振幅に対して対数圧縮することにより、異
常に高域成分自体が大きい部分の焦点評価値への影響度
を軽減させることが可能となる。こうして対数圧縮され
た高域成分を、検波回路（5e）、A/D変換回路（5f）、
積算回路（5g）にてA/D変換して１フィールド分につい
て積算することにより焦点評価値が得られる。この焦点
評価値には高輝度部分により生じる異常な高域成分によ
る影響が抑えられることになる。

尚、第２図の回路動作は、マイクロコンピュータを用
いてソフトウェア的に容易に処理できることは言うまで
もない。

（ト） 発明の効果 上述の如く本発明によれば、撮像画面に高輝度な被写
体が進入しても、この被写体が有する輝度レベルによる
合焦動作への影響を最小限に抑えることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第７図及び第８図は本発明の第１乃至第３実施
例の回路ブロック図、第２図、第３図は従来例の回路ブ
ロック図、第４図は従来例におけるレンズ位置と、焦点
評価値との関係を示す図、第５図（ａ）（ｂ）は高輝度
部がサンプリングエリアに進入した時の説明図、第６図
は第５図の状態でのレンズ位置と焦点評価値との関係を
示す図である。 （5d）……HPF、（5e）……検波回路、（5f）……A/D変
換回路、（5g）……積算回路、（50）（60）（70）……
焦点評価値発生回路、（３）……フォーカスモータ（フ
ォーカス制御手段）、（51）（61）……（輝度レベル検
出手段）、（5c）……ゲート回路、（71）……対数圧縮
回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮像素子から得られる映像信号の高域成分
   を、振幅について対数圧縮する対数圧縮手段と、 該対数圧縮手段出力を一定期間に亘って積算する積算手
   段と、 該積算手段出力が最大となる様にレンズと前記撮像素子
   間の距離を制御するフォーカス制御手段とを備えるオー
   トフォーカスビデオカメラ。