JPH0115188B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ビデオカメラの自動焦点合わせ装置
に関するものである。

ビデオカメラの特徴を生かした自動焦点合わせ
装置として撮影中の映像信号の高域成分を用いて
画面の精細度を検出し、精細度が最大となるよう
にレンズの距離環（以下ヘリコイドと言う）を回
転制御するいわゆる山登り制御が知られている。
この方式はNHK技術報告、昭和40年第17巻、第
１号、通巻第86号21ページに石田他著「山登りサ
ーボ方式によるテレビカメラの自動焦点調整」と
して詳細に述べられているが、以下この方式を第
１図、第２図を用いて簡単に説明する。

第１図は山登り方式による自動焦点合わせ装置
の構成ブロツク図である。１はレンズ、２はカメ
ラ回路、３は映像信号の出力端子、４はハイパス
フイルタ、５は検波器、６は差分ホールド回路、
７はモータ駆動回路、８はレンズ１のヘリコイド
を回転するためのモータである。

以下、第２図の特性図を用いて第１図の構成の
動作を説明する。

レンズ１より入射される被写体からの光は結像
し、カメラ回路２により電気信号となり、端子３
に映像信号として出力される。この映像信号の高
域成分だけが、ハイパスフイルタ４で抽出され、
検波器５で検波された後、端子５１にあらわれ
る。端子５１にあらわれる映像信号の高域成分に
対応する電圧（以後、焦点電圧と言う）は第２図
の曲線イで表わすような電圧となる。この焦点電
圧は撮映像の精細度に対応しているので、レンズ
１のヘリコイドの位置（Ａとする）が、レンズ１
と被写体間の距離に合致していれば最大となり、
これからずれるに従い低下する。第２図から判断
される事は何らかの手段によりヘリコイドの位置
を焦点電圧の山を登るように制御し、焦点電圧が
最大となる山の頂上にヘリコイドが導ければ自動
焦点合わせ装置が形成しうる。

この手段は、第１図の差分ホールド回路６から
モータ８に至る構成により達せられる。即ち、モ
ータ８によりヘリコイド位置を動かしながら、差
分ホールド回路６は端子５１に表われる焦点電圧
を一定時間毎にサンプルホールドし、焦点電圧が
時間経過に対し増加方向であれば正の電圧、減少
方向であれば負の電圧を出力する。モータ駆動回
路７は、第２図の曲線ロに示すような端子６１に
表われる差分ホールド回路６の電圧が正の時はモ
ータ８の回転方向をそのままに保ち、山登りをつ
づけ、負の時は回転方向を逆転させ山を登る方向
へと戻す。このようにすれば第１図の構成のヘリ
コイド位置制御閉ループは焦点電圧により作られ
る山を差分ホールド回路６の出力電圧を参照して
登つてゆき、ついにはこの山の頂上で小きざみに
振動しながら定常状態に達する事により、自動的
に焦点合わせができる。以上が山登り方式による
ビデオカメラの自動焦点合わせ装置である。

この方式は、撮映像そのものを用いて焦点合わ
せ動作を行うため、独立の測距機構で測距した結
果でヘリコイド位置を開ループ制御するものと比
べて、簡単な構造で初期調整数も少なく、安価に
正確な自動焦点合わせ装置を構成するが、以下に
述べる改良すべき点を有する。

この改良すべき点は、１つは山の頂上付近で小
きざみに振動しつつ定常状態に達するという点で
あり、もう１つはレンズ１の絞り値Ｆ、焦点距離
ｆに対応する被写界深度の違いにより、同じヘリ
コイドの位置に対して、ボケの程度が異なる事に
起因する。被写界深度が変わると、画面上で同一
物を撮像しても、レンズのくり出し量に対するボ
ケの量が変化するため、焦点電圧の山の形、高さ
は影響を受ける。この代表的な例を第３図に示
す。同図において、(1)は適正な場合、(2)は被写界
深度が浅い場合、(3)は被写界深度が深い場合であ
る。第３図から明らかなように、(2)の例では合焦
点付近では充分な電圧が得られているが、合焦点
から離れたところではまつたく焦点電圧が生じて
いない。そのためこの領域では、ヘリコイド位置
を動かしても、差分電圧が生じないため、その位
置を頂上と判断し、山登り動作を終了する事によ
り、撮映画像はボケる。また(3)の場合はヘリコイ
ドがどの位置においても山の形が平坦すぎるた
め、ヘリコイド位置を変化させても、焦点電圧の
変化分である差分電圧を検出できず、その位置を
頂上と判断し、山登り動作を終了する。このよう
にレンズの状態によつては、山登り動作に誤動作
を生じる場合がある。

本発明の目的は上記した問題点を解決し、合焦
点付近でのヘリコイド位置の振動をなくし、レン
ズの絞り値、焦点距離によつて被写界深度が変化
しても、正しく合焦動作を行う事のできる自動合
焦装置を提供する事にある。

上記の目的を達成するために本発明では焦点電
圧そのものを検出し、現在の値と、前の値との変
化分だけを検出するのでなく、現在の値と前に検
出した値のうち最大のものとの変化分を計算する
事により誤動作のない合焦動作を行うものであ
る。

第４図に本発明による自動合焦装置の一実施例
のブロツク図を示す。第４図中１〜８は第１図中
に示した同一番号をもつブロツクと同一機能を有
するブロツクである。１０はハイパスフイルタ、
１１はリセツト信号を発生する積分リセツト回路
である。１２は積分回路であり、積分リセツト回
路１１よりの信号が入力するまでの一定期間、入
力信号を積分する。以後は、この積分回路１２の
積分出力電圧を焦点電圧と呼ぶ。１３は積分回路
１２により得られた焦点電圧を本発明の山登り下
り判定回路１５へ導くためのＡ／Ｄ変換器であ
る。１４はレンズのヘリコイド位置を山登り下り
判定回路１５へ情報として入力するためのＡ／Ｄ
変換器である。

レンズの絞り値、焦点距離によつて被写界深度
が変化した時の動作について第５図を使い説明す
る。

第５図１は深度が適正な場合、２は深度が浅い
場合、３は深度が深い場合のヘリコイド位置に対
する焦点電圧の分布を示している。

積分回路１２から出力される焦点電圧はＡ／Ｄ
変換器１３によりデジタル量に変換され、山登り
下り判定回路１５へ入力される。また同時にその
時点でのヘリコイド位置もＡ／Ｄ変換器１４を通
して山登り下り判定回路１５へ入力される。山登
り下り判定回路１５では、ヘリコイド位置に対す
る焦点電圧のＡ／Ｄ値の変化を常時記憶し、次の
状態にある時山登りから山下りへ転じたと判定す
る。

(1) 現時点の焦点電圧のＡ／Ｄ値が直前の焦点電
圧のＡ／Ｄ値より２以上小さくなつた時。これ
はＡ／Ｄ変換器１３へ入力される焦点電圧のう
ち最大のものに対して2/127、即ち約1.6％（本
実施例では63mV）にあたる。

(2) 現時点の焦点電圧のＡ／Ｄ値がそれ以前に入
力された焦点電圧の最大値に対して３以上小さ
くなつた時。

従つて直前の値と等しいか１小さい時は、増加
方向と判定され、ヘリコイドの移動方向は変らな
い。ここで直前の値より１小さい時に増加方向と
判定する理由は、若干の雑音成分あるいはＡ／Ｄ
変換器１４の量子化誤差などにより増減判断を誤
まらぬための配慮である。

ヘリコイドは至近から∞方向へ移動していると
し、今Ｅにあるとする。第５図１では山登り下り
判定回路１５によりＥからＡは焦点電圧の変化は
増加方向と判定される。そしてＡからＢへヘリコ
イド位置が移ると、判定条件(1)により山下りに転
じたと判定され、山登り下り判定回路１５により
モータが逆転し、増加から減少へ転じた点Ａでモ
ータが停止する。前述のように焦点電圧に対応す
るヘリコイド位置の情報も山登り下り回路１５に
入力されるため、Ａ点の位置は山登り下り回路１
５に記憶されている。そのためＡ点を行き過ぎる
事はない。第５図２の場合は、ＥからＣでは、焦
点電圧の変化はないが、判定条件(1)，(2)を満足し
ないため、増加方向と判定されＡまでヘリコイド
を移動させる。そしてＡからＢへヘリコイド位置
が移ると、判定条件(1)により山下りに転じたと判
定され、山登り下り判定回路１５により(1)の場合
と同様にしてヘリコイド位置はＡに移り停止す
る。第５図３は被写界深度が深いため、山の形が
平坦となる場合であり、(1)，(2)と同様にしてＥか
らＡは増加方向と判定される。山の形が平坦なた
めＡからＢへ移つても焦点電圧の変化はほとんど
ないと見なされ、モータの回転方向は逆転しな
い。

ヘリコイドがＤへ移ると、Ｂ点とＤ点における
Ａ／Ｄ値の変化量は判定条件(1)を満足しないがそ
れまでの焦点電圧の最大値を示す点Ａに対しては
条件(2)を満たすため、Ｄ点で山登り下り判定回路
１５は山下りに転じたと判定し、(1)，(2)と同様に
してヘリコイド位置をＡに移し停止する。以上に
より合焦動作が行なわれる。

以上述べたように、本発明により被写界深度の
浅い場合でも、深い場合でも焦点電圧の山の形に
かかわらず、生しい山登り動作を行う事ができ
る。

なお、上述の説明では焦点電圧の山の傾きがレ
ンズの被写界深度に対応して変化するとしたが、
山の傾きは撮像画面の絵柄、すなわち撮像ビデオ
信号の周波数スペクトルによつても変化するが、
山の傾きそのものの変化によらず正しく山頂を求
める手段に本発明の意図があることを考えれば、
本発明は撮像画面の絵柄による山の傾きの変化に
も影響を受けずに正確に判定できる効果があるこ
とは明白である。

また、第４図を用いた説明の文中で山下りの判
断として隣接したＡ／Ｄ値では２以上、最大値に
対しては３以上という数字を用いたが、これらの
数字が他の値となつても良いのは言うまでもな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の山登り方式ビデオカメラのブロ
ツク構成図、第２図及び第３図はヘリコイド位置
に対する焦点電圧の変化を示す特性図、第４図は
本発明の一実施例の構成を示すブロツク図、第５
図はヘリコイド位置に対する焦点電圧の変化を示
す特性図である。 １…レンズ、２…カメラ回路、４…高域フイル
タ、５…検波器、６…差分ホールド回路、７…モ
ータ駆動回路、８…モータ、１０…１次ハイパス
フイルタ、１２…積分回路、１３，１４…Ａ／Ｄ
変換器、１５…山登り下り判定回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 撮像レンズと、撮像レンズによつて得られた
   被写体の撮影映像より映像信号を発生して出力す
   るカメラ回路と、前記映像信号から焦点正合度に
   対応した焦点信号を抽出する焦点信号抽出手段
   と、抽出された前記焦点信号の増減を検出して該
   焦点信号が最大となるように撮像レンズを駆動制
   御する制御手段を有して成るビデオカメラのオー
   トフオーカス装置において、前記制御手段は、現
   時点の時刻における焦点信号の値が現時点の直前
   の時刻における焦点信号の値より、あらかじめ定
   めた量Ａを越えて下まわつた場合に第１の検出信
   号を出力する第１の検出手段と、現時点の時刻に
   おける焦点信号の値が、それまでに得られた焦点
   信号の最大値より、あらかじめ定めた量Ｂを越え
   て下まわつた場合に第２の検出信号を出力する第
   ２の検出手段と、前記第１の検出信号または前記
   第２の検出信号のうち少なくともいずれか一方の
   検出信号が前記第１または第２の検出手段より出
   力された場合に、前記焦点信号が減少したと判定
   する判定手段とを具備し、判定手段が焦点信号の
   減少を判定することにより、撮像レンズが前記焦
   点信号の最大値となる位置に駆動制御されること
   を特徴とするビデオカメラのオートフオーカス装
   置。