JPH04172415A - オートフォーカス回路 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ビデオカメラのオートフォーカス回路に関
する。

［発明の概要］ この発明は、ビデオカメラのオートフォーカス回路にお
いて、撮像素子又はレンズを前後にウォブルさせると共
に、撮像信号中の中高域成分レベルを検出して評価値を
得、撮像素子又はレンズを前後にウォブルさせている時
の評価値の差分値を求め、この差分値を累積し、この差
分値の累積値に応じて合焦位置を判断することにより、
評価値のＳ／Ｎ比が悪い場合でも、被写体の動きに応じ
て、レンズの合焦位置を最適に制御できるようにしたも
のである。

［従来の技術］ ビデオカメラの小型、軽量化を図るために、ビデオカメ
ラの光学系にインナーフォーカスレンズが用いられる。

インナーフォーカスレンズの場合には、ズームレンズや
フォーカスレンズがレンズ内部に配設され、ズームレン
ズやフォーカスレンズがステップモータやりニアモータ
等のアクチュエータにより移動可能とされる。

ビデオカメラの光学系では、ズームレンズを動かした時
にピントが外れないように、ズームレンズの動きに追従
してフォーカスレンズの位置がトラッキング制御される
。インナーフォーカスレンズの場合には、ズームレンズ
やフォーカスレンズを直接動かずことができないので、
このようなトラッキング制御をメカニカルなカムで行な
うことが難しい。このため、インナーフォーカスレンズ
の場合には、ズームレンズの動きに応じてフォーカスレ
ンズの駆動量を設定することにより、トラッキング制御
が行われる。このような制御は、電子カムとも呼ばれて
いる。

ところで、被写体の位置は常に変化している。

このため、ビデオカメラのオートフォーカス制御を行う
場合、フォーカスレンズの位置を被写体の動きに応じて
常に１ｉｉＩ御していく必要がある。

画像処理方式のビデオカメラのオートフォーカス回路で
は、合焦位置では撮像信号中の中高域成分レベルが最大
となることを利用して、撮像信号中の中高域成分レベル
を検出し、この撮像信号中の中高域成分レベルを所定の
フォーカスエリア内で積分して評価値を得、この評価値
が最大となるようにフォーカスレンズを位置制御してい
る。

このような画像処理方式のビデオカメラのオートフォー
カス回路の場合、被写体の動きに対応させて合焦位置を
制御するために、フォーカスレンズ又は撮像素子を前後
にウォブルさせ、評価値のピーク値を検出し、フォーカ
スレンズの位置を被写体の動きに応じて制御させるよう
にしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、従来の画像処理方式のオートフォーカス回
路では、被写体の動きに追従させるため、フォーカスレ
ンズ又はＣＣＤ撮像素子を前後にウォブルさせ、評価値
のピーク値を検出するようにしている。ところが、コン
トラストの低い被写体の撮影を行う場合や、暗い所で撮
影を行う場合には、評価値のＳ／Ｎ比が悪くなり、評価
値のピーク値が検出しすらい。

したがって、この発明の目的は、評価値のＳ／Ｎ比が悪
い場合でも、被写体の動きに応じてフォーカスレンズを
合焦位置にＭＩＩｌできるオートフォーカス回路を提供
することにある。

（課題を解決するための手段〕 この発明は、撮像素子又はレンズを前後にウォブルさせ
る手段と、撮像信号中の中高域成分レベルを検出して評
価値を検出する手段と、撮像素子又はレンズを前後にウ
ォブルさせている時の評価値の差分値を求め、差分値を
累積する手段とを備え、差分値の累積値に応じて合焦位
置を判断するようにしたオートフォーカス回路である。

〔作用〕

撮像信号中の中高域成分レベルから評価値が得られる。

この評価値特性を微分すると、評価値のピーク値でその
微分値が「０」になる。したがって、レンズを前後にウ
ォブルさせると共に、評価値の差分値を求めると、レン
ズが評価値のピーク値にある時には、レンズを前後にウ
ォブルさせた時の評価値の差分値はｒ□、になる。

ここで、評価値のＳ／Ｎ比の悪い場合、レンズが評価値
のピーク値にあると、レンズを前後にウォブルさせた時
の差分値は、「０」を中心として変化し、ノイズが一様
に分散しているとすると、このノイズによる評価値の差
分値の累積値は「０」になる。

したがって、評価値のＳ／Ｎ比が悪い場合でも、レンズ
が評価値のピーク値にあれば、レンズを前後にウォブル
させた時の差分値の累積値は、略「０」の値に保持され
る。

このことから、レンズを前後にウォブルさせ、この時の
評価値の差分値をに累積し、この累積値が所定値以内と
なるようにレンズの位置を制御すると、評価値のＳ／Ｎ
比が悪い場合でも、レンズを合焦位置に確実に制御でき
る。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明
する。

第１図は、この発明が適用されたビデオカメラの一例で
ある。第１図において、１はレンズである。レンズ１は
、第２図に示すように、固定の１群レンズＦ１と、固定
の３群レンズＦ３と、移動可能な２群レンズ（ズームレ
ンズ）Ｆ２と、移動可能な４群レンズ（フォーカスレン
ズ）Ｆ４とから構成される。

２群レンズＦ２の位置は、ズーム駆動モータ２により移
動可能とされる。このズーム量は、ズーム位置検出器３
で検出される。ズーム位置検出器３の出力がシステムコ
ントローラ１４に供給すれる。

４群レンズＦ４の位置は、フォーカス駆動モータ６によ
り移動可能とされる。このフォーカス駆動モータ６は、
ドライバー１５により、システムコントローラ１４の制
御の基に駆動される。４群レンズＦ４の位置は、フォー
カス位置検出器７で検出される。このフォーカス位置検
出器７の出力がシステムコントローラ１４に供給される
。

レンズ１内のアイリスリング２３の開閉がアイリス駆動
モータ５により制御される。アイリスリング５の開閉状
態は、例えばホール素子からなるアイリス位置検出器４
で検出される。このアイリス位置検出器４の出力がシス
テムコントローラ１４に供給される。

ＣＣＤ撮像素子８の受光面に、レンズｌを介された被写
体像が結像される。この被写体像に基づく撮像信号がＣ
ＣＤ撮像素子８から出力される。

ＣＣＤ撮像素子８の出力がサンプルホールド回路９に供
給される。サンプルホールド回路９の出力がＡＧＣ回路
１０を介してＡ／Ｄコンバータ１１に供給される。Ａ／
Ｄコンバータ１１で、ＣＣＤ撮像素子８の出力がディジ
タル化される。

Ａ／Ｄコンバータ１１の出力がディジタルビデオ信号処
理回路１２に供給されると共に、オプティカルディテク
タ１３に供給される。

オプティカルディテクタ１３は、オートフォーカスのた
めのＡＦ検出信号と、自動露光のためのＡＥ検出信号と
、オートホワイトバランスのためのＡＷＢ検出信号を形
成する。ＡＦ検出信号は、所定のフォーカスエリア内の
輝度信号中の中高域成分レベルから形成される。このＡ
Ｆ検出信号がオートフォーカス制御を行う際の評価値と
される。

ＡＥ検出信号は、所定の露光エリア内の輝度信号レベル
から形成される。ＡＷＢ検出信号は、所定のＡＷＢ検出
エリア内の輝度信号レベル及びクロマ信号レベルから形
成される。

オプティカルディテクタ１３とシステムコントローラ１
４とは、シリアルインターフェースを介して、双方向に
接続される。

オプティカルディテクタ１３からシステムコントローラ
１４に送られてくるＡＦ検出信号（評価値）に基づいて
、システムコントローラ１４からレンズ駆動信号が出力
される。このレンズ駆動信号がドライバー１５を介して
フォーカス駆動モータ６に供給される。これにより、４
群レンズＦ４の位置が制御される。

オプティカルディテクタ１３からシステムコントローラ
１４に送られてくるＡＥ検出信号に基づいて、システム
コントローラ１４からアイリス制御信号が出力されると
共に、ＡＧＣ制御信号か出力される。このアイリス制御
信号がドライバー１６を介してアイリス駆動モータ５に
供給される。

これにより、ＣＣＤ撮像素子８からの撮像信号レベルに
応じてアイリスリング２３が開閉されると共に、ＡＧＣ
回路１０のゲインが設定される。

オプティカルディテクタ１３からシステムコントローラ
１４に送られてくるＡＷＦ検出信号に基づいて、システ
ムコントローラ１４からゲイン制御信号が出力される。

このゲイン制御信号に基づいて、ディジタルビデオ信号
処理回路１２で、各コンポーネント色信号のゲインが設
定される。

デイシタルビ云オ信号処理回Ｉ！１２で、輝度信号及び
クロマ信号が信号処理される。この信号処理された輝度
信号及びクロマ信号がＤ／Ａコンバータ１９Ａ及び１９
Ｂを介して夫々アナログ信号に変換され、出力端子２Ｏ
Ａ及び２０Ｂから出力される。

第２図は、この発明が適用されたビデオカメラのレンズ
１の構成を示すものである。レンズ１は、１群レンズＦ
１と３群レンズＦ３が固定で、２群レンズＦ２と４群レ
ンズＦ４が移動可能のインナ−フォーカスレンズとされ
る。すなわち、第２図に示すように、レンズ１には、固
定の１群レンズＦ１と、２群レンズＦ２（ズームレンズ
）と、固定の３群レンズＦ３と、４群レンズＦ４（フォ
ーカスレンズ）とが配設される。２群レンズＦ２と３群
レンズＦ３との間に、ＰＮフィルタ２２、アイリスリン
グ２３が配設される。４群レンズＦ４に対向して赤外線
カント用のダミーガラス２４が配設される。このような
インナーフォーカスレンズの構成のレンズ１では、フォ
ーカスリングやズームリングが不要で、光学系を小型化
することができる。

この発明の一実施例例では、４群レンズＦ４が以下のよ
うに制御される。

オプティカルディテクタ１３からは、撮像信号中の中高
域成分レベルから形成されるＡＦ検出信号が出力され、
このＡＦ検出信号が評価値とされる。合焦位置では撮像
信号中の中高域成分レベルが最大となるので、この評価
値がピーク値となるレンズ位置が合焦位置である。

システムコントローラ１４からドライバエ５を介してフ
ォーカスモータ６に駆動信号が与えられ、４群レンズＦ
４が合焦位置に向かって移動される。

これと共に、オプティカルディテクタ１３から送られて
くる評価値のピーク値が検出される。評価値がピーク値
となる位置に４群レンズＦ４が位置制御される。

ところで、被写体の位置は常に移動しており、被写体が
動くことにより、合焦位置が変わってくる。このため、
この被写体の動きに追従できるように、４群レンズＦ４
の位置を被写体の動きに応じて制御する必要がある。

そこで、この発明の一実施例では、４群レンズＦ４を前
後にウォブルさせ、４群レンズＦ４を前後にウォブルさ
せている時の評価値の差分値を累積し、この累積値を用
いて４群レンズＦ４の位置を制御するようにしている。

このように、４群レンズＦ４を前後にウォブルさせてい
る時の評価値の差分値を累積し、この累積値を用いて４
群Ｌ・ンズＦ４の位置を制御すると、評価値のＳ／Ｎ比
が悪い場合でも、４群レンズＦ４を合焦位置に確実に制
御できる。

つまり、例えば４群レンズＦ４の位置に対して評価値が
第３図に示すように変化しているとする。

第３図において、横軸が４群レンズＦ４の位置を示し、
縦軸が評価値を示す。ここで、４群レンズＦ４を前後に
ウォブルさせ、この時の評価値の差分値を求め、この差
分値を累積するとする。

評価値を微分すると、第４図に示すように、評価値のピ
ーク値となるレンズ位置！、でその微分値が「０」にな
る。したがって、フォーカスレンズＦ４が評価値のピー
ク値となるレンズ位置ｉｔにあると、フォーカスレンズ
Ｆ４を前後にウォブルさせた時の評価値の差分値は「０
」になる。

ここで、評価値のＳ／Ｎ比が悪い場合、フォーカスレン
ズＦ４が評価値出信号のピーク値にあると、フォーカス
レンズＦ４を前後にウォブルさせた時の差分値は、「０
」を中心として正の値になったり、負の値になったりす
る。この時、ノイズが一様に分散しているとすると、こ
のノイズによる評価値の差分値の累積値は「Ｏ」になる
。

したがって、評価値のＳ／Ｎ比が悪い場合でも、レンズ
が評価値のピーク値にあれば、レンズを前後にウォブル
されせ時の差分値の累積値は、略「０」の値に保持され
る。

これに対して、フォーカスレンズＦ４が評価値のピーク
値から外れていると、フォーカスレンズＦ４を前後にウ
ォブルさせた時の差分値の累積値は、正の値又は負の値
になり、その値は時間とともに大きな値となっていく。

このことから、４群レンズＦ４を前後にウォブルさせ、
この時の評価値の差分値を無限に累積し、この累積値が
「０」となるように４群レンズＦ４位置を制御するよう
にすると、評価値のＳ／Ｎ比が悪い場合でも、４群レン
ズＦ４を合焦位置に確実に制御できる。

第５図は、４群レンズＦ４を前後にウォブルさせ、この
時の評価値の差分値を累積するための回路の具体構成で
ある。

第５図において、評価値り、、Ｄ、　、Ｄ、　、・・・
が入力端子３１から減算器３２に供給されると共に、遅
延回路３３を介して減算器３２に供給される。減算器３
２で、今回の評価値Ｄ７と前回の評価値Ｄ７−１とが減
算され、連続する評価値の差分値が求められる。

例えば、レンズ位置と評価値との関係が第６図Ａに示す
ように変化しているとする。そして、４群レンズＦ４は
レンズ位置！、で前後にΔだけウォブルされているとす
る。この時、入力端子３１には、第４図Ｂに示すように
、４群レンズＦ４が前側にある時の評価値Ｄ＋　、Ｄ３
　、Ｄｓ　、・・・と、後側にある時の評価値Ｄｚ　、
Ｄ＝　、Ｄｂ　、・・・とが交互に入力される。したが
って、減算器３２からは、４群レンズＦ４が前側にある
時の評価値り、、Ｄ：＋　、Ｄｓ　、・・・から後側に
ある時の評価値Ｄ２、Ｄ、　、Ｄ、　、・・・を滅じて
得られた差分値（Ｄ＋　−ＤＸ　）、（Ｄｓ−Ｄ、）、
（Ｄｉ　　　Ｄ−）・・・と、４群レンズＦ４が後側に
ある時の評価値り、、Ｄ４、Ｄ６％・・・から前側にあ
る時の評価値り、、Ｄ５％Ｄ？、・・・を滅じて得られ
た差分値（Ｄ、　−Ｄ、）、（Ｄ、−Ｄ５　）、（ＤＩ
、−Ｄ？　）　、・・・が交互に順次出力される。

この差分値がスイッチ回路３５に供給される。

スイッチ回路３５は、１サンプル毎に交互に切り換えら
れる。スイッチ回路３５のａ側圧力が加算器３６の一方
の入力端に供給される。スイッチ回路３５のｂ側圧力が
反転回路３７を介して加算器３６の一方の入力端に供給
される。スイッチ回路３５のｂ側圧力（Ｄ２　　Ｄ、）
、（Ｄ４　　Ｄｓ）、（Ｄ６　０７）、・・・が反転回
路３７を介されることにより極性反転され、（Ｄ３−Ｄ
！　）、（Ｄ　５−Ｄ４）、（Ｄ７−Ｄ、）　、・・・
とされる。このため、加算器３６には、４群レンズＦ４
が前側にある時の評価値から後側にある時の評価値を滅
じて得られた差分値が連続して入力される。

加算器３６の出力がアキュームレータ３８に供給される
。アキュームレータ３８の出力が出力端子３９から出力
されると共に、加算器３６の他方の入力端に帰還される
。加算器３６で、４群レンズＦ４が前側にある時の評価
値から後側にある時の評価値を滅じて得られた差分値が
累積され、この累積値がアキュームレータ３８に蓄えら
れる。

出力端子３９からは、４群レンズＦ４が前側にある時の
評価値から後側にある時の評価値の差分値の累積値が出
力される。この累積値が所定のスレショルドレベル以内
にあるかどうかが判断される。この４群レンズＦ４が前
側にある時の評価値から後側にある時の評価値の差分値
の累積値が所定のスレショルドレベル以内となるように
、４群レンズＦ４の位置が制御される。

なお、第５図に示した評価値の差分値を累積するための
回路は、システムコントローラ１４で、ソフトウェアに
より実現することができる。

〔発明の効果〕 この発明によれば、４群レンズＦ４（フォーカスレンズ
）が前後にウォブルされ、この時の評価値の差分値が求
められ、この差分値が累積され、この差分値の累積値が
所定値以内となるように、４群レンズＦ４の位置が制御
される。評価値の差分値を累積した値は、評価値のＳ／
Ｎ比に係わらず、評価値のピーク値となるレンズ位置で
は略「Ｏ」となる。したがって、このような制御を行う
と、評価値のＳ／Ｎ比が悪い場合でも、レンズを合焦位
置に確実に制御できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明が適用されたビデオカメラの一例のブ
ロック図、第２図はこの発明が適用されたビデオカメラ
におけるレンズ構成の一例の側面図、第３図及び第４図
はこの発明の一実施例の説明に用いるグラフ、第５図は
この発明の一実施例の説明に用いるブロック図、第６図
はこの発明の一実施例の説明に用いるグラフである。 図面における主要な符号の説明 １：レンズ。 １４ニジステムコントローラ。 ３６：加算器。 ３８：アキュームレータ。 説−の 第３図 きｔ朔ＩＡ 第４図 」１４１イＩｌｌ　オ〕１１［シシｌｆｆｉＭ−第５図 ＠間→ きｔ稍１力 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 撮像素子又はレンズを前後にウォブルさせる手段と、 撮像信号中の中高域成分レベルを検出して評価値を検出
   する手段と、 上記撮像素子又は上記レンズを前後にウォブルさせてい
   る時の上記評価値の差分値を求め、上記差分値を累積す
   る手段とを備え、 上記差分値の累積値に応じて合焦位置を判断するように
   したオートフォーカス回路。