JPH0555842B2 - - 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
フオ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オーカス装置におい
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、本質的にバララツクスが
存在せず、また被写界深度の浅い場合や遠方の被
写体に対しても、正確に焦点が合せられる等優れ
た点が多い。しかも、オートフオーカス用の特別
なセンサも不必要で機構的にも極めて簡単であ
る。

従来、このオートフオーカスの方法の一例が、
“NHK技術報告”S40、第17巻、第１号、通巻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」として述べられて
いる、いわゆる山登りサーボ制御が知られてい
る。この山登りサーボ制御について第２図を参考
に説明する。

レンズ１によつて結像した画像は、撮像回路４
によつて映像信号となり、焦点評価値発生回路５
に入力される。焦点評価値発生回路５の構成は、
例えば第３図に示す様に構成される。映像信号よ
り同期分離回路５ａによつて分離された垂直同期
信号VD、水平同期信号HD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
VD、水平同期信号HD及び固定の発振器出力に
基づいて、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によつてサンプリングエリアの
範囲内に対応する輝度信号のみが、H.P.F５ｄを
通過して高域成分のみが分離され、次段の検波回
路５ｅで振幅検波される。この検波出力は積分回
路５ｆでフイールド毎に積分されて、Ａ／Ｄ変換
回路５ｇにてデイジタル値に変換されて現フイー
ルドの焦点評価値が得られる。前述の如く構成さ
れた焦点評価値発生回路５から出力される焦点評
価値は、まず第１メモリ６に蓄えられ、次の焦点
評価値が入力されると、第２メモリ７に転送され
る。即ち、第１メモリ６には最新の評価値が、第
２メモリ７には１フイールド前の評価値が常に更
新されて蓄えられる。この２つのメモリの内容は
比較器８にて比較され、この比較出力はフオーカ
スモータ制御回路９に入力される。

フオーカスモータ制御回路９では、比較器８出
力によつて、第１メモリの評価値＞第２メモリの
評価値の場合には、フオーカスモータ３の現在の
回転方向を維持し、第１メモリの評価値＜第２メ
モリの評価値の場合には、評価値は減少傾向にあ
るから、フオーカスモータ３は逆転する。このフ
オーカスモータ３の動きによりレンズ１を支持す
るフオーカスリング２は常に焦点評価値を大きく
する方向に動きつづけて合焦し、合焦した後は、
評価値の極大点付近で振動する。この方式では、
焦点評価値の傾斜がある限り、被写体が変つても
常に焦点評価値を大きくする方向にレンズ１を動
かすために、ピントがボケたままで停止する様な
こともなく追従できる。

しかし、この方式には、レンズを常に動かし続
けることによる大きな欠点が存在する。

この欠点の１つは、合焦してもレンズが停止し
ないために、静止物に合焦した後も、撮影画面が
常に揺れ続けることである。現在テレビカメラに
用いられるレンズは、フオーカスリングを回転せ
しめることによつて焦点距離が変り、このために
撮影画像の画角が変化する。このために、合焦し
た後もフオーカスリングが振動しつづけるこの方
式では、画面に映る被写体がある周期で大きくな
つたり小さくなつたりして非常に見づらい画面と
なる。

２つ目の欠点は、消費電力である。現在家庭用
ビデオカメラはその可搬性のために電池を電源と
する場合が多く、常時フオーカスモータを駆動せ
しめて正転←→逆転を繰り返している時には、突入
電流のために一定方向にモータを回転させる場合
以上に電力を消費し、撮影可能時間は短くなる。
他にも常にフオーカスリングを回転させるために
ギアの摩耗等の問題が生じる。

これらの欠点を改善するために、実開昭60−
135712号公報（G02B ７／11）に見られる様に、
フオーカスリングを一方向に駆動して評価値が増
加方向から減少方向に転じる点を極大点として、
この点にフオーカスリングを戻して停止させる方
式が提案されている。しかし、ビデオカメラの場
合、刻々と変化する被写体に対してピント位置を
追従させる必要があり、一旦合焦位置にレンズを
停止させた後も被写体距離が変化した場合には、
レンズの山登り動作を再開する必要がある。

このため本出願人は、先に特願昭60−252545号
（H04N ５／225）にて、レンズ停止中に評価値
がしきい値以上変化した場合には、被写体が変化
したと判断して山登り動作を再開することで、
刻々と変化する被写体に追従する方法を提案し
た。しかし、この方法にも以下に述べる２つの欠
点が存在する。その１つは山登り動作中に被写体
が激しく動いたりした場合には、実際にレンズは
合焦点に向つて動いている途中であるにもかかわ
らず、焦点評価値が減少傾向となり、そこでレン
ズは停止し、その時点以後、被写体が静止すれば
焦点評価値は変化しないために山登り動作は再開
されず、レンズはピントボケの位置で停止しつづ
ける。

２つ目の欠点は、追従性を向上するために山登
り動作を再開するためのしきい値を小さくする必
要があるが、この場合、被写体に合焦していて
も、被写体の僅かな動きで山登り動作が再開して
しまいレンズが動いて見にくい画面となる。そこ
でこのしきい値を大きく設定すれば前述の誤動作
が生じて停止しつづける確立が大きくなる。

そこで、特開昭60−86972号公報（H02N ５／
232）に開示される様に、映像信号中の特定高域
周波数成分の有無を検出する不合焦検出手段を設
けて、不合焦を検出した時に山登り動作を再開す
ることで上記の２つの欠点を解決しようとした技
術が提案されている。

しかし、特定高域周波数成分の有無で合焦か不
合焦かを正確に検出することは以下の理由により
原理的に困難である。１つは被写体自体が有する
空間周波数成分の分布が被写体によつて実に多様
であり、最適な合焦状態において特定な高域成分
をほとんど含まない被写体や、最適な合焦状態で
なくとも充分な特定周波数成分を含むものが日常
的に存在する。このため前者の様な被写体では最
適な合焦状態であつても不合焦と判定されてレン
ズが停止せず、後者の様な被写体では、ある程度
ボケた状態でレンズが停止しても合焦と判定され
てボケた状態が維持される。

２つ目の理由は、雑音であり、特に暗い被写体
を撮影する場合では、映像信号の低域に比べ高域
でのＳ／Ｎ比が悪くなり、高域の雑音成分が存在
することで合焦と判断してしまう場合があり、こ
れを避けるために特定高域成分有無のしきい値を
大きくすると、合焦してもレンズが停止しない被
写体が多くなる。

(ハ) 発明が解決しようとする問題点 前記従来技術によると、合焦していてもレンズ
が振動しつづけて画面が見づらくなつたり、この
振動を防止することにより、ボケたままで停止し
てしまう誤動作が生じた。

(ニ) 問題点を解決するための手段 本発明は、第１フオーカスモータ制御手段にて
焦点評価値が最大となる極大点にレンズを固定し
てフオーカスモータを停止させ、第２フオーカス
モータ制御手段にて再びフオーカスモータを駆動
し、レンズを微少変位せしめて、焦点評価値の傾
斜の確認を間欠的に行い、焦点評価値が極大点に
位置する様にレンズの微調整を行い、この補正量
が所定値を越える時に第１フオーカスモータ制御
手段によつて山登り動作を再開することを特徴と
する。

(ホ) 作用 本発明は上述の如く構成したので、合焦時にレ
ンズの振動がなく、またピントがボケたままで停
止することがない。更に間欠的に頂点確認を行う
ことで被写体距離が変化しても、ボケたままで停
止することがなく、被写体変化検出のしきい値が
大きく設定され、不要なオートフオーカス動作が
阻止される。

(ヘ) 実施例 以下、図面従い本発明の一実施例について説明
する。尚、従来例（第２図及び第３図）と同一部
分は同一符号を付して説明を割愛する。

第１図は本実施例回路の回路ブロツク図であ
る。レンズ１によつて結像された画像は、CCD
（撮像素子）を有する撮像回路４によつて輝度信
号となり、焦点評価値発生回路（評価値検出手
段）５に入力される。焦点評価値発生回路５は前
述の第３図と同一構成を有しており、１フイール
ド分の焦点評価値が出力される。

１６はスイツチ回路（制御切換手段）であり、
切換制御回路２３により切換制御が為され、端子
１６ａ側に切換られている場合には、後述の第１
フオーカスモータ制御回路１５出力にてフオーカ
スモータ３が制御され、端子１６ｂ側に切換られ
ている場合には後述の第２フオーカスモータ制御
回路１７出力にて制御される。尚、オートフオー
カス動作開始直後は端子１６ａ側に切換つてい
る。

オートフオーカス動作開始直後に、最初の焦点
評価値は最大値メモリ１０と初期値メモリ１１に
保持される。その後、第１フオーカスモータ制御
回路（第１フオーカスモータ制御手段）１５は、
フオーカスモータ３を予め決められた方向に回転
せしめ第２比較器１３出力を監視する。第２比較
器１３は、フオーカスモータ駆動後の焦点評価値
と初期値メモリ１１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。

第１フオーカスモータ制御回路１５は、第２比
較器１３出力が大または小という出力を発するま
で最初の方向にフオーカスモータ３を回転せし
め、現在の評価値が初期評価値よりも大であると
いう出力が為された場合には、そのままの回転方
向に保持し、現在の評価値が初期評価値より小で
ある場合にはフオーカスモータ３の回転方向を逆
転して、次に第１比較器１２の出力を監視する。
尚、第２比較器１３は評価値の雑音による誤動作
を防止するために、初期評価値と現在の焦点評価
値の差が、しきい値を越えない間は大・小の出力
を発せず同じであるという出力を発する様にして
もよい。

第１比較器１２は最大値メモリ１０に保持され
ている今までで最大の評価値と現在の評価値を比
較し、現在の評価値が最大メモリ１０の内容に比
べて大きい（第１モード）、同じまたは僅かに小
さい（第２モード）、充分小さい（第３モード）
の３通りの比較信号を出力する。ここで最大値メ
モリ１０は、第１比較器１２出力に基いて、現在
の評価値が最大値メモリ１０の内容より大きい場
合にその値が更新され、常に現在までの評価値の
最大値が保持される。

１４はレンズ１を支持するフオーカスリング２
の位置を指示するフオーカスリング位置信号を受
けて、フオーカスリング位置を記憶するモータ位
置メモリであり、最大値メモリ１０と同様に第１
比較器１２の出力に基いて、最大評価値となつた
場合のフオーカスリング位置を常時保持する様に
更新される。

第１フオーカスモータ制御回路１５は、第２比
較器１３出力に基いて決定された方向にフオーカ
スモータ３を回転させながら、第１比較器１２出
力を監視し、評価値の雑音による誤動作を防止す
るために、第１比較器１２出力にて現在の評価値
が最大評価値より充分に小さいという第３モード
指示されると同時にフオーカスモータ３は逆転さ
れる。この逆転後、モータ位置メモリ１４の内容
と、現在のフオーカスリング位置信号とが第５比
較器３０にて比較され、一致した時、即ちフオー
カスリング２が焦点評価値が最大となる位置に戻
つた時にフオーカスモータ３を停止させる様に第
１フオーカスモータ制御回路１５は機能する。同
時に第１フオーカスモータ制御回路１５はレンズ
停止信号LSを出力する。

切換制御回路２３はこのレンズ停止信号LSを
受けてスイツチ回路１６を端子１６ｂ側に切換え
て、以後、第２フオーカスモータ制御回路１７出
力にてフオーカスモータ３を制御する。

次に第２フオーカスモータ制御回路（第２フオ
ーカスモータ制御手段）１７による制御について
説明する。尚、この第２フオーカスモータ制御回
路１７はマイクロコンピユータにて構成されてい
るため、内部動作は第４図のフローチヤートに示
す如くになる。

まずフオーカスモータ３の回転方向の初期化が
為されて、とりあえずフオーカスモータ３は予め
設定されている回転方向に回転し、その回転方向
が内部に保持される（手順(a)）。その後、現在の
焦点評価値を第３メモリ１９に基準値として保持
する（手順(b)）。そしてフオーカスモータ３を保
持された方向に微小量回転させる（手順(c)）。こ
の回転に伴つてレンズ１は微小量△Ｔ（△Ｔ：１
単位とする）だけ初期設定された方向に変位する
ことになる。この変位後、第３比較器１８にて現
在の焦点評価値と第３メモリ１９に保持された基
準値との比較が為され（手順(d)）、現在の評価値
の方が小さければ、現在内部で保持されてる微小
変位方向とは逆に２単位変位される（手順(e)）。
ここで再び第３比較器１８により第３メモリ１９
の基準値と現在の焦点評価値との比較が為され
（手順(f)）、現在の評価値の方が小さければ、再び
変位方向を逆転して１単位戻る様にフオーカスモ
ータ３が回転する（手順(g)）。つまり、この場合、
第１フオーカスモータ制御回路１５によるオート
フオーカス動作にて停止されたレンズ位置から、
前後に画像に影響を与えない様に微小にレンズを
変位させ、最初に停止していたレンズ位置での焦
点評価値が極大であることを確認して元の停止位
置までレンズを戻して待機状態となる。

この時のフオーカスモータ３及びレンズ１の動
きを第５図及び第６図に示す。ここで第５図は縦
軸に初期化された回転方向を、横軸に時間をと
る。また第６図は縦軸に焦点評価値を、横軸にレ
ンズ位置（レンズとCCDとの距離）をとる。尚、
微小変位量△Ｔは第１フオーカスモータ制御回路
１５によるレンズの変位に比べ極めて微小であ
り、画像に影響を与えない程度のものである。

次に第１フオーカスモータ制御回路１５により
停止せしめられたレンズ位置が、極大点より僅か
にずれていた場合について説明する。

第１フオーカスモータ制御回路１５によるレン
ズ停止後、第２フオーカスモータ制御回路１７は
前述と同様にフオーカスモータ３の回転方向の初
期化を行い、動かすべき方向を保持して第３メモ
リ１９の基準値を更新し、フオーカスモータ３を
保持方向に僅かに回転せしめてレンズ１を１単位
変位せしめ、現在の焦点評価値と基準値との比較
を行うが、第１フオーカスモータ制御回路１５に
よる停止点が焦点評価値の極大点からずれている
ために停止点から正・負方向に微小変位させた時
の焦点評価値のいずれかが基準値よりも大きくな
つてしまう。そこで第４図の手順(d)(f)のいずれか
の比較結果が“NO”となり、手順(h)に移行す
る。手順(h)の比較において“YES”は後述する
様に停止点が極大点から大きくずれている場合に
対応するものであり、最初は“NO”を選択し(A)
に戻る。ここで停止点よりも評価値が大きくなつ
た微小変位点を基準として、この位置での焦点評
価値を基準値として第３メモリ１９の値を更新
し、前述の動作を繰り返す。この繰り返しにより
第１フオーカスモータ制御回路１５による停止点
と焦点評価値の極大点とのずれが修正されること
になる。この場合のフオーカスモータ３及びレン
ズ１の動きを第７図乃至第１０図に示す。

第７図及び第８図は初期化された方向で評価値
が大きくなつた場合を示し、レンズ位置が２単位
分CCDから離れる（図では右方向に変位する）
ことにより極大点に達しており、STEP(3)〜(5)は
第５図及び第６図のSTEP(1)〜(3)と同一の動作と
なる。また、第９図及び第１０図は初期化された
のとは逆方向で評価値が大きくなつた場合を示
し、レンズ位置が２単位分CCDに接近する（図
では左方向に変位する）ことにより極大点に達し
ており、STEP(4)〜(6)は第５図及び第６図と逆極
性ではあるが同一の動作である。

以上の如く、第２フオーカスモータ制御回路１
７によつてもレンズ１は焦点評価値の極大点に達
するが、画面に影響を及ぼさない様に一回に微小
の変位しかできないために、第１フオーカスモー
タ制御回路１７による停止点が焦点評価値の極大
点から大きくずれている場合には、ずれの修正に
時間がかかり、良好なオートフオーカス動作は期
待できなくなる。

そこで、手順(h)にて極大点が停止点より所定量
以上ずれているか否かを判定する。即ち微小変位
による修正がＮ回以上為されたか否か、つまりＮ
単位以上レンズ位置が変位したか否かを判定す
る。従つて、前述の様なレンズ位置の微小な修正
で、最初の停止点よりいずれの方向にもＮ単位を
越えない場合は、第４図Ａに飛び、現在のレンズ
位置を評価値を基準としてピントの微調を続け
る。

しかし、手順(h)の判断でレンズ１が最初の停止
点よりいずれかの方向にＮ単位以上動いている場
合には、第２フオーカスモータ制御回路１７は不
合焦確認信号を出力し、OR回路２２を通じて切
換制御回路２３に入力される。第１１図及び第１
２図には最初に停止点が極大点よりもレンズが
CCDに接近する方向にＮ（例えばＮ＝６）単位以
上ずれている場合を示しており、第４図のＡ→手
順(h)のループを７回繰り返した様子が示されてい
る。

不合焦確認信号を受けて切換制御回路２３は、
スイツチ回路１６を再度端子１６ａ側に切換え
て、第２フオーカスモータ制御回路１７に代えて
第１フオーカスモータ制御回路１５出力によりフ
オーカスモータ３の制御を為し、大きなレンズ変
位によるすばやいオートフオーカス動作が為され
る。

２０は第１フオーカスモータ制御回路１５によ
るオートフオーカス動作が終了して、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２１でこの第４メモリ２０の保持内容は
現在の焦点評価値と比較され、その差がしきい値
より大きくなつた場合には、被写体が変化したと
してOR回路２２に被写体変化信号が出力され
る。この信号はOR回路２２を経て切換制御回路
２３に入力され、スイツチ回路１６を端子１６ａ
側に切換え、第１オートフオーカス動作をやり直
して被写体の変化に追従する。

尚、第２フオーカスモータ制御回路１７によつ
て、第１フオーカスモータ制御回路１５による停
止点が極大点であると確認された場合には、第４
比較器２１によつて被写体が変化したと判断され
るまでフオーカスモータ３は停止しつづけるが、
第４比較器２１による比較結果にかかわらず、あ
る時間間隔で第２フオーカスモータ制御回路１７
による極大点の確認を間欠的に繰り返し行うよう
に為せば、一層確実性が増すことは言うまでもな
い。

前述の如く構成することにより、第１フオーカ
スモータ制御回路１５によつてすばやいオートフ
オーカス動作を行つてレンズを停止し、被写体の
激しい動き等により合焦点でない位置でレンズが
停止しても、第２フオーカスモータ制御回路１７
によつてレンズ位置が微調され、また大きくずれ
ている場合には、再び第１フオーカスモータ制御
回路１５によつてすばやいオートフオーカス動作
が再開され、更に第４比較器２１によつて被写体
に変化があつたと判断される場合にも、第１フオ
ーカスモータ制御回路１５による制御のやり直し
が為される。また真の合焦点で停止している場合
には、レンズの動きは第２フオーカスモータ制御
回路１７による微小変位のみで画像への影響は極
めて小さい。尚、本実施例回路の動作はマイクロ
プロセツサによりソフトウエア的に容易に処理可
能であ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、２つの制御回路に
てオートフオーカス動作の粗調と微調が独立的に
為されるため、合焦位置近傍にて常にレンズを動
かし続けることなく、被写体の激しい動き等によ
りピントボケ位置での誤停止が防止されると共
に、被写体変化検出に伴うオートフオーカス動作
の粗調再開のしきい値が大きく設定でき、画面に
影響を及ぼす不要なオートフオーカス動作を最小
限に抑えることが可能となり極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第４図〜第１２図は本発明の一実施
例に係り、第１図は回路ブロツク図、第４図はフ
ローチヤート、第５図・第６図は合焦確認の動作
説明図、第７図乃至第１０図は停止点が極大点よ
り僅かにずれている場合の説明図、第１１図・第
１２図は大きくずれている場合の説明図である。
また第２図及び第３図は従来例の回路ブロツク図
である。 １……レンズ、３……フオーカスモータ、４…
…撮像回路、５……焦点評価値発生回路（評価値
検出手段）、１５……第１フオーカスモータ制御
回路（第１フオーカスモータ制御手段）、１６…
…スイツチ回路（制御切換手段）、１７……第２
フオーカスモータ制御回路（第２フオーカスモー
タ制御手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 撮像素子に対するフオーカスレンズの光軸方
   向の相対的な位置を変化させるレンズ相対位置変
   更手段と、 前記撮像素子から得られる一定期間にわたる輝
   度信号の高域成分レベルを検出して合焦状態にて
   最大値となる焦点評価値に変換して出力する焦点
   評価値検出手段と、 前記相対位置を大きな変化量にて変化させ、前
   記焦点評価値が最大値となる位置に該相対位置を
   一旦固定する様に前記レンズ相対位置変更手段を
   制御する第１制御手段と、 該第１制御手段によつて前記相対位置が一旦固
   定された後、前記第１制御手段による制御時より
   小さな変化量にて前記相対位置を微小変動せし
   め、該変動に対応する前記焦点評価値の変化を検
   出することにより前記相対位置の合焦位置とのず
   れを補正する様に前記レンズ相対位置変更手段を
   制御し、且つ前記ずれの補正に伴う補正量が所定
   値を越えた時に再起動指令を発する第２制御手段
   と、 該再起動指令が発せられた時に、前記フオーカ
   スレンズ相対位置の制御を前記第２制御手段から
   前記第１制御手段に切り換える切換制御手段を備
   えるオートフオーカス回路。