JPH0642718B2 - オ−トフオ−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
の自動調整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
合わせられる等優れた点が多い。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 従来、このオートフォ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
焦点調節」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３図を参考に説明する。

予めフォーカスモータを一方に回転させつつレンズ(1)
によって結像した画像は、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。焦点
評価値発生回路(5)の構成は、例えば第４図に示す様に
構成される。映像信号より同期分離回路(5a)によって分
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(V
D)、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)によっ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、高域通過フィルター(H.P.F)
(5d)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)
でフィールド毎に積分されて、Ａ／Ｄ変換回路(5g)にて
ディジタル値に変換されて現フィールドの焦点評価値が
得られる。前述のように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)には最新の焦点評
価値が、第２メモリ(7)には１フィールド前の焦点評価
値が常に更新されて蓄えられる。これら２つのメモリの
内容は比較器(8)にて比較され、この比較出力はフォー
カスモータ制御回路(9)に入力される。

フォーカスモータ制御回路(9)では比較器(8)出力によっ
て、第１メモリの評価値＞第２メモリの評価値の場合に
は、フォーカスモータ(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、
評価値は減少方向にあるから、フォーカスモータ(3)は
逆転する。このフォーカスモータ(3)の動きによりレン
ズ(1)を支持するフォーカスリング(2)は常に焦点評価値
を大きくする方向に動き続けて合焦し、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、被写体が変わっても常に焦点評
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ようなことも無く追従でき
る。

焦点評価値は一般に第５図に示すような山形をしている
が、それを作る回路の定数、例えば高周波成分を取り出
すためのハイパスフィルター(H.P.F)のカットオフ周波
数を変える事によって急峻にも緩やかにも出来る。この
焦点評価値の山の形状はオートフォーカス動作に直接大
きな影響を与える。即ち、 １）山の形状が緩やかな場合には、かなりピントがボケ
ている様な場合でも第５図(a)に示す様にある程度の大
きさの焦点評価値が得られるので、確実な山登りサーボ
を行なう事が出来て合焦に達する。その反面、第６図
(a)に示す様にある被写体に合焦している時に被写体距
離が変化しても、焦点評価値の減少が少ないために、第
７図(a)に示すように被写体がレンズと等距離を保った
まゝ動いたり、明るさが変化した時の、焦点評価値の変
化との区別が出来ず、連続的なオートフォーカス動作に
問題を生じる。つまり、前者の場合にはオートフォーカ
ス動作の再起動が必要であり、後者の場合には不必要で
あるが、焦点評価値では区別がつかないため前者を優先
すれば、後者の状態が生じた場合に、再起動の必要が無
いにも拘わらず再起動が行なわれるため、画面のフラツ
キが生じてしまう。後者を優先すれば再起動が必要な場
合でも、合焦動作が再開されず画面がボケたまま停止し
てしまう。

２）第５図(b)に示す様に山の形が急峻である場合に
は、被写体距離が変化した時の焦点評価値の変化は、被
写体が等距離で動いた時［第６図(b)参照］の評価値の
変化は明るさが変わった時［第７図(b)］の変化に比べ
て充分大きいので、上述の様な誤動作は発生しないが、
山の裾では傾斜が非常に小さいためにピンボケの状態の
時には、レンズの動くべき方向の判定が出来ず、逆方向
に動き続けたり、正しい方向に動していても雑音や被写
体の僅かな動きによって、裾の傾斜の方向が変化してし
まうため反対方向に動き出すという、動作の不安定さが
発生する。

通常の山登りサーボ方式によるオートフォーカスカメラ
ではこれらの問題点が目立たない様に、中間的な山の形
状が使われている。しかし、被写体やその明るさ、レン
ズの焦点距離によって山の形は変化するので、状況によ
って上記２つの問題点の内一つが顕在化し、誤動作の発
生する場合がある。

出願者はこの問題を解決する手段として、実開昭61-729
67号公報(HO4N5/232)において、焦点評価値の山の形が
急峻な第１の焦点評価値発生回路と、緩やかな形状を持
つ第２の焦点評価値発生回路とを有し、これら２つの出
力を常時観測、比較する事によって、正確な合焦動作を
行わせる方法を提案している。

一般に合焦動作の正確さという面からは、焦点評価値の
山の形は急峻である方が望ましいが、ノイズなどの影響
によって山の形が変化しやすいという問題がある。その
ため上記出願では、急峻な特性を持つ第１の焦点評価値
発生回路の出力が検知出来るレベルに達するまでは緩や
かな第２の評価値で合焦動作を行ない、それ以後は第１
の評価値で合焦動作をさせている。しかし、被写体によ
っては殆ど高周波成分を持たないものも存在し、また暗
所での撮影など撮影条件によっては山の形が種々存在す
るため、２つの焦点評価値発生回路のどちらを優先的に
選択すべきか一義的には決定出来ない場合が多く存在
し、第１の焦点評価値発生回路を用いたために却って誤
動作が発生したり、評価値出力が全体に小さい場合など
には第１の焦点評価値発生回路の出力が被写体の映像信
号よりも、ノイズ成分で主に構成されている場合等が有
り、実用上問題があった。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 従来技術によれば、種々の被写体条件や撮影条件に充分
対応出来ず、誤動作を生じる場合があった。

（ニ）問題点を解決するための手段 本発明はフォーカスモータ制御回路によってフォーカス
モータを駆動しレンズの焦点位置を変化させて、合焦動
作を行なわせるに当り、焦点評価値がレンズ位置に対し
て急峻な変化を示す第１評価値検出手段からの焦点評価
値と、緩やかな変化を示す第２評価値検出手段からの焦
点評価値とを１フィールド毎に交互に出力しながら、第
１の評価値検出手段からの焦点評価値が予め設定した基
準レベル以下の場合には、第２の評価値検出手段からの
焦点評価値によって合焦動作を行なわせ、基準レベルよ
り大きな場合には第１の評価値検出手段からの焦点評価
値を用いて合焦動作を行なう事を特徴とする。

（ホ）作用 本発明は上記の如く構成したので、焦点評価値のレベル
が全体的に小さいような場合や、被写体の構造が高周波
成分を殆ど含んでいない様な場合には、自動的にこの様
な状況下で影響を受けにくい第２の評価値検出手段が動
作して、合焦動作が行なわれ、また、通常の明るい雰囲
気下（焦点評価値が充分大きい）での撮影や、高周波成
分の多い被写体に対しては第１の評価値検出手段からの
焦点評価値よって、極めて精度の高い合焦動作が行なわ
れて、誤動作の少ない自動焦点ビデオカメラが実現出来
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、従来例（第３図及び第４図）と同一の部分について
は同一の符号を付して、説明を割愛する。

第１図は本実施例による自動焦点方式の回路ブロック図
である。レベル(1)によって結像された画像は、撮像素
子を有する撮像回路(4)によって輝度信号となり、第１
・第２フィルター回路(10)、(11)に入力される。第１・
第２フィルター回路(10)、(11)はどちらも輝度信号の高
周波成分のみを抜き出すハイパスフィルター(HPF)であ
るが、第１フィルター回路(10)は第２フィルター回路(1
1)に比してより高いカットオフ周波数を有し、具体的に
は第１フィルター回路(10)のカットオフ周波数は５００
ｋＨｚ、第２フィルター回路(11)のそれは１００ｋＨｚ
に設定している。第１・第２フィルター回路(10)及び(1
1)の出力はフォーカスモータ制御回路(9)によって制御
されるスイッチ回路(12)に入力されて、交互に積算回路
(13)に入力される。積算回路(13)は従来例の第５図で示
した検波回路(5e)、積分回路(5f)、Ａ／Ｄ変換回路(5
g)、ゲート回路(5c)、ゲート制御回路(5b)等を一括して
示したものである。また、第１・第２フィルター回路(1
0)、(11)は第４図のＨＰＦ(5d)に対応している。この結
果、第１フィルター回路(10)、スイッチ回路(12)、積算
回路(13)で第１の焦点評価値発生回路が構成され、第２
フィルター回路(11)、スイッチ回路(12)、積算回路(13)
で第２の焦点評価値発生回路が構成される。

第１の焦点評価値発生回路は、カットオフ周波数が第２
の焦点評価値発生回路に比して高いのでその出力である
焦点評価値は第２の焦点評価値発生回路からの焦点評価
値に比べて山の形が急峻になっている。焦点評価値の山
の形を急峻なものにする他の方法として撮像回路(4)の
出力を直流バイアスでカットした後、積分する方法があ
る。この方法はノイズレベルの除去という面で効果であ
るが、高周波成分を含まない被写体に対しては効果が少
ない事から、本実施例ではフィルターのカットオフ周波
数を変える方法を採用している。

また、２つの焦点評価値発生回路を用いて２種類の焦点
評価値出力を発するためには、一見積算回路(13)を独立
に設ける方が正しいように思われるが、本方式は基本的
に１フィールド毎の評価値を取り出すためにスイッチ回
路が不可欠である事、実開昭61-72967号公報(HO4N5/23
2)に開示される様に緩やかな山の場合には間欠的に評価
値を取り出しても、その間の変化が小さく、急峻な山の
場合にはそのピーク近辺では評価値の変化が激しいもの
の、評価値が半分程度になってもレンズ位置の移動は極
めて少ないため、ピントがボケた状態にはならないこ
と、また積算回路は両焦点評価値発生回路で同一で良い
ことから、信号の取り出しを交互に行なう事で充分対応
出来る。信号の取り出し周期は原理的には任意で良い
が、１フィールド毎の評価値を取り出す事を考慮する
と、スイッチ回路を１フィールド毎に切り換えるのが妥
当である。

積算回路(13)の出力はスイッチ回路(14)に入力される。
スイッチ回路(14)はスイッチ回路(12)と同様にフォーカ
スモータ制御回路(9)によって切換られ、第１焦点評価
値発生回路の出力は第１合焦検出回路(15)に、第２焦点
評価値発生回路の出力は第２合焦検出回路(16)に各々入
力される。

両合焦検出回路(15)、(16)は具体的には第２図に示した
構成を有するものであり、その詳細は例えば特願昭61-2
73212号に記載されているので、ここではその大略を述
べるに留める。

合焦動作開始直後に得られた最初の焦点評価値が最大値
メモリ(15a)と初期値メモリ(15b)に保持される。その
後、フォーカスモータ制御回路(9)がフォーカスモータ
(3)を予め決められた方向に回転して、第２図比較器(15
d)出力を監視する。第２比較器(15d)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(15b)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(9)は第２比較器(15d)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(3)を回転せしめ、現在の焦点評価値が初期の評
価値よりも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
より小である場合にはフォーカスモータ(3)の回転方向
を逆にして、第１比較器(15c)の出力を監視する。

第１比較器(15c)は最大値メモリ(15a)に保持されている
今までの最大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(15a)の内容に比べて大
きい、充分小さいの２通りの比較信号を出力(P1)(P2)と
して出力する。ここで最大値メモリ(15a)は、第１比較
器(15c)の出力に基づいて、現在の評価値が最大値メモ
リ(15a)の内容よりも大きい場合にはその値が更新され
常に現在までの評価値の最大値が保持される。

(15e)はレンズ(1)を支持するフォーカスリング(2)の位
置を指示するフォーカスリング位置信号を受けて、フォ
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(15a)と同様に第１比較器(15c)の出力(P1)
に基いて、最大評価値となった場合のフォーカスリング
位置を常時保持する様に更新される。

フォーカスモータ制御回路(9)は、第２比較器(15d)出力
に基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(15c)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(15c)
出力(P2)にて現在の評価値が最大評価値より充分に小さ
いと指示されると同時にフォーカスモータ(3)は逆転さ
れる。この逆転後、モータ位置メモリ(15e)の内容と、
現在のフォーカスリング位置信号とが第３比較器(15f)
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(9)は機能する。同時に、フォーカスモータ制
御回路(9)はレンズ停止信号(LS)を出力する。

合焦検出回路(16)も合焦検出回路(15)と全く同じ構成を
有しているが、入力される焦点評価値の大きさが両者で
全く異なるために、これらを共通化することはできな
い。

(20)はフォーカスモータ制御回路(9)によるオートフォ
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(2
0)の保持内容は現在の焦点評価値と比較され、その差が
閾値より大きくなった場合には、被写体が変化したとし
てフォーカスモータ制御回路(9)に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(9)はこの信号を
受けると再びオートフォーカス動作をやり直して被写体
の変化に追随する。

この結果、合焦検出回路(15)及び合焦検出回路(16)は独
立に合焦検出動作を行なう事が出来る。

一方、スイッチ回路(14)からの第１焦点評価値発生回路
からの出力は第５比較器(18)に入力されて、基準電圧発
生回路(17)の電圧と比較され例えば第１焦点評価値発生
回路の出力＜基準電圧の場合にはＬの信号をフォーカス
モータ制御回路(9)に入力する。また第１焦点評価値発
生回路の出力＞基準電圧の場合にはＨの信号をフォーカ
スモータ制御回路(9)に入力する。

フォーカスモータ制御回路(9)はＬの信号を受けた時に
は、スイッチ回路(12)及び(14)を１フィールド毎に切り
換えながら、合焦検出回路(16)の出力によってのみ合焦
動作を行なわせる。フォーカスモータ制御回路(9)への
入力がＨである場合には、スイッチ回路(12)及び(14)は
第１焦点評価値検出回路の出力のみを通過させ、合焦検
出回路(15)によってのみ合焦動作が行なわれる。

上述の様な構成の結果本発明の方式によれば、第１焦点
評価値発生回路の出力＜基準電圧の場合には１フィール
ドおきの評価値によって、合焦点動作が行なわれる事に
なるが、前述の様に、焦点評価値の山の形が緩やかな場
合には間欠的に評価値を検出しても、その値が余り変化
しないので、充分に高い精度で山登りサーボを遂行出来
る。

これに対し急峻な山の焦点評価値で、合焦動作を行なわ
せる場合、即ち第１焦点評価値発生回路の出力＞基準電
圧の場合には、最大評価値付近での山の形は極めて急峻
であるので、キメ細かい山登りサーボを行なう事が望ま
しい。本発明では上述の説明から明らかな様に、この場
合には第１焦点評価値発生回路の出力のみを監視するの
で、全フィールドについて合焦点動作が行なわれており
上記の条件を満足している。

第８図は本発明の効果の説明図である。図において、
は第１焦点評価値発生回路の出力、は第２焦点評価値
発生回路の出力、は基準電圧発生回路(17)の基準電圧
であり、・印は１フィールド毎にサーチされる第１及び
第２の焦点評価値発生回路の出力波形の山の位置を模式
的に示している。

第８図(a)は通常の撮影条件で、通常の被写体を撮影し
た時の第１及び第２の焦点評価値発生回路の出力を示し
たものである。いま、仮にレンズが図の左端から駆動さ
れ始めたとすると、の値は非常に小さいために、評価
値のサーチは及びを交互に行なわれ、合焦動作は
の出力値のよって、山登りサーボをする。やがてが
の値を越える(p)点に達すると、のサーチが無くなり
のカーブだけによるキメ細かい山登りサーボに移行
し、その頂点でフォーカスモータ(3)が停止する。実際
には再起動をするための条件を満たす評価値の変化が生
じるまでこの状態が保持されるのであるが、ここでは理
解の便利のため、再起動を生じた場合に対応するものと
して引き続きレンズを駆動した場合の状態について述べ
る。レンズを右方向に駆動して行くと、の値は低下し
て行き、やがてと交わる点(Q)を越える。この点から
再びととが交互にサーチされ、の値によって合焦
動作が行なわれる。即ち区間ΔＬの間のが大きな値を
有する間は、キメ細かく制御を行ない、この区間を外れ
てが小さくなってノイズの影響を受けやすい状態で
は、ノイズの影響を受けにくいのカーブで制御が行な
われる。

第８図(b)は、暗所での撮影の様に全体に評価値が小さ
い場合を示しており、の値がを越える事がないため
に、によってのみ合焦動作が行なわれる。この様な場
合、のカーブはノイズ成分の量が極めて大きく、ノイ
ズによって誤動作を生じることが多いので、によって
合焦動作を行なう事は極めて妥当である。

第８図(c)は、全体としての明るさは充分にあるが、高
周波成分が殆ど無い被写体の場合を示している。この場
合も(b)と同様にによってのみ合焦動作が行なわれ
る。この様な被写体としては具体的には、青空の白壁な
ど殆ど被写体構造を有さないものであるので、(a)の様
にキメ細かい制御を行なわずとも実用上充分な精度を保
持している。

なお、本発明の説明では簡便さを考慮して、すべてをハ
ードによって説明したが、その多くはマイクロプロセッ
サを用いてソフトウエア的に処理が可能である。

（ト）発明の効果 以上の如く本発明では、明るく複雑なパターンを持つ被
写体に対しては焦点評価値がレンズ位置に対して急峻な
変化を示す第１評価値検出手段からの焦点評価値に基づ
いてフォーカス制御が行われるので極めて精度の高い合
焦動作を実現できると共に、暗い被写体や明瞭なパター
ンを持たない被写体に対しては緩やかな変化を示す第２
評価値検出手段からの焦点評価値に基づいてフォーカス
制御が行われるので誤動作のない安全した合焦動作を実
現できる。

また、第２評価値検出手段のからの焦点評価値に基づい
てフォーカス制御が行われている状態では、第１第２評
価値検出手段からの各焦点評価値が一定期間毎に交互に
フォーカス制御手段に供給されることにより、この制御
手段内に第１評価値検出手段の直前の焦点評価値も常に
保持されるようになっているので、第２評価値検出手段
によるフォーカス制御から第１評価値検出手段によるフ
ォーカス制御に切り換わっても、直ちにその第１評価値
検出手段によるフォーカス制御動作に連続的且つスムー
スに移行できるという利点も備えている。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第８図は本発明の実施例に係り、第
１図は回路ブロック図、第２図は第１図の１部である合
焦検出回路の構成図であり、第８図は本発明の動作説明
図である。第３図、第４図は従来例の回路ブロック図で
ある。また、第５図、第６図、第７図は２つの焦点評価
値発生回路の出力の撮影受験による変動の説明図であ
る。 (1)…レンズ、(3)…フォーカスモータ、(9)…フォーカ
スモータ制御回路、(10)…第１フィルター、(11)…第２
フィルター、(13)…積算回路、(15)…第１合焦検出回
路、(16)…第２合焦検出回路、(17)…基準電圧発生回
路、(18)…第５比較回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮像素子に対するフォーカスレンズの相対
   位置を変化させるレンズ位置変更手段と、 撮像素子から得られる輝度信号の第１の高域成分レベル
   を一定期間に亘って積分することにより、レンズ位置の
   移動に伴い急峻に変化し且つ合焦点に於いて最大値とな
   る第１焦点評価値を発生する第１焦点評価値作成手段
   と、 前記輝度信号の第１の高域成分よりも低域の成分をも含
   む第２の高域成分レベルを一定期間に亘って積分するこ
   とにより、レンズ位置の移動に伴い緩やかに変化し且つ
   合焦点に於いて最大値となる第２焦点評価値を発生する
   第２焦点評価値作成手段と、 第１焦点評価値と第２焦点評価値を切り換えて選択的に
   導出するスイッチング手段と、 前記スイッチング手段を介して入力される第１第２焦点
   評価値に対して、第１焦点評価値が最大となるように前
   記レンズ位置変更手段を駆動する第１フォーカス制御動
   作と、第２焦点評価値が最大となるように前記レンズ位
   置変更手段を駆動する第２フォーカス制御動作のいずれ
   かを択一的に実行するフォーカス制御手段と、 第１焦点評価値と予め設定した基準値との大小を比較検
   出し、該検出により第１焦点評価値が前記基準値以下の
   場合には第２フォーカス制御動作を行い、第１焦点評価
   値が前記基準値を越える場合は第１フォーカス制御動作
   を行うよう前記フォーカス制御手段を切り換える比較手
   段とを備え、 前記フォーカス制御手段は、第１焦点評価値に基づいて
   前記第１フォーカス制御動作を行なわせる第１合焦検出
   回路と、第２焦点評価値に基づいて前記第２フォーカス
   制御動作を行わせる第２合焦検出回路とを含み、 前記スイッチング手段は、前記比較手段の出力に応答し
   て、第１焦点評価値が前記基準値以下の場合には第１焦
   点評価値を第１合焦検出回路に、第２焦点評価値を第２
   合焦検出回路にそれぞれ前記一定期間おきに交互に供給
   し、第１焦点評価値が前記基準値を越える場合には第１
   焦点評価値のみを常に第１合焦検出回路に供給するよう
   切り換えられることを特徴とするオートフォーカスビデ
   オカメラ。