JPH0644806B2 - オ−トフオ−カス回路 - 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、オートフォーカ
ス用の特別なセンサも不必要で機械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(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、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フィ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、評価値は減少傾向にあるから、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、
フォーカスリングを回転せしめることによって焦点距離
が変り、このために撮影画面の画角が変化する。このた
めに、合焦した後もフォ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
ったり小さくなっ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、常時フォ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。他にも常にフォ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。

これら欠点を改善するために、実開昭60-135712号公報
（Ｇ02Ｂ7/11）に見られる様に、フォーカスリングを一
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、この点にフォ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（Ｈ04Ｎ5
/255）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従来
の山登りサーボ制御と共通な欠点が存在する。

つまり撮像しようとする目的の被写体に合焦している時
に、ビデオカメラとその被写体との間を他の物体が横切
った場合等には、横切った物体にもピントを合わせよう
としてレンズが変位し、目的の被写体がぼけたり、画角
が変動して見苦しい画面となった。この一例を第４図及
び第５図を参照しながら説明すると、第４図でビデオカ
メラ(Ca)は目的の被写体(P)を撮影中であり、ピントが
合っている時に、他の被写体(Q)がカメラの前を矢印の
如く通過すると、被写体(P)の全部又は一部が遮蔽され
て、被写体(Q)に合焦させる様に山登り動作が再開され
てレンズが動き出す。ところが被写体(Q)に合焦するま
でに若干時間を要するため、レンズの移動が完了する前
に被写体(Q)が通過し終えてしまう。その結果、通過中
では被写体(P)からピントが外れ、被写体(Q)にもピント
合いきれず、通過完了直後には被写体(P)が非合焦状態
で映っているという見苦しい画面が現出する。

そこで従来は、合焦状態からピントがずれた場合には、
常に一定時間（例えば被写体(Q)が通過し終えるのに要
すると予想される時間）、レンズの駆動を禁止するとい
う方法も提案されている。しかし、この方法はでは第５
図の様に目的の被写体(P)自体が矢印の如くカメラに接
近してきた場合等には、ピントがずれたと判断してか
ら、常に一定の遅れ時間をもってレンズの駆動が開始さ
れるために、応答の悪いオートフォーカス動作となる。

(ハ)発明が解決しようとする問題点 前述の如く、従来技術によると、目的の被写体に合焦中
に、カメラの前を撮影を所望しない別の物体が横切る
と、新たな山登り動作が起動されてレンズが変位し、見
苦しい画面が生じ、これを防止しようとすると、徐々に
近接したり、遠のいたりする被写体に対するピントの追
従性が悪くなった。

(ニ)問題点を解決するための手段 本発明は、山登り動作を行って、焦点評価値の極大点を
示すレンズ位置にレンズを停止するフォーカス制御手段
を有して、レンズ停止時の焦点評価値を被写体変化検出
のための基準値として記憶し、この基準値と現在の評価
値を比較し、評価値が急激にレベル降下する場合にフォ
ーカス制御手段による制御を禁止し、所定期間にわたっ
てレベル降下が継続される場合に、フォーカス制御手段
による制御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、評価値の変化が瞬時
的な場合にはオートフォーカス動作は再開されず、評価
値のレベル降下がゆるやかな場合には素早くオートフォ
ーカス動作が為され、更にレベル降下が長時間にわたる
場合には所定時間後にオートフォーカス動作が再開され
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、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ック図である。レンズ
(1)によって結像された画像は、CCD（撮像素子）を有す
る撮像回路(4)によって輝度信号となり、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フィールド分の焦点評価値が出力される。

オートフォ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、フォーカスモータ制御回路（フォーカスモータ制
御手段）(15)は、フォーカスモータ(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、フォ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。

フォーカスモータ制御回路(14)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ォ
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
価値が最大値メモリ(10)の内容に比べて大きい、同じま
たは僅かに小さい、充分小さいの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(S1)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。

(15)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(10)と同様に第１比較器(12)の出力(S1)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(14)は、第２比較器(13)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(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(15)の内容と、現在のフォ
ーカスリング位置信号とが第５比較器(16)にて比較さ
れ、一致した時、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時にフォーカスモータ(3)
を停止させる様にフォーカスモータ制御回路(14)は機能
する。同時にフォーカスモータ制御回路(14)はレンズ停
止信号(LS)を出力する。

以上で一連のオートフォーカス動作が完了する。

この後、被写体の変化に追従するために、後述の第３メ
モリ(17)からＯＲ回路(25)にて構成される被写体変化検
出回路(50)にて被写体の変化が検出され、被写体の変化
が確認されたならば、新たなオートフォーカス動作を起
動する。

以下、第１図、第７図乃至第９図を参照にして、被写体
変化検出回路の動作について説明する。

まず、一連のオートフォーカス動作の完了に伴って、フ
ォーカスモータ制御回路(14)からＬＳ信号が発せられる
と、これを受けてこの時点での焦点評価値が第３メモリ
(17)に基準値として保持される。

後段の第３及び第４比較器(18)(19)は、この第３メモリ
(17)に保持された値と、その後刻々と変化する評価値を
比較する。ここで第３比較器(18)は後述の第１・第２モ
ノマルチ(20)(21)及び第１ＡＮＤ回路(22)と共に第２検
知回路(60)を構成し、第３メモリ(17)の内容に対して相
対的な閾値(A)（第３メモリ(17)の内容の25％）を持
ち、第３メモリ(17)の内容と現在の評価値の差が、閾値
(A)を越えるとＨレベルの出力信号を発する。また、第
４比較器(19)は後述の遅延回路(23)及び第２ＡＮＤ回路
(24)と共に、第１検知回路(61)を構成し、第３メモリ(1
7)の内容に対して前記閾値(A)と別の閾値(B)（第３メモ
リ(17)の内容の75％）を有しており、第３メモリ(17)の
内容と現在の評価値の差が、閾値(A)以上で閾値(B)以下
の時にＨレベルの出力信号を発する。

(20)は準安定期間が(T2)の第１モノマルチであり、第３
比較器(18)出力の立下りに同期して出力する。(21)は第
１モノマルチ(20)出力の立下りに同期して出力を発する
第２モノマルチである。

(23)は遅延回路であり、第４比較器(19)出力を時間(T1)
だけ遅延させる。ここで時間(T1)は第４図の別の被写体
(Q)がオートフォーカスエリアに入り終るのに要すると
予想される時間であり、時間(T2)は別の被写体(Q)がオ
ートフォーカスエリアを通過し終えると予想される時間
として設定されている（具体的には例えばT1＝0.1sec、
T2＝0.5sec）。第２モノマルチ(21)出力は第３比較器(1
8)出力と共にＡＮＤ回路(22)に入力され、遅延回路(23)
出力は第４比較器(19)出力と共にＡＮＤ回路(24)に入力
され、更にＡＮＤ回路(22)(24)の両出力はＯＲ回路(25)
の２入力となっている。ＯＲ回路(25)出力は被写体変化
検出信号としてフォーカスモータ制御回路(14)に供給さ
れる。

次に上述の被写体変化検出回路(50)の動作について、第
７図乃至第９図を参照に説明する。第７図乃至第９図に
示される波形図は、夫々第４図乃至第６図に示された状
況に対応する。即ち、第７図は第４図の如く目的の被写
体(P)を撮影中に他の物体(Q)がカメラ(Ca)の前を横切っ
た場合（第１の場合）を示し、第８図は第５図の如く目
的の被写体がカメラに接近してきた場合（第２の場合）
を示し、第９図は第６図の如く目的の被写体を撮影中に
他の物体が入ってきて止った場合（第３の場合）を示
す。第７図乃至第９図において、(a)は目的の被写体に
合焦しているレンズ位置に、レンズを固定した場合の焦
点評価値の時間変化の様子を示し、縦軸に焦点評価値、
横軸に時間が示されている。尚、点線(51)(52)は夫々前
述の閾値(A)(B)を示している。また、(b)は第４比較器
(19)の出力を、(c)は第３比較器(18)の出力を、(d)は遅
延回路(23)の出力を、(e)は第２モノマルチ(21)の出力
を、(f)はＡＮＤ回路(22)の出力を、(g)はＡＮＤ回路(2
4)の出力を、(h)はＯＲ回路(25)の出力を夫々示す。

前述の第１の場合には、第７図の如く焦点評価値は一旦
閾値(B)を下回るまで低下するが、時間(T2)までに回復
する。また、他の物体がカメラの前を横切って評価値が
下がり切るのが極めて速いため、第４比較器(19)の出力
(b)のパルス幅は時間(T1)より短く、第２ＡＮＤ回路(2
4)の出力(g)にはＨレベルの信号は出力されない。また
他の物体の通過は時間(T2)内で完了するため、第１ＡＮ
Ｄ回路(22)出力もＬレベルが維持され、ＯＲ回路(25)の
出力(h)に相当する被写体変化検出信号もＬレベルとな
る。即ち、被写体が変化したとは認識されないことにな
り、フォーカスモータ制御回路(14)がオートフォーカス
動作を再開することはない。

次に第２の場合、即ち目的の被写体が徐々にカメラに接
近してくる場合には、第８図の如く焦点評価値は比較的
緩やかに低下して行くので、第４比較器(19)の出力(b)
は少なくとも時間(T1)を越えてＨレベルになる。そこ
で、第２ＡＮＤ回路(24)の出力(g)は出力(b)の立上りか
ら時間(T1)だけ遅れてＨレベルとなり、この出力(g)が
ＯＲ回路(25)を介して被写体変化検出信号(h)としてフ
ォーカスモータ制御回路(14)に供給される。この制御回
路(14)は、上記検出信号(h)のＨレベルの立上りを受け
て初期値メモリ(11)及び最大値メモリ(10)の内容をクリ
アして前述した一連のオートフォーカス動作を再開し、
レンズ(1)を再び駆動する。

一方、焦点評価値(a)の前述の低下に伴い第３比較器(1
8)の出力(c)もＨレベルになるが、上記フォーカス動作
の再開により焦点評価値が再び上昇して行くので、この
評価値が閾値(A)を再度越えた時点で上記出力(c)は再び
Ｌレベルになり、これにより第１ＡＮＤ回路(22)の出力
(f)はＬレベルのまゝである。

したがって、前記ＯＲ回路(25)からは前述の出力(g)
（第４比較器(19)の出力(b)もＬレベルに戻ることによ
り、結果的に図示のパルスになる）のみが被写体変化検
出信号(h)として出力されることになる。即ち、この場
合は焦点評価値の変化がT1時間を越えると、直ちに上記
検出信号(h)が発生してフォーカス動作が再開されるの
で、素早く被写体の変化に追随できるのである。

第３の場合、即ち他の物体がカメラの前に入って来て止
った場合には評価値の落ち込みが急激であり、第４比較
器(19)の出力(b)のパルス幅は時間(T1)より短いため、
第２ＡＮＤ回路(24)出力はＬレベルを維持する。一方、
第３比較器(18)の出力(c)は出力(b)の立上りに同期して
以後Ｈレベルを維持するため、第１ＡＮＤ回路(22)の出
力(f)は出力(c)の立上りから時間(T2)後にＨレベルとな
り、ＯＲ回路(25)を経て、これが被写体変化検出信号と
してフォーカスモータ制御回路(14)に供給され、オート
フォーカス動作を再開する。従って、この第３の場合に
は、他の物体がカメラの前に入って来てから、時間(T2)
という比較的長い時間の遅れの後に、オートフォーカス
動作を再開し、それに伴い焦点評価値(a)が上昇して行
く。なお、急激に被写体までの距離が大きく変った場合
にフォーカスモータ(3)が駆動を始めてから合焦するま
でに、２sec程度の時間を要し、時間(T2)（例えば0.5se
c）程度の時間遅れは問題にならない。

尚、本実施例の動作はマイクロプロセッサとソフトウエ
アで実現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、応答の遅れが目だつ、徐々
に近づいたり遠のいたりする被写体に対しては、応答を
遅らせることなく、またカメラの前を横切るような被写
体に対しては不要なオートフォーカス動作を禁止せし
め、安定性に優れ実用性の高いオートフォーカス動作を
実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第４図乃至第９図は本発明の一実施例に係り、
第１図は回路ブロック図、第４図はカメラの前を物体が
横切る説明図、第５図は被写体が接近する説明図、第６
図は物体がフォーカスエリアに入ってくる説明図、第７
図、第８図、第９図は夫々第４図、第５図、第６図に対
応するタイミングチャート、第２図、第３図は従来例の
回路ブロック図である。 (1)…レンズ、(5)…焦点評価値発生回路（焦点評価値検
出手段）、(14)…フォーカスモータ制御回路（フォーカ
スモータ制御手段）、(17)…第３メモリ（記憶手段）、
(50)…被写体変化検出回路、(60)…第１検知回路、(61)
…第２検知回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮像素子から得られる輝度信号の高域成分
   レベルを一定期間ごとに検出し、合焦位置にて最大値を
   とる焦点評価値を出力する焦点評価値発生手段と、 前記撮像素子に対するレンズの相対位置を制御して前記
   焦点評価値が最大値となる合焦位置に停止せしめるフォ
   ーカス制御手段と、 前記レンズ合焦位置で停止した時の前記焦点評価値発生
   手段からの焦点評価値を基準値として保持する記憶手段
   と、 前記レンズの合焦位置での停止中に得られる焦点評価値
   の変化を前記基準値との比較により検出し、且つ、該焦
   点評価値がその変化開始後の第１期間内に前記基準値に
   よって決まる所定レベルまで低下したか否かを検知する
   第１検知手段と、 前記焦点評価値が前記第１期間内に前記所定レベルまで
   低下した後に、前記第１期間よりも長く設定された第２
   期間にわたって前記所定レベル以下の値を維持したか否
   かを検知する第２検知手段とを備え、 前記第１第２検知手段の出力に基づいて前記フォーカス
   制御手段がレンズの位置制御を再開するか否かを決定す
   ることを特徴とするオートフォーカス回路。