JPH0748817B2 - ビデオカメラの自動焦点調節装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はビデオカメラの自動焦点調節装置に関するもの
であり、特に、撮像素子から得られる映像信号の高周波
成分が最大となるようにレンズを駆動する自動焦点調節
装置に関する。

従来の技術 上述のビデオカメラの自動焦点装置の従来技術の例とし
て日本放送協会発行の「NHK技術研究」（第17巻第１
号）に記載された“山登り方式”と呼ばれているものが
知られている。これは、最初に焦点調節装置を一方の方
向へ駆動させ、これによる映像信号の高周波成分の増減
を検出し、増加の場合はさらに同一方向の焦点調節装置
を合焦駆動させ、他方減少の場合は反対方向へ合焦駆動
させるように構成される。

通常、この合焦駆動させる駆動装置にはモーターが使用
されるが、モーターの応答速度が遅いため、合焦方向検
出にはピエゾ素子を使用し合焦駆動にはモーターを使用
する方式も知られている。これは応答速度の速いピエゾ
素子の使用により方向検出にかかる時間を短縮すること
ができる。

第３図は、このピエゾ素子を使用した従来の自動焦点調
節装置の構成を説明するブロックダイヤグラムであり、
以下本図をもって、該従来技術を詳細に説明する。第３
図において、１は撮像レンズで、このレンズの前群には
焦点調節用モーター４が取付けいられており、このモー
ター４を駆動することにより、撮像素子２の受光面上に
できる撮像レンズ１の像の焦点を調節できるように構成
されている。また、このモーター４は、モータードライ
ブ回路12を介してマイクロコンピューター11に接続さ
れ、マイクロコンピューター11により自由に制御できる
ようになっている。

ここで、この撮像素子２はピエゾ振動子５に支持された
構造になっており、ピエゾ振動子５が振動すると、撮像
レンズ１の結像面上で該結像を光軸方向に振動させるこ
とができる。このピエゾ振動子５は、ピエゾドライバー
13を介してマイクロコンピューター11に接続されてい
る。

一方、撮像素子２から得られる映像信号はビデオカメラ
回路３により処理され、得られた輝度信号はハイパスフ
ィルター６へ供給される。さらに、ビデオカメラ回路３
からは、撮像素子２のスキャニングに同期した垂直同期
信号及び水平同期信号がマイクロコンピューター11に供
給されている。ハイパスフィルター６に供給された輝度
信号は、高周波成分のみが通過し検波器７に供給され、
そこで整流検波される。この検波器７により整流された
信号は画角ゲート８に供給され、画角ゲート８では画面
中央の有効成分のみが通過し積分器９へ伝達される。こ
こで、画角ゲート８のゲートを開閉する制御信号はマイ
クロコンピューター11より供給される。

積分器９には、各フィールドの先頭でリセット信号が供
給される。従って、積分器９には１フィールドの間の画
面中央部の高周波成分が積分される。この積分器９の出
力は合焦の度合いにより増減する信号で、焦点量と呼ば
れる。この焦点量はADコンバーター10に供給され、各フ
ィールドの終了時にAD変換されマイクロコンピューター
11へ読込まれる。

第４図は、前記焦点量を縦軸に、合焦位置からの変位量
を横軸にとり、典型的な被写体における焦点量をグラフ
にしたものである。ここで、17は前記焦点量の曲線、1
8、20、22はピエゾ素子５の振動による変位を示してお
り、19、21、23はその振動により焦点量が変動するよう
すをグラフに示したものである。この内18、19の組は焦
点調節装置が合焦点から大きく外れた時のグラフ、20、
21は合焦点におけるグラフ、22、23は反対方向に合焦点
から外れた時のグラフである。このグラフから、ピエゾ
素子の振動に起因する焦点量の変動成分の位相は、合焦
点からのずれ方向により変わることが知られる。ここ
で、マイクロコンピューター11は読込んだ焦点量より、
変動成分の位相を演算し、その位相より合焦点方向を検
出し、検出した方向に焦点調節装置を駆動する。

発明が解決しようとする問題点 しかし、このような構成を持つ従来の自動焦点調節装置
においては、蛍光灯等のように時間と共に変動する照明
光下の被写体に合焦させる場合、映像信号から得られる
焦点量も照明光の変動による変調を受け、その焦点量か
ら得られる合焦方向も不正確になるなどの不都合が発生
する。その結果、例えば、合焦動作が不連続となって滑
らかに行われなくなったり、合焦終了後もモーターが不
規則な変位を続ける等、自動焦点調節装置の動作が不安
定になる問題があった。

この問題を解決する方法としては、得られた合焦信号の
平均を取って照明光の変動の影響を除く方法があり、実
際に実施されている例もある。しかしながら、この平均
を取る方法では時間遅れが現われ、速いスピードで移動
する被写体に対して追随することができず、合焦できな
くなる等の別の問題が発生することがあり、この方法の
大きな欠点であった。

本発明は上記欠点に鑑みてなされたもので、追随性を犠
牲にすることなく、時間により変動する照明下であって
も安定に動作する自動焦点調節装置を提供することを目
的とする。

問題を解決する手段 本発明は、撮像素子で撮像された有効画面を１ないし複
数の水平走査からなる多数の映像信号小部分に分け、そ
れぞれの高周波成分を積分する積分器と、 各々の上記映像信号小部分の映像信号を平均化する平均
化回路と、 上記平均化回路の出力である映像信号の平均値を少なく
とも次のフィールドまで記憶しておく記憶手段と、 各々の映像信号小部分について上記記憶手段に記憶され
た前フィールドの映像信号の平均値と今回計測された平
均値との比を演算してこれを変動率とし、この変動率に
より上記積分器の出力である高周波成分の積分値を補正
し、上記補正した信号を上記撮像素子より得られる映像
信号に対し加算演算する演算回路とを有し、 上記演算回路の出力の高周波成分の増減により合焦方向
を判定し、この判定に基づき撮像レンズとその結像面に
配された上記撮像素子との間の光路長を変動させること
を特徴とするビデオカメラの自動焦点調節装置である。

作 用 本発明では、焦点量を検出する画面を細分化し、同じ時
間帯に検出した信号と見なせる小部分毎に平均の光量を
得るようにできるため、照明光の時間的な変動を完全に
計測できる。そのため、前記各小部分の平均光量による
補正演算により、焦点量から照明光の変動の影響を完全
に排除できる。

又本発明では時間遅れの要素を含まないため、なんら追
随性能に悪影響を及ぼすことはない。

実施例 以下、本発明の一実施例を図に基づいて説明する。第１
図は、本発明の一実施例を示すブロックダイヤグラムで
あり、図中の各要素のうち第３図に示した従来技術と共
通する要素は同じ番号を付してその説明を省略する。本
実施例において、従来技術と変わるところは、輝度信号
を使用して平均光量を計測する部分が追加されたことで
ある。

ビデオカメラ回路３より出力される輝度信号は、第３図
の従来技術においてはハイパスフィルター６に供給され
焦点量の計測に利用されるだけであったが、ここでは新
たに追加された画角ゲート14にも供給され、以下の回路
により平均光量を計測するためにも供される。この画角
ゲート14に供給された輝度信号は、画面中央の有効部分
のみが積分器15に伝達される。

従って、こちらの積分器15は輝度信号をそのまま積分す
るため、その出力は画面の平均光量を表す信号となる。
この信号はマルチプレクサー16に入力される。マルチプ
レクサー16には、もう一方の積分器９からの焦点量を表
す信号も入力され、マイクロコンピューター11からの指
令により、どちらかの信号を選択しADコンバーター10に
伝達される。ADコンバーター10では伝達された信号をデ
ジタル信号に変換し、マイクロコンピューター11へ出力
する。マイクロコンピューター11からは、これらの各要
素、画角ゲート８、14、積分器９、15、マルチプレクサ
ー16及びADコンバーター10へ制御信号が出力される。

ここで、これらの各要素における入出力信号と制御信号
との間のタイミングを、第２図を用いて説明する。第２
図において、２−１はビデオカメラ回路３から出力され
る輝度信号であり、２−２はマイクロコンピューター11
から画角ゲート８及び14へ出力されるゲートの開閉を制
御する画角ゲート信号である。２−３は同じくマイクロ
コンピューター11より積分器９及び15へ出力されるリセ
ット信号である。このリセット信号は映像信号のラスタ
ー１ないし数本のピッチで出力される信号で、ここでは
ラスター２本おきに出力される信号として記載されてい
る。

従って、積分器９及び15はラスター数本おきにリセット
信号が入力され、そのリセット信号のピッチで細分化さ
れた画面のそれぞれの小部分の信号を積分することがで
き、その出力は第２図の２−４、２−５のごとくにな
る。

ここで、画面の細分化をするピッチは、その細分化され
た小部分の全ての画素について同一時間帯に露光したも
のと見なすことができるように決められる。この同一時
間帯と見なせる時間間隔は、照明光の変動速度に関係す
る。通常、この細分化のピッチは変動する照明光として
蛍光灯等の人工照明光を想定して決められ、この実施例
のごとく、ラスター２本おき程度のピッチとなる。かく
して、マイクロコンピューター11には、ラスター数本お
きに細分化された小部分の、部分的な焦点量と部分的な
平均光量を表す信号が、画面の上部から始まり順次入力
される。

マイクロコンピューター11には、画面の分割個数に相当
する記憶領域が用意され、順次読込まれるデーターのう
ち平均光量を表すデーターが記憶され、そのデーターは
変動する照明光の影響を取除くための補正演算に供され
る。

下式はマイクロコンピューター11により行われるこの補
正演算の式である。ここで、αｎは分割された各小部分
の内のｎ番目の部分における変動率で、今回計測された
平均光量と記憶されている前フィールドの平均光量との
比である。またEnはｎ番目の小部分における部分的な焦
点量である。補正された焦点量Ｅは、 Ｅ＝E1×α１＋E2×α２＋……＋En×αｎ＋… すなわち、現在のフィールドと前のフィールドの平均光
量の比を取り、その比を照明光の変動に起因する変動率
とし焦点量に掛け、全ての小部分についてこの演算を行
い、その部分的に補正された焦点量を全域について加算
演算するごとくに行われる。

発明の効果 以上説明したように、本発明によれば画面を同一時間帯
で露光したものと見なすことができる小部分に細分化
し、その細分化された各小部分においてその部分の焦点
量をその部分の平均光量の時間的な変動率で補正するこ
とにより、時間遅れを発生することなく、照明光の変動
による影響を取除くことができ、従来の方法に比べ動く
被写体に対する追随性が大幅に改良され、その実用的効
果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のビデオカメラの自動焦点調
節装置のブロック図、第２図は同実施例における動作を
説明するためのタイミング図、第３図は従来のビデオカ
メラの自動焦点調節装置のブロック図、第４図は同従来
例の動作説明図である。 １……撮像レンズ ２……撮像素子 ４……焦点調節用モーター ５……ピエゾ振動子 ９……積分器 11……マイクロコンピューター 14……画角ゲート 15……積分器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮像素子で撮像された有効画面を１ないし
   複数の水平走査からなる多数の映像信号小部分に分け、
   それぞれの高周波成分を積分する積分器と、 各々の上記映像信号小部分の映像信号を平均化する平均
   化回路と、 上記平均化回路の出力である映像信号の平均値を少なく
   とも次のフィールドまで記憶しておく記憶手段と、 各々の映像信号小部分について上記記憶手段に記憶され
   た前フィールドの映像信号の平均値と今回計測された平
   均値との比を演算してこれを変動率とし、この変動率に
   より上記積分器の出力である高周波成分の積分値を補正
   し、上記補正した信号を上記撮像素子より得られる映像
   信号に対し加算演算する演算回路とを有し、 上記演算回路の出力の高周波成分の増減により合焦方向
   を判定し、この判定に基づき撮像レンズとその結像面に
   配された上記撮像素子との間の光路長を変動させること
   を特徴とするビデオカメラの自動焦点調節装置。