JPH0750238B2 - オートフォーカスビデオカメラ - 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、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。

しかし、この方式には、レンズを常に動かし続ける事に
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、撮像画面が常に揺れ続ける
事である。現在テレビカメラに用いられているレンズ
は、フォーカスリングを回転することによって焦点距離
が変わり、このために撮影画像の画角が変化する。この
ために、合焦した後もフォーカスリングが振動し続ける
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つめの欠点は、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
間が短くなる。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、フォーカスリングを
予め決めてある方向に駆動して、焦点評価値が増加方向
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
のため本件出願人は先に特願昭60-252545号（H04N5/22
5）にて、レンズ停止中に焦点評価値が閾値を越えて変
化した場合には、被写体が変化したと判断して山登り動
作を再開することにより、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。

その一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かって動いている
途中であるにも係わらず、焦点評価値が減少傾向にな
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続ける。

二つめの欠点は、追随性を向上するために山登り動作を
再開するための閾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。そこでこの閾値を大きく設定すれば前述の誤動
作が生じて停止し続ける確立が高くなる。

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二つの欠点を解決し
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。一つは被写体自体が有する空間周波数成分の分布
が被写体によって実に多様であり、最適な合焦状態に於
ても定の高域成分をほとんど含まない被写体や、最適な
合焦状態でなくても特定周波数成分を充分含む被写体が
日常的に存在する。このため、前者のような被写体では
最適な合焦状態であっても不合焦と判定されてレンズが
停止せず、後者のような被写体では、ある程度ボケた状
態でレンズが停止しても合焦と判断されてボケた状態が
維持される。

二つめの理由は、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
の有無の判別の閾値を大きくすると、合焦してもレンズ
が停止しない被写体が多くなる。

また特開昭58-58505号（G02B 7/11）においては、焦点
評価値の最大値に対し、予め設定した幅以上の評価値の
減少が無い限り逆転・停止をしない事でノイズと被写体
の動きの影響を除去する対策が提案されているが、この
手段は次の様な不都合を有するものである。即ち、一般
にビデオカメラの被写体は極めて変化に富み、評価値の
絶対値やその変化の仕方が種々様々である。特に元々輪
郭のはっきりしない被写体においては、その評価値の最
大値と最少値の差が、前記予め設定した幅を越えない場
合があり、この時レンズをどこまで動かしても焦点評価
値の最大値に対して予め設定した幅以上の評価値の減少
が無く、モータが動き続けてしまう。この場合ピントの
ボケ状態が続く上に、モータの消費電流が大きくなり大
きな不都合を生じる。

（ハ） 発明が解決しょうとする問題点 従来技術によると、低コントラストの物体ではフォーカ
スモータがレンズ焦点の近点から無限遠まで繰り返して
駆動して、合焦点で停止しない場合が生じた。

（ニ） 問題を解決するための手段 本発明は、フォーカスモータ制御手段にてフォーカスモ
ータを駆動して、それまでの最大値より予め設定した閾
値以上に減少した場合に、レンズを前記最大点に位置す
るようにした自動焦点カメラにおいて、レンズ位置の無
限遠点と近点を検出する手段を有し、この間における焦
点評価値の変動が、あらかじめ設定されたフォーカスモ
ータ制御手段の閾値以下である場合には、この間の焦点
評価値の極大点にレンズ位置を固定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、極めて焦点評価値の
変動が小さい被写体に対しても、フォーカスモータ制御
手段が逆転・停止する基準に達せず、レンズが近点から
無限遠点まで繰り返し駆動されるという問題が解決され
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、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（焦点評価値検出手段）（５）に入力される。焦点
評価値発生回路（５）は前述の第３図と同一の構成を有
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させ第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
期値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（15）は第２比較器（13）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（12）の出力を監視す
る。

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（10）の内容に比べて
大きい場合（第１モード）、充分小さい即ち、予め設定
した第１の閾値以上に減少した場合（第２モード）の２
通りの比較信号（S1）（S2）を出力する。ここで最大値
メモリ（10）は、第１比較器（12）の出力に基づいて、
現在の評価値が最大値メモリ（10）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。

（14）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（1
2）の出力に基いて、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ように更新される。

フォ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、即ち予め設定された第１の閾値よりも小さいと出
力（S1）にて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
（14）の内容と、現在のフォーカスリング位置信号とが
第４比較器（16）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（15）は機能する。同時に
フォーカスモータ制御回路（15）はレンズ停止信号（L
S）を出力する。

（18）はフォーカスモータ制御回路（15）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３メモリであり、後段の第３比較器（17）でこの第３
メモリ（18）の保持内容は現在の焦点評価値と比較さ
れ、その値が再起動のための第２の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（15）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（15）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。

（NS）はレンズが近点に達した時の近点検出信号、（F
S）はレンズが遠点に達した時の遠点検出信号で、それ
ぞれフォーカスモータ（３）の回転がレンズに設けられ
た近点スイッチ及び遠点スイッチ（端点検出手段）（図
示しない）に達した時にフラグ信号を出力する。これら
の出力は第４、第５メモリ回路（19）、（20）に入力さ
れ、Ｈ信号が保持される。これらの信号はAND回路（2
1）によってANDが取られる。第５図はこれらの信号を図
示したもの（先に近点側に達する場合）で、この図より
AND回路（21）出力はレンズが両方の端点に達した瞬間
にＨ信号を出力する事がわかる。AND回路（21）出力はO
R回路（22）によって、第１比較器（12）の出力とのOR
が取られた後、フォーカスモータ制御回路（15）に入力
される。

ここでフォーカスモータ制御回路（15）は、レンズが近
点あるいは遠点のいずれかに先に達した時のみ、即ち近
点検出信号（NS）か遠点検出信号（FS）のいずれか一方
が最初に発せられた時のみに無条件にフォーカスモータ
（３）を逆転せしめる様に機能する。これを実現するた
めに近、遠点検出信号（NS）（FS）はNOR回路（30）に
入力され、このNOR回路（30）出力がAND回路（21）出力
と共にNOR回路（31）に入力され、このNOR回路（31）出
力がフォーカスモータ制御回路（15）に入力される。こ
のNOR回路（31）出力がＬ→Ｈレベルになると直ちにフ
ォーカスモータ（３）を反転せしめる様にフォーカスモ
ータ制御回路（15）は動作する。また、第４図及び第５
図は本発明によるオートフォーカス動作の説明図であ
る。第４図は焦点評価値の変化が、第１の閾値Δよりも
大きい場合を示している。図において（Ａ）は焦点評価
値が第１モードである時の第１比較器（12）の出力（S
1）で、この信号がＨからＬに変わった時のレンズ位置
がモータ位置メモリ（14）に記憶される。（Ｂ）は第２
モードでの第１比較器（12）の出力（S2）でこの信号の
値がＨになった時フォーカスモータ制御回路（15）がモ
ータを逆転させ、上記モータ位置メモリ（14）に保持さ
れているモータ位置、即ち最大評価値の位置に固定す
る。

第５図の焦点評価値は、第４図の例と異なり、その最大
値から最少値までの変化が第１の閾値Δよりも小さい。
この様な被写体では、（Ｂ）の様に第１比較器（12）出
力（S2）（第２モード）によるＨ出力が得られないため
に、比較器出力（S2）によっては、上述のフォーカスモ
ータ逆転信号は得られないが、AND回路（21）出力によ
ってフォーカスモータ逆転信号が与えられ、最大評価値
の位置にレンズが固定される事になる。

被写体が変化し、再起動が必要になった場合には、フォ
ーカスモータ制御回路（15）から最大値メモリ（10）、
初期値メモリ（11）に与えられたのと同じリセット信号
がメモリ回路（19）、（20）に与えられ、上記動作が繰
り返される。

前述の如く構成する事によりフォーカスモータ制御回路
（15）の第１の閾値Δを余り小さく取らなくても、レン
ズフォーカスリングの両端点検出信号（NS）、（IS）出
力とAND回路（21）、OR回路（22）を用いる事により、
近点から遠点までの間の最大評価値の位置にレンズを固
定する事が可能となり、極めて精度の高いオートフォー
カス動作が行なえる。

（ト） 発明の効果 上述の如く本発明によれば、極めて焦点評価値の変化に
乏しい被写体に対しても、逆転・停止のための閾値を大
きく設定したままで、誤動作を生じる事無く、極めて正
確なオートフォーカス動作を行なわせる事が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第４図、第５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・第５図は合焦の動作
説明図である。また、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、（３）……フォーカスモータ、
（４）……撮像回路、（５）……焦点評価値発生回路
（評価値検出手段）、（15）……フォーカスモータ制御
回路、（19）……第４メモリ、（20）……第５メモリ、
（NS）……近点スイッチ信号、（FS）……遠点スイッチ
信号。

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
   レベルを焦点評価値として検出する評価値検出手段と、 レンズを変位させて、焦点評価値が最大評価値に達した
   後に、予め設定した閾値以上減少した場合に前記最大評
   価値をとる位置に前記レンズを複帰させて停止させるレ
   ンズ位置制御手段と、 レンズ位置が近点及び遠点に達したとことを検出する端
   点検出手段とを有し、 前記両端点間の焦点評価値の変動幅が、前記閾値よりも
   小さい時に、レンズ停止位置を焦点評価値が最大評価値
   となる位置に設定することを特徴とするオートフォーカ
   スビデオカメラ。