JPH0754970B2 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、撮像素子から得られる
映像信号を用いて焦点の自動調整を行うオートフォーカ
スビデオカメラに関する。

【０００２】

【従来の技術】ビデオカメラのオ−トフォ−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−トフォ−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。

【０００３】従来、このオ−トフォ−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−ジに石田外著「山登りサ−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−ボ制御が知られている。この山
登りサ−ボ制御は常に映像信号の高域成分の量が最大に
なる様に、レンズのフォ−カスリングを回転するので、
ピントがボケた状態でレンズが停止したままになること
が無く、非常に追随性の良い方法である。

【０００４】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−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−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。

【０００５】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−カスモ−タを駆動せしめて正
転と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−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−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。

【０００６】出願人は特願昭６１−２７３２１２号（Ｈ
０４Ｎ ５／２３２）において、これらの欠点を除去す
るための新しいオ−トフォ−カス回路方式を提案してい
る。以下に従来例としてその内容の骨子を述べる。

【０００７】図４は上記出願に係るオ−トフォ−カス回
路のブロック図である。レンズ１によって結像した画像
は、撮像素子を含む撮像回路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は、例えば、図５に示すように構成される。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−ト制御回路５ｂに入力される。ゲ−
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−ト
開閉信号をゲ−ト回路５ｃに供給する。

【０００８】ゲ−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−（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−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−
ルドの焦点評価値が得られる。前途のように構成された
焦点評価値発生回路５は常時１フィ−ルド分の焦点評価
値を出力する。

【０００９】１６はスイッチ回路であり、切換制御回路
１５によって切換制御がなされ、端子１６ａ側に切換え
られている場合には、第１フォ−カスモ−タ制御回路１
０出力にてフォ−カスモ−タ３が制御され、端子１６ｂ
側に切換えられている場合には後述の第２フォ−カスモ
−タ制御回路１７にて制御される。なお、オ−トフォ−
カス動作開始直後には端子１６ａ側に切換わっている。

【００１０】オ−トフォ−カス動作開始直後に、最初の
焦点評価値は最大値メモリ６と初期値メモリ７に保持さ
れる。その後、フォ−カスモ−タ制御回路（フォ−カス
モ−タ制御手段）１０は、フォ−カスモ−タ３を予め決
められた方向に回転させ第２比較器９出力を監視する。
第２比較器９は、フォ−カスモ−タ駆動後の焦点評価値
と初期値メモリ７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。

【００１１】フォ−カスモ−タ制御回路１０は、第２比
較器９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−カスモ−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、予め設定された変動幅よりも大
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に比べて、上
記変動幅よりも小であるという出力がなされた場合には
フォ−カスモ−タ３の回転方向を逆にして、第１比較器
８の出力を監視する。

【００１２】第１比較器８は最大値メモリ６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６の内容に比べて
大きい（第１モ−ド）、上記予め設定した第１の閾値以
上に減少した（第２モ−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６は、第１比較
器８の出力に基づいて、現在の評価値が最大値メモリ６
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。

【００１３】１３はレンズ１を支持するフォ−カスリン
グ２の位置を指示するフォ−カスリング位置信号を受け
て、フォ−カスリング位置を記憶するモ−タ位置メモリ
であり、最大値メモリ６と同様に第１比較器８の出力に
基づいて、最大評価値となった場合のフォ−カスリング
位置を常時保持するように更新される。

【００１４】フォ−カスモ−タ制御回路１０は、第２比
較器９の出力に基づいて決定された方向にフォ−カスモ
−タ３を回転させながら、第１比較器８の出力を監視
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８の出力にて現在の評価値が最大評価値に比して
上記予め設定された第１の閾値より小さいという第２モ
−ドが指示されると同時にフォ−カスモ−タ３は逆転さ
れる。この逆転後、モ−タ位置メモリ１３の内容と、現
在のフォ−カスリング位置信号とが第３比較器１４にて
比較され、一致したとき、即ちフォ−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−カスモ
−タ３を停止させるようにフォ−カスモ−タ制御回路１
０は機能する。同時にフォ−カスモ−タ制御回路１０は
レンズ停止信号ＬＳを出力する。

【００１５】切換制御回路１５はこのレンズ停止信号Ｌ
Ｓを受けてスイッチ回路１６を端子１６ｂ側に切換え、
以後、第２フォ−カスモ−タ制御回路１７の出力にてフ
ォ−カスモ−タ３を制御する。

【００１６】第２フォ−カスモ−タ制御回路（第２フォ
−カスモ−タ制御手段）１７は実際には図６にそのフロ
−チャ−トで内部動作を示す様にマイクロコンピュ−タ
で構成されている。

【００１７】まずフォ−カスモ−タ３の回転方向の初期
化がなされ、とりあえずフォ−カスモ−タ３は予め設定
されている回転方向に切換えられ、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
してフォ−カスモ−タ３を保持された方向に微少量ΔＴ
（ΔＴ：１単位）回転変位させる（手順ｃ）。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（手順ｄ）がなされ、
現在の評価値の方が小さければ、現在の方向とは逆に２
単位だけ微少変位させ（手順ｅ）、再び第３比較器１８
にて第３メモリ１９の基準値と現在の評価値との比較
（手順ｆ）がなされ、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（手順ｇ）、フ
ォ−カスモ−タ３が回転する。この時のフォ−カスモ−
タ３及びレンズ１の動きを図７及び図８に示す。ここで
図７は縦軸に初期化された回転方向を、横軸に時間をと
る。又、図８は縦軸に焦点評価値を、横軸にレンズ位置
（撮像素子とレンズとの距離）をとる。上記説明から明
らかな様に、この場合は第１フォ−カスモ−タ制御回路
１０による最大評価値の位置と、第２フォ−カスモ−タ
制御回路１７による最大評価値の位置が一致している場
合であるが、両者が一致しない場合、即ち第１フォ−カ
スモ−タ制御回路１０による最大評価値の位置が正しい
最大評価値の位置と若干ずれている場合について説明す
る。

【００１８】第１フォ−カスモ−タ制御回路１０による
レンズ停止後、第２フォ−カスモ−タ制御回路１７は前
述と同様にフォ−カスモ−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、フォ−カスモ−タ３を保持方向に僅かに回転し
てレンズ１を１単位変位せしめ、現在の焦点評価値と基
準値のとの比較を行うが、第１フォ−カスモ−タ制御回
路１０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、負両方向に微少変位させた時の
焦点評価値のいずれかが基準値よりも大きくなってしま
う。その結果、図６の手順ｄ、ｆの何れかの比較結果が
“ＮＯ”となり、手順ｈに移行する。手順ｈで“ＹＥ
Ｓ”は後述する様に極大点が停止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った微
少変位点を基準として、ここでの焦点評価値で第３メモ
リ１９の値を更新し、前述の動作を繰り返すことによ
り、第１フォ−カスモ−タ制御回路１０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。図９、図１
０はこの場合のフォ−カスモ−タ３及びレンズ１の動き
を示したもので、レンズ位置が２単位だけ撮像素子から
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、ＳＴＥＰ３〜ＳＴＥＰ５は図７及び図８のＳＴＥ
Ｐ１〜ＳＴＥＰ３と同一の動作である。

【００１９】微少変位による修正をＮ回以上行っても極
大点に達さない場合は、極大点が停止点から大きくずれ
ていることを表していると判断して、第２フォ−カスモ
−タ制御回路１７は不合焦確認信号をＯＲ回路２０を通
じて切換制御回路１５に出力する。

【００２０】不合焦確認信号を受けた切換制御回路１５
は、スイッチ回路１６を端子１６ａに再度切換えて、第
２フォ−カスモ−タ制御回路１７に代えて第１フォ−カ
スモ−タ制御回路１０の出力によりフォ−カスモ−タ３
を制御して、大きなレンズ変位による素早いオ−トフォ
−カス動作を行う。

【００２１】１１はフォ−カスモ−タ制御回路１０によ
るオ−トフォ−カス動作が終了して、レンズ停止信号Ｌ
Ｓ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１２でこの
第４メモリ１１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ＯＲ回路２０に被
写体変化信号が出力される。この信号はＯＲ回路２０を
経て切換制御回路１５に入力され、スイッチ回路１６を
端子１６ａ側に切換え、第１オ−トフォ−カス動作をや
り直して、被写体の変化に追随する。

【００２２】この方法は極めて追随性が高く、合焦精度
も高いのであるが、以下に述べるような欠点を有してい
る。一般に山登りサ−ボ制御によるオ−トフォ−カス動
作を規制する要因として、即応性と安定性が上げられ
る。この二つは相反する性質のものであり、即応性を重
視すると映像信号の雑音によって誤動作を生じ、安定性
を重視すると被写体の変化に追随できなくなり、オ−ト
フォ−カス動作としては極めて不十分なものとなる。

【００２３】上記従来例はこの問題を解決するために、
第１フォ−カスモ−タ制御回路によって、即応性を向上
させ、合焦点近傍では第２フォ−カスモ−タ制御回路を
用いてキメ細かく合焦点のサ−チを行い、第２フォ−カ
スモ−タ制御回路を用いた合焦点のサ−チをＮ回行うこ
とで安定性の向上を計っている。従って、このＮの値の
設定はオ−トフォ−カス動作の性能に極めて重要な役割
を果たすものとなる。

【００２４】ビデオカメラでは通常ス−ムレンズを用い
ることが多いが、同一の被写体を撮影しても望遠の場合
と広角の場合では、焦点評価値の形状は図１１に示す様
に大きく異なっている。即ち望遠の場合には、の様に
急峻な変化をするのに対し、広角ではの様な非常にゆ
っくりした変化を示す。本図では縦軸には焦点評価値
を、横軸にはレンズ位置をとり、かつ第２フォ−カスモ
−タ制御回路による１回のレンズ位置の変位量を模式的
に目盛ってある。図から明らかな様に広角領域では数回
の変位では評価値の変化が非常に小さい為に雑音によっ
て誤動作を生じる危険があるため、もっと大きいＮ値を
設定しなければならない。一方望遠領域では１回のレン
ズ位置の変位量に対する評価値の変化が大きいので、大
きなＮ値の設定は応答性を悪くするだけで何の効果も無
い。このため従来例ではに示した様な中間領域に相当
する評価値カ−ブを想定し、Ｎ値を設定している。しか
し、一般の撮影条件では広角領域はパンフォ−カスの場
合が多く、画面の安定性が強く要求されるのに対し、望
遠領域では、少しの被写体の変化で画面が大きく変化す
るため、追随性が強く要求されるのであるが、上記従来
例の中間的なＮ値では広角領域では雑音による誤動作が
発生しやすく、望遠領域では追随性が悪いという問題が
あった。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】前述のように従来技術
によると、ズ−ムレンズを用いた撮影においては、望遠
領域では追随性が悪く、広角領域では安定性に欠け、誤
動作を生じ易かった。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明は、撮像レンズの
ズ−ム位置を検出する手段を有するズ−ムレンズ機構に
よるズ−ム位置検出信号により、第２フォ−カスモ−タ
制御手段によるレンズ位置の補正量の値を変化させるこ
とを特徴とする。

【００２７】

【作用】本発明は上述の如く構成したので、望遠領域に
おける追随性の悪さや、広角領域での誤動作を除去し、
安定なオ−トフォ−カス動作を行わせることができる。

【００２８】

【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（図４、図５）と同一部分には同
一符号を付して説明を割愛する。

【００２９】図１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は前述の図５と同一の構成を有しており、１
フィ−ルド分の焦点評価値が出力され、従来例と同一手
順で合焦動作あるいは再起動が行われる。

【００３０】２２は後述するズ−ム位置検出カム５３を
具備するズ−ムリング２１からズ−ム位置検出信号を出
力するズ−ム位置検出回路であり、その出力が第２フォ
−カスモ−タ制御回路１７に入力されている。

【００３１】次にこのズ−ム位置検出について詳述す
る。図２は本実施例装置のズ−ムリング部分の構造を示
す図である。ビデオカメラ本体５０の前方に突出したレ
ンズ鏡胴部５１には変倍レンズ（ズ−ムレンズ）（図示
省略）を支持するズ−ムリング１５がラジアル方向に回
転自在に配設され、このズ−ムリング１５がズ−ムモ−
タ（図示省略）に駆動されて回転することにより、変倍
レンズは光軸方向に進退し、望遠側及び広角側に移動す
ることになる。

【００３２】ズ−ムリング１５の外周前端には、前方へ
の突出量が異なる第１乃至第３段部５３ａ、５３ｂ、５
３ｃが連設されたカム部５３が一体成形され、このカム
５３に作動片５４ａが当接する様に位置検出スイッチ５
４がレンズ鏡胴部５１に固定されている。位置検出スイ
ッチ５４はは３段階切換式であり、作動片５４ａが第１
乃至第３段部５３ａ、５３ｂ、５３ｃに夫々当接状態と
なることにより３段階に切換わる。即ち、ズ−ムリング
１５が広角側に位置して第１段部５３ａに作動片５４ａ
が当接状態となり、図３の実線Ａで示す第１位置にある
場合には、端子５５、５６が導通し、後段の第２閾値メ
モリ１７の入力端子１７ａ、１７ｂには夫々“Ｈ”
“Ｌ”の回転位置情報が供給され広角状態であることが
知らされる。同様にズ−ムリングが図２、図３の矢印Ｘ
方向に回転し作動片５４ａがカム部５３を摺動して第２
段部５３ｂあるいは第３段部５３ｃに当接する。即ち、
図３の点線Ｂに示す第２位置あるいは点線Ｃに示す第３
位置に移行すると、端子５５、５７、端子５６、５７が
夫々導通し、“Ｈ”“Ｈ”あるいは“Ｌ”“Ｈ”の回転
位置情報が第２閾値メモリ１７に供給される。この
“Ｈ”“Ｈ”の場合が中間、“Ｌ”“Ｈ”の場合が望遠
状態に対応する。

【００３３】第２フォ−カスモ−タ制御回路１７はこの
信号を受けて第１のオ−トフォ−カス動作が終了した後
の、第２のオ−トフォ−カス動作に入る。第２フォ−カ
スモ−タ制御回路１７は上記従来例と同様マイクロコン
ピュ−タで構成されており、その内部動作は図１２に示
すようになる。

【００３４】上述の従来例と同様にして第１のオ−トフ
ォ−カス動作が完了すると、前記ズ−ム位置検出回路２
２からのズ−ムリング位置入力を受けてズ−ム位置の判
定を行い合焦点サ−チ回数の決定を行う。まずズ−ム位
置が望遠領域か否かを判定し、ＹＥＳならばＮ＝Ｎ₃と
し、ＮＯならば中間領域か否かを調べ、ＹＥＳと判定さ
れればＮ＝Ｎ₂、ＮＯならば自動的にズ−ムリングは広
角領域にあると判定し、Ｎ＝Ｎ₁の設定を行う。

【００３５】上記のＮ値の設定が完了すると、従来例と
同様に回転方向の初期化がされ、以後、図６と全く同じ
手順で頂点確認が行われる。Ｎ値の設定は手順ｈにおけ
る頂点確認の繰り返し回数の設定であり、実施例ではＮ
₁＝８、Ｎ₂＝６、Ｎ₃＝４としている。Ｎ₂の値は従来例
と同じであるが、望遠領域についてはＮ値を小さく、広
角領域については大きく設定している。即ち、焦点評価
値が大きく変化しやすい望遠領域では４回の頂点確認で
合焦に達さなければ、大きく外れていると判断して第１
のオ−トフォ−カス動作を再開する。これに対し、焦点
評価値が余り変化しない広角領域では８回の頂点確認の
後に初めて第１オ−トフォ−カス動作が再開される。

【００３６】本発明はこのようにして、即応性が要求さ
れる望遠領域では少ないサ−チ回数でサ−チを終了する
のに対し、安定性が要求される広角領域では、望遠領域
の倍の回数のサ−チを行った後に第１のオ−トフォ−カ
ス動作に自動的に移行できるので、従来問題であった望
遠領域、広角領域での不安定さや、誤動作を解消でき
る。

【００３７】上記頂点確認の繰り返し回数Ｎは撮像素子
を含む撮影光学系の解像度やレンズの焦点深度、映像回
路のＳ／Ｎ等を勘案して設定すべき性質のものである。
また、本実施例ではズ−ム領域を望遠、中間、広角の３
領域に分割しているが、光学系や回路系の性質によって
はより多くの分割を行うべき場合も存在する。

【００３８】尚、本実施例の回路の動作はマイクロプロ
セッサにより、ソフトウェア的に容易に処理できるもの
であることはいうまでもない。

【００３９】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、山登りサ−
ボ制御を行うに当たり、２つの制御回路にてオ−トフォ
−カス動作の粗調整と微調整が独立に行える従来例の利
点を保持したまま、微調整時には画像変化が激しく即応
性を要求される望遠領域、画像変化が少なく安定性の方
が重視される広角領域、通常の微調整制御で対応できる
中間領域に応じて処理できるので、各ズ−ム状態に最適
なオ−トフォ−カス動作を行え、極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路ブロック図であ
る。

【図２】上記実施例のズーム位置検出手段の機構部を示
す図である。

【図３】上記実施例のズーム位置検出手段の動作説明図
である。

【図４】従来のオートフォーカスビデオカメラの要部の
ブロック図である。

【図５】その焦点評価値発生回路のブロック図である。

【図６】図４の従来例のオートフォーカス動作のフロー
チャートである。

【図７】上記従来例のオートフォーカスの微調整動作の
説明図である。

【図８】同オートフォーカスの微調整動作の説明図であ
る。

【図９】同オートフォーカスの微調整動作の説明図であ
る。

【図１０】同オートフォーカスの微調整動作の説明図で
ある。

【図１１】上記従来例のレンズ位置に対する焦点評価値
の変化を示す特性図である。

【図１２】図１の実施例のオートフォーカス動作のフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

３ フォーカスモータ、 ４ 撮像回路、 ５ 焦点評価値発生回路 １０ 第１フォーカスモータ制御回路 １５ スイッチ回路（制御切換手段） １７ 第２フォーカスモータ制御回路 ２１ ズームリング ２２ ズーム位置検出回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像素子から得られる映像信号の高域成
   分レベルを焦点評価として検出する評価値検出手段と、 フォーカスモータを前記焦点評価値に応じて駆動するこ
   とによりフォーカスレンズの粗調整を行う第１フォーカ
   スモータ制御手段と、 前記第２フォーカスモータ制御手段による粗調整後に、
   前記フォーカスレンズの微調整を上記フォーカスモータ
   の微小駆動により行う第２フォーカスモータ制御手段
   と、 前記第２フォーカスモータ制御手段による微調整時の補
   正量が基準値を越えた場合に前記第１フォーカスモータ
   制御手段による粗調整動作を再開せしめる制御切換手段
   と、 望遠から広角まで変化する撮像用ズームレンズのズーム
   位置を検出するズーム位置検出手段とを備え、 前記第２フォーカスモータ制御手段が前記ズーム位置に
   応じて前記基準値を広角側で大きく望遠側で小さくする
   よう切換えるようにしたことを特徴とするオートフォー
   カスビデオカメラ。