JPH0771209B2 - オ−トフォ−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もとに、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構的にも極めて簡単で
ある。

この方式のオートフォーカス回路は、基本的には特開昭
60−103776号公報に開示される様な山登りサーボ方式と
呼ばれる制御方法にてフォーカスモータを制御する。即
ち、撮像映像信号の高域成分を評価値として検出し、こ
の評価値を１フィールド前のものと常時比較し、極大値
をとる様に常にフォーカスモータを微小振動させ続ける
ものである。

また、特開昭60−135712号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傾向から減少傾向
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ものもある。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 前述の如く、前記従来技術においては、評価値を１フィ
ールド前の評価値と直接比較して減少すればフォーカス
リングを反転あるいは停止せしめる様に制御していた。
ところで、実際のビデオカメラによる撮影において、カ
メラと被写体が共に静止している場合には、前記従来技
術の方法により良好なオートフォーカス動作が期待でき
る。

しかし、カメラ自体あるいは被写体の一方でも動いてい
る場合には、合焦の良否にかかわらず、評価値自体が変
動する。特に所謂手ぶれによるカメラぶれ、被写体の急
激な動きによる被写体ぶれの場合に問題が生じる。ぶれ
とは露光時間（通常のビデオカメラでは1/60秒か1/30
秒）に撮像素子の結像面における被写体像が動くために
生じるもので、結果的に被写体の細いパターンが流れて
判別不可能となり、ピントのボケと同様に映像信号の高
周波成分が減少し評価値が減少する。このようなぶれが
生じた場合、本来のピントの良否にかかわらず、一時的
に大きく評価値が減少する。このため、前記従来技術で
は、フォーカスリングの不要な反転や、本来の極大点以
外での停止が生じ、実際の撮像時において大きな不都合
が生じていた。また、極大点で停止させる方法において
は、ピントが合っているにもかかわらず、ブレによる評
価値が減少し、これをピントのボケと判断して再びフォ
ーカスリングの駆動を開始し、この不必要な動きにより
画面が見苦しくなる欠点が生じる。

（ニ）問題点を解決するための手段 本発明は、一定の時間間隔で順次検出される焦点評価値
のうちの最新の複数個のものを記憶し、この中の最大値
を選択し、これに基いてフォーカスモータを制御するこ
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、ぶれによって生じ
る一時的な評価値の減少が、オートフォーカス動作に影
響することが防止される。

（ヘ）実施例 以下、図面に従い本発明の実施例について説明する。

第１図は本発明の第１実施例の回路ブロック図である。
（１）はビデオカメラであり、フォーカスレンズを進退
せしめるフォーカスリング（２）と、このフォーカスリ
ングを駆動するフォーカスモータ（３）が配される。こ
こで、オートフォーカス動作開始直後、即ちフォーカス
モータ（３）の起動時には、図示しない検知手段により
合焦方向にフォーカスモータ（３）はとりあえず駆動す
る。

ビデオカメラの撮像素子を含む撮像回路（４）によって
得られた撮像映像信号中の輝度信号（Ｙ）は、ゲート回
路（５）及び同期分離回路（６）に送られる。同期分離
回路（６）にて輝度信号（Ｙ）より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（７）に供給され
る。

ゲート制御回路（７）では、垂直・水平同期信号（VD）
（HD）及び固定の発振器出力に基づいて、画面の中央部
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（Ｙ）の通過を許容
するゲート開閉信号をゲート回路（５）に供給する。
尚、このゲート回路（５）は後述の積分回路（10）の前
段であれば、どこにあってもよい。

ゲート回路（５）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（Ｙ）のみが、600kHzのHPF（８）
を通過して高域成分のみが分離される。この高域成分は
検波回路（９）にて振幅検波され、検波出力は積分回路
（評価値検出手段）（10）に於てフィールド毎に積分さ
れ、更にA/D変換回路（11）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。こうして得
られた焦点評価値は、評価値保持回路（12）に入力され
る。

評価値保持回路（保持手段）（12）は第１乃至第５メモ
リ（13）（14）（15）（16）（17）にて構成され、夫々
のメモリに記憶されたデータは新しい評価値がA/D変換
回路（11）より導出される毎に、第１メモリ（13）→第
２メモリ（14）、第２メモリ（14）→第３メモリ（1
5）、…と転送され、第５メモリ（17）の旧データは破
棄される。即ち、第１メモリ（13）には現フィールドの
評価値が、第２メモリ（14）には１フィールド前の評価
値、第３メモリ（15）には２フィールド前の評価値、第
４メモリ（16）には３フィールド前の評価値、第５メモ
リ（17）には４フィールド前の評価値が保持されてい
る。尚、評価値保持回路（12）は、実際には、A/D変換
回路（11）出力のビット数に相当する数のシフトレジス
タをパラレスに配置することにより構成される。また、
各メモリのデータを順次転送せずに、新しい評価値を各
メモリに順次入力する様に構成してもよい。

第１乃至第５メモリ（13）…（17）の各データは最大値
検出回路（18）に供給され、５つのデータの最大値が選
択され、第６メモリ（19）に供給される。第７メモリ
（20）には第６メモリ（19）の１フィールド前のデータ
が遅延されて記憶され、この第６及び第７メモリ（19）
（20）のデータは第１比較回路（21）に入力されて比較
が為され、比較出力は第６・第７メモリ（19）（20）・
第１比較回路（21）と共に制御手段を構成するフォーカ
スモータ制御回路（22）に入力される。

フォーカスモータ制御回路（22）は、第７メモリ（20）
データより第６メモリ（19）データが大の時フォーカス
モータ（３）を一方向に回転せしめ、大→小に移行する
と常時一方向に回転しているフォーカスモータ（３）を
反転せしめ、周知の山登り制御によって焦点評価値の極
大点で微振動をして合焦点位置にフォーカスレンズを保
持せしめる。

次に本発明の第２実施例を第２図を参照に説明する。
尚、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を
割愛する。

A/D変換回路（11）より出力される評価値は第１メモリ
（13）に入力されると同時に第８メモリ（23）に供給さ
れ、第８メモリ（23）の１フィールド前のデータが記憶
される第９メモリ（24）のデータと第２比較回路（25）
にて比較が為され、初期状態、即ち焦点評価値の極大点
に達するまでは、この比較出力がゲート回路（26）を経
てフォーカスモータ制御回路（22）に入力され、フォー
カスモータ（３）は一方向に駆動される。尚、ゲート回
路（26）は初期状態において閉路が維持される。

この後、比較出力により第９メモリ（24）データが第８
メモリ（23）データより大となる、即ち評価値の極大点
を通過したことが頂点検出回路（27）にて検知される
と、ゲート回路（26）、フォーカスモータ制御回路（2
2）に頂点検出信号が発せられ、ゲート回路（26）は開
路されると共に、フォーカスモータ制御回路（22）はフ
ォーカスモータ（３）を停止させ、フォーカスリング
（２）を合焦点位置に固定する。尚、ゲート回路（５）
が開路されると、比較出力のフォーカスモータ制御回路
（22）への入力は阻止され、山登り制御は為されず、フ
ォーカスリング（２）は合焦点位置に保持される。

頂点検出回路（27）からの頂点検出信号の立上りに同期
して、第10メモリ（28）にA/D変換回路（11）からの焦
点評価値が取り込まれ、最大値検出回路（18）出力と共
に第３比較回路（29）に入力され、比較が為される。こ
の比較結果が第11メモリ（30）に予め記憶されたしきい
値を超えた場合には、被写体は変化したとして頂点検出
回路（27）に被写体変化信号が出力される。

頂点検出回路（27）はこの被写体変化信号によってリセ
ットされ、頂点検出信号の出力が阻止されゲート回路
（26）は再び閉路となって、再びフォーカスモータ制御
回路（22）にて山登り制御によるオートフォーカス動作
が為される。即ち、ブレによる一時的な評価値の減少が
発生しても不必要なオートフォーカス動作は禁止される
ことになる。

前述の如く第１・第２実施例を別々に説明したが、この
構成を共に備えるオートフォーカス回路も、後述の第３
実施例の如く両実施例を組み合わせることにより容易に
実現できることは言うまでもない。

次にこの第３実施例を第３図を参照に説明する。尚、第
１及び第２実施例と同一部分には同一符号を付して説明
を割愛する。この第３実施例は、以下の点を除いて、第
１実施例及び第２実施例に示した実施例と同一である。

即ち、最大値選択回路（18）の出力は第12メモリ（31）
に与えられると共に、第14メモリ（33）にも与えられ
る。そして、第13メモリ（32）には、１フィールド前に
第12メモリ（31）に保持されていたデータが遅延されて
保持されており、これらの第12及び第13メモリ（31）
（32）のデータは第２比較回路（25）に与えられて比較
される。そして、この第２比較回路（25）によって焦点
評価値の極大値に到達したことが検出されるまでの初期
状態においては、第２比較回路（25）の出力は、第２実
施例と同様にゲート回路（26）を経てフォーカスモータ
制御回路（22）に入力され、これに応じてフォーカスモ
ータ（３）は合焦方向に駆動される。このような初期状
態中にわたってゲート回路（26）の閉路が維持される。
その後、第２比較回路（25）の出力に応じて、第13メモ
リ（32）のデータが第12メモリ（31）のデータより大と
なったこと、即ち焦点評価値の極大値を通過したことが
頂点検出回路（27）によって検知されると、頂点検出回
路（27）は、第２実施例と同様に頂点検出信号を発して
ゲート回路（26）とフォーカスモータ制御回路（22）と
に与える。ゲート回路（26）はこの頂点検出信号に応じ
て開路され、さらにフォーカスモータ制御回路（22）
は、この頂点検出信号に応じてフォーカスモータ（３）
を停止させ、フォーカスリング（２）を合焦点位置に固
定する。更に、頂点検出回路（27）からの頂点検出回路
の立ち上がりに同期して、そのときの最大値選択回路
（18）の出力が第14メモリ（33）に取り込まれる。そし
て、最大値選択回路（18）から得られる最大値の最新の
ものと、第14メモリ（33）に保持されている最大値と
は、第３比較回路（29）に入力されて比較される。そし
て、この比較結果が、第11メモリ（30）に予め記憶され
ている所定のしきい値を越えた場合には、被写体に変化
が生じたものと判断され、第３比較回路（29）は、被写
体変化信号を頂点検出回路（27）に与える。頂点検出回
路（27）は、この被写体変化信号によってリセットさ
れ、頂点検出信号の出力は阻止される。そして、ゲート
回路（26）は再び閉路され、フォーカスモータ制御回路
（22）によって、山登り制御によるオートフォーカス動
作が再開される。

即ち、上述の第３実施例では第１実施例の如く最大値選
択回路（18）の出力に基づいて焦点評価値の極大値への
到達を検出すると共に、第２実施例の如く最大値選択回
路（18）出力に基づいて被写体の変化を検知しているの
で、より良好なオートフォーカス動作を実現することが
できる。

次に第１乃至第３実施例における１フィールド毎のA/D
変換器（11）から得られる実際の焦点評価の変化（第４
図及び第５図）と、最大値選択回路（18）の出力の変化
（第６図）の様子を説明する。第４図は、焦点制御開始
後の時間と焦点評価値（A/D変換器（11）の出力）との
関係を概略的に示す波形図であり、横軸は時間（フィー
ルド数）、縦軸は焦点評価値を示している。第４図中、
破線は前述のような手ぶれ等が生じない場合における関
係を示しており、実線は、実際の撮像時においてぶれが
生じた場合の関係を示している。第４図中、焦点評価値
が最初に極大値に到達した後は、本来は合焦位置にフォ
ーカスレンズが保持されるべきである。しかし、実際に
は実線で示す様にぶれのために合焦の良否にかかわりな
く焦点評価値が一時的に大きく減少する場合がある。

第５図は、第４図の実線を部分的に拡大したものであ
り、１フィールド毎に検出された焦点評価値をプロット
した折れ線グラフである。

第６図は第５図と同じ時間軸上において、最大値選択回
路（18）の出力を１フィールド毎にプロットした折れ線
グラフである。

第５図において、最初の５フィールド（第１〜第５フィ
ールド）間に検出された焦点評価値の最大値は、第５図
中の“a"で示す値であり、従ってこの時の最大値選択回
路（18）の出力は第６図における５フィールド目の如く
“a"となる。次に１フィールド進んだ時点において最新
の５フィールド（第２〜第６フィールド）間に検出され
た焦点評価値の最大値は第５図の６フィールド目の“b"
の値であり、従って第６図の６フィールド目の出力は
“b"の値となる。以後６〜10フィールド間では最大値は
“b"であるため、第６図の６〜10フィールド間では最大
値選択回路（18）出力は一定の値“b"に維持される。第
11フィールド目の焦点評価値“c"がA/D変換器（11）よ
り出力されると、６フィールド目の“b"の値は第５メモ
リ（17）から破棄されるので、第６図の11フィールド目
は“c"の値に変化する。更に12フィールド目以降は第５
図では12フィールド目の“d"が最大となるので、第６図
の12フィールド目以降は一定値“d"に維持される。

なお上記実施例においては、積分回路（10）はアナログ
式のものを用いたが、A/D変換回路を内蔵したディジタ
ル式のものを用いることも可能である。

また、上記実施例では、焦点評価値として合焦点位置に
おいて最大値をとるような信号を用いた場合について説
明したが、合焦点位置において最小値をとる信号を焦点
評価値として用いてその最小値を検出する回路を設け、
その検出値の最小値を維持するような制御を行なっても
同様の効果を得ることができる。

また、上記実施例では、焦点評価値保持回路（12）に保
持する複数の連続する焦点評価値は最新のものを用いて
いるが、これらの焦点評価値を所定期間たとえば数フィ
ールドに相当する期間だけ遅延させたものであっても同
様の効果を得ることができる。

さらに、上記実施例では、最大値検出回路は各フィール
ドごとに最大値の検出を行なったが、所定期間、たとえ
ば５フィールドに相当する期間ごとに１度最大値の検出
を行なうようにしても、実際の画像上では特に問題は生
じない。

さらに、A/D変換回路（11）よりも後段の回路における
信号処理はすべてディジタル信号によってなされるた
め、これらの回路構成をすべてマイクロプロセッサによ
ってソフトウェア的に実現することも可能であることは
言うまでもない。

また、前述の各実施例においてフォーカスレンズの進退
はフォーカスモータにより行ったが、モータに代えて圧
電素子を用いて行ってもよく、またフォーカスレンズの
代わりに撮像素子自体を進退せしめる様に構成してもよ
い。

（ト）発明の効果 上述の如く本発明によれば、ぶれの周期より長い期間の
焦点評価値を記憶し、その中の最大値を検出すればブレ
の影響のない本来の評価値が得られ、ブレによる一時的
な評価値の減少によって生じるオートフォーカス誤動
作、即ち無駄な逆転や不必要なオートフォーカス動作の
再開を防止することが可能となり、スムーズでチラツキ
のない良好なオートフォーカス動作が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の回路ブロック図、第２図
は第２実施例の回路ブロック図、第３図は第３実施例の
回路ブロック図、第４図は焦点評価値の変化を示す図、
第５図は第４図の要部拡大図、第６図は第５図に対応す
る最大値検出回路出力を示す図である。 （３）……フォーカスモータ、（４）……撮像回路、
（10）……積分回路（評価値検出手段）、（12）……評
価値保持回路（保持手段）、（18）……最大値検出回路
（最大値／最小値検出手段）、（19）……第６メモリ
（制御手段）、（20）……第７メモリ（制御手段）、
（21）……第１比較回路（制御手段）、（22）……フォ
ーカスモータ（制御手段）

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
   レベルを焦点評価値として検出する評価値検出手段と、
   この評価値検出手段の出力を一定期間に亘って積算して
   出力する積分手段と、この積分手段から上記一定期間毎
   に出力される複数個の積分出力を前記映像信号のぶれの
   周期よりも長い時間に亘ってそれぞれ保持する保持手段
   と、この保持手段に保持された前記複数個の積分出力の
   うち最大値または最小値を検出して順次出力する最大値
   ／最小値検出手段と、この最大値／最小値検出手段から
   の最大値または最小値出力をその直前の最大値または最
   小値出力と順次比較する比較手段と、この比較手段の出
   力に基づいてフォーカス制御を行う制御手段とを備える
   ことを特徴とするオートフォーカス回路。