JPH0787544B2 - オートフォーカス方法 - 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、ビデオカメラ等のオートフォーカス
方法に関する。

（ロ）従来の技術 ビデオカメラのオートフォーカス方法において、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、高い合焦精度を維持でき、構造上の簡略化等、他
のオートフォーカス方式に比べ優れた点が多い。

従来、このオートフォーカス方法の一例が、“NHK技術
報告”（昭和40年、第17巻、第１号、通巻86号21ペー
ジ）に「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、所謂山登りサーボが知
られている。

また本出願人は、この山登りサーボを大幅に改良したも
のを出願し、特開平1-8771号（H04N5/232）として公開
されている。以下にこの従来技術の概要を第５図、第６
図を参照して説明する。第５図は上記従来技術に係るオ
ートフォーカス方法を実現した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、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。

この焦点評価値発生回路（５）は、例えば第６図に示す
様に構成される。撮像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、水平同期信号は、サ
ンプリングエリアを設定するためにゲート制御回路（5
b）に入力される。ゲート制御回路（5b）では、垂直同
期信号、水平同期信号及び固定の発振器出力に基いて、
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（HP
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）にて振幅検波される。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。前述の様に構成された焦点評
価値発生回路（５）は、常時１フィールド分の焦点評価
値を出力する。

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（６）と初期値メモリ（７）に保持され
る。その後、フォーカスモータ制御回路（10）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
て、フォーカスレンズ（１）を指示するフォーカスリン
グ（２）を回動させ、フォーカスレンズ（１）を軸方向
に変位させながら第２比較器（９）出力を監視する。第
２比較器（９）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（７）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（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
ォーカスモータ（３）を回転せしめ、現在の焦点評価値
が初期評価値に比べ大であるという出力が為された場合
にはそのままの回動方向を保持し、現在の評価値が初期
評価値よりも所定変動幅以上に小さいと判断された場合
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（８）出力を監視する。

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
べて大きい場合には比較信号(S₁)を、予め設定した第１
の閾値以上に減少した場合には比較信号(S₂)を出力す
る。ここで最大値メモリ（６）は第１比較器（８）出力
に基いて、現在の評価値が最大値メモリ（６）の内容よ
りも大きい場合即ち比較信号S1が出力された場合には、
その値が更新され、常に現在までの焦点評価値の最大値
が保持される。

モータ位置メモリ（13）はフォーカスレンズ（１）を指
示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
記憶するメモリであり、最大値メモリ（６）と同様に第
１比較器（８）出力に基いて最大評価値となった時点の
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（10）は、第２比較器（９）
出力に基いて決定された方向にフォーカスモータ（３）
回転させながら、第１比較器（８）出力を監視し、焦点
評価値が最大評価値に比べて予め設定された第１の閾値
以上に低下した場合即ち比較信号S2が出力された場合に
はフォーカスモータ（３）に対してその回転方向を逆転
するよう指示信号を出力する。このフォーカスモータ
（３）の逆転により、フォーカスンズ（１）の移動方向
は、例えば撮像素子に接近する方向から離間する方向
へ、あるいはその逆に離間する方向から接近する方向に
変わる。

この逆転後、モータ位置メモリ（13）の内容と、現在の
フォー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
（10）は機能する。同時にフォーカスモータ制御回路
（10）はレンズ停止信号（LS）を出力する。

第４メモリ（11）はフォーカスモータ制御回路（10）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４メモリであり、後段の第４比較器（1
2）によりこの第４メモリ（11）の保持内容は現在の焦
点評価値と比較され、現在の焦点評価値が第４メモリ
（11）の保持内容に比べ、予め設定された第２の閾値以
上に低下した時に、被写体が変化したと判断され、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
（10）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。

（ハ）発明が解決しようとする課題 上述した従来技術に依れば、一旦合焦点位置を通過さ
せ、その後この行き過ぎた量だけレンズ位置を戻し、こ
の戻した位置に於いてその時点の焦点評価値が最大焦点
評価値と略一致した場合にオートフォーカス動作が終了
する訳であるが、もし不一致であれば、オートフォーカ
ス動作を最初からやり直す必要がある。従って、フォー
カス調整機構の動作が不安定なものである場合には行き
過ぎ量だけ戻そうとしたときメカニズムのバラツキによ
り戻り過ぎたり、また、望遠若しくはマクロ光学系の如
く焦点評価値曲線の変化が急峻なものである場合には、
微かの位置づれで焦点評価値が大きく変化する為、最大
焦点評価値が得られる位置にレンズを戻すことは困難で
あり、オートフォーカス動作をやり直す可能性が高く、
オートフォーカス動作に時間を要することとなる。

（ニ）課題を解決するための手段 そこで、本発明に於いては行き過ぎ量だけレンズを戻す
のではなく、最大焦点評価値に相当する位置の手前まで
レンズを一旦戻し、その後はレンズ位置を１ステップづ
つ移動させながらその都度焦点評価値を算出し、この焦
点評価値に基いて合焦点位置を定めるものである。この
場合、ステップ毎に焦点評価値が上昇して行き、その後
一つ前のステップの焦点評価値に対して当該ステップの
焦点評価値が低下したとき、レンズのステップ方向を逆
にして１ステップだけレンズを戻し、このレンズ位置を
合焦点位置としてオートフォーカス動作を終了させても
良いし、またレンズ位置をステップ毎に移動させながら
算出する焦点評価値が、記憶されている最大焦点評価値
に略一致したとき、これを合焦点位置としてオートフォ
ーカス動作を終了させても良い。

（ホ）作用 上記構成に依れば、合焦点位置（最大焦点評価値が得ら
れる位置）を通過した後、合焦点位置にレンズを戻す場
合、一旦レンズを合焦点位置の手前まで戻し、その後レ
ンズ位置を１ステップ進める毎に焦点評価値を算出し、
この焦点評価値に基いてレンズ位置を確認しながら合焦
点位置を定めるものであるから、フォーカス調整機構が
不安定であったり、焦点評価値曲線の変化が急峻な光学
系であっても、オートフォーカス動作をやり直すことな
く、正確な合焦点位置にレンズを素早く設定することが
できる。

（ヘ）実施例 以下、本発明に係る方法を実現するためのオートフォー
カス回路を示す第１図、動作波形図を示す第２及び第３
図及びフローチャートを示す第４図を参照して説明す
る。

［第１モード］ このモードはレンズを所定方向に適当なステップにて移
動させながら、焦点評価値を算出し、最大焦点評価値を
求めるモードであり、先に説明した従来技術と全く同様
であるので説明は省略する。第２図に示す如く、最初に
合焦点位置ａにレンズが位置したとき、その時点の焦点
評価値（最大焦点評価値）が最大値メモリー（６）に、
またその時のレンズ位置を示すフォーカスリング位置が
モータ位置メモリ（13）に、夫々記憶される。

［第２モード］ このモードは第１モードで得られた合焦点位置に於ける
最大焦点評価値より所定の閾値だけ焦点評価値が低下す
るまで、第１モードと同じ方向にレンズを更に移動させ
るものであり、やはり先に説明した従来技術と同じであ
る。第１比較器（８）にてメモリー（６）に記憶された
最大焦点評価値より所定の閾値以上に焦点評価値が低下
したことが検出されると、比較信号S2によりフォーカス
モータ制御回路（10）が動作して指示信号を出力し、フ
ォーカスモータ（３）はこの指示信号によりその回転方
向を反転する。

［第３モード］ このモードは合焦点位置ａに向かってレンズを戻すモー
ドである。従来に於いては、モータ位置メモリ（13）に
記憶された合焦点位置を示すフォーカスリング位置と現
時点のフォーカスリング位置を第３比較器（14）にて比
較し、両者が一致するまでレンズを戻し、この戻った位
置にて焦点評価値を算出し、最大値メモリ（６）に記憶
された最大焦点評価値に対して所定値以上づれていれば
オートフォーカス動作をやり直ししていた。

本発明に於いては、第３比較器（14）の一致信号が合焦
点位置ａの少し手前の位置ｂで出力されるようにするも
のである。即ち、第２図に於いて、従来は範囲Ｘで一致
信号が出力されたのに対して、本発明では範囲Ｙで一致
信号が出力されるように構成したものである。

［第４モード］ 第３モードに引続いて実行される第４モードは、レンズ
を１ステップづつ歩進させる毎に焦点評価値を算出し、
レンズ位置を確認しながら合焦点位置ａまでレンズを戻
すものである。このときのステップ幅は、当然第１モー
ドに於けるステップ幅よりも狭いものである。

さて、先づ、第３モード終了位置ｂに於ける焦点評価値
と最大値メモリ（６）に記憶されている最大焦点評価値
を第１比較器（８）にて比較する。このとき、両者の差
がΔｔ以内であり、十分に合焦点位置に近いと判断した
場合にはオートフォーカス動作は終了する（第３図参
照）。そして、次には、前述した如く、第４メモリ（1
1）と第４比較器（12）による被写体の変化の監視モー
ドに入り、所定の変化が検出されれば、再びオートフォ
ーカス動作を行う。

両者の差がΔＴ以上であった場合は、合焦点位置から離
れ過ぎているのでオートフォーカス動作を最初からやり
直す。

両者の差がΔＴ以内であった場合には、微調整を行う。
即ち、この時点の焦点評価値を第５メモリ（15）に記憶
し、その後フォーカスモータ制御回路（10）の指示信号
によりフォーカスモータ（３）を微小ステップにて回転
させてレンズ位置を歩進させ、その時点の焦点評価値と
第５メモリ（15）に記憶された焦点評価値を比較器（1
6）にて比較する。そして現時点の焦点評価値の方が大
きければ、この値を新たに第５メモリ（15）に書込み、
更に上記動作を繰返す。逆に現時点の焦点評価値の方が
小さくなった場合には合焦点位置を行き過ぎたと判断し
てフォーカスモータ（３）を逆転させ、１ステップだけ
レンズ位置を戻してオートフォーカス動作を終了する。

上記実施例では、現時点の焦点評価値と一つ前のステッ
プ位置に於ける焦点評価値を比較したが、現時点の焦点
評価値と最大値メモリ（６）に記憶された最大焦点評価
値を比較し、略一致したときオートフォーカス動作を終
了させる構成としても良い。但し、この方法は、オート
フォーカス動作中に被写体が移動した場合に対応できな
いので、先の実施例の方が良い。

（ト）発明の効果 以上述べた本発明に依れば、合焦点位置を一旦通過した
後、再び合焦点位置に戻す場合、先づ合焦点位置の手前
までレンズを戻し、その後レンズ位置を１ステップづつ
歩進させ、ステップ毎に焦点評価値を算出してレンズ位
置を確認しながら合焦点位置までレンズを移動させるの
で、確実に合焦点位置をつかまえることができ、オート
フォーカス動作をやり直すことなく、比較的短時間にオ
ートフォーカス動作を終了させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実現する為のオートフォーカス
回路図、第２図、第３図はその動作波形図、第４図は本
発明の方法の一部（第４モード）のフローチャート図、
第５図は従来のオートフォーカス回路図、第６図は焦点
評価値発生回路を示す図である。 （３）はフォーカスモータ、（５）は焦点評価値発生回
路、（６）は最大値メモリ、（８）（９）（14）（16）
は比較器、（10）はフォーカスモータ制御回路、（13）
はモータ位置メモリ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レンズを第１方向に移動させて、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
   して算出し、最大焦点評価値が得られるまで該レンズを
   移動させる第１モードと、 前記第１モードに引き続いて前記第１方向に前記レンズ
   を移動させて、算出される焦点評価値が前記最大焦点評
   価値より閾値だけ低下するまで前記レンズを移動させる
   第２モードと、 前記低下が検出された後、前記レンズを前記第１方向と
   逆の第２方向に移動させて、前記低下が検出された時点
   のレンズ位置と前記最大焦点評価値が得られた時点のレ
   ンズ位置との間の所定位置に前記レンズを移動させる第
   ３モードと、 前記所定位置より前記第２方向に所定ステップにて前記
   レンズを移動させ、当該ステップ毎に焦点評価値を算出
   し、当該焦点評価値に基づいて合焦点位置を定める第４
   モードとを有し、 前記第４モードは、１つ前のステップにて算出された焦
   点評価値よりも小さい焦点評価値が算出されたとき、前
   記レンズを前記第１方向に１ステップだけ戻し、このレ
   ンズ位置を合焦点位置と定めるモードであり、またステ
   ップ毎に算出される焦点評価値が前記第１モードにて求
   められた最大焦点評価値と略一致したとき、このレンズ
   位置を合焦点位置と定めるモードであることを特徴とす
   るオートフォーカス方法。