JPH087321B2

JPH087321B2 - 自動合焦装置

Info

Publication number: JPH087321B2
Application number: JP61051835A
Authority: JP
Inventors: 浩史須田; 直也金田; 進上月
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-03-10
Filing date: 1986-03-10
Publication date: 1996-01-29
Anticipated expiration: 2011-01-29
Also published as: JPS62208013A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、自動合焦装置に関し、特にビデオカメラか
ら出力されるビデオ信号（撮影映像信号）を利用して自
動焦点検出を行うオートフォーカス（以下、AFと称す
る）方式の装置に好適なものである。

［従来の技術］近年、ビデオカメラの特徴を生かしたAF方式として、
ビデオ信号中の高域成分によって画面の精細度を検出
し、その精細度が最大となるようにフォーカシングレン
ズを駆動させ、自動的にテレビカメラの光学焦点調整を
行う、いわゆる山登りサーボ方式のものが注目されてい
る。この従来の山登り方式（以下、山登り方式と称す
る）については、例えばNHK技術研究昭和40年第17巻
第１号通巻86号第21頁〜第37頁に詳細に記述されている
が、第４図の従来の山登り方式による自動合焦装置の構
成図、およびその動作特性を示す第５図の特性図とを参
照して、その内容を簡潔に説明する。

まず、フォーカシングレンズ２を通って入射される被
写体１からの光は、光電変換手段３上に結像し、電気信
号として出力される。光電変換手段３から出た映像信号
としての出力信号は、増幅器４を経てビデオカメラ用の
プロセス回路５に入力されるが、同時にAF検出用として
その増幅器４の後段に別に並設したバンドパスフィルタ
（BPF）６により映像信号中の高域成分のみが抽出さ
れ、次段のゲート回路７に入力される。

また、上述のカメラ用プロセス回路５により分離され
た水平同期信号HDおよび垂直同期信号VDとから、ウイン
ドウパルス形成回路（WINDOW）８によって、一画面のあ
らかじめ設定された領域、例えば画面の中央部のみの同
期パルス、いわゆるウインドウパルスを形成し、このウ
インドウパルスを上述のゲート回路７に入力して、この
パルス発生区間のみ上述の高域成分の信号を抽出出力す
る。ゲート回路７から出た高域成分の信号は更に検波器
（DEF）９と積分器10により処理される。

この積分器10の出力に対応する電圧（以下、焦点電圧
と称する）とレンズ２の焦点距離との関係を第５図に示
す。この焦点電圧は、撮影像の精細度に対応しているの
で、フォーカシングレンズ２の位置を移動調整する距離
環（焦点リング）の位置がレンズ２と被写体１間の実際
の距離に正確に合致していれば、すなわちジャストピン
ト点（合焦点位置）であれば、焦点電圧は最大となり、
この最大となる位置Ｃからずれるに従い、低下する。

従って、第５図から分かるように、何らかの制御手段
により、焦点電圧の山を登るようにレンズ距離環の位置
を制御し、焦点電圧が最大となる山の頂上にレンズ距離
環を導けば、自動焦点合せができることとなる。この制
御手段としては、ビデオ信号のフィールド毎に積分器10
の出力をホールドし、前回ホールドした値と今回ホール
ドした値とをフィールド毎に比較して、大となる方向へ
レンズ距離環を駆動することにより、目的を達成するも
のが知られている。即ち、第４図の破線で囲まれた山登
り回路16に示すように、上述のカメラプロセス回路５で
分離した垂直同期信号VDからモノマルチバイブレータ
（MM）12およびサンプルパルス形成回路（S.P）13とに
より一定のタイミングで発するサンプルパルスを形成
し、このサンプルパルスによりサンプルホールド回路
（S/H）11に入力する積分器出力を１フィールド毎にサ
ンプルホールドする。更に、サンプルホールド回路11の
出力は２つに分岐して、一方はそのまま、他方は１フィ
ールド遅延回路（１フィールドDelay）14により１フィ
ールド分遅延させて順次比較器15に入力し、その両者の
差、すなわち前回ホールドの積分器出力と今回ホールド
の積分器出力との差を比較器15により求める。

今、積分器10の出力の焦点電圧が第５図に示すよう
に、前回のフィールドでＡのレベルにあり、次のフィー
ルドでＢのレベルにあれば、その焦点電圧A,BはＢ＞Ａ
であるので、比較器15からは例えばハイレベルの制御信
号がモータ駆動制御回路（DRIVER）17へ出力し、モータ
（Mo）18を今までの駆動方向のまま方向を維持して駆動
させる。このモータ18の駆動により、レンズ２が合焦点
の方向に移動する。次のフィールドで焦点電圧を検出す
ると、第５図のＣのレベルであるとすると、Ｃ＞Ｂであ
るので、比較器15からの信号レベルは変らず、モータ18
はいぜん同一方向に移動することとなる。

このとき、第５図に示すように、焦点電圧の最大点は
Ｃのレベルであるとすれば、モータ18によりレンズ距離
環をそのまま同一方向に移動させれば、当然Ｃの合焦状
態から逆に離れて行く方向に進み、焦点電圧は低下する
傾向になる。その結果、次のフィールドではＤレベルの
焦点電圧を出力し、Ｄ＜Ｃであるので、比較器15はロー
レベル信号を制御回路17へ出力する。このローレベル信
号により制御回路17はモータ18を逆転する制御信号を出
力し、レンズ距離環は再び合焦方向に向って逆送され
る。

このように、第４図および第５図に示す従来の山登り
方式では、比較器15等により構成される山登り回路16の
出力が正（ハイレベル）の時、即ち焦点電圧が時間経過
に対し増加方向にあれば、モータ18の回転方向をそのま
ま保って山登りを続け、山登り回路16の出力が負（ロー
レベル）の時、即ち焦点電圧が時間経過に対して減少方
向にあれば、モータ18の回転方向を逆転させて山を登る
方向へと戻す。従って、焦点電圧により作られる第５図
に示すような山を積分回路10の出力電圧を参照しながら
登って行き、ついにはその山の頂上で小きざみに振動し
ながら、定常状態に達することにより、自動焦点検出を
行うこととなる。

このように、山登り方式では撮像手段からの出力信号
そのものを用いて自動焦点検出を行うので、自動焦点検
出用の構成要素を別にわざわざ設ける必要がなく、比較
的廉価に、かつ正確に焦点検出ができるという利点があ
る。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、上述した従来の山登り方式では、合焦
状態の焦点電圧の山の頂上（最大値）か否かを判定する
のに、その山を一度降りなければ、そこが山の頂上だっ
たか否かが判定できないので、山の頂上付近で小きざみ
に振動しつつ定常状態に達するという欠点がある。すな
わち、合焦状態ではモータが正逆回転を繰り返し、山の
頂上近辺を登り降りしており、常に小きざみに振動して
いる状態となっている。この振動は画質劣化の原因とな
るので除去する必要がある。

本発明は上述の欠点を除去し、合焦点の山の頂上でレ
ンズが小きざみに振動する状態を解消して焦点調整を行
う自動合焦装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］本目的を達成するために、本発明は、焦点合焦度に対
応した信号を所定の周期で順次出力する出力手段と、前
記出力手段により出力された複数の信号を用いて合焦点
を予測する予測手段と、前記出力手段により出力された
２個の信号の出力の差が所定値以下である際に前記予測
手段の予測結果に基づいて焦点調整を行うとともに、前
記差が前記所定値を越える場合には、前記予測手段の予
測結果に基づく焦点調整動作を中止し、前記出力手段よ
り順次出力される信号の差分に基づいて焦点調整を行う
制御手段とを具備することを特徴とする。

［作用］本発明では、出力手段から焦点合焦度に対応した信号
を所定の周期で順次出力し、この出力された３個以上の
信号を用いて予測手段により合焦点を予測し、出力手段
により出力された２個の信号の出力差が所定値以下であ
る際には、制御手段により予測手段の予測結果に基づい
て焦点調整を行う。また、前記出力差が前記所定値を越
える場合には、前記予測手段の予測結果に基づく焦点調
整動作を中止し、前記出力手段より順次出力される信号
の差分に基づいて焦点調整を行う。よって、本発明によ
れば合焦点近辺において撮像手段のレンズが振動すると
いうことは解消され、すみやかに合焦点で停止させるこ
とができる。

また、予測結果による焦点調節動作を禁止している間
も、前記出力手段より順次出力された出力信号レベルの
差分に基づいて焦点調節を続行することができる。

［実施例］以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。

A.基本構成第１図は本発明実施例の基本構成を示す。本図におい
て、ａは焦点合焦度に対応した信号を所定の周期で順次
出力する出力手段、ｂはその出力手段ａにより出力され
た３個以上の信号を用いて合焦点を予測する予測手段で
ある。ｃは制御手段であり、出力手段ａにより出力され
た２個の信号の出力差が所定値以上である際に予測手段
ｂの予測結果に基づいて焦点調整を行う。

B.回路構成第２図は本発明実施例の回路構成を示す。本図におい
て、19は出力手段としての１フィールド遅延回路であ
り、前段の１フィールド遅延回路14で１フィールド遅延
された前フィールドでの焦点電圧Ｂを入力し、更に１フ
ィールド遅延させた前々フィールドの焦点電圧Ａを出力
する。20は予測手段としての頂上予測回路であり、入力
した現フィールドの焦点電圧ｃ、前フィールドの焦点電
圧Ｂ、および前々フィールドの焦点電圧Ａとからこれら
A,B,Cをパラメータとして所定の公知の演算式、例えば
２次関数の予測式に基づきあと何フィールド目に合焦点
状態に対応する頂上の焦点電圧Ｐ（第３図参照）となる
かを予測し、予測したＮフィールド後のタイミング信号
をゲート信号として出力し、また予測した頂上の焦点電
圧Ｐを比較信号として出力する。

ここで、第３図に示すように現フィールド（ｉ）にお
ける焦点電圧をＣ、前フィールド（ｉ−１）における焦
点電圧をＢ、前々フィールド（ｉ−２）における焦点電
圧をＡとする。21は第１の減算回路であり、上述の焦点
電圧Ｃから焦点電圧Ｂを減算し、Ｃ−Ｂに対応する信号
を出力する。22は第２の減算回路であり、上述の焦点電
圧Ｂから焦点電圧Ａを減算し、Ｂ−Ａに対応する信号を
出力する。

24は第１の比較器であり、反転入力端子に入力する第
１の減算回路21の出力（Ｃ−Ｂ）と非反転入力端子に設
定した所定の閾値V_refIとを比較してＣ−Ｂ＜V_refIか否
かを判定し、肯定判定のときにはハイレベルの信号を出
力する。25は第２の比較器であり、反転入力端子に入力
する第１の減算回路21の出力（Ｃ−Ｂ）と非反転入力端
子に入力する第２の減算回路22の出力（Ｂ−Ａ）とを比
較してＣ−Ｂ＜Ｂ−Ａか否かを判定し、肯定判定のとき
にはハイレベルの信号を出力する。

26はアンド回路（AND）であり、上述の２つの比較器2
4および25の出力の論理積演算を行い、全てのその出力
がハイレベルのときにゲートを開き、ハイレベルの信号
を出力する。このアンド回路26の出力信号は頂上予測回
路20の制御用信号として供給される。27は第３の比較器
であり、非反転入力端子に入力する頂上予測回路20から
の予測最大焦点電圧Ｐと反転入力端子に入力するサンプ
ルホールド回路11からの現フィールド中の現焦点電圧Ｃ
とを比較してＰ≧Ｃか否かを判定し、肯定判定でかつ頂
上予測回路20からのゲートパルス（タイミング信号）が
ONのときにモータストップ信号を出力する。この比較器
27自体は多少比較判定に幅のあるように構成してもよ
い。

28はフォーカシングレンズ２の距離環を移動するため
のレンズ移動用モータ18を駆動制御する制御手段として
のモータ制御回路（Ｍ・制御）であり、第１減算回路21
の出力（Ｃ−Ｂ）の極性（プラス，マイナス）を判定し
て、その極性がプラスのときはモータ18を正転さ、マイ
ナスのときはモータ18を逆転させる。また、モータ制御
回路28は減算回路の出力（Ｃ−Ｂ）のレベルが小さいと
きにはモータ18を低速にし、そのレベルが大きいときに
はモータを高速にする。このように、モータ制御回路28
は減算回路21の出力の極性に応じてモータ18の回転方向
の切換えを行い、またその出力のレベルの大きさに応じ
てモータ18の速度を可変制御している。さらに、モータ
制御回路28は第３の比較器27から供給されるモータスト
ップ信号に応じてモータ18を停止させる。

その他のサンプルホールド11前段の構成部分は第４図
の従来例と同様なのでその詳細な説明は省略する。

C.実施例の動作次に第３図を参照して、第２図の本発明実施例の動作
を説明する。

レンズ２により被写体１の光が光電変換手段４に結像
され、電気信号に変換されたビデオ信号は、第４図によ
り上述した従来例と同様に、BPF6、ゲート回路７、検波
器９、積分器10を経てサンプルホールド回路（S/H）11
に入力し、フィールド毎にホールドされる。サンプルホ
ールド回路11の出力は後段の第１フィールド遅延回路1
4、第１減算回路21、第３比較器27および頂上予測回路2
0にそれぞれ入力する。

第１フィールド遅延回路14により１フィールド分遅延
された前フィールドの焦点電圧Ｂは２つの減算回路21,2
2と頂上予測回路20に供給されるとともに、第２フィー
ルド遅延回路19にも供給される。第２フィールド遅延回
路19によりさらに１フィールド分遅延された前々フィー
ルドの焦点電圧Ａは第２減算回路22と頂上予測回路20に
供給される。

第１減算回路21の減算出力（Ｃ−Ｂ）は第１比較器24
の反転入力端子と第２比較器25の反転入力端子に供給さ
れ、第２減算回路22の出力は第２比較器25の非反転入力
端子に供給される。第１減算回路21の出力（Ｃ−Ｂ）は
第１比較器24において所定の閾値V_refIと比較され、Ｃ
−Ｂ＜V_refIのときに比較器24からハイレベル信号がア
ンド回路26に出力される。さらに、第１減算回路21の出
力（Ｃ−Ｂ）と第２減算回路22の出力（Ｂ−Ａ）とは第
２比較器25において比較され、Ｃ−Ｂ＜Ｂ−Ａのときに
比較器25からハイレベル信号がアンド回路26に出力され
る。

上述の比較器24および25の判定出力がすべてハイレベ
ルとなるとき、すなわち最大焦点電圧Ｐに充分近くに近
づきつつあることを示す次式の条件式が全て成立すると
き、アンド回路26はハイレベルとなり、頂上予測回路20
を作動させる。

Ｃ−Ｂ＜V_refI Ｃ−Ｂ＜Ｂ−Ａ換言すると、第３図に示すように、前フィールドの焦
点電圧Ｂから現フィールドの焦点電圧Ｂの差が所定レベ
ル以下（Ｃ−Ｂ＜V_refI）、すなわち、山の傾きがそれ
ほど急峻でなく、頂上Ｐに充分近くなっているときで、
さらに前回の山の傾きよりも今回のフィールドで判定し
た山の傾きの方が小さくなっているときは（Ｃ−Ｂ＜Ｂ
−Ａ）、山の頂上に近づきつつあって山の頂上に十分に
近いときであるから、頂上予測回路20を作動してその山
の頂上の焦点電圧（予測焦点電圧）Ｐとあと何フィール
ドが経過すれば、その頂上を予測できるかが簡単な２次
関数等により容易に予測できる。

上述のアンド回路26の出力に応じて頂上予測回路20は
作動し、入力する焦点電圧A,BおよびＣから、これらの
A,B,Cをパラメータとした２次関数に基づき、合焦状態
に対応する頂上の最大焦点電圧Ｐと、あと何フィールド
でその最大焦点電圧ｐになるかを予測し、またそれらの
予測値を制御回路30から供給されるレンズ情報によって
補正する。例えば、ズームレンズが移動しているとき
は、焦点距離等が刻々と変化するので、数フィールド後
の前期予測値Ｐは一致せず上下する可能性があるので、
こ予測値をレンズ情報に基づき頂上予測回路20において
補正する。

頂上予測回路20はあとＮフィールドで頂上に達すると
予測したＮフィールド後のタイミング信号をゲート信号
として第３比較器27に出力するとともに、予測最大焦点
電圧Ｐをその比較器27の非反転入力端子に出力する。第
３比較器27はそのゲート信号でゲートを開き、Ｐ≧Ｃの
条件でモータストップ用制御信号をモータ制御回路28に
出力する。

モータ制御回路28は減算回路21の出力の極性に応じ
て、その極性がプラス、すなわち今回の現フィールド焦
点電圧Ｃと前フィールド焦点電圧Ｂとが、第３図に示す
ように、Ｃ＞Ｂのときにモータ18を正転させ、その極性
がマイナス、すなわちＣ＜Ｂのときにモータ18を逆転さ
せる。また、モータ制御回路28はモータ18を正方向また
は逆方向に回転するとともに、減算回路21の出力（Ｃ−
Ｂ）のレベルが所定レベル以上であればモータ18を高速
回転させ、減算回路21の出力（Ｃ−Ｂ）のレベルが所定
レベル以下であればモータ18の回転を低速回転に切換え
る。従って、モータ制御回路28は合焦位置から遠いとき
にはモータ18を高速回転させて合焦位置に近づけさせ、
合焦状態に近づけば、モータ18を低速回転に切り換え
て、合焦位置に達した時に比較回路27から出力させるモ
ータストップ用制御信号に応じてモータ18を停止させ
る。よって、本実施例によれば、合焦位置の付近で振動
することはなく、合焦位置ですみやかにレンズ２を停止
させられる。

なお、本発明は本実施例のように、撮像手段の出力か
ら焦点合焦度に対応した信号を出力するものに限るもの
ではなく、例えば撮像手段とは別に焦点合焦度を示すラ
インセンサを用いた場合にも適用できる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、焦点合焦度に
対応した信号を所定の周期で順次出力する出力手段より
出力された複数の信号を用いて合焦点を予測し、前記出
力手段により出力された２個の信号の出力の差が所定値
以下である際に、前記予測結果に基づいて焦点調整を行
うとともに、前記差が前記所定値を越える場合には、前
記予測手段の予測結果に基づく焦点調整動作を中止し、
前記出力手段より順次出力される信号の差分に基づいて
焦点調整を行うようにしたので、構成が簡潔となり、合
焦点位置（山の頂上）近辺でのコきざみな振動が解消さ
れる効果がある。

また、予測結果による焦点調節動作を禁止している間
も、前記出力手段より順次出力された出力信号レベルの
差分に基づいて焦点調節を続行することができ、迅速で
円滑な焦点調節動作を行うことができる効果を有してい
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の基本構成を示すブロック図、第２図は本発明実施例の回路構成を示す回路図、第３図は本発明実施例の作用を説明するための焦点距離
と焦点電圧との関係を示す特性図、第４図は従来例の回路構成を示すブロック図、第５図は従来例の作用を示す特性図である。３……光電変換手段、６……バンドパスフィルタ、７……ゲート回路、８……ウインドウパルス形成回路、９……検波器、 10……積分器、 11……サンプルホールド、 14,19……１フィールド遅延回路、 20……頂上予測回路、 21,22……減算回路、 24,25,27……比較器、 26……アンド回路、 28……モータ制御回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−226307（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−45213（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−54152（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】焦点合焦度に対応した信号を所定の周期で
順次出力する出力手段と、前記出力手段により出力された複数の信号を用いて合焦
点を予測する予測手段と、前記出力手段により出力された２個の信号の出力の差が
所定値以下である際に前記予測手段の予測結果に基づい
て焦点調整を行うとともに、前記差が前記所定値を越え
る場合には、前記予測手段の予測結果に基づく焦点調整
動作を中止し、前記出力手段より順次出力される信号の
差分に基づいて焦点調整を行う制御手段とを具備するこ
とを特徴とする自動合焦装置。
【請求項２】前記所定値は前記２個の信号が出力される
前に出力された２個の信号の差に基づいた値であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の自動合焦装
置。