JPS58161579A - 自動合焦装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光ｔｉ俟器により被写体を撮影する際の自動合
焦装置に関するものである。

ビデオカメラ等の光電変換器をもつ光学系の自動合焦を
実現する方法として撮像中の映倫信号の高域成分を用い
て画面の精細度を検出し、精細度が最大となるよ５にレ
ンズの距離環（以後へリコイドと表わす）を回転制御す
るいわゆる山登り制御がある。以下この方式を第１図、
第２図を用いて簡単に説明する。

第１図は山登り方式ビよる自動焦点合わせ装置の構成を
示すブロック図である。同図におい・て１はレンズ、２
は光電変換回路（カメラ回路）、３はバイパスフィルタ
、４は検波器、５は差分ホールド回路、６はモータ駆動
回路、７はレンズ１のへリコイドを回転するためのモー
タであり、添字ａの付いている番号は同番号ブロックか
らの出力端子を示す。

以下第１図の構成の動作を第２図の特性図を用いて説明
する。

レンズ１に入射する被写体よりの光は結像し、光電変換
回路２で電気信号となり、端子２ａには映像信号として
出力される。この映像信号の高域成分だけがバイパスフ
ィルタ３で抽出され、検波器４で検波された後、端子４
ａＶｃあられれも端子４ａにあられれる映像信号の高域
成分に対応する電圧（第２図曲線（ハ）で、以後焦点電
圧と表わす）は撮影像の精細度に対応しているので、レ
ンズ１のへリコイド位置がレンズ１と被尊体間の距離に
合致していれば最大となり、ここからずれるに従って低
下する。第２図中で曲線（→はへリコイド位置を至近　
図方向に移動した場合の、曲ＩｆＭｒｔはへリコイド位
置を凶至近方向に移動した場合の差分ボールド回路５の
出力端子５ａの出力電圧波形を示す。

第２図から判断されることは、伺らがの手段によりヘリ
コイド位置を焦点電圧の山を登るように制御し、焦点電
圧が最大となる山の頂上にヘリコイドを導びければ自動
焦点合わせ装置が形成しうる。

この手段は第１図の差分ホールド回路５〜モータ７によ
り達せられる。すなわち例えばモータ７によりヘリコイ
ドを動かす場合、差分ホ一時間毎にサンプルホールドし
、焦点電圧が時間経過忙対して増加方向であれば正の電
圧を、減少方向であれば負の電圧を発生する回路であり
モータ駆動回路６は端子５ａに表われる差分ホールド回
路５の出力電圧が正であればモータ７の回転方向をその
ままに保って更に山を登りつづけ、同出力電圧が負であ
ればモータ７を逆転してヘリコイドを山を登る方向へと
する。

このようにすれば第１図の構成のへリコイド位置制御ル
ープは焦点電圧により作られる山を差分ホールド回路５
の出力電圧を参照して登ってゆき、ついにはこの山の頂
上で小きざみに振動しながら足常状組に達することによ
り自動的に焦点合わせができる。

以上が山登り方式による自動焦点合わせ装５置である。

この方式は撮影像そのものを用いて焦点合わせ動作を行
なうため、独立の１１ｊ距機構で測距した結果によりヘ
リコイド位置を開ループ制御する方式に比べて構造も簡
単で初期調整数も少なく安価に正確な自動焦点合わせ位
置を構成し５るが以下忙述べる改良すべき点を有する。

それは第１に焦点電圧のダイナミックレンジに関する問
題である。すなわち、光電変換回路２の出力信号である
映像信号の撮幅はカメラ回路２の自動又は手動利得調整
回路により一定におさえられていても、検波器４の出力
信号は映像信号中に含まれている高域成分の量に対応す
るため、撮影画像かりんかくのはっきりした縦線成分を
あまり含まない場合は焦点電圧の山は低く、一方撮影画
像かりんか′、のはっきりした縦線成分を多く倉む場合
焦点１．圧の山は高くなる。第３図の（イ）に焦点電圧
が砲相した場合の山の形、（ロ）は良好な山の形、ｅつ
はりんかく成分をあまり含まない場合の山の形をそれぞ
れ示している。この図の中で（イ）においては例えば至
近からヘリコイドが回転しはじめて山を登り初め飽和し
た点に来ると差分ホールド回路５の出力が零となり、合
焦点に達する前に停止してしまい誤動作を起こす。ｒｔ
においては最初に移動を初めるヘリコイド位置が山のす
そ野で焦点電圧が零の場所であったなら差分ホールド回
路５の出力が零となるため停止してしまいやはり誤動作
を生ずるという問題点がある。

第２に山頂を一度通りすぎた後のへリコイド撮動に関す
るものである。すなわち第３図（→の良好な山を登った
場合でもヘリコイドは山頂を通りすぎた後再び引き返し
て山頂を通り過ぎ、そこでまた引返すという動作を繰返
すうちその行き過ぎ量がしだいに少なくなってついには
停止するという動作を行なう。このため山頂を検出（差
分ホールド回路５の出力が正から負へ変化）したにもか
かわらず小きざみなレンズ振動を行ない合焦に要する時
間が長くかかると同時にレンズ駆動系の摩耗を早めると
いう問題を生ずる。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、被
写体によらない合焦動作を確保し、かつ不要のレンズ振
動をなくして合焦時間の短縮及びヘリコイド駆動系の摩
耗を軽減する自動合焦装置を提供するにある。

第３図を用いて説明した従来の自動焦点合わせ装置の欠
点は検波器４の焦点電圧のダイナミックレンジ不足と合
焦点付近でのレンズ振動にあった。

そこで本発明ではレンズ１をローパスフィルタと見て第
４図に示すように合焦点位置Ｈからヘリコイド位置がず
れるに従って映像信号中に含まれる最大周波数が合焦点
位置Ｈを中心として対称に低下していくことを利用して
合焦動作を行なわせるようにした。ここで図中の実線（
ハ）はある被写体（例えば白と黒が垂直な境界線によっ
て分けられている白黒パターン）を撮像した場合のへリ
コイド位置に対する映像信号中に含まれる最大周波数を
示したものでレンズ１のローパス特性により合焦点Ｈを
中心として対称に最大周波数が低下していく。すなわち
図中に示すように成る周波数ｆ１の閾値を定めそれ以上
の周波数成分のみを検出する回路を設けておき曲線（ハ
）にあたる被写体にレンズを向けておきヘリコイドを例
えば至近方向から回転移動させると映像信号中の最大周
波数は図中（ハ）の曲線に従って山を登るように高くな
っていく。ヘリコイド位置がルを通過する時に闇値周波
数ｆ、を超えるためこの閾値周波数以上の映倫信号成分
を検出回路で検出し、同時にヘリコイド位置も記録して
おく。さらにヘリコイドを移動し続けて合焦点Ｈを過ぎ
てルにヘリコイドが来ると閾値周波数ｆ、より映像信号
中の最大周波数が低下して１しまうため検出回路で検出
されなくなる。この時にヘリコイド位置ルを記録する。

閾値周波数ｆ、より高い周波数成分がヘリコイド位置ル
とルの間で検出されることはレンズのローパス特性より
合焦点はこの几とルの中点であることを示しているため
、ヘリコイドがルの位置を通過したのちは直ちにルとル
の中点にヘリコイドを移動させて合焦動作を終予させる
ようにする。このようにすれば焦点電圧は特定周波数ｆ
、以上の信号があるかないかだけのＯＮ　ＯＦＦ信号に
代わり、撮影した絵柄に依存する焦点電圧のダイナミッ
クレンジには無関係となり、かつレンズの合焦点付近で
の小きざみな減衰撮動も起こらない、 ただ実際の絵柄の中には第４図（ロ）Ｋ示す′ように閾
値周波数ｆ１に達しない空間周波数成分しかもたない被
写体があるため、合焦精度を上げるためＫは複数個の閾
値周波数によって合焦点を決一定する。

第５図に本発明の一実施例をブロック図で示す。同図中
１〜２及び７は第１図に示した同一番号のブロックと同
一機能を有するブロックである。第５図の８は周波数ｆ
１以上の通過周波数帯をもつバイパスフィルタ、９は一
定時間ノ・イバスフィルタ８の出力をピークホールド検
波する検波回路、１１はピークホールドされた検波出力
と成る一定電圧を持つ閾値定電圧源１０との電圧を比較
するコンパレータ、１２は？・イパスフィルタ８、検波
器９、閾値定電圧源１０及びコンパレータ１１によって
構成されるｆ、高域検出回路、１３はコンパレータ１１
の出力が０から１へ立上るときにトリガパルスを発生さ
せる立上り時トリガパルス発生回路、１４はコンパレー
タ１１の出力が１から０へ立下るときにトリＩノくルス
を発生させる立下り時トリガパルス発生回路、１５．１
７は６Ｒ回路、２８はへリコイド位置を検出するヘリコ
イド位置検出回路で１６はへリコイド位置検出回路２８
の出力をＯＲ回路１５からのトリガパルス入力のたびに
記録しておく前へリコイド位置記録回路１８も同様にヘ
リコイド位置検出回路２８のへリコイド位置出力をＯＲ
回路１７からのトリガパルス入力の毎に記録しておく後
へリコイド位置記碌回路、１９は周波数１８以上の通過
周波数帯をもつノ・イバスフィルタ（ただし周波数ｆ、
は周波数ｆ、より低いとする）、２０は一定時間バイパ
スフィルタ１９の出力をピークホールド検波する検波回
路、２１は成る一定電圧の閾値定電圧源、２２は検波回
路２０と閾値定電圧源２１の出力を比較して映倫信号中
における周波数ｆ、以上の信号成分の有無を検出するコ
ン７くレータ、２！はバイパスフィルタ１９．検波器２
０　、閾値定電圧源２１及びコンパレータ２２によって
構成されるｆ、高域検出回路２５はコンパレータ２２の
出力が０から１へ立上る時にトリガパルスを発生させる
立上り時トリガパルス発生回路、２６はコンパレータ２
２の出力が１から０へ立下る時にトリガパルスを発生さ
せる立下り時トリガパルス発生回路、２７は前へリコイ
ド位置記録回路１６及び後へリコイド位置記録回路１８
からの出力の平均値を取る平均化回路、２９はへリコイ
ド位置検出回路２８と平均化回路２７の出力を比較して
ヘリコイドを平均化回路出力の示す位置へ移動停止させ
るヘリコイド設定回路、３ｏは合焦開始直後よりヘリコ
イドを例えば至近位置から凶刃向へ移動させるヘリコイ
ド移動回路、Ｓｌは合焦動作を開始させるスタートスイ
ッチ、３２はＯＲ回路１７からのトリガパルスによりヘ
リコイド移動回路５０からヘリコイド設定回路２９へ制
御を切替える制御切替回路、５３及び５４は最初は普通
状態であるが−たんトリガパルスが入力されるその値を
保持するラッチ回路である。また添字ａ付きの番号はそ
れぞれの番号のブロックの出力端子を示す。

以下第４図の（イ）Ｋ示すような被写体が高い空間周波
数成分を含む場合について第５図のブロック図の動作の
説明を第６図の特性図を用いて説明する。第６図中でグ
ラフはへリコイド位置を変化させた場合の影像信号中の
最大周波数成分を示している。波形図の番号はＷ、５図
の同一番号の出力端子の出力電圧を示している。ここで
第６図の波形図の変化は説明を簡単にするために単にヘ
リコイドを至近から図位置まで変化させた場合を示して
いる。まず第５図の合焦開始のスタートスイッチ３１を
ＯＮにすることによりヘリコイド移動回路３０はモータ
７を回して、ヘリコイドを至近位置から凶刃向へ移動を
開始させる。それに伴ないグラフ１Ｃ示すように高大周
波数が上昇して（る。ヘリコイドがルの位置を通過する
時、周波数ｆ、のバイパスフィルタ１９を通過した信号
が検波器２０でピーク検波されコンパレータ２２に導び
かれると、この時コンパレータ２２が反転するように設
定した閾値定電圧源２１より高くなるためコンパレータ
２２の出力は第６図の２３ａに示すように０から１へ変
化する。

この変化が第５図のラッチ回路３４を径て立上り時トリ
ガパルス発生回路２５へ伝達されるとトリガパルスが第
６図２５８に示すように発生し第５図のＯＲ回路１５を
経て前へリコイド位置記録回路１６へ印加される。同記
録回路はへリコイド位置検出回路２８からの出力である
ヘリコイド位憧ルを記録する。さらにヘリコイドが移動
し第６図のグラフ上の几の位置を通過するとき第５図の
周波数ｆ、のバイパスフィルタ８を通った映倫信号中の
高周波成分が検波回路９でピータ値検波されコンパレー
タ１１に導びかれると、この時コンパレータ１１が反転
するように設定された閾値定電圧源１０より検波出力が
高くなるため、第６図１２ａに示すように０から１へと
第５図のコンパレータ１１の出力が変化する。この変化
が第５図のラッチ回路３３を径て立下り時トリガパルス
発生回路１３へ伝達されるとトリガパルスが第６図１５
に示すように発生する。同パルスが第５図の６几回路１
５を通って前へリコイド位置記録回路１６に伝達される
と同記録回路はへリコイド位置検出回路２８の出力であ
るヘリコイド位置ルな先はと記録したルの代りに記録す
る。ここで前へリコイド位置記録回路へのトリガ入力を
第６図１５Ｍに示す。ヘリコイド位置がル及びルの時に
トリガパルスが印加され工いて最終的にはへリコイド位
置ルが記録されていることが分る。さらにヘリコイドが
移動し、合焦点位置Ｈな通りへリコイド位置几を通過す
ると、周波数ｆ、以上の高周波成分が映像信号中に含ま
れなくなるため、検波器９の出力が閾値定電圧源１０の
出力電圧より低下しコンパレータ１１の出力が１からＯ
Ｋ変化する。第６図の波形図１２ｇに第５図のコンパレ
ータ１１の出力変化を示す。コン７（レータ１１の出力
変化がラッチ回路５３を径て立下り時トリガパルス発生
回路１４に伝達されるとトリガパルスを発生させる。同
トリガパルスはＯＲ回路１７を径て後ヘリコイド位置記
録回路１８へ伝達されヘリコイド位置検出回路２８の出
力であるヘリコイド位置几を記録する。

同時にラッチ回路３３及び５４にトリガパルスを印加し
て入力信号をラッチして以後へリコイドが移動して高域
成分が変化してもトリガパルスが発生しないようにする
。これは前へリコイド位置記録回路１６．後へリコイド
位置記録回路１８の記録内容が変化して検出した合焦点
位置が変化することを防ぐためである。ここでラッチ回
路を使ったのはゲート回路であると出力信号が反転して
ゲートパルスが発生する恐れがあるためである。

またさらにＯＲ回路１７からのトリガパルスは制御切替
回路３２へ印加されスイッチ３３をヘリコイド設定回路
２９側へ切替える。ヘリコイド位置ルを記録した前へリ
コイド位置記録回路１６とへリコイド位置ルを記録した
後へリコイド位置記録回路１８の二つの出力が伝達され
ている平均化回路２７ではへリコイド位置へとルの中点
であるヘリコイド位置Ｈの信号をヘリコイド設定回路２
９に出力する。ヘリコイド設定回路２９　においては合
焦点位置であるヘリコイド位置Ｈの信号とへリコイド位
置検出回路２８の現在のレンズのへリコイド位置信号を
比較してヘリコイド位置ＨＫヘリコイドを移動させるよ
５にモータ７を駆動しヘリコイドがＨの位置に移動した
ならモー、タフを停止させ合焦動作を終了させる。

次に被写体の空間周波数成分が低い第４図←）の場合に
ついて第５囚のブロック図の動作を第７図のグラフ及び
波形図を用いて説明する。波形図の番号は第５図の同一
番号の出力端子に表われる電圧を示している。また同波
形図はへリコイドが至近から凶位置まで移動した場合に
ついての各部用力について示している。

第７図のグラフはへリコイド位置に対する影像信号中に
含まれる最高周波数が低い場合を示す。まず第６図の説
明と同様に合焦開始のスタートスイッチ３１によりヘリ
コイドを至近位置から　方向へ移動させて行くとグラフ
の曲線の山を登るよ５に信号中の高域が伸びてくる。ヘ
リコイドが几の位置を通過すると第５図の周波数ｆ、の
バイパスフィルタ１９．検波器２０．閾値定電圧源２１
及びコンパレータ２２より構成されるｆ。

高域検出回路２３の出力が０から１に変化する。

これを第７図２５ａに示す。この変化をラッチ回路３４
を通って立上り時トリガパルス発生回路２５に導びくと
トリガパルスが発生する。同パルスはＯＲ回路１５を通
じて前ヘリコイド位置記録回路１６に印加され、同記録
回路はへリコイド位置検出回路２８により検出されたベ
リコイド位置几を記録する。さらにヘリコイド位置が図
方向に移動すると第７因のグラフの山のピークを過ぎヘ
リコイド位置ルの位置を過ぎようとする。この時周波数
ｆ２以上の高域成分が第５図の周波数ｆ、のバイパスフ
ィルタ２０．検波回路２１．閾値定電圧回路２２及びコ
ンパレータ２５より構成されたｆ、高域回路２３では検
出されなくなるため、この回路の出力が１から０へと変
化する。この変化をラッチ回路５４を径て立下り時トリ
ガパルス発生回路２６に印加するとトリガパルスが発生
する。このパルスをＯＲ回路１７を通じて一つはラッチ
回路５５．５４に印加してラッチし以後トリガパルスの
発生を防止し、一つは後へリコイド位置記録回路１９へ
印加してヘリコイド位置検出回路２８からの出力である
ヘリコイド位置几を記録し、残り１つは制御切替回路３
２へ印加して制御をヘリコイド移動回路３０による単な
るヘリコイド移動制御からヘリコイド設定回路２９によ
るヘリコイドの合焦点位置への設定制御に切替える。

このとき、平均化回路２７には前へリコイド位置記録回
路１６及び後へリコイド位置記録回路１８の出力である
ヘリコイド位置ル及びルが入力されている。同平均化回
路ではこの２つのへリコイド位置ル及びルの平均値であ
る合焦点位置Ｈを出力し、ヘリコイド設定回路２９に印
加する。ヘリコイド設定回路２９は印加されたヘリコイ
ド位置Ｈと、ヘリコイド位置検出回路２８からの出力を
比較しつつモータ７を回転させヘリコイドをヘリコイド
位置Ｈに移動後モータを停止させるこのように影像信号
中の高域成分の最高周波数が低い場合には周波数ｆ、の
バイパスフィルタを通った信号によって検出したヘリコ
イド位置几及び）ＬＫよってヘリコイドを合焦点位置Ｈ
に移動させる自動合焦動作を行な５゜ 以上の動作から分るように立下り時トリガパルスは合焦
点位置Ｈな検出した信号であり、このパルスが発生した
なら直ちにヘリコイドを合焦点に持って行く動作に移り
合焦動作を終了する。

以上のように本発明による方式では、第１に周波数の閾
値を設けそれ以上の高域成分の有無だけＫよって合焦度
合を判断するために絵柄の複雑さなどの変化に関係なく
合焦動作を行なうことができ従来ダイナミックレンジ不
足で起きていた動作不良をなくすことができる。第２Ｖ
Ｃへリコイド移動に伴って閾値周波数以上の高周波成分
の有無の検出によってヘリコイドの合焦点位置を見い出
した後直ちにヘリコイドの至近から　方向への移動を打
ち切り合焦位置にヘリコイドを移動するため、合焦点付
近での小きざみなレンズ振動がなくなり、合焦時間の短
縮及び駆動部分の摩耗の軽減を実現できる。第３に閾値
周波数を複数波（実施例においては周波数ｆ、及びｆ、
０２波）設けるととｋより被写体自身の持つ空間周波数
の高低によらずより正確な合焦点位置を決定することが
可能となる。

もちろん閾値周波数を１波のみでも合焦動作は可能であ
る。

なお合焦点を探すためスタートボタンを押した後へリコ
イドを至近位置から開方向へ移動させたが、これはＮ位
置から至近方向へ移動させてもかまわない。ただＮ位置
から至近方向では背ｊＫピントが合ってしまう可能性が
高いため至近位置から開方向へ移動する方が望ましい。

もちろん、ｆ、高域成分検出回路およびｆ、高域成分検
出回路の出力がＯから１に変化しないと　　　□きはブ
レなどを起こしている場合であるからその警告等を出力
することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の自動焦点合わせ装置の構成を示すブロッ
ク図、第２図は第１図の構成の動作を示す特性図、第３
図は従来の自動焦点合わせ装置の問題点を示す特性図、
第４図は本発明による自動焦点合わせ装置の要点を説明
するための特性図、第５図は本発明による自動焦点合わ
せ装置の構成を示すブロック図、第６図は第５図の構成
の動作を説明、するための特性図、第７図は第５図の構
成の動作を説明するための特性図である。 １；レンズ　　　２：光電変換回路 ７：レンズ駆動用モータ １２：ｆ、高域検出回路 １３：立上り時トリガパルス発生回路 １４：立下り時トリガパルス発生回路 １６：前へリコイド位置記録回路 １Ｂ＝後へリコイド位置記録回路 ２３　：　ｆ、高域検出回路 ２５：立上り時トリガパルス発生回路 ２６：立下り時トリガパルス発生回路 ２７：平均化回路 ２８：ヘリコイド位置検出回路 ２９：ヘリコイド位置設定回路 ３０：へリコイド移動回路 ３２：制御切替回路 代理人弁理士　薄　１）利　幸 第１圓 オ？ｎ 第３呂 オ　４　膓 オ　５　ｌ オ　　　乙　　レコ ７皮形国

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｔ　レンズと撮像回路がら成るビデオカメラにおいて、
   前記撮像回路から出力される撮像信号中における設定し
   た第１の周波数より高い高域周波゛数成分の有無を検出
   する第１の手段と、レンズの距離環を駆動するモータと
   、前記距離環の位置を検出する第２の手段を具備し、先
   ずモータにより距離環をＮ端あるいは至近端へと移動し
   、次にモータにより距離環を至近端あるいは開端方向へ
   と移動しながら第１の手段の第１の周波数より高い高域
   周波数成分が撮像信号中に存在する距離環の領域を第２
   の手段により検出し、しかる後に距離環を検出した領域
   の略中央へと移動し、停止することを特徴とする自動合
   焦装置。