JPS60142677A - 自動焦点整合装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明はテレビジョンカメラにおける自動焦点整合装置
に関する。

従来例の構成とその問題点 近年テレビジョンカメラにおいては自動焦点機能が操作
性の向上をはかる上で重要視されている。

従来技術として、撮像素子より得た信号をバンドパスフ
ィルタを通すことにより高周波成分を検出し、この検出
信号の例えば１フイールド又は１フレーム内でのピーク
値が最大に彦るように、レンズの焦点整合装置を駆動す
る方式がある。

まず、従来技術について、第１図を用いて説明する。１
は焦点整合装置付レンズで、１２のモータでこの装置を
駆動する。２は被写体の光学情報を電気信号に変換する
撮像素子、３は撮像素子２の出力信号を増幅するプリア
ンプ、４はガンマ補正、ブランキング処理、同期信号の
加算等を行うプロセス回路で、前記電気信号をテレビジ
ョン信号に変換する。６は同期信号発生器で同期信号。

ブランキング信号、垂直駆動信号、水平駆動信号等を発
生する。５は撮像素子の走査用駆動回路である。７は映
像信号の高周波成分を取り出す第１のバンドパスフィル
タ（ＢＰＦ）、１０はレンズ１のフォーカスを周期的に
微変化させるだめの基準周波数発生回路で、モータ駆動
回路１１．モータ１２によって、レンズ１の焦点整合装
置を微動させて、目に検知できない程度にフォーカスを
微変化される。その結果、第１のＢＰＦ７の出力は基準
周波数の周期で微変化している。基準周波数成分検出回
路８でＢＰＦ了の出力の基準周波数成成のみを検出する
。この信号と基準周波数発生回路１ｏの基準周波数の信
号とを位相比較回路９で位相差を検出し、この位相差出
力信号によりＢＰＦ７の出力信号の振幅が最大に々る様
に帰還閉ループを構成する。

次にモータ１２の駆動方向について第２図で説明する。

被写体がＤｌ　の距離のとき、焦点整合装置を近距離ま
で変化させたときのＢＰＦ７のピーク出力特性を第２図
に示している。Ｄｌ　より近臣６＜−膳 離に調整されているとき、モータ１２による焦点整合装
置の微変化をａｌ　とするとピーク出力の変化はｂｌ　
に々る。この信号を位相比較してその出力信号Ｂ１　で
焦合整合装置を０１　の矢印の方に動かす。また、Ｄｌ
　より遠距離に調整されていたとき、焦点整合装置の変
化を８２のようにするとＢＰＦ７のピーク出力信号はｂ
２のように変化するので、位相比較出力Ｂ２は前記より
逆極性になり、焦点整合装置はＣ２の矢印の方向に移動
し、その結果ＢＰＦ７のピーク出力信号が最大になるＤ
ｌ　の点で安定する。この様にレンズ系も帰還ループ内
に入っているので、焦点の合致精度は非常に高いが、被
写体１での距離とレンズの焦点整合装置での距離がずれ
ると、ＢＰＦ了の出力が非常に小さくなり、雑音の方が
大きくなるので誤動作する。つ壕り、レンズ絞りが開放
の様に被写界深度が浅い場合は合焦引込範囲が極めて狭
いという欠点を有する。

この欠点を改善する為に、バンドパスフィルタとして複
数個のＢＰＦを用い、最も中心周波数の６　＋１．− 高い第１のＢＰＦのピーク出力があるレベル以上の時に
帰還閉ループを構成し、前記第１のＢＰＦのピーク出力
が規定レベル以下の時はよシ中心周波数の低い第２以下
のＢＰＦの出力からの基準周波数威容を位相比較し、こ
の比較出力の平均値の正負２値判別により、前ビン（前
方向にぼけた状態）、後ビン状態（後方向にぼけだ状態
）を判別して前記第１のＢＰＦのピーク出力が規定レベ
ル以上になるまでレンズを移動せしめる方式が提案され
ている（特願昭５８−８４３０号）。

第３図はその概要を示したもので、レンズ位置の合焦点
からのずれに対する第１のＢＰＦ、及び第２のＢＰＦの
ピーク出力レベルを示したもので各々ｓ１゜Ｓ２がそれ
に対応する。第１のＥＰＦの中心周波数は通常６００曲
〜２ＡＩ１１の範囲内に、第２のＢＰＦの中心周波数は
６０〜６００　ｋＨｚの範囲内に信号ＳＮ比、要求され
る合焦性能を考慮して選定する。

さて、前記の様に第１のＢＰＦの出力だけを用い又と、
制御感度が高いので合焦精度は高いが合焦引込み範囲は
狭い。一方、より中心周波数の低７パ−ジ゛ い第２のＢＰＦの出力だけを利用すると、合焦引込み範
囲は広いが制御感度が低く、特に合焦点りの前後ではピ
ーク出力信号レベルＳ２の傾きが著しく小さくなシ合焦
精度や安定性に欠ける。

そこで判別規定レベルＶｒｅｆを設定し、第１のＢＰＦ
のピーク出力Ｓ１　がこのＶｒｅｆ以上の時のみ前記第
２のＥＰＦの出力を用いての帰還閉ループを構成し、前
記Ｖｒｅｆ未滴の時は第２のＢＰＦの出力を用いて前ビ
ン状態（合焦点より前方向にボケた状態）か後ビン状態
（合焦点より後方向にボケだ状態）かの２値判別を行っ
てホールドし、第１のＢＰＦのピーク出力＄１　が規定
レベルＶ　ｒ　ｅ　ｆ以上になるまでレンズを開ループ
で移動させる構成とする。この構成をとることで、合焦
精度や安定性は第１のＢＰＦの出力を用いて閉ループを
形成するが故に確保され、また合焦引込み範囲は第２の
ＥＰＦの出力を用いるがゆえに広くなり、かつこの時は
開ループ制御となるので高速にレンズを移動させること
が可能となる。

第４図はその一実施例を示したもので、図において１〜
１２は従来例の第１図に示す要素と同一であり、同一機
能については同一番号を付している。１３け第１のＢＰ
Ｆ７より中心周波数の低い第２のＢＰＦ、１４は第１の
ＢＰＦのある期間内（例えば１フイールド又は１フレ一
ム期間内）におけるピーク出力が規定レベルＶｒｅｆ以
上の時、出力が「１」、未満の時「０」となるレベル検
出回路、１５．１８Ｆｉレベル検出回路出力が「１」の
時にａ側に倒れるアナログスイッチ、１６はローバスフ
イＡｌ（ＬＰＦ）、１７は士ＶＭｆｘる２値出力を発生
、ホールドする正負２値判別回路を示す。

以下、図と共にその動作を説明する。今大きくボケた状
態で、第１のＢＰＦ７のピーク出力レベル（高域周波数
成分）が規定レベルＶｒｅｆより潰蒔、レベル検出回路
１４の出力はｒＯＪとなり、アナログスイッチ１５．１
８はｒｂＪ側にオンとなる。

従って、第２のＢＰＦｌ　３の出力（低域周波数成分）
が基準周波数成分検出回路８に入力され、抽出された基
準周波数の成分は基準周波数信号源１゜１Ｈ−８ の基準信号と位相比較される。この比較出力はＬＰＦ１
６で平均化され、前ピンならば正、後ピンならば負とい
った逆極性のＤＣオフセットを発生する。このＤＣオフ
セット−は２値判別回路１７で２値に判別され、例えば
前ピンならば＋７Ｍ（Ｖ）、後ピンならば−ｖＭ〔■〕
なる電圧を発生し、ホールドし、アナログスイッチ１８
．モータ駆動回路１１を経てモータ１２を駆動せしめ、
レンズを合焦方向に移動させる。合焦点に近づき第１の
ＢＰＦ７のピーク出力が規定レベルＶ　ｒ　ｅ　ｆ以上
になるとレベル検出回路出力は「１」となり、アナログ
スイッチ１６．１８は「ａ」側にオンとなる。従って、
この時第１のＢＰＦの出力を用いて、従来例第１図と同
様の閉ループを形成するために合焦点にて安定する。

この閉ループモードと方向判別モードの２つのモードを
゛組合わせる事により、合焦引込性能は大幅に改善され
る。しかしながら被写界深度が浅い場合や、被写体のコ
ントラスト比の小さい場合あるいは細い線が１本の様に
中域周波数成分の少な１０ページ い被写体の場合などは前記中域周波数成分の検出できる
範囲も狭くなり、この範囲外のレンズ位置では自動焦点
整合装置は誤動作する。

発明の目的 本発明は、前記のような誤動作を防止し、レンズ位置の
全範囲に渡って安定ガ動作をする自動焦点整合装置を提
供するものである。

発明の構成 本発明は、映像信号中の高域周波数成分および中域周波
数成分のレベル判別により、高域周波数成分から得られ
る基準周波数成分を用いて合焦動作を行う閉ループモー
ドと、中域周波数成分から得られる基準周波数成分を用
いて合焦方向を判別し、レンズを移動せしめる方向判別
モードと、単にレンズを近距離側又は遠距離側に移動せ
しめるサーチモードの３つの状態を遷移する自動焦点整
合装置であって、この３つのモードを遷移する事により
レンズ位置の全範囲に渡って合焦動作を行うことができ
るものである。

実施例の説明 １１べ一−ミ゛ 第６図（−）は本発明の一実施例におけるモード遷移を
説明するためのもので、従来例第３図と同様に、Ｓｌ　
はＢＰＦｌを通過した高域周波数成分の１フイールド又
は１フレーム毎のピーク出力の、Ｓ２はＢＰＦ２を通過
した中域周波数成分のピーク出力のそれぞれレンズ位置
に対する変化を示しており、判別規定レベルＶｒｅｆ　
１　、　Ｖｒｅｆ　２を設定し、Ｓｌ、Ｓ２のレベル判
別により各モードに遷移する様子を示している。同図（
ｂ）はそれを簡単なフローチャートで示しだものである
。つまり高域周波数成分Ｓ１〉ｖｒｅｆ１０時は閉ルー
プモードに、Ｓ、（ＶｒｅｆｌでＳ　２〉Ｖ　ｒ　ｅ　
ｆ　２　の時には方向判別モードに、Ｓ　１（Ｖ　ｒ　
ｅ　ｆ　１かツＳ２〈■ｒｅｆ２〕時にサーチモードに
遷移する。特に前記サーチモードにおいては次の２つの
機能を有する。一つはレンズ移動方向の初期設定値が合
焦方向とは限らすいので逆方向のレンズ端寸で行った時
には移動方向を反転させる機能であり、２つ目はレンズ
近距離端から遠距離端１での全範囲で高域・中域周波数
成分が規定しレベル以下の時は、コントラストのない被
写体（例えば白一色）であるからレンズ移動を中止して
例えば真中付近のレンズ位置など適当な位置で停止させ
ると共に、停止状態において高域・中域周波数成分が規
定レベル以上になればそれに応じて他のモードに遷移し
たり、また、レンズの絞り値やズーム死滅いは映像信号
の輝度レベルなどが変化した時には被写体が変化したと
見なして再びレンズ移動を開始する、と云った機能であ
る。

第６図に上記機能を含むサーチモードのフローチャート
の一例を示す。第６図を簡単に説明すると、まずサーチ
モードに入るとレンズ移動を開始する。移動中に高域・
中域周波数成分Ｓ１．Ｓ２が規定レベル以上に々れば他
モードにジャンプし、規定レベル未満のままでレンズ端
に達しだ時は、■　レンズ端が１回目であればレンズ移
動方向を反転して、もう一方のレンズ端に達するまで前
記Ｓ１．Ｓ２の検出を行う。■　レンズ端が２回目であ
れば移動方向を反転し、レンズ中央付近でレンズ移動を
停止する。停止後前記Ｓ　、Ｓ　の検出を　２ １３　く− 常時性ない、規定レベル以上になれば他モードにジャン
プする。また同時にレンズのズーム状態・絞り状態・映
像信号の輝度レベルを常時検出し、どれか一つに変化が
生じた時は停止状態を解除し、再びレンズ移動を開始す
る。サーチモードのこの様な機能により、閉ループ・方
向判別・サーチの３つのモードを有する自動焦点整合装
置はより実用的で誤動作のないものとなる。なお上記に
おいてモータ移動の停止は２回目のレンズ端検出時に行
っているが、実際には３〜４回が好ましい場合もある。

第７図に本発明による閉ループ・方向判別・サーチの３
モードを有した自動焦点整合装置の一実施例を示す。図
において、１．　７．　９〜１３、及び１６．１７は第
４図と同一要素であり、同一番号を付している。また第
４図における２〜６の要素は記入を省略している。

１９はマイクロコンピュータなどを用いたコントロール
回路、２０はモータ駆動入力を切り換えるアナログスイ
ッチ、２１．２２は１フイールド１４　＜−を 又は１フレ一ム間の高域・中域周波数成分を検波するピ
ーク検波回路、２３は映像信号の直流成分からの輝度レ
ベルを検波する輝度検波回路、２４は検波回路２１．２
２の出力を切換えるアナログスイッチ、２６はＡＤコン
バータ、２６はＡＤコンバータ入力を切換えるアナログ
スイッチ、２７はレンズ位置で近距離側端・遠距離側端
・中央で各々オンとなるレンズ位置スイッチ、■Ｚはレ
ンズのズーム位置に対応して発生する電圧、ｖＦはレン
ズの絞り状態に対応して発生する電圧である。

以下図と共に説明する。

高域・中域周波数成分の検波回路２１．２２の出力は１
フイールド又は１フレーム毎に常時モニターする必要が
ある為、垂直ブランキング期間などを利用してアナログ
スイッチ２６で順次セレクトされ、Ａ／Ｄ２５で変換後
コントロール回路１９に入力される。従って高域・中域
周波数成分が規定レベル以上か否かの判断つまりはどの
モードに遷移するかはコントロール回路１９内で行なわ
れる。

１６、− まず閉ループモードの時コントロール回路１９はアナロ
グスイッチ２４を高域検波回路２１側（Ｓｌ）に、アナ
ログスイッチ２０を位置比較出力ＬＯＯＰ側に切換える
。これにより閉ループが構成される。

次に方向判別モードの時はアナログスイッチ２４を中域
検波回路２２側（Ｓ２）に切換え、アナログスイッチ２
ｏを一時ｏ〔ｖ〕側に切換レンズモータ１２を停止状態
にする。そしてＬＰＦｌｅの出力が安定した後の２値判
別回路１７の出力で合焦方向を検出し、これに応じてア
ナログスイッチ２０を＋■ＭＣｖ〕、−ｖＭ〔■〕のい
ずれかに切換えレンズを合焦方向に移動せしめる。

サーチモードにおいては、 （１）アナログスイッチ２ｏは初期値（例えば近距離方
向で＋ＶＭＣＶ：］）にセットされレンズ移動を開始す
る。この時レンズ位置スイッチ２７の状態も常時モニタ
され、高域・中域検波出力Ｓ１．Ｓ２が共に規定レベル
未満のままで近距離側端スイッチ２７−Ｎがオンになる
とアナログスイッチ２゜は逆方向（遠距離方向で−ｖＭ
〔■〕）にセットさ特開昭ＧＯ−１４２Ｇ７７（５） れレンズ移動方向が反転する。

（２）反転後更に高域・中域検波出力ｓ１．ｓ２が規定
レベル未満のまま遠距離側端スイッチ２７−Ｆがオンに
なるとアナログスイッチ２ｏは再び逆方向（近距離方向
で＋Ｖ、［：Ｖ））にセットされレンズ移動方向が反転
される。そしてレンズ中央位置スイッチ２７−Ｍがオン
になるとアナログスイッ−Ｆ−２０はｏ〔ｖ〕にセット
されレンズを停止させる。

（３）、レンズ移動停止と共にレンズ位置スイッチ２７
のモニターを中止し、代わりに輝度検波回路２３の出力
、レンズズーム電圧Ｖ　、レンズ絞り電圧■、がモニタ
ーされる。この状態で前記３つのモニタレベルの内一つ
でも変化があるとレンズ停止状態を脱し、前記（１）の
状態に戻る。これによっていつまでもレンズが停止の１
まと云った誤動作がなくなる。

なお上記説明において高域・中域検波出力Ｓ　・Ｓ　が
規定レベル以上の時は各々閉ループモード・方向判別モ
ードにジャンプすることは云うまでもない。

１７・　。

発明の効果 以上の様に本発明によれば、高域周波数成分が規定レベ
ル以上の時に合焦閉ループを構成する閉ループモード、
中域周波数成分のみが規定レベル以上の時合焦方向の判
別を行い合焦方向にレンズを移動せしめる方向判別モー
ド、前記画周波数成分が規定レベル未満の時レンズ位置
全範囲に渡ってレンズを移動せしめるサーチモードの３
つのモードを遷移するため、全範囲に渡る合焦動作を有
する自動焦点整合装置が実現出来、その効果は大なるも
のがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の自動焦点整合装置の構成を示すブロック
図、第２図はその動作を説明するためのＢＰＦ出力レベ
ルーレンズ位置特性図、第４図は同従来の自動焦点整合
装置の構成を示すブロック図、第６図ａ、ｂはそれぞれ
本発明の一実施例におけるモード遷移を説明するための
ＢＰＦ出カレ１８／、−１７ ペルーレンズ位置特性図及びフローチャート、第６図は
同実施例におけるサーチモードの動作を説明するだめの
フローチャート、第７図は同実施例における自動焦点整
合装置の構成を示すブロック図である。 １・・・・・・レンズ、２・川・・撮像素子、１２・川
・・レンズモータ、１１・・印・モータ駆動回路、７・
・・・・・高域用ＢＰＦ、１３・・・・・・中域用ＢＰ
Ｆ、１０・・・・・・基準周波数信号源、９・・・・・
・位相比較器、１９・・・・−・コントロール回路、２
７・・・・・・レンズ位置の端・中央検出スイッチ群。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名第　
１　図 第２図 第３図 方向判別範囲　りσ−ズド　方向刊別範固ルヅ範囲 箔４図 第５図　（１）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）被写体と撮像素子受光面までの光路長を基準周波
   数で変化させ、前記撮像素子より得られる映像信号の高
   周波数成分から基準周波数成分を検出し、これを原基単
   周波数と比較した出力により、前記高周波数成分のレベ
   ルが最大になる様に、レンズモータを駆動する手段を備
   え、前記映像信号から得られる高域周波数成分および中
   域周波数成分のレベル判別によシ、高域周波数成分から
   得られる基準周波数成分を用いて合焦動作を行う閉ルー
   プモードと、中域周波数成分から得られる基準周波数成
   分を用いて合焦方向を判別し、レンズを移動せしめる方
   向判別モードと、単にレンズを近距離側又は遠距離側に
   移動せしめるサーチモードの３つの状態を遷移する事を
   特徴とする自動焦点整合装置。
2. （２）高域周波数成分が規定レベル以上の時にルー２　
   ＜− プモードに、高域周波数成分が規定レベル未満でかつ中
   域周波数成分が規定レベル以上の時方向判別モードに、
   前記両成分共に規定レベル未満の時サーチモードに遷移
   する事を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の自動焦
   点整合装置。
3. （３）サーチモードにおいて、規定レベル以上の高域ま
   たは中域周波数成分が検出されないままレンズ近距離端
   又は遠距離端までレンズが移動した事を検出した時はレ
   ンズ移動方向を反転させる事を特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の自動焦点整合装置。
4. （４）サーチモードにおいて、レンズ端をＮ回（Ｎ：２
   以上の整数）検出した時はレンズを遠距離端と近臣ｉの
   任意の位置に移動して停止せしめ、停止後規定レベル以
   上の高域捷たけ中域周波数成分が検出されれば閉ループ
   モードまたは方向判別モードに遷移し、レンズ絞り値、
   レンズズーム比。 映像信号輝度レベルのいずれかが変化すればレンズ移動
   を開始する事を特徴とする特許請求の範囲第３項記載の
   自動焦点整合装置。 ３　＼−