JPS60143069A - 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 本発明はビデオカメラの撮像素子より得た信号の高域周
波数成分を検出し、その振幅が最大になる様にレンズの
焦点整合装置を駆動する自動焦点整合装置に関するもの
である。

従来例の構成とその問題点 近年、ビデオカメラはポータプルビデオテープレコーダ
と伴に急速に普及している。自動焦点整合装置はビデオ
カメラの取扱いを簡便にし一層の普及に貢献するもので
ある。

従来の自動焦点整合装置として、赤外線を被写体に向け
て発射し、被写体より反射した赤外線を受光し、　・ 字雫境ヰ；受光角度よシ被写体までの距離を測定し、前
記測定距離によりレンズの焦点整合装置を所定の位置へ
駆動する方式がある。前述した方式は応答速度が早いが
、被写体まで距離を正確に測定し、かつその測定結果で
レンズを確実に所定の位置まで駆動するには、レンズの
焦点整合装置の組立に高い精度が必要であった。また赤
外線を発射し被写体より反射したものを利用しているた
め、被写体重での距離に影響を受け、誤動作することが
あった。

焦点整合装置の組立精度を要求されず、前述した問題点
を解決するものとして、自動焦点整合装置のシステムが
レンズの焦点整合装置を含めてクローズトループを形成
しており、かつ被写体の距離に左右されないビデオカメ
ラの撮像素子より得られる映像信号そのものを利用する
方式がある。

すなわち、撮像素子の受光面に結像している被写体像を
周期的、光学的にポカし、前記ボケに対応した信号を検
出し、前記撮像素子より得た映像信号の高域周波数成分
の振幅が癌大になるように、レンズの焦点整合装置を駆
動するものである。　□以下に従来の前述したレンズの
焦点整合装置を含めてクローズトループを形成する自動
焦点整合装置について説明する。

第１図は従来の自動焦点整合装置のブロック図を示すも
のである。

第１図において、１は撮像素子２の撮像面上に被写体像
を結像するレンズ、２は撮像面上に結像された被写体の
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から得た電気信号を増幅する前置増幅器、４は前置増
幅器３の出力信号に処理を加えテレビジョン信号にする
プロセス回路である。６は各回路に同期信号、ブランキ
ング信号等を供給する同期信号発生器、６は撮像素子２
を駆動する撮像素子駆動回路である。７は前置増幅器３
の出力信号から高域周波数成分を検出する高域周波数成
分検出回路であり、例えば中心周波ｐ’　Ｉ　ＭＨｚの
バンドパスフィルタである。８は基準周波数を同期検波
回路１０とモータ駆動回路１１に供給する基準周波数発
生器、９は高域周波数成分検出回路７で得だ高域周波数
成分に含まれる基準周波数成分を検出する基準周波数成
分検出回路、１ｏは前記基準周波数成分を基準周波数で
同期検波し、前記同期検波出力でモータ駆動回路１１を
通してモータ１２を駆動する同期検波回路である。

以上のように構成された従来の自動焦点整合装置につい
て、以下その動作について説明する。

モータ１２はレンズ１の焦点整合装置を基準周波数で微
動させ、レンズのフォーカスを目に検知できない程度に
変化させている。この結果、高域周波数成分検出回路７
の出力信号はフォーカスの微変化に伴う、基準周波数の
変化成分を含んでいる。前記変化成分は基準周波数成分
検出回路９で検出され、同期検波回路１ｏで極性と振幅
を検出される。前記検出結果はモータ駆動回路１１に加
えられ、撮像素子２の出力信号の高域周波数成分の振幅
か最大に々る様にモータ１２を駆動する。

モータ１２の駆動方向を検出する原理について、第２図
を用いてもう少し詳細に説明する。縦軸ｄ。

撮像素子２の出力信号に含まれる高域周波数成分の振幅
で、横軸はレンズ１の焦点整合装置の位置であり、近は
近距離の被写体に合焦する位置、遠は遠距離の被写体に
合焦する位置である。いま、被写体が距離Ｄ１の所にあ
る場合を考えると、レンズ１の焦点整合装置が被写体ま
での距離Ｄ１に対応した位置にある時合焦し、高域周波
数成分の振幅は最大となる。焦点整合装置がその位置よ
り近距離の被写体に合焦する位置まだは遠距離の被写体
に合焦する位置にズしても、高域周波数成分の振幅は減
少する、一種の山形特性となり、第２図のようになる。

一方、ａｌ　ｅ　ａ２はモータ１２の基準周波数での微
変動による焦点整合装置の動きを示している。ａｌはレ
ンズ１の焦点整合装置が被写体の距離Ｄ１に対応した位
置より近距離側にあった場合のモータ１２の微変動であ
る。高域周波数成分は前記モータ１２の微変動に伴うフ
ォーカスの変化によりｂｌのような振幅変調を受ける。

またａ２はレンズ１の焦点整合装置が遠距離にあった場
合で、ｂ２はこの時受ける振幅変調を示している。この
ように、高域周波数成分はモータ１２の微変動によって
、基準周波数で振幅変調を受ける。前記振幅変調はｂｌ
、ｂ２から明らかなように、合焦位置より近距離側と遠
距離側で位相が１８０゜反転する。従って、ｂ、のよう
な振幅変調を受けだ高域周波数成分から基準周波数成分
を検出し、前記基準周波数成分を基準周波数で同期検波
した信号でモータ１２を矢印Ｃ１の方向に駆・動するな
ら、ｂ２の場合では矢印Ｃ２の方向に駆動するととにな
る。モータ１２は常に高域周波数成分が最大になる位置
へ駆動さＪ′１．、合焦状態を得られる。

このように本従来例の自動焦点整合装置は、レンズの焦
点整合装置を含めてクローズトループを形成でき、焦点
整合装置の組立精度をラフにてきるなど多くの特徴を有
している。

（７かしながら」二記のような構成では、モータのタイ
ムラグのため応答を速くできないという問題点を有して
いた。ず々わち、次のような理由によるものである。モ
ータはレンズを駆動するだめ、電気系の回路に比べ応答
が遅い。そこで、モータが駆動され焦点が合うまでの時
間を速くするには、７ステムのループゲインを高ぐする
必−要がある。

一方、モータはモータのもつイナーンヤーのだめ、例え
ば、合焦する位置より近距離側から合焦する方向へ駆動
した場合高域周波数成分が最大になる位置で停止できず
に、合焦する位置より遠距離側で停止する。モータは再
び合焦する方向へ駆動されるが、この時ループゲインが
高いとハンチング現象を起こし、システムの安定性が悪
くなる。ハンチング現象を防ぎ系の安定性を得るには、
システムのループゲインを低ぐしなければならず、焦点
が合う゛までの時間が遅くなると言うものである。

ビデオカメラは動く被写体を撮ることが多く、応答が遅
いことは主命的である。

発明の目的 本発明は上記従来の問題点を解消するものでシステムの
安定性を維持したｔ８″ｉ、速い応答をもつ自動焦点整
合装置を提供するこ吉を目的とする。

発明の構成 本発明は、撮像素子の出力信号に金型れる高域周波数成
分を検出し、前記高域周波数成分の振幅が最大になる様
にレンズの焦点整合装置を駆動するシステムにおいて、
レンズの焦点整合装置が撮像素子より得られる信号の高
域周波数成分が最大になる点を通過した際に、システム
のループゲインを減少させる自動焦点整合装置であり、
焦点整合装置が合焦位置を通過した際にシステムのルー
ズゲインを減少させることにょシ、速い応答速度を維持
したままシステムの安定性を向上させることのできるも
のである。

実施例の説明 第３図は本発明の第１の実施例における自動焦点整合装
置のブロック図を示すものである。

第３図において、１３は高域周波数成分検出回路７で得
た撮像素子２の出力信号の高域周波数成分を検波し直流
成分に変換する検波回路、１４は検波回路１３の出力信
号を一定期間ホールドするホールド回路である。１６は
検波回路１３の出力とホールド回路１４の出力を比較し
、その大小関係を出力する比較器である。１６は比較器
１５の出力に基づいて利得制御回路１７を制御する制御
回路、１７はシステムのループゲインを制御する基準周
波数成分検出回路９で検出した基準周波数成分の利得制
御回路である。

以上のように構成されたこの実施例の自動焦点整合装置
について、以下その動作を第２図を参照しながら説明す
る。

いま、被写体までの距離がＤｌで、焦点整合装置がａｌ
　の位置にあったとする。前述したようにモータ１２は
焦点整合装置を高域周波数成分が最大になる方向ｃ１へ
駆動する。この時、検波回路１３の出力は前記検波回路
出力を一定期間ホールドしたホールド回路１４の出力よ
りも大きくなる。

比較器１５はこの関係を出力し、制御回路１６はシステ
ムのループゲインが大きくなるように利得制御回路１７
を制御する。ところが焦点整合装置が高域周波数成分が
最大になる点を通過すると、検出回路１３の出力よりホ
ールド回路１４の出力が犬きくなり、比較器１６の出力
が変化する。制御回路１６は前記出力の変化を捕え、シ
ステムのループゲインが減少するように利得制御回路１
了を制御する。モータ１２はシステムのループゲインが
減少しているだめ、ハンチング現象を起こすことなく高
域周波数成分の振幅が最大になる点で安定する。この時
、システムのループゲインは減少しておりかつ検波回路
１３の出力とホールド回路１４の出力差は零である。こ
の状態から、ビデオカメラや被写体が移動すると再び検
波回路１３の出力とホールド回路１４の出力差が現われ
、比較器１６の出力が変化する。制御回路１６は前翫乙 変化を捕え、ルーズゲインが再び太きなるように利得制
御回路１７を制御する。従って、ループケインは焦点が
合うまでの間高くなっており、モータを合焦方向へ速い
応答で駆動するが、焦点整合装置が合焦位置を通過した
とたんループゲインは減少し、モータのイナーシャ−の
ためモータの停止１−が合焦位置を通過しても、ハンチ
ング現象を起こすことなく合焦位置で安定する。さらに
、ビデオカメラや被写体が移動すると再びループゲイン
が高くなり、速い応答を示し高い追従性をもっことにな
る。

以上の」：うにこの実施例によれば、高域周波数成分の
変化を検出して、焦点整合装置が合焦位置を通過した際
にループゲインを減少させることにより、系の安定性を
維持したま筐、焦点が合うまでループゲインを高くして
応答を格段に速くできかつビデオカメラや被写体が移動
すると再びルーズゲインが元の高い状態に々り応答の速
い状態にすることができる。

以下本発明の第２の実施例について、図１ｈ１を参照し
ながら説明する。

第４図は本発明の第２の実施例を示す自動焦点整合装置
のブロック図である。

同図において、１８は前置増幅器３の出力信号すなわち
映像信号を検波し直流成分に変換する検波回路、１９は
極性比較器２３の出力によって検波回路１８の出力をホ
ールドするホールド回路、２゜は検波回路１８とホール
ド回路１９の出力を比較し、その大小関係を出力する比
較器、２１は比較器２ｏの出力と極性比較器２３の出力
で利得制御回路１７を制御する制御回路である。２２は
同期検波回路１ｏの出力を一定則ホールドするホールド
回路、２３は同期検波回路１０の出力と前記同期検波出
力を一定期間ホールドしたホールド回路２２の出力の極
性を比較する極性比較器である一上記のように構成され
た第２の実施例の自動焦点整合装置について、以下その
動作を第２図を参照しながら説明する。

いま、被写体までの距離が１）１で、焦点整合装置が８
１の位置にあったとする。この時、ループゲインは応答
が早くなる様に高く設定されており、同期検波回路１０
はモータ１２を矢印ｃ１の方向に駆動する極性になって
いる。ところが、焦点整合装置が高域周波数成分が最大
になる点を通過すると同期検波回路出力の極性は反転す
る。この極性の反転をホールド回路２２と極性比較器２
３で検出し、ｆｌｔ制御回路２０を通してシステムのル
ープゲインが減少する様に利得制御回路１７を制御する
。同時に映像信号の検波出力をホールド回路１９でホー
ルドする。モータはループゲインが減少しているためハ
ンチング現象を起こすことなく、合焦位置で安定する。

一方、ビデオカメラや被写体が移動しない限り、検波回
路１８の出力とホールド回路１９の出力は同じである。

この状態からビデオカメラや被写体が移動すると、映像
信号が変化し検波回路１８とホールド回路１９の出力の
レベルが異なり比較器２０の出力が変化する。、制御回
路２１は前記変化を捕え、ルーズゲインが再び元の高い
状態になる様に利得制御回路１７を制御する。従って第
１の実施例と同じく、システムのループゲインは焦点が
合うまで高く速い応答を示し、焦点が合い焦点整合装置
がモータのイナーシャ−のため合焦位置を通過すると減
少し、システムを安定にする。さらにビデオカメラや被
写体の移動を検出し、ループゲインを再び高め速い応答
で追従する。

以上のように、この実施例によれば同期検波回路出力の
極性と映像信号の変化を検出して、焦点整合装置が合焦
位置を通過した際にループゲインを減少させることにな
り、システムの安定性を維持したままループゲインを高
くして応答を格段に速くでき、かつビデオカメラや被写
体が移動すると再びループゲインを元の高い応答の速い
状態になり、高い追従性を実現することができる。

なお、本発明はビデオカメラの撮像素子の出力信号に含
まれる高域周波数成分を検出し、前記高域周波数成分の
振幅が最大になる様にレンズの焦点整合装置を駆動する
システム全てに適用できるもので、高域周波数成分を検
出し、前記振幅が増加する方向に焦点整合装置を駆動す
るものであれば、振幅が最大になる点にモータを停める
ために、効果的である。また実際に使用した時に、合焦
位置付近でループゲインが減少してゆっくり合焦を得る
ほうが使用感がよい。

また、撮像面に結像した被写体像を周期的、光学的にボ
カす手段は本従来例や実施例で示したものに何ら拘束さ
れない。

壕だ、第１の実施例と第２の実施例を組み合わせて、他
の焦点整合装置が合焦位置を通過したこととビデオカメ
ラや被写体が移動したことを検出する組み合わせを実現
できることは言うまでもない。

首だ、利得制御回路１７は７ステムのループゲインを可
変するものであれは、どの位置、とんな構成であっても
よいことは言う壕でもない。

例えばモータの駆動信号を制御するものでよい。

まだ、第２の実施例では検波回路１８は撮像素子の出力
信号を検波して直流成分に変換するものであったが、高
域周波数成分検出回路９の出力信号を検波して直流成分
に変換するものであってもよいことは言うまでもない。

発明の効果 本発明の自動焦点整合装置は焦点整合装置が合焦する位
置を通過した際にシステムのループゲインを減少させる
ことにより、系の安定性を維持したまま応答速度−を飛
躍的に向上させるもので、その実用的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例における自動焦点整合装置のブロック図
、第２図はモータの駆動方向を検出する原理を説明する
だめの１図、第３図は本発明の第１の実施例おける自動
焦点整合装置のブロック図、第４図は本発明の第２の実
施例における自動焦点整合装置のブロック図である。 １・・・・・・レンズ、２・・・・・・撮像素子、７・
・・・・・高域周波数成分検出回路、９・・・・・・基
準周波数成分検出回路、１０・・・・・・同期検波回路
、１３・・・・・−検波回路、１４・・・・・・ホール
ド回路、１６・・・・・・比較器、１７・・・・・・利
得制御回路、２３・・・・・・極性比較器。 第１図 第　３　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｑ）撮像素子よシ得た映像信号から高域周波数成分を検
   出し、前記高域周波数成分の振幅が最大になる様にレン
   ズの焦点整合装置を駆動するよう構成し、レンズの焦点
   整合装置が高域周波数成分の振幅の最大になる点を通過
   した際、システムのループゲインを減少させることを特
   徴とする自動焦点整合装置。 （２）モーフの駆動速度を制御してループゲインを減少
   させること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）ループゲインを減少させた後、撮像している被写
   体像が変化したとき前記ループゲインを減少前のゲイン
   にすること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。