JPS6097782A - ビデオカメラの自動焦点調整装置 - 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】 本発明はビデオカメラ等の自動焦点調整装置に関する。

ビデオカメラの自動焦点調整方式として、超音波の反射
時間、赤外線による三角測量、ＣＣＤによる三角測量、
像の位相ズレの検出方法（ＴＣＬ方式）がある。

ビデオカメラには高解像度撮像管または撮像板というセ
ンサが内蔵されているので、このセンサをＡＦ（自動焦
点調節）のセンサに利用することができる。

このセンサをＡＦ（自動焦点調節）のセンサに利用する
と、例えばＴＣＬ方式と比較すれば、附属光学系（ビー
ムスプリンク、結像用レンズ）が不用になり、小型化が
できる。

また撮像管（板）の解像が高いので細かい被写体パター
ンとか白黒ハイコントラスｌ−の段差型チャート、白地
に黒−直線などのパターンの合焦が可能である。

このようなビデオカメラの特徴を利用した自動焦点合せ
装置として、ビデオ信号の高周波成分を検出し、画面の
精細度に対応する焦点電圧に変換し、この焦点電圧が最
大値になるようレンズの距離環（へりコイド）を回転制
御する、いわゆる“山登り制御”が知られている。この
方式はＮＨＫ技術研究報告、昭和４０年、第１７巻、第
１号１通巻第８６号Ｐ２１〜　に石田他著「山登りサー
ボ方式によるテレビカメラの自動焦点調整」として詳細
に述べられている。

この方式は、ビデオ信号を用いて焦点合セ動作を行うた
めに、独立の測定機構で測距した結果でヘリコイド位置
を制御する方式に比べて措造が簡単であるという利点が
ある。

本発明の目的は前述の原理を基として、特にビデオ信号
の処理方法に改良を加えた自動焦点調整装置を提供する
ことにある。

前記目的を達成するために、本発明による自動焦点調整
装置は、ビデオカメラの焦点調節が最も良く行われたと
きに、ビデオ信号に含まれる高い周波数成分が多くなる
ことを利用して焦点調節を行うビデオカメラの自動焦点
調整装置において、基準となる高次の周波数の正弦波信
号を発生する基準信号発生回路と、ビデオ信号と基準信
号との積をめるアナログ乗算回路と、前記アナログ乗算
回路の出力電圧を電流に変換する変換回路と、前記電流
を積分する積分回路と、前記積分回路の出力をディジタ
ル量に変換するＡ／Ｄ回路と、前記Ａ／Ｄ回路出力を順
次比較して最も大きい値が得られる方向にレンズ駆動を
制御する制御回路から構成されている。

以下、図面等を参照して本発明をさらに詳しく説明する
。

第１図は本発明による自動焦点調整装置の実施例を示す
ブロック図であって、主としてビデオカメラ用ＡＦシス
テムの構成部分を示しである。

まずこのシステムの基本構成を説明する。

ビデオレンズｌによって撮像＠２の光電変換面に形成さ
れた被写体像はビデオ信号として取り出される。

またば撮像板２から出力されるビデオ信号は映像増幅回
路３により増幅される。

Ｖｓ（基準となる高周波の正弦波形）信号発生回路１０
は前記映像増幅回路３により増幅されたビデオ信号の同
期パルス（５ＲＨ＊消去時間、垂直同期信号、水平同期
信号を含む）を基準として、基準となる高周波の正弦波
形の発生のタイミングを制御する。

アナログ乗算回路４は、ビデオ信号とＶｓ他信号の積を
めるアナログ乗算回路である。

電圧電流変換回路５はアナログ乗算回路４の出力電圧を
電流に変換する。アナログ積分回路６により、前記電圧
電流変換回路５の出力電流が積分される。

アナログ積分回路６の出力電圧はＡ／Ｄ変換のためにサ
ンプリング回路７により、一定期間保持さる。

直並列変換回路１１はＶＳ発生回路１０におけるＶＳの
発生するタイミング時間をコントロールする回路である
。

マイクロコンピュータ９ばΔ／Ｄコンバータ８のディジ
タル出力を演算処理し自動焦点調節のためのデータをモ
ータ駆動回路１４等に出力する。

レンズｌはモータ駆動回路１４により駆動されるモータ
１３により駆動される。

モータ１３の回転量つまりモータ１３の移動量はフォト
カプラ１２を持つエンコーダにより、レンズの移動情報
としてマイクロコンピュータ９に人力される。

撮像レンズ１が任意の位置にある状態において撮像板２
から生ずるビデオ信号は映像増幅回路３で増幅される。

いまテレビ画面上で第２図に示す画像が生成されたとし
、一つの水平走査線に着目する。

この水平走査線に相当するビデオ信号を第３図に示す。

良く知られているように、レンズ１のピントが最も合っ
た状態において、その波形に含まれる周波数成分の高い
所の周波数が一番多く含まれることになる。

画面上の視界のａの部分の走査線上のビデオ信号を抽出
し、そのビデオ信号の高周波成分を取り出す方法につい
て以下に詳しく説明する。

フーリエ変換の手法を用いて、いま水平走査期間のビデ
オ信号を原穫数（（ｔ）（０≦ｔ≦口口として水平走査
期間をｆ　（ｔ）の１周期と考えるとｆ　（ｔ）におけ
るｎ次の高周波成分はσｎ−１／ｌｉｔ　・ｆ、’　ｆ
　（ｔ）　・ｓｉｎ　（ｎωｆ）　ｄｔ・・・（１１ で表すことができる。

そこで、ｎ次のフーリエ係数が時機刻刻とめられ、この
値が最大値になるように常にモータを制御すれば、レン
ズの焦点調整することができる。

一般的に言って、高速のＡ／Ｄコンバータでディジタル
変換し、そのディジタルデータのＦ　Ｆ　Ｔ変換をＣＰ
Ｕにより行い、フーリエ係数をめることができる。しか
し高速のＡ／Ｄコンバータは現時点では高価である。

そこで本発明では、比較的安価で構成できるアナログ回
路を用いてフーリエ係数をめることにした。

前記＋１１式で示すフーリエ係数をめる回路は第１図に
示す乗算回路４と電圧電流回路５．積分回路６で構成さ
れる。この演算においてビデオ信号Ｖｉは（１１式で示
すｆ　（ｔ）に相当する。

Ｖｉ＝ｆ　（ｔ） 一方■Ｓ発生回路から出力される電圧ＶｓはＶｉの信号
の周期ｔ　ＩＩ　＝　６３．５　ｐ　ｓ　（ｆ　ｏ　＝
　１５．７３ｋＨｚ）に対して高次（ｎ次）の正弦波形
である。

乗算回路４の入力にＶｉ、Ｖｓが加わるとある時刻ｔに
おけるその出力は Ｖｏｕｔ　＝に１ｘＶ　ｉ　ＸＶｓ −ｋｌ　ｘｆ　（ｔ）　・ｓｉｎ　（ｎωｔ）　−（２
１で示される。

このＶｏｕｔは電圧電流変換回路によって電流ｉに変換
される。

ｉ　＝　ｋ　２　Ｖ　ｏｕｔ　＝１３１この電流が積分
回路６に蓄積される。

いま水平走査期間の最初部分をｔ＝０．−水平走査の終
りの部分をｔ＝ｔＨとずれば、１＝０で積分回路６のコ
ンデンサＣの両端子電圧が０ボルトに初期化されている
とすれば、 （２１，＋３１式から ＝　ｆ”　ｋｌに２　Ｖ　ｉ　Ｖ　ｓ　ｄｔ＝Ｊｏｋｔ
　ｋ２・ｆ　（ｔ）　・ｓｉｎ　（ｎωｆ）　ｄｔ・・
・（４） ”ｋ＋　ｋ２１　ｆ　（’１　“ｓｉｎ　（ｎωｆ）　
ｄｔ・・・（５） （５）式は１１１式で示すフーリエ係数σｎに対して比
例した関係が成立する。

このＶｃの電圧はサンプルホールド回路７で、サンプリ
ングされ、その出力電圧はＡ／Ｄ変換中、一定に保持さ
れる。

Ａ／Ｄコンバータ８によってディジタル量に変換された
データは、ＣＰｔＪ９によって読み取られ、メモリに記
憶される。

このディジタル量は＋１）で示す高次のフーリエ係数に
比例しているので、ビデオ信号の高周波成分に対応して
いるわけである。

よって、レンズの合焦点をめるためのモータ制御は、ま
ず一定量決めた方向にレンズを繰り出し、その時点のビ
デオ信号から前述のディジタルＤ（ｔ）を記憶する。次
に再び同じ方向にレンズを繰り出し、再度ビデオ信号か
ら前述のディジクルＤ　（ｔ＋１）をめる。

もし、Ｄ　（ｔ＋１）＞Ｄ　（ｔ） ならばさらに同じ方向にレンズを繰り出す。

再度ディジタル１ｐ（ｔ＋２）をめ、 Ｄ　（ｔ＋２）＞Ｄ　（ｔ＋１） ならば同じ方向にレンズを繰り出す。

もし、Ｄ　（ｔ＋２）＜Ｉ）（ｔ＋１）ならばレンズの
繰り出し方向を逆向にする。その結果ディジタルＤ（ｔ
＋３）をめて過去のデータと比較する。

この操作を繰り返すことによってディジタル量が常に最
大値に収斂するようにＣＰＵ９が判断し、モータ１３の
回転方向を制御する。

常に、ビデオ信号の高周波成分、すなわちフーリエ係数
を最大に保持するようにレンズの繰り出しを制御するこ
とによって焦点合致を行うわけである。

ビデオ画面上で中央部にコントラストのない特殊画面で
、焦点合致が不可能な場合、画面上でコントラストのあ
る部分をめて回路が作動して、コントラストのある部分
が見つかれば、その点の最高コントラストになるようレ
ンズ制御を行い、焦点合致を行う。

この場合当然、ＣＰＵ９には画面上でコントラスト部分
をサーチする手順（順序）はプログラム化されている。

中央部でコントラストがない場合、ＣＰＵ９から直列デ
ータにＶｓ発生のタイミングデータの直並列変換回路１
１を加える。この回路１１はＶｓ発生回路１０に対して
、走査線の何本口に対してＶｓ倍信号発生するかのタイ
ミングデータを並列信号でＶｓ発生回路１０に印加する
。このデータによってＶｓ発生回路１０は走査線の何本
口にＶｓを発生するかを決める。

Ｖｓ発生回路ＩＯは、同時に水平帰線期間に積分回路６
のコンデンサの両端をトランジスタで短絡し、充電電圧
を０にセットする。

以上説明したように、本発明による自動焦点調節装置は
、ビデオ信号の高周波成分を検出する方法としてアナロ
グ乗算回路４と電圧電流変換５とアナログ積分回路６で
構成することによってビデオ信号の高周波信号のフーリ
エ係数を簡単にめることができる。

従来のＦＦＴ計算によれば、演算時間が長くなり実用的
でない。

また、本発明ではすでにアナログ処理されたものを水平
期間中にＡ／Ｄ変換すれば良いので、Ａ／Ｄコンバータ
の変換速度はあまり蓮りなくても良い。

したがって、比較的遅い安価な１．Ｃ，で実現可能であ
り、装置を安価に構成できる。

ビデオ信号をＡ／Ｄ変換する場合、ディジタル化量子化
による誤差が生ずるがアナログ回路の場合時間軸上の量
子化誤差は少ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による自動焦点調整装置の実施例を示す
ブロック図である。 第２図は画面上の走査線を示す略図である。 第３図は水平走査線とビデオ信号の関係を示すグラフで
ある。 １・・・撮影レンズ ２・・・撮像板 ３・・・映像増幅器 ４・・・乗算回路 ５・・・電圧電流変換回路 ６・・・積分回路 ７・・・サンプルホールド回路 ８・・・Ａ／Ｄコンバータ ９・・・ＣＰＵ ｌｏ・・・Ｖｓ発生回路 １１・・・直列変換回路 １２・・・ホトカブラ １３・・・モータ １４・・・モータ駆動回路 特許出願人　京セラ株式会社 代理人　弁理士　井　ノ　ロ　壽

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１ビデオカメラの焦点回部が最も良く行われたとき
   に、ビデオ信号に含まれる高い周波数成分が多くなるこ
   とを利用して焦点調節を行うビデオカメラの自動焦点調
   整装置において、基準となる高次の周波数の正弦波信号
   を発生ずる基準信号発生回路と、ビデオ信号と基準信号
   との積をめるアナログ乗算回路と、前記アナログ乗算回
   路の出力電圧を電流に変換する変換回路と、前記電流を
   積分する積分回路と、前記積分回路の出力をディジタル
   量に変換するＡ／Ｄ回路と、前記Ａ／Ｄ回路出力を順次
   比較して最も大きい値が得られる方向にレンズ駆動を制
   御する制御゛回路から構成したビデオカメラの自動焦点
   調整装置。 （２）　ビデオカメラの焦点調節が最も良く行われたと
   きに、ビデオ信号に含まれる高い周波数成分が多くなる
   ことを利用して焦点調節を行うビデオカメラの自動焦点
   調整装置において、基準となる高次の周波数の正弦波信
   号を発生する基準信号発生回路と、前記基準信号発生回
   路の基準信号の発生時点を前記ビデオ信号に含まれる同
   期信号に基づいて画面上の特定の領域に対応するように
   発生させるタイミングデータの直並列変換回路と、ビデ
   オ信号と基準信号との積をめるアナログ乗算回路と、前
   記アナログ乗算回路の出力電圧を電流に変換する変換回
   路と、前記電流を積分する積分回路と、前記積分回路の
   出力をディジタル量に変換するＡ／Ｄ回路と、前記Ａ／
   Ｄ回路出力を順次比較して最も大きい値が得られる方向
   にレンズ駆動を制御する制御回路から構成したビデオカ
   メラの自動焦点調整装置。