JPS63125910A - オ−トフオ−カス回路 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、撮像素子から得られる映像信号を基に、焦点
の自動整合を行うビデオカメラのオートフォーカス回路
に関する。

（ロ）　従来の技術 ビデオカメラのオートフォーカス装置において、ｐＩＩ
ｋ像素子からの映像信号自体を焦点制御状態の評価に用
いる方法は、木質的にパララックスが存在せず、また被
写界深度の浅い場合や遠方の被写体に対しても、正確に
焦点が合せられる等値れた点が多い、しかも、オートフ
ォーカス用の特別なセンサも不必要でｍ構的にも極めて
簡単である。

従来、このオートフォーカスの方法の一例カ、“ＮＨＫ
技術報告”３４０、第１７巻、第１号、通巻８６号２１
ページに石田他著１山登りサーボ方式によるテレビカメ
ラの自動焦点ＦＪ４　ｔ　Ｊとして述べられている、い
わゆる山登りサーボ制御が知られている。この山登りサ
ーボ制御について第２図を参考に説明する。

レンズ（１）によって結像した画像は、撮像回路（４）
によって映像信号となり、焦点評価値発生回路（５）に
入力される。焦点評価値発生回路（５）の構成は、例え
ば第３図に示す様に構成される。映像信号より同期分離
回路（５ａ）によって分離された垂直同期信号（ＶＤ）
水平同期信号（ＨＤ）はサンプリングエリアを設定する
ためにゲート制御回路（５ｂ）に入力される。ゲート制
御回路（５ｂ）では、垂直同期信号（ＶＯ）、水平同期
信号（ＨＤ）及び固定の発振器出力に基づいて、画面中
央部分に長方形のサンプリングエリアを設定し、このサ
ンプリングエリアの範囲のみの輝度信号の通過を許容す
るゲート開閉信号をゲート回路（５ｃ）に供給する。

ゲート回路（５ｃ）によってサンプリングエリアの範囲
内に対応する輝度信号のみが、Ｈ，Ｐ、Ｆ（５ｄ）を通
過して高域成分のみが分離され、次段の検波回路〈５ｅ
）で振幅検波される。この検波出力は積分回路（５ｆ）
でフィールド毎に積分されて、Ａ／Ｄ変換回路（５ｇ）
にてディジタル値に変換されて現フィールドの焦点評価
値が得られる。前述の如く構成された焦点評価値発生回
路（５）から出力きれる焦点評価値は、まず第１メモリ
（６〉に蓄えられ、次の焦点評価値が入力されると、第
２メモリ（７）に転送される。即ち、第１メモリ（６〉
には最新の評価値が、第２メモリ（７）には１フイール
ド前の評価値が常に更新されて蓄えられる。この２つの
メモリの内容は比較器（８）にて比較され、この比較出
力はフォーカスモータ制御回路（９）に入力される。

フ嗜−力スモーク制御回路（９）では、比較器（８）出
力によって、第１メモリの評価値〉第２メモリの評価値
の場合には、フォーカスモータ（３）の現在の回転方向
を維持し、第１メモリの評価値く第２メモリの評価値の
場合には、評価値は現象傾向にあるから、フォーカスモ
ータ（３）は逆転する。このフォーカスモータ（３）の
動きによりレンズ（１）を支持するフォーカスリング（
２）は常に焦点評価値を大きくする方向に動きつづけて
合焦し、合焦した後は、評価値の極大点付近で振動する
。この方式では、焦点評価値の傾斜がある限り、被写体
が変っても常に焦点評価値を大きくする方向にレンズ（
１）を動かすために、ピントがポケたままで停止する様
なこともなく追従できる。

しかし、この方式には、レンズを常に動かし続けること
による大きな欠点が存在する。

この欠点の１つは、合焦してもレンズが停止しないため
に、静止物に合焦した後も、撮影画面が常に揺れ続ける
ことである。現在テレビカメラに用いられるレンズは、
フォーカスリングを回転せしめることによって焦点距離
が変り、このために撮影画像の画角が変化する。このた
めに、合焦した後もフォーカスリングが振動しつづける
この方式では、画面に映る被写体がある周期で大きくな
ったり小さくなったりして非常に見づらい画面となる。

２つ目の欠点は、消費電力である。現在家庭用ビデオカ
メラはその可搬性のために電池を１１にとする場合が多
く、常時フォーカスモータを駆動せしめて正転←逆転を
繰り返している時には、突入電流のために一定方向にモ
ータを回転させる場合以上に電力を消費し、撮影可能時
間は短くなる。

他にも常にフォーカスリングを回転させるためにギアの
摩耗等の問題が生じる。

これらの欠点を改善するために、実開昭６０−１３５７
１２号公報＜ＧＯ２Ｂ　　７／１１）に見られる様に、
フォーカスリングを一方向に駆動して評価値が増加方向
から減少方向に転じる照査極大点として、この点にフォ
ーカスリングを戻して停止させる方式が提案きれている
。しかし、ビデオカメラの場合、刻々と変化する被写体
に対してピント位置を追従させる必要があり、一旦合焦
位置にレンズを停止させた後も被写体距離が変化した場
合には、レンズの山登り動作を再開する必要がある。

このため本出願人は、先に特願昭６０−２５２５４５号
（ＨＯ４Ｎ　５／２２５）にて、レンズ停止中に評価値
がしきい舶以上変化した場合には、被写体が変化したと
判断して山登り動作を再開することで、刻々と変化する
被写体に追従する方法を提案した。しかし、この方法に
も以下に述べる２つの欠点が存在する。

その１つは山登り動作中に被写体が激しく動いたりした
場合には、実際にレンズは合焦点に向って動いている途
中であるにもかかわらず、焦点評価値が減少傾向となり
、そこでレンズは停止し、その時点以後、被写体が静止
すれば焦点評価値は変化しないために山登り動作は再開
されず、レンズはピントボケの位置で停止しつづける。

２つ目の欠点は、追従性を向上するために山登り動作を
再開するためのしきい値を小さくする必要があるが、こ
の場合、被写体に合焦していても、被写体の僅かな動き
で山登り動作が再開してしまいレンズが動いて見にくい
画面となる。そこでこのしきい値を大きく設定すれば前
述の誤動作が生じて停止しつづける確立が大きくなる。

そこで、特開昭６０−８６９７２号公報（ＨＯ２Ｎ　５
／２３２）に開示きれる様に、映像信号中の特定高域周
波数成分の有無を検出する不合焦検出手段を設けて、不
合焦を検出した時に山登り動作を再開することで一ヒ記
の２つの欠点を解決しようとした技術が提案されている
。

しかし、特定高域周波数成分の有無で合焦か不合焦かを
正確に検出することは以下の理由により原理的に困難で
ある。１つは被写体自体が有する空間周波数成分の分布
が被写体によって実に多様であり、最適な合焦状態にお
いても特定な高域成分をほとんど含まない被写体や、最
適な合焦状態でなくとも充分な特定周波数成分を含むも
のが日常的に存在する。このため前者の様な被写体では
最適な合焦状態であっても不合焦と判定されてレンズが
停止せず、後者の様な被写体では、ある程度ボケた状態
でレンズが停止しても合焦と判定されてボケた状態が維
持される。

２つ目の理由は、雑音であり、特に暗い被写体を撮影す
る場合では、映像信号の低域に比べ高域でのＳ／Ｎ比が
悪くなり、高域の雑音成分が存在することで合焦と判断
してしまう場合があり、これを避けるために特定高域成
分有無のしきい値を大きくすると、合焦してもレンズが
停止しない被写体が多くなる。

（ハ）　発明が解決しようとする問題点前記従来技術に
よると、合焦していてもレンズが振動しつづけて画面が
見づらくなったり、この振動を防止することにより、ボ
ケたままで停止してしまう誤動作が生じた。

（ニ）　問題点を解決するための手段 本発明は、第１フォーカスモータ制御手段にて焦点評価
値が最大となる極大点にレンズを固定してフォーカスモ
ータを停止させ、第２フォーカスモータ制御手段にて再
びフォーカスモータを駆動し、レンズを微少変位せしめ
て、焦点評価値の傾斜の確認を間欠的に行い、焦点評価
値が常時極大点に位置する様にレンズの微調整を行い、
この補正量が所定値を越える時に第１フォーカスモータ
制御手段によって山登り動作を再開することを特徴とす
る。

（ホ）作用 本発明は上述の如く構成したので、合焦時にレンズの振
動がなく、またピントがボケたままで停止することがな
い、更に間欠的に頂点確認を行うことで被写体距離が変
化しても、ボケたままで停止することがなく、被写体変
化検出のしきい値が大きく設定され、不要なオートフォ
ーカス動作が阻止される。

（へ）実施例 以下、図面従い本発明の一実施例に一ついて説明する。

尚、従来例〈第２図及び第３図）と同一部分は同一符号
を付して説明を割愛する。

第１図は本実施例回路の回路ブロック図である。レンズ
（１）によって結像された画像は、ＣＣＤ（撮像素子）
を有する撮像回路（４）によって輝度信号となり、焦点
評価値発生回路（評価値検出手段）（５）に入力建れる
。焦点評価値発生回路（５）は訂述の第３図と同一構成
を有しており、１フイ一ルド分の焦点評価値が出力され
る。

（１６）はスイッチ回路（制御切換手段）であり、切換
制御回路（２３）により切換制御が為され、端子（１６
ａ）側に切換られている場合には、後述の第１フォーカ
スモータ制御回路（１５）出力にてフォーカスモータ（
３）が制御され、端子（１６ｂ）側に切換られている場
合には後述の第２フォーカスモーク制復回路（１７）出
力にて制御される。尚、オートフォーカス動作開始直後
は端子（１６ａ）側に切換っている。

オートフォーカス動作開始直後に、最初の焦点評価値は
最大値メモリ（１０）と初期値メモリ（１１）に保持さ
れる。その後、第１フォーカスモータ制御回路（第１フ
ォーカスモータ制御手段）（１５）は、フォーカスモー
タ（３）を予め決められた方向に回転せしめ第２比較器
（１３）出力を監視する。第２比較器（１３）は、フォ
ーカスモータ駆動後の焦点評価値と初期値メモリ（１１
）に保持されている初期評価値を比較し、その大小を出
力する。

第１フォーカスモータ制御回路（１５）は、第２比較器
（１３）出力が大または小という出力を発するまで最初
の方向にフォーカスモータ（３）を回転せしめ、現在の
評価値が初期評価値よりも大であるという出力が為され
た場合には、そのままの回転方向に保持し、現在の評価
値が初期評価値より小である場合にはフォーカスモータ
〈３）の回転方向を逆転して、次に第１比較器（１２）
の出力を監視する。尚、第２比較器（１３）は評価値の
雑音による誤動作を助出するために、初期評価値と現在
の焦点評価値の差が、しきい値を越えない間は犬・小の
出力を発せず同じであるという出力を発する様にしても
よい。

第１比較器〈１２）は最大値メモリ（１０）に保持され
ている今までで最大の評価値と現在の評価値を比較し、
現在の評価値が最大メモリ（１０）の内容に比べて大き
いく第１モード）、同じまたは僅かに小さい（第２モー
ド）、充分小さい（第３モード）の３通りの比較信号を
出力する。ここで最大値メモリ（１０）は、第１比較器
〈１２）出力に基いて、現在の評価値が最大値メモリ（
１０）の内容より大きい場合にその値が更新され、常に
現在までの評価値の最大値が保持きれる。

（１４）はレンズ（１）を支持するフォーカスリング（
２）の位置を指示するフォーカスリング位置信号を受け
て、フォーカスリング位置を記憶するモータ位置メモリ
であり、最大値メモリ（１０）と同様に第１比較器り１
２）の出力に基いて、最大評価値となった場合のフォー
カスリング位置を常時保持する様に更新される。

第１フォーカスモータ制御回路（１５）は、第２比較器
（１３）出力に基いて決定された方向にフォーカスモー
タ（３）を回転させながら、第１比較器（１２）出力を
監視し、評価値の雑音による誤動作を助出するために、
第１比較器（１２）出力にて現在の評価値が最大評価値
より充分に小さいという第３モード指示されると同時に
フォーカスモータ（３）は逆転される。この逆転後、モ
ータ位置メモリ（１４）の内容と、現在のフォーカスリ
ング位置信号とが第５比較器（３０）にて比較され、一
致した時、即ちフォーカスリング（２）が焦点評価値が
最大となる位置に戻った時にフォーカスモータ（３）を
停止きせる様に第１フォーカスモータ制御回路（１５）
は機能ｒる。同時に第１フォーカスモータ制御回路（１
５）はレンズ停止信号（ＬＳ）を出力する。

切換制御回路（２３）はこのレンズ停止信号（ＬＳ）を
受けてスイッチ回路（１６）を端子（１６ｂ）側に切換
えて、以後、ｖＪ２フォーカスモーク制御回路（１７）
出力にてフォーカスモータ（３）を制御する。

次に第２フォーカスモータ制御回路（第２フォーカスモ
ータ制御手段）（１７）による制御について説明する。

尚、この第２フォーカスモータ制御回路（１７）はマイ
クロコンピュータにて構成されているため、内部動作は
第４図のフローチャートに示す如くになる。

まずフォーカスモータ（３）の回転方向の初期化が為さ
れて、とりあえずフォーカスモータ（３）は予め設定さ
れている回転方向に回転し、その回転方向が内部に保持
される（手順（ａ））、その後、現在の焦点評価値を第
３メモリ（１９）に基準値として保持する（手順（ｂ）
）、そしてフォーカスモータ（３）を保持された方向に
微小量回転させる（手順（Ｃ））。この回転に伴ってレ
ンズ（１〉は微小量（ΔＴ）（△Ｔ：１単位とする）だ
け初期設定された方向に変位することになる。この変位
後、第３比較器（１８）にて現在の焦点評価値と第３メ
モリ（１９）に保持された基準値との比較が為され（手
順（ｄ））、現在の評価値の方が小さければ、現在内部
で保持されている微小変位方向とは逆に２単位変位され
る（手順（ｅ））、ここで再び第３比較器（１８）によ
り第３メモリ（１９）の基準値と現在の焦点評価値との
比較が為されく手順（ｒ））、現在の評価値の方が小さ
ければ、再び変位方向を逆転して１単位戻る様にフォー
カスモータく３）が回転する（手順（ｇ））。

つまり、この場合、第１フォーカスモータ制御回路（１
５）によるオートフォーカス動作にて停止されたレンズ
位置から、前後に画像に影響を与えない様に微小にレン
ズを変位させ、最初に停止していたレンズ位置での焦点
評価値が極大であることをＶｉ認して元の停止位置まで
レンズを戻して待機状態となる。

この時のフォーカスモータ（３）及びレンズ（１）の動
きを第５図及び第６図に示す。ここで第５図は縦軸に初
期化された回転方向を、横軸に時間をとる。また第６図
は縦軸に焦点評価値を、横軸にレンズ位置くレンズとＣ
ＣＤとの距離）をとる、尚、微小変位量（△Ｔ）は第１
フォーカスモータ制御回路（１５）によるレンズの変位
に比べ極めて微小であり、画像に影響を与えない程度の
ものである。

次に第１フォーカスモータ制御回路（１５）により停止
せしめられたレンズ位置が、極大点より僅かにずれてい
た場合について説明する。

第１フォーカスモータ制御回路（１５）によるレンズ停
止後、第２フォーカスモータ制御回路（１７〉は前述と
同様にフォーカスモータ（３）の回転方向の初期化を行
い、動かすべき方向を保持して第３メモリ（１９）の基
準値を更新し、フォーカスモータ（３）を保持方向に僅
かに回転せしめてレンズ（１）を１単位変位せしめ、現
在の焦点評価値と基準値との比較を行うが、第１フォー
カスモータ制御回路（１５）による停止点が焦点評価値
の極大点からずれているために停止点から正・負方向に
微小変位させた時の焦点評価値のいずれかが基準値より
も大きくなってしまう、そこで第４図の手順（ｄ）＜ｒ
）のいずれの比較結果が“ＮＯ゛′となり、手順（ｈ）
に移行する０手順（ｈ）の比較においてＹＥＳ″は後述
する様に停止点が極大点から大きくずれている場合に対
応するものであり、最初は′Ｎ０”を選択しくＡ）に戻
る。ここで停止点よりも評価値が大きくなった微小変位
点を基準として、この位置での焦点評価値を基準値とし
て第３メモリ（１９）の値を更新し、前述の動作を繰り
返す、この繰り返しにより第１フォーカスモータ制御回
路（１５）による停止点と焦点評価値の極大点とのずれ
が修正されることになる。この場合のフォーカスモータ
（３）及びレンズ（１）の動きを第７図乃至第１０図に
示す。

第７図及び第８図は初期化された方向で評価値が大きく
なった場合を示し、レンズ位置が２単位分ＣＣＤから離
れる（図では右方向に変位する）ことにより極大点に達
しており、５ＴＥＰ（３）〜（５）は第５図及び第６Ｉ
ｙＪの５ＴＥＰ（１）〜（３）と同一の動作となる。ま
た、第９図及び第１０図は初期化されたのとは逆方向で
評価値が大きくなった場合を示し、レンズ位置が２単位
分ＣＣＤに接近する（図では左方向に変位する）ことに
より極大点に達しており、５ＴＥＰ（４）〜く６）は第
５図及び第６図と逆極性ではあるが同一の動作である。

以上の如く、第２フォーカスモータ制御回路（１７）に
よってもレンズ（１〉は焦点評価値の極大点に達するが
、画面に影響を及ぼさない様に一回に微小の変位しかで
きないために、第１フォーカスモータ制御回路（１７）
による停止点が焦点評価値の極大点から大きくずれてい
る場合には、ずれの修正に時間がかかり、良好なオート
フォーカス動作は期待できなくなる。

そこで、手順（ｈ）にて極大点が停止点より所定量以上
ずれているか否かを判定する。即ち微小変位による修正
がＮ回以上為されたか否か、つまりＮ単位以上レンズ位
置が変位したか否かを判定する。従って、前述の様なレ
ンズ位置の微小な修正で、最初の停止点よりいずれの方
向にもＮ単位を越えない場合は、第４図（Ａ）に飛び、
現在のレンズ位置を評価値を基準としてピントの微調を
続ける。

しかし、手順（ｈ）の判断でレンズ（１）が最初の停止
点よりいずれかの方向にＮ単位以上動いている場合には
、第２フォーカスモータ制御回路（１７）は不合焦確認
信号を出力し、ＯＲ回路（２２）を通じて切換制御回路
（２３）に入力される。第１１図及び第１２図には最初
に停止点が極大点よりもレンズがＣＣＤに接近する方向
にＮ（例えばＮ−６）単位以上ずれている場合を示して
おり、ｖＪ４図の（Ａ）→手順（ｈ）のループを７回繰
り返した様子が示されている。

不合焦確認信号を受けて切換制御回路（２３）は、スイ
ッチ回路（１６）を再度端子（１６ａ）側に切換えて、
第２７す−カスモータ制御回路り１７）に代えて第１フ
ォーカスモータ制御回路（１５）出力によりフォーカス
モータ（３）の制御を為し、大きなレンズ変位によるす
ばやいオートフォーカス動作が為される。

（２０）は第１フォーカスモータ制御回路（１５）によ
るオートフォーカス動作が終了して、レンズ停止信号（
ＬＳ）が発せられると同時にその時点での焦点評価値が
保持される第４メモリであり、後段の第４比較器（２１
ンでこの第４メモリ（２０）の保持内容は現在の焦点評
価値と比較され、その差がしきい値より大きくなった場
合には、被写体が変化したとしてＯＲ回路（２２）に被
写体変化信号が出力される。

この信号はＯＲ回路（２２）を経て切換制御回路（２３
）に入力され、スイッチ回路（１６）を端子＜１６ａ）
側に切換え、第１オートフオーカス動作をやり直して被
写体の変化に追従する。

尚、第２フォーカスモータ制御回路（１７）によって、
第１フォーカスモータ制御回路（１５）による停と点が
極大点であると確認きれた場合には、第４比較器（２１
）によって被写体が変化したと判断されるまでフォーカ
スモータ（３）は停止しつづけるが、第４比較器（２１
）による比較結果にかかわらず、ある時間間隔で第２フ
ォーカスモータ制御回路（１７）による極大点の確認を
間欠的に繰り返し行うように為せば、一層確実性が増す
ことは言うまでもない。

前述の如く構成することにより、第１フォーカスモータ
制御回路（１５）によってすばやいオートフォーカス動
作を行ってレンズを停止し、被写体の激しい動き等によ
り合焦点でない位置でレンズが停止しても、第２フォー
カスモータ制御回路（１７）によってレンズ位置が微調
され、また大きくずれている場合には、再び第１フォー
カスモータ制御回路（１５〉によってすばやいオートフ
ォーカス動作が再開きれ、更に第４比較器（２１）によ
って被写体に変化があったと判断きれる場合にも、第１
フ１−力スモータ制御回路（１５）による制御のやり直
しが為される。また真の合焦点で停止している場合には
、レンズの動きは第２フォーカスモータ制御回路（１７
）による微小変位のみで画像への影響は極めて小さい、
尚、本実施例回路の動作はマイクロプロセッサによりソ
フトウェア的に容易に処理可能であることは言うまでも
ない。

（ト）発明の効果 上述の如く本発明によれば、２つの制御回路にてオート
フォーカス動作の粗調と微調が独立的に為されるため、
合焦位置近傍にて常にレンズを動がし続けることなく、
被写体の激しい動き等によるピントボケ位置での誤停止
が防止されると共に、被写体変化検出に伴うオートフォ
ーカス動作の粗調再開のしきい値が大きく設定でき、画
面に影響を及ぼす不要なオートフォーカス動作を最小限
に抑えることが可能となり極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第４図〜第１２図は本発明の一実施例に係り
、第１図は回路ブロック図、第４図はフローチャート、
第５図・第６図は合焦確認の動作説明図、第７図乃至第
１０図は停止点が極大点より僅かにずれている場合の説
明図、第１１図・第１２図は大きくずれている場合の説
明図である。また第２図及び第３図は従来例の回路ブロ
ック図である。 （１）・・・レンズ、（３）・・・フォーカスモータ、
（４＞・・・撮像回路、（５）・・・焦点評価値発生回
路（評価値検出手段）、（１５）・・・第１フォーカス
モータ制御回路（第１フォーカスモータ制御手段）、（
１６）・・・スイッチ回路（制御切換手段）、（１７）
・・・第２フォーカスモータ制御回路（第２フォーカス
モータ制御手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）撮像素子から得られる映像信号の高域成分レベル
   を焦点評価値として検出する評価値検出手段と、 前記焦点評価値が最大評価値となる位置にてレンズを一
   旦固定する様にフォーカスモータを停止せしめる第１フ
   ォーカスモータ制御手段と、前記第１フォーカスモータ
   制御手段にて前記フォーカスモータが停止状態となった
   後、前記フォーカスレンズを微少変動せしめて、前記焦
   点評価値の変化量を検出し、前記最大評価値とのずれを
   補正する第２フォーカスモータ制御手段と、前記第２フ
   ォーカスモータ制御手段による補正量が所定値を越える
   場合に、前記第１フォーカスモータ制御手段による制御
   を再開せしめる制御切換手段、 とからなるオートフォーカス回路。