JPS63203069A - 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、撮像素
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、本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
合せられる等優れた点が多い。しかも、オートフォーカ
ス用の特別なセンサも不必要で機構的にも極めて簡単で
ある。

従来、とのオートフォーカスの方法の一例が、“ＮＨＫ
技術報告゛Ｓ４０、第１７巻、第１号、適者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
ラの自動焦点調整」として述べられている、いわゆる出
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
入力きれる。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（ＶＤ）、水平同
期信号（）ＩＤ）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（５５
〉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）から出力される焦点評価値は、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フ制御回路（９）に入力される。

フォーカスモーフ制御回路（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、フォーカスモーフ〈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、評価値は減少傾向にあるから、フォーカ
スモーフ（３）は逆転する。このフォーカスモーフ（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、ピントがボケたままで停止す
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。現在ブ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、このために撮影画面の画角が変化する。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電源とする場合が多く
、常時フォーカスモーフ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
タを回転き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点を極大点として、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されている
。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　５／２５５）にて、レンズ停止中に評価値
がしきい値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
も以下に述べる従来の山登りサー水制御と共通な欠点が
存在する。

つまり撮像しようとする目的の被写体に合焦している時
に、ビデオカメラとその被写体との間を他の物体が横切
った場合等には、横切った物体にもピントを合わせよう
としてレンズが変位し、目的の被写体がぼけたり、画角
が変動して見苦しい画面となった。この−例を第４図及
び第５図を参照しながら説明すると、第４図でビデオカ
メラ（Ｃａ）は目的の被写体（Ｘ）を撮影中であり、ピ
ントが合っている時に、他の被写体（Ｑ）がカメラの前
を矢印の如く通過すると、被写体（Ｐ）の全部又は一部
が遮蔽されて、被写体（Ｑ）に合焦させる様に山登り動
作が再開きれてレンズが動き出す。ところが被写体（Ｑ
）に合焦するまでに若干時間を要するため、レンズの移
動が完了する前に被写体（Ｑ）が通過し終えてしまう。

その結果、通過中では被写体（Ｐ）からピントが外れ、
被写体（Ｑ）にもピントが合いきれず、通過完了直後に
は被写体（Ｐ）が非合焦状態で映っているという見苦し
い画面が現出する。

そこで従来は、合焦状態からピントがずれた場合には、
常に一定時間（例えば被写体（Ｑ）が通過し蔽えるのに
要すると予想される時間）、レンズの駆動を禁止すると
いう方法も提案されている。

しかし、この方法はでは第５図の様に目的の被写体（Ｐ
）自体が矢印の如くカメラに接近してきた場合等には、
ピントがずれたと判断してから、常に一定の遅れ時間を
もってレンズの駆動が開始されるために、応答の悪いオ
ートフォーカス動作となる。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 前述の如く、従来技術によると、目的の被写体に合焦中
に、カメラの前を撮影を所望しない別の物体が横切ると
、新たな山登り動作が起動されてレンズが変位し、見苦
しい画面が生じ、これを防止しようとすると、徐々に接
近したり、遠のいたりする被写体に対するピントの追従
性が悪くなった。

（ニ）　　問題点を解決するための手段本発明は、山登
り動作を行って、焦点評価値の極大点を示すレンズ位置
にレンズを停止するフォーカス制御手段を有して、レン
ズ停止時の焦点評価値を被写体変化検出のための基準値
として記憶し、この基準値と現在の評価値を比較し、評
価値が急激にレベル降下する場合にフォーカス制御手段
による制御を禁止し、所定期間にわたってレベル降下が
継続きれる場合に、フォーカス制御手段による制御を再
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、評価値の変化が瞬時
的な場合にはオートフォーカス動作は再開されず、評価
値のレベル降下がゆるやかな場合には素早くオートフォ
ーカス動作が為され、更にレベル降下が長時間にわたる
場合には所定時間後にオートフォーカス動作が再開され
る。

（へ）実施例 以下、図面に従い本発明の一実施例について説明する。

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）に入力される
。焦点評価値発生回路（５）は前述の第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。

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、フォーカスモータ制御回路（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
諮れている初期評価値を比較し、その大ノドを出力する
。

フォーカスモータ制御回路（１４）は、第２比較器（１
３）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犬であるという出力が為きれた場
合には、そのままの回転方向を保持し、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フ（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
防止するために、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大・／Ｊ％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（ｌＯ）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値メモリ（１０）の内容に比べて大
きい、同じまたは僅かに小さい、充分小きいの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（Ｓｌ）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さ
れる。

（１５）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（１
２）の出力（Ｓｌ）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きれる
。

フォーカスモーフ制御回路（１４）は、第２比較器（１
３）出力に基いて決定された方向にフォーカスモーフ（
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防止するために、第１
比較器（１２）出力にて現在の評価値が最大評価値より
充分に小言いと指示されると同時にフォーカスモーフ（
３）は逆転される。この逆転後、モータ位置メモリ（１
４）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（１６）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フ〈３）を停止キ仕る様にフォ
ーカスモーフ制御回路〈１４）は機能する。同時にフォ
ーカスモーフ制御回路（１４）はレンズ停止信号（ＬＳ
）を出力する。

以上で一連のオートフォーカス動作が完了する。

この後、被写体の変化に追従するために、後述の第３メ
モリ（１７）からＯＲ回路（２５）にて構成される被写
体変化検出回路〈５０）にて被写体の変化が検出され、
被写体の変化が確認きれたならば、新たなオートフォー
カス動作を起動する。

以下、第１図、第７図乃至第９図を参照にして、被写体
変化検出回路の動作について説明する。

まず、一連のオート・フォーカス動作の完了に伴って、
フォーカスモーフ制御回路（１４）からＬＳ信号が発せ
られると、これを受けてこの時点での焦点評価値が第３
メモリ（１７）に基準値として保持される。

後段の第３及び第４比較器（１８）（１９）は、この第
３メモリ（１７）に保持きれた値と、その後刻々と変化
する評価値を比較する。ここで第３比較器（１８〉は後
述の第１・第２モノマルチ（２０＞（２１）及び第１Ａ
Ｎ’Ｄ回路（２２）と共に第１検知回路（６０）を構成
し、第３メモリ（１７）の内容に対して相対的な閾値（
Ａ）〈第３メモリ（１７）の内容の２５％）を持ち、第
３メモリ（１７）の内容と現在の評価値の差が、閾値（
Ａ）を越えるとＨレベルの出力信号を発する。また、第
４比較器（１９）は後述の遅延回路り２３〉及び第２Ａ
ＮＤ回路（２４）と共に、第２検知回路（６１）を構成
し、第３メモリ（１７）の内容に対して相対的な閾値（
Ａ）と別の閾値（Ｂ）（第３メモリ（１７）の内容の７
５％〉を有しており、第３メモリ（１７）の内容と現在
の評価値の差が、閾値（Ａ）以上で閾値（Ｂ）以下の時
にＨレベルの出力信号を発する。

（２０）は準安定期間が（Ｔ２）の第１モノマルチであ
り、第３比較器（１８）出力の立上りに同期して出力す
る。（２１）は第１モノマルチ（２０）出力の立下りに
同期して出力を発する第２モノマルチである。

（２３〉は遅延回路であり、第４比較器（１９）出力を
時間（Ｔ１）だけ遅延させる。ここで時間（Ｔ１）は第
４図の別の被写体（Ｑ）がオートフォーカスエリアに入
り終るのに要すると予想される時間であり、時間（Ｔ２
）は別の被写体（Ｑ）がオートフォーカスエリアを通過
し終えると予想きれる時間として設定きれている（具体
的には例えばＴ１＝０．１ｓｅｃＸＴ２−０．５ｓｅｃ
）。第２モノマルチ（２１）出力は第３比較器（１８）
出力と共にＡＮＤ回路（２２）に入力され、遅延回路（
２３）出力は第４比較器（１９）出力と共にＡＮＤ回路
（２４）に入力きれ、更にＡＮＤ回路（２２）（２４）
の両川力はＯＲ回路（２５）の２人力となっている。Ｏ
Ｒ回１ｇ（２５）出力は被写体変化検出信号としてフォ
ーカスモーフ制御回路（１４）に供給される。

次に上述の被写体変化検出回路（５０）の動作について
、第７図乃至第９図を参照に説明する。第７図乃至第９
図に示される波形図は、夫々第４図乃至第６区に示され
た状況に対応する。即ち、第７図は第４図の如く目的の
被写体（Ｐ）を撮影中に他の物体（Ｑ）がカメラ（Ｃａ
）の前を横切った場合（第１の場合）を示し、第８図は
第５図の如く目的の被写体がカメラに接近してきた場合
（第２の場合）を示し、第９図は第６図の如く目的の被
写体を撮影中に他の物体が入ってきて止った場合〈第３
の場合）を示す。第７図乃至第９図において、（ａ）は
目的の被写体に合焦しているレンズ位置に、レンズを固
定した場合の焦点評価値の時間変化の様子を示し、縦軸
に焦点評価値、横軸に時間が示されている。尚、点線（
５１）（５２）は夫々前述の閾値（Ａ）（Ｂ）を示して
いる。また、（ｂ）は第４比較器（１９）の出力を、（
ｃ）は第３比較器（１８）の出力を、（ｄ）は遅延回路
（２３）の出力を、（ｅ）は第２モノマルデ（２１）の
出力を、（ｆ）はＡＮＤ回路（２２）の出力を、（ｇ）
はＡＮＤ回路（２４）の出力を、（ｈ）はＯＲ回路（２
５）の出力を夫々示す。

前述の第１の場合には、第７図の如く焦点評価値は一旦
閾値（Ｂ）を下回るまで低下するが、時間（Ｔ２）まで
に回復する。また、他の物体がカメラの前を横切って評
価値が下がり切るのが極めて速いため、第４比較器（１
９）の出力（ｂ）のパルス幅は時間（Ｔ１）より短く、
第２ＡＮＤ回路（２４）の出力（ｇ）にはＨレベルの信
号は出力されない。また他の物体の通過は時間（Ｔ２）
内で完了するため、第ＬＡＮＤ回路（２２）出力もＬレ
ベルが維持され、ＯＲ回路（２５〉の出力（ｈ）に相当
する被写体変化検出信号もＬレベルとなる。即ち、被写
体が変化したとけ認識されないことになり、フォーカス
モーフ制御回路（１４）がオートフォーカス動作を再開
することはない。

次に第２の場合、即ち目的の被写体が徐々にカメラに接
近してくる場合には、第８図の如く焦点評価値は比較的
緩やかな変化を示し、第４比較器（１９）の出力（ｂ）
のパルス幅も時間（Ｔ１）を越える。

そこで、第２ＡＮＤ回路（２４）の出力（ｇ）は出力（
ｂ）の立上りから時間（Ｔ１）だけ遅れてＨレベルとな
り、更に時間（Ｔ２）後に第１ＡＮＤ回路（２２）の出
力（ｆ）もＨレベルとなるが、この出力（ｆ）に先行す
る出力（ｇ）がＯＲ回路（２５）を経て被写体変化検出
信号としてフォーカスモーフ制御回路（１４）に供□給
される。フォーカスモーフ制御回路（１４）は、これを
受けて初期値メモリ（１１）・最大値メモリ（１０）の
内容をクリアして一連のオートフォーカス動作を再開す
る。従って、出力（ｆ）より先に出力（ｈ）にて素早く
被写体の変化が確認できるので、追従性のよいオートフ
ォーカス動作が実現される。

第３の場合、即ち他の物体がカメラの前に入って来て止
った場合には評価値の落ち込みが急激であり、第４比較
器（１９）の出力（ｂ）のパルス幅は時間（Ｔ１）より
短いため、第２ＡＮＤ回路〈２４）出力はＬレベルを維
持する。一方、第３比較器（１８）の出力（ｃ）は出力
（ｂ）の立上りに同期して以後Ｈレベルを維持するため
、第ＬＡＮＤ回路（２２）の出力＜ｒ＞は出力（Ｃ）の
立上りから時間（Ｔ２）後にＨレベルとなり、ＯＲ回路
（２５）を経て、これが被写体変化検出信号としてフォ
ーカスモーフ制御回１（１４）に供給きれ、オートフォ
ーカス動作を再開する。

従って、′この第３の場合には、他の物体がカメラの前
に入って来てから、時間（Ｔ２〉という比較的長い時間
の遅れの後に、オートフォーカス動作を再開することに
なるが、急激に被写体までの距離が大きく変った場合に
フォーカスモーフ（３）が駆動を始めてから合焦するま
でに、２ｓｅｃ程度の時間を要し、時間（Ｔ２）（例え
ば０．５ｓｅｃ）程度の時間遅れは問題にならない。

尚、本実施例の動作はマイクロプロセッサとソフトウェ
アで実現でき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、応答の遅れが目たつ、徐々
に近づいたり遠のいたりする被写体に対しては、応答を
遅らせることなく、またカメラの前を横切るような被写
体に対しては不要なオートフォーカス動作を禁止せしめ
、安定性に優れ実用性の高いオートフォーカス動作を実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第４図乃至第９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図はカメラの前を物体が
横切る説明図、第５図は被写体が接近する説明図、第６
図は物体がフォーカスエリアに入ってくる説明図、第７
図、第８図、第９図は夫々第４図、第５図、第６図に対
応するタイミングチャート、第２図、第３図は従来例の
回路ブロック図である。 （１）・・・レンズ、（５）・・・焦点評価値発生回路
（焦点評価値検出手段〉、（１４）・・・フォーカスモ
ーフ制御回路（フォーカス制御手段）、（１７）・・・
第３メモリ（記憶手段）、（５０）・・・被写体変化検
出回路、（６０）・・・第１検知回路、（６１〉・・・
第２検知回路。

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出力する焦点評価値検出手段と、 レンズを変位せしめて焦点評価値が最大となる位置にて
   停止せしめるフォーカス制御手段と、前記レンズの停止
   時の焦点評価値を基準値として保持する記憶手段と、 現在の焦点評価値が前記基準値に対して所定レベルまで
   第１期間内に低下したことを検知する第１検知手段と、
   現在の焦点評価値の前記所定レベルまでのレベル降下が
   前記第１期間よりも長い第２期間にわたって継続したこ
   とを検知する第２検知手段とを有する被写体変化検出手
   段とから成り、 前記両検知手段による検知出力に基いて前記フォーカス
   制御手段による制御を再開することを特徴とするオート
   フォーカス回路。