JPS63207278A - 自動焦点ビデオカメラ - 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
の自動調整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、木質的にバララックスが存在せず、また被写界深度
が浅い場合や遠方の被写体に対しても、精度よく焦点を
合わ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ｆｌ
Ｒ車である従来、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、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
テレビカメラの自励焦点調節」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
サーボ制御は常に映像信号の高域成分の量が最大になる
様に、レンズのフォーカスリングを回転するので、ピン
トがボケた状態でレンズが停止したままになる事が無く
、非常に追随性の良い方法である。

しかし、この方式には、レンズを常に動かし続ける事に
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事
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することによって焦点距離が変わり
、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続けるこの方式
では、画面に映る被写体がある周期で大きくなったり、
小きくなったりして非常に見づらい画面となる。

２つめの欠点は、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！洸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
が短くなる。

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。

出願人は特願昭６１−２７３２１２号（Ｈ０４Ｎ　Ｓ　
／２３２）において、これらの欠点を除去するための新
しいオートフォーカス回路方式を提案している。以下に
従来例としてその内容の骨子を述べる。尚、上記出願で
は合焦精度を向上させるために極めてキメ細かい制御法
が採用されているが、ここでは、本発明に関係のある部
分についてのみ説明するに留める。

第２図は上記出願に係るオートフォーカス回路のプロン
ク図である。

レンズ（１）によって結像した画像は、撮像素子を含む
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）
は、例えば第３図に示すように構成される。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）に入力き
れる。ゲート制御回路（５ｂ）では、垂直同期信号（Ｖ
Ｄ）、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、高域通過フィルター（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）でフィールド毎に精分
きれて、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ろ。前述の
ように構成された焦点評価値発生回路（５）は常時１フ
イ一ルド分の焦点評価値を出力する。

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（６）と初期値メモリ（７）に保持される
。その後、フォーカスモーフ制御回路（フォーカスモー
タ制ｍ手段）（１０）は、フォーカスモーフ（３）を予
め決められた方向に回転させ第２比較器（９〉出力を監
視する。第２比較器（９）は、フォーカスモーフ駆動後
の焦点評価値と初期値メモリ（７）に保持されている初
期値評価値を比較しその大小を出力する。

フォーカスモーフ制御回路（１０）は、第２比較器（９
）が大または小という出力を発するまで最初の方向にフ
ォーカスモーフ（３）を回転せしめ、現在の焦点評価値
が初期の評価値よりも、予め設定された変動幅よりも大
であるという出力がなされた場合には、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に比べて、上
記変動幅よりも小であるという出力がなされた場合には
フォーカスモーフ（３）の回転方向を逆にして、第１比
較器（８）の出力を監視する。

第１比較器（８）は最大値メモリ（６）に保持されてい
る今までの最大の焦点評価値と現在の評価値を比較し、
現在の焦点評価値が最大値メモリ（６）の内容に比べて
大きい（第１モード）、上記予め設定した第１の閾値以
上に減少したく第２モード、）の２通りの比較信号（５
１）（５２）を出力する。ここで最大値メモリ（６）は
、第１比較器（８）の出力（Ｓｌ）に基づいて、現在の
評価値が最大値メモリ（６）の内容よりも大きい場合に
はその値が更新され、常に現在までの評価値の最大値が
保持される。

（１３）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（６）と同様に第１比較器（８）
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ように更新される。

フォーカスモータ制御回路（１０〉は、第２比較器（９
）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（８）出力を盈視し、
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（８）出力にて現在の評価値が最大評価値に比して上
記予め設定された第１の閾値よりφさいという第２モー
ドが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（１３）の内容
と、現在のフォーカスリング位！信号とが第３比較器（
１４）にて比較され、一致したとき、即ちフォーカス１
１ング（２）が焦点評価値が最大となる位置に戻ったと
きにフォーカスモータ（３）を停止させるようにフォー
カスモータ制御回路（１０）は機能する。同時にフォー
カスモータ制御回路（１０）はレンズ停止信号（ＬＳ）
を出力する。

（１１）はフォーカスモータ制御回路（１０）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（１２）で
この第４メモリ（１１）の保持内容は現在の焦点評価値
と比較され、その値が再起動のだめの第２の閾値より大
きくなった場合には、被写体が変化したとしてフォーカ
スモータ制御回路（１０）に被写体変化信号が出力され
る。フォーカスモータ制御回路（１０）はこの信号を受
けると再びオートフォーカス動作をやり直して被写体の
変化に追随する。

この方法は極めて追随性が高く、合焦精度も高いのであ
るが、この追随性の良さが却って誤動作を招く場合があ
る。

一般にビデオカメラでは、映像信号の出力が大きすぎた
り、小さずぎたりする事がない様に、ある一定のレベル
に保持する対策が施されており、その１つが自動絞りで
ある０例えば第４ＱＫＩ（ａ）の様に被写体照度が急激
に増加したとすると、映像信号出力は同図（ｂ）の様に
ＥからＥ＋Ｅ’に急激に増大する。この映像信号出力の
増大により、オート・アイリス回路がｍき同図（Ｃ）の
様に、絞りがＡの値からＢの値へと絞り込まれる。

しかし、一般には絞りは機械力を利用したものであり、
そのレスポンスは非常にゆっくりしており、これを無理
に速くするとハンチング等の問題が生しるので、通常は
被写体照度が変化し出してからΔｔの時間遅れをもって
ゆっくり変化していく。これに伴い映像信号出力も同図
（ｂ）の様にゆっくり変化して、時間Ｔ後に上記に設定
されている信号出力レベルに復帰し、絞りも正しい値に
設定し直される事になる。（逆に被写体照度が急激に減
少した場合には、第５図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す
様にその特性が逆になる。） この間、焦点評価値は第６図■から■の様に急激に大き
くなり、やがて第４図（ｂ）の映像信号レベルの変化に
追随しながら■の所に戻ってくる。

この■と■のレベル差は、前記第１及び第２の閾値より
大きい事が通常であるため、前述の山登りサーボに誤動
作が発生する。即ち、第７図に示した様に、山登り動作
を行なっている途中のＡ点において、突然被写体照度が
増加したとすると、評価値はＡ′に増加し、Δｔの間レ
ンズは■の曲線に沿って駆動されて行き、絞りが絞られ
だすＢ′点で、評価値が元の■に戻ろうとして下がりだ
すため、前記フォーカスモータ制御回路（１０）がモー
タ（３）を逆転させ、レンズは例えば■′　カーブ上を
図の左方向へ動き出すが、評価値当然低下するため、再
び逆転して右方向に動き出す。評価値カーブは■から■
に向かって下がってくるので上述の動作が何回か繰り返
された後、■のＢ点で本来の合焦動作に戻る事になる。

逆に被写体照度が下がった場合には、第８図に示す様に
Ａ′点でモータが逆転されるが、左方に行くにつれて、
ますます評価値が低下するので再度逆転され、Δを後に
絞りが開きだし、■のカーブから離れて、図のＢ’−Ｂ
に沿って、合焦動作が行なわれ、時間Ｔ後にＢ点に達し
て、初めて本来の■カーブ上で正しい合焦動作が行なわ
れる。

以上の説明から合焦動作中には、何度かの誤動作を繰り
返しつつ、本来の正しい動作に戻る事がわかる。もっと
もこの状態では、画面はもともとピントがボウ°た状態
にあるので、画像を見る心理としては、合焦に時間がか
かる不快さだけで、通常大きな問題は発生しない。

一方、合焦に達してフォーカスモーフ制御回路〈１０〉
からレンズ停止信号（ＬＳ）が発せられた後に、被写体
照度が変化すると、非常に大きな誤動作を生じる。

例えば、第７図の様にカーブ■の点Ｐにおいて合焦して
いる時に、被写体照度がＰ′に変わると評価値が変化し
たためレンズが回転しだす、どちらに回転しても、評価
値は小さくなるので逆転して、Ｐ′の戻ろうとするが、
その時点で評価値が元の■に戻り出すと再び逆転し、何
回かこの動作を繰り返して、時間Ｔ後にカーブ■のＱ点
に達して、本来の出登り動作に戻り、Ｐ点で再び合焦す
る。

第８図の様に被写体照度が減少してＰかもＰ′になると
、モータが回転して、■のカーブ上を動いて合焦に達し
ようとするが、どちらに動いても評価値が減少するから
、Ｐ′に戻ってくる。オートアイリス回路が働き、絞り
が開き出すと、評価値が増大してくるので、モータはど
ちらかの方向例えば図の様に右方向に動き出す、この場
合は、動き出して、ピントがボケてくるにもかかわらず
焦点評価値は増加するので、フォーカスモーフ制御回路
は現在の方向が正しいと判断して、同じ方向に回転し続
ける。やがて本来の映像信号出力に復帰したＱ点で本来
の評価値カーブに乗るが、現在の回転方向が正しいと判
断されているから、■の上を、Ｑ′点まで行って初めて
、回転方向の誤りが検出され、モータが逆転して、Ｐ点
で合焦に達する事になる。

以上の説明から明らかな様に、合焦状態で被写体照度が
大きく変化した場合は、再起動が行なわれ、被写体照度
が大きくなった場合には、合焦点を中心に何度もピント
が合ったりボケたりしながら、安定状態に達して初めて
正しいピント位置に復帰し、被写体照度が減少した場合
には、一旦大きく合焦点から外れた後に再度合焦動作が
行なわれるという様に、ピントがあっているにもかかわ
らず、再起動してピントがボケてしまう問題があった。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 従来技術によると、被写体照度が突然変化した一場合、
合焦動作を行なっている途中にあっては、正しくない方
向にレンズが回転し出したり、合焦している状態では、
被写体距離が変化していないにもかかわらず、再起動が
行なわれるという誤動作が生じた。

（ニ）　　問題点を解決するための手段本発明は、現在
の映像信号出力をビデオカメラで通常の映像信号出力レ
ベルとして設定されている値と比較して、現在の映像信
号出力が上記通常のレベルと異なる場合にこれを検出し
、この間は前述の第１、第２、第４比較器の何れの出力
をもフＡ・−力スモータ制御回路、モータ位置メモリに
出力させないと共にフォーカスモーフ制御回路よりレン
ズ停止信号を発し、全てのオートフォーカス機構を停止
し、現在の映像信号出力が上記通常のレベルに復帰した
事を検出した後、初めて上記の遮断を解除して、オート
フォーカス機構を復帰させる事を特徴とする。

（ホ）　作用 本発明は上述の如く構成したので、合焦動作中に、或い
は合焦状態にある時に被写体照度が変化して映像信号の
出力レベルが変化している間は、−切のオートフォーカ
ス動作を行なわないので、従来の様に合焦状態にあるに
もるかかわらず合焦のための再起動が行なわれたり、合
焦動作中に誤動作をして、合焦に達する時間が大きくお
くれたりする欠点を除去する事ができる。

（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、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、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
（焦点評価値検出手段）（５）に入力される。焦点評価
値発生回路（５）は前述の第３図と同一の構成を有して
おり、１フイ一ルド分の焦点評価値が出力され、従来例
に述べたのと同じ手順で合焦動作成いは再起動が行なわ
れる。

撮像回路（４）の出力はまた第５比較器（１６）に入力
され、基準電圧発生回路（１５）と比較される。基準電
圧発生回路（１５〉に保持されている電圧は、ビデオカ
メラの通常の映像信号出力レベルとして、予め設定され
ている電圧値である。第５比較器（１６）はウィンドフ
ンパレータで構成きれており、第４図（ｄ）及び第５図
（ｄ）に示した様に、撮像回路（４）の出力が上記予め
設定された値に比して、大成いは小であれば、Ｌ０′）
信号を出力し、同一レベルに達した時にＨ信号を出力す
る。

第５比較器（１６）の出力はフォーカスモーフ制御回路
（１０）、第１ＡＮＤ回路（１７）、第２ＡＮＤ回路（
１８）、第３ＡＮＤ回路（１９）、第４ＡＮＤ回路（２
０）及び第５ＡＮＤ回路〈２１）に入力される。

フォーカスモーフ制御回路（１０）は、第５比較器（１
６）からＨの信号を受けると、レンズ停止信号（ＬＳ）
を発して、フォーカスモーフ（３）を停止すｔｔ、レン
ズ位置を現状に保持させる。

第１ＡＮＤ回路（１７）は第１比較器（８）の現在の評
価値がそれまでの最大評価値よりも大であるという前述
の第１モードの出力信号（Ｓｌ〉と第５比較器（１６）
の出力のＡＮＤを取るので、第５比較器（１６）の出力
がＨの時は常時最大値メモリ（６）及びモータ位置メモ
リ（１３）の書き替えが行なわれるが、第５比較器（１
６）の出力がＬの間は書き替えは行なわれない。

第２ＡＮＤ回路（１８）は第１比較器（８）の前述の第
２モードの出力（Ｓ２）とのＡＮＤが取られ、第５比較
器（１６）の出力がＬの間はモータの逆転同号が発せら
れることはない。

以下第３、第４、第５ＡＮＤ回路（１９）、（２０）、
（２１）も同様であり第５比較器（１６）の出力がＬで
ある間は、フォーカスモーフ制御回路への出力信号は一
切発せられなくなる。

この結果、オートフォーカス機構は第５比較器（１６）
の出力がＬである間は一切の動作を打ち切って、第５比
較器（１６）からし信号が発せられる前の状態で待機す
ることになる。

映像信号のレベルが予め設定された状態に復帰すると、
第５比較器（１６）の出力信号はＨとなり、オートフォ
ーカス機構は通常の動作状態に復帰して、第７図或いは
第８図のＡ点或いはＰ点から、オートフォーカス動作に
入る。

この様に本発明では被写体照度が変化したために、映像
信号出力が不安定である間は自動的にオートフォーカス
動作を行なわないので、上述の様な映像１８号出力の不
安定さによる、誤動作は発生しない、唯一の問題は、第
５比較器（１６）の出力信号がＨとなり、オートフォー
カス動作が再開された時に、第７図或いは第８図のＡ′
点或いはＰ′点からスタートする可能性であるが、実施
例においては、本発明に係る部分は上述の様に極めて簡
単であり、イサ号を受けてから瞬時に動作するのに対し
、焦点評価値発生回路（５）の応答時間は１〜２フイー
ルドかかるので、上記の様な問題は全く発生しない。

尚、本発明の詳細な説明に当り、便宜上第５比較器（復
帰検出手段＞（１６）、第１〜第５ＡＮＤ回路〈禁止手
段）は何れも、ハードウェアによって説明したが、これ
らをソフトウェアによって構成する事も極めて容易であ
る。

（ト）発明の効果 上述の如く本発明によれば、山登りサーボ制御を行なう
に当り、山登りサーボを行なっている途中あるいは合焦
状態にある場合に、被写体照度が大きく変化することに
よって、誤った方向に合焦動作を行なったり、誤って再
起動を行なう等の誤動作が無く、安定した画像を提供す
るオートフォカスビデオカメラが実現出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第４図及び第５図は本発明の１実施例に係り、
第１図は回路ブロック図、第４図及び第５図は被写体照
度が変化した場合の各部分の出力信号の説明図である。 第２図、第３図及び第６図乃至第８図は従来例に係り、
第２図、第３図は従来例の回路ブロック図、また第６図
、第７図、第８図は被写体照度が変化した事によって生
じる誤動作の説明図である。 （１）・・・・レンズ、（３）・・・・フォーカスモー
フ、（４）・・・撮像回路、（５）・・・・焦点評価値
発生回路（評価値検出手段）、（１０）・・・・フォー
カスモーフ制御回路、（１５）・・・・基準電圧発生回
路、（１６）・・・・第５比較器（復帰検出手段）、（
１７）（１８）（１９）（２Ｇ）（２１）・・・・第１
、第２、第３、第４、第５ＡＮＤ回路（禁止手段）。 第４図 第５図 第６図 しンス゛Ｘ立孟

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被写体の明るさの変化に対応して、自動的にレン
   ズの絞りを開閉することによって、撮像素子から得られ
   る映像信号の出力レベルを一定の値に保持するレベル保
   持手段と、 前記映像信号の高域成分のレベルを焦点評価値として検
   出する評価値検出手段と、 焦点評価値が最大値となる位置にて前記レンズを停止せ
   しめるべくフォーカスモータを制御するフォーカスモー
   タ制御手段と、 前記被写体の明るさが変化した後、前記映像信号の出力
   レベルが前記一定の値に復帰したことを検出する復帰検
   出手段とを有し、 前記被写体の明るさが変化してから前記復帰検出手段に
   て出力レベルが復帰したことが検出されるまで、焦点評
   価値の変化と無関係に、前記フォーカスモータ制御回路
   による前記フォーカスモータの制御を禁止せしめる禁止
   手段とから成る自動焦点ビデオカメラ。