JPS63208815A - 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Ｉｔを行うビデオカメラのオートフォーカス方式
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、精度良く焦点を
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、機構的にも極めて簡
単である。

従来、こ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ｒ山登りサーボ方式によるテレビカ
メラの自動焦点調節」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、ピンとがボケ
だ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、この方法には、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事によって焦点距離が変わり、
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続けるこの方式で
は、画面に写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
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（ＨＯ４Ｎ　　５
／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、上記特願では
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ブロッ
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）では垂直同期イ８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の
通過をｆＦ存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
ＰＦ）　（５ｄ）を通過して高域成分のみが分離きれ、
次段の検波回１（５ａ）で振幅検波される。この検波出
力は積分回路（５ｆ）にてフィールド毎に積分された後
、Ａ／Ｄ変換器（５ｇ）にてディジクル値に変換されて
現フィールドの焦点評価値が得られる。萌述のように構
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、フォーカスモータ制御回路（フォーカスモー
タ制御手段）（１０）は、フォーカスモータ（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ζ
視する。第２比較器（９）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（７）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。

フォーカスモータ制御回路（１０）は、２ｇ２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
フォーカスモータ（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１、
上記変動幅よりも小であるという出力がなきれた場合に
はフォーカスモータ（３）の回転方向を逆にして、第１
比較器（８）の出力をを視する。

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
大きいく第１モード）、上記予め設定した第１の閾値以
上に減少した（第２モード）の２通約の比較信号（５１
）（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
更新きれ、常に現在までの評価値の最大値が保持される
。

（１３）はＬ・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
）の出力に基づいて、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。

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）出力を監視し、
評価値の雑音による誤動作を妨止するために、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
記予め設定きれた第１の閾値より小さいという第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置信号とが第３比較器（
１４）にて比較され、一致した時、即ちフォーカスリン
グく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）を停止させる様にフォーカスモー
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、その値が再起動のための第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なおして被写体
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、以下に述べる大きな欠点を有している。

一般にビデオカメラのレンズには、無限遠点或いは近点
を越えてフォーカスリングが回転する事の無い様にスト
ッパーが設けられている。この結果例えば、被写体がし
）・ス近点ストッパーのある被写体距離位置よりもより
近い点にあれば、第４図に示す様に近点スＩ・ツバ−を
超えた位置に評価値が最大となる位置が存在するため、
フォーカスモータ制御回路（１０）はフォーカスモータ
（３）を回転し続ける。この結果フォーカスモータ（３
）は大きな負荷の下に停止する事無く回転し、オートフ
ォーカス動作が続行される。

無限遠点についても同様であり、無限遠にある被写体に
対しては無限遠位置で焦点評価値が最大になるが、山登
りサーボ制御の特質として、最初に頂点に達した段階で
はそれが頂点である事を認識できないので、上記同様オ
ートフォーカス動作が止む事なく続けられる。この結果
従来例において述べたレンズを停止し得る利点が失われ
てしまう。

この欠点を解決する１つの手段として、フォーカスリン
グ（２）が近点又は無限遠点に達した事を検出ｒるセン
サを設け、二のセンサ出力が出されるとモータを停止し
、フォーカスリング（２）を近点又は無限遠点に固定す
る方法が考えられる。しかし、この方法にも大きな欠点
が存在する０通常オートフォーカス機構が近点を越えた
近距離や、無限遠に被写体があると認識するのは、実際
に被写体がその位置にある場合の他に、本来の被写体と
異なる評価値の大きい物体が一時的に視野の中に入って
くる場合がある。後者の場合には、上記の様に端点でフ
ォーカスレンズを固定すると、視野からこの様な物体が
無くなったにも拘らず、レンズが固定されるという誤動
作を生じてしまう。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 従来技術によると、近点または無限遠点に被写体がある
場合に、オートフォーカス動作が終了せず、また上記端
点にレンズを固定する手段を用いた場合には被写体が一
時的に視野内にはいってきた物である場合に、その変化
に対応できず、誤動作を生じる欠点があった。

（ニ）問題を解決するための手段 本発明は、フォーカスリングが近点または無限遠点に達
した事を検出する手段から得られる端点検出信号で、フ
ォーカスモータ制御回路により、フォーカスモータを逆
転させ、上述の従来例によるオートフォーカス動作を続
行する事を特徴とする。

（ホ）　作用 本発明は上述の如く構成したので、フォーカスリングが
端点に達した時はフォーカスモータが逆転して、オート
フォーカス動作が続行するので、端点で検出される焦点
評価値が本来の被写体のものである時には、端点の焦点
評価値が最大評価値として認識され、次の山登りサーボ
でフォーカスリングは端点て停止する事が出来、また一
時的に端点に本来の被写体で無い物体が入った時には、
再度の出登りサーボでその評価値が大きく減少している
結果、本来の被写体に向かって正しいオートフォーカス
動作が行われ、従来の欠点が除去できる。

（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、撮像素子を含む撮像回路
（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）に入力きれる。黒点評価
値発生回路（５）は前述の第３図と同じ構成を有してお
り、１フイ一ルド分の焦点評価値を出力し、従来例にお
いて述べたのと同じ手順で合焦動作成いは再起動が行わ
れる。

（ＮＳ）及び（ＦＳ）はフォーカスリングく２）に取り
付けられた近点ストッパー検出回路（図示しない）から
の近点検出信号及び無限遠点ストッパー検出回路（図示
しない）からの無限遠点検出信号であり、それぞれフォ
ーカスリング（２）が近点及び無限遠点に達した時にＨ
レベルの信号を出力し、ＯＲ回路（１５）に入力される
。その結果、ＯＲ回路（１５）はフォーカスリング（２
）が近点又は無限遠点に達した時）１信号をフォーカス
モータ制御回路（１０）に出力する。フォーカスモータ
制御回路（１０）はＯＲ回路（１５）からＨ信号を受け
ると、フォーカスモータ（３）の回転方向を逆転きせる
が、オートフォーカス回路の主たる部分はそのままの動
作を続ける。

端点近傍での焦点評価値とレンズ位置との関係について
第４図、第５図を参照しながら説明１″る。

第４図において縦軸は焦点評価値、横軸はレンズ位置、
第５図において縦軸は焦点評価値、横軸はフォーカスリ
ングの回転時間を示している。

レンズ（１）が近点に向かって進むにつれて焦点評価値
が増大していくとする。一般にレンズには近点という特
別な点があるわけではなく、近点と称しているのは、レ
ンズ設計上決まる便宜的なフォーカスリング上の位置で
ある。従って近点にある物体の焦点評価値の最大値は、
第４図に示す様にレンズ近点よりなお一層レンズに近い
位置に存在する事が多い、フォーカスモータ（３）によ
ってフォーカスリング（２）が近点に向かって駆動され
近点位置でストッパーに当ると近点検出信号（ＮＳ）が
出力され、焦点評価値発生回路（５）はフォーカスモー
タ（３）の回転方向を逆転する。その結果第５図から明
らかな様に、焦点評価値は減少して行くが、オートフォ
ーカス回路は従来通りに動作しているので、従来例で説
明した様にオートフォーカスが行われる結果、近点位置
での焦点評価値が最大焦点評価値として、最大値メモリ
（６）に保持されると共に、この時の七−夕位置（近点
）がモータ位置メモリ（１３）に保持される。フォーカ
スモータ（３）の回転方向が逆転してフォーカスリング
（２）が逆方向に回転するにつれて、焦点評価値の値は
減少し、やがて予め設定された第１の閾値ΔＥを越える
点に達すると、再びフォーカスリング（２）の回転方向
が反転し、近点目脂して動いて行く、この時点で最大値
メモリ（６）及びモータ位置メモリ（１３）の内容は近
点の値に置き変わっているから、従来例通りのオートフ
ォーカス動作によって近点が最大評価値の位置として、
この位置にフォーカスリング（２）が止められ、オート
フォーカス動作が完了する。

無限遠点についても全く同じ動作が行われるのであるが
、この場合は近点よりも事情は簡明である。即ち無限遠
点というのは光学的にはレンズによって明確に決まる位
置であり、無限遠点として設定された被写体位置より遠
方にある物体は全てフォーカスリングの無限遠点におい
て、最大の焦点評価値を持つ。

フォーカスリング（２）が無限遠点に達し、無限遠点検
出信号（ＦＳ’）が出力きれて、ＯＲ回路（１５）から
の信号によってフォーカスモーフ制御回路（１０）がフ
ォーカスモーフ（３）の回転方向を逆転する。

以後の動作は上述の近点での合焦動作と同一であるが、
この場合の無限遠点における評価値は、真性の最大焦点
評価値であることが、近点の場合と異なる。勿論、上記
の説明からフォーカスモーフ（３）が逆転してからの再
度のオートフォーカス動作で正しく無限遠点の合焦する
ことは、説明するまでもない。

従来例の説明において述べた様に、近点或いは無限遠点
において、焦点評価値が大きな値を持つのは、視野の中
に一時的に入った場合が多い、この事は近点において特
に顕著で、撮影中にカメラの前を人が横切る場合などが
これにあたる。

第６図において、実線（りを本来の被写体の焦点評価値
のカーブ、点１ｉＬ（ｍ）を一時的に視野内に入った物
体の焦点評価値カーブとすると、破線（ｎ）がこの時の
焦点評価値のカーブとなる。今、レンズがＰ点にある場
合を考えると、上記の様にレンズは近点に達すると逆転
し、破線のカーブ上を戻ってくる。

第４図に対して午えた第５図と同し関係にある第７図を
第６図に対して与える。レンズが近点から戻ってＡ点に
達したときに、視野内にあった一時的な物体が視野から
外れたとすると、焦点評価値は突然Ｂ点にまで減少する
ので、フォーカスモーフ制御回路り１０）は再びフォー
カスモーフ（３）を逆転させるが、焦点評価値は−ＷＩ
Ｒ少ぐるので第２比較器（９）からの信号で、フォーカ
スモーフ制御回路（１０）はフォーカスモーフ（３）を
再度逆転さ七、今度は第６図の実線で示された本来の焦
点評価値に沿ってオートフォーカス動作を再開する。

この結果、一時的な物体が視野に入っても、これによっ
てレンズ（１）が近点に固定されてピントがポケだまま
になる事が無い事が容易に理解できる。

ここでは、近点での場合について述べたが、無限遠点に
ついても、全く同じである事は容易に理解出来るであろ
う。

」：記説明では、便宜上端点検出信号の発生手段に関し
ては、ハード的に説明したが、近点検出信号、無限遠点
検出信号から端点検出Ｇ’を号を発する手段、これを用
いてフォーカスモーフ（３）を逆転する手段等は全てマ
イクロプロセッサを用いてラフ１ウエア的に処理出来る
物である事は当然である。

（ト）　発明の効果 本発明は上述の如く、端点においてモータを逆転させ、
その後も従来例と同じ山登りサーボによるオートフォー
カス動作を行わせる方式であるので、従来誤動作を生じ
やすかった端点におけるオートフォーカス動作の処理が
極めて容易でかつ安定に行なえる利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図、第４図〜ｇｇ７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、第５図、第６因、第
７図は本発明の端点処理の説明図である。また第２５Ａ
１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
フ、（４）・・・・撮像回路、（５〉・・・・焦点評価
値発生回路（１０）・・・・フォーカスモーフ制御Ｄｏ
路、（ｔｓ）・・・・０Ｒｉｌ路、＜　ＮＳ　）・・・
・近点検出信号、（ＦＳ）・・・・無限遠点検出信号。 第４図 第５図 り）７゛回転晴間

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を行き過ぎ、前
   記焦点評価値が予め設定した第１の閾値以上減少した場
   合に初めて前記最大評価値をと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させるオートフォ
   ーカス動作を為すフォーカス制御手段と、 前記フォーカスモータ制御手段にて制御される前記フォ
   ーカスモータによって駆動されたレンズ位置が近点ある
   いは遠点に達したことを検出する端点検出手段を有し、 前記端点検出手段によって前記レンズ位置が返点あるい
   は遠点に達したことが検出された場合に前記フォーカス
   モータの回転方向を逆転せしめ、前記フォーカスモータ
   制御手段による前記オートフォーカス動作を続行する事
   を特徴とするオートフォーカス回路。