JPS63213811A - オートフォーカスビデオカメラ - 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、本質的にパ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簡単
である。

従来、このオート・フォーカスの方法の一例が、“Ｎ　
ＨＫ技術報告”８４０、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し・
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、この出登りサー
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）
、水平同期イバ号ＣＨＤ）はサンブリ〉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（ＶＤ）、水
射同期信号（ＨＤ）及び固定の発振器出力に基づい工、
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）で振幅検波きれる。

この検波出力は積分回路（５ｆ）でフィールド毎に積分
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る。前述の
ように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）には最新の焦点評価値が
、第２メモリ（７）には１フイールド前の焦点評価値が
常に更新されて蓄えられる５これら２つのメモリの内容
は比較器く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。

フォーカスモータ制御回路（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、評価値は減少方向にあるから、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続けて合焦し、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、被写体が変わ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ようなことも無く追従でき
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ているレンズは
、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統けるこ
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、小さくなったりし工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、＃ｌｌ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。

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
ォーカスリングを予め決めである方向に駆動して　焦点
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側々と
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。このため本件出願人は先に特願昭６０−２
５２５４５号（ＨＯ４Ｎ５／２２５）にて、レンズ停止
中に焦点評価値が閾値を越えて変化した場合には、被写
体が変化したと判断して山登り動作を再開Ｖることによ
り、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。

その一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か−、工動いてい
る途中であるにも係わらず、焦点評価値が減少傾向にな
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、ｆ（ヒしないため山登り動作は
再開されず、レンズはピントボケ゛の位置で停止し続け
る。

二つめの欠点は、追随性を向上するために山登り動作を
再開するためのｊｊ１４ｍ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。そこでこの閾値を大きく設定すれば前述
の誤動作が生じて停止し続ける確立が高くなる。

そこで、特開昭６０−８６９７２号公報（ＨＯ２Ｎ　５
／２３２）に開示される様に、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上記の
二つの欠点を解決しようとした技術が提案きれている。

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。一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、最適な合焦状態に於
℃も特定の高域成分をほとんど含まない被写体や、最適
な合焦状態でなくても特定周波数成分を充分含む被写体
が日常的に存在する。このため、前者のような被写体で
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、後者のような被写体では、ある程度ボケだ
状態でレンズが停止しても合焦と判断されてボケ゛た状
態が維持される。

二つめの理由は、Ｎ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
分の有無の判別のｒｌＪｆｆｉを大さくすると、合焦し
てもレンズが停止しない被写体が多くなる。

また特開昭５８−５８５０５号（ＧＯ２Ｂ　　７／１１
）におい１は、焦点評価値の最大値に対し、予め設定し
た幅以上の評価値の減少が無い限り逆転・停止をしない
事でノイズと被写体のｇＪさの影響を除去する対策が提
案されているが、この手段は次の様な不都合を有するも
のである。即ち、一般にビデオカメうの被写体は極めて
変化に富み、評価値の絶対値やその変化の仕ノｊが種々
様々である。特に元々輪郭のはっきりしない被写体にお
いては、その評価値の最大値と最少値の差が、前記予め
設定した幅を越えない場合があり、この時レンズをどこ
まで動かしても焦点評価値の最大値に対して予め設定し
た幅以上の評価値の減少が無く、モータが動き続けてし
まう、この場合ピントのボケ状態が統くヒに、モータの
消費電流が大きくなり大きな不都合を生じる。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 従来技術によると、低コントラストの物体ではフォーカ
スモータがレンズ焦点の近点から無限遠まで繰り返して
駆動して、合焦点で停止しない場合が生じた。

（二〉　　問題を解決するための手段 本発明は、フォーカスモータ制御手段にてフォー　ｉｉ
ミスモータ駆動して、それまでの最大値より予め設定し
た閾値以上に減少した場合に、レンズを前記最大点に位
置するようにした自動焦点カメラにおいて、レンズ位置
の無限遠点と近点を検出する手段を有し、この間におけ
る焦点評価値の変動が、あらかじめ設定されたフォーカ
スモータ制御手段の閾値以下である場合には、この間の
焦点評価値の極大点にレンズ位置を固定することを特徴
とする。

（ホ）　作用 本発明は上述の如く構成したので、極めて焦点評価値の
変動が小さい被写体に対しても、フォーカスモータ制御
手段が逆転・停止する基準に達せず、レンズが近点から
無限遠点まで繰り返し駆動されるという問題が解決され
る。

くべ）実施例 以下、図面に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図は本実施例の回路ブロック図である。レンズく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）く５）に入力される。焦点評価
値発生回路〈５）は前述の第３区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させ第２比較器（１３）出
力を苦視する。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
れている初期値評価値を比較しその大小を出力する。

フす−カスモータ制御回路＜１５）は第２比較器（１３
）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
初期評価値より小である場合にはフす−力スモーク（３
）の回転方向を逆にして、第１比較器（１２）の出力を
監視する。

第１比較器（１２）は最大値メモリ（１０）に保持され
ている今までの最大の焦点評価値と現在の評価値を比較
し１、現在の焦点評価値が最大値メモリ（１０）の内容
に比べて大きい場合〈第１モード）、充分小きい即ち、
予め設定した第１の閾値以上に減少した場合（第２モー
ド）の２通りの比較信号（５１）（５２）を出力する。

ここで最大値メモリ（１０）は、第１比較器（１２）の
出力に基づいて、現在の評価値が最大値メモリ（１０）
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。

（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（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〉・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（１５）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タく
３）を回転させながら、第１比較器（１２）出力を贅視
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
充分に小さい、即ち予め設定された第１の閾値よりも小
さいと出力（Ｓｌ）にて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４比較器〈１６）にて比較きれ、一致したとき
、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（１５）は機能す
る。同時にフォーカスモータ制御回路（１５）はレンズ
停止信号（ＬＳ）を出力する。

（１８）は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３メモリであり、後段の第３比較器（１７）で
この第３メモリ（１８〉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（１５）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（１５）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。

（ＮＳ）はレンズが近点に達した時の近点検出信号、（
ＦＳ）はレンズが遠点に達した時の遠点検出信号で、そ
れぞれフォーカスモータ（３）の回転がレンズに設けら
れた近点スイ・／チ及び遠点スイッチ（端点検出手段）
（図示しない）に達した時にフラグ信号を出力する。こ
れらの出力は第４、第５メモリ回路（１９）、（２０）
に入力され、Ｈ信号が保持される、これらの信号はＡＮ
Ｄ回路（２１）によ−ンてＡＮＤが取られる。第５図は
これらの信号を図示したもの（先に近点側に達す′６場
合）で、この図よりＡＮＤ回路（２１）出力はレンズが
両方の端点に達した瞬間にＨ信号を出力する事がわかる
。ＡＮＤ回路（２１）出力はＯＲ回路（２２）によって
、第１比較器（１２）の出力とのＯＲが取られた後、フ
ォーカスモータ制御回路（１５〉に入力される。

ここでフォーカスモータ制御回路＜１５）は、レンズが
近点あるいは遠点のいずれかに先に達した時のみ、即ち
近点検出信号（ＮＳ）か遠点検出信号（ＦＳ）のいずれ
か一方が最初に発せられた時のみに無条件にフォーカス
モータ（３）を逆転せしめる様に機能する。これを実現
するために近、遠点検出信号（ＮＳ）（ＦＳ）はＮＯＲ
回路（３０）に入力され、このＮＯＲ回路（３０）出力
がＡＮＤ回路（２１）出力と共にＮ。

Ｒｎ路（３１）に入力され、このＮＯＲ回路り３１）出
力がフォーカスモータ制御回路（１５）に入力される。

このＮＯＲ回路（３１）出力がＬ→Ｈレベルになると直
ちにプを一カスモーク（３）を反転せしめる様にフォー
カスモータ制御回路（１５）は動作する。また、第４図
及び第５図は本発明によるオートフォーカス動作の説明
図である。第４図は焦点評価値の変化が、第１の閾値Δ
よりも大きい場合を示している１図において（Ａ）は焦
点評価値が第１１１−一ドである時の第１比較器＜１２
）の出力（Ｓｌ）で、この信号がＨからＬに変わった時
のレンズ位置がモータ位置メモリ（１４）に記憶される
。（Ｂ）は第２モードでの第１比較器（１２）の出力（
Ｓｌ）でこの信号の値がＨになった時フォーカスモータ
制御回路（１５）がモータを逆転させ、上記モータ位置
メモリ（１４）に保持されているモータ位置、即ち最大
評価値の位置に固定する。

第ＳｔＺの焦点評価値は、第４図の例と異なり、その最
大値から最少値までの変化が第１の閾値Δよりも小さい
、この様な被写体では、（Ｂ）の様に第１比較器（１２
）出力（５２）（第２モード）によるＨ出力が得られな
いために、比較器出力〈Ｓｌ）によっては、上述のフォ
ーカスモータ逆転信号は得られないが、ＡＮＤ回路（２
１）出力によってフォーカスモータ逆転信号が争えられ
、最大評価値の位置にレンズが固定されるボになる。

被写体が変化し、再起動が必要になった場合には、７す
一カスモーク制御回路（１５）から最大値メ［す（１０
）、初期値メモリ（１１）に与えられたのと同しリセッ
ト信号がメモリ回路（１９）、（２０〉に与えられ、上
記動作が繰り返される。

前述の如く、構成する事によりフォーカスモータ制御回
路（１５）の第１の閾値Δを余り小さく取らなくても、
レンズフィーカスリングの両端点検出信号（ＮＳ）、＜
Ｉｓ）出力とＡＮＤ回路（２１）、ＯＲ回路（２２）を
用いる慣により、近点から遠点までの間の最大評価値の
位置にレンズを固定する事が可能となり、極めて精度の
高いオートフォカス動作が行なえる。

（トン　発明の効果 上述の如く本発明によれば、極めて焦点評価値の変化に
乏しい被写体に対しても、逆転・停止のための閾値を大
きく設定したままで、誤動作を生じる事無く、極めて正
確なオートフォーカス動作を行なわせる事が可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第４図、第５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図は合焦の動作
説明図である。また、第２図、第３図は従来例の回路プ
ロ・Ｚり図である。 （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）・・・・フォ
ーカスモータ制御回路、（１９）・・・・第４メモリ、
（２０）・・・・第５メモリ、（ＮＳ）・・・・近点ス
イッチ信号、（ＦＳ）・・・・遠点スッチ信号。

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フォーカス
   モータ制御手段と、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
   ンズ位置が近点及び遠点に達したことを検出する端点検
   出手段とを有し、 前記近点と前記遠点間の焦点評価値の変動幅が、前記第
   １の閾値よりも小さい時に、レンズ停止位置を前記焦点
   評価値が最大評価値となる位置に設定することを特徴と
   するオートフォーカス回路。