JP2877379B2 - オートフォーカスカメラ - Google Patents

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撮像映像信号中の輝
度信号を基に、焦点の自動整合を行うカメラのオートフ
ォーカス装置に関する。

（ロ） 従来の技術 カメラのオートフォーカス装置において撮像素子から
の映像信号自体の高域成分を焦点制御の評価に用いる方
法は、本質的にパララックスが存在せず、また複写界深
度が浅い場合や遠方の被写体に対しても、精度良く焦点
を合わせられる等の優れた点が多い。しかも、オートフ
ォーカス用の特別なセンサも不要で、機構的にも極めて
簡単である。

特開昭63−125910号公報（G02B7/11）には、前述の所
謂山登りオートフォーカス方式の一例が開示されてい
る。ここで、この従来技術について、第２図及び第３図
を用いてその骨子を説明する。第２図は従来技術の全体
の回路ブロック図であり、この図において、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）はフォーカスエリアとしてのサンプリング
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（HD）及び撮像素子を駆動する固定の発振
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）によってフォーカスエリアの範囲内
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A/D
変換回路（5f）に所定のサンプリング周期でディジタル
値に変換されて、順次積算器（5g）に入力される。

この積算器（5g）は、具体的にはA/D変換データと後
段のラッチ回路のラッチデータとを加算する加算器と、
この加算値をラッチし、１フィールド毎にリセットされ
るラッチ回路から成る所謂ディジタル積分器であり、１
フィールド期間についての全A/D変換データの和が焦点
評価値として出力される。従って、焦点評価値発生回路
はフォーカスエリア内での輝度信号を時分割的に抜き取
り、更にこの高域成分を１フィールド期間にわたってデ
ィジタル積分し、この積分値を現フィールドの焦点評価
値として出力することになる。

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（10）はフォー
カスリング（２）を介してレンズ（１）を光軸方向に進
退させるフォーカスモータ（３）を予め決められた方向
に回転させ第２比較器（９）出力を監視する。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、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
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タ（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焦点評価値を比
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（第２モード）の２通りのＨレベル
の比較信号（P1）（P2）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
の焦点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、常に現在までの焦点評価値
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レンズ位置として記憶す
る位置メモリであり、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
のレンズ位置を常時保持するようにに更新される。ここ
で、フォーカスリング（２）はフォーカスモータ（３）
により回転し、この回転に応じてレンズ（１）が光軸方
向に進退することは周知の技術である。尚、フォーカス
リング位置信号はフォーカスリング位置を検出するポテ
ンショメータにて出力されるが、フォーカスモータ
（３）をステップピングモータとし、このモータの近点
及び∞点方向への回転量を正及び負のステップ量とし、
フォーカスリングあるいはフォーカスモータの位置をこ
のステップ量にて表現することも可能である。

フォーカスモータ制御回路（10）は、第２比較器
（９）出力に基づ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（Δｙ）より小さい
という第２モードが指示される（第４図のＱに達する）
と同時にフォーカスモータ（３）は逆転される。この逆
転後、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
したとき、即ちレンズ（１）が焦点評価値が最大となる
位置（Ｐ）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）を出力して合焦動作を完了する。

（11）はフォーカスモータ制御回路（10）による合焦
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（1
1）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合焦動作を
やり直して被写体の変化に追随する。

（ハ） 発明が解決しようとする課題 前記従来技術の方式は、極めて追随性が高く、合焦精
度も高いのであるが、被写体照度が映像信号の１フィー
ルドの周波数と異なる。一定の周波数で変化している場
合には、その照度変化によって、誤動作を生じる事があ
る。この事情を以下に若干詳しく説明する。

例えば、NTSC方式のビデオカメラでは１フィールドの
周波数は60Hzであるが、これを50Hzで点灯している螢光
灯の様な放電ランプの照明下で使用する場合に、このよ
うな誤動作が生じる。50Hzで点灯している放電ランプの
明るさは100Hzの周波数で変動するため、被写体照度も1
00Hzの周波数で変化する。映像信号の１フィールドが60
Hzであるため、これらのビート周波数である20Hzのリッ
プルが生じる。

即ち、一定の照度を有する照明下で所定の被写体を撮
影した場合のフィールド毎の平均輝度レベルは、通常は
第５図（ａ）の如く一定値に維持されるが、前述の如く
50Hzの放電ランプの照明下ではフリッカが生じ、第５図
（ｂ）の如く３フィールド周期で（M1）→（M2）→（M
3）→（M1）→…と輝度レベルが変動する。ところで、
前記従来技術における焦点評価値平均輝度レベルと同様
に、被写体までの距離に変化がなく、しかも被写体自体
も変化しなくとも、撮像素子への入射光量に比例して変
化する特性を有しており、第５図（ｂ）の如くフリッカ
が生じていると、同一被写体距離を維持して同一被写体
を撮影しているにも拘らず焦点評価値に変動が生じるこ
とになり、この様なフリッカの影響を受けた焦点評価値
に基づいて前記従来技術の如く合焦動作を行うと、合焦
位置のピーク検出を誤ったり、焦点評価値の最大値に変
化が生じたとして被写体に変化がないにも拘らず合焦動
作の再起動が為される惧れがある。

（ニ） 課題を解決するための手段 本発明は、撮像素子により得られる輝度信号の高域成
分を１フィールド期間にわたって積分する積分手段と、
前記撮像素子に対するレンズの相対位置を変更するレン
ズ相対位置変更手段と、積分開始後の3n＋１、3n＋２、
3n（ｎは整数）フィールド目の積分出力を第１乃至第３
焦点評価値として分離する分離手段と、該第１乃至第３
焦点評価値が夫々最大となる時のレンズ相対位置を、第
１及び第３合焦位置として第１乃至第３位置メモリに記
憶させる合焦位置検出手段と、前記第１乃至第３位置メ
モリに記憶された各レンズの相対位置のうち中間位置を
合焦状態に達した最終合焦位置とする合焦位置決定手段
と、を備え、前記レンズ相対位置変更手段は、前記合焦
位置決定手段で決定した最終合掌位置にレンズの相対位
置を変更したときレンズの相対位置の変更動作を停止す
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、50Hzの放電灯によ
るフリッカが発生しても、合焦動作に及ぼす影響は最小
限に抑えられる。

（ヘ） 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。

第１図は本実施例装置の全体の回路ブロック図であ
る。尚、この第１図において従来例の第２図と同一部分
には同一符号を付して説明を省略する。

撮像回路（４）からの撮像映像信号中の輝度信号は、
積分手段となる焦点評価値発生回路（５）に入力され
て、従来例と同様に画面中央のフォーカスエリア内での
輝度信号の高域成分の１フィールド期間にわたるディジ
タル積分値が、現フィールドでの焦点評価値として出力
される。

（20）は１フィールド毎に固定接点（20a）→（20b）
→（20c）→（20a）→…と順次切換わる可動接片（20
d）を有する分離手段となるスイッチ回路であり、初期
状態では固定接点（20a）側に位置するため、合焦動作
が開始されて、焦点評価値発生回路（５）より発せられ
る最初のフィールドの焦点評価値は固定接点（20a）に
供給され、２フィールド目の焦点評価値は固定接点（20
b）に、３フィールド目の焦点評価値は固定接点（20c）
に供給され、以後同様の動作が為される。従って、固定
接点（20a）には3n＋１（ｎは整数）フィールド目の焦
点評価値が３フィールド毎に供給され、固定接点（20
b）には3n＋２フィールド目の焦点評価値が、固定接点
（20c）には3nフィールドの焦点評価値が夫々３フィー
ルド毎に供給される。

固定接点（20a）に供給される焦点評価値は、第１焦
点評価値（F1）として後段の初期値メモリ（７）、第２
比較器（９）及び第１合焦位置検出回路（21）に供給さ
れる。また、固定接点（20b）及び（20c）に供給される
焦点評価値は、第２及び第３焦点評価値（F2）（F3）と
して第２及び第３合焦位置検出回路（31）（41）に供給
される。

初期値メモリ（７）は、第１焦点評価値の最初の値、
即ち合焦動作開始直後の焦点評価値が保持され、第２比
較器（９）はこの初期値メモリ（７）に保持された初期
焦点評価値とその後に得られる第１焦点評価値（F1）を
比較し、その大小を出力する。

レンズ相対位置変更手段となるフォーカスモータ制御
回路（50）は従来例と同様に、第２比較器（９）が大ま
たは小という出力を発するまでは、予め決められた初期
方向にフォーカスモータ（３）を回転させ、現在の第１
焦点評価値が初期焦点評価値に比べて予め設定された変
動幅を越えて大であるという出力が為された場合には現
状の回転方向を維持し、変動幅を越えて小であるという
出力が為された場合には回転方向を逆にする様にフォー
カスモータ（３）の回転方向を決定する。

この回転方向に決定後に、第１乃至第３合焦位置検出
回路（21）（31）（41）は、第１乃至第３焦点評価値が
最大値をとるフォーカスリング位置、即ちレンズ位置を
検出し、夫々第１乃至第３合焦位置データ（D1）（D2）
（D3）として出力する。

第１合焦位置検出回路（21）は、最大値メモリ（2
6）、比較器（28）及び位置メモリ（23）にて構成さ
れ、従来例と同様に最大値メモリ（26）は比較器（28）
の比較信号（P1）に基づいて、第１焦点評価値（F1）の
最大値が保持され、位置メモリ（23）は最大値メモリ
（26）に保持された最大値が得られる時のレンズ位置を
記憶し、比較器（28）は常に最大値メモリ（26）の内容
と第１焦点評価値（F1）を比較し、最新の第１焦点評価
値が最大値メモリ（26）の最大値データより大きいと判
断された時に比較信号（P1）を発し、また最大値データ
に比べ第１焦点評価値が第１の閾値（△ｙ）だけ落ち込
んだと判断された時に出力（P2）を発する。従って、Ｈ
ベルの比較信号（P2）が発せられた時の位置メモリ（2
3）のレンズ位置が第１焦点評価値の最大値となる第１
合焦位置（G1）となり、これを示す第１合焦位置データ
（D1）が出力される。

第２及び第３合焦位置検出回路（31）（41）も、最大
値メモリ（36）（46）、比較器（38）（48）、位置メモ
リ（33）（43）にて構成され、比較器（38）（48）から
は第２及び第３焦点評価値が最大となる度に比較信号
（P1）が、また各最大値より第１の閾値（△ｙ）だけ落
ち込みが認められた時に比較信号（P2）が発せられる。
各最大値メモリ及び位置メモリは比較信号（P1）が発せ
られる毎に更新され、比較信号（P2）がＨレベルとなっ
た時の位置メモリ（33）（43）のレンズ位置が第２及び
第３焦点評価値の最大値をとる第２及び第３合焦位置
（G2）（G3）となり、これを示す第２及び第３合焦位置
データ（D2）（D3）が出力される。なお、第１乃至第３
合焦位置検出回路（21）（31）（41）は、合焦位置検出
手段に相当する。

合焦位置決定手段となる合焦位置決定回路（51）は、
第１乃至第３合焦位置データ（D1）（D2）（D3）に基づ
いて、各位置データに対応する第１乃至第３合焦位置
（G1）（G2）（G3）の中の中間位置を最終合焦位置
（Ｊ）として選択する働きを為し、例えば第６図の例で
は、G2＜G3＜G1の関係が成り立つので、最終合焦位置
（Ｊ）としては第３合焦位置（G3）が選択される。

比較器（28）（38）（48）からの３個の比較信号（P
2）は、全てANDゲート（52）に入力されており、更にこ
のANDゲート（52）出力はフォーカス制御回路（50）に
供給されている。そして、いずれの比較信号（P2）もＨ
レベルとなった時、即ち第１乃至第３焦点評価値がいず
れも夫々の最大値から第１の閾値（△ｙ）だけ落ち込ん
だと認められた時に、ANDゲート（52）よりＨレベルの
出力が発せられ、これを受けるとフォーカスモータ制御
回路（50）はフォーカスモータ（３）を直ちに逆転させ
る。

このモータ逆転後に、第３比較器（14）は現在のレン
ズ位置と最終合焦位置（Ｊ）を比較して両者が一致した
時、即ちフォーカスモータ（３）の逆転後にレンズ位置
が最終合焦位置（Ｊ）まで戻ったと認められた時に出力
を発する。

フォーカスモータ制御回路（50）はこの出力を受ける
と、合焦状態に達したとしてレンズ停止信号（LS）を発
し、フォーカスモータ（50）を停止状態とし一連の合焦
動作が完了する。

第６図は第１乃至第３焦点評価値のレンズ位置に対す
る変化を示す図であり、各曲線は第１乃至第３焦点評価
値（F1）（F2）（F3）のレンズ位置に対する推移を示し
ており、各ポイント「○」は、フォーカスモータ（３）
の駆動に伴う１フィールド期間でのレンズ位置の変化を
考慮した上で実際に１フィールド毎に得られる第１乃至
第３焦点評価値を示しており、２個のポイント間の距離
（Ｌ）は１フィールド期間にフォーカスモータ（３）の
駆動により生じるレンズ（１）の移動量に相当する。
尚、第６図では説明を判り易くするために第１の閾値
（△ｙ）の落ち込みに伴うフォーカスモータ（３）の逆
転については考慮せず、近点から∞点にわたる全域につ
いての焦点評価値の変化を示している。

一連の合焦動作完了後の被写体の変化の確認は、レン
ズ停止信号（LS）発生後に、比較器（28）（38）（48）
を被写体変化確認用に利用し、最新の第１乃至第３焦点
評価値と最大値メモリ（26）（36）（46）の内容を常時
比較し、これらの比較出力をフォーカスモータ制御回路
（50）にて監視し、第１乃至第３焦点評価値のいずれか
が予め設定された第２の閾値以上に変動すると、被写体
が移動あるいは変化したとして、全メモリをリセットし
フォーカスモータ（３）を再起動して前述の合焦動作を
再開する。

前述の実施例では、フォーカスモータ制御回路（50）
の指令に基づいてフォーカスモータ（３）が駆動制御さ
れ、レンズ（１）が光軸方向に進退して、レンズの撮像
素子に対する相対位置を変化させているが、これに代え
てレンズ自体を固定し、バイモルフあるいはモータを用
いてフォーカスモータ制御回路（50）の指令に基づいて
撮像素子を光軸方向に進退させることにより対処するこ
とも可能である。また、合焦位置決定回路（51）では、
最終合焦位置（Ｊ）の決定に際して、第１乃至第３合焦
位置（G1）（G2）（G3）の中間位置を単純に選択した
が、これに代えて３合焦位置の平均位置を算出しても対
処可能である。

（ト） 発明の効果 上述の如く本発明によれば、50Hzの放電灯等の照明下
においても、フリッカの影響による合焦動作の誤動作を
防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の回路ブロック図、第６図は本
実施例の焦点評価値の変化を示す図、第２図は従来例の
回路ブロック図、第３図は同要部回路ブロック図、第４
図は山登りオートフォーカスの原理説明図、第５図はフ
リッカによる輝度レベルの変化を説明する図である。 （５）……焦点評価値発生回路、（３）……フォーカス
モータ、（20）……スイッチ回路、（23）（33）（43）
……位置メモリ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮像素子により得られる輝度信号の高域成
   分を１フィールド期間にわたって積分する積分手段と、 前記撮像素子に対するレンズの相対位置を変更するレン
   ズ相対位置変更手段と、 積分開始後の3n＋１、3n＋２、3n（ｎは整数）フィール
   ド目の積分出力を第１乃至第３焦点評価値として分離す
   る分離手段と、 該第１乃至第３焦点評価値が夫々最大となる時のレンズ
   相対位置を、第１及び第３合焦位置として第１乃至第３
   位置メモリに記憶させる合焦位置検出手段と、 前記第１乃至第３位置メモリに記憶された各レンズの相
   対位置のうち中間位置を合焦状態に達した最終合焦位置
   とする合焦位置決定手段と、を備え、 前記レンズ相対位置変更手段は、前記合焦位置決定手段
   で決定した最終合掌位置にレンズの相対位置を変更した
   ときレンズの相対位置の変更動作を停止することを特徴
   とするオートフォーカスカメラ。