JPH03101381A - オートス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撮像映像信号に基いて
、焦点の自動調節を行うビデオカメラのオート７オーカ
ス装置に関する。

（ロ）従来の技術 ビデオカメラのオートフォーカス装置に於て、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、精度よく焦点を
合わせられるなど優れた点が多い。しかも、オート７オ
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。

特開昭６３−２１５２６８号公報（ＨＯ４Ｎ５／２３２
）には、前述の如きオート７オーカス装置の一例が開示
されている。即ち、撮像映像信号中の輝度信号の高域成
分は合焦状態に近づくにつれて増加し、合焦点に達する
と最大となる点を考慮し、輝度信号を所定のカットオフ
周波数を有するＨＰＦに通してその高域成分を取り出し
、この高域成分を１フイ一ルド期間にわたってディジタ
ル積分して焦点評価値としてフィールド毎に得る。この
焦点評価値とレンズ位置との関係は、第２図（Ｍ）（Ｎ
）の如く合焦点において最大値となる特性曲線となる。

尚、曲線（Ｍ＞はカットオフ周波数が６００　ＫＨｚ以
上のＨＰＦを使用したときの極めて高い高域成分につい
ての焦点評価値の変化を示し、急峻な曲線となる。また
曲線（Ｎ）はカットオフ周波数が２００　ＫＨｚ以上の
ＨＰＦを使用したときの前記高域成分よりも低域の成分
も含む高域成分についての焦点評価値の変化を示し、緩
やかな曲線となる。

この様に焦点評価値はＨＰＦのカットオフ周波数に関係
なく、常に合焦点において最大となるため、あるＨＰＦ
を用いた時の焦点評価値が最大となる様にレンズを変位
させることにより合焦動作が可能となる。

（ハ）発明が解決しようとする課題 輝度信号の高域成分特性は、被写体毎あるいは同一被写
体であってもその撮影条件によって大きく異なり、これ
らを前記従来技術の如く単一の制御ｆ回路で処理すると
、全ての被写体・撮影条件において良好な合焦動作を行
なうことができない。

例えば、ある被写体を撮影しているときの焦点評価値と
レンズ位置との関係が、第２図（Ｍ）または（Ｎ）の如
き特性曲線である時に、突然、撮影条件が変化して被写
体照度が低下した場合には、被写体と撮影装置間の距離
に全く変化がなくとも、特性曲線は第３図（Ｍ゛）また
は（Ｎ′）の如く変化して、焦点評価値が減少してしま
い、合焦動作に誤動作が生じてしまう慣れがある。

また、あらゆる焦点評価値特性に制御回路を対応させよ
うとすると、回路規模が膨大になるという問題がある。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、カットオフ周波数の異なる２種類のＩ（ＰＦ
を用いることにより、輝度信号から２種類の焦点評価値
を検出し、両焦点評価値の相対的比率を算出し、この相
対比が常に最大あるいは所定の閾値以上にとなる様に）
オーカス制御を行うことを特徴とする。

（ホ）作　用 本発明は上述の如く構成したので、被写体や撮影条件が
異なる場合でも、単一の制御回路にて安定した合焦動作
を行うことができる。

（へ）実施例 以下、図面に従い本発明の実施例について説明する。

第１図は第１実施例装置の回路ブロック図である。この
第１図において、フォーカスレンズ（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
て撮像映像信号となって出力される。この撮像映像信号
中の輝度信号は、ゲート回路（５）及び同期分離回路（
６）に入力される。

同期分離回路（６）は輝度信号より垂直同期信号及び水
平同期信号を分離し、ゲート制御回路（２７）に供給す
る。

ゲート制御回路（２７）では、垂直及び水平同期信号と
撮像素子の駆動に用いられた固定発振器出力を用いて、
画面中央部分に長方形のサンプリングエリア、所謂フォ
ーカスエリアを設定し、この７オーカスエリアの範囲内
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（５）に供給する。こうしてゲート回路（５）で
は、フォーカスエリア内での輝度信号が時分割で取り出
されて、第１及び第２　ＨＰ　Ｆ　（１６）（１７）に
供給される。

第１ＨＰＦ（１６）は、カットオフ周波数が６００ＫＨ
ｚ乃至２　、４　ＭＨｚの高域成分を抜き出すフィルタ
であり、第２　ＨＰ　Ｆ　（１７）は、カットオフ周波
数が２００　Ｋ）Ｉｚ乃至２　、４　！ＩＩＨ２で、第
１ＨＰＦ１６により抜き出される高域成分とこの高域成
分よりも低域の成分の通過も許容するフィルタである。

第１ＨＰ　Ｆ　（１６）により抜き出された高域成分は
第１積算回路（１８）に供給され、第２ＨＰＦ（１７）
により抜き出された高域成分は第２積算回路（１９）に
供給される。

第１及び第２積算回路（１８）（１９）は、いずれも第
４図に示す様に、Ａ／Ｄ変換５（４１）、加算器（４２
）、ラッチ回路（４３）及びメモリ（４４）により構成
された、所謂ディジタル積分器であり、各Ｉ（ＰＦ出力
は、Ａ／Ｄ変換器（４１）にて所定のサンプリング周期
で逐次Ａ／Ｄ変換され、このＡ／Ｄ変換出力は後段のラ
ッチ出力と共に加算！　（４２）にて加算され、この加
算出力が再びラッチ回路（４３）にてラッチされ、ｌフ
ィールドにわたって、これら一連の動作が繰り返される
とこのラッチ回路（４３）はリセットされ、このリセッ
ト直前のラッチ出力がメモリ（４４）に記憶される。従
って、各ＨＰＦ出力は、各積算回路にて１フイ一ルド期
間分の積分が為されて、各メモリには最新のフィールド
についての積分値が第１及び第２焦点評価値（ｍ）（ｎ
）として保持され、１フイールド毎に更新されることに
なる。

演算回路（２０）は第１及び第２積算回路（１８）（１
９）からの第１及び第２焦点評価値（ｍ）（ｎ）を受け
て、常に最新の第２焦点評価値（ｎ）に対する第１焦点
評価値（ｍ）の比を相対比（Ｒ）（Ｒ＝ｍ／ｎ　）とし
て算出する。

ところで、焦点評価値（ｍ）（ｎ）とレンズ位置との関
係は、第２の如き特性の曲線（Ｍ　）（Ｎ　）となる。

即ち、６００　ＫＨｚ以上の高域成分を対象とする第１
焦点評価値（ｍ）は、合焦点近傍で急峻な変化を示す曲
線（Ｍ）となり、積分値（ｍ）よりも低域成分を含む第
２焦点評価値（ｎ）は緩やかな曲線となるが、常にｎ＞
ｍの関係が成り立ち、合焦点から離間するにつれて７オ
ーカスがずれるとともに被写体の空間周波数の高い成分
より減衰が始まるため、両評価値（ｍ）（ｎ）に大きな
差が生じることになる。

そこで、この相対比（Ｒ）と被写体のボケ度合い（合焦
時のレンズ位置よりの移動量あるいはズレ量）との関係
をグラフに示すと、第５図に示す様な単調減少特性曲線
となる。

これは前記相対比なる状態量は、焦点評価値と同様に被
写体の合焦状態（ボケ度合い）を表現できる関数値であ
り、比率で表現されているため一種の正規化された状態
量であり、被写体の置かれている環境の影響をあまり受
けにくい性質を有していることを示す。例えば被写体の
照度が変化した場合、第３図に示すように、焦点評価値
の絶対値は変化するが、相対比としては大きな変化はな
い。通常、上記の性質は被写体の種類を問わぬものであ
る故に、この相対比を従来の焦点評価値の代わりに、ボ
ケ度合いのパラメータとして使用することが可能となる
。

合焦動作開始直後に、最初の相対比（Ｒ）は最大値メモ
リ（７）と初期値メモリ（８）に保持される。

その後、フォーカスモータ制御回路（１１）は、フォー
カスモーフ（３）を予め決められた方向、例えば０点方
向に回転させて、レンズ（１）を支持するフォーカスリ
ング（２）を回動させ、レンズ（１）を光軸方向の■点
方向に変位させ、第２比較器（１０）出力を監視する。

第２比較器（１０）は、フォーカスモーフ駆動後の相対
比と初期値メモリ（８）に保持されている初期相対比を
比較し、その大小関係を出力する。

フォーカスモータ制御回路（１１）は、第２比較器（１
０）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、現在の相対比
が初期相対比に比べ、大であるという出力が発せられた
場合には、そのままの回転方向を保持し、現在の相対比
が初期相対比よりも小さいと判断された場合には、７オ
ーカスモータ（３）の回転方向を逆にして、以後は第１
比較器（９）出力を監視する。

第１比較器（９）は、最大値メモリ（７）に保持されて
いる今までの最大の相対比と現在の相対比を比較し、現
在の相対比が最大値メモリ（７）の内容に比べて大きい
（第１モード）か、予め設定された第１閾値（△Ｐ）以
上に減少した（第２モード）かの２通りの比較信号（Ｓ
Ｌ）（Ｓ２）を出力する。

ここで最大値メモリ（７）は第１比較器（９）の出力に
基づいて、現在の相対比が最大値メモリ（７）の内容よ
りも大きい場合には、その値が現在の相対比にて更新さ
れ、常に現在までの相対比の最大値を保持する。

（１４）は、レンズ（１）を支持する７オーカスリング
（２）の位置を支持する７オ一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（１４）と同様に第１比較器（
９）出力に基づいて最大相対比となった場合の７オ一カ
スリング位置を常時保持する様に更新される。尚、７オ
ーカスリング（２）位置はポテンショメータにてメカ的
に検出したり、あるいは、７オーカスモータ（３）の回
転量自体を回転パルスとして取り出し、このパルスを計
測して検知することが可能であり、このフォーカスリン
グ（２）の位置がレンズ位置に相当することになる。

フォーカスモータ制御回路（１１）は、第２比較器（１
０）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（９）出力を監視
し、相対比が最大相対比に比べて予め設定された第１閾
値より小さいという第２モードが支持されると同時にフ
ォーカスモータ（３）を逆転させる。

このフォーカスモータ（３）の逆転により、レンズ（１
）の移動方向は、例えば撮像素子に接近する方向から離
れる方向へ、あるいはその逆に離れる方向から接近する
方向に変わる。

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３比較器（１５）に
て比較され、一致したとき、即ちフォーカスリング（２
）が相対比が゛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（１１）は機能する。同時にフォーカスモータ
制御回路（１１）はレンズ停止信号（ＬＳ）を出力する
。

（１２）はフォーカスモータ制御回路（１１）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、その時点での相対比が保持される第４メモ
リであり、後段の第４比較器（１３）でこの第４メモリ
（１２）の保持内容は現在の相対比と比較され、現在の
相対比が第４メモリ（１２）の内容に比べ、予め設定さ
れた第２閾値以上に小さくなった時に、被写体が変化し
たと判断され、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（１１）はこの信号を受は取ると、再
び合焦動作をやり直して被写体の変化に追随する。

上述の合焦動作に伴うレンズ（１）の変位を図示すると
第２図の矢印（Ａ）となり、最大相対比の合焦点を通過
した後、相対比が第１閾値（△Ｐ）だけ減少した後に変
位方向が変わり合焦点に復帰することになる。

前述の第１実施例では、合焦点の検知方法として、相対
比がピークを越えて第１閾値（△Ｐ）分だけ落ち込んだ
ことを確認して元のピークにレンズを復帰させる方式を
採用しているので、ピーク通過後に第１閾値分だけ落ち
込み、さらに元のピークに戻るまでには多少の時間を要
することになる。

ところで、相対比は被写体の種類や撮影条件に関係なく
常に第２図の同一の曲線（ピーク値も略同−）となるた
め合焦状態であると認識できる範囲の許容限界に対応す
る相対比を基準相対比（Ｑ）として第６図の如く予め設
定しておき、レンズ（１）の変位に伴い相対比（Ｒ）が
増加して基準相対比（Ｑ）以上になった時に、合焦状態
と見做せる被写界深度内に入ったとしてレンズ駆動を停
止させることも可能であり、この方式であれば、ピーク
通過後に再びピークに復帰する時間を削減することがで
きる。

第７図に示す第２実施例は、この方式を採用したオート
７オーカス装置である。尚、図中、第１図と同一部分に
は同一符号を付して説明を省略する。

第２比較器（１０）の比較結果により、合焦方向にフォ
ーカスモータ（３）が駆動されると、この間のレンズ位
置に応じた相対比（Ｒ）が第５比較器（３０）にて第５
メモリ（３１）に予め記憶されている基準相対比（Ｑ）
と比較される。この第５比較！（３０）の比較結果は、
７オ一カスモーク制御回路（１１０）に入力され、これ
に基づいてモータ（３）の駆動が制御される。即ち、Ｒ
＜Ｑの関係が成り立つ間は、非合焦状態であるとしてモ
ータ（３）は第２比較器（１０）にて決定された方向へ
の駆動を維持する様に制御され、Ｒ≧Ｑとなって相対比
（Ｒ）が基準相対比（Ｑ）を上回れば、合焦状態として
許容される範囲にレンズ位置が達したとして、モータ（
３）は直ちに停止されて合動動作が完了する。

また、第８図の第３実施例では、モータ（３）の駆動方
向を決定する第２比較器（５０）の入力対象を、相対比
に代えて第２積算回路（１９）からの焦点評価値（ｎ）
とし、初期値メモリ（５８）には合焦動作開始時の焦点
評価値（ｎ）を保持し、更に第４比較器（５３）の入力
対象を、相対比に代えて第１精算回路（１８）からの焦
点評価値（ｍ）とし、第４メモリ（５２）には焦点評価
値（ｍ）を保持する様に構成され、合焦動作開始時には
、予め決められた方向にモータ（３）を回転させて得ら
れる焦点評価値が初期値メモリ（４８）の値より大きく
なればそのままの回転方向を保持し、逆に小さくなれば
回転方向を逆にすることにより合焦方向へのモータの駆
動が可能となる。

また、第４メモリ（５２）は、合焦動作中には焦点評価
値（ｍ）を１フイ一ルド期間だけ保持することにより、
結果的に１フイールド前の焦点評価値（ｍ）が保持され
、第４比較器（５３）では最新の焦点評価値と１フイー
ルド前の焦点評価値とが比較され、両者の差が予め設定
された第３閾値（ｅｏ）より大きくなった場合には、合
焦動作中に被写体が変化したとして合焦動作を最初から
やり直す。

また、合焦動作完了後には、完了直後の焦点評価値を保
持し続け、最新の焦点評価値とこの完了直後の焦点評価
値との差が、第３閾値（ｅｏ）より大きな第４閾値（ｅ
、）より大きくなった時に、合焦動作を再開させること
により、被写体の変化の監視が可能となる。

尚、前述の各実施例では、フォーカス制御の手法として
レンズ（１）を７オーカスモーク（３）を用いて光軸方
向に進退させて撮像素子に対するレンズ（１）の相対位
置を変化させているが、レンズ（１）を固定して撮像素
子目体をモータあるいはバイモルフを用いて光軸方向に
進退させることも可能であることは言うまでもない。

更に第１図、第７図及び第８図の演算回路（２０）以下
の各回路の動作を、マイクロコンピュータによりソフト
ウェア的に処理可能であることも言うまでもない。

また、Ａ／Ｄ変換器（４１）の前段に振幅検波用の検波
回路を挿入すれば、更に精度が向上することになる。

（ト）発明の効果 上述の如く本発明によれば、被写体や撮影条件毎とに焦
点評価値特性が大きく異なる場合でも、回路規模を大幅
に拡張することなく、良好なオートフォーカス動作が実
行可能となる。更に迅速性という面でも有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明の第１実施例に係り、第１図
は全体の回路ブロック図、第２図、第３図は異なる撮影
条件における焦点評価値、相対比とレンズ位置との関係
を示す図、第４図はディジタル積分器の回路ブロック図
、第５図はボケ度合いと相対比との関係図である。また
、第７図及び第８図は夫々第２及び第３実施例の回路プ
ロ・ｌら り図、第鬼図は第２及び第３実施例での基準相対比（Ｑ
）を説明する図である。 （１８）・・・第１積算回路、（１９）・・・第２積算
回路、（２０）・・・演算回路、（１１）（１１０）・
・・７オ一カスモーク制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）撮像素子より得られる撮像映像信号中の輝度信号
   の第１高域成分を一定期間毎に第１評価値として検出す
   る第１評価値検出手段と、 前記輝度信号の第１高域成分より低域の成分をも含む第
   ２高域成分を一定期間毎に第２評価値として検出する第
   ２評価値検出手段と、 前記第１評価値の前記第２評価値に対する比を相対比と
   して算出する演算手段と、 該相対比に基いてフォーカス制御を行うフォーカス制御
   手段を備えるオートフォーカスビデオカメラ。