KR0185168B1 - 초점 제어회로 - Google Patents

Abstract

비디오 카메라용의 초첨 제어 장치는 제1렌즈 위치 및 제2렌즈 위치에서 샘플된 비디오 신호의 소정의 주파수 성분의 신호로부터 얻어진 제1위치 및 제2위치에 대해 비디오 신호의 소정의 주파수 성분의 값의 변화를 나타내는 제1경사를 결정하고, 제3렌즈의 위치점에서 샘플된 비디오 신호의 소정의 주파수 성분의 신호로부터 얻어진 제2렌즈 위치 및 제3렌즈 위치에 대해 비디오 신호의 소정의 주파수 성분의 값의 변화를 나타내는 제2경사를 결정하며, 렌즈의 세로방향 이동속도가 제1경사 및 제2경사의 변화에 따라서 제어됨으로써, 고속 초점 맞춤을 행하고 그와 같은 초점 맞춤 동안 렌즈의 오버런의 양을 감소시킨다.

Description

초점 제어 회로

제1도는 본 발명의 초점 제어 회로의 일 실시예를 도시하는 구성도.

제2도는 제1도의 실시예를 설명하는 특성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 촬상 렌즈 1a : 초점 링

10 : 중앙 제어장치 11 : 모터

[산업상의 이용 분야]

본 발명은 예를 들어 비디오 카메라의 자동 초점 시스템에 적용하기에 가장 적합한 콘트라스트(contrast) 검출 방식의 초점 제어 회로에 관한 것이다.

[발명의 개요]

본 발명은, 예를 들어 비디오 카메라의 자동 초점 시스템에 적용하기에 가장 적합한 콘트라스트 검출 방식의 초점 제어 회로에 있어서, 촬상 신호 내의 휘도 성분의 최대 값을 검출할 때, 기동 점으로부터 휘도 성분이 증대하는 방향을 판별하는 소정 시간 저속으로 초점 링을 회전 구동한 후, 휘도 성분이 소정 레벨을 초과할 때까지 초점 링을 고속으로 회전 구동하고, 소정 레벨 이상으로 재차 상기 초점 링을 저속으로 회전 구동시키므로서, 초점 링의 이동을 원활하게 함과 동시에 단시간에 정확한 초점 맞춤점에 근접하여, 정확한 초점 맞춤점의 변동에 대한 추종성이 좋아지도록 한 것이다.

[종래의 기술]

비디오 카메라의 자동 초점 방식으로는, 정확한 초점 맞춤 방식의 원리로부터 분류하면, 거리 측정 방식과 핀트 검출 방식이 있다. 거리 측정 방식은 피사체까지의 거리를 측정하여, 이에 따라 렌즈를 위치 제어하는 것이다. 핀트 검출 방식은 촬상면에서의 핀트를 검출하여, 핀트가 맞는 위치에 렌즈를 위치 제어하는 것이다.

핀트 검출 방식으로 분류되는 것의 하나로는 콘트라스트 검출 방식이 있다. 콘트라스트 검출 방식은 예를 들어 일본국 특개소 제 62-146628 호에 나타낸 바와 같이, 렌즈가 정확한 초점 맞춤 위치에 근접하면, 촬상 화상의 에지가 명료해져 가는 것을 이용하여 초점 제어를 행하는 것이다. 촬상 화상의 에지가 명료해져 가는 것은, 비디오 신호 내의 고역 성분이 증가하여 가는 것에 대응한다.

이와 같은 콘트라스트 검출 방식에 의한 자동 초점 회로는 핀트가 맞는 위치인 정확한 초점 맞춤점의 판정을 아래에 도시하는 방법으로 행하고 있다. 즉, 예를 들어 촬상 신호 내의 휘도 신호로부터 정확한 초점 맞춤점을 검출하는 경우, 화면 중에 미리 설정된 복수 개소의 검출 점에서의 휘도 신호 레벨의 1 화면 분의 적분값은 제2도에서 특성 곡선 y로 표시하는 바와 같이, 촬상 렌즈의 핀트가 맞은 거리(초점 위치)가 정확한 초점 맞춤점(이 예에서는 2m)에 근접함에 따라서 산 형상으로 증대하여, 이 정확한 초점 맞춤점을 넘으면 또다시 감소한다. 이로 인하여, 이 휘도 신호 레벨의 적분 값이 최대 값으로 되는 2m를 검출하면 적당할 것이나, 실제로는 촬상 렌즈의 초점 링을 2m의 위치로부터 전후로 다소 회전 운동시켜서, 2m의 위치의 휘도 레벨의 적분 값 y₀이 이 전후의 위치의 휘도 레벨의 적분 값 y-, y+보다 높은 것을 검출하는 것으로, 2m의 초점 위치가 최대 값인 것을 검출한다. 그래서, 이와 같은 검출 작업으로 초점 링이 2m로 되어 정확한 초점 맞춤 상태로 되면, 주기적으로 초점 링을 전후로 다소 회전 운동시켜서, 이 전후의 초점 위치에서의 휘도 레벨의 적분 값이 최대 값 y₀를 넘지 않게 되는 것을 계속해서 검출하는 동안, 정확한 초점 맞춤 상태 인 것을 판단하여, 이 초점 위치에서 촬상을 유지시킨다.

그리고, 예를 들면 이 정확한 초점 맞춤점인 2m에서의 휘도 레벨의 1화면분의 적분 값이 대폭적으로 변화하였을 때 또는 2m의 직전 또는 직후의 초점 위치에서의 적분 값이 2m에서의 적분 값을 초과한 것을 검출하였을 때에는, 피사체의 이동 등에 의해 정확한 초점 맞춤점의 초점 위치가 변화하였다고 판단하여, 재차 휘도 레벨의 적분 값의 최대 값의 검출 작업을 행하여, 정확한 초점 맞춤점을 수색한다.

[발명이 해결하고자 하는 과제]

그런데, 정확한 초점 맞춤점의 수색 시에 고속으로 초점 링을 회전 운동시키면, 초점 링의 회전운동 위치가 정확한 초점 맞춤점으로부터 분리되어 있을 때에도 단시간에 정확한 초점 맞춤점에 근접하나, 이 경우 단위 시간당 회전 운동량이 크므로, 최대 값인 곡선 y의 정상을 검출하기 위해 필요한 전후의 위치의 휘도 레벨의 적분 값 y+, y-의 검출 지점이 최대 값 y₀에서 분리해 버려, 정확한 초점 맞춤점 근처에서의 촬상 렌즈의 초점 위치의 변동 량이 크고 원활하게 움직이지 않는 불합리함이 있었다. 다시 고속으로의 회전운동은 기동 시에 휘도 레벨이 증대하는 방향을 판별할 때에도, 초점 링이 원활하게 움직이지 않는 불합리함이 있었다. 또한, 저속으로 초점 링을 회전 운동시키면, 초점 링의 회전운동 위치가 정확한 초점 맞춤점으로부터 분리되어 있을 때에는, 정확한 초점 맞춤점에 근접할 때까지 시간이 걸려, 자동 초점 동작의 응답성이 나빠지는 불합리함이 있었다.

본 발명은 이와 같은 점을 감안하여, 자동 초점 동작의 응답성을 빠르게 하는 것과 동시에 초점 링의 움직임이 원활한 초점 제어 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명의 초점 제어 회로는, 예를 들면 제1도에 도시한 바와 같이, 촬상 신호 내의 휘도 성분의 최대 값을 검출하여, 이 검출 결과에 의거하여 촬상 렌즈(1)의 초점 링(1a)의 회전운동 위치를 조정하는 초점 제어 회로에 있어서, 휘도 성분의 최대 값을 검출할 때, 기동점으로부터 휘도 성분이 증대하는 방향을 판별하는 소정 시간 저속으로 초점 링(1a)을 회전운동 구동한 후, 휘도 성분이 소정 레벨을 초과할 때까지 초점 링(1a)을 고속으로 회전운동 구동하고, 소정 레벨 이상으로 다시 초점 링(1a)을 저속으로 회전운동 구동하도록 한 것이다.

[작용]

본 발명의 초점 제어 회로에 의하면, 회전 운동시키는 방향을 판별할 필요가 있는 기동 시로부터 소정 시간은 저속으로 초점 링(1a)을 회전 운동시키므로, 회전 운동 방향의 전환 등이 저속에 의한 적은 운동으로 원활하게 행해지고, 정확한 초점 맞춤점으로될 가능성이 낮은 저 휘도 레벨 시에는 고속으로 초점 링(1a)의 회전 운동 위치를 정확한 초점 맞춤점에 근접시키므로 단시간에 정확한 초점 맞춤점에 근접하며, 정확한 초점 맞춤점으로될 가능성이 높은 고 휘도 레벨 시에는 저속으로 초점 링(1a)을 회전 운동시켜서 정확한 초점 맞춤점 근처에서의 최고 값의 검출이 적은 운동으로 원활하게 행해진다.

[실시예]

이하, 본 발명의 초점 제어 회로의 일 실시예를 제1도 및 제2도를 참조하여 설명한다.

본 예는 비디오 카메라의 자동 초점 기구에 적용하는 초점 제어 회로로, 제1도는 전체 구성을 도시한다. 이 제1도에 있어서, 1은 촬상 렌즈를 도시하며, 이 촬상 렌즈(1)를 통한 상광(像光)을 CCD형의 고체 촬상체(이하 CCD라 칭함)(2)의 결상면(結像面)에 결상한다. 이 경우, 촬상 렌즈(1)의 초점 링(1a)을 후술하는 모터(1)가 회전운동 구동시키는 것으로, 초점 위치가 변화하여 CCD(2)의 결상면에 결상하는 상광의 초점 조정이 행해진다.

그리고, 이 CCD(2)가 촬상에 의해 출력하는 촬상 신호를 촬상 신호 처리 회로(3)에 공급하고, 이 촬상 신호 처리 회로(3)에서 촬상 신호를 소정의 영상 신호로 변환하고, 이 영상 신호를 출력 단자(4)로 부터 출력시킨다.

또한, 촬상 신호 처리 회로(3)가 촬상 신호로부터 추출한 베이스 밴드의 휘도 신호 성분을 고역 통과 필터(이하 HPF라 칭함)(5)에 공급한다. 이 HPF(5)는 100kHz 이상의 신호를 통과시키는 필터로, 이 HPF(5)의 출력 휘도 신호를, 증폭기(6)를 거쳐서 저역 통과 필터(이하 LPF라 칭함)(7)에 공급한다. 이 LPF(7)는 3MHz이하의 신호를 통과시키는 필터이다.

그리고, 이 LPF(7)가 출력하는 휘도 신호를, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기(8)에 의해 디지털 신호화 한 후, 적분 회로(9)에 공급하여, 이 적분 회로(9)로 적분 처리를 행한다. 이 경우, 적분 회로(9)는 디지털 적분 회로에서, 1필드마다 1화면 분의 휘도 신호의 모든 초점 검출 점의 휘도 레벨을 적분 화하는 회로이다. 또한, 1화면 중의 초점 검출 점은 미리 화면의 중앙부의 근처에서 복수 개소 설정되어 있다. 그리고, 이 적분 회로(9)가 연산한 적분 값 데이터를 중앙 처리 장치(이하 CPU라 칭함)(10)에 공급한다.

그리고, CPU(10)가 이 적분 회로(9)로 부터의 적분 값 데이터에 의해 판단한 결과에 의거하여, 초점 링(1a)을 회전 운동시키는 모터(11)에 소정의 구동 신호를 공급하여, 초점 조정을 하도록 하고 있다.

이 경우, CPU(10)가 행하는 조정은 모터(11)에 고속 구동 신호 또는 저속 구동 신호를 공급하여, 초점 링(1a)을 고속 또는 저속의 2단계의 속도로 회전 구동시키도록 하고 있다. 이 고속파 저속으로는, 속도에 예를 들어 1.6배의 차가 있다. 그리고, 이 속도의 전환은 정확한 초점 맞춤점의 변동을 검출하여 초점 링(1a)을 최초로 가동시킬 때는 저속으로 기동시켜, 회전운동 방향의 검출(즉, 휘도 레벨이 증대하는 방향의 검출)을 행하는데 필요한 0.5초간은 이 저속으로의 회전운동을 유지시킨다. 그리고, 이 기동 시로부터 0.5초 동안 경과하면, 휘도 레벨의 적분 값이 일정한 임계값 DSP(제2도 참조)이하일 때에는, 초점 링(1a)을 고속으로 회전 구동시킨다.

이 임계값 DSP은 정확한 초점 맞춤점에서의 휘도 레벨의 적분 값이 비교적 높은 값에 집중하고 있는 것을 이용하여 설정한 것으로, 임계값 DSP 이상에서 정확한 초점 맞춤점으로 될 가능성이 높고, 임계값 DSP 이하에서는 정확한 초점 맞춤점으로 될 가능성이 낮다.

그리고, 기동 시로부터 0.5초 동안 경과한 후에, 휘도 레벨의 적분 값이 일정한 임계값 DSP를 초과하면, 초점 링(1a)을 저속으로 회전 구동시키도록 하고 있다.

다음으로, 본 예의 초점 제어 회로가 행하는 초점 제어 동작을 설명한다. 먼저, CCD(2)가 출력하는 촬상 신호로부터 촬상 신호 처리 회로(3)가 추출한 베이스 밴드의 휘도 신호가, HPF(5) 및 증폭기(6)를 거쳐서 LPF(7)에 공급되도록 된다. 이 때문에, HPF(5)와 LPF(7)에서 휘도 신호로부터 100kHz 이상 3MHz 이하의 신호 성분이 추출되어, 이 100kHz 내지 3MHz의 휘도 성분이 아날로그 디지털 변환기(8)에서 디지털 신호화된 후, 적분 회로(9)에서 1화면 분의 모든 초점 검출 점의 데이터가 적분된다. 이 경우의 적분 값으로서는, 예를 들어 이 비디오 카메라의 결상면으로부터 2m의 거리에 촬상 물체가 있으며, 정확한 초점 맞춤점 까지의 거리가 2m이라면, 제2도에 도시하는 바와 같이 촬상 렌즈(1)의 초점 링(1a)이 거리 2m의 위치일 때를 정점으로 하여, 적분 값이 증대하는 곡선의 특성 y이 얻어진다. 여기에서, 이 제어 회로의 기동 시에 초점 링(1a)의 회전운동 위치가 거리 1m이라면, CPU(10)에는 적분 값 y₁이 얻어진다. 이때, 이 기동 시에는 CPU(10)가 모터(11)에 저속 구동 신호를 공급하여, 초점 링(1a)을 저속으로 조금씩 양방향으로 회전 운동시켜, 어떠한 방향으로 초점 링(1a)을 회전운동시켰을때 적분 값이 증대하는가를 CPU(10)가 판별한다. 이 판별 동작은 0.5초 이내에 종료한다.

그리고, 이 판별 동작이 종료하면, CPU(10)의 제어에 의해 적분 값이 증대하는 방향, 즉 제2도 예의 경우에는 초점 위치의 거리를 길게 하는 방향(화살표 U방향)으로 초점 링(1a)을 회전 운동시킨다. 이때, 이 방향이 정해진 동작을 개시한 직후에 기동 시부터 0.5초를 경과하므로, 이후는 적분 값이 임계값 DSP를 초과하였는지의 여부를 판별하여 회전운동 속도를 제어한다. 예를 들어 제2도 예의 경우, 기동 시로부터 0.5초를 경과하였을 때, 적분 값이 임계값 DSP보다도 아래 값 y₂이라면, CPU(10)는 모터(11)에 고속 구동 신호를 공급하여, 초점 링(1a)을 고속으로 회전운동 시킨다.

그리고, 이 회전운동에 의해 초점 위치가 2m 근접하여, 적분 값이 임계값 DSP의 값 y₃을 초과하면, CPU(10)는 모터(11)에 저속 구동 신호를 공급하여 초점 링(1a)을 저속으로 회전 운동시킨다. 그리고, 이 저속 회전에 의해, 적분 값이 거리 2m인 때의 최대 값 y₀으로 되는 것을 검출한다. 이때에는, 초점 링(1a)이 거리 2m를 일단 초과해서 최대 값 y₀으로부터 약간 감소한 적분 값 y+을 검출하는 것으로, 거리 2m인 때의 적분 값 y₀가 최대 값이라고 CPU(10)가 판별하여, 이 2m의 위치가 정확한 초점 맞춤점이라고 판단해서, 저속 회전운동인 채로 초점 링(1a)을 거리 2m의 위치로 되돌려서 정지시킨다.

그리고, 이 최대의 적분 값 y₀을 검출한 후에는, 정확한 초점 맞춤 상태가 계속되고 있는지의 여부를 검출한다. 즉, 일정 간격마다 초점 링(1a)을 약간 전후로 회전운동시켜서 직전 및 직후의 초점 위치에서의 휘도 성분의 적분 값이 y₀보다 감소한 적분 값 y-, y+을 검출하는 것으로, 거리 2m에서의 적분 값 y₀이 최대값으로됨을 확인하여, 정확한 초점 맞춤 상태가 계속되고 있다고 판단한다. 이 정확한 초점 맞춤 판정을 행할 때에도, 휘도 성분의 적분 값은 임계값 DSP를 초과하고 있으므로, 저속으로 초점 링(1a)을 회전운동 시킨다.

그리고, 이 정확한 초점 맞춤 판정에 의해 정확한 초점 맞춤 상태가 아님을 검출하였을 때에는, 재차 이 회로를 기동시켜서 상술한 휘도 성분의 적분 값의 최대 값을 수색하는 작업을 행한다.

이와 같이 본 예의 초점 제어 회로에 의하면, 초점 링(1a)의 회전운동 방향을 판별하는데 필요한 0.5초간은 저속으로 초점 링(1a)을 회전 운동시키므로, 기동 시의 회전운동 방향의 전환 등이 저속에 의해 적은 운동으로 원활하게 행해진다. 그리고, 이 0.5초가 경과하면, 정확한 초점 맞춤점으로될 가능성이 낮은 임계값 DSP 이하의 저 휘도 레벨 시에는, 고속으로 초점 링(1a)을 회전 운동시키므로, 단시간에 초점 위치가 정확한 초점 맞춤점에 근접한다. 그리고, 정확한 초점 맞춤점으로될 가능성이 높은 임계값 DSP 이상의 고 휘도 레벨 시에는, 저속으로 촛점 링(1a)을 회전 운동시키므로, 정확한 초점 맞춤점 근처에서의 최고 값의 검출이 적은 운동으로 원활하게 행해진다. 이로 인하여, 초점 링(1a)의 운동이 원활해짐과 동시에 정확한 초점 맞춤점에 단시간에 근접하여, 정확한 초점 맞춤점의 변동에 대한 추종성이 좋아지는 이익이 있다.

또한, 상술한 실시예에 있어서는 고속과 저속을 전환하는 임계값 DSP를 절대적인 값으로 설정하였으나, 예를 들어 단위 시간당의 적분 값의 변화량에 따라서 고속과 저속의 전환을 행하도록 하여도 좋다. 즉, 제2도에 도시한 바와 같이, 특성 y는 초점 위치가 정확한 초점 맞춤점에 근접함에 따라 경사가 급해지는 성질이 있으며, 이 경사가 급해지는 것을 단위 시간당의 변화량이 증대하는 것으로 검출할 수 있다. 이 때문에, 단위 시간당의 적분 값 변화량이 일정량 이상으로 되면 정확한 초점 맞춤점에 근접하였다고 판단하여, 초점 링(1a)의 회전운동을 고속 구동에서 저속 구동으로 전환하도록 하여도 좋다. 또한, 이 변화량에 따라서 임계값 DSP를 다소 변화시키도록 하여도 좋다.

또한, 본 발명은 상술하는 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 다른 각종의 구성이 취해지는 것은 물론이다.

[발명의 효과]

본 발명의 초점 제어 회로에 의하면, 촬상 신호 중의 휘도 성분의 적분 값의 검출 결과에 의거하여 초점 링(1a)의 회전운동 속도를 최적의 상태로 제어하므로, 초점 링의 움직임이 원활해짐과 동시에 정확한 초점 맞춤점에 단시간에 근접하여, 정확한 초점 맞춤점의 변동에 대한 추종성이 좋아지는 이익이 있다.

Claims (1)

1. 촬상 신호 중의 휘도 성분의 최대 값을 검출하여, 이 검출 결과에 의거해서 촬상 렌즈의 초점 링의 회전운동 위치를 조정하는 초점 제어 회로에 있어서, 비디오 카메라의 렌즈를 통한 상광(像光)을 수광하여 촬상 신호를 발생하는 촬상 소자와, 상기 촬상 소자로부터 상기 촬상 신호를 수신하여 적어도 휘도 신호 및 색도신호를 포함하는 영상신호를 발생하는 촬상 신호 처리 회로와, 상기 휘도 신호를 수신하여 소정의 주파수 성분을 가진 신호를 추출하는 대역 통과 필터 수단과, 각각 3개의 연속 렌즈 위치에 대응하는 적어도 3개의 샘플점에서 추출된 신호를 샘플링하는 수단과, 제1샘플점 및 제2샘플점에서 샘플링된 추출 신호의 값의 변화를 나타내는 제1경사를 발생하고, 상기 제2샘플점 및 제3샘플점에서 샘플링된 추출 신호의 값의 변화를 나타내는 제2경사를 발생하는 수단과, 상기 제1경사 및 제2경사를 비교하여 그 비교 값을 나타내는 출력을 발생하는 수단과, 상기 비교 수단의 상기 출력에 응답하여, 상기 휘도 성분의 최대 값의 검출을 행할 때, 기동 점에서 휘도 성분이 증대하는 방향을 판별하는 소정 시간 저속으로 상기 초점 링을 회전운동 구동한 후, 상기 휘도 성분이 소정의 레벨을 초과할 때까지 상기 초점 링을 고속으로 회전운동 구동하고, 상기 소정의 레벨 이상에서 다시 상기 초점 링을 저속으로 회전운동 구동하도록 하는 제어 수단을 포함하는 초점 제어 회로.

Images