JPH0136082B2

JPH0136082B2 -

Info

Publication number: JPH0136082B2
Application number: JP55189394A
Authority: JP
Inventors: Zuwaan Robaato
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1979-12-26
Filing date: 1980-12-26
Publication date: 1989-07-28
Also published as: JPS56101113A; EP0031483A1; DE3068260D1; EP0031483B1

Description

【発明の詳細な説明】この発明は発生源から得たデータを利用したフ
オーカスシステムに関し、特に場面情報のみを利
用して高分解能のオートフオーカスが得られる閉
ループオートフオーカスシステムに関する。

ある場面から得た情報の表示に相関する問題の
１つはフオーカス条件外で生じる低分解能とオペ
レータがフオーカスの度合を手動で維持しようと
試みることの困難さである。特にオペレータは場
面の条件変化、場面の範囲及び光学系上の熱の影
響といつた条件のもとでフオーカスを連続して維
持したり、安定したフオーカスを維持することが
できない。オートフオーカスシステムは高分解能
を得るだけでなく、オペレータをフオーカス制御
の仕事から解放する。ある場面から得たセンサデ
ータを用いたオートフオーカスの概念はオペレー
タと同じ役割を果す装置を提供する。すなわち、
この装置は光学素子をある方向に移動させ高分解
能を得るように最適フオーカスを維持する。

フオーカス制御の概念としては1977年１月10日
に国防省ドキユメントセンタにフアイルされたド
キユメントNo.ADA034116のテキサスインスツル
メント社によつて編さんされた1976年11月発行の
“AFAL−TR−76−161ビデオ制御FLIRフオー
カス”という技術レポートがある。このレポート
はビデオ制御ローフオーカスステツプレートシス
テムに存在するAC信号の量に比例する信号を形
成する全波整流器あるいは代表的なピーク検出器
を利用したフオーカスシステムを開示している。
しかしこのシステムは適切な動作を得るのに十分
なフオーカス依存信号を供給しない。他の従来技
術としてはD.L.Petersによる米国特許第3356792
号に開示された標準基準イメージを用いたシステ
ムがあるがこのシステムの手法にはある限界があ
ることがわかつている。もしデータ及び表示場合
の信頼性がありかつ継続してほぼ最適フオーカス
が得られるようにフオーカスシステムが設けられ
ればこれらの従来技術のシステムに対する改善と
なる。

この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、
場面情報のみに作用してフオーカス制御を行う改
善された閉ループフオーカスシステムを提供する
ことである。

この発明の他の目的はシステムノイズが存在す
る場合に信頼できるフオーカス制御を提供し実質
的に入力ビデオ信号のＳ／Ｎ比に同調するオート
フオーカスシステムを提供することである。

この発明の更に他の目的はタイプの異るセンサ
システムにも即適用可能なオートフオーカスシス
テムを提供することである。

この発明の更に他の目的は目標に対する範囲の
変化あるいは視野外の範囲の変化に対して信頼性
のある補償を行うと共にセンサシステムにおける
機械的に誘導された変位あるいは温度により誘導
された変位に対しても補償するオートフオーカス
システムを提供することである。

この発明の更に他の目的はあるパラメータにつ
いてかなり小さなダイナミツクレンジで作動する
オートフオーカスシステムを提供することであ
る。

この発明のオートフオーカスシステムによれ
ば、センサと、バンドパスフイルタ及びゲート構
成と、フオーカス弁別器と、フオーカス光学系を
制御するロジツクアルゴリズムとフオーカスエラ
ーを急速に修正する速度でかつフオーカスを改善
する方向に前記フオーカス光学系を駆動するモー
タとを有したハンテイングタイプのサーボとを有
している。前記フオーカス弁別器は条件付積分器
とサンプル／ホールド回路とを有したゲート化さ
れたピークピーク検出器を有している。前記フオ
ーカス弁別器の出力は光分解能が増大するにつれ
増大するので、弁別器の出力を最大にすることに
より最適フオーカスが得られる。

前記フオーカス弁別器は実質的に場面のタイプ
とは無関係であり、センサデータのフオーカスの
変化、基本的にはセンサデータの高周波成分にの
み応答する。

前記場面の大きなダイナミツクレンジは条件付
積分器によつて同調される。この積分器により入
力ピーク−ピーク検出信号がこの積分器の出力信
号の振幅を越えた場合にのみ積分された値に入力
ピークピーク検出信号を寄与する。この積分信号
は周期的にサンプリングされ、前記サンプリング
値は微分される。前記ハンテイングサーボは微分
信号に応答し継続的に光学系を、入力信号の高周
波成分の振幅を最大にする方向に駆動する。

このシステムはノイズ、レンジ又は温度の各変
化にかかわらずオペレータが信頼を有してフオー
カスを維持するのに目に見えない小さなフオーカ
ス変化に応答する。

ビデオ場面データのオートフオーカスに対する
従来のアプローチは場面エネルギーを含む方法に
依存していた。しかしこれらの技術は異る場面と
その場面の大きな物体に相関する非常に大きなダ
イナミツクレンジと戦わなければならなかつた。
例えば、黒い絵素群の中の１つの暗灰色の絵素か
ら白い絵素群の中の１つの明灰色の絵素に代わる
とき必要とされる全体のダイナミツクレンジは
4.5×10¹⁰：１、電圧比で言えば213dbにもなる。
従来技術において考えられたエネルギー方法とし
てはダイレクトフーリエ変換、RMSメータを有
した狭帯域フイルタ及びスペクトルアナライザが
ありこれらはみなダイナミツクレンジに限界があ
つた。この発明によるシステムではフオーカス変
化を決定するのに周波数成分の振幅情報を利用し
ており場面の物体のサイズあるいは形成される勾
配数によつて制限されない。この発明のシステム
のフオーカスの結果は実質的に画像領域と無関係
であり、あらゆるタイプの場面について正しく動
作する。

第１図はこの発明による閉ループオートフオー
カスシステムのブロツク図である。

センサシステム１０はセンサ１２と可変レンズ
又はアンテナ１４を有しビデオ信号データを、リ
ード線１６に印加する。このリード線１６からデ
ータを適切な表示装置（図示せず）に印加される
ある場面１８からのデータを受けるセンサ１２の
特定の周波数での動作に限定されず、テレビカメ
ラ又はビジコン、IRセンサ、反射レーザエネル
ギーを受け取るレーザエネルギセンサーあるいは
反射又は放出されたマイクロ波エネルギーに応答
するセンサであつて良い。

この発明の範囲内の前記可変レンズ又はアンテ
ナ１４は図示するようにセンサの一部又は独立し
た素子であり、焦点面（フオーカル面）上の影像
として受信データをフオーカス制御するものであ
り、例えば一連の検出器、ビジコンのフオトカソ
ードで構成し得る。もしセンサ１０がビジコンで
あれば、前記フオーカル面はフオトカソード１９
であり、この上に場面１８がレンズ１４を制御す
ることによりフオーカスされる。可変レンズ１４
はレンズ制御モータ１７に応答して前記フオーカ
スを急速に変更しなければならない。この制御モ
ータ１７は入力フオーカス制御信号に応答する。
図示システムにおけるセンサ１２は場面１８から
のデータを受取り、テレビタイプのフオーマツト
のようなラスターフオーマツトでフオーカル面上
の影像を走査するがこの発明は特定の走査フオー
マツトや走査フオーマツトを形成する特定の方法
に限定されるものではない。ただしその場合時間
の隣接するサンプル値が空間的に隣接するサンプ
ル値に対応していなければならない。

リード線１６上のビデオ信号はフオーカス弁別
器２０に印加される。この弁別器２０はバンドパ
スフイルタ／場面ゲートニユツト２４を有し、前
記フイルタは選択された周波数応答を有し、前記
場面ゲートは前記フオーカル面上に映される場面
１８の中心の1/3のようなビデオデータのラスタ
の部分の選択とかビデオデータのラインの部分の
選択を行う。前記バンドパス／場面ゲートユニツ
ト２４はリード線１６からのビデオ信号とパルス
発生器３０からのゲート信号を受け取りろ波され
かつ場面のゲート化された信号をリード線３２を
介して条件付積分器２６に印加しこの積分器２６
は又パルス発生器３０からRESETパルスを受取
る。前記条件付積分器２６は特殊な形のピーク検
出器でありホールドされた積分電流値よりも大き
い値を有した信号こう配のみを積分する。従来技
術で良く知られたデバイダとパルス形成機構のよ
うなタイミングユニツトをパルス発生器３０とし
て使用できる。このパルス発生器３０は垂直及び
水平同期信号並びにセンサ１２からの複合リード
線３４を介して受取られたクロツク信号に応答す
る。前記バンドパスフイルタ／場面ゲートユニツ
ト２４のハイパスフイルタのビデオ信号の高周波
成分を低周波成分よりも重い重みをつけ、ピーク
検出器は、生じたこう配信号の振幅ピーク−ピー
ク値をセンスする条件付積分器として動作する。
条件付積分器でセンスされた振幅は場面情報から
のみ派生された量であり、この量は入力ビデオデ
ータの有効分解能を示している。前記条件付積分
器２６によつて供給された信号はリード線３６を
介してサンプル／ホールドユニツト３８に印加さ
れる。このユニツト３８はパルス発生器３０から
の“サンプル”信号に応答し周期的に条件付積分
器の出力をサンプリングする。微分器４０はリー
ド線４２を介してサンプル／ホールド回路３８か
らのサンプリングされた信号を受取り、サンプリ
ングされた値の変化に応答してフオーカス信号の
変化分を決定し、微分された信号は、比較のため
にしきい値電圧も入力される比較回路４６に印加
される。前記しきい値電圧はシステムが応答でき
る最小のフオーカスエラーを表わしている。減少
するフオーカス条件を表わす微分された信号が前
記しきい値よりも大きな負の値を有していれば、
ある信号がリード線４８を介してトグルフリツプ
フロツプ５０に印加され前記フリツプフロツプの
状態を反転するようにトリガする。前記フリツプ
フロツプ５０がトリガされるとフオーカスレンズ
１４を第１の方向又は第２の方向に継続的に動か
すサーボが改善されたフオーカス条件の方向にそ
の移動方向を変える。

レンズ制御ユニツト１７、これは双方向性のモ
ータ（図示せず）を有し出力駆動回路５６に応答
して移動信号を適切な接続手段５８を介して可変
レンズ１４に印加する。前記出力駆動回路５６は
従来技術で良く知られている高利得増幅器５９の
ような適切な構成を有している。増幅駆動回路６
０はモータ駆動部の第１段目を構成し第１、第２
及び第３の演算増幅器６２，６４及び６６を含み
端子６３から増幅器６６の入力に印加される適切
なオフセツト電圧に直列に接続されている。増幅
器６２は積分用のキヤパシタ６７と入力端子間に
接続された放電スイツチ６９とを有している。前
記端子６３からのオフセツト電圧は前記積分用キ
ヤパシタ６９が放電しているときレンズ制御モー
タ１７を低速で回転させるように保持する。前記
増幅器６６の出力端子はインバータ６８に印加さ
れ、インバータ６８は反転駆動信号をスイツチ７
０の一方の端子に印加し、他の端子には増幅器６
６の出力が印加される。インバータ６８の出力は
増幅器６２の入力端に印加されフイードバツクが
形成されている。スイツチ７０はその出力端がリ
ード線７４を介して出力駆動増幅器５６に接続さ
れている。

レンズ制御モータ１７の移動方向はトグルフリ
ツプフロツプ５０の状態により決定されフリツプ
フロツプ５０はリード線７５を介して出力信号を
スイツチ駆動回路７６に印加しフリツプフロツプ
５０が比較器４６によつてトリガされる毎にスイ
ツチ７０の状態を変える。従つて正又は反転され
た駆動信号のいずれかがレンズ制御モータ５４に
印加され回転方向を制御する。前記振幅駆動回路
６０をリセツトするためにワンシヨツト回路７８
が前記リード線４８上の比較器信号に応答しリー
ド線６５を介してある信号を供給してスイツチ駆
動回路８０を作動させスイツチ８２を周期的に場
面走査期間毎に開閉する。図示した振幅駆動回路
６０はキヤパシタ６７による積分タイプのもので
あり時間の関数に応じて制御モータ１７の速度を
増加させる。駆動回路５６及び６０は従来技術で
良く知られた複数のモータ駆動ユニツトの例示に
すぎない。

第２ａ及び第２ｂ図は第１図のシステムの一部
を詳細に示したものである。リード線１６上のビ
デオ信号はバンドパス増幅器８４に印加される。
この増幅器８４はリード線８６及び８８の間に接
続された抵抗８６とリード線８８及びグラウンド
間に接続されたキヤパシタ９０とを有している。
これら２つの素子はビデオ信号成分の所望の減衰
が得られるように低周波である振幅こう配を有し
たローパスコーナー周波数を有した特性を形成し
ている。キヤパシタ９２はリード線８８とリード
線９４との間に接続され更に抵抗９６に接続され
ている。これらの２つの素子はハイパスコーナー
特性を有している。抵抗９６はリード線９８を介
してスイツチングユニツト１０１の演算増幅器１
００に接続され、このユニツト１０１の出力は場
面ゲートスイツチ１０２に接続され、スイツチ１
０２はリード線１０４に接続されている。キヤパ
シタ１０６及び抵抗１０８はリード線９８と１０
４との間に並列に接続され、キヤパシタ１０６と
抵抗９６とで第２のローパスフイルタコーナー特
性を形成しているので双極バンドパスフイルタが
得られる。

スイツチングユニツト１０１は標準的な
HA2405−５チツプであり演算増幅器１１２を有
し、この増幅器１１２の出力はリード線１０２に
接続されその信号入力端子は並列に接続された抵
抗とキヤパシタを介してグラウンドに接地されて
いるのでスイツチ１０２が図示した反対位置にあ
るとき基準レベル信号がリード線１０４に印加さ
れる。適切なフイードバツク抵抗とキヤパシタは
演算増幅器１１２の一方の入力端からリード線１
０４に並列に接続される。スイツチ駆動回路１１
４は第１図のパルス発生器３０から受取つた場合
ゲート信号に応答してスイツチ１０２を制御する
のでろ波されたビデオ信号の場面ラスタのある部
分の間で通過するのみである。増幅段１１８は
npnタイプのトランジスタ１２０を有し、このト
ランジスタ１２０はベースがカツプリングキヤパ
シタ１２２を介してリード線１０４に接続される
と共に抵抗１２４を介して−15ボルト端子１２６
に接続され抵抗１２８を介してグラウンドに接地
される。トランジスタ１２０のエミツタは負荷抵
抗１３２を介して−15ボルト端子１２６に接続さ
れコレクタは抵抗１３４並びにバイパスキヤパシ
タを介して＋15ボルト端子１３６に接続される。
npnタイプのエミツタフオロワトランジスタ１３
８はベースがトランジスタ１２０のコレクタに接
続され、コレクタは＋15ボルト端子１３６に又は
エミツタはリード線１４０並びに抵抗１４２を介
して−15ボルト端子１２６にそれぞれ接続されて
いる。

条件付積分器２６はリード線１４０とリード線
１４８間に接続されたカツプリングキヤパシタ１
４６を有している。更にキヤパシタ１４６はタイ
ミング抵抗１５０を介してリード線１５２に接続
されている。

積分用キヤパシタ１５４は一方の端子がリード
線１５６及びチヤージングダイオード１５８のア
ノード−カソード路を介してリード線１５２に接
続され他方の端子はリード線１６０及びクランプ
ダイオード１６２のカソード−アノード路を介し
てリード線１５２に接続される。リード線１６０
はツエナーダイオード１６６に接続されることに
よつてバイアスされこのダイオード１６６は抵抗
１６８を介して＋15ボルト端子１７０に接続され
ている。ツエナーダイオード１４６はアバランシ
エ領域でバイアスされるので例えば約９ボルトが
リード線１６０上に維持される。バイパスキヤパ
シタ１７２は又リード線１６０と零電位間に接続
されリード線１６０上に一定のDC電圧を維持す
る。高インピーダンス絶縁増幅器１７４は入力端
がリード線１５６に接続され条件付積分器は信号
ピーク値を形成することができる。前記検出器を
リセツトするために、リード線１４０と１４８が
抵抗１７６とスイツチ１７８を介して一諸に接続
されリード線１５６と１６０とは抵抗１８０及び
スイツチ１８２を介して一諸に接続されそれぞれ
キヤパシタ１４６と１５４とを放電する。第１図
のパルス発生器３０からのリセツト信号はスイツ
チ制御ユニツト１８６と１８８に印加されそれぞ
れスイツチ１７８と１８２を制御する。

条件付積分器の動作において正電圧V_Zがリー
ド線１６０上に維持され、リード線１４８上の積
分開始電圧はV_Z＋V_DIODEでありV_DIODEはダイオー
ド１６２間の電圧降下である。クランプダイオー
ド１６２はリード線１４８と１５２上の電圧が
V_Z＋V_DIODE以上になるのを防止する。積分の開始
時は、キヤパシタ１４６と抵抗１５０はクランプ
ダイオード１６２が導通できる時を決定する時定
数である。前記電圧V_Z＋V_DIODEはリード線１５２
上の入力信号レベルをシフトするので信号成分の
正のピーク電圧はその電圧値にクランプされ、負
のピーク値のみが検出される。従つて検出された
負の信号は条件付で積分された入力信号の高周波
成分を表わしている。信号はキヤパシタ１４６を
介してリード線１５２に印加されるので、積分キ
ヤパシタ１５４信号の負のピーク値に応答し、ダ
イオード１５８が導通するとリード線１５６上に
増大する正の電圧を供給するように変化し始め
る。しかし前記積分は条件付である。何故なら前
記積分用のキヤパシタ１５４の変化によつて表わ
される現在積分された値よりも負の値であるリー
ド線１５２上の信号のみみダイオード１５８を導
通させ積分を行うからである。従つて条件付積分
器は入力値及び出力値間の差を積分し実質的にノ
イズを消去した積分を供給しかなり小さなダイナ
ミツクレンジでの動作を可能にする。

サンプル／ホールド回路３８は増幅器１７４か
らリード線１９０上に出力されたピーク検出され
た信号を受取り抵抗１９２及びリード線１９３を
介して標準的な2425ユニツトの増幅器１９４の一
方の入力端に印加する。増幅器１９４の他方の入
力端は適切な抵抗を介して接地されている。増幅
器１９４の出力端はスイツチ１９５を介してリー
ド線１９８に接続され、リード線１９８はボルテ
ージフオロワー増幅器２００の一方の入力端に接
続されている。リード線１９８は又ホールドすな
わち保持キヤパシタ２０４を介して接地されてい
る。前記増幅器２００の他方の入力端は増幅器２
００の出力端から出力リード線２０６に接続され
る。リード線１９３は又抵抗２０８を介してリー
ド線２０６に接続されている。第１図のパルス発
生器３０からのサンプル信号はスイツチ１９６に
印加され増幅器１９４からの新しいサンプリング
値を保持キヤパシタ２０４に供給する。微分器４
０はリード線２０６上のサンプリングされた信号
レベルの変化を表わす電圧を受取り、その電圧レ
ベルの変化を微分用キヤパシタ２１２を介して、
更に抵抗２１４を介して演算増幅器２１６の一方
の入力に印加する。前記増幅器２１６の他方の入
力には適切な抵抗を介して接地され、その出力端
はリード線２１８に接続される。

微分は仮想接地電位に対してキヤパシタ２１２
と抵抗２１４によつて増幅器２１６の入力端に供
給される。

比較器４６はリード線２１８上の微分信号を抵
抗２２２を介して微分増幅器２２４の一方の入力
端に印加する。前記比較器２２４の他方の入力端
は抵抗２２６を介してリード線２２８に接続さ
れ、リード線２２８は抵抗２３０を介して−15ボ
ルト端子２３２に接続され、タツプ付抵抗２３４
を介して接地されバイパスキヤパシタ２３６を介
して接地されている。比較器のしきい値電圧は抵
抗２３４のあるタツプからリード線２２８に印加
される。動作は、リード線２１８上の負の微分信
号は負のしきい値よりも小さく、微分増幅器２２
４はトリガ信号を出力してリード線２４２に印加
しトグルフリツプフロツプ５０をトリガして状態
を反転しワンシヨツト回路７８をトリガし増幅器
駆動回路６０の積分キヤパシタ６７（第１図）を
一時的に放電するパルスを形成する。放電パルス
の終端で増幅器駆動回路６０は増加駆動信号を抵
抗６５を介してインバータ６８に印加する。前記
インバータ６８は反転駆動信号をリード線８３を
介して標準2405ユニツトのスイツチ７０の第１の
端子に印加する。前記増幅器駆動信号は又リード
線７９を介して前記スイツチ７０の第２のスイツ
チ端に印加される。リード線７５上のトグルフリ
ツプフロツプ５０からのパルスに応答してスイツ
チ７０は状態を反転し第１図のレンズ制御モータ
の方向を変える。

第１図、第２ａ、第２ｂ図並びに第３図を参照
してオートマチツクフオーカスシステムを更に詳
細に説明する。リード線１６上のセンサ１２によ
つて供給されたビデオ信号はｎ、ｎ＋１、ｎ＋２
及びｎ＋３のフイールドの波形２５０によつて示
される。

前記フイールド又はラスタの一部のゲート化は
波形２５２によつて示され、この波形２５２は表
示されるフイールドの中央部のようないずれかの
部分になり得る。波形２５２のパルス幅はフオー
カス制御システムを通過する垂直方向のデータの
ライン数を決定する。各ラインのある部分のゲー
ト化は第４図を参照して説明する。サンプリング
は例えばそれぞれ波形２５４及び２５６によつて
示されるように第２又は第３のフイールド期間中
に成し得る。ゲート化されたパルス−パルス検出
器２６の条件付積分器に印加されるリセツトパル
スはそれぞれ波形２５８及び２６０に示されるよ
うにサンプリングパルス２５４，２５６に追従す
る。

第３図の残りの波形は２で割つたサンプル値に
もとづきフイールドビデオ及びリセツトパルスの
波形２５０，２５４及び２５８である。

サンプル時間ｔにおける波形２６２によつて示
されるように第２ａ図のリード線１５６上の条件
付積分出力は第４図のラインゲート期間及び波形
２５２の従前のゲート期間（図示せず）のビデオ
信号の積分により生じた積分値V₁を有している。
この積分された電圧V₁はキヤパシタ１５４に保
持される。波形２５４のサンプルパルスに応答し
て電圧V′が波形２６４に示すようにサンプル／
ホールド回路３８のキヤパシタ２０４に保持され
る。保持された値は従前にサンプリングされ保持
された値V₀′よりも減少する。この変化に応答し
て、微分器４０は（V′₀−V′₁）の負のピーク値を
有した波形２６６の負の微分パルスを形成する。
しかし波形２６６の負の微分パルスをしきい値電
圧レベル２６８以下には下がらないので比較器４
６はパルスを出力せず波形２７０に示すようにト
グルフリツプフロツプ５０は反転しない。しきい
値２６８はフオーカスモータの方向を変化させる
最小フオーカス変化を表わしている。従つてレン
ズ制御モータは増大する早い速度で回転しフオー
カスを改善する方向である同方向で不変の方向に
回転し続ける。t₂の時刻において、波形２５８の
リセツトパルスは検出器２６の条件付積分器をリ
セツトし波形２６２の積分器の出力電圧は基準レ
ベルに下がる。

時刻t₃において、波形２５２のゲートパルス及
び第４図のラインゲートパルスに応答してビデオ
信号が検出器２６の条件付積分器に印加されキヤ
パシタ１５４は時刻t₄迄条件的に変化する。この
時刻t₄で波形２５２のゲートパルスが終端し変化
値V₂が時刻t₆迄保持される。時刻t₅において波形
２５４のサンプルパルスに応答してサンプル／ホ
ールド回路３８はサンプリングし波形２６４の新
しい値V′₂をキヤパシタ２０４に保持する。微分
回路４０はこの負の変化に応答し波形２６０に示
すように時刻t₅において負の微分パルスを供給す
る。このパルスはしきい値２６８以下である。

その結果、比較器４６はトリガパルスをトグル
フリツプフロツプ５０に印加し、フリツプフロツ
プ５０は波形２７０によつて示すように状態を反
転する。前記レンズ制御モータ１７はレンズ１４
がより良いフオーカスの方向に移動するように方
向を変化する。時刻t₅における比較に応答してワ
ンシヨツト回路７８は波形２７２の出力パルスを
供給し第１図のスイツチ６９をシヨートし積分キ
ヤパシタ６７を放電する。放電後、キヤパシタ６
７は充電し始め、モータは相対的に遅い速度で駆
動するが従前の回転方向と反対方向に速度を高め
る。時刻t₆において、波形２５８のリセツトパル
スが条件付積分器２６をリセツトする。

第４図は２ラインのビデオに対して時間軸のゲ
ート化値と積分値を示したものである。ビデオラ
インに沿つてサンプリングされたデータの窓の寸
法を形成するラインの一部のゲート化について説
明する。ラインｎと（ｎ＋１）のビデオ信号が波
形２７８によつて示され各ラインの一部を選択す
るゲートパルスは波形２８０によつて示されてい
る。波形２８０のゲートパルスは第３図の波形２
５２のゲートパルスに含まれている。前記ゲート
パルスはパルス発生器３０（第１図）によつて発
生され場面ゲートパルスとして第２ａ図のスイツ
チ制御回路１１４に印加される。ラインｎ及び
（ｎ＋１）のゲート化されたバンドパスビデオ信
号は波形２８２によつて示されあるラインの各部
分のゲート化されたビデオ信号により第２９図の
積分キヤパシタ１５４が波形２８４のように変化
する。これはレベルシフトされたビデオ信号が積
分キヤパシタ１５４によつて保持された負の電荷
によつて供給される電圧よりも大きな負の振幅値
を有した場合である。ビデオラスタの中央部の1/
３のように場面の一部のゲート化は従来良く知ら
れており詳細な説明は省略する。

第５図を参照して第１図のバンドパスフイルタ
のフオーカスフイルタ及び場面ゲートユニツト２
４の応答について更に説明する。

1.0MHzの一般的なコーナー周波数を有したカ
ーブ２８８で示されるように、前記フイルタは減
衰が周波数に反比例するような低周波特性を有し
ている。この部分の特性は比較的高い周波数には
都合が良いが、どの信号も拒絶しないような重み
係数と同様である。従つて全ビデオ周波数におけ
る信号が前記弁別器の出力に寄与するので、一般
的でない周波数成分を有した場合でも同調でき
る。このシステムは相対的にワイドレンジの周波
数領域で動作する。一般的なコーナ周波数以上の
カーブ２８８のフイルタ特性の部分はノイズリジ
エクトに対し減少した周波数応答を有している。
ある場面のコーナ周波数部分はフオーカス制御を
行うのにもつとも重要な信号であることがわかつ
た。従つて条件付積分器に対する入力ビデオ信号
は原則的にバンドパス増幅器によつて決められる
ように場面の高周波成分で構成される。

第６図においてノイズ消去係数は積分器出力の
平均値にもとづく。これは10回平均で成され各１
回は１００の信号パルスが積分された場面と40％
の信号パルスのデユーテイフアクタを有してい
る。無条件の又は条件付の積分器はカーブ２９０
で示されるように一貫したノイズ消去係数を有し
ており少くとも１より大きなノイズに対する信号
比を有している。この発明による条件付積分器の
性能はカーブ２９２で示すようにノイズ対信号比
が指数関数的に増大することがわかつた。従つて
条件付積分器を有したこの発明のシステムは相対
的にノイズの影響を受けない。

第７図においてフオーカス弁別システムの応答
特性がカーブ２９６によつて示される。このカー
ブ２９６はリード線２０６に出力されたサンプ
ル／ホールド回路３８の出力信号である。この発
明のシステムにおける高周波成分は影像がシヤー
プなフオーカスになつたとき最大となるので、相
対的な分解能はサンプル／ホールドフオーカス電
圧と共に増大する。カーブ２９６のスロープは単
調であり高い周波数で減少しノイズの影響を減少
する。

前記弁別器の応答はわずかに場面から場面へ、
特にノイズを有して変化するが、同じ一般的な特
性の波形を維持する。この特性は微分回路４０
（第２ｂ図）における差を形成する基礎を提供す
るので、前記サンプル／ホールド回路３８外のフ
オーカス電圧は大して重要ではない。条件付積分
器は前記サンプル期間ノイズ信号の総計を累積す
るので、前記総計は実質的にはシーケンシヤルな
サンプル期間の場合と同じである。従つて前記微
分器４０はシーケンシヤルなサンプル期間の差に
応答し前記ノイズの総計は実質的に異るサンプル
期間と同じであるので、前記ノイズは実質的に小
さな影響しか前記フオーカス制御電圧に与えな
い。この発明のシステムは相対的にノイズに対し
て免れておりこれはバンドパスフイルタの特性に
よるためと、空間的な場面のゲート化、さらにシ
ステムが累積されたすなわち積分信号の差にのみ
応答するためである。

次に場面の高周波成分を自動的に最大にしその
結果データを分解能を最大にするサーボループ駆
動システムを更に詳しく説明する。このループは
ハンテイングサーボとして作用しデイスプレイの
視者に見えない試験的な逸脱したフオーカスを継
続的に正当化する。何故なら光学系は常に移動し
ており隣接するサンプリングされた出力は通常同
じレンズ位置では取られず同じ値を持たない。も
し制御値が改善されると、前記ループは同じ方向
にかなり高速で継続し積分キヤパシタ６７（第１
図）が変化するにつれて加速する。もし制御値が
改善されないと、前記ループはモータの回転方向
を逆転し前記レンズは最小かつ増大した速度で駆
動される。負の信号がしきい値以下と仮定して第
２ｂ図のサンプル／ホールド手段３８の出力にお
けるリード線２０６上の電圧V_tの関数としての
回転方向の真理値表は下記のようになる。

この場合V_t-1は従前の電圧である。

V_tV_t-1＝同じ方向に継続する V_t＞V_t-1＝方向を逆転する改善されたフオーカスの方向にレンズを継続的
に移動することによりシステムはリード線１６
（第１図）のビデオテープの高周波成分を最大に
し高分解能のビデオデータが高分解能のデイスプ
レイの場合のように供給される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のオートフオーカスシステム
を一般的に説明するためのブロツク図、第２ａ図
及び第２ｂ図は第１図に示したブロツク図の詳細
回路図、第３図は第２ａ，２ｂ図のシステムを更
に説明するためのラスタゲート信号及びその他の
信号を示すタイムチヤート、第４図は場面の個々
のラインのゲートを示す時間と電圧との波形図、
第５図は第２ａ，２ｂ図のシステムのフオーカス
フイルタ応答を更に説明するための周波数とデシ
ベルとのグラフ、第６図はこの発明による条件積
分器の利点を説明するための入力Ｓ／Ｎ比対ノイ
ズ消去係数のグラフ、第７図は第２ａ，２ｂ図の
システムに応答する全体のフオーカス弁別器を更
に説明するための相対分解能とフオーカス弁別器
の出力電圧とのグラフである。１０……センサシステム、１２……センサ、１
４……可変レンズ、１６……リード線、１７……
レンズ制御モータ、２０……フオーカス弁別器、
１９……フオトカソード、２４……バンドパスフ
イルタ／場面ゲートユニツト、２６……条件付積
分器、３８……サンプル／ホールドユニツト、３
０……パルス発生器、４０……微分器、４６……
比較回路、５０……フリツプフロツプ、５６……
出力駆動回路、５９……高利得増幅器、６０……
増幅駆動回路、６２，６４，６６……演算増幅
器、６７……積分用キヤパシタ、６９……放電ス
イツチ、６８……インバータ、７６，８０……ス
イツチ駆動回路、７８……ワンシヨツト回路。

Claims

【特許請求の範囲】１ろ波したビデオ信号に応答し、現在格納され
ている積分値よりも大きな振幅のろ波したビデオ
信号成分のピーク値のみを積分する条件付積分器
と；前記条件付積分器に接続され前記条件付積分器
の出力信号を所定時間サンプリング及び格納する
サンプル／ホールド手段と；前記サンプル／ホールド手段と接続され前記サ
ンプリング及び格納された信号間の差を決定し微
分信号を供給する微分器と；前記微分器と接続された前記微分信号をあるし
きい値と比較し、前記微分信号の振幅が前記しき
い値の振幅よりも大きい時制御信号を供給する比
較器と；前記比較器と接続されフオーカス光学を制御
し、前記制御信号に応答して改善されたフオーカ
スの方向に継続的に変化するサーボ手段とで構成
されることを特徴とする場面からのろ波されたビ
デオ信号に応答してフオーカス光学を制御するフ
オーカスシステム。２前記条件付積分器は第１の端子が基準電位源
までバイアスされるキヤパシタと；前記ろ波され
たビデオ信号を受ける抵抗と；前記キヤバシタの
第２の端子に接続され更に前記抵抗に接続され一
方の端子が前記ろ波されたビデオ信号に応答する
検出ダイオードと；前記一方の端子と前記基準電
位源間に接続されたクランプダイオードと；前記
キヤパシタの第２の端子と前記サンプル／ホール
ド回路間に接続された絶縁手段とを有しているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のフオ
ーカスシステム。３前記サーボ手段は反対の状態にトリガするよ
うにフオーカスの減少を表わす前記比較器からの
前記制御信号に応答するトグルフリツプフロツプ
と；前記フオーカス光学系に接続されるレンズ制
御モータと；前記レンズ制御モータに接続され前
記トグルフリツプフロツプが反対の状態にトリガ
すると前記レンズ制御モータの方向を変えるよう
に前記トグルフリツプフロツプに接続されたロジ
ツク手段とを有した駆動手段とを有したことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載のフオーカス
システム。４前記ろ波ビデオ信号に応答し前記ビデオ信号
をゲートし前記場面を表わす前記ビデオ信号の所
定部位であるゲート化されたビデオ信号を前記条
件付積分器に印加する場面ゲートが具備されたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のフオ
ーカスシステム。５センサからのビデオ信号に応答してビデオデ
ータの高周波成分を強調し高周波ノイズを減衰さ
せるバンドパスフイルタと；前記バンドパスフイ
ルタに接続され前記場面の一部のビデオデータを
通過させる場面ゲート手段と：前記場面ゲート手
段に接続されゲート化されたビデオデータのピー
ク電圧及び現在積分された値の関数としてゲート
化されたバンドパス化ビデオデータを積分する条
件付積分手段と；前記条件付積分手段に接続さ
れ、前記条件付積分手段からの積分値を周期的に
サンプリングし保持するサンプル／ホールド手段
と；前記サンプル／ホールド手段に接続されシー
ケンシヤルに格納された積分値間の変化を表わす
微分信号を供給する微分手段と；前記微分手段に
接続され、前記微分信号をしきい値振幅と比較し
前記微分信号の振幅が前記しきい値振幅を超える
と制御信号を供給する比較手段と；前記比較手段
と接続され前記制御信号に応答して状態を変化す
るトグル手段と；前記制御可能なフオーカス光学
系に接続されたフオーカス制御手段と；前記フオ
ーカス制御モータに接続され前記トグル手段に接
続されたロジツクゲート手段を有し状態を変える
前記トグル手段に応答して前記フオーカス制御モ
ータの回転の方向を変える駆動手段とで構成され
ることを特徴とするフオーカルプレーン上にビデ
オデータをフオーカスしラスターフオーマツトに
ビデオデータを提供するセンサ手段と制御可能な
フオーカス光学系とを有したある場面を表わすビ
デオデータに応答する特許請求の範囲第１項記載
のフオーカスシステム。７前記条件付積分手段は現在積分された値の振
幅よりも大きな振幅を有したゲート化ビデオデー
タのピークのみを積分することを特徴とする特許
請求の範囲第６項記載のフオーカスシステム。８前記駆動手段は、前記トグル手段が周期的に
状態を変えるときはかなりゆつくりした速度で、
前記トグル手段が周期的に状態を変えないときは
かなり早い速度で前記フオーカスモータを回転す
るように制御する手段を有していることを特徴と
する特許請求の範囲第６項記載のフオーカスシス
テム。９前記条件付積分手段は基準電位源と；第１の
端子が前記基準電位源に接続された積分キヤパシ
タと；前記積分キヤパシタの第２の端子と前記場
面ゲート手段間に接続された検出ダイオード及び
抵抗と；前記基準電位源と前記ダイオード間に接
続されたクランプ手段と；前記積分キヤパシタの
第２の端子と前記サンプル／ホールド手段間に接
続された絶縁手段とを有したことを特徴とする特
許請求の範囲第７項記載のフオーカスシステム。１０前記場面ゲート手段及び前記検出ダイオー
ド及び前記クランプ手段間に直列に接続された抵
抗とカツプリングキヤパシタとをさらに有したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第９項記載のフオ
ーカスシステム。１１前記カツプリングキヤパシタと前記積分キ
ヤパシタにまたがつて接続され周期的に前記キヤ
パシタを放電するリセツト手段を更に有したこと
を特徴とする特許請求の範囲第１０項記載のフオ
ーカスシステム。１２前期駆動手段は前記レンズ制御モータの速
度回転を制御する積分増幅器と前記積分増幅器を
周期的に放電するように前記比較手段からの制御
信号に応答するリセツト手段とを有したことを特
徴とする特許請求の範囲第６項記載のフオーカス
システム。１３ろ波及びゲート化したビデオデータに応答
し前記現在積分された値よりも大きい振幅を有し
た前記ろ波及びゲート化されたビデオデータのピ
ーク値を積分する条件付積分手段と；前記条件付
積分手段に接続され周期的に前記積分した信号を
サンプリングするサンプル／ホールド手段と；前
記サンプル／ホールド手段に接続され前記周期的
にサンプリングされた信号のシーケンシヤルな変
化に応答して微分信号を形成する微分手段と；前
記微分信号に応答して前記フオーカス光学系を改
善されたフオーカスの方向に変えるように前記制
御モータを制御する制御手段とで構成されたこと
を特徴とする光学系のフオーカスを変える制御モ
ータを有した制御可能なフオーカス光学系を有し
たセンサ手段によりある場面から受取つたろ波及
びゲート化したビデオ信号をフオーカスする特許
請求の範囲第１項記載のフオーカスシステム。