JPH0211068B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はビデオカメラの自動合焦装置に関する
ものである。

ビデオカメラの特徴を生かした自動焦点合わせ
装置の一例として撮映中の映像信号の高域成分を
用いて画面の精細度を検出し、精細度が最大とな
るようにレンズの距離間（以後ヘリコイドと表わ
す）を回転制御するいわゆる山登り制御が知られ
ている。この方式はNHK技術研究報告、昭40、
第17巻、第１号、通巻第86号21ページに石田他著
「山登りサーボ方式によるテレビカメラの自動焦
点調整」として詳細に述べられているが以下この
方式を第１図、第２図を用いて簡単に説明する。

第１図は山登り方式による自動焦点合わせ装置
の構成ブロツク図である。１はレンズ、２は光電
変換回路、３は映像信号の出力端子、４はハイパ
スフイルタ、５は検波器、６は差分ホールド回
路、７はモータ駆動回路、８はレンズ１のヘリコ
イドを回転するためのモータである。

以下第１図の構成の動作を第２図の特性図を用
いて説明する。

レンズ１に入射する被写体よりの光は結像し、
光電変換回路２で電気信号となり、端子３には映
像信号として出力される。この映像信号の高域成
分だけがハイパスフイルタ４で抽出され、検波器
５で検波された後、端子５１にあらわれる。端子
５１にあらわれる映像信号の高域成分に対応する
電圧（第２図曲線イ）（以後焦点電圧と表わす）
は撮映像の精細度に対応しているので、レンズ１
のヘリコイドの位置（Ａとする）がレンズ１と被
写体間の距離に合致していれば最大となり、ここ
からずれるに従つて低下する。第２図で曲線ロは
ヘリコイド位置を至近→∞方向に移動した場合
の、曲線ハはヘリコイド位置を∞→至近方向に移
動した場合の差分ホールド回路６の出力端子６１
の出力電圧波形を示す。

第２図から判断されることは、何らかの手段に
よりヘリコイド位置を焦点電圧の山を登るように
制御し、焦点電圧が最大となる山の頂上にヘリコ
イドを導ければ自動焦点合わせ装置が形成しう
る。

この手段は第１図の差分ホールド回路６〜モー
タ８により達せられる。すなわち、モータ８によ
りヘリコイド位置を動かしながら差分ホールド回
路は端子５１にあらわれる焦点電圧を一定時間毎
にサンプルホールドし、焦点電圧が時間経過に対
して増加方向であれば正の電圧を、減少方向であ
れば負の電圧を発生する回路であり、モータ駆動
回路７は端子６１にあらわれる差分ホールド回路
５の出力電圧で正であればモータ８の回転方向を
そのままに保つて更に山を登りつづけ、同出力電
圧が負であればモータ８を逆転してヘリコイドを
山を上る方向へと戻す。

このようにすれば第１図の構成のヘリコイド位
置制御閉ループは焦点電圧により作られる山を差
分ホールド回路６の出力電圧を参照して登つてゆ
き、ついにはこの山の頂上で小きざみに振動しな
がら定常状態に達することにより自動的に焦点合
わせができる。以上が山登り方式によるビデオカ
メラの自動焦点合わせ装置である。

この方式は撮映像そのものを用いて焦点合わせ
動作を行なうため、独立の測定機構で測距した結
果でヘリコイド位置を開ループ制御する方式に比
べて構造も簡単で初期調整数も少なく安価に正確
な自動焦点合わせ装置を構成しうるが以下に述べ
る改良すべき点を有する。

この改良すべき点は螢光燈などの点めつ光源下
等における周期的被写体照度変化を受けたビデオ
信号に起因する焦点電圧変動である。

今、差分検出周期を1/60秒（1V周期）とし、
50Hz電源を用いた螢光燈照明の被写体を撮像した
場合について焦点電圧変動を説明する。50Hz電源
により被写体の照明は100Hzの周波数で変化する。
この照度は撮像面上の一点で測ると第３図ａのよ
うになる。第３図ａでは簡単に説明するため正弦
波の両波整流出力波形で表わした。1/60秒周期で
積分値をビデオ信号として取りこむから、1/60秒
のサンプル周期間内の撮像面上の一点の照度の変
化を積分すると第３図ｂとなる。ただしサンプル
周期内の積分値を説明のためサンプル周期間に示
した。第３図ｂよりビデオ信号は1/20秒の周期で
周期的に変動していることが分る。この変動分が
そのまま1/20秒の周期をもつ焦点電圧変動とな
る。よつて焦点電圧の特性である合焦点に近ずく
につれ漸次高い電圧をうることができなくなり、
変動している焦点電圧によつて誤動作を起こす。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、被写体の周期的照度変化によつて起る誤動
作をなくした自動合焦装置を提供することにあ
る。

本発明の要点は、被写体照度の周期的変化があ
り、画柄の変化が小さい場合、焦点電圧の変動を
起こし誤動作の原因となるが、その変動が周期的
に起こることに注目し、焦点電圧の増減を検出す
差分回路の検出周期を焦点電圧変動の整数倍にと
ることにより、これは今ある一点を差分検出のた
め焦点電圧からぬき出したとすると、次の一点は
焦点電圧変動周期の整数倍後の、前とちようど同
一位相になつた焦点電圧からぬき出すことを意味
するが、焦点電圧の周期的変動の同一位相部分の
み検出して周期的変動に影響されない差分回路出
力を得ることである。

さらに照度の周期的変化のある場合でも被写体
の画柄の変化が大きい場合、画柄変化による焦点
電圧変動が大きくなるため被写体照度の周期的変
化による焦点電圧変動が相対的に小さくなり検出
周期を焦点電圧の整数倍にとらずに差分回路の可
能な最小検出周期にしても十分合焦動作を行なう
ことができ、かつ動作速度も速くなり画柄の変化
である動いている被写体への合焦も容易であるた
め同条件下では、たとえ照度の周期的変化があつ
ても、最小の差分検出周期にしたことである。

第４図に本発明の一実施例を示す。第４図の１
〜９のブロツクは第１図の同一番号と同一機能を
有するブロツクである。１０は被写体状態検出回
路、１１は検出周期切替回路を示す。以下第４図
の動作説明を行なう。

(1) 被写体が一定照度で照らされかつ、画柄の変
化の少ない場合被写体状態検出回路１０は一定
照度かつ画柄変化の少ないことを検出し、検出
信号を検出周期切替回路１１に導びく。検出周
期切替回路１１は基本検出周期（本例では垂直
周期1/60秒と定め1Vと記す）1Vを差分ホール
ド回路６へ送り、1Vの検出周期で焦点電圧を
得、合焦動作を行なわせる。以後、1V検出周
期で合焦動作を行なわせることを1Vモードを
呼ぶ。

(2) 被写体照度が周期的に変化し（本例では50Hz
螢光燈照明により1/100秒の周期で変化）、かつ
画柄変化の少ない場合、前に説明したように焦
点電圧は変動する。焦点電圧変動は、検出周波
数60Hzと照度変化周波数100Hzの最大公約数で
ある20Hzの周波数で周期的に変動することを第
３図により説明した。よつて、基本検出周期の
３倍の周期3V（周波数20Hz）により焦点電圧を
検出すれば焦点電圧の周期的変動に対して一周
期おくれた同一位相上で電圧を検出できるため
照度の周期的変化による焦点電圧の周期的変動
をなくすことができる。これを実行するため、
第４図の被写体状態検出回路１０により被写体
の周期的照度変化を検出し、この検出信号を検
出周期切替回路１１へ導びく。同検出周期切替
回路１１は3V周期の検出周期信号を差分ホー
ルド回路６へ送り、3Vの検出周期で焦点電圧
を得て合焦動作させる。3Vの検出周期で合焦
動作を行なわせることを3Vモードと呼ぶ。以
上の動作により、被写体の周期的照度変化によ
る誤動作を防止するという本発明の目的が達成
される。第４図に示された実施例では、さらに
検出周期（サンプリング周期）が長すぎる場合
に生じる誤動作を防止する機能が付加されてい
る。

(3) 被写体照度の周期的変化があり、かつ被写体
が大きく動いて追撮等を行なう画柄の変化のあ
る場合、3Vモードでは焦点電圧検出周期が長
いため合焦動作が遅く、ついには被写体の動き
が止むまで合焦にいたらなかつたりするような
誤動作が起こる。そこでこの照度の周期的変化
がありかつ被写体が大きく動く状態を第４図、
被写体状態検出回路１０にて検出し、検出信号
を検出周期切替回路１１へ導びき、差分ホール
ド回路６の検出周期を1Vとするように検出周
期切替回路１１で切替え1Vモードで合焦動作
を行なわせる。こうすると差分回路の増減信号
は螢光燈リツプルと真の焦点電圧変化によつて
増、減二つの信号が出てくる。しかし、もし真
の焦点電圧変化が大きい場合（被写体の動きが
大きい場合）正しいヘリコイド動きを示す増又
は減信号の出る確率が大きくなりヘリコイドは
大きい確率を示す方へ動き合焦動作を行なうこ
とができる。この場合、確率の小さい方へ少し
動いていることも考えられるが実際にはほとん
ど見だたず良好な合焦動作が可能となる。この
ような検出周期の切替（サンプリングレートの
変更）の利点を以下さらに詳しく説明する。特
に被写体の変化が大きい場合の本発明の利点に
ついて述べる。被写体の変化が大きい、すなわ
ち運動物やパンニング等を考慮しているが、こ
のような場合ビデオ信号の高域成分の量の変動
が大きく、第２図で示す焦点電圧の山の形は同
図で示すような単純な形ではなく、時々刻々変
化するものとなる。例えば被写体が同一距離に
いてかつ激しく手足を運動させているような場
合、その運動によるブレのため、同一ヘリコイ
ド位置でも被写体像のボケが生じ、高域成分量
が変化し、山の形が変化することになる。しか
し重要なことはこのような変化が生じても、時
間的平均値をとれば焦点電圧の山の形はほぼ同
一となることである。

ところで合焦制御に必要な高域成分のサンプ
ルレートを高くすること（1Vモード）は、そ
れだけ合焦動作速度を早くできる。一方サンプ
ルレートを低くし（3Vモード）被写体照度の
周期的変化の影響を除いた場合は、従来技術の
問題点で指摘しているような問題はなくなるも
のの、合焦動作速度を1Vモード並に早くする
ことが困難である。合焦動作速度を上げようと
すると、ヘリコイドの過剰移動を起こし易く、
ハンチング等の問題が発生する。

以上のことから被写体が大きく動く場合サン
プルレートを高くする方が焦点電圧の山の傾き
の平均値を得やすく、さらに被写体が前後に移
動する場合追従速度が早い方が合焦する率が高
くなる。なお、ここで焦点電圧の平均値を得や
すくするということは、サンプルされた焦点電
圧に従つてヘリコイド位置を制御した場合、逆
方向にヘリコイド位置が動く場合もあるが、正
しい方向にレンズが移動する割合が大きくな
り、3Vモード時より早く合焦点近傍にヘリコ
イド位置が到達することである。このように画
柄変化の大きい場合の1Vモードの優位性が明
らかである。しかしここでカメラの使用者の使
用感についても考慮せねばならない。すなわ
ち、蛍光灯下等のフリツカによる誤動作の場
合、被写体は動いていないにもかかわらずピン
トが合わないことであり、一方画柄変化が大き
い場合には被写体の動きについていけず、ピン
トが合わないというように見えることである。
そのため、まず本発明の第一の要点である、フ
リツカが発生している場合それによる誤動作を
防ぐことが先行し、次に画柄変化の大きい場合
の対策である、本発明の第２の要点であるサン
プリングレートを短くする等を行なうことが、
良好な対策である。

以上のように被写体の各状態によりモード切り
替えを行なう。

以下は被写体の各状態を検出する被写体状態検
出回路について第５図の実施例を用いて説明す
る。第５図の実施例の各部波形を第６図に示す。
１３はゲート回路、１４はローパスフイルタ、１
５は増幅器、１６は微分回路、１７はモノステー
ブルマルチバイブレータ、１８はパルス数カウン
ト回路、１９は1V変動検出回路、２０は3V変動
検出回路、２１は変動比較回路を示す。第６図の
左側の各番号は第５図の同番号の各端子で測定さ
れる信号波形を示している。

まず第４図の光電変換回路２の出力信号でああ
る第６図３に示す映像信号を第５図のゲート回路
１３で画面の特定の部分を画角ゲート信号（第６
図１２２）によつて抜き出し、信号１２１とす
る。カメラのピントが外れても出力に影響させな
いため第５図のローパスフイルタ１４を通し波形
をなまらせた後に、増幅器１５によつてあらかじ
め設定した灰色値、あるいは入力する信号の平均
値などを閾値として飽和するまで増幅し、第６図
のパルス列１４１に直す。このパルス列１４１を
第５図の微分回路１６で微分し、モノステーブル
マルチバイブレータ１７によつて一定のパルス幅
のパルス列（第６図１６１）に変換し、第４図の
パルス数カウント回路１８によつて第６図のアナ
ログ出力信号１７１を得る。パルス数カウント回
路１８はパルス数のカウント値をアナログ量とし
て出力し、入力パルス数に応じて出力１７１が増
加する。この回路に入力されるパルスは、ビデオ
信号の低域分を特定のスレツシヨルドに対してコ
ンパレートしたものであるので、照度等の変化に
対して、コンパレータ出力の変化が生じ、被写体
の状態変化が表わされる。このようにするとアナ
ログ出力信号１７１には撮像中の画柄、及び照度
に対応した電圧が得られることになる。リセツト
信号１７２によつて計数を基本1V周期でリセツ
トすることにより瞬時の画柄、及び照度の変動に
対しても応答できるようになつている。アナログ
出力信号１７１の変動を第５図の1V変動検出回
路１９によつて1V後の変動を検出しあらかじめ
定めた値より大きな変動を検出した場合、変動比
較回路２１へ1V変動検出信号１９１を導びく。
3V変動検出回路２０は3V後の変動があらかじめ
定めた値より大になつたことを検出した場合変動
比較回路２１へ3V変動検出信号１９２を導びく。
この２つの検出信号１９１，１９２を比較するこ
とにより (1) 1V、3V両検出信号がない場合被写体は一定
照度でかつ動きが少ない。

(2) 1V検出信号があり3V検出信号がない場合、
被写体の照度は周期的に変化していてかつ動き
が少ない。

(3) 1V、3V両検出信号がある場合被写体が動い
ている。

という３つの場合を検出する。この各場合の検出
信号を第３図の検出周期切替回路１１へ導びき、
各信号に対して差分ホールド回路６の検出周期を
それぞれ1Vモード、3Vモード、1Vモードで合焦
動作を行なわせるように切り替える。本実施例中
の変動比較回路２１は、1V変動検出回路１９及
び3V変動検出回路２０の検出出力を比較判断し、
被写体の状態を検知する回路であり、ロジツク回
路で構成でき、論理出力を発生させる。

なお、ここで3Vモードへの切替のみが有効に
なつているように記載されているが、後でも述べ
るように画柄の変化の程度に応じて合焦動作の一
時停止する等の制御も考慮しているため、あえて
３つの場合分けを行なつた。もちろん、この場合
変動比較回路２１の入力は、各変動検出回路から
変動量というアナログ量を入力し、それで判断す
る必要があり、単なるロジツク回路とはならない
が、状態の検出という点では同一思想となつてい
る。

以上のように映像信号から被写体の状態変化を
検出し、動作モードを切り変えることにより通常
の場合、周期的照度変化のある場合、及びその条
件下での被写体の大きな動きのある場合という三
種の場合に分けで、各場合に応じた、1V、3V、
1Vモードという合焦動作モードで合焦を行なわ
しめることにより従来起こつていた動作不良をな
くすことができた。

なお被写体の変化が急激すぎる場合、合焦動作
が追いつけなくなるので1Vおよび3V変動検出か
らの信号により合焦動作を一時止め、被写体の変
化に合焦動作が追従できる程度の変化となつたら
再動作させることも考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の自動焦点合わせ装置の構成を示
すブロツク図、第２図は第１図の構成の動作を説
明するための特性図、第３図は被写体の周期的照
度変化が焦点電圧変動を起すことを説明するため
の特性図、第４図は本発明による自動合焦装置の
一実施例を示すブロツク図、第５図はそのうちの
被写体状検出回路の一実施例を示すブロツク図、
第６図は第５図の構成の動作を説明するための波
形図である。 １１：レンズ、２：光電変換路、７：モータ駆
動回路、８：レンズ駆動モータ、９：山登り回
路、１０：被写体状態検出回路、１１：検出周期
切替回路、１４：ローパスフイルタ、１８：パル
ス数カウント回路、２１：変動比較回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光学レンズと、 この光学レンズを通して結像する光学像を電気
   信号に変換してビデオ信号を出力する光電変換回
   路と、 この光電変換回路から得られるビデオ信号の高
   域成分を抽出して出力する高域フイルタと、 前記高域フイルタより出力された高域成分の信
   号量を第１のサンプリング周期または第２のサン
   プリング周期でサンプリングして、前記高域成分
   の信号量が増加方向にあるか減少方向にあるかを
   検出し、該検出結果を示す信号を出力する差分ホ
   ールド回路と、 前記差分ホールド回路より出力された出力信号
   に応じて前記光学レンズを移動するレンズ制御手
   段と、 前記ビデオ信号が入力され、被写体の照明の周
   期的光量変化による前記ビデオ信号の変動を検出
   する被写体状態検出回路と、 前記被写体状態検出回路の検出結果に応じて、
   前記差分ホールド回路のサンプリング周期を前記
   第１のサンプリング周期あるいは第２のサンプリ
   ング周期に切り換える検出周期切替回路とを備
   え、 前記差分ホールド回路は、前記被写体の照明の
   周期的光量変化によるビデオ信号の変動が除去さ
   れるサンプリング周期でサンプリングし、前記レ
   ンズ制御手段が被写体に対して合焦位置に前記光
   学レンズを移動させて自動合焦動作を行なうこと
   を特徴とする自動合焦装置。 ２ 前記被写体状態検出回路は、被写体の照明の
   周期的光量変化によるビデオ信号の変動の周期
   が、あらかじめ定められた所定の周期と同一であ
   ることを検出することによつて、前記被写体の照
   明の周期的光量変化によるビデオ信号の変動を検
   出することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の自動合焦装置。