JPH0437624B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光電変換器により被写体を撮像する際
の自動合焦装置に関するものである。

ビデオカメラ等の光電変換器をもつ光学系の自
動合焦を実現する方法として撮像中の映像信号の
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環（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
御がある。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
の構成を示すブロツク図である。同図において１
はレンズ、２は光電変換回路（カメラ回路）、３
はハイパスフイルタ、４は検波器、５は差分ホー
ルド回路、６はモータ駆動回路、７はレンズ１の
ヘリコイド回転するためのモータであり、添字ａ
の付いている番号は同番号ブロツクからの出力端
子を示す。

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２ａ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３で抽出され、検波
器４で検波された後、端子４ａにあらわれる。端
子４ａにあらわれる映像信号の高域成分に対応す
る電圧（第２図曲線イで、以後焦点電圧と表わ
す）は撮影像の精細度に対応しているので、レン
ズ１のヘリコイド位置がレンズ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図中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５の出力端子５ａ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
イドを導び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５〜モー
タ７により達せられる。すなわち例えばモータ７
によりヘリコイドを動かす場合、差分ホールド回
路５は端子４ａに表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６は端子５ａに表われる差分ホールド回路５の
出力電圧が正であればモータ７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７を逆転してヘリコイドを山を
登る方向へとする。

このようにすれば第１図の構成のヘリコイド位
置制御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５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自動焦点合わせ装置で
ある。

この方式は撮影像そのものを用いて焦点合わせ
動作を行なうため、独立の測距機構で測距した結
果により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位置を構成しうるが以下に
述べる改良すべき点を有する。

それは第１に焦点電圧のダイナミツクレンジに
関する問題である。すなわち、光電変換回路２の
出力信号である映像信号の振幅はカメラ回路２の
自動又は手動利得調整回路により一定におさえら
れていても、検波器４の出力信号は映像信号中に
含まれている高域成分の量に対応するため、撮像
画像がりんかくのはつきりした縦線成分をあまり
含まない場合は焦点電圧の山は低く、一方撮影画
像がりんかくのはつきりした縦線成分を多く含む
場合焦点電圧の山は高くなる。第３図のイに焦点
電圧が飽和した場合の山の形、ロは良好な山の
形、ハはりんかく成分をあまり含まない場合の山
の形をそれぞれ示している。この図の中でイにお
いては例えば至近からヘリコイドが回転しはじめ
て山を登り初め飽和した点に来ると差分ホールド
回路５の出力が零となり、合焦点に達する前に停
止してしまい誤動作を起こす。ハにおいては最初
に移動を初めるヘリコイド位置が山のすそ野で焦
点電圧が零の場所であつたなら差分ホールド回路
５の出力が零となるため停止してしまいやはり誤
動作を生ずるという問題点がある。

第２に山頂を一度通りすぎた後のヘリコイド振
動に関するものである。すなわち第３図ロの良好
な山を登つた場合でもヘリコイドは山頂を通りす
ぎた後再び引き返して山頂を通り過ぎ、そこでま
た引返すという動作を繰返すうちその行き過ぎ量
がしだいに少なくなつてついには停止するという
動作を行なう。このため山頂を検出（差分ホール
ド回路５の出力が正から負へ変化）したにもかか
わらず小きざみレンズ振動を行ない合焦に要する
時間が長くかかると同時にレンズ駆動系の摩耗を
早めるという問題を生ずる。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、被写体によらない合焦動作を確保し、かつ
不要のレンズ振動をなくして合焦時間の短縮及び
ヘリコイド駆動系の摩耗を軽減する自動合焦装置
を提供するにある。

第３図を用いて説明した従来の自動焦点合わせ
装置の欠点は検波器４の焦点電圧のダイナミツク
レンジ不足と合焦点付近でのレンズ振動にあつ
た。

そこで本発明ではレンズ１をローパスフイルタ
と見て第４図に示すように合焦点位置Ｈからヘリ
コイド位置がずれるに従つて映像信号中に含まれ
る最大周波数が合焦点位置Ｈを中心として対称に
低下していくことを利用して合焦点動作を行なわ
せるようにした。ここで図中の実線イはある被写
体（例えば白と黒が垂直な境界線によつて分けら
れている白黒パターン）を撮像した場合のヘリコ
イド位置に対する映像信号中に含まれる最大周波
数を示したものでレンズ１のローパス特性により
合焦点Ｈを中心として対称に最大周波数が低下し
ていく。すなわち図中に示すように或る周波数f₁
の閾値を定めそれ以上の周波数成分のみを検出す
る回路を設けておき曲線イにある被写体にレンズ
を向けておきヘリコイドを例えば至近方向から回
転移動させると映像信号中の最大周波数は図中イ
の曲線に従つて山を登るように高くなつていく。
ヘリコイド位置がH₁を通過する時に閾値周波数
f₁を超えるためこの閾値周波数以上の映像信号成
分を検出回路で検出し、同時にヘリコイド位置も
記憶しておく。さらにヘリコイドを移動し続けて
合焦点Ｈを過ぎてH₂にヘリコイドが繰ると閾値
周波数f₁より映像信号中の最大周波数が低下して
しまうため検出回路で検出されなくなる。この時
にヘリコイド位置H₂を記録する。

閾値周波数f₁より高い周波数成分がヘリコイド
位置H₁とH₂の間で検出されることはレンズのロ
ーパス特性より合焦点はこのH₁とH₂の中点であ
ることを示しているため、ヘリコイドがH₂の位
置を通過したのち直ちにH₁とH₂の中点にヘリコ
イドを移動させて合焦動作を終予させるようにす
る。このようにすれば焦点電圧は特定周波数f₁以
上の信号があるかないかだけのON OFF信号に
代わり、撮影した絵柄に依存する焦点電圧のダイ
ナミツクレンジには無関係となり、かつレンズの
合焦点付近での小きざみな減衰振動も起こらな
い。

ただ実際の絵柄の中には第４図ロに示すように
閾値周波数f₁に達しない空間周波数成分しかもた
ない被写体があるため、合焦精度を上げるために
は複数個の閾値周波数によつて合焦点を決定す
る。

第５図に本発明の一実施例をブロツク図で示
す。同図中１〜２及び７は第１図に示した同一番
号のブロツクと同一機能を有するブロツクであ
る。第５図の８は周波数f₁以上の通過周波数帯を
もつてハイパスフイルタ、９は一定時間ハイパス
フイルタ８の出力をピークホールド検波する検波
回路、１１はピークホールドされた検波出力と或
る一定電圧を持つ閾値定電圧源１０との電圧を比
較するコンパレータ、１２はハイパスフイルタ
８、検波器９、閾値定電圧源１０及びコンパレー
タ１１によつて構成されるf₁高域検出回路、１３
はコンパレータ１１の出力が０から１へ立上ると
きにトリガパルスを発生させる立上り時トリガパ
ルス発生回路、１４はコンパレータ１１の出力が
１から０へ立下るときにトリガパルスを発生させ
る立下り時トリガパルス発生回路、１５，１７は
ＯＲ回路、２８はヘリコイド位置を検出するヘリ
コイド位置検出回路で１６はヘリコイド位置検出
回路２８の出力をＲ回路１５からのトリガパル
ス入力のたびに記憶しておく前へリコイド位置記
憶回路１８も同様にヘリコイド位置検出回路２８
のヘリコイド位置出力をＲ回路１７からのトリ
ガパルス入力の毎に記録しておく後ヘリコイド位
置記録回路、１９は周波数f₂以上の通過周波数帯
をもつハイパスフイルタ（ただし周波数f₂は周波
数f₁より低いとする）、２０は一定時間ハイパス
フイルタ１９を出力をピークホールド検波する検
波回路、２１は或る一定電圧の閾値定電圧源、２
２は検波回路２０と閾値定電圧源２１の出力を比
較して映像信号中における周波数f₂以上の信号成
分の有無を検出するコンパレータ、２３はハイパ
スフイルタ１９、検波器２０、閾値定電圧源２１
及びコンパレータ２２によつて構成されるf₂高域
検出回路２５はコンパレータ２２の出力が０から
１へ立上る時にトリガパルスを発生させる立上り
時トリガパルス発生回路、２６はコンパレータ２
２の出力が１から０へ立下る時にトリガパルスを
発生させる立下り時トリガパルス発生回路、２７
は前へリコイド位置記録回路１６及び後ヘリコイ
ド位置記録回路１８からの出力の平均値を取る平
均化回路、２９はヘリコイド位置検出回路２８と
平均化回路２７の出力を比較してヘリコイドを平
均化回路出力の示す位置へ移動停止させるヘリコ
イド設定回路、３０は合焦開始直後よりヘリコイ
ドを例えば至近位置から〓方向へ移動させるヘリ
コイド移動回路、３１は合焦動作を開始させるス
タートスイツチ、３２はＲ回路１７からのトリ
ガパルスによりヘリコイド移動回路３０からヘリ
コイド設定回路２９へ制御を切替える制御切替回
路、３３及び３４は最初は導通状態であるが一た
んトリガパルスが入力されると、その時点での入
力をラツチして出力し以後その値を保持するラツ
チ回路である。また添字ａ付きの番号はそれぞれ
の番号のブロツクの出力端子を示す。

以下第４図のイに示すような被写体が高い空間
周波数成分を含む場合について第５図のブロツク
図の動作の説明を第６図の特性図を用いて説明す
る。第６図中でグラフはヘリコイド位置を変化さ
せた場合の撮像信号中の最大周波数成分を示して
いる。波形図の番号は第５図の同一番号の出力端
子の出力電圧を示している。ここで第６図の波形
図の変化は説明を簡単にするために単にヘリコイ
ドを至近から〓位置まで変化させた場合を示して
いる。まず第５図の合焦開始のスタートスイツチ
３１をONにすることによりヘリコイド移動回路
３０はモータ７を回して、ヘリコイドを至近位置
から〓方向へ移動を開始させる。それに伴ないグ
ラフに示すように最大周波数が上昇してくる。ヘ
リコイドがH₁の位置を通過する時、周波数f₂の
ハイパスフイルタ１９を通過した信号が検波器２
０でピーク検波されコンパレータ２２に導びかれ
ると、この時コンパレータ２２が反転するように
設定した閾値定電圧源２１より高くなるためコン
パレータ２２の出力は第６図の２３ａに示すよう
に０から１へ変化する。この変化が第５図のラツ
チ回路３４を径て立上り時トリガパルス発生回路
２５へ伝達されるとトリガパルス第６図２５ａに
示すように発生し第５図のＲ回路１５を経て前
ヘリコイド位置記憶回路１６へ印加される。同記
録回路はヘリコイド位置検出回路２８からの出力
であるヘリコイド位置H₁を記録する。さらにヘ
リコイドが移動し第６図のグラフ上のH₂の位置
を通過するとき第５図の周波数f₁のハイパスフイ
ルタ８を通つた映像信号中の高周波数成分が検波
回路９でピーク値検波されたコンパレータ１１に
導びかれると、この時コンパレータ１１が反転す
るように設定された閾値定電圧源１０より検波出
力が高くなるため、第６図１２ａに示すように０
から１へと第５図のコンパレータ１１の出力が変
化する。この変化が第５図のラツチ回路３３を径
て立下り時トリガパルス発生回路１３へ伝達され
るとトリガパルスが第６図１３ａに示すように発
生する。同パルスが第５図のＲ回路１５を通つ
て前ヘリコイド位置記録回路１６に伝達されると
同期記録回路はヘリコイド位置検出回路２８の出
力であるヘリコイド位置H₂を先ほど記録したH₁
の代りに記録する。ここで前ヘリコイド位置記録
回路へのトリガ入力を第６図１５ａに示す。ヘリ
コイド位置がH₁及びH₂の時にトリガパルスが印
加されていて最終的にはヘリコイド位置H₂記憶
されていることが分る。さらにヘリコイドが移動
し、合焦点位置Ｈを通りヘリコイド位置H₃を通
過すると、周波数f₁以上の高周波成分が映像信号
中に含まれなくなるため、検波器９の出力が閾値
定電圧源１０の出力電圧より低下しコンパレータ
１１の出力が１から０に変化する。第６図の波形
図１２ａに第５図のコンパレータ１１の出力変化
を示す。コンパレータ１１の出力変化がラツチ回
路３３を径て立下り時トリガパルス発生回路１４
に伝達されるとトリガパルスを発生させる。同ト
リガパルスはＲ回路１７を経て後ヘリコイド位
置記録回路１８へ伝達されヘリコイド位置検出回
路２８の出力であるヘリコイド位置H₃を記録す
る。

同時にラツチ回路３３及び３４にトリガパルス
を印加して入力信号をラツチして以後ヘリコイド
が移動して高域成分が変化してもトリガパルスが
発生しないようにする。これは前ヘリコイド位置
記録回路１６、後ヘリコイド位置記録回路１８の
記録内容が変化して検出した合焦点位置が変化す
ることを防ぐためである。ここでラツチ回路を使
つたのはゲート回路であると出力信号が反転して
ゲートパルスが発生する恐れがあるためである。

またさらにＲ回路１７からのトリガパルスは
制御切替回路３２へ印加されスイツチ３３をヘリ
コイド設定回路２９側へ切替える。ヘリコイド位
置H₂を記録した前ヘリコイド位置記録回路１６
とヘリコイド位置H₃を記録した後ヘリコイド位
置記録回路１８の二つの出力が伝達されている平
均化回路２７ではヘリコイド位置H₂とH₃の中点
であるヘリコイド位置Ｈの信号をヘリコイド設定
回路２９に出力する。ヘリコイド設定回路２９に
おいては合焦点位置であるヘリコイド位置Ｈの信
号とヘリコイド位置検出回路２８の現在のレンズ
のヘリコイド位置信号を比較してヘリコイド位置
Ｈにヘリコイドを移動させるようにモータ７を駆
動しヘリコイドがＨの位置に移動したならモータ
７を停止させる合焦動作を終了させる。

次に被写体の空間周波数成分が低い第４図ロの
場合について第５図のブロツク図の動作を第７図
のグラフ及び波形図を用いて説明する。波形図の
番号は第５図の同一番号の出力端子に表われる電
圧を示している。また同波形図はヘリコイドが至
近から〓位置まで移動した場合についての各部出
力について示している。

第７図のグラフはヘリコイド位置に対する影像
信号中に含まれる最高周波数が低い場合を示す。
まず第６図の説明と同様に合焦開始のスタートス
イツチ３１によりヘリコイドを至近位置から方向
へ移動させて行くとグラフの曲線の山を登るよう
に信号中の高域が伸びてくる。ヘリコイドがH₁
の位置を通過すると第５図の周波数f₂のハイパス
フイルタ１９、検波器２０、閾値定電圧源２１及
びコンパレータ２２より構成されるf₂高域検出回
路２３の出力が０から１に変化する。これを第７
図２３ａに示す。この変化をラツチ回路３４を通
つて立上り時トリガパルス発生回路２５に導びく
とトリガパルスが発生する。同パルスはＲ回路
１５を通じて前ヘリコイド位置記録回路１６に印
加され、同記録回路はヘリコイド位置検出回路２
８により検出されたヘリコイド位置H₁を記録す
る。さらにヘリコイド位置が〓方向に移動すると
第７図のグラフの山のピークを過ぎヘリコイド位
置H₄の位置を過ぎるようとする。この時周波数
f₂以上の高域成分が第５図の周波数f₂のハイパス
フイルタ２０、検波回路２１、閾値定電圧回路２
２及びコンパレータ２３より構成されたf₂高域回
路２３では検出されなくなるため、この回路の出
力が１から０へと変化する。この変化をラツチ回
路３４を経て立下り時トリガパルス発生回路２６
に印加するとトリガパルスが発生する。このパル
スをＲ回路１７を通じて一つはラツチ回路３
３，３４に印加してラツチし以後トリガパルスの
発生を防止し、一つは後ヘリコイド位置記録回路
１９へ印加してヘリコイド位置検出回路２８から
の出力であるヘリコイド位置H₄を記録し、残り
１つは制御切替回路３２へ印加して制御をヘリコ
イド移動回路３０による単なるヘリコイド移動制
御からヘリコイド設定回路２９によるヘリコイド
の合焦点位置への設定制御に切替える。このと
き、平均化回路２７には前ヘリコイド位置記録回
路１６及び後ヘリコイド位置記録回路１８の出力
であるヘリコイド位置H₁及びH₄が入力されてい
る。同平均化回路ではこの２つのヘリコイド位置
H₁及びH₄の平均値である合焦点位置Ｈを出力
し、ヘリコイド設定回路２９に印加する。ヘリコ
イド設定回路２９は印加されたヘリコイド位置Ｈ
と、ヘリコイド位置検出回路２８からの出力を比
較しつつモータ７を回転させヘリコイドをヘリコ
イド位置Ｈに移動後モータを停止させる。このよ
うに影像信号中の高域成分の最高周波数が低い場
合には周波数f₂のハイパスフイルタを通つた信号
によつて検出したヘリコイド位置H₁及びH₄によ
つてヘリコイドを合焦点位置Ｈに移動させる自動
合焦動作を行なう。

以上の動作から分るように立下り時トリガパル
スは合焦点位置Ｈを検出した信号であり、このパ
ルスが発生したなら直ちにヘリコイドを合焦点に
持つて行く動作に移り合焦動作を終了する。

以上のように本発明による方式では、第１に周
波数の閾値を設けそれ以上の高域成分の有無だけ
によつて合焦度合を判断するために絵柄の複雑さ
などの変化に関係なく合焦動作を行なうことがで
き従来ダイナミツクレンジ不足で起きていた動作
不良をなくすことができる。第２にヘリコイド移
動に伴つて閾値周波数以上の高周波成分の有無の
検出によつてヘリコイドの合焦点位置を見い出し
た後直ちにヘリコイドの至近から方向への移動を
打ち切り合焦位置にヘリコイドを移動するため、
合焦点付近での小ぎざみなレンズ振動がなくな
り、合焦時間の短縮及び駆動部分の摩耗の軽減を
実現できる。第３に閾値周波数を復数波（実施例
においては周波数f₁及びf₂の２波）設けることに
より被写体自身の持つ空間周波数の高低によらず
より正確な合焦点位置を決定することが可能とな
る。

もちろん閾値周波数を１波のみでも合焦動作は
可能である。

なお合焦点を捜すためスタートボタンを押した
後ヘリコイドを至近位置から〓方向へ移動させた
が、これは〓位置から至近方向へ移動させてもか
まわない。あだ〓位置から至近方向では背景にピ
ントが合つてしまう可能性が高いため至近位置か
ら〓方向へ移動する方が望ましい。

もちろん、f₁高域成分検出回路およびf₂高域成
分検出回路の出力が０から１に変化しないときは
ブレなどを起こしている場合であるからその警告
等を出力することが可能である。

【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図の構成の動作を示
す特性図、第３図は従来の自動焦点合わせ装置の
問題点を示す特性図、第４図は本発明による自動
焦点合わせ装置の要点を説明するための特性図、
第５図は本発明による自動焦点合わせ装置の構成
を示すブロツク図、第６図は第５図の構成の動作
を説明するための特性図、第７図は第５図の構成
の動作を説明するための特性図である。 １：レンズ、２：光電変換回路、７：レンズ駆
動用モータ、１２：f₁高域検出回路、１３：立上
り時トリガパルス発生回路、１４：立下り時トリ
ガパルス発生回路、１６：前ヘリコイド位置記録
回路、１８：後ヘリコイド位置記録回路、２３：
f₂高域検出回路、２５：立上り時トリガパルス発
生回路、２６：立下り時トリガパルス発生回路、
２７：平均化回路、２８：ヘリコイド位置検出回
路、２９：ヘリコイド位置設定回路、３０：ヘリ
コイド移動回路、３２：制御切替回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光軸上を移動されるレンズと、 レンズを通過した通過光より撮像信号を発生す
   るカメラ回路と、 上記撮像信号から第１の周波数より高い周波数
   成分を抽出し出力する第１の抽出手段と、 上記第１の周波数より低い第２の周波数より高
   周波数成分を上記撮像信号から抽出し出力する第
   ２の抽出手段と、 上記レンズを一方の方向に移動させる走査手段
   と、 上記走査手段によるレンズの移動にともなつ
   て、上記第２、第１の抽出手段の順に出力が発生
   した後上記第１の抽出手段に発生した出力が消失
   した場合には、上記第１の抽出手段に出力が発生
   したときおよびその出力が消失したときのレンズ
   移動位置の中間位置に上記レンズを設定し、 上記走査手段によるレンズの移動にともなつ
   て、上記第２の抽出手段に出力が発生し、この出
   力が上記第１の抽出手段に出力が発生せずに、消
   失した場合には、上記第２の抽出手段に出力が発
   生したときおよびその出力が消失したときのレン
   ズ移動位置の中間位置に上記レンズを設定するレ
   ンズ設定手段と、 からなることを特徴とする自動合焦装置。