JPH0771212B2

JPH0771212B2 - オートフォーカスビデオカメラ

Info

Publication number: JPH0771212B2
Application number: JP63268984A
Authority: JP
Inventors: 俊宣春木; 健一菊地
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1988-10-25
Filing date: 1988-10-25
Publication date: 1995-07-31
Anticipated expiration: 2010-07-31
Also published as: JPH02114774A

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映像信号を基に、焦点
の自動整合を行うビデオカメラのオートフォーカス回路
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、本質的にパ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、オートフォ
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。

この様なオートフォーカス装置としては、特開昭63−12
5910号（G02B7/11）に一例が開示されている。

以下にこの従来技術の骨子を第２図、第３図を参照に説
明する。

第２図は上記従来技術に関わるオートフォーカス回路の
全体の回路ブロック図である。レンズ（１）によって結
像された画像は、撮像素子を含む撮像回路（４）によっ
て映像信号となり、焦点評価値発生回路（５）に入力さ
れる。

この焦点評価値発生回路（５）は、例えば第３図に示す
ように構成される。撮像映像信号より同期分離回路（5
a）によって分離された垂直同期信号及び水平同期信号
は、サンプリングエリアを設定するためにゲート制御回
路（5b）に入力される。ゲート制御回路（5b）では、垂
直同期信号、水平同期信号及び固定の発振器出力に基い
て、画面中央部分に長方形のサンプリングエリアを設定
し、このサンプリングエリアの範囲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（5c）に供給
する。

ゲート回路（5c）によってサンプリングエリアの範囲内
に対応する輝度信号が、高域通過フィルタ（HPF）（5
d）を通過してその高域成分のみが分離され、次段の検
波回路（5e）にて振幅検波される。この検波出力はA/D
変換回路（5f）にてデジタル値に変換され、積算回路
（5g）でフィールド毎に積算されて、この１フィールド
分の積算値が現フィールドの焦点評価値として出力され
る。前述のように構成された焦点評価値発生回路（５）
は常時１フィールド分の焦点評価値を出力する。

合焦動作開始直後に、最初の焦点評価値は最大値メモリ
（６）と初期値メモリ（７）に保持される。その後、フ
ォーカスモータ制御回路（10）は、フォーカスモータ
（レンズ位置変換手段）（３）を予め決められた方向に
回転させて、受光レンズ（１）を支持するフォーカスリ
ング（２）を回動させ、受光レンズ（１）を光軸方向に
変位させて撮像素子との距離を変化させ第２比較器
（９）出力を監視する。第２比較器（９）は、フォーカ
スモータ駆動後の焦点評価値と初期値メモリ（７）に保
持されている初期評価値を比較し、その大小を出力す
る。

フォーカスモータ制御回路（10）は、第２比較器（９）
が大または小という出力を発するまで、最初の方向にフ
ォーカスモータ（３）を回転せしめ、現在の焦点評価値
が初期評価値に比べて大であるという出力がなされた場
合にはそのままの回転方向を保持し、現在の評価値が初
期評価値よりも小さいと判断された場合には、フォーカ
スモータの回転方向を逆にして、第１比較器出力を監視
する。

第１比較器（８）は、最大値メモリ（６）に保持されて
いるこれまでの最大の焦点評価値と現在の評価値を比較
し、現在の焦点評価値が最大値メモリ（６）の内容に比
べて大きい（第１モード）、予め設定した第１闘値（R
1）以上に減少した（第２モード）の２通りの比較信号
（S1）（S2）を出力する。ここで最大値メモリ（６）は
第１比較器（８）の出力に基づいて、現在の評価値が最
大値メモリ（６）の内容よりも大きい場合には、その値
が更新され、常に現在までの焦点評価値の最大値が保持
される。

（30）はフォーカスモータ（３）のモータ位置を検出す
るモータ位置検出回路で、具体的にはフォーカスモータ
（３）の回転に応じて出力されるFGパルス（例えば１回
転に100個発生する）をカウントするUP/DOWNカウンタで
あり、レンズを近点側から遠点側に移動させる方向にフ
ォーカスモータ（３）が回転する場合には、FGパルスを
加算し、逆方向に回転する場合にはFGパルスを減算す
る。従って、このカウンタのカウント値自体がモータ位
置となり、モータ位置信号として出力される。

（13）はフォーカスレンズ（１）を支持するフォーカス
リング（２）を回転駆動するフォーカスモータ（３）の
回転位置を指示するモータ位置信号を受けて、モータ位
置を記憶するモータ位置メモリであり、最大値メモリ
（６）と同様に第１比較器（８）出力に基づいて最大評
価値となった場合のモータ位置を常時保持するように更
新される。尚、フォーカスリング（２）は受光レンズ
（１）を支持し、リング自体の回転により受光レンズ
（１）を光軸支方向に進退させることになり、従って、
前述のモータ位置は受光レンズ（１）の光軸方向につい
てのレンズ位置に略対応することになる。

フォーカスモータ制御回路（10）は、第２比較器（９）
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（８）出力を監視
し、焦点評価値が最大評価値に比べて予め設定された第
１闘値（R1）より小さいという第２モードが指示される
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、受光レンズ
（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（13）の内容と、現在の
モータ位置信号とが第３比較器（14）にて比較され、一
致したとき、即ちフォーカスリング（２）が焦点評価値
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
（10）は機能する。同時にフォーカスモータ制御回路
（10）はレンズ停止信号（LS）を出力する。尚、第４図
は上述の合焦動作に伴うレンズ位置と焦点評価値との関
係を示す図であり、点（Ｐ）はレンズ（１）の初期位置
を示す。

（11）はフォーカスモータ制御回路（10）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、その時点での焦点評価値が保持される第４メモリ
であり、後段の第４比較器（12）でこの第４メモリ（1
1）の保持内容は現在の焦点評価値と比較され、現在の
焦点評価値が第４メモリ（11）の内容に比べ、予め設定
された第３闘値以上に小さくなったときに、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（10）はこの信号を受け取ると、
再び合焦動作をやり直して被写体の変化に追随する。

（ハ）発明が解決しようとする課題前記従来技術におけるオートフォーカス装置は、合焦精
度及び広範囲な被写体への対応性に優れているが、次に
示す欠点を有している。

即ち、レンズ移動中に第５図に示す様に画面の高域成分
が少なく焦点評価値が低い画面に、パンニングや被写体
の動きにより、例えば、黒と白のストライプが交互に混
じった大きな高域成分を持つ被写体がサンプリングエリ
ア内に進入してくると、レンズが合焦点から遠ざかって
いくにも拘らず焦点評価値が増加していく場合が生じ
る。逆にサンプリングエリアから前述の如き大きな高域
成分を有する被写体が出ていく場合には、レンズが合焦
点に近づけているにも拘らず焦点評価値が減少していく
場合が生じる。この様な事態が生じた時に、レンズは誤
った方向に大きく移動することになり、見苦しい画面と
なる。

（ニ）課題を解決するための手段本発明は、撮像映像信号の高域成分レベルとして出力さ
れる焦点評価値が、最大値となる位置にてフォーカスレ
ンズを停止させることによりオートフォーカス動作を行
わせるに当たり、焦点評価値がレンズ位置に対して急峻
な変化を示す第１焦点検出手段と、レンズ位置に対して
緩やかな変化を示す第２焦点検出手段の２種類の焦点評
価値検出手段と、第１焦点評価値を第２焦点評価値で除
することによって、第３焦点評価値を出力する第３焦点
評価値検出手段を有し、レンズ移動手段は、エンズ移動
中に前記第３焦点評価値が減少した場合、レンズの移動
方向を反転させる機能、及び同評価値が増加した場合、
レンズの反転を規則する機能を持つことを特徴とする。

（ホ）作用本発明は、前述の如く構成したので、フォーカスエリア
内に被写体が出入りしたために焦点評価値が変動した場
合にも、レンズが合焦方向に向かっているか否かが正し
く判断でき、誤ったレンズ動作が防止される。

（ヘ）実施例以下、図面に従い本発明の一実施例について説明する。
尚、図面において第２図及び第３図と同一部分には同一
符号を付して説明を省略する。

第１図は本実施例におけるオートフォーカス回路の回路
ブロック図である。レンズ（１）によって結像された画
像は、撮像素子を含む撮像回路（４）により撮像映像信
号となり、この中の輝度信号がゲート回路（5c）及び同
期分離回路（5a）に入力される。ゲート回路（5c）によ
って画面中央に設定されたサンプリングエリア内の輝度
信号のみが後段の第１及び第２フィルタ回路（15）（1
6）に入力される。両フィルタ回路（15）（16）はいず
れも輝度信号の高周波成分のみを抜き出すハイパスフィ
ルタ（HPF）であるが、第１フィルタ回路（15）は第２
フィルタ回路（16）に比してより高いカットオフ周波数
を有している。具体的には第１フィルタ回路（15）のカ
ットオフ周波数は500KHz、第２フィルタ回路（16）のそ
れは100KHzに設定されている。フィルタ回路（15）及び
（16）の出力はフォーカスモータ制御回路（100）によ
って制御されるスイチ回路（17）に入力されて、交互に
積算回路（18）に入力される。積算回路（18）は従来例
の第３図で示した検波回路（5e）、A/D変換回路（5
f）、積算回路（5g）を一括して示したもの（直列接続
したもの）である。

又フィルタ回路（15）、（16）は第３図のHPF（5d）に
対応している。この結果第１フィルタ回路（15）、スイ
ッチ回路（17）、積算回路（18）で第１焦点評価値検出
手段が構成され、第２フィルタ回路（16）、スイッチ回
路（17）、積算回路（18）で第２焦点評価値検出手段が
構成される。

第１の焦点評価値発生手段は、カットオフ周波数が第２
の焦点評価値発生手段に比して高いので、その出力であ
る第１焦点評価値（Ａ）は、第２の焦点評価値発生手段
からの第２焦点評価値（Ｂ）に比べて、第６図の様に山
の形が急峻になっている。

積算回路（18）の出力はスイッチ回路（19）に入力され
る。スイッチ回路（19）はスイッチ回路（17）と同様に
フォーカスモータ制御回路（10）によって、第１及び第
２の焦点評価値を切り換える。このうち第１焦点評価値
（Ａ）は、合焦検出回路（20）に入力される。

合焦検出回路（20）は、従来例の第２図で示した最大値
メモンリ（６）、初期値メモリ（７）、第１比較器
（８）、第２比較器（９）、モータ位置メモリ（13）、
第３比較器（14）を一括して示したものであり、第８図
の如き構成となっている。

合焦検出回路（20）及びフォーカスモータ制御回路（10
0）は、各比較器の出力と各メモリへの制御信号でやり
とりを行い、従来例で示したフォーカスモータ制御回路
（10）と略同様の動作を行ってフォーカスレンズ（１）
を合焦位置に導く。

ところでスイッチ回路（17）（19）の切換は、フォーカ
スモータ制御回路（100）からの切換信号（ｑ）により
実行され、共に同期し、且つスイッチ回路（17）が固定
接点（17a）側に切換わっている場合には、スイッチ回
路（19）が固定接点（19a）側に切換わり、逆にスイッ
チ回路（17）が固定接点（17b）側に切換わっている場
合には、スイッチ回路（19）は固定接点（19b）側に切
換わる。また、切換信号（ｑ）は１フィールド毎に発せ
られることにより、スイッチ回路（17）（19）は１フィ
ールド毎に交互に切換わることになる。このため、固定
接点（19a）に生じる第１焦点評価値（Ａ）及び固定接
点（19b）に生じる第２焦点評価値（Ｂ）は２フィール
ド毎即ち１フレーム毎に更新されることになる。

合焦検出回路（20）は固定接点（19a）に生じる第１焦
点評価値（Ａ）に基いて従来例と同様の合焦動作を実行
する。但し、この第１焦点評価値は前述の様に１フレー
ム毎に更新されるため、合焦検出回路（20）を構成する
各比較器の比較動作は１フレーム毎に実行される。この
合焦検出回路（20）からの出力に基いてフォーカスモー
タ制御回路（100）がフォーカスモータ（３）の駆動を
制御することにより、第４図の如く合焦点への山登り制
御が実現される。

一方、合焦検出回路（20）における前述の合焦動作中に
スイッチ回路（19）から出力される２種の焦点評価値は
演算回路（第３焦点評価値検出手段）（21）に入力さ
れ、第１焦点評価値（Ａ）を第２焦点評価値（Ｂ）で除
して、両者の相対比である第３焦点評価値Ｃ（＝A/B）
を得、これが第５比較器（22）に送られる。尚、この第
３焦点評価値（Ｃ）は、第１または第２焦点評価値のい
ずれかが更新される毎に夫々最新の両評価値を用いて算
出される。

この第３焦点評価値（Ｃ）と被写体のボケ度合（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７図に示すような単調減少特性曲線
となる。

これは、第１及び第２焦点評価値の相対比である第３焦
点評価値（Ｃ）は、第１及び第２焦点評価値と同様に被
写体の合焦状態（ボケ度合）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、被写体の種類、環境による影響を受けにくい
ものである。このように、この第３焦点評価値（Ｃ）
は、ボケ度合のパラメータとして使用が可能である。

第５比較器（22）では、この値を第５メモリ（23）に格
納された前回の結果即ち１フィールド前の第３焦点評価
値と比較し、今回の値が小となるとき即ちボケてきたと
思われるとき、減少検知パルス（TD）を発してカウンタ
（増減判別手段）（24）をインクリメントし、大なると
き増加検知パルス（TU）を発してカウンタ（24）をリセ
ットする。カウンタ（24）のカウント値は第６比較器
（増減判別手段）（25）にて予め闘値メモリ（26）に記
憶されている所定の値（Ｎ）と比較され、カウント値が
Ｎに達した時、即ち所定のＮフィールド連続して第３焦
点評価値（Ｃ）が減少したとき、レンズが合焦点から遠
ざかっていると判断して、フォーカスモータ制御回路
（100）に対してモータ（３）を反転させるよう反転指
示信号（MR）を出力する。尚、この回数（Ｎ）は、実験
によって求められる適切な値に設定される。又、演算回
路（21）の結果は、第５比較器（22）での比較終了後第
５メモリ（23）に格納される。

フォーカスモータ制御回路（10）ではカウンタ（24）か
ら反転指示信号（MR）を受け取ると直ちにフォーカスモ
ータ（３）の回転方向を反転し、再び合焦動作を最初か
らやり直す。

従って、実際には合焦点から遠ざかっているのに第２焦
点評価値（Ｂ）が増加する場合に、第３焦点評価値
（Ｃ）の増減からこれを検知し、誤った方向へのレンズ
の移動を阻止することができる。

ところで、本実施例では、第３焦点評価値（Ｃ）が減少
傾向にある場合のみに注目したが、増加傾向にある場合
にフォーカスモータ（３）の反転を制限する様に構成す
ることも可能である。例えば、第９図に示す様に第５比
較器（22）からの減少検知パルス（TD）にてカウントダ
ウンし、増加検知パルス（TU）にてカウントアップする
UP/DOWNカウンタ（124）を前記カウンタ（24）に代用
し、カウンタ（124）のカウント値を第７比較器（増減
判別手段）（41）にて闘値メモリ（42）に予め設定され
ている闘値と比較し、この比較の結果、カウント値が＋
Ｎ以上となった時に反転制限指令信号（MG）を、−Ｎ以
下となった時に反転指令信号（MR）をフォーカスモータ
制御回路（100）に入力する様に構成し、レンズ位置が
合焦点に近づき、第１焦点評価値（Ａ）が最大値より第
１闘値（R1）だけ落ち込んだ時に、合焦検出回路（20）
からの出力に基いてフォーカスモータ制御回路（100）
はモータ（３）を反転させようとするが、この時第３焦
点評価値（Ｃ）が増加傾向にあると反転制限指令信号
（MG）が入力されてこのモータ（３）の反転が阻止され
て再び合焦動作がやり直される。従って、実際には合焦
点に近づいているのに第１焦点評価値（Ａ）が減少する
場合に、第３焦点評価値（Ｃ）の増減からこれを検知
し、誤った方向へのレンズの移動を阻止することができ
る。尚、カウンタ（24）（124）は共に合焦動作のやり
直し時点で一旦リセットされる。

前述の実施例では、第３焦点評価値（Ｃ）の変動の検出
に、同一方向への連続した変化の回数を用いたが、これ
に代わってモータ（３）が現在と同一方向に回転を開始
した時点での第３焦点評価値（Ｃ）を基準として、この
基準値からの差の大きさをとる方法も考えられる。

尚、前述の実施例では、合焦検出回路（20）における合
焦動作には第１焦点評価値（Ａ）を用いたが、これに代
えて第２焦点評価値（Ｂ）を用いることも可能であり、
また評価値の変化が顕著な合焦点近傍では第１焦点評価
値（Ａ）を用い、合焦点より離間した位置では第２焦点
評価値（Ｂ）または第１及び第２焦点評価値の和を用い
ることも可能である。

更に第１図の回路動作をマイクロコンピュータを用いて
ソフトウェア的に処理可能であることは言うまでもな
い。この時のフローチャートを第10図に示す。

（ト）発明の効果上述のごとく本発明によれば、被写体のボケ度合が正規
化された状態で相対比として検出されるので、新たな被
写体の進入等の被写体の変化により焦点評価値に変動が
生じた場合でも、レンズの撮像素子に対する相対的な位
置の変化方向が合焦方向に向かっているか否かが正しく
判断でき、焦点評価値の変動に連動したピンボケ方向へ
の移動が阻止され、不安定な合焦動作が防止される。

【図面の簡単な説明】

第１図、第６図乃至第８図、第10図は本発明の一実施例
に係り、第１図は回路ブロック図、第８図は要部回路ブ
ロック図、第６図、第７図はレンズ位置及びボケ度合と
第３焦点評価値との関係を示す図、第10図フローチャー
トである。第９図は他の実施例の要部回路ブロック図で
ある。第２図、第３図は従来例の回路ブロック図、第４図は合
焦動作時のレンズ移動に伴う焦点評価値の変化を示す
図、第５図は高域成分を多く含む被写体がサンプリング
エリアに進入する時の図である。（Ａ）……第１焦点評価値、（Ｂ）……第２焦点評価
値、（Ｃ）……第３焦点評価値、（１）……レンズ、
（３）……フォーカスモータ（レンズ位置変更手段）、
（21）……演算回路（第３焦点評価値検出手段）、（2
4）（124）……カウンタ（増減判別手段）、（25）……
第６比較器（増減判別手段）、（41）……第７比較器
（増減判別手段）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像素子を有する撮像手段から得られる映
像信号の第１の高域成分レベルを第１焦点評価値として
出力する第１焦点評価値検出手段と、前記映像信号の該第１の高域成分レベルよりも低域の成
分をも含む第２の高域成分レベルを第２焦点評価値とし
て出力する第２焦点評価値検出手段と、前記第１または第２焦点評価値が増加する方向にレンズ
の前記撮像素子に対する相対的な位置を変化させ、前記
第１または第２焦点評価値が最大値となる合焦位置に到
らしめる位置変更手段と、前記第１焦点評価値の前記第２焦点評価値に対する比を
相対比として出力する相対比検出手段と、前記相対的な位置の変化に伴い前記相対比が増加するか
減少するかを判別する増減判別手段とを備え、前記相対的な位置の近点方向または無限遠点方向への変
化に対して前記相対比が増加する時には、前記第１また
は第２焦点評価値の変化に関係なく、前記位置変更手段
による前記相対的な位置の変化方向の反転を阻止するこ
とを特徴とするオートフォーカスビデオカメラ。
【請求項２】撮像素子を有する撮像手段から得られる映
像信号の第１の高域成分レベルを第１焦点評価値として
出力する第１焦点評価値検出手段と、前記映像信号の該第１の高域成分レベルよりも低域の成
分をも含む第２の高域成分レベルを第２焦点評価値とし
て出力する第２焦点評価値検出手段と、前記第１または第２焦点評価値が増加する方向にレンズ
の前記撮像素子に対する相対的な位置を変化させ、前記
第１または第２焦点評価値が最大値となる合焦位置に到
らしめる位置変更手段と、前記第１焦点評価値の前記第２焦点評価値に対する比を
相対比として出力する相対比検出手段と、前記相対的な位置の変化に伴い前記相対比が増加するか
減少するかを判別する増減判別手段とを備え、前記相対的な位置の近点方向または無限遠点方向への変
化に対して前記相対比が減少する時には、前記第１また
は第２焦点評価値の変化に関係なく、前記位置変更手段
により前記相対的な位置の変化方向を反転させることを
特徴とするオートフォーカスビデオカメラ。