JPH0785574B2 - 自動焦点調節装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ビデオカメラに用いられる自動焦点調節装置
に関する。

従来の技術 ビデオカメラに用いられる自動焦点調節装置としては、
様々なものが提案され、実用化されている。その中でビ
デオカメラの撮像素子の出力信号を用いる方式は、映像
信号の高周波成分が最大になるように光学焦点調節機構
を制御し焦点調節を行う、いわゆる山登り制御が知られ
ている。（例えば、「山登りサーボ方式によるテレビカ
メラの自動焦点調節」石田他、NHK技術研究報告、第17
巻、第１号、21ページ）。

以下、図面を参照しながら、上述した、従来の自動焦点
調節装置の一例について説明する。

第３図は従来の自動焦点調節装置の構成を示すブロック
図である。第４図（ａ）（ｂ）は、従来の自動焦点調節
装置の出力の要部波形図である。

第３図において、１は撮像レンズ、２は撮像素子及びカ
メラ回路、３は高域ろ波器、４は検波器、５は差分ホー
ルド回路、６はサーボ増幅器、７はモータ駆動回路、８
は撮像レンズ１の距離環を回転させるモータである。

以上のように構成された従来の実施例について第４図の
要部波形図を用いて、動作を説明する。

撮像レンズ１を介して撮影素子２上に結像した被写体像
は電気信号に変換され、カメラ回路２から高域ろ波器３
に入力される。入力された映像信号は、高域ろ波器３で
高周波数成分が抜き取られ、検波器４で検波される。検
波器４の出力は、映像信号中の高周波成分の量に比例し
た値（以下、焦点電圧と称する。）となる。差分ホール
ド回路５に入力された焦点電圧信号は、一定時間間隔で
保持され、差分が取られ、焦点電圧の時間的変位量を示
す信号が出力される。

第４図（ａ）に、横軸に撮像レンズ１の距離環位置、横
軸に検波器４の出力をとり、撮像レンズ１の距離環を至
近位置Ａから無限遠位置Ｂまで回転させたときの検波器
４出力値の変移をしめす。

（以下、焦点電圧曲線と称する。）撮像レンズ１が合焦
状態にある時、焦点電圧は最大値を示し、合焦状態か
ら、はずれるにつれ、焦点電圧値は下がり焦点電圧曲線
は全体として山型の形状となる。

第４図（ｂ）は、差分ホールド回路５の出力値の変移で
あり、焦点電圧曲線を時間軸で微分した形状を示してい
る。

撮像レンズ１を合焦状態にするためには、第４図（ｂ）
より差分ホールド回路５の出力値が正のときは、焦点電
圧曲線を登っている状態であるので、さらにその方向へ
距離環を回転させ、焦点電圧の時間的変位が零になった
とき、距離環を停止させるように、モータを駆動すれば
よい。差分ホールド回路５の出力値が負のときは、焦点
電圧曲線を下っている状態であるので、距離環の回転方
向を逆転させる。すなわち、差分ホールド回路５の出力
をサーボ増幅器６で増幅したのち、モータ駆動回路７に
入力し、モータ８で距離環を回転させれば、焦点調節動
作を行うことができる。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記のような構成では、画面内に高周波
成分を持つ被写体が少ない場合、あるいは、映像信号の
信号対雑音比が悪いとき、検波回路の出力が、すなわち
焦点電圧が、雑音成分により変動するため、安定な焦点
調節動作が保証されなくなるという問題点がある。

本発明は上記問題点に鑑み、焦点電圧の変動を減少さ
せ、常に安定した焦点調節動作を可能とする自動焦点調
節装置を提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するため、本発明による自動焦点調節
装置は、撮像素子からの映像信号が入力されるアナログ
−デジタル変換器と、前記アナログ−デジタル変換器の
出力をデジタル的に微分する微分回路と、前記微分回路
の出力信号に対して時間軸上での抜取りを行うゲート回
路と、前記ゲート回路の出力信号のうち特定の周波数帯
域の信号のみを通過させる帯域ろ波器と、前記帯域ろ波
器の出力の絶対値をとる絶対値回路と、前記絶対値回路
の出力を、帯域制限し、一水平走査期間内のピーク値を
検出する検波回路と、前記検波回路の出力が予め定めら
れたレベル以上のときのみ、検波回路の出力を１ライン
ごとに、一フィールド期間加算する加算回路と、前記加
算回路の出力が最大になるように撮像レンズのフォーカ
シングレンズを駆動する信号を出力する制御部と、制御
部の出力に応じて撮像レンズのフォーカシングレンズを
駆動する駆動回路とを具備し、前記検波回路は、低減ろ
波器と、前記低減ろ波器の出力と前記検波回路への入力
信号とを比較する比較器と、前記比較器の出力によって
制御され、かつ前記低域ろ波器への入力を、前記低域ろ
波器の出力および前記入力信号とのいずれかに選択する
スイッチ手段とで構成されることを特徴とするものであ
る。

作用 本発明の自動焦点調節装置は、上記した構成により、微
分回路の出力信号に対して時間軸の抜き取りを行い、さ
らに帯域ろ波器で焦点調節に必要な高周波成分を取り出
す構成のため、帯域ろ波器に入力される信号は、有効走
査期間の始まりと終わりの部分の立ち上がり信号や立ち
下がり信号に含まれる被写体の焦点情報とは無関係な高
周波成分は除去されているため、高精度の焦点電圧を作
り出すことができる。また、検波回路は、低域ろ波器に
より帯域制限してピーク値を検出する構成のため、高周
波成分の雑音を抑圧することができ、安定な焦点調節動
作が実現できる。また、一水平走査期間の検波回路の出
力が予め定められたレベル以上の時に加算することによ
り、焦点電圧値の変動を抑え、焦点調節動作の安定化を
実現することができる。

実施例 以下、本発明の一実施例の自動焦点調節装置について図
面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の一実施例の自動焦点調節装置のブロッ
ク図である。第１図において、１は撮像レンズ、10は撮
像素子およびカメラ回路であり撮像レンズ１により形成
された被写体像を電気信号に変換し映像信号を出力す
る。撮像素子及びカメラ回路２の出力はアナログ−デジ
タル変換器９で、デジタル信号に変換され、デジタル信
号処理部10に入力される。11は微分回路であり、映像信
号の直流成分を除去する。微分回路11で直流成分を除去
した際に生じる波形のうち、有効走査期間の始まりと終
わりの部分に含まれる高周波成分は、被写体に含まれる
高周波成分ではないので、時間軸上での抜取りを行うゲ
ート回路12により水平走査期間の中央部のみが抜き取ら
れ、不要部分は除かれる。ゲート回路12から出力された
信号は、帯域ろ波器13で所望の周波数成分が抽出され、
絶対値回路14を介し絶対値がとられたのち、検波回路15
で検波される。検波回路15は、一水平走査期間のピーク
値を検出するように構成される。検波回路15の出力は、
加算回路16に入力される。加算回路16は、検波回路15の
出力を一フィールド期間、水平走査期間ごとに加算し、
その結果を制御部17に出力する。加算回路16の出力は、
映像信号の高周波成分の量に比例した値になる。制御部
17は、たとえばマイクロコンピュータで構成され、入力
データのフィールド間の差分がとられる。差分データの
出力値が正のときは、焦点電圧曲線を登っている状態で
あるので、さらにその方向へフォーカシングレンズを駆
動し、差分データがある値以下になった場合、フォーカ
シングレンズを停止させるように、モータを駆動する信
号をモータ駆動回路７に出力する。また、差分データの
出力値が負のときは、フォーカシングレンズの駆動方向
を逆転させることにより、検波回路16の出力が最大にな
るように撮像レンズ１のフォーカシングレンズを駆動す
ることができ、焦点調節動作を行える。

ここで、本発明の要点である検波回路と加算回路につい
て、第２図を用いて詳しく説明する。第２図は、検波回
路及び加算回路の構成図である。

第２図において、34は検波回路、35は加算回路である。
18は検波回路への入力端子であり、信号は、比較器19
と、スイッチ手段20に入力される。スイッチ手段20の出
力は、動作開始時は、入端子18に接続されている。21,2
2は加算器、24はデジタルアナログ変換のクロック分信
号を遅延させる遅延素子、23,25は予め定められた係数
を乗じる係数器であり全体として低減ろ波器36を構成す
る。係数器25の出力は、比較器19の、スイッチ手段20の
入力端子に接続される。スイッチ手段20は比較器19の出
力によって、加算器21への入力の切り替えを行う。38は
端子である。検波回路34の出力は端子38を介して加算回
路35に入力され、スイッチ手段28と比較器27に接続され
る。26は予め定められたレベルの入力端子であり。入力
端子26に与えられたデータは、検波回路34の出力と、比
較器27によって比較され、スイッチ手段28を制御する。
29は、データの保持器であり端子30に入力される水平同
期信号により決定されるタイミングでスイッチ手段28の
出力データを保持する。31は加算器、32は、一水平走査
期間信号を遅延させる遅延素子であり出力を入力に帰還
するいわゆる巡回型を為し、積分器37を構成するように
接続されている。遅延素子32に供給されるクロックは、
水平同期信号に同期した周波数のものである。33は出力
端子である。

以上のように構成された検波回路および加算回路につい
てその動作を説明する。

絶対値回路14で絶対値をとられた信号は、検波回路の入
力端子18に入力される。スイッチ手段20は入力端子18側
に接続されているため、信号は低減ろ波器36に入る。そ
の出力は、比較器19で入力信号19と比較され、出力信号
の方が大きいとき比較器19の出力によりスイッチ手段20
は低減ろ波器36の出力側に接続されるため、低減ろ波器
36の出力は、保持される。この動作は水平走査期間続け
られ、結果として、映像信号の１ラインにおける、低減
ろ波器36によって帯域制限されたピーク値を、保持する
ことになる。単なるピーク値保持回路と異なり、高周波
の雑音成分が除去される。検波回路34は、水平同期信号
でリセットされ次のラインでは、また新たに動作を始め
る。

このようにして保持された映像信号の１ラインにおける
ピーク値は、加算回路35に入る。入力端子26には、雑音
成分のみが入力したときの検波回路34の出力レベルに相
当する値（以下、雑音レベルと称する。）が入力されて
いる。加算回路35の入力信号は、比較器27及びスイッチ
手段28により、雑音レベル以下の場合には次段の積分器
37には入力されない。加算回路35の入力信号が雑音レベ
ル以上のときは、データ保持器29によって１ラインごと
に積分器37に積分され一フィールド期間の積分値が出力
端子33より出力される。加算回路35は、垂直同期信号に
よりリセットされ、次のフィールドでは、また新たに動
作を始める。

たとえば、画面上の数ラインにしか高周波成分が存在し
ないような被写体（例えば、白壁にとまった蠅）でも、
雑音レベル以下の信号は除去されるため、高周波成分の
存在するラインの信号のみが加算され、出力は雑音に埋
もれることなく取り出せる。また、ｎラインにまたがる
信号の場合、積分器により加算されて行くため、信号の
レベルは、ｎ倍されるが雑音は、√ｎ倍にしかならな
い。このため加算回路の出力信号の信号対雑音比は、向
上する。

本発明では、映像信号をデジタル信号に変換して信号処
理を行っているため、ピーク値の保持も漏洩なく行え
る。また、ラインごとの信号の加算も極めて簡単な構成
で実現できる。

なお、低減ろ波器36、および積分器37の構成は、本実施
例に限定されるなのではなく、同様の機能を有すれば、
置き換えてもよい。

発明の効果 以上のように、本発明の自動焦点調節装置によれば、映
像信号の始まりと終わりに含まれる高周波成分を、予め
微分回路とゲート回路により除去したのち、低域ろ波器
により信号の高周波成分を抽出するため、高精度の焦点
信号を得ることができる。また、帯域制限した検波回路
と、雑音成分を除去し、かつ信号成分を加算していく加
算回路により、焦点電圧の雑音成分を減少させることに
より、安定な焦点調節動作を可能とする自動焦点調節装
置が実現できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例における自動焦点調節装置の
ブロック図、第２図は、本発明の一実施例における検波
回路及び加算回路の構成図、第３図は従来例における自
動焦点調節装置のブロック図、第４図は従来例における
自動焦点調節装置の出力の要部波形図である。 １……撮像レンズ、2,10……撮像素子及びカメラ回路、
７……モータ駆動回路、８……モータ、９……アナログ
−デジタル変換器、11……微分回路、12……ゲート回
路、13……帯域ろ波器、14……絶対値回路、15,34……
検波回路、16,35……加算回路、17……制御部、10……
デジタル信号処理部、19,27……比較器、20,28……スイ
ッチ手段、21,22,31……加算器、23,25……係数器、24,
32……遅延素子、18……入力端子、33……出力端子、36
……低減ろ波器、37……積分器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮像素子からの映像信号が入力されるアナ
   ログ−デジタル変換器と、前記アナログデジタル変換器
   の出力をデジタル的に微分する微分回路と、前記微分回
   路の出力信号に対して時間軸上での抜取りを行うゲート
   回路と、前記ゲート回路の出力信号のうち特定の周波数
   帯域の信号のみを通過させる帯域ろ波器と、前記帯域ろ
   波器の出力の絶対値をとる絶対値回路と、前記絶対値回
   路の出力の一水平走査期間内のピーク値を検出する検波
   回路と、前記検波回路を出力を一フィールド期間加算す
   る加算回路と、前記加算回路の出力が最大になるように
   撮像レンズのフォーカシングレンズを駆動するための信
   号を出力する制御部と、前記制御部からの出力に応じ前
   記撮像レンズのフォーカシングレンズを駆動する駆動回
   路とを具備してなり、前記検波回路は、低減ろ波器と、
   前記低域ろ波器の出力と前記検波回路への入力信号とを
   比較する比較器と、前記比較器の出力によって制御さ
   れ、かつ前記低域ろ波器への入力を、前記低域ろ波器の
   出力および前記入力信号とのいずれかに選択するスイッ
   チ手段とで構成されることを特徴とする自動焦点調節装
   置。
2. 【請求項２】加算回路は、入力される信号のレベルを予
   め定められたレベルと比較する第２の比較器と、前記第
   ２の比較器の出力により切り換えを行う第２のスイッチ
   手段と、前記第２のスイッチ手段により入力が制御され
   る積分器を具備してなることを特徴とする特許請求の範
   囲第（１）項記載の自動焦点調節装置。