JPH0810906B2

JPH0810906B2 - 自動焦点ビデオカメラ

Info

Publication number: JPH0810906B2
Application number: JP62034765A
Authority: JP
Inventors: 弘嗣村島; 暁前田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1987-02-18
Filing date: 1987-02-18
Publication date: 1996-01-31
Anticipated expiration: 2011-01-31
Also published as: JPS63203067A

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
点の自動調整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おいて撮像素
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、本質的にバ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
を合わせられる等優れた点が多い。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。

従来、このオートフォーカスの方法の一例が、“NHK
技術報告"S40、第17巻、第１号、通巻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
点調節」として述べられている、いわゆる山登りサーボ
制御が知られている。この山登りサーボ制御は常に映像
信号の高域成分の量が最大になる様に、レンズのフォー
カスリングを回転するので、ピントがボケた状態でレン
ズが停止したままになる事が無く、非常に追随性の良い
方法である。

しかし、この方式には、レンズを常に動かし続ける事
による大きな欠点が存在する。

この欠点の１つは、合焦してもレンズが停止しないた
めに、静止物に合焦した後も撮影画面が常に揺れ続ける
事である。現在テレビカメラに用いられるレンズは、フ
ォーカスリングを回転することによって焦点距離が変わ
り、このために撮影画像の画角が変化する。このため
に、合焦した後もフォーカスリングが振動し続けるこの
方式では、画面に映る被写体がある周期で大きくなった
り、小さくなったりして非常に見づらい画面となる。

２つめの欠点は、消費電力である。現在家庭用ビデオ
カメラはその可搬性のために電池を電源とする場合が多
く、常時フォーカスモータを駆動せしめて正転⇔逆転を
繰り返している場合には、突入電流のために一定方向に
モータを回転させる場合以上に電力を消費し、撮影可能
時間が短くなる。他にも常にフォーカスリングを回転さ
せるためにギアの摩耗等の問題が生じる。

出願人は特願昭61−273212号において、これらの欠点
を除去するための新しいオートフォーカス回路方式を提
案している。以下に従来例としてその内容の骨子を述べ
る。尚、上記特願では合焦精度を向上させるために極め
てキメ細かい制御法が採用されているが、ここでは、本
発明に関係のある部分についてのみ説明するに留める。

第３図は上記先願技術に係るオートフォーカス回路の
ブロック図である。

レンズ（１）によって結像した画像は、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。焦点評価値発生回路
（５）は、例えば第４図に示すように構成される。映像
信号より同期分離回路（5a）によって分離された垂直同
期信号（VD）、水平同期信号（HD）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（VD）、
水平同期信号（HD）及び固定の発振器出力に基づいて、
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のみが、高域通過フィルター（H.
P.F）（5d）を通過して高域成分のみが分離され、次段
の検波回路（5e）で振幅検葉される。この検波出力は積
分回路（5f）でフィールド毎に積分されて、A/D変換回
路（5g）にてディジタル値に変換されて現フィールドの
焦点評価値が得られる。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。

オートフォーカス動作開始直後に、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（フォーカスモ
ータ制御手段）（10）は、フォーカスモータ（３）を予
め決められた方向に回転させ第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
期値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
価値が初期の評価値よりも、予め設定された変動幅より
も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に比べ
て、上記変動幅よりも小であるという出力がなされた場
合にはフォーカスモータ（３）の回転方向を逆にして、
第１比較器（８）の出力を監視する。

第１比較器（８）は最大値メモリ（６）に保持されて
いる今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）、上記予め設定した第１の閾
値以上の減少した（第２モード）の２通りの比較信号
（P1）（P2）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、常に現在までの評価値の最大値が保持さ
れる。

（13）はレンズ（１）を支持するフォーカスリング
（２）の位置を支持するフォーカスリング位置信号を受
けて、フォーカスリング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）の出力に基いて、最大評価値となった場合のフォ
ーカスリング位置を常時保持するように更新される。

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、評価値の雑音による誤動作を防止するために、第１
比較器（８）出力にて現在の評価値が最大評価値に比し
て上記予め設定された第１の閾値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）は
逆転される。この逆転後、モータ位置メモリ（13）の内
容と、現在のフォーカスリング位置信号とが第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。

（11）はフォーカスモータ制御回路（10）によるオー
トフォーカス動作が終了して、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（11）の保持内容は現在の焦点評価値と比較さ
れ、その値が再起動のための第１の閾値より大きくなっ
た場合には、被写体が変化したとしてフォーカスモータ
制御回路（10）に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）はこの信号を受けると再びオ
ートフォーカス動作をやり直して被写体の変化に追随す
る。

この方法は極めて追随性が高く、合焦精度も高いので
あるが、被写体照度が映像信号の１フィールドの周波数
と異なる、一定の周波数で変化している場合には、その
照度変化によって、誤動作を生じる事がある。この事情
を以下に若干詳しく説明する。

例えば、NTSC方式のビデオカメラでは１フィールドの
周波数は60Hzであるが、これを50Hzで点灯している螢光
灯の様な放電ランプの照明下で使用する場合に、このよ
うな誤動作が生じる。50Hzで点灯している放電ランプの
明るさは、第５図に示す様に100Hzの周波数で変動する
ため、被写体照度も100Hzの周波数で変化する。映像信
号の１フィールドが60Hzであるため、サンプリング定理
に基づきこの両周波数の差の２分の１に相当する20Hzの
リップル成分が、第６図（点線は正常な焦点評価値）に
示す様に、焦点評価値の出力に重畳される。このリップ
ルの大きさが前記予め設定された閾値よりはるかに小さ
い場合は問題無いが、ある程度以上の大きさを持ってい
る場合には、このリップルの頂点を焦点評価値の最大値
と誤認して、合焦動作の途中ではこの位置でフォーカス
モータが停止したり、合焦している状態にあっては、評
価値の最大値が変化したとして再起動を行なったりする
誤動作が発生した。

この様な誤動作に対応する１つの手段として、前記第
１及び第２の閾値を大きくとる手段が考えられるが、閾
値を余り大きく取る事は、合焦精度を低下させる不都合
が生じる。

（ハ）発明が解決しようとする問題点従来技術によると、ビデオカメラの映像信号のフィー
ルド周波数と、被写体を照明している光源である放電ラ
ンプの周波数が異なる場合には、被写体照度の変動によ
り、焦点評価値にはフィールド周波数と被写体照度の変
動周波数との差によって生じるリップル成分が重畳さ
れ、オートフォーカス機構が合焦動作を行なっている時
には、このリップルのピーク値を焦点評価値の最大値と
誤認して、この点を合焦位置としてフォーカスモータが
停止したり、合焦状態にある時には、焦点評価値が変動
したものとして再起動を起こすなどの誤動作を生じた。

（ニ）問題を解決するための手段本発明は、フォーカスモータ制御手段にてフォーカス
モータを駆動して、それまでに得られた焦点評価値の最
大値に対し予め設定した第１の閾値以上に焦点評価値が
減少した場合に、レンズを前記最大点に固定する事によ
り合焦動作を行なわせ、かつ合焦が完了した後には、予
め設定した第２の閾値以上に焦点評価値が変動した場合
に、合焦点動作を再開する自動焦点ビデオカメラにおい
て、少なくとも前記焦点評価値の前記第１の閾値以上の
変化の判定を行う判定回路を、前記焦点評価値の当該閾
値以上の変化が被写体照度の変動周波数fpと映像信号の
フィールド周波数f₀との差によって生じる焦点評価値の
リップル周波数をfrとしたとき、Ｍ＝f₀/frで決まるＭ
回以上少なくとも連続して変化した場合にのみ変化有り
と判定するように構成したことを特徴とする。

（ホ）作用本発明は上述の如く構成したので、焦点評価値の変動
を検出する際必ず１周期分のリップルを含んでいる。リ
ップル分の出力は本来の焦点評価値に重畳されて、その
上下に振動しているので焦点評価値の出力が現在の焦点
評価値から、予め設定された回数連続して、予め設定さ
れた第１及び第２の閾値を越えて増加又は減少する場合
は、必ず本来の焦点評価値が上記閾値を越えて変化した
事を示す。他方、予め設定した回数連続して閾値を越え
た変化が無い場合には、リップル分の変動による影響を
受けているので誤動作の原因となる。

この結果本発明によれば、被写体を照明する放電ラン
プの周波数と映像信号のフィールド周波数が異なる事に
よって生じた焦点評価値のリップルにより、合焦動作中
に誤った位置でフォーカスモータが停止したり、合焦し
ている状態で誤ってフォーカスモータが再起動する様な
誤動作がなくなる。

（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、従来例（第３図）と同一部分は同一符号を付し
て説明を割愛する。

第１図は本実施例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、撮像素子を有する撮
像回路（４）によって輝度信号となり、焦点評価値発生
回路（焦点評価値検出手段）（５）に入力される。焦点
評価値発生回路（５）は前述の第３図と同一の構成を有
しており、１フィールド分の焦点評価値が出力される。

焦点評価値発生回路（５）の出力は、第１比較器
（８）に入力されて、その値が最大値メモリ（６）が保
持している値より大ならば、出力（S1）がＨレベルとな
り最大値メモリ（６）及びモータ位置メモリ（13）の書
き換えが行なわれる。焦点評価値発生回路（５）の出力
が最大値メモリ（６）が保持している値に比べ、予め設
定された第１の閾値を越えて小さければ、第１連続回数
検出回路（15）にパルス状の出力（S2）が発せられる。
第１連続回数検出回路（15）は、第２図に示す様に、予
め決められた回数の数だけのシフトレジスタ（19a）、
（19b）、（19c）、（前述の60Hzフィールド周波数と50
Hzの証明では、焦点評価値に20Hzのリップル成分が生じ
るから、各フィールド毎に行われる焦点評価値変化の検
出を60÷20＝３即ち３回以上連続して行えば、このリッ
プル成分の影響を受けずに焦点評価値の変化を正しく検
出できることになるので、３連のシフトレジスタ）とこ
れらの出力を結合するAND回路（20）で構成される。こ
の結果、連続して予め決められた回数Ｍのカウントが為
された時に初めてフォーカスモータ制御回路（10）に信
号が送られて、フォーカスモータ（３）が逆転し、保持
されている最大値の位置で停止し、合焦動作が完了す
る。以下この動作を若干詳しく説明する。

第７図で縦軸は焦点評価値、横軸は時間、、等は
焦点評価値発生回路（５）から、信号が送られて来るタ
イミングを表わしている。実線のカーブは本来の焦点評
価値、点線はリップルが重畳された焦点評価値で、Ａ点
は現在最大値メモリ（６）に保持されている評価値であ
る。又本来の焦点評価値カーブ上に書かれた縦線のマー
クは、リップルのピークが発生するタイミングの１例で
ある。破線で示した幅ΔＸは、予め設定された第１の閾
値の大きさである。

今で信号が取り込まれると、この時の値に対して第
１比較器（８）の出力（S2）は発せられずＬレベルが維
持されるが、この値はＡに比べ大であるから、最大値メ
モリ（６）及びモータ位置メモリ（13）の値が変更さ
れ、以後はＡ′点を基準にして幅ΔＸに比較が行なわれ
る。その後の第１比較器（８）の出力（S2）は ‥‥Ｌ、‥‥Ｈ、‥‥Ｈ、‥‥Ｈ、 ‥‥Ｈ、となるので、の時点で初めてフォーカスモータ制御回
路（10）にＨ信号が発せられ（カウント数Ｍ＝３と設
定）、フォーカスモータが逆転しＡ′を認識した位置で
固定される。この位置は本来の最大値であるＡ点とは若
干異なるが、この誤差は±1.5フィールドの範囲であ
り、実用上殆ど差し支えの無いものである。

焦点評価値発生回路（５）の出力はまた第２比較器
（９）に入力され、初期値メモリ（７）の保持されてい
る値と比較され、予め設定された第３の閾値ΔＺより大
であればＨレベルの出力（S3）を第２連続回数検出回路
（16）に入力する。第２連続回数検出回路（16）は、前
述の第１連続回数検出回路（15）と同じ構成を有してい
る。ここでの動作を第８図に示す。第８図の内容カーブ
の種類等は第７図と全く同一であるので、説明を割愛す
る。最初の値Ｂからスタートして、Ｈ、Ｌを調べると
‥‥Ｌ、‥‥Ｈ、‥‥Ｌ、‥‥Ｈ、‥‥Ｈ、
‥‥Ｈ、となるので、の時点で第２連続回数検出回路
（16）は、フォーカスモータ制御回路（10）にＨレベル
の出力信号を供給して、モータを現在の回転方向に回し
続けると共に、第１連続回数検出回路（15）の出力を監
視し、上記の最大値決定動作に戻る。

焦点評価値発生回路（５）の出力が予め設定された第
３の閾値ΔＺより小さければ、第２比較器（９）は第１
連続回数検出回路（15）と同じ構成を有する第３連続回
数検出回路（17）にＨレベルの出力（S4）を発する。第
９図に示した様に、この時は例えば、Ｌ・Ｌ・Ｈ・Ｌ・
Ｌ・Ｈ・Ｈ・Ｈとなり、でＨレベルの信号が第３連続
回数検出回路（17）から出力され、フォーカスモータ制
御回路（10）は、モータを逆回転させると共に、第１連
続回数検出回路（15）の出力を監視し、上記の最大値決
定動作に戻って、山登りサーボ制御を続行する。

以上の説明から、本発明によれば山登りサーボの途中
で、リップル成分のためにモータが停止する様な誤動作
は発生しない事は明らかである。

次に合焦に達している状態から、再起動する場合につ
いて述べる。

上記一連の山登りサーボが完了すると、フォーカスモ
ータ制御回路（10）からレンズ停止信号（LS）が出され
て、レンスが停止すると共に、第４メモリ（11）には、
前記Ａ′の評価値が保持される。この値と焦点評価値発
生回路（５）から出力される現在の評価値が、第４比較
器（12）で比較される。第４比較器（12）はウインドコ
ンパレータで構成されており、焦点評価値発生回路
（５）の出力が予め設定された第２の閾値ΔＹに比べて
大又は小であれば、Ｈレベルの出力（S5）を第４連続回
数検出回路（18）に出力する。

ところで、今の状態はレンズが停止しているので、被
写体が変化しない限り、焦点評価値発生回路（５）の出
力は第10図の実線に示すようにＤなる一定の値を中心に
変動する。前述の様に「予め設定された回数」はこのリ
ップルの１周期を完全に含むものであり、かつ本実施例
は従来例の説明にもある様に、第２の閾値ΔＹの値を充
分大きく取れるので、一連の「予め設定された回数」の
間に少なくとも１回のＬ信号を含ませる事が出来る。例
えば第10図では、Ｈ・Ｌ・Ｈ・Ｌ・Ｌ・Ｈ・Ｌ・Ｌ・Ｈ
・Ｌ・Ｌの様になる。その結果、被写体が変化しない限
りはリップルによる誤動作は無い。

焦点評価値発生回路（５）の出力がリップル分以外に
変化するのは、被写体が変化した時で、例えば第11図の
（イ）の被写体から（ロ）の被写体に変化した場合を考
える。（第11図の横軸はレンズ位置を示している。従っ
て第11図は被写体距離に対する焦点評価値の変化を示
す。）この時は第12図の様に焦点評価値発生回路（５）
の出力は不連続な変化をする。そして、第４比較器（1
2）の出力は常にＬとなり、第４連続回数検出回路（1
8）は被写体変化信号をフォーカスモータ制御回路（1
0）に出力し、再起動が行なわれる事になる。ここでも
リップルによる誤動作が発生しない事は明らかである。
尚、上記説明においては、第１連続回数検出回路乃至第
４連続回数検出回路はハードウエアを用いて説明した
が、マイクロプロセッサを用いて、ソフトウエアによっ
て処理することは極めて容易である。

（ト）発明の効果上述の如く本発明によれば、山登りサーボ制御を行な
うに当り、山登りサーボを行なっている途中及び再起動
を行なう場合に、被写体を照明している放電ランプの電
源周波数による被写体照度の変動周波数と映像信号のフ
ィールド周波数の間に生じるビート周波数と、映像信号
のフィールド周波数によって決まる一定回数連続して、
焦点評価値が増加又は減少しない限り、その間に生じた
焦点評価値の極値によって、山登りサーボ機構が停止、
或いは再起動することがないので、従来の様に被写体照
度とフィールド周波数の間のリップルによって、誤動作
をすることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、及び第５図〜第12図は本発明の１実施
例に係り、第１図は回路ブロック図、第２図は要部回路
ブロック図、第５図、第６図、第７図、第８図、第９
図、第10図、第11図、第12図は動作説明図である。ま
た、第３図、第４図は従来例の回路ブロック図である。（１）……レンズ、（３）……フォーカスモータ、
（４）……撮像回路（撮像素子）、（５）……焦点評価
値発生回路（評価値検出手段）、（10）……フォーカス
モータ制御回路、（15）……第１連続回数検出回路（第
１検出手段）、（16）……第２連続回数検出回路、（1
7）……第３連続回数検出回路、（18）……第４連続回
数検出回路（第２検出手段）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像素子から得られる映像信号の高域成分
レベルの所定フィールド期間毎の積算出力を焦点評価値
として検出する焦点評価値検出手段と、フォーカスモータにより駆動されるフォーカスレンズの
移動に伴い変化する前記焦点評価値が最大値を一旦越え
たたのち予め設定した第１の閾値以上減少した場合に、
前記最大値の位置にて前記フォーカスモータを停止させ
るモータ制御手段とを備えてなる自動焦点ビデオカメラ
において、更に、前記焦点評価値の前記第１の閾値以上の変化を検出する
比較手段と、前記比較手段による検出が、被写体照度の変動周波数fp
と前記映像信号のフィールド周波数f₀の差によって生じ
る前記焦点評価値のリップル周波数をfrとしたとき、Ｍ
＝f₀/frで決まるＭ回以上少なくとも連続して行われた
場合を検出する連続回数検出手段とを備え、前記連続回数検出手段の出力によって前記焦点評価値が
前記第１の閾値以上の変化をしたと判定することを特徴
とする自動焦点ビデオカメラ。