JPH087323B2 - 焦点検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、焦点検出装置に関し、特にビデオカメラか
ら出力されるビデオ信号（撮影映像信号）を利用して自
動焦点検出を行うオートフォーカス（以下、AFと称す
る）方式の装置に好適なものである。

［従来の技術］ 近年、ビデオカメラの特徴を生かしたAF方式として、
ビデオ信号中の高域成分によって画面の精細度を検出
し、その精細度が最大となるようにフォーカシングレン
ズを駆動させ、自動的にテレビカメラの光学焦点調整を
行う、いわゆる山登りサーボ方式のものが注目されてい
る。この従来の山登り方式（以下、山登り方式と称す
る）については、例えばNHK技術研究 昭和40年第17巻
第１号通巻86号第21頁〜第37頁に詳細に記述されている
が、第４図の従来の山登り方式による自動焦点検出装置
の構成図、およびその動作特性を示す第５図の特性図と
を参照して、その内容を簡潔に説明する。

まず、フォーカシングレンズ２を通って入射される被
写体１からの光は、光電変換手段３上に結像し、電気信
号として出力される。光電変換手段３から出た映像信号
としての出力信号は、増幅器４を経てビデオカメラ用の
プロセス回路５に入力されるが、同時にAF検出用として
その増幅器４の後段に別に並設したバンドパスフィルタ
（BPF）６により映像信号中の高域成分のみが抽出さ
れ、次段のゲート回路７に入力される。

また、上述のカメラ用プロセス回路５により分離され
た水平同期信号HDおよび垂直同期信号VDとから、ウイン
ドウパルス形成回路（WINDOW）８によって、一画面のあ
らかじめ設定された領域、例えば画面の中央部のみの同
期パルス、いわゆるウインドウパルスを形成し、このウ
インドウパルスを上述のゲート回路７に入力して、この
パルス発生区間のみ上述の高域成分の信号を抽出出力す
る。ゲート回路７から出た高域成分の信号は更に検波器
（DEF）９と積分器10により処理される。

この積分器10の出力に対応する電圧（以下、焦点電圧
と称する）とレンズ２の焦点距離との関係を第５図に示
す。この焦点電圧は、撮映像の精細度に対応しているの
で、フォーカシングレンズ２の位置を移動調整する距離
環（焦点リング）の位置がレンズ２と被写体１間の実際
の距離に正確に合致していれば、すなわちジャストピン
ト点（合焦点位置）であれば、焦点電圧は最大となり、
この最大となる位置Ｃからずれるに従い、低下する。

従って、第５図から分かるように、何らかの制御手段
により、焦点電圧の山を登るようにレンズ距離環の位置
を制御し、焦点電圧が最大となる山の頂上にレンズ距離
環を導けば、自動焦点合せができることとなる。この制
御手段としては、ビデオ信号のフィールド毎に積分器10
の出力をホールドし、前回ホールドした値と今回ホール
ドした値とをフィールド毎に比較して、大となる方向へ
レンズ距離環を駆動することにより、目的を達成するも
のが知られている。即ち、第４図の破線で囲まれた山登
り回路16に示すように、上述のカメラプロセス回路５で
分離した垂直同期信号VDからモノマルチバイブレータ
（MM）12およびサンプルパルス形成回路（S.P）13とに
より一定のタイミングで発生するサンプルパルスを形成
し、このサンプルパルスによりサンプルホールド回路
（S/H）11に入力する積分器出力を１フィールド毎にサ
ンプルホールドする。更に、サンプルホールド回路11の
出力は２つに分岐して、一方はそのまま、他方は１フィ
ールド遅延回路（１フィールドDelay）14により１フィ
ールド分遅延させて順次比較器15に入力し、その両者の
差、すなわち前回ホールドの積分器出力と今回ホールド
の積分器出力との差を比較器15により求める。

今、積分器10の出力の焦点電圧が第５図に示すよう
に、前回のフィールドでＡのレベルにあり、次のフィー
ルドでＢのレベルにあれば、その焦点電圧A,BはＢ＞Ａ
であるので、比較器15からは例えばハイレベルの制御信
号がモータ駆動制御回路（DRIVER）17へ出力し、モータ
（Mo）18を今までの駆動方向のまま方向を維持して駆動
させる。このモータ18の駆動により、レンズ２が合焦点
の方向に移動する。次のフィールドで焦点電圧を検出す
ると、第５図のＣのレベルであるとすると、Ｃ＞Ｂであ
るので、比較器15からの信号レベルは変らず、モータ18
はいぜん同一方向に移動することとなる。

このとき、第５図に示すように、焦点電圧の最大点は
Ｃのレベルであるとすれば、モータ18によりレンズ距離
環をそのまま同一方向に移動させれば、当然Ｃの合焦状
態から逆に離れて行く方向に進み、焦点電圧は低下する
傾向になる。その結果、次のフィールドではＤレベルの
焦点電圧を出力し、Ｄ＜Ｃであるので、比較器15はロー
レベル信号を制御回路17へ出力する。このローレベル信
号により制御回路17はモータ18を逆転する制御信号を出
力し、レンズ距離環は再び合焦方向に向って逆送され
る。

このように、第４図および第５図に示す従来の山登り
方式では、比較器15等により構成される山登り回路16の
出力が正（ハイレベル）の時、即ち焦点電圧が時間経過
に対して増加方向にあれば、モータ18の回転方向をその
まま保って山登りを続け、山登り回路16の出力が負（ロ
ーレベル）の時、即ち焦点電圧が時間経過に対して減少
方向にあれば、モータ18の回転方向を逆転させて山を登
る方向へと戻す。従って、焦点電圧により作られる第５
図に示すような山を積分回路10の出力電圧を参照しなが
ら登って行き、ついにはそ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、自動焦点検出
を行うこととなる。

このように、山登り方式では撮像手段からの出力信号
そのものを用いて自動焦点検出を行うので、自動焦点検
出用の構成要素を別にわざわざ設ける必要がなく、比較
的廉価に、かつ正確に焦点検出ができるという利点があ
る。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上述した従来の山登り方式では、合焦
状態の焦点電圧の山の頂上（最大値）か否かを判定する
のに、その山を一度降りなければ、そこが山の頂上だっ
たか否かが判定できないので、山の頂上付近で小きざみ
に振動しつつ定常状態に達するという欠点がある。すな
わち、合焦状態ではモータが正逆回転を繰り返し、山の
頂上近辺を登り降りしており、常に小きざみに振動して
いる状態となっている。この振動は画質劣化の原因とな
るので除去する必要がある。

本発明は上述の欠点を除去し、合焦点の山の頂上でレ
ンズが小きざみに振動する状態を解消し、かつ正確に合
焦動作を行う焦点検出装置を提供することを目的とす
る。

［問題点を解決するための手段］ 本目的を達成するために、本発明は、撮像レンズの焦
点合焦度に対応した信号を所定のタイミングで順次抽出
して出力する信号抽出手段と、該信号抽出手段により出
力された複数の前記信号を用いて合焦度を予測する予測
手段と、前記撮像レンズの絞り値，焦点距離等のレンズ
情報の少なくとも１つを検出する検出手段と、該検出手
段により検出された前記レンズ情報に応じて前記予測手
段の予測値を補正する補正手段とを具備したことを特徴
とする。

［作用］ 本発明では、出力手段により焦点合焦度に対応した信
号（焦点電圧）を所定のタイミングで順次出力し、出力
された相前後する少くとも３つ以上の信号を用いて予測
手段により合焦度を予測する。さらに、撮像レンズのレ
ンズ情報を検出手段により検出し、検出されたそのレン
ズ情報に応じて補正手段により予測手段の予測値を補正
する。従って、正確な自動焦点検出ができ、かつ予測手
段の予測値を用いて撮像レンズを駆動停止することによ
り、合焦点近辺での振動が解消される。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。

A.基本構成 第１図は本発明の実施例の基本構成を示す。ここで、
ａは焦点合焦度に対応した信号を所定のタイミングで順
次出力する出力手段、ｂは出力手段ａにより抽出された
相前後する３つ以上の複数の信号を用いて合焦度を予測
する予測手段である。

ｃは撮像レンズのレンズ情報を検出する検出手段、ｄ
は検出手段ｃにより検出されたレンズ情報に応じて予測
手段ｂの予測値を補正する補正手段である。補正手段ｄ
はまたレンズ情報に応じて出力手段ａを構成する例えば
フィルタ、ゲート回路の諸定数を適正値に調整する。

B.回路構成 第２図は本発明実施例の回路構成を示す。本図におい
て、19は出力手段としての１フィールド遅延回路であ
り、前段の１フィールド遅延回路14で１フィールド遅延
された前フィールドでの焦点電圧Ｂを入力し、更に１フ
ィールド遅延させた前々フィールドの焦点電圧Ａを出力
する。20は予測手段としての頂上予測回路であり、入力
した現フィールドの焦点電圧ｃ、前フィールドの焦点電
圧Ｂ、および前々フィールドの焦点電圧Ａとからこれら
A,B,Cをパラメータとして所定の公知の演算式、例えば
２次関数ｙ＝ax²＋bx＋ｃ（但し、ｘはフィールド数、
ｙは焦点電圧）の予測式に基づきあと何フィールド目に
合焦点状態に対応する頂上の焦点電圧Ｐ（第３図参照）
となるかを予測し、予測したＮフィールド後のタイミン
グ信号をゲート信号として出力し、また予測した頂上の
焦点電圧Ｐを比較信号として出力する。

ここで、第３図に示すように現フィールド（ｉ）にお
ける焦点電圧をＣ、前フィールド（ｉ−１）における焦
点電圧をＢ、前々フィールド（ｉ−２）における焦点電
圧をＡとする。21は第１の減算回路であり、上述の焦点
電圧Ｃから焦点電圧Ｂを減算し、Ｃ−Ｂに対応する信号
を出力する。22は第２の減算回路であり、上述の焦点電
圧Ｂから焦点電圧Ａを減算し、Ｂ−Ａに対応する信号を
出力する。

23は第１の比較器であり、非反転入力端子に入力する
焦点電圧Ｃと反転入力端子に設定した所定の閾値V_{ref I}
とを比較してＣ＞V_{ref I}か否かを判定し、肯定判定のと
きにはハイレベルの信号を出力する。24は第２の比較器
であり、反転入力端子に入力する第１の減算回路21の出
力（Ｃ−Ｂ）と非反転入力端子に設定した所定の閾値V
_{ref II}とを比較してＣ−Ｂ＜V_{ref II}か否かを判定し、
肯定判定のときにはハイレベルの信号を出力する。25は
第３の比較器であり、反転入力端子に入力する第１の減
算回路21の出力（Ｃ−Ｂ）と非反転入力端子に入力する
第２の減算回路22の出力（Ｂ−Ａ）とを比較してＣ−Ｂ
＜Ｂ−Ａか否かを判定し、肯定判定のときにはハイレベ
ルの信号を出力する。

26はアンド回路（AND）であり、上述の３つの比較器2
3,24および25の出力の論理積演算を行い、全てのその出
力がハイレベルのときにゲートを開き、ハイレベルの信
号を出力する。このアンド回路26の出力信号は頂上予測
回路20の制御用信号として、またモータ速度制御用信号
として供給される。27は第４の比較器であり、非反転入
力端子に入力する頂上予測回路20からの予測最大焦点電
圧Ｐと反転入力端子に入力するサンプルホールド回路11
からの現フィールド中の現焦点電圧Ｃとを比較してＰ≧
Ｃか否かを判定し、肯定判定でかつ頂上予測回路20から
のゲートパル（タイミング信号）がONのときにモータス
トップ信号を出力する。この比較器27自体は多少比較判
定に幅のあるように構成してもよい。

28はフォーカシングレンズ２の距離環を移動するため
のレンズ移動用モータ18を駆動制御するモータ制御回路
（M.制御）であり、山登り回路16の出力がハイレベルの
ときにモータ18を正転させ、その出力がローレベルのと
きにその出力がモータ18を逆転させる。また制御回路28
はアンド回路26の出力がハイレベルのときにモータ18を
低速にし、ローレベルのときにモータ18を高速にし、第
４の比較器27のモータストップ信号によりモータ18を停
止させる。山登り回路16は第４図の従来例とほぼ同様の
構成のものであり、第１の比較器の出力に応じて作動
し、焦点電圧ＣとＢとを比較してＣ＞Ｂのときにモータ
正転用のハイレベル信号を出力し、Ｃ＜Ｂのときにはモ
ータ逆転用のローレベル信号を出力する。

さらに、29は検出手段としてのレンズ情報センサであ
り、フォーカシングレンズ２のレンズ状態に関する情
報、例えばＦナンバーF_NOや距離環の絶対番地、あるい
は焦点距離等を検出する。30は補正手段としての制御用
回路であり、レンズ情報センサ29の検出出力に応じて、
BPF6の周波数特性やゲート回路７に入力するウインドウ
パルスの大きさ、および頂上予測回路20の予測値の全部
またはその一部の補正とを制御する。例えば、焦点距離
に応じて画面内の情報が変化するので、制御回路30はゲ
ート回路７を介してワイドスコープのときにはウインド
を狭くし、テレスコープのときにはウインドを広くす
る。またＦナンバーF_NOが大きいときには、被写界深度
が深くなり、焦点電圧特性の山の傾きが浅くなるので、
制御回路30はこの被写界深度が深くなるようにBPF6のフ
ィルタ値を選択する。

すなわち、ズーミングをすることによって、第６図に
示すように、画面内での情報量が変化するので、これを
できるだけ一定に保つために、制御回路30によりゲート
回路７のゲートの大きさを変える。例えば、本図の左側
のテレ（焦点距離大）から右側のワイド（焦点距離小）
へと変化するのに応じて画面全体に対する測距エリアの
ゲートの大きさを制御回路30により変える。

また、映像信号が高域側ほど急激な山（焦点電圧特性
の山）になるので、そのときのレンズ情報で山がなだら
かになるような条件のときにフィルタ６を高域側に切替
え、十分に山が出る条件のときは低域側に切替える。例
えば、レンズ２の焦点距離が短く、または絞り値の小さ
い場合には山がなだらかになり、その反対では十分に山
がでる。バンドパスフィルタ６として、第７図に示すよ
うなハイパスフィルタを用いた場合には制御回路30から
の信号によりFET（電解効果トランジスタ）がオンする
と通過帯域は高域側に切換えられる。

さらに、ズーミング中は画面の画角が変化し、具体的
には焦点距離が長くなると画角が小さくなり、被写体の
エッヂが画面内に入る確率が低くなるのでBPF6の出力が
低下し、反対に焦点距離が長くなると画角が大きくな
り、被写体のエッヂが画面内に入る確率が高くなるので
BPF6の出力が増加する。したがって、ズーミングにより
焦点距離が長くなった場合には制御回路30の信号により
頂上予測回路20の予測値を低下させ、焦点距離が短くな
った場合には制御回路30の信号により頂上予測回路20の
予測値を上げるように補正する。

その他の構成部分は第４図の例と同様なのでその詳細
な説明は省略する。

C.実施例の動作 次に第３図を参照して、第２図の本発明実施例の動作
を説明する。

上述のようにフォーカシングレンズ２の情報はレンズ
情報センサ29により検出され、検出されたレンズ情報は
制御回路30に供給される。制御回路30はレンズ情報セン
サ29の出力情報に応じて焦点電圧抽出用フィルタ（BP
F）６やゲート回路７の所定値を変化させ、また頂上予
測回路20での予測値を補正するための制御信号を出力す
る。

レンズ２により被写体１の光が光電変換手段４に結像
され、電気信号に変換されたビデオ信号は、第４図によ
り上述した従来例と同様に、BPF6、ゲート回路７、検波
器９、積分器10を経てサンプルホールド回路（S/H）11
に入力し、フィールド毎にホールドされる。サンプルホ
ールド回路11の出力は後段の第１フィールド遅延回路1
4、第１比較器23、第１減算回路21、第４比較器27、予
測回路20、および山登り回路16にそれぞれ入力する。

第１フィールド遅延回路14により１フィールド分遅延
された前フィールドの焦点電圧Ｂは２つの減算回路21,2
2と頂上予測回路20に供給されるとともに、第２フィー
ルド遅延回路19にも供給される。第２フィールド遅延回
路19によりさらに１フィールド分遅延された前々フィー
ルドの焦点電圧Ａは第２減算回路22と頂上予測回路20に
供給される。

第１減算回路21の減算出力（Ｃ−Ｂ）は第２比較器24
の反転入力端子と第３比較器25の反転入力端子に供給さ
れ、第２減算回路22の出力は第３比較器25の非反転入力
端子に供給される。また、サンプルホールド回路11から
出た現フィールド焦点電圧Ｃは第１比較器23において所
定の閾値V_{ref I}と比較され、Ｃ＞V_{ref I}のときに比較器
23からハイレベル信号が山登り回路16とアンド回路26に
出力される。第１減算回路21の出力（Ｃ−Ｂ）は第２比
較器24において所定の閾値V_{ref II}と比較され、Ｃ−Ｂ
＜V_{ref II}のときに比較器24からハイレベル信号がアン
ド回路26に出力される。さらに、第１減算回路21の出力
（Ｃ−Ｂ）と第２減算回路22の出力（Ｂ−Ａ）とは第３
比較器25において比較され、Ｃ−Ｂ＜Ｂ−Ａのときに比
較器25からハイレベル信号がアンド回路26に出力され
る。

上述の比較器23,24および25の判定出力がすべてハイ
レベルとなるとき、すなわち最大焦点電圧Ｐに充分近く
に近づきつつあることを示す次式の条件式が全て成立す
るとき、アンド回路26はハイレベルとなり、頂上予測回
路20を作動させる。

Ｃ＞V_{ref I} Ｃ−Ｂ＜V_{ref II} Ｃ−Ｂ＜Ｂ−Ａ 換言すると、第３図に示すように、現フィールドの焦
点電圧Ｃが充分高く（Ｃ＞V_{ref I}）、かつ前フィールド
の焦点電圧Ｂから現フィールドの焦点電圧Ｂの差が所定
レベル以下（Ｃ−Ｂ＜V_{ref II}）、すなわち、山の傾き
がそれほど急峻でなく、頂上Ｐに充分近くなっていると
きで、さらに前回の山の傾きよりも今回のフィールドで
判定した山の傾きの方が小さくなっているときは（Ｃ−
Ｂ＜Ｂ−Ａ）、山の頂上に近づきつつあって山の頂上に
十分に近いときであるから、頂上予測回路26を作動して
その山の頂上の焦点電圧（予測焦点電圧）Ｐとあと何フ
ィールド経過すれば、その頂上を予測できるかが簡単な
２次関数等により容易に予測できる。この２次関数とし
ては例えば、ｙ＝ax²＋bx＋ｃを用い、ｘをフィールド
数、ｙを焦点電圧とする。

上述のアンド回路26の出力に応じて頂上予測回路20は
作動し、入力する焦点電圧A,BおよびＣから、これらの
A,B,Cをパラメータとした２次関数に基づき、合焦状態
に対応する頂上の最大焦点電圧Ｐと、あと何フィールド
でその最大焦点電圧Ｐになるかを予測し、またそれらの
予測値を制御回路30から供給されるレンズ情報によって
補正する。例えば、ズームレンズが移動しているとき
は、焦点距離等が刻々と変化するので、数フィールド後
の前期予測値Ｐは一致せず上下する可能性があるので、
この予測値をレンズ情報に基づき頂上予測回路20におい
て補正する。

頂上予測回路20はあとＮフィールドで頂上に達すると
予測したＮフィールド後のタイミング信号をゲート信号
として第４比較器27に出力するとともに、予測最大焦点
電圧Ｐをその比較器27の非反転入力端子に出力する。第
４比較器27はそのゲート信号でゲートを開き、Ｐ≧Ｃの
条件でモータストップ用制御信号をモータ制御回路28に
出力する。

山登り回路16は今回の現フィールド焦点電圧Ｃと前フ
ィールド焦点電圧Ｂとが、第３図に示すように、Ｃ＞Ｂ
のときにモータ18を正転させ、Ｃ＜Ｂのときにモータ18
を逆転させる制御信号をモータ制御回路28に出力する。
モータ制御回路28は山登り回路16の出力信号に応じてモ
ータ18を正方向または逆方向に回転するとともに、アン
ド回路26の出力がローレベルであればモータ18を高速回
転させ、アンド回路26の出力がハイレベルであればモー
タ18の回転を低速回転に切換える。従って、モータ制御
回路28は頂上予測回路20が非作動中、すなわち山登り回
路16のみが作動中はモータ18を高速回転させて合焦位置
に近づけさせ、合焦位置に近づけば、モータ18を低速回
転に切り換え、合焦状態に達した時に比較回路27から出
力させるモータストップ用制御信号に応じてモータ18を
停止させる。よって、本実施例によれば、合焦位置の付
近で振動することはなく、合焦位置ですみやかにレンズ
２を正確に停止させられる。

なお、本発明は上述のような撮像手段の出力から焦点
合焦度に対応した信号を出力するものに限るものではな
く、例えば撮像手段とは別に焦点合焦度を示すラインセ
ンサを用いた場合にも適用できる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、焦点合焦度に
対応する信号の相前後する３つ以上の信号によりレンズ
情報を加味して合焦点を予測し、その予測値に応じて撮
影レンズの移動・停止を制御するようにしたので、合焦
点位置（山の頂上）近辺での小きざみな振動が解消さ
れ、正確な焦点検出が行える効果が得られる。

これによつて、絞り値、焦点距離党が変化して被写界
深度が変化して、焦点信号の特性が変化しても、これら
の撮像レンズの情報に応じて合焦点予測値を補正するこ
とにより、常に撮影状態にかかわらず、正確かつ、信頼
性の高い焦点検出を行うことができる。

また、本発明によれば、検出したレンズ情報に応じて
例えば、焦点電圧検出用フィルタおよびゲート回路の諸
定数を変化させることにより、より正確な自動焦点検出
が行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の基本構成を示すブロック図、 第２図は本発明実施例の回路構成を示す回路図、 第３図は本発明実施例の作用を説明するための焦点距離
と焦点電圧との関係を示す特性図、 第４図は従来例の回路構成を示すブロック図、 第５図は従来例の作用を示す特性図である。 第６図は本発明実施例の制御回路30の動作を説明するの
に用いた説明図、 第７図はフィルタ６の構成の一例を示す回路図である。 ３……光電変換手段、 ６……バンドパスフィルタ、 ７……ゲート回路、 ８……ウインドウパルス形成回路、 ９……検波器、 10……積分器、 11……サンプルホールド回路、 14,19……１フィールド遅延回路、 16……山登り回路、 20……頂上予測回路、 21,22……減算回路、 23,24,25,27……比較器、 26……アンド回路、 28……モータ制御回路、 29……レンズ情報センサ、 30……制御回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮像レンズの焦点合焦度に対応した信号を
   所定のタイミングで順次抽出して出力する信号抽出手段
   と、 該信号抽出手段により出力された複数の前記信号を用い
   て合焦度を予測する予測手段と、 前記撮像レンズの絞り値，焦点距離等のレンズ情報の少
   なくとも１つを検出する検出手段と、 該検出手段により検出された前記レンズ情報に応じて前
   記予測手段の予測値を補正する補正手段と、 を具備したことを特徴とする焦点検出装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の装置におい
   て、 前記補正手段は前記レンズ情報に応じて前記信号抽出手
   段を構成するフイルタ、ゲート回路の諸定数を調整する
   ことを特徴とする焦点検出装置。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   装置において、前記信号抽出手段により抽出された信号
   が所定のレベル以上のときに、前記予測手段を作動させ
   る制御手段を具備したことを特徴とする焦点検出装置。