JPS6240908B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はビデオカメラの自動合焦装置に関する
ものである。

ビデオカメラの特徴を生かした自動合焦装置と
して、撮映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知られている。
この方式はNHK技術研究報告、昭40。第17巻、
第１号、通巻第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整」
として詳細に述べられているが、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ブ
ロツク図であり、１はレンズ、２はカメラ回路、
３は映像信号の出力端子、４はハイパスフイル
タ、５は検波器、６は差分ホールド回路、７はモ
ータ駆動回路、８はレンズ１のヘリコイドを回転
するためのモータである。

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に入射する被写前よりの
光は結像し、カメラ回路で電気信号となり、端子
３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４で抽出さ
れ、検波器５で検波された後、端子５１にあらわ
れる。端子５１にあらわれる映像信号の高域成分
に対応する電圧（以後焦点電圧と表わす。第２図
の曲線１）は撮映像の精細度に対応しているの
で、レンズ１のヘリコイドの位置（Ａとする）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
図で曲線２はヘリコイド位置を至近→∞方向に移
動した場合の、曲線３はヘリコイド位置を∞→至
近方向に移動した場合の端子６１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
リコイドを導ければ自動焦点合わせ装置が形成し
うる。この手段では第１図の差分ホールド回路６
〜モータ８により達せられる。すなわち、モータ
８によりヘリコイド位置を動かしながら、差分ホ
ールド回路は端子５１にあら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７は端子６１にあらわれる差分ホー
ルド回路５の出力電圧が正であればモータ８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８を逆転してヘリ
コイドを山を上る方向へと戻す。

このようにすれば第１図の構成のヘリコイド位
置制御閉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６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
せができる。以上が山登り方式によるビデオカメ
ラの自動焦点合わせ装置である。

この方式は撮映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
果で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
な自動焦点合わせ装置を構成しうるが、次の２点
の欠点を有する。

第１点はレンズ１の特性により生ずる欠点であ
る。

現在、レンズ１として用いられている前玉回転
式の焦点合わせ機構を有するレンズでは、焦点合
わせのためにヘリコイド位置を移動するとレンズ
１の合焦距離の移動と共にレンズ１の焦点距離そ
のものが若干変化してしまい、そのために焦点合
わせ動作中に撮映画角が若干変化する。

この撮映画角の変化は山登り方式にとつて致命
的な問題となる場合がある。たとえば、画角の端
部にコストラストの大きなたて線を有する被写体
がある場合、この部分から発生する映像信号の高
域成分は大きいので、焦点電圧による山の高さは
このたて線部分に大きく影響されながら合焦動作
に入る。合焦動作に入ると焦点電圧は上昇しはじ
めるが先に述べた理由により画角が変化し、たて
線を画角の外に押し出してしまうため、この時点
で上昇してきた焦点電圧が低下するので、山登り
回路はこの点が真の合焦点であるとないとに関わ
らずこの点を山の頂上すなわち合焦点であるとみ
なしてしまう。

第２点は前記第１点のようないわゆる誤動作で
はないが、自動焦点合わせ装置の使用者にとつて
不都合な動作であり、これを第３図を用いて説明
する。第３図ａはビデオカメラ１で被写体を撮映
する場合の概念図であり、ビデオカメラ１から距
離ａに被写体２が位置し、窓わく、柱などの背景
３が距離ｂにあるとする。この場合、焦点電圧の
山は第３図ｂに示すごとくＡ点（距離ａ）とＢ点
（距離ｂ）の双方にピークのある形となり、山登
り動作の開始点がヘリコイド位置がＣ点よりＡ側
ならばＡ点の山に登つて被写体に合焦するが、Ｃ
点よりＢ側ならばＢ点の山に登り、背景に合焦し
てしまう。

この動作はどちらの山に登つたとしても自動焦
点合わせ装置としては正しいわけであるが、撮映
者の意志、すなわち画面内のどの物体が撮映者に
とつての被写体であるかを無視してしまうという
意味で従来の山登り方式の欠点であるといえる。

本発明の目的は上記した従来の山登り方式の欠
点をなくし、誤動作のない自動焦点合わせ装置を
提供することにある。

上記した欠点の第１点はヘリコイドの位置によ
り撮映画角が変化してしまうことに起因した。

また第２の欠点は自動焦点合わせ装置が撮映者
の意図する被写体を確実に知る方法が無い以上、
この欠点を完全に除去することは不可能である
が、撮映者は自身の意図する被写体を画面中央付
近となるよう構図する傾向があることを利用すれ
ば、高い確率で背景への合焦を防ぐことができ
る。すなわち、本発明では上記２点の欠点を除去
するため、焦点信号として画面全体の高域信号を
検波して用いるのではなく、映像信号を水平およ
び垂直同期信号に同期したゲート信号でゲート
し、画面のほぼ中央付近の高域信号だけを用いて
第２の欠点を除き、かつ、レンズのヘリコイドの
位置に対応してこのゲート信号のパルス幅を制御
することにより、ヘリコイドの移動により画角が
変化してもゲートされる映像信号の画角を一定に
保つことによつて第１の欠点を除く。

以下、第４図の構成ブロツク図を用いて本発明
による自動焦点合わせ装置の一実施例を説明す
る。第４図で１，２，３，４，５，６，７，８，
５１，６１はそれぞれ第１図で説明した従来例と
同じレンズ、カメラ回路、端子、ハイパスフイル
タ、検波器、差分ホールド回路、モータ駆動回
路、モータ、端子、端子である。１０はアナログ
ゲート、１１，１２は共に直流制御電圧により出
力パルス幅を可変しうるワンシヨツトマルチ、１
３は電圧反転回路。

１７，１８は共に直流制御電圧により出力パル
ス幅を可変しうるワンシヨツトマルチ、１９はア
ンド回路、２０は直流電源、２１はポテンシヨメ
ータである。ワンシヨツトマルチ１１，１７，１
２，１８はそれぞれ略15マイクロ秒、略30マイク
ロ秒、略５ミリ秒のパルスを発生する。

第４図でアナログゲート１０が、導入されるハ
イパスフイルタ４の出力信号を全て通過させて検
波器５へと供給した場合を想定するならば、これ
は第１図を用いて説明した従来の山のぼり方式の
自動焦点合わせ装置と全く同一の動作となる。以
下第４図の構成にはあつて、第１図の構成にはな
い要素であるアナログゲート１０〜ポテンシヨメ
ータ２１により従来の山登り方式の自動焦点合わ
せ装置の欠点がいかに除かれるかを説明する。カ
メラ回路２からワンシヨツトマルチ１１，１２に
はそれぞれ水平同期信号および垂直同期信号が導
入される。

ワンシヨツトマルチ１１は略15マイクロ秒のパ
ルス長を有するので、ワンシヨツトマルチ１７の
出力信号は、63.5秒マイクロ秒ごとに出力される
カメラ回路２の各水平同期信号から略15マイクロ
後にはじまり、略30マイクロ秒のパルス長を有す
ることになる。すなわち、これは端子３にあらわ
れる映像信号の水平方向の画面の中央約1/2の部
分に相当する。

一方、ワンシヨツトマルチ１２は略５ミリ秒の
パルス長を有するので、ワンシヨツトマルチ１８
の出力信号は、約16.7ミリ秒ごとに出力されるカ
メラ回路２の各垂直同時信号から略５ミリ秒後に
はじまり、略７ミリ秒のパルス長を有し、端子５
にあらわれる映像信号の垂直方向の画面の中央約
1/2の部分に相当する。

そこで、ワンシヨツトマルチ１７，１８の出力
信号が共に導入されるアンド回路１９の出力信号
により開閉するアナログゲート１０の出力には、
カメラ回路２から出される価像信号の高域成分の
うち、画面の水平、垂直方向のほぼ中央部分に位
置する成分だけが取り出されて検波器５に導かれ
ることになる。

従つて、第４図に示した自動焦点合わせ装置で
は、画面の隅にある背景の高域成分はアナログゲ
ート１０で除去されるので、常に画面中央付近に
位置する被写体への合焦が可能となる。

次に、従来のもう１つの欠点であつた、レンズ
１のヘリコイドの回転により撮映画像の画角その
ものが変化してしまうことに起因する不安定動作
が本発明により除かれる理由を以下説明する。

第４図でポテンシオメータ２１はレンズ１のヘ
リコイドの回転に連動して抵抗値が変化するの
で、ポテンシオメータ２１の中点タツプ２２には
レンズ１のヘリコイド位置に対応した直流電源２
０の分圧が得られる。第４図ではポテンシオメー
タ２１の中点タツプ２２はそのままワンシヨツト
マルチ１１，１２に、また電圧反転回路１３を介
してワンシヨツトマルチ１７，１８に接続されて
いる。ヘリコイドを回転すると、これにつれてワ
ンシヨツトマルチ１１，１２に供給される制御電
圧は上がつて（又は下がつて）、それぞれのワン
シヨツトマルチのパルス幅を短かく（又は長く）
し、同時にワンシヨツトマルチ１７，１８に供給
される制御電圧は下がつて（又は上がつて）、そ
れぞれのワンシヨツトマルチのパルス幅を長く
（又は短かく）するので、直流電源２０の電圧、
ポテンシヨメータ２１の分圧比、電圧反転回路１
３の値をあらかじめ適当な値に設定しておけばヘ
リコイドを回転すると、ワンシヨツトマルチ１
７，１８の出力パルス幅がヘリコイドの回転によ
つて撮映画像の画角が大きく（あるいは小さく）
なつた分だけ小さく（あるいは大きく）なるの
で、アナログゲート１０の出力にはヘリコイドの
位置に関係なく常に一定の画角内にある撮映画像
の高域成分だけが取り出されることになる。

従つて、第４図の構成を用いれば、従来の欠点
であつたヘリコイド位置により、画角が変動して
しまうことに起因する不安定動作は生じない。

尚、前記実施例ではアナログゲート回路１０を
ハイパスフイルタ４の後段に接続したが、これは
反対にアナログゲート回路の後段にハイパスフイ
ルタを接続するようにしても良い。

以上第４図の実施例を用いて詳細に説明したよ
うに本発明による自動焦点合せ装置では、山登り
に用いるための信号として、画面の中央付近の高
域成分しか用いないので背景への合焦を防いだ良
好な被写体への自動焦点合わせが可能である。

また、ヘリコイドの位置により撮映画角が変化
することに由来する従来の不安定動作も、ヘリコ
イド位置に対応して合焦信号を得るためのアナロ
グゲートの幅を制御することによつて焦点電圧を
得るための画角をヘリコイド位置によらず一定に
保つことにより防ぐなどその効果は大きい。

【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図の構成の動作を説
明するための特性図、第３図は従来の自動焦点合
わせ装置の欠点を説明するための図、第４図は本
発明による自動焦点合わせ装置の一実施例の構成
を示すブロツク図である。 １：レンズ、２：カメラ回路、４：ハイパスフ
イルタ、５：検波器、６：差分ホールド回路、
７：モータ駆動回路、８：モータ、１０：アナロ
グゲート、１１，１２，１７，１８：ワンシヨツ
トマルチ、１３：電圧反転回路、１９：アンド回
路、２１：ポテンシヨメータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ モータによりヘリコイド位置が制御される光
   学レンズ系と、該光学レンズ系が導出した光を電
   気信号に変換するカメラ回路と、該カメラ回路が
   導出する映像信号の高域成分を抽出する抽出手段
   と、該抽出手段が導出する信号が導入され、前記
   ヘリコイド位置を合焦位置に駆動するモータ駆動
   手段により該映像信号の高域成分が最大となるよ
   うに該光学レンズを駆動するビデオカメラの自動
   合焦装置において、水平走査期間の中央部をとり
   出す第１のパルス発生手段と垂直走査期間の中央
   部をとり出す第２のパルス発生手段と、前記第１
   および第２のパルス発生手段の出力信号のアンド
   をとるアンド回路と、前記光学レンズ系のヘリコ
   イド位置を検出し、位置に応じた電気信号を発生
   する位置検出手段と、該位置検出手段が導出する
   位置信号により前記第１および第２のパルス発生
   手段が導出するパルスのパルス幅を制御するパル
   ス幅補正手段と、前記カメラ回路と前記モータ駆
   動手段との間に挿入され、前記アンド回路が導出
   する信号を導入して画面中央部の映像信号のみを
   通過させるゲート回路を備え、画面中央部の映像
   信号を使つて合焦動作を行なうとともに、撮映画
   角が変化しても、前記ゲート回路を通過する画面
   中央部の画角を一定とすることを特徴とするビデ
   オカメラの自動合焦装置。