JPS63203068A - 自動焦点ビデオカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 くイ）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１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
について第３図を参考に説明する。

フォーカスモータを一方向に回転せしめて、レンズ（１
）によって結像した画像は、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）の構成は１例えは第４図に
示す様に構成される。映像信号より同期分離回路（５８
〉によって分離きれた垂直同期信号（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（Ｈ
Ｄ）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き
れ、次段の検波回路（５ｅ）で振幅検波される。

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。重連の
ように構成された焦点評価値発生回路（５）から出力さ
れる焦点評価値はまず第１メモリ（６）に蓄えられ、次
の焦点評価値が入力されると第２メモリ（７〉に転送さ
れる。即ち、第１メモリ（６）には最新の焦点評価値が
、第２メモリ（７）には１フイールド前の焦点評価値が
常に更新きれて蓄えられる。これら２つのメモリの内容
は比較器（８）にて比較され、この比較出力はフォーカ
スモータ制御回路（９〉に入力される。

フォーカスモータ制御回路〈９）では比較器（８）出力
によって、第１メモリの評価値〉第２メモリの評価値の
場合には、フォーカスモータ（３）の現在の回転方向を
維持し、第１メモリの評価値く第２メモリの評価値の場
合には、評価値は減少方向にあるから、フォーカスモー
タ（３）を逆転せしめる。このフォーカスモータ（３）
の動きによりレンズ（１）を支持するフォーカスリング
（２）は常に焦点評価値を大きくする方向に動き続けて
合焦し、合焦した後は、評価値の極大点付近で振動する
。

この方式では、焦点評価値高傾斜がある限り、被写体が
変わっても常に焦点評価値を大きくする方向にレンズ（
１）を動かすために、ピントがボケだままで停止するよ
うなことも無く追従できる。

焦点評価値は一般に第５図に示すような山形をしている
が、それを作る回路の定数、例えば高周波成分を取り出
すためのバイパスフィルター（Ｈ。

Ｐ、Ｆ）のカットオフ周波数を変える事によって急峻に
も緩やかにも出来る。この焦点評価値の山の形状はオー
トフォーカス動作に直接大きな影響を与える。即ち、 １〉山の形状が緩やかな場合には、かなりピントがボケ
ている様な場合でも第５図（ａ）に示す様にある程度の
大きさの焦点評価値が得られるので、確実な山登りサー
ボを行なう事が出来て合焦に達する。その反面、第６図
（ａ）示す様にある被写体に合焦している時に被写体距
離が変化しても、焦点評価値の減少が少ないために、被
写体が等距離で動いたり、第７図（ａ）に示す様に明る
さが変化した時の、焦点評価値の変化との区別が出来ず
、連続的なオートフォーカス動作に問題を生しる。つま
り、前者の場合にはオートフォーカス動作の再起動が必
要であり、後者の場合には不必要であるが、焦点評価値
では区別がつかないため前者を優先すれば、後者の状態
が生じた場合に、再起動の必要が無いにも拘わらず再起
動が行なわれるため、画面のフラツキが生じてしまう。

後者を榎失すれば再起動が必要な場合でも、合焦動作が
再開きれず画面がボク・たまま停止してしまう。

２）第５図（ｂ）に示す様に山の形が急峻である場合に
は、被写体距離が変化した時の焦点評価値の変化は、被
写体が等距離で動いた時［第６図（ｂ）参照コの評価値
の変化は明るさが変わった時［第７図（ｂ）］の変化に
比べて充分大きいので、上述の様な誤動作は発生しない
が、山の裾では傾斜が非常に小さいためにピンボケの状
態の時には、レンズの動くべき方向の判定が出来ず、逆
方向に動き続けたり、正しい方向に動いていても雑音や
被写体の僅かな動きによって、裾の傾斜の方向が変化し
てしまうため反対方向に動き出すという、動作の不安定
さが発生ずる。

通常の山登りサーボ方式によるオートフォーカスカメラ
ではこれらの問題点が目立たない様に、中間的な山の形
状が使われている。しかし、被写体やその明るさ、レン
ズの焦点距離によって山の形は変化するので、状況によ
って上記２つの問題点の内一つが顕在化し、誤動作の発
生ずる場合がある。

この問題を解決する手段として、焦点評価値がレンズ位
置に対して急峻に変化する第１の焦点評価値検出手段と
、焦点評価値がレンズ位置に対して緩やかに変化する第
２の焦点評価値検出手段とを有し、評価値の値が予め設
定されたレベル以下の場合には第２の焦点評価値検出手
段により合焦を行なわせ、評価値の値が予め設定きれた
レベルを越えた場合は第１の焦点評価値検出手段の手段
により合焦を行なわせる方法が考えられる。

この方法は通常の撮影条件においては極めて有効なもの
であるが、特別な場合には以下にのべる理由により万全
とは言えない。

ビデオカメラの映像信づの出力レベルは、被写体照度が
下がれば小さくなり、ある程度以上暗い被写体では撮影
が不可能となる。これに対処するため、通常ビデオカメ
ラでは映像信号出力のレベルが成る程度以下になると、
自動利得調整回路（Ａ　Ｇ　Ｃ’Ｉにより、出力レベル
を一定に保持する様にしている。

暗所での撮影、即ち被写体照度の低い状態で撮影を行な
うと、信号レベルの低下とノイズレベルの増加が生じる
。ＡＧＣ回路では信号レベルもノイズレベルも同等に増
幅するため、第１の焦点評価値検出手段の出力はこの大
きなノイズレベルの存在により、極めて不安定なものと
なると共にその山の形も急峻さを失ってくる。

第８図はこの状態を説明したもので（ａ）図はＡＧＣ回
路を動作さぜない場合のレンズに対する第１の焦点評価
値検出手段の出力■及び第２の焦点評価値検出手段の出
力■の変化を示したものである。出力■は急峻ではある
が極めて小さい。これに対して（ｂ）図はＡＧＣが働い
た時の出力変化を示したもので、出力■の値も大きくな
ってくるが、出力■の値は非常に大きくなり、山の形も
若干緩やかになってくる。

これを解決する１つの手段として、映像出力信号を一定
の直流バイアス分だけ除去した後に、検波、積分する方
法が考えられる。この方法はノイズ成分が大幅に除去さ
れると共に、焦点評価値の山の形も急峻になって来る利
点がある。

しかし、被写体照度が極端に小きくなってくると、信号
レベルがノイズレベルに対して一同等或いはそれ以下に
なってくる。この様な場合のノイズ成分は高周波成分が
多く含まれるために、第１の焦点評価値検出手段の出力
は、第８図（ｂ）に示した様に充分大きなものであるに
もかかわらずノイズのために極めて不安定なものとなっ
てしまう。

このため、上記の直流バイアスカットによる対策では充
分に対応出来なくなる。その結果、予め設定したレベル
以上の焦点評価値出力が有ることによって第１の焦点評
価値検出手段により、合焦動作を行なわせると、却って
誤動作を発生させる結果となる。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 従来技術によれは、極めて被写体照度の低い物体を撮影
する場合には、大きなノイズレベルの存在のために、第
１の焦点評価値検出手段の出力は充分に大きなものであ
るが、極めて不安定で常時用の形が変化するため、被写
体が変化していないにも拘らず、合焦のための再起動が
という誤動作が生じた。

（ニ）問題点を解決するための手段 本発明はフォーカスモーフ制御回路によってフォーカス
モータを駆動しレンズの焦点位置を変化させて、合焦動
作を行なわせるに当り、撮影条件が明所撮影であるか、
暗所撮影であるかの検出手段を具備せしめ、明所撮影で
あるという判定が行なわれた場合には、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の評価値検出手
段からの焦点評価値と、緩やかな変化を示す第２の評価
値検出手段からの焦点評価値を、予め設定した基準レベ
ルと比較する事により第１の評価値検出手段もしくは第
２の評価値検出手段により合焦動作を行なわせるが、暗
所撮影であるとの判定が行なわれた場合には第２の評価
値検出手段からの出力のみで合焦動作を行なわせる事を
特徴とする。

（ホ）作用 本発明は上記の如く構成したので、暗所撮影では、自動
的にノイズの影響を受けにくい第２の評価値検出手段の
出力により合焦動作が行なわれるので、暗所撮影におい
ても、誤動作が少なく、合焦精度の高い自動焦点ビデオ
カメラが実現出来る。

（へ）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〜第５図）と同一の部分については
同一の符号を付して、説明を割愛する。

第１図は本実施例による自動焦点方式の回路ブロック図
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、
第１及び第２フィルター回路（１０）、（１１）に入力
される。両フィルター回路（１０）、（１１）はどちら
も輝度信号の高周波成分のみを抜き出すバイパスフィル
ター（Ｈ，Ｐ、　Ｆ）であるが、第１フィルター回路（
１０）は第２フィルター回路（１１）に比してより高い
カットオフ周波数を有し、具体的には第１フィルター回
路（１０）のカットオフ周波数は５００　ｋＨｚ、第２
フィルター回路〈１１〉のそれは１００　ｋＨｚに設定
されている。両フィルター回路（１０）、〈１１）の出
力はフォーカスモーフ制御回路〈９）によって制御され
るスイッチ回路（１２）に入力されて、交互に積算回路
（１３）に入力される。積算回路（１３）は従来例の第
４図で示した検波回路（５ｅ）、積分回路（５ｆ）、Ａ
／Ｄ変換回路（５ｇ）を一括して示したものである。ま
た、両フィルター回路（１０）、（１１）は第４図のＨ
Ｐ　Ｆ　（５ｄ）に、スイッチ回路（１２）はゲート回
路（５ｃ）に、フォーカスモーフ制御回路（９）からの
制御信号線はゲート制御回路（５ｂ）に対応している。

この結果、第１フィルター回路（１０）、スイッチ回路
（１２）、積算回路（１３）で第１の焦点評価値発生回
路が構成きれ、第２フィルター回路（１１）、スイッチ
回路（１２）、積算回路（１３）で゛第２の焦点評価値
発生回路が構成される。

第１の焦点評価値発生回路は、カットオフ周波数が第２
の焦点評価値発生回路に比して高いのでその出力である
焦点評価値は第２の焦点評価値発生回路からの焦点評価
値に比べて山の形が急峻になっている。

積算回路（１３）の出力はスイッチ回路（１４）に入力
される。スイッチ回路（１４）はスイッチ回路（１２）
と同様にフォーカスモーフ制御回路（９）によって切換
えられ、第１焦点評価値発生回路の出力は第１合焦検出
回路（１５）に、第２焦点評価値発生回路の出力は第２
合焦検出回路（１６）に各々入力される。

両合焦検出回路（１５）、（１６）は具体的には第９図
に示した構成を有するものであり、その詳細は例えば特
願昭６１−２７３２１２号に記載されているので、ここ
ではその大略を述へるに留める。

合焦動作開始直後に得られた最初の焦点評価値が最大値
メモリ（１５ａ）と初期値メモリ（１５ｂ）に保持きれ
る。その後、フォーカスモーフ制御回路（９）がフォー
カスモーフ（３）を予め決められた方向に回転して、第
２比較器（１５ｄ）出力を監視する。第２比較器（１５
ｄ）はフォーカスモーフ駆動後の焦点評価値と初期値メ
モリ（１５ｂ）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。

フォーカスモーフ制御回路（９）は第２比較器（１５ｄ
）が大または小という出力を発するまで最初の方向にフ
ォーカスモーフ（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犬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
初期評価値より小である場合にはフォーカスモーフ（３
）の回転方向を逆にして、第１比較器（１５ｃ）の出力
を監視する。

第１比較器（１５ｃ）は最大値メモリ（１５ａ）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（１５ａ）の
内容に比べて大きい、充分小さいの２通りの比較信号を
出力＜５１＞（５２）として出力する。ここで最大値メ
モリ（１５ａ）は、第１比較器（１５ｃ）の出力に基づ
いて、現在の評価値が最大値メモリ（１５ａ）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。

（１５ｅ）はレンズ（１）を支持するフォーカスリング
（２〉の位置を指示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（１５ａ）と同様に第１比較器
（１５ｃ）の出力（Ｓｌ）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様に更新
される。

フォーカスモータ制御回路（９）は、第２比較器（１５
ｄ）出力に基いて決定された方向にフォーカスモーフ（
３）を回転させながら、第１比較器（１５ｃ）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（１５ｃ）出力（Ｓ２〉にて現在の評価値が最
大評価値より充分に小さいと指示きれると同時にフォー
カスモーフ（３）は逆転される。

この逆転後、モータ位置メモリ（１５ａ）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（１５ｆ
）にて比較きれ、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
ォーカスモーフ（３）を停止させるようにフォーカスモ
ータ制御回路（９〉は機能する。同時に、フォーカスモ
ータ制御回路（９）はレンズ停止信号（ＬＳ）を出力す
る。

合焦検出回路（１６）も合焦検出回路＜１５）と全く同
じ構成を有しているが、入力される焦点評価値の大きさ
が両者で全く異なるために、これらを共通化することは
できない。

（２０）はフォーカスモータ制御回路（９）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（２１）でこ
の第４メモリ（２０）の保持内容は現在の焦点評価値と
比較され、その差が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オ＝１５− 一カスモーク制御回路（９）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（９）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。

この結果、第１合焦検出回路（１５）及び第２合焦検出
回路（１６）は独立に合焦検出動作を行なう事が出来る
。

一方、スイッチ回路〈１４）からの第１焦点評価値発生
回路からの出力は第５比較器（１８）に入力きれて、第
１の基準電圧発生回路（１７）の電圧と比較され例えば
第１ｓ点評価値発生回路の出力く第１基準電圧の場合に
はＬ（レベル）の信号をフォーカスモータ制御回路（９
〉に入力する。また第１焦点評価値発生回路の出力〉第
１基準電圧の場合にはＨの信号をフォーカスモータ制御
回路（９）に入力する。

フォーカスモータ制御回路（９）はＬの信号を受けた時
には、スイッチ回路（１２）及び（１４）を１フイール
ド毎に切り換えながら、第２合焦検出回路（１６〉の出
力によってのみ合焦動作を行なわせる。

フォーカスモータ制御回路（９〉への入力がＨである場
合には、スイッチ回路（１２）及び（１４）は第１焦点
評価値検出回路の出力のみを通過させ、第１合焦検出回
路（１５）によってのみ合焦動作が行なわれる。

通常の撮影条件では、上記の方法によって極めて精度の
高い合焦動作が確保出来る。次に暗所での撮影について
説明する。

撮像回路（４）の一部から取り出された映像信号が平滑
化され、暗所撮影判別信号（Ｑ）として、第６比較器（
２３）に入力され、第２の基準電圧発生回路（２２）の
出力電圧である第２基準電圧と比較される。第６比較器
（２３）は、Ｑく第２基準電圧の場合には、例えばＬの
信号をフォーカス、モータ制御回路（９）に入力し、Ｑ
〉第２基準電圧の場合にはＨの信号を入力する。

暗所撮影判別信号（Ｑ）を作る映像信号の取り出しは、
撮像回路（４）の中の適当な所でよいが、具体的には、
ＡＧＣ回路への入力ビデオ信号を用いるのが妥当である
。第２図は暗所撮影判別信号（Ｑ）を作る１例を示して
いる。

この第２図において、撮像回路（４）は撮像素子（４ａ
〉、撮像素子出力処理回路〈４ｂ）、ＡＧＣアンプ（４
Ｃ）、を有しており、撮像素子（４ａ）出力は撮像素子
出力処理回路（４ｂ〉にて映像信号に変換きれた後、Ａ
ＧＣアンプ（４ｃ）に入力される。このＡＧＣアンプ（
４ｃ〉はその出力が予め設定された一定のレベルになる
様に、検波回路（４ｄ）によってフィードバックがかけ
られ、この出力を後段の第１・第２フイルター（ｔｏ＞
（１１）に供給する。また、撮像素子出力処理回路＋、
４ｄ）出力は、抵抗（Ｒ）コンデンサ（Ｃ）から成る平
滑回路を通して、暗所撮像判別信号（Ｑ）が作られ、第
６比較器（２３）に入力される。

第２基準電圧発生回路（２２）の基準電圧レベルは、映
像信号のノイズレベルとのかねあいで適当に設定すべき
ものであるが、具体的には、ビデオカメラで一般的に光
量不足信号（ローライト信号）の発生レベル程度に設定
する。

フォーカスモーフ制御回路（９）はＬの信号を受けてい
る間は、従来通りの動作を行なうが、Ｈの信号を受ける
と、第１焦点評価値検出回路の出力に関係なく、第２フ
イルタ（１１）及び第２合焦検出回路（１６）の信号の
みを通過させるべく、スイッチ回路〈１２〉及び（１４
）を切り換え、新たにしの信号を受けるまで、この状態
を保持する。

上述の様な構成の結果、暗所撮影であることの判別が自
動的に行なわれ、かつ、暗所撮影の場合には、ノイズの
影響を受けにくい第２焦点評価値発生回路の出力によっ
てのみ、合焦動作が行なわれるので、従来暗所撮影の場
合に見られた様な、大きなノイズによる誤動作の発生が
無く、極めて安定な合焦動作を行なう自動焦点カメラを
実現する事が出来る。尚、暗所撮影である事の判別信号
は、独立したセンサを用いて行なっても良い事は当然の
事である。

（ト）発明の効果 上記の如く本発明においては、暗所撮影である事の判別
信号から、自動的に合焦動作をノイズの影響を受けにく
い、出力波形が緩やかな変化をする、焦点評価値発生回
路に切り換えるので、暗所においても安定した合焦動作
を行なう自動焦点ビデオカメラが実現出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第９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２図は第１図の要部回路ブロ
ック図、第９図は合焦検出回路の要部回路ブロック図で
ある。第３図、第４図は従来例の回路グロ・ンク図であ
る。また、第５図、第６図、第７図、第８図は２つの焦
点評価値発生回路の出力の撮影条件による変動の説明図
である。 （１）・・・レンズ、　（１０）・・・第１フイルター
、＜１１）・・・第２フイルター、（１３）・・・積算
回路、（１５）・・・第１合焦検出回路、（１６）・・
・第２合焦検出回路、（２２）・・・第２基準電圧発生
回路、〈２３）・・・第６比較器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）撮像素子から得られる映像信号の高域成分レベル
   を焦点評価値として出力する焦点評価値検出手段により
   、焦点評価値が最大評価値となる位置にレンズを駆動す
   る自動焦点ビデオカメラにおいて、 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
   の焦点評価値検出手段と、 焦点評価値がレンズ位置に対して緩やかな変化を示す第
   ２の焦点評価値検出手段と、 現在の撮影が暗所で行なっているか、明所で行なってい
   るかを判別する明暗検出手段とを有し、暗所での撮影に
   おいては、第１及び第２の焦点評価値検出手段の出力の
   如何を問わず、第２の焦点評価値検出手段の出力によっ
   てのみ、合焦動作を行なわせる事を特徴とする自動焦点
   ビデオカメラ。
2. （２）前記暗所撮影又は明所撮影である事の検出は、撮
   像回路の映像信号レベルをもって判定する事を特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の自動焦点ビデオカメラ
   。