JPS6325751B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ビデオカメラの自動焦点合わせ装置
における焦点合わせ電圧の発生回路に関するもの
である。

ビデオカメラの自動焦点合わせ装置として、映
像信号中の高域周波数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、すなわち
高域周波数成分が最大となるようにレンズの距離
環（以後ヘリコイドと云う）を回転制御する、い
わゆる山登り制御が知られている（NHK技術研
究報告・昭和40年第17巻第１号、通巻第86号21頁
参照）。以下これにつき第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
の構成を示すブロツク図である。同図において、
１はレンズ、２はカメラ回路、３は焦点電圧
（V_F）発生回路、４は高域フイルタ（ハイパスフ
イルタ）である。５は両波検波回路、であらかじ
め定めたしきい値以上の部分を両波検波すること
が可能な回路である。６は積分回路で、リセツト
信号を発生する積分リセツト回路７よりのリセツ
トパルス信号が印加されるまでの一定期間、入力
信号を積分する回路（この積分出力電圧を焦点電
圧と呼ぶ）である。８は差分電圧検出ホールド回
路、９はモータ駆動回路、１０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図を用いて説明
する。レンズ１により入射する被写体からの光は
結像しカメラ回路２で電気信号となり映像信号と
して出力される。たとえば簡単な被写体の例とし
て第２図Ａに示すように画面の中央部が暗く両端
が明かるい被写体を想定した場合、ａのような映
像信号がカメラ回路２より出力される。この映像
信号ａの高域周波数成分だけがハイパスフイルタ
４で抽出されるとｂに示すように画像の水平方向
の輪郭成分が得られる。合焦ずれとともに結像画
像の高域周波数成分が減少するので破線に示すよ
うに輪郭信号成分も減少する。この輪郭信号成分
をあらかじめ定めたしきい値V_THをこえる信号の
み検波する両波整流回路５によつてｃに示すよう
に一方何に揃える。このように一方向に揃えた輪
郭信号成分をある一定期間（たとえば１フイール
ド＝1/60sec）積分回路６によつて積分すれば、
その出力には映像信号の高域周波数成分に対応す
る電圧、いわゆる焦点電圧が得られる。この焦点
電圧は撮映像の精細度に対応しているので、第２
図ｄに示すように、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。したがつて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される。

この手段は第１図の差分ホールド回路８乃至モ
ータ１０により達せられる。すなわちモータ１０
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８は積分回路６の出力にあらわれる焦点
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
あるので、モータ駆動回路９は差分ホールド回路
８の出力電圧が正であればモータ１０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１０を逆転してヘリコイ
ドを山を下る方向へと戻す。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８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わせができる。

第２図ｂに示すように両波検波する際、あるい
は両波検波した後、適当なしきい値V_THを設けて
ｃに示すような両波整流波を得るには下記理由に
よる。すなわち画像のボケに対応して得られる、
ヘリコイド位置に対する焦点電圧特性（山の形）
は、被写体自身が有する高域成分の周波数分布、
あるいはレンズ１の絞り値Ｆ、焦点距離ｆ、いわ
ゆる被写界深度などのちがいにより同じヘリコイ
ド位置変化して種々異なつてくる。例えば被写界
深度が深い場合などはイに示すように山が平坦に
なり（差分電圧を検出しにくい方向）、浅くなる
につれ山の傾斜が大きくなるなど種々山の様子が
変わる。正しい安定な焦点合わせ動作を行なうた
めには焦点電圧の山の高さ、形状（傾斜）はでき
るだけ、レンズの状態ｆ、Ｆ、被写体などに依存
せず、かつ差分ホールド回路で充分な差分電圧が
検出できるだけの傾斜量をもつていることが好ま
しい。ここでしきい値電圧V_THを適当に定めてや
ればあらゆるレンズ状態、被写体に対してロに示
すように平均的に良好な焦点電圧特性を得ること
ができ、常に充分な差分電圧を検出できる。この
ような特性に設定することによつて良好な山登り
判定が行え、誤動作のない合焦動作が可能とな
る。このようにしきい値V_THを定めることは良好
な山の形をつくるための重要な手段である。

第３図イ，ロはそれぞれ比較的容易に考えられ
る従来の両波整流回路と積分回路を示す回路図で
ある。同図において、トランジスタQ₁のベース
に印加された映像信号の正方向、負方向それぞれ
の高域成分は抵抗R₁＝R₂とすることでコレクタ、
エミツタにそれぞれ同レベル、かつ逆極性であら
われるのでダイオードD₁，D₂によつて同一方向
に検波される。R₃＝R₅、R₅＝R₆に選び、R₃／R₄
＝R₅／R₆で決まる電圧より高い方向で適値に
R₇／R₈を設定すれば前述の検波しきい値電圧V_TH
を決めることができる。この検波信号が積分回路
ロのトランジスタQ₂のベースに印加される。い
まリセツトパルスによつてリセツトスイツチRS
が閉じられた瞬時の積分コンデンサCiの両端の電
荷は電圧Eiまで充電される。次にリセツトスイツ
チRSが開かれるとコンデンサCiに貯えられてい
た電荷はトランジスタQ₂のコレクタ、低抗R₉を
通じて放電されるがこの放電電荷はトランジスタ
Q₂のベースに印加される電圧、すなわちエミツ
タ電流によつて制御される。したがつてコンデン
サCiの両端にはベースに入力される高域成分の積
分電圧が得られる。しかしこの場合、定常直流バ
イアス電流成分による積分電圧も発生する。した
がつてこの定常成分によつてダイナミツクレンジ
を損することになり回路をIC化する場合には重
大な障害、制約をうけるし、また前述の充分な焦
点電圧が得られにくくなり、制御特性が良好でな
くなるという欠点をもつている。

本発明の目的は、上記したような、いかなる被
写体、レンズ状態に対しても良好な焦点電圧特性
を得ることができ、しかもIC化に適した焦点電
圧発生回路を提供することにある。

本発明の要点は直流バイアス成分による積分電
圧は発生しないようにし、画像の高域成分からな
る両波整流波形のあらかじめ定めたしきい値電圧
をこえたレベルに対してのみ積分を行なつて、充
分なダイナミツクレンジを有し、かつ良好な焦点
電圧特性が得られるようにしたことであり、さら
に詳述すれば、差動対トランジスタの第１のトラ
ンジスタのコレクタに積分コンデンサと該積分コ
ンデンサを所定の電圧値に充電してリセツト状態
とするスイツチ素子を接続し、第２のトランジス
タのベースには第１のトランジスタのベース直流
電圧E_Bより高いあらかじめ定めた直流電圧E_Cを
印加することによつて第１のトランジスタのベー
ス直流電圧に重畳された両波整流波の、あらかじ
め定めたしきい値電圧V_THをこえたレベルに対し
てのみ積分し、かつ一定期間内（たとえば1/60
sec毎）で積分、リセツトを行なうようにしたこ
とである。

次に図を参照して本発明の一実施例を説明す
る。

第４図は本発明の一実施例を示す回路図であ
る。同図においてそれぞれ添字付のＱはトランジ
スタを、Ｒは低抗をＣはコンデンサ、Ｅは直流電
圧源を、Ｉは直流電流源を示す。第４図において
トランジスタQ₃，Q₄を差動接続し、トランジス
タQ₄のベースには直流電圧E_Cを印加する。直流
電圧E_Cは、Q₃のベースに入力される直流バイア
ス電圧E_Bに重畳された画像信号高域成分からな
る両波整流波があらかじめ定めたしきい値電圧
V_THをこえるとはじめてトランジスタQ₃にエミツ
タ電流が流れはじめるように設定する。トランジ
スタQ₅，Q₆、低抗R₁₀、直流電圧源E_Dで積分リセ
ツト回路を構成している。トランジスタQ₆のベ
ースに図示の如く積分リセツトパルスを印加する
と低レベル側（リセツト期間）でトランジスタ
Q₆はオフしトランジスタQ₅がオンしてトランジ
スタQ₃のコレクタに接続された積分コンデンサ
Ciはほぼ直流電圧源電圧E_D（Q₅のベース、エミツ
タ間電圧を無視する）まで充電される。次に積分
リセツトパルスが高レベル側になるとトランジス
タQ₆はオンしてトランジスタQ₆のコレクタは、
ほぼ接地電位となり、トランジスタQ₅がオフす
ると積分コンデンサCiに蓄えられた電荷はトラン
ジスタQ₃を通して放電され（このときの放電電
流はトランジスタQ₃のベースに印加されるしき
い値電圧V_THをこえる両波整流波形で制御された
電流である）積分コンデンサCiの電圧は降下する
がその降下量はトランジスタQ₃のコレクタ電流
を積分リセツト解除時から次にリセツトするまで
の間で積分した値、すなわちその間の放電電荷の
総和に比例している。従つて積分コンデンサCiの
電圧降下量を焦点合わせ電圧として用いることが
できる。

以上のように本発明の回路構成によれば、固定
直流バイアス成分による積分電圧はまつたく発生
せず、高域成分による積分電圧のみが得られる。
したがつて積分コンデンサCiがリセツトされたと
きのトランジスタQ₃のコレクタ電圧E_Dから、ト
ランジスタQ₃が飽和するまでのコレクタ電圧の
ダイナミツクレンジをすべて映像信号の高域成分
の積分にふりむけることができるので小コントラ
ストのものから大コントラストのものまで広範囲
に有効な焦点電圧を得ることができる。あわせて
トランジスタQ₄のベースに印加する直流電圧E_C
の設定によりしきい値電圧V_THを任意に決めるこ
とができるので、ヘリコイドの位置（画像のボ
ケ）に対応する焦点電圧特性の山の傾きを自由に
変化できる。さらに差動対トランジスタQ₃とQ₄
でしきい値V_THの設定と積分動作を同じに、かつ
簡易に実現しておりIC化に適している。

第５図は本発明の別の実施例を示す回路図であ
り、同図に示す実施例はトランジスタQ₇と直流
電圧源E_Dでリセツトスイツチ回路を構成したも
のである。トランジスタQ₇のベースに積分リセ
ツトパルスが印加され積分リセツトパルスが低レ
ベルのときトランジスタQ₇がオンして積分コン
デンサCiの電圧はほぼE_Dにリセツトされる。積
分リセツトパルスが高レベルのときトランジスタ
Q₇はオフし、第４図での説明と同様この期間で
トランジスタQ₃のベースに印加された高域成分
が積分され、積分電圧が積分コンデンサCiに発生
して焦点電圧が得られる。

以上説明したように本発明によればダイナミツ
クレンジの有効な確保により低コントラストから
大コントラストの高域成分（たとえば５％程度の
輝度変化から100％の輝度変化まで）にも対応し
得る焦点電圧量を得ることができ、さらには被写
体の種類、被写界深度（しぼり値Ｆ、焦点距離の
ズーム値ｆ）など総合的観点から、充分な差分電
圧が検出できるだけの良好な山の傾きとなるよう
にしきい値電圧V_THを選ぶことによつてあらゆる
撮映状況において良好な焦点電圧特性を得ること
ができ、かつIC化に適した焦点電圧発生回路を
提供することができる。

【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Ａは被写体の一例を示す説
明図、第２図ａ〜ｃは焦点電圧が得られるまでの
過程を示す波形図、第２図ｄは焦点電圧の特性
図、第３図は従来の焦点電圧発生回路の一例を示
す回路図、第４図および第５図はそれぞれ本発明
の一実施例を示す回路図、である。 符号説明 １…レンズ系、２…カメラ回路、３
…焦点電圧発生回路、４…ハイパスフイルタ、５
…両波検波および検波しきい値設定回路、６…積
分回路、７…積分リセツト回路、８…差分検出回
路、９…モータ駆動回路、１０…モータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 差動接続された一対のトランジスタと、該一
   対のトランジスタを構成する第１および第２のト
   ランジスタのうちの第１のトランジスタのコレク
   タ側に接続された積分コンデンサと、周期的にオ
   ン・オフ・スイツチングされてオンのときに前記
   コンデンサを所定電圧まで電源から充電するスイ
   ツチ素子と、前記第２のトランジスタのベース電
   極に印加されるしきい値設定用直流電圧の電圧源
   とから成り、前記第１のトランジスタのベース電
   極に入力される映像信号の高域周波数成分の検波
   出力のうち、前記直流電圧源から第２のトランジ
   スタのベース電極に印加される直流電圧の大きさ
   によつて定まる或るしきい値レベルを超えた出力
   成分により、前記コンデンサを、前記スイツチ素
   子がオフのとき、第１のトランジスタを通して放
   電させ、それにより得られる前記コンデンサの端
   子電圧変化分を焦点合せ電圧として用いるように
   したことを特徴とする自動合焦装置の焦点電圧発
   生回路。