JPH0754971B2 - オートフォーカスビデオカメラ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、撮像素子から得られる
映像信号を用いて焦点の自動調整を行うオートフォーカ
スビデオカメラに関する。

【０００２】

【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、本質的にパ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。

【０００３】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、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
になることが無く、非常に追随性の良い方法である。

【０００４】しかし、この方式には、レンズを常に動か
し続けること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ことである。
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。

【０００５】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
転と逆転を繰り返している時には、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。その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。

【０００６】出願人は特願昭６１−２７３２１２号（Ｈ
０４Ｎ ５／２３２）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、
上記出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。

【０００７】図４は上記出願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、例えば図５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。

【０００８】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。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。

【０００９】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の出力を監視す
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評価値を比
較しその大小を出力する。

【００１０】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。

【００１１】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
上に減少した（第２モード）の２通りの比較信号Ｓ１、
Ｓ２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。

【００１２】１３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。

【００１３】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較して上記予め
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。

【００１４】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Ｌ
Ｓ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２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。

【００１５】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、以下に述べる大きな欠点を有してい
る。一般にビデオカメラではズームレンズを用いること
が多いが、同一の被写体を撮影しても望遠領域の場合と
広角領域の場合とでは、レンズ焦点位置に対する焦点評
価値の形状は図６に示す様に大きく異なっている。即ち
望遠領域の場合には、 の様に急峻な変化をするのに対
して、広角領域では の様に非常にゆっくりした変化を
示す。同図では縦軸に焦点評価値を、横軸にレンズ位置
（レンズから被写体までの距離）を目盛ってある。

【００１６】同図から明らかに推測される様に、望遠領
域ではレンズの焦点深度が浅いこともあって、レンズと
被写体間の距離が少し変化しても焦点評価値は大きく変
化する。またレンズと被写体の距離が不変であっても、
被写体が横に移動すると焦点評価値が大きく変化する。
従ってフォーカスリングの少しの動きで焦点評価値が大
きく変化し、ピントが大きくボケた状態になるが、実際
には被写体距離は余り変化していない場合が多い。それ
ゆえ、山登りサーボを行なわせる場合には、焦点評価値
がかなり大きく変化した後に合焦のための再起動を行な
うのが好ましい。即ち上記第２の閾値を大きく設定する
ことが望ましい。上記従来例ではズーム位置に関係なく
第２の閾値が一定に設定されているので、若干の焦点評
価値の変化でフォーカスリングが駆動されるため、ピン
トがボケる状態になる欠点があった。

【００１７】広角領域では焦点深度が深く、また使用の
態様としてはパンフォーカス的な使い方が多いため、被
写体が少々移動しても、近くに存在する物体以外は、画
面の尖鋭度があまり変化しない。このような状況下でフ
ォーカスリングを動かすと、被写体のピントは変化しな
いにもかかわらず、画角のみが変化するため、心理的に
は極めて悪い影響を与える。従って、広角領域でも焦点
評価値が大きく変化した場合、即ち被写体の状態が明瞭
に変化した場合にのみ山登りサーボを再開することが望
ましい。この結果、広角領域でも望遠領域とは異なる理
由で再起動の閾値を大きく設定する事が重要となる。

【００１８】一方、両者の中間領域での焦点評価値の変
化は図６の に示す様に焦点評価値が上記両者の中間状
態にあり、焦点深度も余り深く無く、被写体の動きに対
して焦点評価値もかなり大きく変化するため、被写体の
動きに対して細かく追随して行く必要がある。従って再
起動のための第２の閾値は望遠、広角の場合に比べて小
さくとるべきである。

【００１９】従来例では、ズーム位置に対しての第２の
閾値を設定する手段を有していなかったために、望遠
（広角）を中心に設定するか、中間領域を中心に設定す
るかのどちらかであった。望遠（広角）を中心に設定し
た場合には中間領域での撮影時には、かなりピンボケに
ならないと再起動が行なわれなかったし、中間領域を中
心に設定した場合には望遠領域に対しては被写体の変化
が無い状態であるのにピンボケになったり、広角領域に
対しては画面の尖鋭度が変化していないにもかかわら
ず、画角が変化するという欠点があった。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】従来技術によると、ズ
ームレンズを用いた撮影においては、中間領域での動作
が正常な場合には望遠領域では被写体距離が変化してい
ないにもかかわらず、ピントがボケたり、広角領域では
画面の尖鋭度が変わらないのに画角が変化する欠点が有
り、広角領域や望遠領域での動作が正常な場合には中間
領域でかなりピンボケにならないと再起動が行なわれな
い欠点があった。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、撮像レンズの
ズーム位置を検出する手段を有したズームレンズ機構か
らのズーム位置検出信号により、再起動を起こさせる第
２の閾値を望遠、中間、広角領域に応じて変化させるこ
とを特徴とする。

【００２２】

【作用】本発明は上述の如く構成したので、望遠、広角
領域におけるピンボケ、画角の変動や、中間領域におけ
る追随性の悪さという従来の欠点を除去して、安定した
オートフォーカス動作を行なわせることが出来る。

【００２３】

【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（図４、図５）と同一部分は同一
符号を付して説明を割愛する。

【００２４】図１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は前述の図５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、従来例と同一手
順で合焦動作が行なわれる。

【００２５】１９は後述するズーム位置検出カム５３を
具備するズームリング１５からズーム位置検出信号を出
力するズーム位置検出回路であり、その出力が第２閾値
メモリ１７に入力される。

【００２６】次にこのズーム位置検出について詳述す
る。図２は本実施例装置のズームリング部分の構造を示
す図である。ビデオカメラ本体５０の前方に突出したレ
ンズ鏡胴部５１には変倍レンズ（ズームレンズ）（図示
省略）を支持するズームリング１５がラジアル方向に回
転自在に配設され、このズームリング１５がズームモー
タ（図示省略）に駆動されて回転することにより、変倍
レンズは光軸方向に進退し、望遠側及び広角側に移動す
ることになる。

【００２７】ズームリング１５の外周前端には、前方へ
の突出量が異なる第１乃至第３段部５３ａ、５３ｂ、５
３ｃが連設されたカム部５３が一体成形され、このカム
部５３に作動片５４ａが当接する様に位置検出スイッチ
５４がレンズ鏡胴部５１に固定されている。位置検出ス
イッチ５４は３段階切換式であり、作動片５４ａが第１
乃至第３段部５３ａ、５３ｂ、５３ｃに夫々当接状態と
なることにより３段階に切換わる。即ち、ズームリング
１５が広角側に位置して第１段部５３ａに作動片５４ａ
が当接状態となり、図３の実線Ａで示す第１位置にある
場合には、端子５５、５６が導通し、後段の第２閾値メ
モリ１７の入力端子１７ａ、１７ｂには夫々“Ｈ”
“Ｌ”の回転位置情報が供給され広角状態であることが
知らされる。同様にズームリングが図２、図３の矢印Ｘ
方向に回転し作動片５４ａがカム部５３を摺動して第２
段部５３ｂあるいは第３段部５３ｃに当接する。即ち、
図３の点線Ｂに示す第２位置或いは点線Ｃに示す第３位
置に移行すると、端子５５５７、端子５６、５７が夫々
導通し、“Ｈ”“Ｈ”あるいは“Ｌ”“Ｈ”の回転位置
情報が第２閾値メモリ１７に供給される。この“Ｈ”
“Ｈ”の場合が中間状態、“Ｌ”“Ｈ”の場合が望遠状
態に対応する。

【００２８】１６は第４メモリ１１に保持されているフ
ォーカスモータ制御回路１０の出力と、焦点評価値検出
回路５からの出力である現在の焦点評価値との差の絶対
値を出力する差出力発生回路で、その出力が第５比較器
１８に入力される。

【００２９】第４メモリ１１の出力は、また、第２閾値
メモリ１７に入力される。第２閾値メモリ１７は第４メ
モリ１１の出力を受けて、ズーム位置検出回路１９から
の信号により、その出力を変化させ、比較回路１８に
て、前記差出力発生回路１６と上記ズーム位置によって
変化する出力との比較を行ない、差出力が第２閾値メモ
リ１７出力より大であれば、フォーカスモータ制御回路
１０に再起動信号を送り、フォーカスモータ制御回路１
０はフォーカスモータ３を駆動して、合焦動作が再開さ
れる。以下具体的に上記動作を説明する。

【００３０】いま、フォーカスモータ制御回路１０から
の信号によって第４メモリ１１に保持される焦点評価値
の極大値をＡとする。この値は差出力発生回路１６によ
って焦点評価値発生回路５から出力される現在の評価値
Ａ’との差の絶対値｜Ａ−Ａ’｜がとられる。一方、第
２閾値メモリ１７はズーム位置検出回路１９からのズー
ム位置信号が望遠及び広角の場合にはＡ／４を、中間領
域の場合には、Ａ／２を出力する。これらの値が比較回
路１８によって、上記絶対値出力｜Ａ−Ａ’｜と比較さ
れて、各々のズームリング位置に対して 望遠領域の場合 ： ｜Ａ−Ａ’｜＞Ａ／４ 中間領域の場合 ： ｜Ａ−Ａ’｜＞Ａ／２ 広角領域の場合 ： ｜Ａ−Ａ’｜＞Ａ／４ の場合に再起動が行なわれる。

【００３１】この結果、本発明によればオートフォーカ
ス時に被写体が変化したとして、再起動を起こさせる第
２の閾値を望遠、中間、広角領域で自動的に変化させ、
きめ細かいオートフォーカスのコントロールを行なうこ
とができる。

【００３２】なお、上記実施例においては、便宜上ズー
ム領域を望遠、広角、中間の３領域に分割しているが、
この領域分割は撮像光学系の解像度、焦点深度、撮像回
路のＳ／Ｎ比によっても影響されるものであり、必ずし
も上記実施例に限るものではないことは明らかであろ
う。また、第４メモリ１１、差出力発生回路１６、第２
閾値メモリ１７、比較回路１８は、理解の便のためにハ
ードウェアで示してあるが、これらの動作は全て、マイ
クロプロセッサを用いて、ソフトウェア的に処理できる
ものであることは明らかである。

【００３３】

【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
中あるいは合焦状態にある場合に、被写体照度が大きく
変化することによって、誤った方向に合焦動作を行なっ
たり、誤って再起動を行なう等の誤動作が無く、安定し
た画像を提供するオートフォーカスビデオカメラを実現
出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路ブロック図であ
る。

【図２】上記実施例のズーム位置検出手段の機構部を示
す図である。

【図３】上記実施例のズーム位置検出手段の動作説明図
である。

【図４】従来のオートフォーカスビデオカメラの要部の
ブロック図である。

【図５】その焦点評価値発生回路のブロック図である。

【図６】被写体距離に対する焦点評価値の変化を示す特
性図である。

【符号の説明】

３ フォーカスモータ、 ４ 撮像回路、 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 ズームリング １７ 第２閾値メモリ １９ ズーム位置検出回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像素子から得られる映像信号の高域成
   分レベルを焦点評価として検出する評価値検出手段と、 望遠から広角まで変化する撮像用ズームレンズのズーム
   位置を検出するズーム位置検出手段と、 前記評価値検出手段からの焦点評価値に基づいてフォー
   カスレンズを移動させるフォーカスモータと、 前記焦点評価値が最大値となる位置にて前記フォーカス
   モータを停止させ、且つ、その状態から前記焦点評価値
   の値が予め設定した閾値以上変化した場合にフォーカス
   モータの再起動を行うフォーカスモータ制御回路と、 前記ズーム検出手段で検出されたズーム位置に応じて前
   記閾値を切換える手段とを、 備えてなるオートフォーカスビデオカメラ。