JPH03117182A - 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】 〔産業上の利用分野］ 本発明はオートフォーカス機能を有するビデオカメラに
関する。

〔発明の概要〕

本発明はオートフォーカス機能を有するビデオカメラに
関し、撮像光をフォーカスレンズを介して電荷結合素子
の様な固体撮像手段に照射し、この固体撮像手段よりの
高周波成分を検出し、この検出出力に基づいて、フォー
カスレンズを駆動して、フォーカスレンズと固体撮像手
段間の光路長を自動的に可変するオートフォーカス機能
を有するビデオカメラに於いて、固体撮像手段をフォー
カスレンズの光軸に対して所定角度傾斜させると共に固
体撮像手段のフォーカスレンズに対し遠い領域の撮像出
力と、近い領域の撮像出力との高周波成分の大小を比較
する比較手段を有し、比較手段の出力に応じてフォーカ
スレンズの駆動方向を決定するようにさせることで簡単
な構成で消費電力の少ない信頼性の高いオートフォーカ
ス制御ができるビデオカメラを得る用にしたものである
。

〔従来の技術〕

従来からビデオカメラのオートフォーカス方法には種々
の方法が提案されている。オートフォーカス方法は大き
く分けると撮像レンズに入ってくる光の情報を焦点合わ
せに利用するパッシブ方式とカメラ側から信号を発射し
、被写体で反射して来た信号情報を焦点合わせに用いる
アクティブ方式に大別される。このうちのアクティブ方
式は撮像レンズを通して撮像素子に入射する被写体情報
以外に赤外線等の発光素子や受光素子を必要とし、撮像
情報と異なる目標値を持つ等多くの問題を含んでいる。

パッシブ方式の中にも種々のオートフォーカス方法が提
案されているが、その代表的なものはイメージセンシン
グ方式とコントラスト方式と呼ばれるものである。イメ
ージセンシング方式はフライアレンズ等と電荷結合素子
（以下ＣＣＤと記す）ヲ２４対程度−列に並べたイメー
ジセンサをビデオカメラ内に設けて、焦点の合わせ具合
で光が中央の一対のＣＣＤに入るか中央から離れた位置
に入るか等で合焦点を判断するもので、この場合も、被
写体情報以外のイメージセンサ等を必要とすることと位
相のずれを検出するために同じ様な模様の繰り返しのあ
る被写体では判断が出来ない等の問題がある。

コントラスト方式（周波数分離方式）は焦点が被写体像
に合っているときはＣＣＤ上に投影された被写体像はコ
ントラスト比が大きく、周波数成分が大きいという性質
を用いて焦点合ねせを行うようにしたもので、フォーカ
スレンズ又はＣＣＤ等をレンズの光軸方向に小さく前後
に振って、その時のコントラスト比又は周波数成分が高
くなる様にフォーカスレンズを連続的に動かしてコント
ラスト比又は周波数成分が最も大きい点で焦点が合った
と判断するようにしたもので、この構成は本出願人が先
に擢案した特開昭５５−７６３０９号公報に開示されて
いる。このオートフォーカスの原理を第５図及び第６図
で簡単に説明する。第５図Ａ、Ｂ、Ｃで（１）は被写体
、（２）はズーミングレンズ、フォーカスレンズ、主レ
ンズ等を含むレンズ光学系を示すもので、（３）はＣＣ
Ｄ或いは撮像管等の撮像素子（以下ＣＣ１１（３）と記
す）である。又、第５図Ａだけに示されている（４）は
オートフォーカス用のモータでレンズ光学系（２）をレ
ンズ光学系（２）の光軸方向にオートフォーカスの為に
矢印Ａ−Ａで示す様に移動させると共にレンズ光学系（
２）とＣＣＤ　（３１間の距離を所定の例えば、１０１
１２程度のウォーブリング周波数で振動させてレンズ光
学系（２）を破線と実線で示す位置間に前後にΔｌだけ
振動させる。

（５）は後述する高周波レベル検出回路を含むオートフ
ォーカス制御回路でオートフォーカス用モータ（４）を
駆動制御し、このオートフォーカス制御回路（以下ＡＦ
回路と記す）（５）にはＣＣＤ　（３）からの撮像出力
が供給されている。

第５図Ｂは被写体（１）に焦点が合った場合の光学系の
模式図であり、第５図Ａ及びＣは夫々焦点が被写体０）
の前に合った状態及び被写体（＋）の後に合った状態を
示している。第６図の曲線（６）はレンズ光学系（２）
とＣＣＤ　（３）の撮像画面との光路長りと映像信号の
コントラスト又は高周波成分の関係を示すもので、ｄは
第５図Ｂに示したオートフォーカス時に被写体（１）に
焦点が合った場合のレンズ光学系（２）とＣＣＤ　（３
）間の距離り。を示し、同様にｅ。

「は第５図Ａ及びＢに示したオートフォーカス時に夫々
被写体（１）の前に焦点が合った状態及び後に焦点が合
った状態のレンズ光学系（２）とＣＣＤ　（３）間の距
離り、とＬＩＩを示している。ＣＣＤ　（３）の被写体
（＋）からの映像出力は焦点が合っている程、Ｃ０Ｄ（
３）の撮像面のコントラスト ６図の曲線（６）に示す様にこの出力から取り出した高
周波レベル検出出力は大きくなり、焦点が外れる程、Ｃ
　Ｃ　Ｄ　（３）の映像出力の撮像面のコントラストは
低下し、高周波レベル検出出力は小さくなる。

今、レンズ光学系（２）をウォーブリング信号によって
Δ！だけ光軸Ａ−Ａ方向に振動させる（実際にはＣ　Ｏ
　Ｄ　（３）を圧電素子等で振動させている）と第５図
Ｂに示す合焦点の場合には第６図のｄ点に示す様にレベ
ル変化のない一定の直流電圧（７）が得られる様に高周
波レベル検出回路を含むＡＦ回路（５）が構成されてい
る。又、第５図Ａに示すように被写体（１）の手前に焦
点を結ぶ場合の様に１．。＜　１．　ｌ＝の時には高周
波レベル検出回路を含むＡＦ開回路５）からは正弦波形
（８）の正の部分が負の部分に比べて凹んだ電圧が得ら
れる様になされ、第５図Ｃに示す様に被写体（］）の後
方に焦点を結ぶ場合の様にり。

が■、。とＯと間にある時には高周波レベル検出回路を
含むＡＦ開回路５）からは正弦波形（９）の負の部分に
比べて正の部分のレベルの大きい電圧を得る様に構成さ
・Ｕて、焦点状態或いは非焦点状態の検出を行っている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の従来構成で示したパッシブ方式中のコントラスト
検出法はビデオカメラのレンズに入射する光を利用して
いるので他に余分なイメージセンサ等を用いる必要がな
く、人間の目に近い利点を有するが、焦点を合わせるた
めにウォーブリングを行ってレンズ光学系を振っている
ために合焦点状態でも焦点が動い°（いることと、ウォ
ーブリングを行なうためにレンズ光学系を振動させる為
の電力消費が大きくなる問題があった。特に小型のビデ
オカメラでは小型バッテリ等を用いるため電力消費は極
力少なくする必要がある。更にこのコントラスト検出法
では焦点が大きくずれるとフォーカスレンズ等をどちら
に動かしてよいかわからな（なり、焦点を合わせるのに
時間が掛かる弊害を有していた。

本発明は叙上の問題点を解決するために成されたもので
、その目的とするところは簡単な構成で消費電力の少な
い、信頼性の高いオートフォーカス制御ができるビデオ
カメラを得る様にしたものである。

〔課題を解決するだめの手段〕

本発明のビデオカメラはその例が第１図に示されている
ように、撮像光をフォーカスレンズ（２ａ）を介して電
荷結合素子の様な固体撮像手段（３）に照射し、固体撮
像手段（３）よりの高周波成分を検出し、この検出出力
に基づいてフォーカスレンズ（２ａ）を駆動してフォー
カスレンズ（２ａ）と固体撮像手段（３）間の光路長を
自動的に可変するオーＩ・フォーカス機能を有するビデ
オカメラに於いて、固体撮像手段（３）をフォーカスレ
ンズの光軸に対して所定角度θ傾斜させると共に固体撮
像手段（３）のフォーカスレンズ（２ａ）に対し遠い領
域の撮像出力と、近い領域の撮像出力中の高周波成分の
大小を比較する比較手段（２１）を有し、この比較手段
（２１）の出力に応じてフォーカスレンズ（２ａ）の移
動方向を決定して成るものである。

〔作用〕

本発明のビデオカメラではＣＣＤ等の固体撮像手段（３
）を所定角度θ傾斜させ、被写体（１）に対して前方と
後方で焦点の合わされた固体撮像手段（３）の撮像出力
の高周波成分を比較してフォーカス制御信号を得ている
のでウォーブリングを行うためのメカニカル部を必要と
せず電力消費が少なく、信頼性の高いオートフォーカス
制御ができるものが得られる。

（実施例〕 以下、本発明の一実施例を第１図について説明する。

第１図に於いて、（１）はビデオカメラで撮像する被写
体、（２）はビデオカメラのレンズ光学系であり、この
レンズ光学系（２）はフォーカスレンズ（２ａ）、ズー
ミングレンズ（２ｂ）、主レンズ（２ｃ）等で構成され
ている。フォーカスレンズ（２ａ）、ズーミングレンズ
（２ｂ）等はモータ（２ｅ）で矢印方向に移動され、フ
ォーカシングやズーミングを行う。（３）はＣＣＤ（電
荷結合素子）、ＣＩＤ（電荷注入素子）等の固体撮像素
子（以下ＣＣＤと記す）であり、その光電面には、例え
ば市松模様のＲ（赤）、Ｇ（緑）ｒ３　（青）等のカラ
ーフィルタが配設されていて、例えば、中板型のＣＣＤ
構成とされている。このＣＣＤ　（３）はレンズ光学系
（２）の光軸（２ｄ）を通る面と直交する直交面（２４
）に対し、所定角度θだけコニ方が後方に傾いて配置さ
れる。この角度θは極めて小さな値でよい。フォーカシ
ングやズーミング時にはレンズ光学系（２）とＣＣＵ　
（３１間の距離が変えられる。ＣＣＤ　（３）にレンズ
光学系（２）を介し”ζ撮像した被写体（１）の撮像像
は電気信号に変換され、ＣＣＤ（３）の映像出力信号は
Ｒ，Ｇ、Ｂ信号に分離されプロセスアンプでガンマ補正
やホワイトクリシブ等を行った後にマトリックス回路（
１１）に供給され、マトリックス回路（１１）では４本
のＩ　Ｈ遅延線を用いた遅延回路（１２）でライン相関
を使って輝度信号と２つの色差信号に変換し、低域通過
濾波器（１３）に夫々の輝度信号と２つの色差信号を通
した後にエンコーダ（１４）に供給してＮＴＳＣ用の映
像出力信号を出力端子（１５）に導出している。

ＣＯＤ　（３）からの映像出力信号はオートフォーカス
制御信号を得るためにゲート回路（１６）を通して高域
通過濾波器（以下ＨＰ　Ｆと記す）　（１７）に供給さ
れる。このゲート回路（１６）はＣＣＤ　（３）に撮像
した画面の中央の被写体（１）に焦点を合わせるために
ウィンド信号発生回路（２５）からのウィンド信号（２
５ａ）で撮像画面の中央短形部分を抜き取る様に成され
ている。ＨＰ　Ｆ　（１７）で映像出力信号中の高域成
分のの透過ざ・ｌ、その電圧成分を自乗回路（１８）に
供給して自乗し、次に積分回路（１９）で積分すること
でウィンド内の各ライン毎の高周波成分電力が積分回路
（１９）の出力端より得られる。このライン毎の高周波
成分電力をＩ　Ｈ区間をレジストするレジスタ（２０）
に供給すると共に直接比較回路（２１）に供給する。比
較回路（２１）ではライン毎の隣接するライン間の高周
波成分電力がどちらが多いかを比較し、多くのラインに
ついてこの操作をし、その比較結果を判断回路（２２）
に供給する。判断回路（２２）にはＣＣＤ　（３）の上
の方の隣接するライン間と下の方の隣接するライン間の
高周波電力がどちらが多いかを判断する。例えば、この
判断方法としては上下のラインｉσの多数決などをとっ
て高周波電力の大小をＣＣＤ　（３）のウィンド内で上
側又は下側等と判断する。この判断回路（２２）の出力
は出力端子（２３）を介しフォーカス制御信号としてモ
ータ（２ｅ）に供給されフォーカスレンズ（２＋ｉ）を
矢印力量に移動させることで合焦点状態とする。判断回
路（２２）での判断結果は第１図のようにＣＣＤ　（３
）の上部が後方に傾斜していれば、フォーカスレンズ２ （２ａ）を前に出して、合焦点となる様な場合ではＣＣ
Ｄ　（３）の画面の下の方はど高周波成分の電力が大き
くなり、画面の上の方が高周波成分の電力が大きいと判
断したときはフォーカスレンズ（２ａ）を後の方に移動
させる様に制御して合焦点状態にすればよいことになる
。依って制御すべき方向が決定できる。

本例の場合は隣接するラインの相関性を利用してフォー
カス制御信号を抽出したが被写体（１）の両面にライン
相関性のないものでは判断ができないので例えば、ビデ
オカメラにライン相関のある画面か否かを判断させる検
出部を設け、この検出部の検出出力に基づいてフォーカ
ス制御回路を動作させる様にしてもよい。又上述の構成
に限定されず例えば２ライン毎の電力差を連続的に積分
する等して高周波電力の大小を判断することも出来る。

第２図は本発明の他の実施例を示すもので第１図ではア
ナログ的に高周波電力を検出したが、第２図の場合はデ
ジタル的に高周波電力を検出判断するもので第１図との
対応部分には同一符号を付して重複説明を省略する。第
２図でＣＣＤ　（３）は上側が直交面（２４）に対し角
度θだけ傾斜している。

この構成は第１図と同じでもよい。ＣＣＤ　（３）で得
られた映像信号をデジタル的に処理するビデオカメラで
あればデジタル映像データをデジタル的なＨＰ　Ｆ　（
１７ｄ）に直接供給すればよいが、第２図の場合はアナ
ログ的に取り出した映像出力信号をゲート回路（１６）
を介して画面の略中央部分の映像信号を取り出し、アナ
ログ−デジタル変換回路（２６）でデジタル信号に変換
し、デジタル構成のＨＰＦ（１７ａ）で高域周波数のみ
を通過させる。次にスクエア回路（１８ａ）で乗算が行
われる。スクエア回路（１８ａ）内にはメモリ内に乗算
する値などが記録されていて、デジタル的な電圧値に乗
算を行い、アキュムレータ（１９ａ）でアキュムレート
し、ライン毎の高周波電力を取出しレジスタ（２０）を
介してレジストされた１つ前のラインの高周波電力と、
現在のラインの高周波電力がコンパレータ（２１ａ）で
比較され、その比較出力はマイクロコンピュータ（２２
ａ）等でＣＣＤ０上の方のラインと下の方のうインてど
ちらが高周波成分を多く含んごいるかを判断し、その判
断結果に応した３埴の出力データを出力端子（２ｒ、　
”　”恰する。この３埴の出力データに応してフォーカ
スレンズ（２ａ）を前方或は後方に移動させるとノ（に
合焦点位置で停止さセる様にしＪいる。

第３図は本発明のビデオカメラのＣＣＬ）の傾斜方法を
示す他の実施例である。第１図及び第２図ではＣＣＤ　
（３）をレンズ光学系の光軸面（２ｄ）と直交する直交
面（２４）に対し上下方向に傾斜させたが、第３図の場
合は直交面（２４）に対し左側を角度ｏ、。

だり手前に傾げたＣ　ＣＤ　（３ａ）或いは右側を角度
θ８たけ手前に傾けたＣ　ＣＤ　（３ｂ）を示すもので
ある。

この構成によっても第１図或いは第２図で説明したと同
様のフォーカス制御回路によってＣＣＤ等を圧電素子等
で振動さ・已る等のメカニカル部分だ不要で信頼性の高
いビデオカメラが得られる。

第４図はＣＣＤを傾斜させることにょっζ住するＣＣＤ
画曲上の画像歪を補正する方法を説明するものである。

本例ではＣＣｌ）　（３）を−Ｌ下或いは左右に傾斜さ
せる角度θは極めて小さな値（例えば垂直面（２４）か
らＣＣＤ　（３）の受光面迄の距離が５０μｍ程度）で
あるためにレンズ光学系で生ずる糸巻歪或いは樽型歪と
同程度であれば４５に歪補正を行う必要はないが、この
許容値を超えた場合には第４図の様にＣＣＤ　（３）　
Ｌ、の画像が例えば、台形（２７）状に歪んだとすれば
ＣＣＤの感光部の光電変換面形成時の露光を傾げるか、
或いはレイアウト設計時に逆台形（２８）状に並べて補
正する様にすればよく、更にはレンズ光学系等で逆補正
を行う様にしてもよい。

尚、本発明は叙上の実施例に限定されることな（本発明
の要旨を逸脱しない範囲で種々変更し得ること明らかで
ある。

（発明の効果〕 本発明のビデオカメラによれば圧電素子等を用いてＣＣ
Ｄ等を原動さ一已る必要がないのでメカニカル部分が不
要となり、信頼性が高く、消費電力の小さなものが得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のビデオカメラの一実施例を示す系統図
、第２図は本発明のビデオカメラの他の実施例を示す系
統図、第３図は本発明のヒデメカメラのＣＣｌ）の傾は
方を示す他の実施例を示す配置図、第４図は本発明のビ
デオカメラのＣＣＩ）の歪補正説明図、第５図は従来の
焦点合わせ方法を説明する光学系の模式図、第６図は従
来のオー１−フＡ−カスの原理を説明するり、１性曲線
図である。 （１）は被写体、（２）はレンズ光学系、（２ａ）はフ
ォーカスレンズ、（３）はＣＣＩ）、（１７）はＩＩ　
Ｐ　Ｆ、（１８）は自乗回路、（１９）は積分回路、（
２０）はレジスタ、（２１）は比較回路、（２２）は判
断回路である。 代 理 人 松 隈 秀 ＋１に 特開平３ １１７１８２（６） く 羊 一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　撮像光をフォーカスレンズを介して電荷結合素子の様
   な固体撮像手段に照射し、該固体撮像手段よりの高周波
   成分を検出し、該検出出力に基づいて、上記フォーカス
   レンズを駆動して、上記フォーカスレンズと上記固体撮
   像手段間の光路長を自動的に可変するオートフォーカス
   機能を有するビデオカメラに於いて、 上記固体撮像手段を上記フォーカスレンズの光軸に対し
   て所定角度傾斜させると共に上記固体撮像手段の上記フ
   ォーカスレンズに対し遠い領域の撮像出力と、近い領域
   の撮像出力との高周波成分の大小を比較する比較手段を
   有し、該比較手段の出力に応じて上記フォーカスレンズ
   の駆動方向を決定するようにしたことを特徴とするビデ
   オカメラ。