JPH10164603A

JPH10164603A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH10164603A
Application number: JP8336292A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Tabei; 邦彦田部井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-12-03
Filing date: 1996-12-03
Publication date: 1998-06-19

Abstract

(57)【要約】【課題】高解像度モードで撮像すると、解像度が約2
倍になるので、動画モードで撮像時には問題にならない
程の微小のピントの誤差が問題となってくる。【解決手段】ステップＳ201で高解像度モードに切り
換え、ステップＳ202で光学的ローパスフィルタ5の機能
をキャンセルする。次に、ステップＳ203で第2の検波装
置10を選択し、ステップＳ204で焦点を合わせ、ステッ
プＳ205で平行平板ガラスを駆動して高解像度撮影を実
行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、ビデオカメラ等の撮像装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュータ用の画像入力装置と
してビデオカメラが広く利用されており、特に、ビデオ
カメラとコンピュータ等（例えば、パーソナルコンピュ
ータやワークステーション）を組み合わせたシステムが
DTP用或は画像の電子メールやテレビ会議システム用と
して利用されつつある。

【０００３】その中でも画像入力装置は近年になって、
特に、HDTVを意識した高解像のものが開発されており、
それらを用いて文中と画像の編集を行ったり、また、高
品位な画像で情報のやり取りが行われるようになった。

【０００４】しかし、現在の多くのビデオカメラの撮像
素子の画素数としては、25万画素から40万画素程度の物
が主流であり、高品位な画質を得ることは困難で、HDTV
に対応することができない。また、特殊な用途として、
一部には高解像度のビデオカメラも商品化されてはいる
が、CCD（撮像素子）が非常に高価なために、一般民生
機器として普及するには大きな障害となっていた。

【０００５】しかし、近年になって40万画素程度のCCD
を用いてレンズ系の中に平行平板ガラスを用い、光路を
ずらしてCCDに入射する光学情報を増加させることによ
って、静止画ではあるが高解像度を達成するシステム
は、CCDの画素ずらしによる高画質化である。これによ
ってHDTVに対応できる高画質入力機器も低価格になりつ
つある。

【０００６】また、高解像度撮影は上述したように静止
画撮影しかできないので、従来の解像度で動画を撮影で
きるように切り換えることができるビデオカメラが商品
化されてきている。

【０００７】以上のような背景から、従来の動画モード
と高解像度モードとを有するビデオカメラは、図3のよ
うに構成されていた。図3は、従来の動画モードと高解
像度モードとを有するビデオカメラの構成を示すブロッ
ク図である。同図において、301はレンズ群で、被写体
からの光学像を撮像素子としてのCCD302に導く。302は
光画像情報を電気信号に変換するCCD、303は平行平板ガ
ラス装置、304は回転側の光学的ローパスフィルタ、305
は回転側の光学的ローパスフィルタ304を回転するため
の回転機構部であり、その中央部には回転側の光学的ロ
ーパスフィルタ304が光軸を中心に所定角度の範囲で回
転可能（図中、c方向）に保持されている。306は固定側
の光学的ローパスフィルタである。

【０００８】307は信号処理装置で、入力されたCCD302
の出力信号（アナログ信号）に対してA（アナログ）／D
（デジタル）変換して、デジタル信号に変換し、1Hディ
レイラインを用いて3ライン分の信号を生成し、これか
らマトリックス処理によりRGB（赤、緑、青）の各色信
号を生成して時分割多重処理し、更にホワイトバランス
処理及びガンマ補正処理を行ない、色差マトリックス処
理でR-Y,B-Y,Yの各色信号と輝度信号とを生成してい
る。また、輝度信号Yに関しては、水平、垂直方向のア
パーチャ捕正が行なわれて映像信号が出力される。308
はピント合わせに必要な信号を検波する検波装置で、映
像信号から、光学的ローパスフィルタ304,306のカット
オフ特性に合わせて、高域周波数（通常、約4MHz）を検
波して抜き出すものである。309はレンズ制御装置で、
検波装置308からの情報でレンズ群301を駆動して山登り
方式で焦点を合わせるものであり、検波装置308から入
力された情報を測定ゾーンに対応したデジタル信号のみ
を積分して図示しないマイコン（マイクロコンピュー
タ）に供給する。このマイコンでは、この積分値を1フ
ィールド分加算して絞り情報等を参照して、後述するモ
ータ311を制御して焦点を合わせる。310はレンズ群301
の位置を検出するレンズ位置検出装置、311はレンズ群3
01を駆動させるためのモータである。

【０００９】図3において、レンズ群301から入射された
画像を撮影する場合、画像の空間周波数成分は、光学的
ローパスフィルタ304を通過して一定以上の高周波の空
間周波数成分が除去されてCCD302に入力される。CCD302
で電気信号に変換された画像は、信号処装置307で映像
信号に変換される。この変換された映像信号から焦点合
わせに必要な高周波成分が検波装置308により検波さ
れ、その信号とレンズ位置検出装置310の情報からレン
ズ制御装置309は、レンズ群301をモータ311で制御し
て、後述する図9のような制御手順で焦点を合わせる。

【００１０】次に、平行平板ガラス装置303の動作原理
を、図4を用いて説明する。

【００１１】図4（a）は、平行平板ガラス装置303の平
行平板ガラス401が光軸主平面に対して平行（同一平面
内）に位置している状態を示す図、図4（b）は、平行平
板ガラス401が図4（a）の状態から角度θ変位した状態
を示す図である。図4（a）、（b）において、401は光軸
方向に厚みdを有する平行平板ガラス、402は平行平板ガ
ラス40lに入射する入射光、403は平行平板ガラス40lか
ら出射する出射光である。

【００１２】一般に平行平板ガラス401による光路のず
れ量は、下記式で表わされる。

【００１３】δ＝（1−（1／N）・（cosΦ／cos
Φ′）｝・d・SINΦ） N：平行平板ガラスの屈折率 Φ：入射光と面法線のなす角（入射角） Φ′：平行平板ガラス内部で入射光面法線のなす角ここで、入射角Φが非常に小さい場合 cosΦ＝cosΦ′ SINΦ＝Φ であることから、次式のように簡単な近似式で表わせる δ＝（1−1／N）・d・Φ1 δ＝（1−1／N）・d・Φ2 Φ2＝Φ1＋θ の関係があり、図4（a）の状態により平行平板ガラス40
1が角度θ傾斜したとき〔図4（b）の状態〕の光路変化
量δsは δs＝δ2−δ1 ＝（1−1／N）・d・（Φ2−Φ1）＝（1−1／N）・d・θ となる。

【００１４】次に、撮像素子302の画素配列及び開口例
を図5を用いて説明する。図5（a）において、Hは水平操
作方向、Vは垂直操作方向をそれぞれ示す。

【００１５】水平走査方向の互いに隣接する2本の水平
ラインの一方にはイエロー色フィルターY及びマゼンダ
色フィルターMが水平操作線方向の画素間隔phで交互に
配設され、他方にはシアン色フィルターC及びグリーン
色フィルターGがphの画素間隔で交互に配設されてい
る。また、垂直走査方向の互いに隣接する垂直ラインの
一方にはイエロー色フィルターY及びシアン色フィルタ
ーCが画素間隔pvで交互に配設され、他方にはマゼンダ
色フィルターM及びグリーン色フィルターGが画素間隔pv
で交互に配設されている。ここで、前記した平行平板ガ
ラス401を角度θ傾斜させたときに、その画像のズレ量
が、例えば、1／2画素、つまり（1／2）・ph及び（1／
2）・pvになるように平行平板ガラス401の厚みdを設定
すれば、図5（b）に示すように水平方向に4回、垂直方
向に4回のマトリックスで、l6倍の画像情報を得ること
ができ、従来のCCD302を用いて高解像度化を図ることが
できる。

【００１６】上述したように、高解像度モードでは、CC
D302の画素ずらしを行うことにより、CCD302のサンプリ
ング周波数は見掛け上2倍になる。よって、通常時、CCD
302のサンプリングの特性により発生する“高周波成分
の折り返しノイズ”が発生しなくなり、そこで使用され
ている光学的ローパスフィルタの空間周波数の高周波除
去機能は必要としなくなり、かえって高周波成分の信号
を欠損してしまう。

【００１７】そのために、高解像度モードに切り換えた
ときのみ光学的ローパスフィルタの機能をキャンセルす
る機能を持つ光学的ローパスフィルタ304は、図6及び図
7のように構成されていた。

【００１８】図6及び図7において、304は回転側の光学
的ローパスフィルタ、305は回転側の光学的ローパスフ
ィルタ304を回転するための回転機構部であり、その中
央部には回転側の光学的ローパスフィルタ304が光軸を
中心に所定角度の範囲で回転可能（図中、c方向）に保
持されている。306は固定側の光学的ローパスフィルタ
である。回転側の光学的ローパスフィルタ304は、通常
条光線の分解方向（異常光線方向）が水平面に対して13
5度の状態になっている。また、固定側の光学的ローパ
スフィルタ306は、通常条光線の分解方向（異常光線方
向）が水平面に対して0度（水平）の状態になってい
る。

【００１９】図6及び図7の状態では、水平方向成分及び
垂直方向成分ともに、空間周波数のカットオフ周波数帯
域が制限された伏態であり、図6及び図7のような回路で
光学的ローパスフイルタ304の機能をキャンセルするに
は、光学的ローパスフィルタ304全体を、撮影光軸を中
心に45度回転すると、垂直方向の成分がキャンセルされ
た状態となり、空間周波数の高域成分の減衰を防止する
ことができることは知られている（特開平７−２４５７
６２号）。

【００２０】図8は、検波装置308で抜き出された映像信
号に含まれる高周波成分と焦点の位置関係とを示す図で
あり、動作としては、フォーカス動作が開始されると、
レンズ群301を任意の方向に動かして高周波成分の増減
を調べる（図8の＠）。そして、高周波成分が増えてい
ればその方向に、減っていれば逆方向に合焦点が存在す
ると判断してレンズ群301を回転させる。そして、合焦
点で高周波成分は最大となる。

【００２１】図9は、上記の方式で焦点合わせ制御を行
う制御手順を示すフローチャートである。同図のステッ
プＳ901でモータ311を任意の方向に動かし、次のステッ
プＳ902で高周波成分の増減を判断する。そして、高周
波成分が増加している場合は、ステップＳ904で検波装
置308により高周波成分を検波する。また、高周波成分
が増加していない場合は、ステップＳ903でモータ311を
逆回転した後、前記ステップＳ904で検波装置308により
高周波成分を検波する。次に、ステップＳ905で高周波
の増減を判断する。そして、高周波成分が増加している
場合は、前記ステップＳ904へ戻って検波装置308により
高周波成分を検波する。また、高周波成分が増加してい
ない場合は、モータ311の回転位置を1ステップ前の状態
に戻して焦点を合わせた後、本処理動作を終了する。

【００２２】図10は、従来の撮像装置における高解像度
モードで撮影を行なうまでの動作制御手順を示すフロー
チャートである。同図において、ステップＳ1001で高解
像度モードに切り換え、ステップＳ1002で焦点を合わ
せ、ステップＳ1003で光学的ローパスフィルタ304の機
能をキャンセルし、ステップＳ1004で平行平板ガラス40
1を動かして、高解像度撮影を行なった後、本処理動作
を終了する。前記ステップＳ1002において焦点を合わせ
る手順は、上述した動画モードと同じで、焦点を合わせ
た後、光学的ローパスフィルタ304の機能をキャンセル
して、平行平板ガラス401でCCD302の画素に対して1画素
ずらしを行なうことにより、高画質を得ることができ
る。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高解像
度モードで撮像すると、上記のような従来装置では、解
像度が約2倍になるので、動画モードで撮像時には問題
にならない程の微小のピントの誤差が問題となってく
る。

【００２４】本発明は上述した従来の技術の有する問題
点を解消するためになされたもので、その目的とすると
ころは、高解像度モードで撮影している場合においても
良好な自動焦点機能を有する撮像装置を提供することで
ある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項1記載の撮像装置は、フォーカス制
御可能なレンズユニットと、前記レンズユニットから得
られる光学像を屈折させる光学像屈折手段と、前記光学
像屈折手段から得られる光学的映像信号の高域信号成分
を除去する光学的ローパスフィルタと、光学的映像信号
を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子から得
られた電気信号に対して各種の信号処理を行い輝度信号
及び色差信号を生成する信号処理手段とを具備し、通常
の動画像モードと、前記光学像屈折手段を変化させて複
数画像を撮像し且つこれらの画像を合成することで高精
細画像を撮像できる高精細画像モードとを選択し得る撮
像装置において、前記光学的ローパスフィルタの遮断周
波数領域を変更する光学的ローパス特性変更手段と、前
記輝度信号に関して検出帯域を自由に変更して高周波成
分を検出するための高周検波手段とを付加し、前記動画
モードと高精細モードとで前記光学的ローパス特性変更
手段により遮断周波数領域を変化させ、更に前記高周検
波手段により検出帯域をも変化させて得られる高周波情
報から、前記レンズユニットのフォーカス制御を行うよ
うにしたことを特徴とするものである。

【００２６】また、上記目的を達成するために、本発明
の請求項2記載の撮像装置は、請求項1記載の撮像装置に
おいて、前記光学像屈折手段として、光透過平板ガラス
を光軸主平面上で前記撮像素子の垂直方向に平行な軸上
で回転可能且つ前記撮像素子の水平方向に平行な軸上で
回転可能に構成し、前記撮像素子の水平及び垂直画素サ
イズに応じて前記光透過平板ガラスを所定量回動させる
ことで、前記撮像素子に出射される光路を変化させるこ
とを特徴とするものである。

【００２７】更に、上記目的を達成するために、本発明
の請求項3記載の撮像装置は、請求項1記載の撮像装置に
おいて、前記光学的ローパス特性変更手段として、光軸
に垂直に固定させた第１の水晶複屈折板と光軸を中心に
回転可能な第２の水晶複屈折板とからなる光学的ローパ
スフィルタを備え、前記第２の水晶複屈折板を回転する
ことでカットオフ特性を変化させることを特徴とするも
のである。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
１及び図２に基づき説明する。図1は、本発明の一実施
の形態に係る動画モード機能と高解像度モード機能とを
有する撮像装置の概略構成を示すブロック図である。同
図において、1は被写体からの光画像をCCD（撮像素子）
2に導くためのレンズ群、2は光画像情報を電気信号に変
換するためのCCD、3は平行平板ガラス装置で、垂直方向
（図中、a方向）及び水平方向（図中、b方向）に回転可
能な平行平板ガラス3aを有している。4は光学的ローパ
スフィルタ回転機構部であり、その中央部には光学的ロ
ーパスフィルタ（回転側光学的ローパスフィルタ）5が
光軸を中心に所定角度の範囲で一方向（図中、c方向）
に回転可能に保持されている。6は固定側光学的ローパ
スフイルタである。動画モード時に回転側光学的ローパ
スフィルタ5は光学的ローパスフィルタ回転装置4により
高周波を除去する位置に固定されている。高解像度モー
ドでは、回転側光学的ローパスフィルタ5は、光学的ロ
ーパスフイルタ回転装置4により高周波を除去しない位
置に回転される。

【００２９】7は信号処理装置で、CCD2からの信号を映
像信号に変換する。8は信号制御装置で、撮像モードに
よって映像信号の流れを制御する。9は第１の検波装置
で、信号処理装置7からの映像信号で約4MHzの高域周波
成分を検波する。10は第２の検波装置で、信号処理装置
7からの映像信号で第１の検波装置9より高域の約7MHzの
高域周波成分を検波する。11はレンズ制御装置で、第１
の検波装置9または第２の検波装置10から出力された高
域周波成分信号とレンズ位置検出装置12の検出情報とに
より、レンズ群1を制御して焦点を合わせるものであ
る。12はズーム情報及び焦点レンズ位置情報を検出する
レンズ位置検出装置、13はレンズ群1を駆動するための
モータである。

【００３０】次に、上記構成になる本実施の形態に係る
撮像装置の動作を、図1及び図2を使用して説明する。

【００３１】動画モードで焦点を合わせる場合は、図1
においてレンズ群1から入射された画像の空間周波数成
分は、光学的ローパスフィルタ4を通過して一定以上の
高周波の空間周波数成分が除去されてCCD2に入力され
る。CDD2で電気信号に変換された画像は、信号処理部7
で映像信号に変換される。該変換された映像信号は、信
号制御装置8により動画モード時は、第1の検波装置9に
送られる。該第1の検波装置9に送られた映像信号は、約
4MHz帯の高周波をバンドパスフィルタで抜き出されてレ
ンズ制御装置11に送られる。このレンズ制御装置11は、
第1の検波装置9から送られてきた高周波成分とレンズ位
置検出装置12の情報とを使用して、レンズ群1をモータ1
3で制御して焦点を合わせる。

【００３２】高解像度モードで焦点を合わせる場合は、
図1において光学的ローパスフィルタ回転機構4は、回転
側の光学的ローパスフィルタ5を撮影光軸を中心に45度
回転させ、固定側の光学的ローパスフィルタ6との関係
で空間周波数の高域成分の減衰を防止する（特開平７−
２４５７６２号）。よって、レンズ群1より入射された
光画像の空間周波数成分は、高周波成分を除去されずに
CCD2に入力される。CDD2で電気信号に変換された上記光
画像は、信号処理部7で映像信号に処理され、該処理さ
れた映像信号は、高解像度モード時においては信号制御
装置8により第2の検波装置10に送られる。この第２の検
波装置10に送られた映像信号は、第1の検波装置9より高
域の約7MHz帯の高周波をバンドパスフィルタで抜き出さ
れてレンズ制御装置11に送られる。このレンズ制御装置
11は、第2の検波装置10から送られてきた高周波とレン
ズ位置検出装置12の情報とから、レンズ群1をモータ13
で制御して焦点を合せる。そして、焦点が合うと、平行
平板ガラス装置3の平行平板ガラス3aを駆動して画素ず
らしを開始する。

【００３３】図2は、高解像度モードでの高解像度撮影
を開始するまでの動作制御手順を示すフローチャートで
ある。尚、このフローチャートを実行するためのプログ
ラムは、図示しないＲＯＭ（読み出し専用メモリ）等の
記憶手段に格納され、マイクロコンピュータ等により実
行される。

【００３４】図2のステップＳ20lで高解像度モードに切
り換え、ステップＳ202で光学的ローパスフィルタ5の機
能をキャンセルする。次に、ステップＳ203で第2の検波
装置10を選択し、ステップＳ204で焦点を合わせ、ステ
ップＳ205で平行平板ガラス3aを駆動して高解像度撮影
を実行した後、本処理動作を終了する。

【００３５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の撮像装置
によれば、光学的ローパスフィルタが有効な場合より高
域の周波数を検波できる検波装置と、焦点を合わせる動
作前に前記光学的ローパスフィルタの機能をキャンセル
して前記検波装置に切り換える切換手段とを備えたか
ら、通常より高周波を使用して焦点精度を向上させるこ
とができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る撮像装置の概略構
成を示すブロック図である。

【図２】同撮像装置における高解像度の撮像を開始する
段階までの動作制御手順を示すフローチャートである。

【図３】従来の撮像装置の概略構成を示すブロック図で
ある。

【図４】同従来の撮像装置における平行平板ガラスによ
る光路ずらしの摸式図である。

【図５】同従来の撮像装置における撮像素子の画素配列
及び開口例を示す図である。

【図６】同従来の撮像装置における光学的ローパスフィ
ルタ回転機構の概略構成を示す図である。

【図７】同従来の撮像装置における光学的ローパスフィ
ルタ回転機構の概略構成を示す図である。

【図８】同従来の撮像装置における合焦点と高周波との
関係を示す図である。

【図９】同従来の撮像装置における焦点を合わせる段階
の動作制御手順を示すフローチャートである。

【図１０】同従来の撮像装置における高解像度の撮像を
開始する段階までの動作制御手順を示すフローチャート
である。

【符号の説明】

1 レンズ群 2 撮像素子 3 平行平板ガラス装置 3a 平行平板ガラス 4 光学的ローパスフィルタ 5 光学的ローパスフィルタ回転駆動部 6 固定側の光学的ローパスフィルタ 7 信号処理装置 8 信号制御回路 9 検波装置 10 高周波検波装置 11 レンズ制御装置 12 レンズ位置検出装置 13 モータ 301 レンズ群 302 撮像素子 303 平行平板ガラス装置 304 光学的ローパスフィルタ 305 光学的ローパスフィルタ回転駆動部 306 固定側の光学的ローパスフィルタ 307 信号処理装置 308 検波装置 309 レンズ制御装置 310 レンズ位置検出装置 311 モータ 401 平行平板ガラス 402 入射光 403 出射光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フォーカス制御可能なレンズユニット
と、前記レンズユニットから得られる光学像を屈折させ
る光学像屈折手段と、前記光学像屈折手段から得られる
光学的映像信号の高域信号成分を除去する光学的ローパ
スフィルタと、光学的映像信号を電気信号に変換する撮
像素子と、前記撮像素子から得られた電気信号に対して
各種の信号処理を行い輝度信号及び色差信号を生成する
信号処理手段とを具備し、通常の動画像モードと、前記
光学像屈折手段を変化させて複数画像を撮像し且つこれ
らの画像を合成することで高精細画像を撮像できる高精
細画像モードとを選択し得る撮像装置において、前記光
学的ローパスフィルタの遮断周波数領域を変更する光学
的ローパス特性変更手段と、前記輝度信号に関して検出
帯域を自由に変更して高周波成分を検出するための高周
検波手段とを付加し、前記動画モードと高精細モードと
で前記光学的ローパス特性変更手段により遮断周波数領
域を変化させ、更に前記高周検波手段により検出帯域を
も変化させて得られる高周波情報から、前記レンズユニ
ットのフォーカス制御を行うようにしたことを特徴とす
る撮像装置。
【請求項２】前記光学像屈折手段として、光透過平板
ガラスを光軸主平面上で前記撮像素子の垂直方向に平行
な軸上で回転可能且つ前記撮像素子の水平方向に平行な
軸上で回転可能に構成し、前記撮像素子の水平及び垂直
画素サイズに応じて前記光透過平板ガラスを所定量回動
させることで、前記撮像素子に出射される光路を変化さ
せることを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
【請求項３】前記光学的ローパス特性変更手段とし
て、光軸に垂直に固定させた第１の水晶複屈折板と光軸
を中心に回転可能な第２の水晶複屈折板とからなる光学
的ローパスフィルタを備え、前記第２の水晶複屈折板を
回転することでカットオフ特性を変化させることを特徴
とする請求項1記載の撮像装置。