JP2004029838A

JP2004029838A - カメラの焦点調節方法、カメラ。

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Publication number: JP2004029838A
Application number: JP2003273129A
Authority: JP
Inventors: Shinya Sakaida; 境田　信也
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2003-07-11
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2016-10-31
Also published as: JP3850395B2

Abstract

【課題】　焦点調節時のバラツキが大きく、焦点調節後にも撮像時の光源の種類によっては、見た目にもピントが合ってないように見える映像のものができていた。
【解決手段】　カメラから所定の距離の位置に、２種類の特定の色を使用して縞を配列し隣接する縞が互いに色の異なる色付きの縞チャートを置き、これを可視光領域のみの分光特性をもつ光源によって照明し、当該色付き縞チャートの縞部分に対応する映像信号のレベルがピーク値をとり、当該色付き縞チャートが最もクリヤーな画像として映し出されるように当該カメラの焦点調節を行う。
【選択図】　図５

Description

　本発明は、カメラ付き子機と、該カメラ付き子機と伝送線で接続されたテレビモニター付き親機とからなるテレビドアホン装置の焦点調節方法に関するものである。

　従来のテレビドアホン装置のカメラ付き子機は、一般的に、夜間の撮影確保のために半導体赤外発光素子（以下、赤外ＬＥＤと言う）数個が設置されており、それを利用して夜間の映像を映し出していた。

　また、テレビドアホン装置の焦点調節方法、即ちカメラ付き子機の焦点調節方法としては、白黒の縞チャートを撮像し、当該縞チャートの縞部分に対応する映像（輝度）信号のレベルがピーク値をとる様にカメラに搭載しているレンズの位置を前後に移動することによって、焦点を調節していた。

　また、当該縞チャートの撮像時、白熱灯、蛍光灯または赤外ＬＥＤ光を用いて当該縞チャートを照明し、これによって対応する映像（輝度）信号のレベルを大きくし、これによりそのピーク値をとる位置を探しやすくなる様にして、カメラ付き子機の焦点を調節していた。
実開平０６−０６６１８３号公報特開平０７−２７４０５５号公報

　上記した従来のテレビドアホン装置の焦点調節方法では、白黒縞チャート撮像時の照明として白熱灯、蛍光灯または赤外ＬＥＤ光を用いており、その分光発光特性の違いにより赤外ＬＥＤ光光源下で調整を行った時には、赤外ＬＥＤ光光源下ではクリアーな映像となるが、蛍光灯光源下ではぼけ気味の映像となり、逆に蛍光灯光源下で調整を行った時には、蛍光灯光源下ではクリアーな映像となるが、赤外ＬＥＤ光源下ではぼけ気味の映像となるという欠点があった。

　これは、各光源の分光発光特性と撮像素子（ＣＣＤ）の分光感度特性を掛け合わせた分光特性（図１０に示す）におけるピーク波長が異なるためであり、特にプラスチックレンズなど色収差の大きいレンズ（入射光の波長の違いによるジャストピント位置の変化の大きいレンズ）の場合、顕著となっていた。

　また、図１０に示す分光特性からも言える様に、白熱灯光源下で調整を行った場合は特に、波長対分光出力のカーブが他の蛍光灯や赤外ＬＥＤ光を光源にした場合に比べてクリティカルでないため、レンズを前後に動かした時の映像の振幅レベルの変化が小さく、真のピーク値を求めづらいため、次の調節のバラツキが生じていた。

　即ち、より赤外ＬＥＤ光側に調節されたものとより蛍光灯側に調節されたものができていた。前者は赤外ＬＥＤ光光源下で撮像するとくっきりした映像になるが、蛍光灯光源下で撮像するとぼけの大きな映像となり、後者はその逆となる。このように焦点調節時のバラツキが大きく、その結果、焦点調節後のものの中に撮像時の光源の種類によっては見た目にもピントが合ってないように見える映像となるものができていた。蛍光灯光源下で調整を行った場合も、白熱灯光源下ほどではないが調節のバラツキは生じる。これは白熱灯や蛍光灯は赤外ＬＥＤ光光源の様な単一波長の分光発光特性をもつ光源ではなく、その分光発光特性が波長のある範囲で広がりをもつ光源であるからである。

　また、焦点調節時において白黒縞チャートを照明する光源として、例えば、蛍光灯を選択したとしてもその分光発光特性が個々によって違い、また経時的な変化もあり、これによって焦点位置がずれる恐れもあった。

　そこで、本発明は上記課題に鑑み、白熱灯、蛍光灯、赤外ＬＥＤ光の各光源下の撮像においてバランスよくピントが合い、その結果、いずれの光源下においてもクリヤーな映像をテレビモニター付き親機にて映し出すことができ、また、白熱灯や蛍光灯等、その分光発光特性が波長のある範囲で広がりをもつ光源で焦点調節をする場合において焦点調節時のバラツキを小さくするとともに、光源の分光発光特性の違いや経時変化等による焦点位置のずれを軽減することのできるテレビドアホン装置の焦点調節方法を提供するものである。

　本発明のテレビドアホン装置の焦点調節方法は、上記目的を達成するものであって、請求項１記載の発明は、カメラ付き子機と該カメラ付き子機と伝送線で接続されたテレビモニター付き親機とからなるテレビドアホンの焦点調節方法において、焦点調節時のバラツキを小さくするために、光源の分光発光特性と撮像素子（ＣＣＤ）の分光感度特性を掛け合わせた分光特性がある特定の波長で鋭いピークをもつように色付き縞チャートを用いて焦点調節を行うことを特徴とするものである。

　従って、白黒縞チャートを用いた時は、白は可視光領域の全ての波長の光を反射するため（黒は可視光領域の全ての光を吸収する。）、光源のもつ分光発光特性に現れる全ての波長の光がレンズの焦点調節に寄与することになる。この白黒縞チャートの白または白と黒の代わりに、赤、青などの色付きを用いると、可視光領域の全ての波長のうち、赤、青など特定の波長の光しか反射しないため、光源の分光発光特性が可視光領域に限定されておれば、赤、青など特定の波長の光のみがレンズの焦点調節に寄与する。後者は前者に比べ、レンズを前後に動かしたときの映像の振幅の変化がはるかにクリティカルになり、焦点調節の際のバラツキを小さくすることができる。また、光源の分光発光特性の違いや経時変化など、光源に依存するところをかなりの割合で取り除くことができる。

　また、本発明は、請求項１記載の発明における特定の色付き縞チャートの色として、赤と黒を用い、この赤黒の縞チャートを可視光領域のみの分光発光特性をもつ光源によって照明して焦点調節を行うことにより単一波長である赤の波長（約６５０ｎｍ）に焦点を合わせることができ、これにより蛍光灯光源下における焦点の位置と赤外ＬＥＤ光光源下における焦点の位置の間の適切な位置に焦点を合わせることができる。

　その結果、白熱灯、蛍光灯、赤外ＬＥＤ光の各光源下の撮像においてバランスよくピントが合い、いずれの光源下においてもクリヤーな映像をテレビモニター付き親機にて映し出すことができる様になる。

　そして、請求項３及び請求項４記載の発明は、焦点調節の際に利用する縞チャートの縞部分の映像（輝度）信号の振幅レベルを検出する手段についての発明であり、請求項３記載の発明では、請求項２記載のカメラの焦点調節方法において、焦点調節時に縞チャートの縞部分に対応する映像（輝度）信号のレベルのピーク値を検出する手段として、全体の映像（輝度）信号より縞部分に相当する部分を取り出すために、前記映像（輝度）信号より高周波成分を抽出し、このピーク値を画面の全面領域または特定の選択した領域において平均化した値で評価することを特徴とするものであり、また、請求項４の記載の発明では、請求項１または請求項２に記載のカメラの焦点調節方法において、焦点調節時に映像信号の縞チャートの縞部分に相当する部分のレベルのピーク値を検出する手段として、映像（輝度）信号の輝度成分のレベルが撮像画面の水平方向並びに垂直方向において変化しているポイントを抽出し、各ポイントにおける変化レベルを画面の全面領域または特定の選択した領域において平均化した値で評価することを特徴とするものである。

　従って、特に請求項４記載の発明により請求項１記載の発明の縞チャートはカメラの撮像画面に対し縦に配列する必要がなくなり、横あるいは斜めに配列することも可能となる。カメラ回路で回路的に高域補正をしている場合は焦点調節の縞チャートの配列として縦よりも横の方が調節しやすいこともある。（縞チャートを縦に配列している場合、回路的に高域補正をしていると、焦点がジャストピントの位置より少しずれていても縞部分に対応する映像（輝度）信号の振幅レベルが回路上の高域補正によりジャストピントの位置におけるレベルとあまり変わらなくなり、調節しずらいことがある。）また、請求項５記載の発明により焦点調節時の被写体として縞チャート以外のものも利用できるようになる。

　そしてまた、請求項５記載の発明は、焦点調節の際に用いる被写体として前述した様に請求項１記載の発明の色付き縞チャートの代わりにある特定の色で構成された精細かつ均一な模様、文字あるいは記号などを使用し、請求項４に記載の発明の、撮像画面の水平方向並びに垂直方向における輝度レベルの変化ポイントにおける変化レベルの平均値が最も大きくなり、その被写体が最もクリヤーな画像として映し出される様に当該カメラの焦点を調節することを特徴とするものである。

　従って、縞チャートを用いて対応する縞部分の映像（輝度）信号の振幅レベルがピーク値をとる様に調節する方法に比べ、焦点調節時に人の目で実際に焦点がジャストに合っていることを実感できるというメリットがある。

　そしてまた、請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載のカメラの焦点調節方法で焦点調節したカメラである。

　以上のように本発明は、テレビドアホン装置の焦点調節方法において、カメラの焦点の調節の際、使用する被写体として、従来の白黒縞チャートの代わりに特定の色付き縞チャートまたは特定の色のついた精細な被写体を使用することにより、ある特定の波長に焦点を合わせることが可能になり、焦点調節時の焦点位置のバラツキを小さくし、また、被写体を照明する光源の分光発光特性の違いや経時変化による焦点位置のずれを小さくすることができ、焦点位置調節の際の光源による依存性を少なくすることができる。

　また、この特定の波長として赤を選び、赤黒の縞チャートまたは赤黒の精細な被写体を使用して焦点調節を行えば、テレビドアホンのカメラの様に可視光領域から赤外ＬＥＤ光領域までの広範囲の光波長領域を必要とするカメラに関して、いずれの波長の光源下においてもかたよりがなく、くっきりした映像をテレビモニターに映し出すことができる。また、この焦点調節の方法はテレビドアホンのカメラのみならず、その他のカメラにおいても十分その適用が可能である。

　以下、本発明のテレビドアホン装置の焦点調節方法の実施の形態を図面を参照して説明する。

　ここに、図１は本発明のテレビドアホン装置の焦点調節方法の実施の形態を説明するためのテレビドアホン装置を示す概略図、図２は図１のテレビドアホン装置のカメラ付き子機の基板単体での構成を示す概略図、図３は図１のカメラ付き子機に使用しているレンズを上から見た概略図、図４は図１のカメラ付き子機に使用しているレンズを横から見た概略図、図５は蛍光灯光源と赤外ＬＥＤ光源とでカメラのレンズ位置が異なることを示した概略図、図６はカメラ付き子機の焦点調節用専用治具の概略図である。

　また、図７は焦点調節の際の縞チャート撮像時における対応する縞部分の映像信号波形の概略図、図８は従来の技術における焦点調節の際の白黒チャートを示す概略図であり、白色と黒色が互いに等間隔に縦に列をなし、１５０ＴＶ本以上の解像度を確認できるものであり、図９は本発明に基づく焦点調節の際の赤黒チャートを示す概略図であり、赤色と黒色が互いに等間隔に縦に列をなし、１５０ＴＶ本以上の解像度を確認できるものである。

　また、図１０は光源の分光発光特性と撮像素子（ＣＣＤ）の分光感度特性を掛け合わせた分光特性を示す図であり、図１１は焦点調節の際、縞チャートの縞部分に対応する映像信号よりピーク値を探す方法を示すブロック図であり、図１２は焦点調節の際、被写体に関してその画像の精細度を表わす信号を作る方法を示すブロック図である。

　まず、テレビドアホン装置は図１に示す様にカメラ付き子機１とテレビモニター付き親機３とを伝送線２にて接続されている。図中、４はテレビモニターである。前記カメラ付き子機１は、その内部構造が図２乃至図４に示す様に基板５に対し、レンズの鏡筒部８を左回りに回す、即ち、回転させることでレンズを前後にスライド式に移動させることで焦点調節を可能にし、レンズのマスターフランジ部９の上部に設けたレンズ固定ネジ１０にて、レンズのマスターフランジ部９と鏡筒部８を固定することができるレンズ７と赤外ＬＥＤ６とが設けられている。

　図５に示す様にレンズ１３に入射する光源の分光発光特性が異なればレンズ１３の色収差の違いによってレンズ１３の焦点位置が違ってくる。例えば、図５の上段は光源が赤外ＬＥＤ光の場合の焦点位置であり、下段は光源が蛍光灯の場合の焦点位置である。図５の上段の位置に焦点を合わせると、蛍光灯光源下でクリヤーな映像となるが、赤外ＬＥＤ光光源下でぼけた映像となる。また、図５の下段の位置に焦点を合わせると、赤外ＬＥＤ光光源下でクリヤーな映像となるが、蛍光灯光源下でぼけた映像となる。

　よって、図５に示す、蛍光灯光源１２によるレンズ焦点位置１５と赤外ＬＥＤ光源１１によるレンズ焦点位置１６のそれぞれのレンズ焦点位置の間の適切な位置に本カメラのレンズ焦点位置を定めることで、蛍光灯光源１２と赤外ＬＥＤ光源１１のどちらの光源下においてバランスよく焦点が合い、どちらの光源下においてもクリヤーな映像をテレビドアホン装置の親機３のモニター４にて映し出すことが可能となる。

　赤黒の縞チャートを可視光領域のみ分光発光特性をもつ光源によって照明し、これを撮像して、単一波長である赤色の波長に焦点を合わせることにより前述した蛍光灯と赤外ＬＥＤの両光源のレンズ焦点位置の間の適切な位置の本カメラのレンズ焦点位置を定めている。また、レンズに入射する光の波長は縞チャートの赤色の単一波長であり、照明用光源の違いや経時変化によってレンズ焦点位置がずれが小さくなる。

　図６は本発明に基づく、焦点調節専用治具の一例であり、暗箱内に設けた焦点調節専用治具１７にカメラ付き子機１と照明用光源２５と図９に示す様な被写体としてカメラ付き子機１から所定の距離に配置される赤色と黒色が互いに縦の列をなす縞チャート２４とを備えている。照明用光源としては可視光領域のみの分光発光特性をもつものが用いられるが、可視光以外に赤外光や紫外光を含む光源の場合にはそれらをカットする光学フィルター１９が備えられる。例えば蛍光灯を使用する場合には赤外光は含まないが紫外光を含むため、紫外光カットフィルターが備えられる。ただ、縞チャートとして赤黒の縞チャートを使用しており、この場合は赤色、黒色共に、紫外光を反射しないため、照明用光源が蛍光灯の場合は光学フィルター１９は不要である。

　本発明の焦点調節専用治具１７を用いて縞チャート２４を撮像すると、カメラ付き子機１から出力される映像出力として図７に示す様な映像信号波形２０が出力される。この波形２０を観測しながら赤黒縞チャート２４の縞部分に対応する映像（輝度）信号２１の振幅レベル２２がピーク値をとる様にレンズ７を前後に移動して焦点を調節する。この時、レンズ７の前後移動に際して、チャート縞部分に対応する映像（輝度）信号２１の振幅レベル２２の変化が非常に大きく、即ち変化がクリティカルであるので調節時のバラツキが小さくなる。

　ここで縞チャート２４は赤色と黒色が縦に等間隔に並び、１５０ＴＶ本以上の解像度を確認できる赤黒の縞チャートであり、これを使用した理由はチャートの縞部分に対応する映像（輝度）信号の振幅の波形が画面の各ラインでほぼ同一で周期性のあるものになり、オシロスコープ等計測器でそのレベルを確認するのが容易であり、かつ、そのレベルのピーク値が探しやすくなるからである。

　被写体を撮像した時の画像の精細度を表わす信号を全体としての映像信号より抽出する方法を用い、この信号の大小を見てそのピーク値を探す様にすれば、被写体として、非等間隔の縞チャート、横に配列した縞チャート等が使用できる様になる他、チャートに限らず、精細かつ均一に分布する繰り返し、あるいは非繰り返しの模様や文字、記号の羅列したものが使用できる様になる。

　また、縞チャートの２種類の色として赤と他に黒を使用しているのは黒は可視光領域の全ての波長の光を吸収するため、焦点調節において赤の波長の光のみが存在しこの波長に焦点を合わせるのが容易であるためである。黒の他に青や黄など他の色を用いることもできるが、この場合、２つの波長の光が存在し、縞チャートの縞部分に対応する映像（輝度）信号２１の振幅レベル２２に２つのピークができるので注意を要するが、それを間違えない様に調節すれば、焦点調節時における焦点位置のバラツキの低減や照明用光源への非依存性は赤黒の縞チャートの場合と同等である。

　また、前述した縞チャートの縞部分に対応する映像（輝度）信号のピーク値を検出する方法として縞部分に対応する映像（輝度）信号をそのまま加工せずに使用してそのピーク値を探す方法と加工してそのピーク値を探す方法がある。後者の方法の一例を図１１に示す。縞チャート全体としての映像（輝度）信号ａを高域フィルター３１に入力することにより高周波成分である縞チャートの縞部分のみを抽出し、これを検波部３２と平滑部３３によって平均化して平均値ｂを得る。この平均値ｂは縞チャートの縞部分に対応する映像（輝度）信号２１の振幅レベル２２の平均値であり、この大小を見てそのピーク値を探す様にする。

　また、前述した画像の精細度を表わす信号を作る方法は次の通りである。被写体の全体としての映像（輝度）信号ｃをＡ／Ｄ変換部３４によってＡ／Ｄ変換後、メモリＡ３５にいったん取り込み、このメモリーＡ３５上を画面の水平方向並びに垂直方向に輝度レベルがあるレベル以上変化しているポイントを順次スキャンして探すと共にその変化レベルｄを別のメモリーＢ３６上に記憶していく。このメモリーＢ３６上に記憶された各変化ポイントにおける変化レベルよりその平均値ｅを求めると、これが画面の精細度を表わす信号となり、これが最も大きくなる様に焦点を合わせればよい。平均値を求める際、重み付けをして画面の中央部付近のウェイトを大きく、周辺部のウェイトを小さくして、画面中央部を重視して焦点を合わせるという方法をとることもできる。

本発明のテレビドアホン装置の焦点調節方法の実施の形態を説明するためのテレビドアホン装置を示す概略図である。図１のテレビドアホン装置のカメラ付き子機の基板単体での構成を示す概略図である。図１のテレビドアホン装置のカメラ付き子機に使用しているレンズの概略平面図である。図１のテレビドアホン装置のカメラ付き子機に使用しているレンズの概略側面図である。本発明のテレビドアホン装置の焦点調節方法の実施の形態を説明するための蛍光灯光源と赤外ＬＥＤ光源によるレンズ焦点位置を示す概略図である。図１のテレビドアホン装置の焦点調節専用治具を示す概略図である。図１のテレビドアホン装置のカメラ付き子機から出力される映像信号波形を示す概略図である。本発明のテレビドアホン装置の焦点調節方法の実施の形態を説明するための被写体として白色と黒色が互いに縦に列をなす縞チャートを示す概略図である。本発明のテレビドアホン装置の焦点調節方法の実施の形態を説明するための被写体として赤色と黒色が互いに縦に列をなす縞チャートを示す概略図である。本発明のテレビドアホン装置の焦点調節方法の実施の形態を説明するための光源の分光発光特性と撮像素子の分光感度特性とを掛け合わせた分光特性を示す図である。本発明のテレビドアホン装置の焦点調節方法の実施の形態を説明するための縞チャートの縞部分に対応する映像信号よりそのピーク値を探す方法を示すブロック図である。本発明のテレビドアホン装置の焦点調節方法の実施の形態を説明するための被写体に関して、その画像の精細度を表わす信号を作る方法を示すブロック図である。

符号の説明

　１カメラ付子機
　２伝送線
　３テレビモニター付き親機
　４テレビモニター
　５基板

Claims

カメラの焦点調節方法において、カメラから所定の距離の位置に、白または白と黒の代わりに２種類の特定の色を使用して縞を配列し隣接する縞が互いに色の異なる色付きの縞チャートを置き、これを可視光領域のみの分光発光特性をもつ光源によって照明し、当該色付きの縞チャートの縞部分に対応する映像信号のレベルがピーク値をとり、前記色付きの縞チャートが最もクリヤーな画像として映し出される様に当該カメラの焦点を調節することを特徴とするカメラの焦点調節方法。
請求項１記載のカメラの焦点調節方法において、用いる縞チャートは縞が等間隔に縦に配列され、１５０ＴＶ本以上の解像度を確認できるものであることを特徴とするカメラの焦点調節方法。
請求項２記載のカメラの焦点調節方法において、焦点調節時に縞チャートの縞部分に対応する映像信号のレベルのピーク値を検出する手段として、全体の映像信号より縞部分に相当する部分を取り出すために、前記映像信号より高周波成分を抽出し、このピーク値を画面の全面領域または特定の選択した領域において平均化した値で評価することを特徴とするカメラの焦点調節方法。
請求項１または請求項２に記載のカメラの焦点調節方法において、焦点調節時に映像信号の縞チャートの縞部分に相当する部分のレベルのピーク値を検出する手段として、映像信号の輝度成分のレベルが撮像画面の水平方向並びに垂直方向において変化しているポイントを抽出し、各ポイントにおける変化レベルを画面の全面領域または特定の選択した領域において平均化した値で評価することを特徴とするカメラの焦点調節方法。
請求項１記載のカメラの焦点調節方法において、焦点調節の際の前記色付きの縞チャートの代わりに、前記色付きの縞チャートで使用する２種類の特定の色で構成された精細かつ均一に分布する繰り返し、あるいは、非繰り返しの模様または文字、記号の羅列したものからなる被写体を撮像し、その被写体に関して撮像画面の水平方向並びに垂直方向における輝度レベルの変化ポイントにおける変化レベルの平均値が最も大きくなり、最もクリヤーな画像として映し出される様に当該カメラの焦点を調節することを特徴とするカメラの焦点調節方法。
請求項１〜５のいずれか１項に記載のカメラの焦点調節方法で焦点調節したカメラ。