JP2650625B2 - 自動合焦手段を有するビデオカメラ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、自動合焦手段を有する
ビデオカメラに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、ビデオカメラに装備されているフ
ォーカス装置はいわゆる二重像合致方式などの三角測量
の原理を用いてカメラと被写体間の距離を計測し、その
後に計測した距離にピントを合わせるようにレンズの前
玉部分をモータであらかじめ距離軸上で構成された位置
まで移動される方式が採用されている。 【０００３】この方式あるいは類似の方式は、通常距離
が、たとえば1m〜∞（無限大距離）の被写体に対するオ
ートフォーカス機能を得ることが出来るが、被写体がこ
れ以下の距離、たとえばレンズから数cmしか離れていな
い場合のクローズアップ撮影時、いわゆるマクロ撮影時
には無力である。 【０００４】この方式がマクロ撮影時にオートフォーカ
ス動作できない理由は主に下記の３点である。 【０００５】（1）三角測量方式あるいはその類似の方
式では数m〜∞もの大きな距離範囲にわたる精度の良い
距離測定が出来ない。 【０００６】すなわち三角測量方式は鏡の振れ角を距離
に対応、変換して使用するものであるが、数cm〜∞を測
定するための鏡の振れ角幅は数十度必要となり、非現実
的な値となる。 【０００７】（2）数cm先の被写体に対しては三角測量
用のユニットとレンズのパララックスが大きくなり、測
定した距離が必ずしも撮影すべき被写体までの距離では
なくなる確立が著しく増大する。 【０００８】（3）オートフォーカス装置はレンズの前
玉部分の距離リングを回転制御することによりピント合
わせするが、通常マクロ域のピント合わせはズームリン
グを用いて行うため、オートフォーカス装置ではマクロ
域のピント合わせが出来ない。 【０００９】これらの理由は原理上から見れば超高精度
の鏡振れ角更正制御、パララックス補正手段、ズームリ
ングにもオートフォーカス信号を送り制御するなどの手
段を用いれば解決可能に見えるが、現在のところその実
現性は不可能に近い。さらに、前玉部分の位置制御を行
う方式では、前玉部分の移動量（繰出量）が大きいた
め、ビデオカメラの小形化には不向きである。また、撮
像ビデオ信号の高周波成分を焦点正合度を表す検出信号
として、前玉制御方式のオートフォーカスを実現しよう
とすると、特開昭５５−７６３０９号公報記載のように
焦点距離（倍率）の変化により焦点深度が変化する。こ
のため、検出信号も焦点距離に応じて変化するので、こ
の変化に影響されない安定な焦点合わせ動作を実現しよ
うとすると特開昭５５−７６３０９号公報記載のように
制御自体が複雑となる。また前玉移動に伴う焦点距離の
変化も比較的大きいので、フォーカシング動作時に画角
変動が生じ、見苦しい撮像画像となる。 【００１０】一方、一旦合焦がとれた後にズーム倍率に
応じて後玉部分の位置を制御して、ズーム倍率が変わっ
ても焦点ずれを防止するようにした方式が例えば特公昭
５２−１５２２６号公報に示されているが、この公知例
においてもレンズ直前の極至近距離で自動合焦を行うこ
とに関しては一切開示されてない。さらに、後玉制御の
方式では、この公知例にも記載されているように、フォ
ーカシング群のレンズ位置は、同じ被写体距離において
もズーム倍率によって異なるため、被写体距離およびズ
ーム倍率によりフォーカシング群のレンズ位置を求める
演算手段が必要であり、焦点合わせ動作が極めて煩雑な
ものであった。 【００１１】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高精
度で小型化に適したフォーカス装置を有するビデオカメ
ラを提供することにある。 【００１２】 【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するため、レンズ系後部に配置されたマスターレン
ズを有し、ズーム倍率が所定の範囲で可変のズームレン
ズと、前記マスターレンズの後方に近接して配置され前
記ズームレンズより得られた光学像を電気信号に変換す
る撮像素子、および前記電気信号を処理してビデオ信号
を得る信号処理回路からなる力メラ回路と、を有するビ
デオカメラにおいて、前記カメラ回路より出力された前
記ビデオ信号に基づいて垂直走査周期ごとに焦点正合度
を検出する焦点量検出回路と、前記マスターレンズを前
後に移動させる駆動手段と、前記ズーム倍率の前記所定
の範囲全部にわたって、前記焦点量検出回路により検出
された焦点正合度に応じて、前記駆動手段を介して前記
マスターレンズの位置を制御し、前記ズーム倍率が小さ
いほど同じ被写体の距離範囲をカバーするためのマスタ
ーレンズ位置の移動範囲を小さくする自動焦点手段とが
設けられる。 【００１３】 【作用】これにより、ズーミングが不要な極至近距離に
おいてはズーム倍率が低い状態でマスターレンズを至近
端域で移動させることができるので、極至近距離におい
ても正確な合焦が可能となる。ビデオカメラの撮像ビデ
オ信号そのものが、マスターレンズの位置制御のための
焦点正合度に対応する信号として用いられるので、ズー
ム倍率が低い状態で極至近距離の被写体を撮像して得ら
れる撮像ビデオ信号は極至近距離の焦点正合度に対応す
る信号となる。さらに、この信号により上記力メラ回
路、焦点量検出回路および合焦手段からなるフィードバ
ック制御系がマスターレンズの位置を自動制御するの
で、一旦合焦後ズーム倍率を変えても特公昭５２−１５
２２６号公報に示されたような煩雑な処理を行うことな
く、レンズ直前の極至近距離においても正しい合焦状態
が得られ、またズームレンズと力メラ回路との間の組立
誤差が生じても正しい合焦状態が得られる。また、マス
ターレンズの移動により合焦を行うので、その移動量は
少なく、より小形化のビデオカメラを実現出来るととも
に、後玉制御方式に撮像ビデオ信号の高周波成分を焦点
正合度に対応する検出信号として用いても検出信号はズ
ーム倍率変化による影響を受けないので、特開昭５５−
７６３０９号公報記載のような複雑な処理が不要とな
り、安定で自然な焦点合わせ動作が可能となる。 【００１４】 【実施例】本発明の一実施例を図１に示すシステム構成
ブロック図、及び図２に示す特性図を用いて説明する。 【００１５】図１において、１はズームレンズであり、
マスターレンズの一部あるいは全部を移動することによ
りピント合わせ動作可能な構成を有する。 【００１６】２はビデオカメラの撮像素子や信号処理回
路などから成るカメラ回路、３は焦点量検出回路、４は
差分検出回路、５はモータ駆動回路、６はズームレンズ
１の上記ピント合わせ構造を駆動するモータ、７はズー
ムレンズ１のズーム位置、すなわち焦点距離を検出する
ためズームレバーに連動して回転するポテンショメー夕
などのズーム位置検出器、８は移動範囲計算回路、９は
上記ピント合わせ構造がいかなる距離に整合しているか
を検出するためのレンズ位置検出器であり、１０はこの
構成が通常距離範囲のオートフォーカス動作をするの
か、それともマクロ域の動作を設定するのかを設定する
ための押釦スイッチである。また、１１は自動、手動を
切換えるスイッチ、１２はスイッチ１１が手動側に切換
えられたときに手動操作によりピント合わせを行う操作
スイッチである。 【００１７】先ず、押釦スイッチ１０により同図の構造
が通常距離、たとえば至近距離1m〜∞（無限大距離）の
範囲でオートフォーカス動作する場合につき説明する。 【００１８】ズームレンズ１に入射する被写体像がカメ
ラ回路２で撮像ビデオ信号となり、焦点量検出回路３に
入力される。焦点量検出回路３は撮影中の画面のピント
具合、すなわち画面の輪郭のシャープさに対応する上記
撮影ビデオ信号の高域周波数成分の量を一枚の画面周
期、たとえば１／６０秒ごとに差分検出回路４に入力す
る。従って、モータ駆動回路５でモータ６によりズーム
レンズ１のピント合わせ構造を移動しながら上記機能を
動作させると差分検出回路４の出力には、もしモータ８
の回転方向がピントが合って行く状態であれば正の電圧
出力、逆にピントがボケて行く方向なら負の電圧出力が
得られるわけであり、この出力が正の電圧ならばモータ
８の回転方向をそのままに保ち、負の電圧であればモー
タ８の回転方向を逆にすることにより、オートフォーカ
ス動作を行う。ここで、ズームレンズ１のピント合わせ
はマスターレンズ系の一部あるいは全部を移動すること
により行っている。この場合、マスターレンズの位置と
その位置でピントの合う被写体距離は図２のイ，ロ，ハ
に示すごとく、∞の距離の被写体の場合は、ズーム倍率
が変化した場合でも焦点の合うマスターレンズの位置は
一定である。しかし、その他の距離の被写体の場合は、
倍率の変化にともない焦点の合うマスターレンズの位置
が変化する（至近距離１mの被写体の場合は図中（ハ）
の曲線、距離２mの被写体の場合は図中（ロ）の曲
線）。すなわち、焦点距離が最小（ズーム倍率が最小）
のとき、例えばＡ１の値のときは、焦点距離が最大のと
き（Ａ２）と同じ被写体の距離範囲をカバーするための
マスターレンズ位置の移動範囲は同図中の０〜Ｂ１とい
う小さな値で良い。この焦点距離の違いによるマスター
レンズ位置の移動範囲の違いはほぼズームレンズ１のズ
ーム倍率の２乗に比例する。たとえば、６倍のズームレ
ンズが用いられている場合は、１m〜∞距離の被写体
を、６倍の倍率で撮影したときのマスターレンズの移動
範囲に比べ、1倍の倍率で撮像したときのマスターレン
ズの移動範囲はその約１／３６となる。 【００１９】このため、マクロ域の撮影をせず、低い倍
率で撮影するときには、ボケ方向ヘのマスターレンズの
移動を最小限にするためマスターレンズの範囲を制限す
ると、迅速にオートフォーカス動作が行える。通常距離
範囲のオートフォーカス動作では、ズームレンズ１のズ
ーム環に連動するズーム位置検出器７により焦点距離を
検出し、これを図２の特性を計算式あるいは表として内
蔵する移動範囲計算回路８に入力することにより、マス
ターレンズ位置を検出するレンズ位置検出器９の出力を
参照しつつモータ駆動回路５を介してモータ６を制御
し、ズームレンズ１のピント合わせ構造の移動範囲を必
要最小限の値の範囲内に留めるのが良い。 【００２０】次に押釦スイッチ１０により、図１の構成
がマクロ域、すなわち数cm〜１mのオートフォーカス装
置として動作する場合につき説明する。マスターレンズ
の移動によるピント合わせを行う場合、いわゆるマクロ
操作は焦点距離がいかなる値の場合でも可能であるが、
説明を簡単にするため、焦点距離が最小値Ａ１すなわち
ズーム倍率が最小の場合につき説明する。焦点距離がＡ
１の場合、通常距離範囲の被写体を撮像する場合には前
述の如くマスターレンズは範囲０〜Ｂ１の移動範囲内で
焦点合わせが可能である。しかし逆に移動範囲をこれに
制限せず、焦点距離がＡ１の場合でも、ズーム倍率が最
大値の場合のマスターレンズ移動範囲である０〜Ｂ２
（無限遠端〜最至近端）の範囲でマスターレンズを移動
させれば、ピント合わせの可能な被写体距離の範囲は、
ほぼ(通常距離範囲ピント合わせの至近距離／ズーム倍率の2乗)〜∞ となる。すなわち、ズーム倍率６倍のとき、１m〜∞ま
での被写体の撮影が可能であった場合には、ズーム倍率
１倍のときには、２．８cm〜∞までの被写体の撮影が可
能となる。言い替えれば押釦スイッチ１０によりマクロ
域のオートフォーカス動作が指定された場合、移動範囲
計算回路８のマスターレンズ移動可能範囲を０〜Ｂ２と
することにより、図１の構成でマクロ域でのオートフォ
ーカス動作が可能である。もちろん、図１の構成から押
釦スイッチを削除し、マスターレンズの移動範囲を制限
しなければ、常にマクロ域の撮影が可能であり、このよ
うな押釦スイッチのない構成でも差し支えない。 【００２１】 【発明の効果】本発明によれば、ビデオカメラの撮像ビ
デオ信号そのものによりフィードバック制御系がマスタ
ーレンズの位置を自動制御するので、ズ−ム倍率が小の
時、同じ被写体の距離範囲をカバーするためのマスター
レンズ位置の移動範囲を小さくし、また、その場合でも
ズームレンズとカメラ回路との間の組立誤差の影響を除
くことができ、レンズ直前の極至近距離においても正し
い合焦状態が得られる。また、より小形化のビデオカメ
ラを実現出来るとともに、後玉制御方式に撮像ビデオ信
号の高周波成分を焦点正合度に対応する検出信号として
用いても検出信号はズーム倍率変化による影響を受け
ず、さらに、フォーカシング時に画角変動も生じないの
で、安定で自然な焦点合わせ動作が可能となる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明によるビデオカメラのオートフォーカス
装置の一実施例を示すブロック図である。 【図２】図１のマスターレンズの動作を説明する特性図
である。 【符号の説明】 １…ズームレンズ、２…カメラ回路、３…焦点量検出回
路、４…差分検出回路、５…モータ駆動回路、６…モー
タ、７…ズーム位置検出回路、８…移動範囲計算回路、
９…レンズ位置検出器、１０…押釦スイッチ。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．自動合焦手段を有するビデオカメラにおいて、 対物レンズと変倍レンズとマスターレンズを有し、前記
   マスターレンズの１部あるいは全部を移動することによ
   り焦点合わせ可能な構造を有するズーム倍率が可変なズ
   ームレンズを備えており、 自動合焦手段は一つの閉ループで構成されており、該自
   動合焦手段は、 前記マスターレンズの１部あるいは全部の移動を行なう
   駆動手段と、 前記ズームレンズを通して結像する光学像を電気信号に
   変換してビデオ信号を出力するカメラ回路手段と、 前記カメラ回路手段から出力されるビデオ信号から画像
   輪郭のシャープさに対応する信号を出力する焦点量検出
   手段と、 前記画像輪郭のシャープさに対応する信号から焦点補正
   信号を出力する焦点補正信号出力手段と、 前記焦点補正信号により前記駆動手段を介して前記マス
   ターレンズの１部あるいは全部を移動させて焦点合わせ
   を行なう駆動手段制御回路とを有し、さらに、前記マスターレンズ位置を検出するレンズ位置
   検出手段と、前記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を備え、 前記駆動手段制御回路は前記ズームレンズのズーム倍率
   を変化させた際に前記レンズ位置検出手段の出力と前記
   ズーム位置検出手段の出力とを参照しつつ前記駆動手段
   を制御する ことを特徴とする自動合焦手段を有するビデ
   オカメラ。