JPH03191681A - 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、ビデオカメラ等の映像機器に用いて好適な自
動焦点調節装置に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、ビデオカメラ等の映像機器においては、その撮像
信号中より焦点状態に応じた信号を抽出し、これを評価
することにより焦点調節を行うようにした自動焦点調節
装置が知られている。

この種の自動焦点調節装置は所謂「山登りサーボ方式ｊ
として知られているように、映像信号中の高周波成分を
抽出し、そのレベルが最大となるようにレンズを移動す
るものであるが、この方法によると前ピン、後ピン情報
が得られないため、レンズを試行的に移動させ、その高
周波成分の変化を見てからレンズを高周波成分の量が大
となる方向に移動させる制御動作を行なわなければなら
ず、レンズの無駄な動きが多（、合焦点に到達するまで
に時間がかかるという不都合がある。

そこで、レンズの移動の有無に関係なく常時前ピン、後
ピン情報を得ることのできる方法として、たとえばレン
ズあるいは撮像素子をレンズ光軸上前後に所定の周期で
振動させて光路変調することにより、その位相の変化か
ら前ピン、後ピンを判別し、レンズを速やか合焦点へと
移動することができるようにした所謂「変調法」として
知られる自動焦点調節装置が提案されている。

〔発明の解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述のように撮像信号中がら高周波成分
等を抽出して焦点調節を行う装置では、被写体の輝度が
低下すると、合焦点における高周波成分のレベルが低下
し、その特性曲線の山の高さが低くなり、ノイズも増加
する。したがって通常の光路変調の振幅では確実な焦点
状態の判定が困難となる。この問題を解決するために単
に変調の振幅を大きくすれば、変調による画面の変化が
視覚的に判別し得るようになり、品位の悪い画像となっ
てしまうため、カメラシステム内において信頼性が高く
品位の良い自動焦点調節装置を実現することができなか
った。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明４ま上述した問題点を解決することを目的として
なされたもので、その特徴とするところは、撮影光学系
により撮像面に結像された被写体像を光電変換して撮像
信号を出力する撮像手段と、前記撮影光学系と前記撮像
手段との間の光路長を所定の周期で変化させることによ
り前記撮像信号を変調する変調手段と、前記変調手段に
よる撮像信号中の変調成分にもとづいて前記撮像面の焦
点状態を調節する自動焦点調節手段と、前記撮像信号の
累積によって該撮像信号中のノイズ成分を除去するノイ
ズ除去手段とを備えたビデオカメラにある。

また本発明の特徴とするところは、撮影光学系により撮
像面に結像された被写体像を光電変換して撮像信号を出
力する撮像手段と、前記撮影光学系と前記撮像手段との
間の光路長を所定の周期で変化させることにより前記撮
像信号を変調する変調手段と、前記変調手段による撮像
信号中の変調成分にもとづいて前記撮像面の焦点状態を
調節する自動焦点調節手段と、前記撮像信号の累積によ
って該撮像信号中のノイズ成分を除去するノイズ除去手
段と、前記ノイズ除去手段の動作状態に応じて、前記変
調手段による前記光路長の変化量を可変する制御手段を
備えたビデオカメラにある。

〔作用〕

これにより、低輝度被写体に対しても確実に焦点調節で
きるよう、変調を深くしても、撮像信号の累積によるノ
イズ除去効果によって画面上に弊害として生じる画像の
揺れを視覚的に目立たなくすることができ、焦点検出感
度の向上と画像の品位の劣化防止を両立させることがで
きる。

〔実施例〕

以下、本発明におけるビデオカメラを各図を参照しなが
らその実施例について詳述する。

第１図は本発明におけるビデオカメラの自動焦点調節系
の第１の実施例を示すブロック図で、たとえば撮像素子
を光軸方向に微小振動させて光路長を周期的に変化させ
ることにより、撮像信号をその振動周期で変調し、強制
的に前ピン、後ピン情報を得るようにした所謂光路変調
方式の自動焦点調節装置である。

同図において、１はレンズユニット内の焦点調節に寄与
するフォーカシングレンズ、２はフォーカシングレンズ
１を光軸方向に移動して焦点調節を行うためのフォーカ
シングモータである。３はフォーカシングレンズ１によ
って撮像面に結像された被写体像を電気信号に変換して
撮像信号として出力するたとえばＣＣＤ等の撮像素子、
４は撮像素子３より出力された撮像信号を所定のレベル
に増幅されるプリアンプ、５はプリアンプ４より出力さ
れた撮像信号にガンマ補正、ブランキング処理、同期信
号の付加等の所定の信号処理を施して規格化された標準
テレビジョン信号に変換するカメラ信号処理回路である
。６はカメラ信号処理回路より出力された映像信号を記
憶する画像メモリ６１と画像メモリに蓄積された画像情
報を加算して累積する加算器６２とからなり、映像信号
中のノイズ成分を除去するノイズ除去回路である。

７はプリアンプ４より出力されたガンマ補正等の処理を
行っていない撮像信号中より焦点状態に応じて変化する
高周波成分を抽出するバイパスフィルタで、合焦点に近
いほどその出力信号の振幅が大きい。８は撮像面上に焦
点を合わせるための合焦検出領域（測距枠）として設定
された所定の領域に相当する撮像信号のみを通過させる
ゲート回路、９はゲート回路を通過した撮像信号中の高
周波成分の振幅の最大値を検出して記憶するピークホー
ルド回路、１０はピークホールド回路９の出力をデジタ
ル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路である。１１は本装置
全体の動作を制御するシステムコントロール回路で、た
とえばＣＰＵによって構成される。１２はカメラ信号処
理回路５より出力された映像信号中より同期信号を分離
してシステムコントロール回路１１へと供給する同期分
離回路で、システムコントロール回路１１はこの同期信
号にもとづいて各種制御のタイミングを設定し、且つ撮
像面上の合焦検出領域に相当する信号のみを通過させる
よう、ゲート回路８を開閉制御する。

１３はシステムコントロール回路１１より供給された焦
点制御情報にもとづいてフォーカシングモータ２を駆動
してフォーカシングレンズ１を光軸方向に移動し、焦点
調節を行うモータ駆動回路である。

１４は撮像素子３を保持し、これを光軸上前後に所定の
周期で振動して光路変調するための振動素子でたとえば
ピエゾ素子、モータ等によって構成されている。１５は
振動素子１３を駆動するための駆動回路、１６はシステ
ムコントロール回路１１より出力された振動素子１４の
振動の振幅値に関する駆動制御情報をアナログ値に変換
して駆動回路１５へと供給するＤ／Ａ変換回路である。

本実施例の構成は上述のようになっており、次に焦点調
節動作について説明する。

第２図は変調法による焦点調節動作を説明するための特
性図で、横軸はフォーカシングレンズの移動位置を、縦
軸はそのレンズ位置におけるピークホールド回路９のピ
ークホールド電圧を表わしている。ピークホールド電圧
すなわち高周波成分のピーク値が大きいほど合焦点に近
（、焦点が合っていることになり、最終的に山形の頂上
に達すれば合焦となる。。

一方、同時に振動子１４が撮像素子３を光軸上前後に所
定の周期で振動されており、これによってフォー力シグ
レンズ繰出し量に変調がかけられている。そしてこの変
調に対するピークホールド回路９の出力を見ると、焦点
の状態に対応して異なった値となる。すなわち同図にお
いてフォーカシングレンズ１が合焦点に対して■側すな
わち後ピン状態にあるときは、撮像素子３を振動させる
ことによって行われる変調信号に対してピークホールド
回路９の出力電圧の変化は同相となり、また前ピン状態
にあるときは、変調信号に対してピークホールド回路９
の出力電圧の変化は逆相となる。また合焦点では検波し
たような波形の出力電圧が得られる。これらによって前
ピン、後ピン、合焦の判定を行うことができる。

以上の動作原理にもとづき、プリアンプ４より出力され
た撮像信号はバイパスフィルタ７、ゲート回路８を介し
て撮像画面上の合焦検出領域内に相当する高周波成分の
みが取り出され、ピークホールド回路でたとえば１フイ
一ルド期間におけるピーク値がホールドされる。同時に
この焦点状態を表わすピーク値は撮像素子を振動するこ
とによって変調を受けており、その変調成分を含んでい
る。このピーク値はＡ／Ｄ変換回路１０に・よつてデジ
タル値に変換された後システムコントロール回路１１へ
と供給され、ここで第３図の原理にもとづいて前ピン、
後ピン、合焦の判定が行われる。そしてシステムコント
ロール回路はこの合焦判定結果にもとづいてモータ駆動
回路１３を制御してフォーカシングモータ２を駆動し、
フォーカシングレンズ１を合焦点へと駆動する。

一方、撮像素子を振動する振動素子１４は、システムコ
ントロール回路１１より出力される制御信号をＤ／Ａ変
換回路１６でアナログ値に変換して振動素子駆動回路１
５へと供給することにより、振動素子１４の振幅及び振
動周期が制御される。

尚、撮像素子の振動の振幅、すなわちフォーカシングレ
ンズの繰出量に対してかける変調の振幅は、画像の品位
を劣化させないため、画面上において視覚的にわからな
いようにしなければならない。このため従来は変調の振
幅を大きく設定することができず、低輝度被写体の場合
、第３図に示す焦点電圧の山が全体的に低くなった場合
、変調に対する焦点電圧の変化が小さくなり９合焦状態
の検出が困難になることは前述の通りである。

この点、本願ではノイズ除去回路６により、画像信号を
累積することによってノイズ成分を抑圧しているので、
低輝度においても焦点電圧の変化が確実に検出できるよ
う、撮像素子の振動の振幅が大きく設定されている。

この設定値は、従来例では前述の通り変調をかけている
ことが画面上目で見て分からない程度でなければいけな
かったが、本発明ではこれを上回っている。したがって
この映像信号を直接見た場合、変調していることが視覚
的に分かるような品位の悪い画像になっているであろう
。しかしながら変調度を増加させたわけであるから、第
２図から明らかなように、位相検出能力（すなわち前ピ
ン、後ピンの方向判断能力）は向上されたことになり、
低輝度や低コントラスト等の悪条件においても焦点検出
を確実に行うことができる。

そして、これによって品位の劣化した映像信号は、ノイ
ズ除去回路６へと供給され、画像メモリ６１と加算器６
２によって累積され、そのノイズ成分が抑圧される。加
算器６２の入力である映像信号の比率すなわち入力映像
信号対画像メモリ出力を適当な値に設定することにより
大きなノイズ除去効果を期待することができる。すなわ
ち品位を悪くしている成分、すなわち変調による揺れは
ここではノイズとみなされ本来のノイズと同様に同時に
抑圧されることになり、出力される映像信号は品位の改
善されたものとなって出力される。

尚、上述のノイズ除去回路６の内部処理はアナログ処理
的に説明されているが、入力、出力にそれぞれＡ／Ｄ変
換回路、Ｄ／Ａ変換回路を備え、デジタル的に処理する
ことも可能である。

上述の実施例によれば、ノイズ除去回路を映像信号路内
において常時動作させている場合についても説明したが
、ノイズ除去回路の作動、非作動またはノイズ除去回路
内の加算比率を可変としてノイズ抑圧量を変化し得るよ
うにし、これらの変化に応じて振動素子の振幅を可変す
るようにすることもできる。このようにすれば、被写体
の輝度、コントラスト等の状態に応じて、変調振幅を設
定することができるため、不必要に大きな振幅を設定し
て画像に現われるゆれ、品位の劣化を大きくすることが
なく必要最小限の振動量（変調量）で、前ピン、後ピン
、合焦情報を得ることができる。

第３図は上述のように、被写体輝度を検出し、その輝度
に応じて振動素子の振幅すなわち光路変調の振幅を可変
するようにした本発明の第２の実施例である。

同図において、第１図に示す第１の実施例と同一構成部
分については同一符号を付し、その説明を省略する。

本実施例によれば、ノイズ除去回路１７を画像メモリ１
７１．加算器１７２９画像メモリに記憶されている情報
を加算器１７２に供給してカメラ信号処理回路５の出力
映像信号に加算する際、その加算比率すなわち重い付け
を可変する係数回路１７３が設けられ、システムコント
ロール回路からの指令によってその重み付けすなわちカ
メラ信号処理回路の出力映像信号に対する画像メモリ内
の蓄積情報の比率が可変され、結局、ノイズ抑圧比が可
変される。

一方、システムコントロール回路１１は、ピークホール
ド回路９よりＡ／Ｄ変換器１０を介して出力された焦点
状態に応じたピーク値から被写体の輝度、コントラスト
を判定し、その判定結果にもとづいて振動素子駆動回路
１５を制御して変調の振幅を可変する。

すなわち被写体の輝度あるいはコントラストが低い場合
には、振動素子による撮像素子の変位量すなわち変調の
振幅を大きくして焦点状態（前ピン、後ピン、合焦）の
検出感度を上げ、これによって画面に生じやすくなる画
面のゆれ、画像の品位の劣化をノイズ除去回路で有効に
除去すべくそのノイズ抑圧量を大とするようにこれを制
御する。すなわち係数回路１７３を制御して加算比率を
大とする。

またシステムコントロール回路１１は、被写体の輝度が
高く、変調の振幅が小さくても十分に焦点状態（前ピン
、後ピン、合焦）を検出できる場合には、振動素子駆動
回路１４を制御して変調の振幅を小さくし、画面に画像
のゆれ等が現われないようにし、画面の品位を向上させ
る。そして同時にノイズ除去回路１７の係数回路１７３
を制御して加算比率を下げ、ノイズ抑圧比を低下させる
。これによって画像が不必要に劣化することな（、常に
焦点状態の検出を高精度且つ確実に行うことができる。

以上のように本実施例によれば、被写体輝度に応じてそ
の焦点状態を検出するための光路変調の振幅を制御する
ことにより、不必要に大きな振幅で変調して画像を劣化
させたり、変調振幅が小さすぎて、焦点検出精度が低下
するといった不都合を回避することができる。また変調
の振幅が大きい場合にはノイズ抑圧効果を大として画面
の劣化を防止し、変調の振幅の小さいときは変調が画面
に現われないので、ノイズ抑圧効果を小とし、画面の精
細さを低下させないように動作させることができる。

尚、第４図は本発明の第３の実施例を示すもので、第３
図に示す第２の実施例の構成を簡略化したものである。

同一構成部分は同一符号で表わす。

本実施例によれば、カメラ信号処理回路５とノイズ除去
回路６との間にシステムコントロール回路１１によって
開閉制御されるスイッチ１８を設け、ノイズ除去回路６
を介して映像信号を出力する経路と、ノイズ除去回路６
を介さずに直接映像信号を出力する経路とを選択的に切
り換え可能に構成されている。

そして、システムコントロール回路１１内で、Ａ／Ｄ変
換回路１０より出力された焦点電圧ピーク値から被写体
輝度を検出し、被写体輝度が所定値以下のときは低輝度
と判断して振動素子１４による変調の振幅を太き（すべ
く、振動素子駆動回路１５を制御し、これによって画面
に生じやすくなる画像のゆれを目立たなくするよう、ス
イッチ１８をノイズ除去回路６側に切り換え、ノイズの
抑圧を行う。

一方、被写体の輝度が通常の変調振幅でも十分に焦点検
出できるような場合には、システムコントロールは振動
素子１４の変調の振幅を通常の振幅に戻すとともに、変
調による画像のゆれが画面に現われることがないのでス
イッチ１８を切り換えて、カメラ信号処理回路５より出
力された映像信号をノイズ除去回路６を介さずに出力し
、より精細な画像を出力できるように動作するものであ
る。

このように被写体輝度に応じて光路変調の振幅を複数段
階に切り換え、これに応じてノイズ除去回路をＯＮ、Ｏ
ＦＦすることにより、簡単で合焦検出感度及び精度が高
く、常に品位の良好な画像を出力可能なビデオカメラを
提供することができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、光路変調によって焦
点状態を検出する自動焦点調節装置を備えたビデオカメ
ラにおいて、低輝度、低コントラスト等の悪条件の被写
体に対する検出感度等向上させることによってレンズ駆
動方向等の焦点状態検出性能を改善するとともに、これ
にともなう画像の視覚的な劣化をノイズ除去回路にて補
償するようにしたので、条件の悪い被写体に対しても確
実に合焦させることができるとともに、常に品位の良い
画像を出力することができ、自動焦点調節装置を備えた
ビデオカメラにおいてその効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明におけるビデオカメラの第１の実施例を
示すブロック図、第２図は自動焦点調節装置の動作原理
を示す図、第３図は本発明の第２の実施例を示すブロッ
ク図、第４図は本発明の第３の実施例を示すブロック図
である。 壬辰勧ダＬＫ（焦急変も劇ン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）撮影光学系により撮像面に結像された被写体像を
   光電変換して撮像信号を出力する撮像手段と、 前記撮影光学系と前記撮像手段との間の光路長を所定の
   周期で変化させることにより前記撮像信号を変調する変
   調手段と、 前記変調手段による撮像信号中の変調成分にもとづいて
   前記撮像面の焦点状態を調節する自動焦点調節手段と、 前記撮像信号の累積によって該撮像信号中のノイズ成分
   を除去する手段と を備えたことを特徴とするビデオカメラ。
2. （２）撮影光学系により撮像面に結像された被写体像を
   光電変換して撮像信号を出力する撮像手段と、 前記撮影光学系と前記撮像手段との間の光路長を所定の
   周期で変化させることにより前記撮像信号を変調する変
   調手段と、 前記変調手段による撮像信号中の変調成分にもとづいて
   前記撮像面の焦点状態を調節する自動焦点調節手段と、 前記撮像信号の累積によって該撮像信号中のノイズ成分
   を除去するノイズ除去手段と、 前記ノイズ除去手段の動作状態に応じて、前記変調手段
   による前記光路長の変化量を可変する制御手段を備えた
   ことを特徴とするビデオカメラ。