JPH06303486A

JPH06303486A - 撮像装置およびビデオカメラ

Info

Publication number: JPH06303486A
Application number: JP5091008A
Authority: JP
Inventors: Keizo Ishiguro; 敬三石黒
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-04-19
Filing date: 1993-04-19
Publication date: 1994-10-28

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明はビデオカメラなどの画像入力システ
ムの撮像装置に関するもので、主撮像系とは別の補助撮
像系を用い、焦点調節、露光調節、白バランス調節を高
速・高精度に行う撮像装置を提供することを目的とす
る。【構成】広角レンズ１とＣＣＤ３および補助信号処理
手段６からなる補助撮像系とズームレンズ８、ＣＣＤ１
０およびカメラプロセス回路１３からなる主撮像系で構
成され、補助信号処理手段６は広角の被写体情報から機
能制御に必要な信号を抽出し、マイコン７によりフォー
カスモータ１６、アイリスモータ１８の駆動とカメラプ
ロセス回路１３の輝度および色の利得調整を行うよう構
成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はビデオカメラなどの焦点
調節、露光量調節、白バランスの制御に関して、撮影す
べき被写体の像を最適な撮影条件に設定する撮像装置と
その撮像装置を備えたビデオカメラに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ビデオカメラなどの撮像システムにおい
て、重要な機能である自動焦点調節、露光量調節、白バ
ランス調節については、既に何種類かの方式が提案・実
施されている。

【０００３】自動焦点調節に関しては、ビデオカメラの
映像信号を利用する方式（「山登り方式」と称する）に
ついて、例えば「山登りサーボ方式によるテレビカメラ
の自動焦点調整」（「ＮＨＫ技術研究」第１７巻第１
号２１頁昭和４０年発行石田他）の論文に詳細に発
表されている。また特願昭６３−２４８１９８号では
「山登り方式」における山登り始動時の方向判定に撮影
レンズの一部を光軸方向に振動させて応答性を改善する
方式が開示されている。

【０００４】この他に、撮影レンズとは別の光学系を用
い被写体の位相差を検出して自動焦点調節を行う位相差
検出方式の自動焦点調節装置や、赤外線などを用い被写
体の距離を測定し自動焦点調節を行ういわゆるアクティ
ブ方式の自動焦点調節装置などが従来より提案されてい
る。

【０００５】露光量調節に関しては、映像信号を利用
し、画面を複数のブロックに分割してその輝度成分の重
み付けおよび平均により逆光、過順光を判断して絞りや
電子シャッターにより最適な露光制御を行う手法が一般
的である。

【０００６】白バランス調節に関しては、特開昭６３−
３００６８８号公報で開示されている如く撮像素子から
の映像信号を用いてＲ（赤）およびＢ（青）の色信号系
の利得制御を行ういわゆる内部測光方式とメインの撮像
系とは別にＲ、Ｇ、Ｂの色温度センサーを用い色温度を
判定して色信号の利得制御を行う外部測光方式が提案・
実施されている。

【０００７】以上のビデオカメラの機能において、コス
トおよび機能処理の統合化の観点から映像信号を利用す
る方式が現在の主流となっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ビデオ
カメラの機能の性能向上には、撮影する被写体および撮
影状況の正確な把握が必要であるが、映像信号を用いる
機能制御の場合、動画を撮影する観点から過渡的な変化
に対して安定であることと、撮影している範囲の情報し
か得られないため正確な撮影状況の判断が難しいことが
制約となり、高速な応答および高精度な機能制御が難し
かった。

【０００９】また、上記課題を解決するため各機能に対
して個別に外部センサーを用いるとシステムが高価にな
る、あるいは各機能の情報を相互に利用する機能処理の
統合化が難しくなる問題点がある。以上からビデオカメ
ラ機能の性能を向上させることと撮像システムを安価に
することとの矛盾を解決することが大きな課題であっ
た。

【００１０】本発明は、主撮像系とは別の補助撮像系を
用い、焦点調節、露光調節、白バランス調節を高速・高
精度に行う撮像装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達す
るため、被写体を撮影する主撮像系と前記主撮像系とは
別の補助撮像系を有し、前記補助撮像系は補助撮影レン
ズと前記補助撮影レンズからの光信号を光電変換する受
光素子と前記受光素子からの信号に一定の信号処理を施
す信号処理手段で構成され、前記信号処理手段の出力に
より前記主撮像系の焦点調節と露光量および白バランス
を制御するものである。

【００１２】

【作用】本発明は上記した構成によって、常に誤動作の
ない高精度で安定かつ応答性の良好な焦点調節、露光量
調節、白バランス調節の自動機能制御を可能とし、しか
も安価な撮像装置を提供するものである。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の撮像装置の実施例について図
面を参照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施
例の一構成を示すブロック図である。

【００１４】図１において、１は全画角が６０度の広角
レンズである。被写体２の像は広角レンズ１を介し図２
で示されるＲＧＢの原色フィルターが前置されたＣＣＤ
３に入力される。ＣＣＤ３はＣＣＤ駆動回路４にて駆動
され、得られた電気信号は前処理回路５にて利得調整さ
れた後、補助信号処理手段６に出力される。補助信号処
理手段６は機能制御のための各種信号処理を行い、機能
に応じた信号をマイコン７へ出力する。

【００１５】一方８はズームレンズであり、４個のレン
ズ群および露光調整用のアイリス９より構成されている
（各レンズ群は便宜上各々１枚の凸レンズ、あるいは凹
レンズより構成される。本図において各々８ａ〜８ｄに
て示す）。被写体２の像はズームレンズ８を介しＣＣＤ
１０に入力される。ＣＣＤ１０はＣＣＤ駆動回路１１に
て駆動され、得られた電気信号は前処理回路１２にて利
得調整された後、カメラプロセス回路１３と焦点検出手
段１４およびマイコン７へ出力される。

【００１６】カメラプロセス回路１３は得られた電気信
号に各種信号処理を施し、所定の映像信号（例えばＮＴ
ＳＣ信号）Ｃｏを出力する。焦点検出手段１４は一定の
信号処理の後、被写体のコントラスト情報をマイコン７
へ出力する。マイコン７は各種入力信号に対し、機能を
適切に制御するよう各手段および回路に制御信号を送出
する。

【００１７】フォーカス駆動回路１５はマイコンの制御
信号を受けフォーカスモータ１６を介してフォーカスレ
ンズ８ｄを駆動する。アイリス駆動回路１７は同じくマ
イコンの制御信号を受けアイリスモータ１８を介してア
イリス９を駆動する。またズーム位置検出器１９にてズ
ームの位置を検出し、Ｆ値検出器２０にてアイリスの開
閉状態を検出して、補助信号処理手段６およびマイコン
７へ出力する。

【００１８】以上が本発明の第１の実施例の概略の信号
の流れである。以下、機能制御に応じた信号の流れを詳
細に説明する。

【００１９】焦点調節をする場合、図３の焦点検出部２
１に示すように補助信号処理手段６において前処理回路
５からの入力信号Ｓｉは１ＭＨｚのカットオフ周波数を
もつハイパスフィルター２２（ＨＰＦ１）およびピーク
検波回路２３によって広角レンズ１により撮像された被
写体のコントラスト信号Ｖｓに変換され、マイコン７へ
出力される。この時、ピーク検波される範囲はズーム位
置検出器１９の出力Ｚより、ズームレンズ８が撮像して
いる範囲と対応がとれるよう、ゲート回路２４にて限定
される。

【００２０】一方、焦点検出手段１４は図４に示すよう
に、３００ｋＨｚと１ＭＨｚのカットオフ周波数をもつ
２種類のハイパスフィルター２５、２６（ＨＰＦ２、Ｈ
ＰＦ３）と各々ピーク検波回路２７、２８およびマイコ
ン７からの設定値ＨＶに応じた検出エリア限定回路２９
をもち、前処理回路１２からの信号Ｃｉに対してズーム
レンズ８の結像状態に対応した被写体のコントラスト信
号ＶＬ、ＶＨをマイコン７へ出力する。

【００２１】マイコン７では焦点調節に際しＶｓ、ＶＬ
およびＶＨ信号のレベルより合焦もしくは非合焦を判断
し、非合焦の場合フォーカスレンズ８ｄを移動してＶ
Ｌ、ＶＨが最大の値をとる位置へ焦点調節を行う。従来
の構成ではＶＬ、ＶＨ信号レベルのみで合焦・非合焦を
判断していたため、被写体がぼけているため信号レベル
が低いのか、コントラストをもつ被写体が検出エリアに
存在しないため信号レベルが低いのかが判別できなかっ
たが、広角レンズ１は焦点距離が短く、広い被写界深度
をもつため、コントラストのある被写体が存在すればズ
ームレンズ８ではぼけた結像状態でＶＬ、ＶＨ信号はレ
ベルが低くても、広角レンズ１はピントの合った結像状
態でＶｓの信号は高くなる。

【００２２】ゆえにＶｓの信号レベルに応じてフォーカ
スレンズ８ｄの起動条件を変えることにより安定度が高
く、応答性の良い自動焦点調節が可能となる。なお、前
述のハイパスフィルター２２のカットオフ周波数は撮影
状態に応じて変化させても良い（３００ｋＨｚ〜２ＭＨ
ｚが適当）。またＶＬ、ＶＨ、Ｖｓ信号は映像信号の１
ラインごとにハイパスフィルター出力のピークを検波
し、特定ラインに対して累積加算した値であっても良
い。

【００２３】次に露光量調節を行う場合について述べ
る。前処理回路１２の出力信号Ｃｉをカメラプロセス回
路１３にて指定ブロックごとに積分し、各積分値Ｉｍｊ
（ｊ＝１〜６４）をマイコン７へ出力する。指定ブロッ
クは図５に示すように撮像エリアを８×８に分割した各
々のブロックである（分割数は４×４以下でも良いが、
８×８以上が望ましい）。

【００２４】一方、補助信号処理手段６では電子シャッ
ターにより露光量を変えるようＣＣＤ駆動回路４に制御
パルスＳｐを出力する。シャッター速度は１／６０
（秒）から１／１２０（秒）、１／２４０（秒）・・・
と１／２づつ５段階変化させることとし、各々のシャッ
ター速度に応じた制御パルスＳｐが５フィールドにわた
って出力される。電子シャッターの速度に応じた画像信
号Ｓｉは補助信号処理手段６にて図３の輝度処理部３０
に示すごとく比較器３１により輝度レベルを３２階調に
分類され、各々の階調に対してカウンタ３２にて画素数
をカウントされ輝度ヒストグラム信号Ｓｏｊ（ｊ＝１〜
６４）としてマイコン７へ出力される。

【００２５】この時、画素数をカウントされる範囲はズ
ーム位置検出器１９の出力Ｚより、ズームレンズ８が撮
像している範囲と対応がとれるよう、ゲート回路２４に
て限定される。また輝度レベルの分割は３２階調以上が
望ましいが、３２階調未満でも良い。撮影条件が逆光の
場合、マイコンに入力された各フィールドの輝度ヒスト
グラム信号Ｓｏｊは各フィールドおよび総合的に図６に
示すような輝度ヒストグラムになる。

【００２６】この場合、マイコン７において、積分値Ｉ
ｍｊを中央重点測光した結果の露光量調節値を輝度ヒス
トグラムで補正し、適切な露光量調節値Ｄｉを得ること
ができマイコンよりアイリス駆動回路１７を介してアイ
リスモータ１８を駆動する。もしくは露光量調節値Ｄｉ
を電子シャッター速度に換算し、ＣＣＤ駆動回路１１へ
制御パルスＤｐを出力する。

【００２７】ここでＣＣＤ３の画素数が十分に大きけれ
ば（２５万画素以上）ズーム位置が望遠側になっても前
述の積分値Ｉｍｊによる露光量調節の判断は必ずしも必
要ではなく、輝度ヒストグラムによる判断で十分であ
り、回路が簡略化される。また、前述のＣＣＤ３の露光
量変化は電子シャッターで行うだけでなく、広角レンズ
１の内部に絞りを設け、絞り値を変化させても良い。た
だし、絞りの制御に回路およびモーターが必要となり構
成は複雑になる。

【００２８】さらに前述の輝度ヒストグラムを用いて逆
光などの条件で実質的にダイナミックレンジを拡大し、
白つぶれや黒つぶれを無くす方法について以下に述べ
る。例えば、図７に示すような輝度ヒストグラムが前述
の電子シャッターによる露光量変化により得られた場
合、カメラプロセス回路１３において図８に示すように
入力信号Ｃｉのレベルに応じて非線形な利得制御を行え
るよう制御曲線の折れ点Ｐ、Ｑと傾きｄ１、ｄ２の情報
をマイコン７よりカメラプロセス回路１３に与える。す
ると、画像の中で必要な情報については階調がはっきり
した映像信号出力Ｃｏが得られ、逆光、過順光時に黒つ
ぶれ、白つぶれのない画像となる。なお、前述の利得制
御は前処理回路１２で制御しても良い。

【００２９】次に白バランス調節について以下に記述す
る。補助信号処理手段６の色信号処理部３３では、図３
に示すようにＣＣＤ３からの信号を色分離回路３４にて
Ｒ、Ｇ、Ｂに分離し、積分回路３５で１フィールド間に
わたって各色信号を積分し、Ｒ／Ｇ回路３６とＢ／Ｇ回
路３７にて正規化を行いＲ／Ｇ信号、Ｂ／Ｇ信号をカメ
ラプロセス回路１３に出力する。カメラプロセス回路１
３の白バランス調整部３８では図９に示すように、まず
入力信号のＣｉがまずＹＣ分離回路３９でＹ、Ｒ、Ｂに
分離された後、ゲインコントロール部４０でＲ／Ｇ、Ｂ
／Ｇの信号によりＲ、Ｂ信号の利得制御が行われる。

【００３０】これにより白バランスが調整され色差形成
回路４１でＹ信号との差分により色差信号であるＲ−Ｙ
信号、Ｂ−Ｙ信号を得る。ここで白バランス調整のゲイ
ンに用いられるＲ／ＧおよびＢ／Ｇ信号は広角レンズ１
により得られた画像の色信号であり、色温度センサーを
用いた白バランス調整（いわゆるＡＷＴ）と同じ原理で
あるため、光源の変化に自動的に追従し、誤差の少ない
白バランス調整が可能となる。なお、ＣＣＤ３上の色フ
ィルターは原色フィルターを用いているが補色フィルタ
ーでも良い。

【００３１】本発明の第２の実施例を以下に述べる。図
１０は本発明の第２の実施例の構成図である。基本的に
第１の実施例と同じ構成であるが、切り替えスイッチ４
２により広角レンズ１の画像を表示および記録すること
が可能となる。ズームレンズの広角側の焦点距離を短く
した高倍率のズームレンズはレンズ設計が難しく画質性
能も向上しにくいため、ズームレンズ８の撮影倍率が広
角レンズ１とオーバーラップしないように構成すること
によって、画質の良好な状態で、全画角６０度を越える
広角な画像の撮影と高倍率なズームの撮影が可能とな
る。

【００３２】第３の実施例を図１１に示す。本実施例は
広角レンズを他の光学系と共有するものであるが、第３
の実施例はズームレンズ８の一部構成要素を共有するも
のである。ズームレンズ８の中で第１群８ａと第２群８
ｂの間にハーフミラー４３を設け光路を分離し、補助レ
ンズ４４により広角レンズを実現している。低コスト・
小型軽量化が可能となる構成である。

【００３３】なお、ズームレンズ中のその他の間隙にハ
ーフミラーを設け光路を分割してもよいが、ズームによ
る倍率の変化およびピント面の移動を伴うため良い方法
ではない。またズームレンズの代わりに固定焦点のレン
ズ系の一部構成要素を共有しても良い。さらに撮影状況
確認用のファインダーが光学式のファインダーの場合、
前述のズームレンズと同じく一部構成要素が広角レンズ
と共有できる。

【００３４】以上説明した撮像装置は撮像素子を使う撮
像システムとして代表的なビデオカメラに用いれば、動
画の録画に対して撮影の失敗がない簡単操作の高品位な
画像が提供できる。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように本発明は、上記した構
成により、常に誤動作のない高精度で安定かつ応答性の
良好な焦点調節、露光量調節、白バランス調節の自動機
能制御を可能とし、しかも安価な撮像装置を提供するも
ので、撮像装置として簡単操作化、高品位化に極めて優
れた効果を有するものである。

【００３６】また撮像素子を用いる代表的な電子機器と
して、常に高品位な映像を提供するビデオカメラが実現
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の撮像装置の構成図

【図２】本発明の第１の実施例の撮像装置におけるＣＣ
Ｄ上の原色フィルターの構成図

【図３】本発明の第１の実施例の撮像装置における補助
信号処理手段の構成図

【図４】本発明の第１の実施例の撮像装置における焦点
検出手段の構成図

【図５】第１の実施例のカメラプロセス回路における露
光量検出のブロック分割パターンを示す図

【図６】第１の実施例において露光量調節値を判断する
輝度ヒストグラムを示す図

【図７】第１の実施例の露光量調節に関して非線形な利
得制御を行うべき逆光時の輝度ヒストグラムを示す図

【図８】第１の実施例の撮像装置の露光量調節に関して
逆光時の利得制御を表す特性図

【図９】本発明の第１の実施例の撮像装置における白バ
ランス調整部の構成図

【図１０】本発明の第２の実施例である撮像装置の構成
図

【図１１】本発明の第３の実施例の撮像装置における撮
像レンズの構成図

【符号の説明】

１広角レンズ２被写体３ＣＣＤ４ＣＣＤ駆動回路５前処理回路６補助信号処理手段７マイコン８ズームレンズ９アイリス１０ＣＣＤ１１ＣＣＤ駆動回路１２前処理回路１３カメラプロセス回路１４焦点検出手段１５フォーカス駆動回路１６フォーカスモータ１７アイリス駆動回路１８アイリスモータ１９ズーム位置検出器２０Ｆ値検出器２１焦点検出部２２ハイパスフィルター２３ピーク検波回路２４ゲート回路２５ハイパスフィルター２６ハイパスフィルター２７ピーク検波回路２８ピーク検波回路２９検出エリア限定回路３０輝度処理部３１比較器３２カウンタ３３色信号処理部３４色分離回路３５積分回路３６Ｒ／Ｇ演算処理回路３７Ｂ／Ｇ演算処理回路３８白バランス調整部３９ＹＣ分離回路４０ゲインコントロール部４１色差形成回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｎ 9/04 Ｂ 9187−5Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体を撮影する主撮像系と前記主撮像系
とは別の補助撮像系を有し、前記補助撮像系は、補助撮
影レンズと、前記補助撮影レンズからの光信号を光電変
換する受光素子と、前記受光素子からの信号に一定の信
号処理を施す信号処理手段で構成され、前記信号処理手
段の出力により前記主撮像系の焦点調節と露光量および
白バランスを制御することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】受光素子に固体撮像素子を用いることを特
徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】補助撮影レンズの焦点距離をｆとし、前記
補助撮影レンズの結像面における有効撮像範囲の対角長
をＬとするとき、以下の条件を満足することを特徴とす
る請求項１記載の撮像装置。ｆ／Ｌ＜１
【請求項４】主撮像系は、主撮影レンズと、前記主撮影
レンズからの光信号を光電変換する撮像素子と、前記撮
像素子の出力に一定の信号処理を施すプロセス回路およ
び焦点調節と露光量と白バランスを制御する機能制御部
で構成され、前記機能制御部は前記プロセス回路の出力
と前記信号処理手段の出力から前記主撮像系の焦点調節
と露光量および白バランスを制御することを特徴とする
請求項１記載の撮像装置。
【請求項５】信号処理手段は、受光素子の出力のうち、
一定値以上の周波数成分を抽出し被写体のコントラスト
を検出する焦点検出手段を有することを特徴とする請求
項１記載の撮像装置。
【請求項６】信号処理手段は、絞りもしくは電子シャッ
ターを用い、受光素子の露光量を変化させて得られる輝
度分布より主撮像系の露光量を調節する輝度検出手段を
有することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項７】主撮像系のプロセス回路は、入力される信
号レベルに応じた非線形な利得制御機能を有し、信号処
理手段が絞りもしくは電子シャッターを用い受光素子の
露光量を変化させて得られる輝度分布より前記利得制御
機能の制御量を調節することを特徴とする請求項４記載
の撮像装置。
【請求項８】受光素子の前面に色分離のための原色系も
しくは補色系の色フィルターが配置され、信号処理手段
にて主撮像系の白バランスを調節する色検出手段を有す
ることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項９】補助撮影レンズは、ファインダー光学系も
しくは前記ファインダー光学系の一部を共有することを
特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項１０】補助撮影レンズは、主撮影レンズもしく
は前記主撮影レンズの一部を共有することを特徴とする
請求項１記載の撮像装置。
【請求項１１】請求項１から１０のいずれかに記載の撮
像装置を備えていることを特徴とするビデオカメラ。
【請求項１２】請求項１から１０のいずれかに記載の撮
像装置において、主撮像系と補助撮像系は共通の表示系
および記録系を有し、切り替えにより表示もしくは記録
する撮像系を選択することが可能なことを特徴とするビ
デオカメラ。