JPH0761130B2 - ビデオカメラのフォーカス装置 - Google Patents

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のフォーカ
ス装置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
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
ーカシイ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イ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】さらに、上記いずれの
公知例においても、極至近距離においてまで自動合焦と
併用して手動合焦が可能な構成は示されてない。 【００１２】本発明の目的は、レンズ直前の極至近距離
においても自動合焦を行うことができるビデオカメラの
フォーカス装置を提供するにある。 【００１３】さらに、本発明の他の目的は、高精度で小
型化に適したビデオカメラのフォーカス装置を提供する
にある。 【００１４】 【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カメラ回路と、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
いほど至近距離までピント合わせする自動合焦手段と、
手動操作手段からの入力信号に応じて前記駆動手段を介
して前記マスタレンズの位置を制御する手動合焦手段
と、前記自動合焦手段と前記手動合焦手段とを選択的に
動作可能にする切換手段と、が設けられる。 【００１５】 【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、マスタレンズの位置制御のため焦点正
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カメラ回路、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５２−１５２２６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
たズームレンズとカ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
焦点合わせ動作が自動でも手動でも可能となる。 【００１６】 【実施例】次に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。 【００１７】図１において、１はズームレンズであり、
マスタ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。 【００１８】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タ
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。 【００１９】先ず、押釦スイッチ１０により同図の構造
が通常距離範囲、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。 【００２０】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
じ距離範囲をカバーするためのマスタレンズ位置の移動
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レン
ズの移動範囲はその約１／３６となる。 【００２１】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、ボケ方向へのマスタレンズの移
動を最小限にするためマスタ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
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。 【００２２】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Ａ₁
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。 【００２３】 【発明の効果】以上図１及び図２を用いて説明したよう
に本発明によれば押釦スイッチ１０の開閉によりマスタ
レンズ位置の移動範囲を変えることにより、通常距離範
囲、マクロ域両方のオートフォーカスを行うことが出来
る。なお、上述の説明ではマクロ域のオートフォーカス
動作を最小焦点距離について説明したが、焦点距離が別
の値であっても同様の動作によりオートフォーカス動作
が可能である。ただし、この場合、マクロ域の撮影時
の、撮影可能な被写体の最至近距離は、焦点距離の増加
に従って遠くなって行く。 【００２４】したがって、本発明によれば、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。し
かも、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−
１５２２６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カメラ回路との間の
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
る。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。 【００２５】また、上述の説明ではマクロ域の撮影時に
マスタレンズ移動範囲を０〜Ｂ₂とし、マクロ域から無
限遠被写体までピント合わせ可能としたが、移動範囲の
下限を０でない有限の値とすることにより、マクロ域の
撮影時のオートフォーカスの誤動作を減じる手段として
もよい。 【００２６】また、上述の説明では、押釦スイッチ１０
は焦点距離に関係なく開閉できるが、一般消費者を対象
とする家庭用ビデオカメラなどでは、操作を単純化し、
操作性を向上するため、押し釦スイッチ１０はズームレ
バーが特定の値あるいは特定の範囲でしか開閉出来ない
構成としても良い。また、上述の説明ではズームレンズ
１の変倍機構については特に説明はしなかったが、これ
は通常の変倍機構でも良いし、いわゆるマクロ機能付き
のものであっても良い。

【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. 【特許請求の範囲】１．レンズ系後部に配置されたマス
   タ−レンズを有し、ズ−ム倍率が所定の範囲で可変のズ
   −ムレンズと、 前記マスタ−レンズの後方に近接して配置され、前記ズ
   −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カメラ回路と、 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
   て焦点正合度を検出する焦点量検出手段と、 前記レンズ系後部に配置されたマスタ−レンズを前後に
   移動させるために該マスタ−レンズに連結されたモ−タ
   と該モ−タを駆動制御するモ−タ駆動回路とから成る駆
   動手段と、 前記焦点量検出手段により検出された焦点正合度に応じ
   た焦点補正信号を前記モ−タ駆動回路に与えて、前記レ
   ンズ系後部に配置されたマスタ−レンズの位置を制御す
   る自動合焦手段と、 手動操作手段の手動操作に応じて発生する電気信号を前
   記モ−タ駆動回路に与えて前記モ−タを駆動し前記レン
   ズ系後部に配置されたマスタ−レンズの位置を制御する
   手動合焦手段と、 前記自動合焦手段と前記手動合焦手段とを選択的に動作
   可能にし、その選択に応じて前記モ−タ駆動回路への入
   力信号を切り換える切換手段と、 からなることを特徴とするビデオカメラのフォ−カス装
   置。 ２．前記焦点量検出手段は、前記ビデオ信号の高周波成
   分量に基づいて焦点正合度を検出することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のビデオカメラのフォ−カス
   装置。