JPS59212080A - ビデオカメラの自動焦点調節装置 - 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の焦点調節をする際に撮影すべき
被写体の像を最適な焦点位置にフォーカシングするビデ
オカメラの自動焦点調節装置に関するものである。

従来例の構成とその問題点 ビデオカメラの自動焦点調節方式についてはこれまでに
何種類か提案・実施されている。その中で、撮影すべき
被写体（以下、被写体と称する）に赤外線等全照射し、
前記被写体よりの反射光を３　・・、−寸 用いて被写体の撮像素子面上での焦点状態を検出する所
謂アクティブ方式は低コントラストの被写体や暗所にて
も安定して動作するので有力なものである。とくに、撮
影レンズを焦点検出用投光部、受光部の収束レンズとし
て兼用した所謂ＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ　Ｔｈｅ　Ｌｅ
ｎｓ　）　方式は視差がなく、ズームレンズを常用レン
ズとするビデオカメラには効果的である。第１図に周知
のＴＴＬアクティブ方式の原理図を示す。同図において
、撮像素子７とほぼ等価な位置に設置された投光部１よ
り投射された光ビームは、全反射ミラーで反射した後撮
影レンズ３（同図では模式的に１枚の凸レンズで示しだ
が、実際には多数の異なった曲率を有するレンズ群から
成ることは明らかである）の一方の端部を通って被写体
４に照射され、その反射光が再び撮影レンズ３の他方の
端部を通った後全反射ミラー６により反射され、撮像素
子７とほぼ等価な位置に設置された受光素子６上に結像
する。撮像レンズ３と撮像素子７との距離又は撮影レン
ズ３と被写体４までの距離が変化し、撮像素子上でのピ
ント状態が変化すると、それに伴って前記受光素子６上
での光ビームの位置が変化する。従って前記受光素子６
上での光ビームの位置が所定の位置にくる様に撮影レン
ズ３を駆動することにより焦点調節が成される。現在、
ビデオカメラに標準的に装備される撮影レンズの一般的
な構成を第２図に示す。第２図中、８はフォーカシング
レンズ群、９はバリエータレンズ群、１ｏはコンペンセ
ータレンズ群、１１は結像レンズ群を各々模式的に示し
たものである。又、１２は開口絞りであって、通常はコ
ンペンセータレンズ群１ｏと結像レンズ群との間隙等に
設置される。従って上記アクティブＴＴＬ方式にては前
記投光部及び受光素子が開口絞りよりも後方（結像レン
ズ側）に設置されると前記開口絞りが絞られ、その開口
が小さくなるにつれて、前記合焦用光ビームが前記開口
絞りにて遮断され、合焦検出が不可能となる。従って、
従来、上記の如き設置方法は不適当とされ、前記投光部
及び受光部は開口絞りよりも被写体側（例工ば、前記フ
ォーカシングレンズ群トパリエ５　・・ 一タレンズ群との間隙）に設置されていた。この様な設
置は、撮影レンズ及びレンズ鏡胴設計上に大きな制約を
与えるものであり、ビデオカメラシステム全体としての
美観及び小型化に障害を与え、コスト面でも不利となる
。さらにバリエータレンズ群、コンペンセータレンズ群
、結像レンズ群を構成するレンズ群の一部又は全部にプ
ラスチック材料が用いられる場合には、プラスチックの
屈折率の温度変化がガラスに比して非常に太きいため、
合焦検出精度が非常に低下する。

また、ＴＴＬであるか否かにかかわらず、アクティブ方
式は、遠方にある被写体や、低反射率被写体等には正確
に作動しないという本質的な問題を含んでいる。

発明の目的 本発明は、上記の様な問題点を脣する現在のビデオカメ
ラの自動焦点調節装置を改善し、被写体との距離あるい
は被写体の照度２反射率等の条件によらず精度の高いビ
デオカメラの自動焦点調節装置を実現することを目的と
するものである。

６、−・　〜 発明の構成 本発明のビデオカメラの自動焦点調節装置は、焦点検出
用光ビームを投射する投光部と、前記投光部より投射さ
れた焦点検出用光ビームの撮影すべき被写体表面よりの
反射光を受光し、かつ光−電気変換する受光素子と、そ
の受光素子の出力より前記撮影すべき被写体の撮像素子
面上での焦点状態を演算する焦点演算部と、ビデオカメ
ラの映像信号の異なる２期間中での高周波成分の増減を
比較する高周波成分比較部と、前記焦点演算部と高周波
成分比較部のいずれか一方の出力を受けてビデオカメラ
の撮影レンズを最適な焦点位置へ駆動する焦点調節機構
とを具備して成り、前記焦点調節機構は前記受光素子よ
り出力される出力信号値が一定基準値以上の場合は前記
焦点演算部出力に基づき前記撮影レンズを駆動し、前記
受光素子より出力される出力信号値が前記一定基準値以
下の場合には前記高周波成分比較部出力に基づき前記撮
影レンズを駆動する様に構成したものであり、これによ
り、前記受光素子の出力が前記一定基準７・−ｍ；゛ 値より小さい場合は上記アクティブ方式による焦点調節
が不適な被写体（遠方の被写体、低反射率の被写体等）
と判定し、前記高周波成分比較部を作動させ、ビデオカ
メラの映像信号中に含まれる高周波成分はピントが合致
した場合に最大となる現象を用いて焦点調節を行なうこ
とにより、被写体や撮影条件等に影響されずに正確な焦
点調節を行なうものである。

実施例の説明 以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。第３図は本発明の一実施例に係るビデオカメラ
の自動焦点調節装置の要部結線図である。第３図におい
て、１３はフォーカシングレンズ群１４、バリエータ−
レンズ群１５．コンペンセーターレンズ群１６１結像レ
ンズ群１７より成るズームレンズ、１８は撮像素子、１
９は前置増幅器２０、映像信号処理回路２１、撮像素子
駆動回路２２、同期信号発生回路２３より成るビデオカ
メラ回路、２４は赤外発光ダイオード（ＬＥＤ）等の焦
点検出用発光素子２６、その駆動部２６より成る発光部
、２７は例えばシリコンホトダイオード等の２分割され
た受光素子、２８は第１の電流−電圧変換回路２９−１
、第２の電流−電圧変換回路２９−２、第１の電圧増幅
器３〇−１、第２の電圧増幅器３０−２、比較回路３１
より成る焦点演算部、３２は高周波通過フィルタ３３、
絶対値回路、最大値検出回路３５、第１の記憶回路３６
−１、第２の記憶回路３６−２、比較回路３７より成る
高周波成分比較部、３８は選択回路、３９１ｄ焦点調節
機構、４０は光量絞り、４１は光量絞り駆動部である。

以上の様に構成された本実施例のビデオカメラの自動焦
点調節装置について、以下、その動作を説明する。まず
、ビデオカメラ回路１９は、被写体４２の像がズームレ
ンズ１３により撮像素子１８上に結像し、ここで光−電
気変換された信号を受けて、これを映像信号ｖ０　に変
換し端子４３に出力する。次に本実施例における焦点調
節の仕組を説明する。本方式は、既知のＴＴＬアクティ
ブ方式を基本としている。前記ビデオカメラ回路に具９
ベパナ 備される同期信号発生回路２３により発生される一定の
同期信号Ｔ１　　を受けた時のみパルス的に動作する駆
動部２６により駆動され、撮像素子１８とほぼ等価な位
置に設置された発光素子２５が、赤外反射ミラー６２及
びズームレンズ１３を経−ｒ被写体４２にパルス状の焦
点調節用赤外光を投射すると、その反射光は再びズーム
レンズ１３および赤外反射ミラー６３を経て、撮像素子
１８とほぼ等価な位置に設置された２分割された受光素
子２７上に到達する。この受光素子２７上の前記焦点調
節用赤外光のスポット（以下、赤外光スポットと略称す
る）位置は前記ズームレンズ１３のフォーカシング状態
により移動する。従って、第４図に示す如く、合焦状態
の光スポット４４の中心が２分割された受光素子２７の
中心に一致する様に設定しておけば、前記ズームレンズ
１３が合焦状態よりも被写体側に繰り出された場合の光
スポット４５の中心は右方向にずれ、前記ズームレンズ
１３が合焦状態よりも撮像素子側に移動した場合の光ス
ポット４６は左方向にずれることになる。

１０、・　−・ この場合、前記２分割された受光素子の右半分の受光素
子４７−１．及び左半分の受光素子４７−２より各々出
力される信号電流（受光量に比例する）１１゜１２　の
間には次式で示す様な関係が成立する。

１１＝Ｉ、（４４で示す光スポットの場合）・・・・・
・（１） Ｉ、）Ｉ２（４５で示す光スポットの場合）・・・・・
・（２） １１〈工。（４６で示す元スポットの場合）・・・・・
・（３） 従って、上記２つの信号電流出力１１．Ｉ２の値を比較
し、その比較結果に基づき撮影レンズを駆動すれば焦点
調節が遂行できる。この過程は、第３図の電流−電圧変
換回路２９−１．２９−２、電圧増幅器３０−１．３０
−２および、比較回路３１とで実行される。比較回路３
１は、前記発光素子駆動用タイミングを規定する同期信
号Ｔ１　　と同期して、前記２つの電圧増幅器３０−１
．３０−２の各々の出力値ｖ１．ｖ２ｆ！ｃ比較し、そ
の結果として、撮影レンズ停止あるいは撮影レンズ駆動
方向を表１１べ、・ わす信号■ＦＡを出力する。

本実施例では、さらに「山登り方式」として周知の所で
あるもう１つの焦点調節方式を基本とした別個の焦点検
出部である高周波成分比較部３２をも具備している。即
ち前記前置増幅器２０が出力する映像信号Ｖ。の高周波
成分のみを高周波通過フィルタ３３で抽出し、絶対値回
路３４、最大値検出回路３５により前記高周波成分の最
大値を検出する。２つの記憶回路３６−１．３６−２は
、同期信号発生回路２３が発生する第５図に示すが如き
、そのパルス幅ｔｐ及び周期１（が相等しく、かつｔｄ
　だけ互いにずれた２つのパルス列Ｔ２．Ｔ３を受けて
、そのパルス幅ｔｐに相当する期間（以下、記憶期間と
いう）における前記高周波成分のの最大値を記憶保持す
る。比較回路３７は、前記２つの期憶記間での最大値を
比較し、ズームレンズ１３が駆動されるか、あるいは被
写体４２が移動した場合、その比較結果に従がいズーム
レンズ１４の停止あるいは、その駆動方向を示す信号ｖ
ＦＹを出力する。

前述したＴＴＬアクティブ方式を用いた前記焦点演算部
は、前記光量絞り４０が充分量いている状態では正常に
動作する。

しかし、撮影条件によって例えば被写体４２の照度が非
常に明るい場合等では、撮像素子１８に適切な光量を与
えるため、前置増幅器２０の出力ｖ０　を受けて光量絞
り駆動部４１が光量絞り４０を適当彦大きさの絞り値に
１で絞る。このため、発光部２４より投光されるべき焦
点調節用赤外光あるいは受光素子にて受光されるべき焦
点調節用赤外光が前記光量絞り４ｏにより著しく遮断さ
れる場合は、前記２分割された受光素子２７出力は著し
く低下する。又、被写体４２が非常に遠方にある場合や
、被写体の赤外反射率が非常に低い場合等でも、同様に
前記受光素子２７出力は著しく低下する。上記の如き場
合には、前記電圧増幅器３０−２出力ｖ２が一定基準値
（ｖｒ　　とする）より低くなり、前記比較回路３１の
出力ｖＦＡの信頼性が乏しいことを示す。選択回路３８
は、前記電圧増幅器出力ｖ２が前記基準値ｖｒ　　より
高い場合１３　−− には前記比較回路３１の出力■ＦＡを焦点調節機構３９
へ伝え、前記電圧増幅器出力ｖ２が前記基準値Ｖ、より
低い場合には前記比較回路出力■ＦＡを無視し、前記高
周波成分比較部３２の出力すを焦点状態を示す信号ｖＦ
Ｙ　’ｅ前記焦点調節機構３９へ伝える機能を有してい
る。

上記の如き選択回路の具体的な構成例を第６図に示す。

これは抵抗４Ｂ　、４９．５０．５１と、トランジスタ
５２．５３と、比較器６４と、インバータ５５と、バッ
ファ５６と、基準電圧電源５７とから構成されている。

この選択回路は端子６０に入力される前記電圧増幅器出
力ｖ２　と呆準電圧ｖｒ　　との大小により、トランジ
スタ５２．５３を交互にスイッチングし、端子５８に入
力される焦点演算部２８の出力ｖＦＡあるいは端子６９
に入力される高周波成分比較部３２の出力■ＦＹのいず
れかを選択して、端子６１に焦点信号ｖＦ　として出力
するものである。焦点調節機構３９は、前記選択回路３
８の出力する焦点信号ｖＦ　によりズームレンズ１３の
フォーカシングｅ調節−ｔべく７オー４ カシフグレンズ群１４を適切な位置に駆動又は停止させ
、焦点調節が完了する。

なお、本実施例のアクティブＴＴＬ方式に用いられてい
る２分割された受光素子の代わりに、多数分割された受
光素子や、連続的に位置検出可能な素子として周知のＰ
　Ｓ　Ｄ　（Ｐｏ５ｉｔｉｏｎ　５ｅｎｓｉｔｉｖｅＤ
ｅｖｉｃｅ　）等を用いてもよい。

発明の効果 以上の説明から明らかな様に、本発明は焦点検出用光ビ
ームを投光することにより、被写体の撮像素子面上での
焦点状態を演算する焦点演算部とビデオカメラの映像信
号の異なる２期間中での高周波成分の増減を比較する高
周波成分比較部とを具備して成り、前記焦点検出用光ビ
ームを受光する受光素子出力が一定基準値以上の場合は
前記焦点演算部出力に基づき撮影レンズを駆動し、前記
受光素子出力が前記一定基準値以下の場合は前記高周波
成分比較部出力に基づき前記撮影レンズを駆動する様に
構成しているので、被写体との距離あるいは被写体の照
度・反射率等の条件に依らず精度の１５ 高い焦点調節を可能ならしめるという優れた効果を有す
る。

さらに前記焦点検出用光ビームを投受光する投光部及び
受光素子を撮影すべき被写体との間に焦点調節機構及び
光量調節機構を有する撮影レンズを介して設置すること
により、視差が少なく、さらに高精度な焦点調節ができ
、また、光量調節機構の具備する光量絞りを前記投光部
よりも被写体側に設置することにより、ビデオカメラ全
体としてもコンパクトなものにすることができるという
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＴＴＬアクティブ方式の原理図、第２図は一般
的なズームレンズの概略構成図、第３図は本発明の一実
施例の要部結線図、第４図は本実施例に用いられる受光
素子の形状と受光素子上での焦点検出用光スポットの位
置を示す図、第６図は本実施例に具備される同期信号発
生回路が発生する記憶期間を規定する２つのパルス列の
タイミング説明図、第６図は本実施例に具備される選択
回路の具体例を示す回路図である。 １３・・・・・ズームレンズ、１４・・・・・・フォー
カシングレンズ群、１５・・・・・・バリエータレンズ
群、１６・・・・・・コンペンセータレンズ群、１７・
・・・・・結像レンズ群、１８・・・・・撮像素子、１
９・・・・・・ビデオカメラ回路、２０・・・・・・前
置増幅器、２１・・・・・・映昨信号処理回路、２２・
・・・・・撮像素子駆動回路、２３・・・・・・同期信
号発生回路、２４・・・・・・発光部、２６・・・・・
・焦点検出用発光素子、２６・・・・・・駆動部、２７
・・・・・・２分割された受光素子、２８・・・・・・
焦点演算部、２９−１．２９−２・・・・・・電流−電
圧変換回路、３０−１゜３０−２・・・・・・電圧増幅
器、３１・・・・・・比較回路、３２・・・・・・高周
波成分比較部、３３・・・・・・高周波通過フィルタ、
３４・・・・・絶対値回路、３５・・・・・・最大値検
出回路、３６−１．３６−２・・・・・・記憶回路、３
７・・・・・・比較回路、３８・・・・・・選択回路、
３９・・・・・・焦点検出機構、４０・・・・・・光量
絞り、４１・・・・・・光量絞り駆動部、４２・・・・
・・被写体、４３・・・・・・端子、４４，４５．。 ４６・・・・・・光スポラ）、４７−１・・・・・・右
半分の受光素子、４７−２・・・・・・左半分の受光素
子、４８　、４９　。 １７、・ ５０．５１・・・・・・抵抗、５２．５３・・・・・・
トランジスタ、５４・・・・・・比較器、５６・・・・
・・インバータ、５６・・・・・・バッファ、６７・・
・・・・基準電圧電源、５８，５９゜６０．６１・・・
・・・端子。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）焦点検出用光ビームを投射する投光部と、前記投
   光部より投射された焦点検出用光ビームの撮影すべき被
   写体表面よりの反射光を受光し、かつ光−電気変換する
   受光素子と、その受光素子の出力より前記撮影すべき被
   写体の撮影素子面上での焦点状態を演算する焦点演算部
   と、ビデオカメラの映像信号の異なる２期間中での高周
   波成分の増減を比較する高周波成分比較部と、前記焦点
   演算部と高周波成分比較部のいずれか一方の出力を受け
   てビデオカメラの撮影レンズを最適な焦点位置へ駆動す
   る焦点調節機構とを具備して成り、前記焦点調節機構は
   前記受光素子より出力される出力信号値が一定基準値以
   上の場合は前記焦点演算部出力に基づき前記撮影レンズ
   を駆動し、前記受光素子より出力される出力信号値が前
   記一定基準値以下の場合には前記高周波成分比較部出力
   に基づ２ど き前記撮影レンズを駆動するように構成したことを特徴
   とするビデオカメラの自動焦点調節装置。
2. （２）投光部及び受光部は、撮影すべき被写体との間に
   焦点調節機構及び光量調節機構を有する撮影レンズを介
   して設置され、かつ光量調節用の光量絞りを前記投光部
   と受光部の少なくとも一方よりも前記撮影すべき被写体
   側に設置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自動焦点調節装置。