JPS59212081A - 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。そめ中で、撮影すべき
被写体（以下、被写体と称する）に赤外線等を照射し、
前記被写体よりの反射光を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（Ｔｈｒ
Ｏｕｇｈ　Ｔｈ６　ＬｅｎＳ　）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よシ投射された光ビームは全反射ミ
ラー２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たが、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５
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。撮影レンズ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図に示ス。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、１０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１０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（例えば、前記フォーカシングレンズ群とバリエー
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太きな制約を与
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。

又、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
して非常に太きいだめ、合焦検出精度が非常に低下する
。

発明の目的 本発明は、上記の様な問題点を有する現在のビデオカメ
ラの自動焦点調節装置を改善し、被写体の照度や周囲温
度等の条件によらず視差がなく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。

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、前記投光部及び受光素子は撮影すべ
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、かつ撮影レンズの光量
絞りが前記投光部と受光素子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され、前記焦点調節機構は
前記撮影レンズの光量絞りの口径が一定基準値より大な
る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、前記撮影レンズの光量絞りの口径が前記一定基
準値より小なる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たものであり、
これにより、前記撮影レンズの光量絞りの口径が前記一
定基準値よりも小なる場合は上記ＴＴＬアクティブ方式
７−− による焦点調節が不適な被写体と判定し、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、被写体照度や周
囲温度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縁図である。第３図におい
て、１３はフォーカシングレンズ群１４１　バリエータ
−レンズ群１５．コ／ペンセーターレンズ群１６．結像
レンズ群１７より成るズームレンズ、１８は撮像素子、
１９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（Ｌ　Ｅ　Ｄ）
等の焦点検出用発光素子２５．その駆動部２６よ構成る
発光部、２了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２
９−１．　第２の電流−電圧変換回路２９−２．第１の
電圧増幅器３０−１．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３４．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、３９
は焦点調節機構、４ｏ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ｖｏ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する。

前記ビデオカメラ回路に具備される同期信号発生回路２
３により発生される一定の同期信号Ｔ１を受けだ時のみ
パルス的に動作する駆動部２６９−６− 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２６が、赤外反射ミラー６２及ヒズーム
レンズ１３を経て被写体４２にノ々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１
３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の中心は右方向ニスれ、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４
６は左方向にずれることになる。この場合、前記２分割
された受光素子２７の右半分の受光素子４７−１゜及び
左半分の受光素子４Ｔ−２より各々出力され１ｏ／、−
二 る信号電流（受光量に比例する）ＩＩＩＸ２　の間には
次式で示す様な関係が成立する。

Ｘにｌ２（４４で示す光スポットの場合）・・・・・・
・・・　（１） Ｉ、）Ｉ、、（４５で示す光スポットの場合）・・・・
・・・・・　（２） Ｉ、　（Ｉ、　（４６で示す光スポットの場合）・・・
・・・・・・　（３） 従って、上記２つの信号電流出力Ｉ、、Ｉ、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３１
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Ｖ、、Ｖ２　　を比較し、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
わす信号Ｖ、ムを出力する。

本実施例では、さらに「山登り方式」として周１１、、
−、・ 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２ｏが出力する映像信号ｖ
ｏＯ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３６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、そのパルス幅ち、及び周期ｔｆが相等しく
、かつ（だけ互いにずれた２つのパルス列Ｔ２．Ｔ３ヲ
受けて、そのパルス幅ちに相当する期間（以下、記憶期
間という）における前記高周波成分の最大値を記録保持
する。比較回路３７は、前記２つの記憶期間での最大値
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
えるだめ、前置増幅器２０の出力′ｖｏを受けて光量絞
り駆動部４１が光量絞り４ｏを適当な大きさの絞り１直
にまで絞る。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４０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
しく低下し、前記比較回路３１の出力Ｖ、ムは信頼性に
欠ける。選択回路３８は、前記光量絞り駆動部４１が決
定する光量絞りの口径を示す絞り電圧値６口径の大きさ
に比例して値が増加する）Ｖムの情報を受け、その絞り
電圧値Ｖムが一部基準電圧値ｖｒより大か小かを判定し
、前記絞り電圧値Ｖムが前記一定基準電圧値ｖｒより犬
なる場合には前記比較回路３１の出力Ｖ、ムを焦点調節
機構３９へ伝え、前記絞り電圧値Ｖムが前記一定基準電
圧値ｖｒより小なる場合には前記比較回路出力Ｖ、ムを
無視し、前１３ぺ一−一・ 記高周波成分比較部３２の出力する焦点状態を示す信号
ＶＦＹを前記焦点調節機構３９へ伝える様に動作する。

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４８）４９．　５０．５１と、トランジスタ
５２．５３と、比較器５４と、インバータ６５と、バッ
ファ５６と、基準電圧電源６７とから構成されている。

上記の如く構成された選択回路は、前記絞り電圧値Ｖム
が端子６ｏに入力されると、比較器６４が前記一定基準
電圧値ｖｒと比較し、その比較結果に基づきトランジス
タ６２゜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Ｖ、ムあるいは端子５９に
入力される高周波成分比較部３２の出力ＶＦＹのいずれ
かを選択して、端子６１に焦点信号Ｖ、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３８の
出力する焦点信号ｖｙによりズームレンズ１３のフォー
カシングを調節すべくフォーカシングレンズ群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。

１４ベズ・ 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ノＰ
ＳＤ　（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　５ｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｉ）
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、本発明は撮影すべき被写
体との間に焦点検出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た投光部及び受光素子を用いて
、焦点検出用ビームを投受光することにより、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、
光量絞りを前記投光部と受光素子の少なくとも一方より
も被写体側に設置し、その光量絞りの口径が一定基準値
よりも大なる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、前記光量絞りの口径が前記一定基準値よ
りも小なる場合は、前記高周波成分比較部出力に基づき
前記撮影レンズ１５、、　　、 を駆動し、前記光量絞りの口径が前記一定基準値よりも
小々る場合は、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、被写体の
照度や周囲温度に依らず、常に視差がなく高精度の焦点
調節を可能ならしめるとともに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優れた効
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５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、
１９・・川・ビデオカメラ回路、２０・・・・・・前置
増幅器、２１・・・・・・映像信号処理回路、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
分比較器、３３・・・・・・高周波通過フィルタ、３４
・・・・・・絶対値回路、３６・・・・・・最大値検出
回路、　３６−１．　３６−２・・・・・・記憶回路、
３７・・・・・・比較回路、３８・・・・・・選択回路
、３９・・団・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、４４ｖ　　４５　Ｈ４
６・・・・・・光スポラ）、４７−１・・・・・・右半
分の受光素子、４７−２・・・・・・左半分の受光素子
、４８，４９，５０，５１・・・・・・抵抗、５２．５
３・・・・・・トランジスタ、６４・・・・・・比較器
、６５・・・・・・インバータ、５６・・・・・・バッ
ファ、５７・・・・・・基準電圧１７、、、＋ 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 (1)

【特許請求の範囲】
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、前記投光部及び受光素子は
   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、かつ撮影レン
   ズの光量絞りが前記投光部と受光素子の少なくとも一方
   よりも前記撮影すべき被写体側に設置され、前記焦点調
   節機構は前記撮影レンズの光量絞りの口径が一定基準値
   よシ大なる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、前記撮影レンズの光量絞りの口径が前
   記一定基準値より小なる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。