JPS6314593A - ビデオカメラの合焦度検出方法とそれに用いる合焦度検出用パタ−ン - 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】 以下の順序に従って本発明を説明する。

Ａ、産業上の利用分野 Ｂ０発明の概要 Ｃ０従来技術［第９図］ Ｄ１発明が解決しようとする間蓮点 Ｅ１問題点を解決するための手段 Ｆ１作用 Ｇ、実施例［第１図乃至第８図コ Ｈ９発明の効果 （Ａ、産業上の利用分野） 本発明はビデオカメラの合焦度検出方法とそれに用いる
合焦度検出用パターンに関するものである。

（Ｂ、発明の概要） 本発明は、合焦度を正確且つ定量的に検出てきるように
するために、 低輝度と高輝度を交互に配置した被写体をビデオカメラ
に撮影させ、映像信号の大きさから合焦度を検出するよ
うにしたものであり、 高輝度と低輝度からなる縞を１最影していても合黒度が
低いと合焦度が低い程中間輝度の被写体を撮影している
状態に近くなり映像信号の高い方のレベルと映像信号の
低い方のレベルとの差が小さくなる。従って、映像信号
の大きさによってビデオカメラの合焦度を定量的に且つ
正確に把握することができる。

（Ｃ，従来技術）［第９図］ オートフォーカスビデオカメラを製造する場合には当然
のことながらビデオカメラが自動的に合焦状態になるよ
うに調整し、且つ自動的に合焦状態になるのかどうかに
ついて試論をしなければならない。

ところで、従来、その調整あるいは試験におい°〔は第
９図に示すような検査用パターンをビデオカメラから所
定比ｍ＜例えば２ｍ）！してビデオカメラに対向させて
そのビデオカメラにより撮影された検査用パターンの再
生画像を見ながらボケの有無、度合を判断していた。

（Ｄ、発明が解決しようとする問題点）ところで、第９
図に示すようなパターンの再生画像からピントが合って
いるか否かを目視により判断するという方法によ第１ば
、人によって、時によって同じケースに対する判断結果
に違いが生じることが少くなく、判断基準が非常に曖昧
であった。そして、ビデオカメラの合焦度はフォーカス
リングのガタ（０，５ｍｍ）の分の違いでも変化するが
、第９図に示すようなパターンでは映像モニター画面Ｆ
にはそのような違いがはっきりとは現われないので検出
精度は非常に低かった。

本発明はこのような問題点を解決すべく為されたもので
あり、合焦度の判別結果に判断者の主観が介在する余地
をなくし、合焦度の検出精度を高め、且つ合焦度を定量
的に検出できるように１−ることを目的とするものであ
る。

（Ｅ、問題点を解決するための手段） 本発明はト記問題点を解決するため、低輝度と高輝度を
交互に配置した被写体をビデオカメラに撮影させ、映像
信号の大きさから合焦度を検出するようにしたものであ
る。

（Ｆ、作用） 本発明によりば、ピントが完全に合っているときは映像
信号の輝度信号の低輝度部分のピークと高輝度部分のピ
ークとの差が最大になり（振幅が最大になり）、ピント
かずれる程中間輝度の被写体を撮影している状態に近く
なって輝度信号の低輝度部分のピークと高輝度部分のピ
ークとの差が小さくなる。従って、映像信号の大きさに
よってビデオカメラの合焦度を定量的に且つ正確に検出
し、把握することができる。

（Ｇ、実施例）［第１図乃至第８図］ 以下、本発明図示実施例に従って詳細に説明する。

第１図は本発明合焦度検出用パターンの一つの実施例１
の正面図である。この合焦度検出用パターン１は黒の矩
形板２に白い帯状部３ａ、３ａ、・・・を一定間隔を置
いて平行に配列した縞状の模様を描いたものである。３
ｂ、３ｂ、・・・は隣接する白の帯状部３ａ、３ａ間に
位置する黒の帯状部である。この縞状の模様が形成され
た部分の縦、横の長さは１０ｃｍ程度であり、矩形板２
の周縁部は模様が形成されていない。

黒の帯状部３ｂの幅は例えば０．５ｍｍ、配置ピッチは
例えば１．２ｍｍである。

第２図は本発明合焦度検出方法の一例を示すものであり
、同図において４はビデオカメラ、５は測距用赤外光発
射部、６は該赤外光発射部５から発射され被写体くこの
場合検出用パターン１）で反射された赤外光を受光する
赤外光受光部であり、赤外光発射部５及び赤外光受光部
６は後述する焦点検出機構の一部を成す。

７はビデオカメラ４から出力された映像信号の振幅、つ
まりピーク・ピーク間の大きさく水平同期パルスのレベ
ルと最も明い部分の信号のレベルとの差）を検波するＰ
−Ｐ検波回路、８は該ｐ−ｐ検波回路７の出力信号をデ
ィジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ、９はビデオ
カメラ４の測距精度を判定するためのマイクロコンピュ
ータ、１０はＡ／Ｄコンバータ８の出力を数値として表
示するＳＷ水ボツクス１１はマイクロコンピュータ９に
よって判定した測距精度の良否を表示すると共に映像信
号の振幅をアナログ的に表示するディスプレイである。

１２はビデオカメラ４から出力された映像信号を増幅す
るアンプで、該アンプ１２の出力が図示しないモニター
プレビジョンに送られ、このモニターテレビジョンの画
面上に画像再生が為される。

第３図はオートフォーカス機構の概略を示すものであり
、同図において１３はデテクタ、１４はデテクタ７から
出力された２つの信号をうけその差が０になるようにす
る出力信号をモータドライバ１５に送出するアンプであ
る。そして、該モータドライバ１５によってモータ１６
が駆動される。モータ１６はフォーカスリング１７を正
逆回転させてレンズ１８を前後させると共に測距用赤外
光の向きを変化させる働きをする。尚、１９は固体撮像
素子、２０はＮＴＳＣエンコーダであり、該エンコーダ
２０の出力がＰ−Ｐ検波回路７、アンプ１２へ送出され
る。

第４図（Ａ）、（Ｂ）は映像信号の波形図で、同図（Ａ
）は高合焦度の場合を示し、同図（Ｂ）は低合焦度の場
合を示す。この図に従って本発明の原理を具体的に説明
すると、検出用パターン１をビデオカメラ４によって撮
像して得た映像信号は、被写体である検出用パターン１
が白と黒との縞模様なので輝度信号が高輝度と対応した
レベル（ペデスタルレベルから遠いレベル）と低輝度と
対応したレベル（ペデスタルレベルに近いレベル）との
間で交互に変化し、正弦波に近い彼が現われ、そして、
第３図（Ａ）に示すようにそのレベル差が非常に大きく
なるはずである。但し、それはあくまでオートフォーカ
ス機構の精度が高く被写体である検出用パターン１にピ
ントが完全に合い撮像面上にその縞模様がくっきりと結
像された場合である。若し、ピントが合っていないとき
は撮像面には黒い低輝度部分と白い高輝度部分とがくっ
きりと区別されない中間の輝度からなるポケな模様が描
かれることになる。その結果、黒の部分と対応したとこ
ろのレベルはペデスタルレベルからより離れ灰色のレベ
ルに近づき、白の部分と対応したところのレベルはペデ
スタルレベルに近づきやはり灰色のへレベルに近くなる
ことになる。従って、ピークとピークとの差が小さくな
る。

そして、完全にピントがポケると灰色の被写体が撮像面
に結像されたと同じ状態になり、第４図（Ｂ）に示すよ
うにピークとピークとの差が非常に小ざくなる。従って
、輝度信号のピークとピークとの間のレベル差、あるい
は映像信号の振幅によフてピントがどの程度合っている
かを、即ち合焦度を表すことができ、そのレベル差の値
が大きい程合黒度が高いといえる。従って、合焦度を数
値によって定量的に表現することができる。

第５図は焦点ずれと、映像信号の振幅の最高値からの減
少量との関係を示す曲線図である。この図は横軸に焦点
のずれ量をフォーカスリング１７の移動量（ｍｍ）とい
う形にしてとり、縦軸に映像信号の振幅の最高値である
２、ｏｖｐ−ｐからの減少量（ｍＶ）をとフでいる。

この第５図からもピントがポケる程映像信号の減少量が
大きくなることが明らかであり、映像信号の減少量の大
きさからピンボケ塩を数値として定量的に表わすことが
できることが明らかである。

ところで、ビデオカメラ４の測距精度については実際上
フォーカスリンク１７の移動量にして±１．３ｍｍの範
囲内であれば良いと規格が決められている。この点につ
いて具体的に説明すると、ビデオカメラ４の焦点距離検
出部は第６図に示すようにフォーカスリング１７に距ａ
　（ｍ）を表す数字２１（例えば「２」）か刻設され、
そのフォーカスリング１７と接する固定側部分に指標２
２が刻設されてなり、指標２２によって指される数字２
１によって焦点距ｆｉ　（ｍ）か表されるようになって
いる。そして、各数字２１はそ九ぞれその横幅が２．６
ｍｍになっており、ビデオカメラ５の実際の焦点距離が
例えば２ｍであるとき指標２２がその距離を表す「２」
という数字２１の横幅内から食み出ていなければ測距精
度か合格であるというように規格が決められている。そ
して、ビデオカメラ４の測距精度か最も高い理想的な場
合というのは指標２２が距離を表す例えば「２」という
数字２１の２．６ｍｍという横幅の中心を指すように調
整されている場合であり、規格に適合しない場合という
のは指標２２がその横幅２．６ｍｍの文字幅から外れて
しまう場合であるので、結局、指標２２が距離を表す数
字２１の横幅の中心から近距離側及び遠距離側に１゜３
ｍｍずれるまでの範囲が規格内ということになる。従っ
て、第５図に示す曲線図から映像信号の振幅の最大値か
らの減少量が３５０　ｍ　Ｖ以内であれば測距精度が合
格といえることになる。

第７図は本発明合焦度検出方法を利用してビデオカメラ
４の測距精度の判定を行う手順の一例を示すフローチャ
ートであり、この図に従って測距精度の判定方法を説明
する。

（イ）ビデオカメラを検出用パターンに２ｍ　（２ｍか
測距精度の判定をする距離として選ばている。）離して
配置させ、ビデオカメラ４に検出用パターン１を撮影さ
せる。

（ロ）オートフォーカススイッチを切る。即ち、オート
フォーカスビデオカメラはオートフォーカススイッチを
備え、そのスイッチを入れるとオートフォーカス機構が
動作して自動的に焦点を合せることができるようになっ
ているが、ここではそのオートフォーカススイッチを切
るのである。そうするとオートフォーカスモードからマ
ニュアルフォーカスモードになる。

（ハ）マニュアルフォーカスモードにした状態でフォー
カスリング１７を回しながら前記ディスプレイ１１のレ
ベルメータを見る。そして、レベル（即ち、映像信号の
振幅）が最大になるところでフォーカスリング１７をと
める。換言すれば２ｍの距離のところに合焦した状態に
する。

（ニ）そのとき指標２２が距離を示す数字２１（今の場
合「２］）の文字幅内にあるかどうかを確認しておく。

尚、若し指標２２が距離を示す数字２１の文字幅から食
み出ていた場合にはそのビデオカメラ４は測距精度の調
整不足ということになり、再調整すべき不良品としての
扱いを受ける。

（ホ）フォーカスリング１７を回して最大になった映像
信号の振幅の最大値Ｖｍａｘをマイクロコンピュータ９
に記憶させる。尚、このＶｍａｘの値はＳＷ氷ボツクス
０によって確認できる。

（へ）オートフォーカススイッチを入れてオートフォー
カスモードにする。

（ト）フォーカスリング１７を焦点距離無限遠（１）ま
で回したうえでフォーカスリング１７から手を離す。す
ると、オートフォーカス機構の働きにより自動的に２ｍ
に合焦した状態に戻る筈である。

（チ）合焦後（自動的に回転するフォーカスリング１７
のその回転が停止したとき）、映像信号の振幅Ｖａｆｌ
を測定し、それを上記振幅の最大値Ｖｍａｘから減算す
る。この減算はマイクロコンピュータ９によって自動的
に行われる。

（す）上記ステップ（チ）の演算結果が規格内（３５０
ｍＶ以内）であるかどうかがディスプレイ１１により表
示される。尚、若し規格外であればこのビデオカメラ４
は測距精度が規格よりも低く再調整すべき不良品として
の扱いを受けることになる。

（ヌ）次にフォーカスリング１７を焦点距離１．３ｍ（
最も近い焦点距１！！Ｉ）まで回したうえでフォーカス
リング１７から手を離す。すると、オートフォーカス機
構の働きにより自動的に２ｍに合焦した状態に戻る筈で
ある。

（ル）合焦後、そのときの映像１３号の振幅Ｖａｆ２を
測定し、それを上記最大振幅Ｖ　ｒｎ　ａ　ｘから減算
する。この減算もマイクロコンピュータ９によって自動
的に行われる。

（ヲ）上記ステップ（ル）の演算結果が規格内（３５０
ｍＶ以内）であるかどうかがディスプレイ１１により表
示される。そして、若し、規格外であればやはり再調整
すべき不良品ということになる。

以上のプロセス（イ）−（ワ）を終えると測距精度のγ
す定が終了する。

このような本発明合焦度検出方法を駆使した測距精度判
定方法によれば、マニュアル操作による完全合焦ポイン
トが従来のようにモニター再生画像のボケ具合の目視に
よる莫然とした判断ではなく映像信号のレベルを定量的
に示すレベルメータによってはっきりと精確に把握する
ことができる。

また、オートフォーカスモードにおける測距精度（無限
遠（１）からオートフォーカスした場合の測距精度と最
も近い距離からオートフォーカスした場合の測距精度）
も、オートフォーカスによる合焦時の映像信号のレベル
の上記マニュアル操作による完全合焦時の映像信号のレ
ベルとの差として定量的に精確に把握し、表現できる。

従って、規格内か規格外かの判断も人の主観を介在させ
る余地なく判断できる。依フて、検査工数のダウン、検
査の信頼性向上、検査効率の向上を図ることが可能にな
る。

尚、第１図に示すような検出用パターン１をビデオカメ
ラ４に撮影させてその再生画像に色の着いたモアレか現
われるか否かによって合焦しているか否かを判断する合
焦度検出方法もある。これは合焦度を定量的に判断する
ことかてきる方法ではないが非常に簡単で従来の合焦度
検出方法に比較して高い精度が得られる方法であるので
説明する。

被写体の色分解用にストライプフィルターを用いたビデ
オカメラにおいては、被写体が細かい縞模様であるとそ
の縞が持つ空間周波数が搬送色信号の周波数（約３．５
８ＭＨｚ）に等しくなったときその周波数成分は色信号
として復調回路によって復調されてしまうことになり、
その結果、色が着いてしまうことになる。その縞による
空間周波数成分を偽信号と呼び、偽信号によって着色さ
れた色をクロスカラーという。このようなりロスカラー
の発生をできるだけ防止するため人力信号の例えば４．
７７ＭＨｚ以上の成分を光学的ローパスフィルターでカ
ットするようにしているが、しかし、完全にクロスカラ
ーを防止することはできない。従って、検出用パターン
１の縞模様を撮影すると走査線とその縞との干渉縞とし
て生じるモアレにクロスカラーが生じるという現象が生
じる。しかし、ピントが合っていない場合にはビデオカ
メラの撮影素子１９の撮像面に縞がはっきり結像されな
いわけであるからクロスカラーにより着色されたモアレ
か現われない。従って、着色されたモアレがはっきりと
目立つと合焦であり、目立たないと合焦していないと判
断することができる。

尚、モアレ縞の波長λは走査線間隔Ｓに対する縦方向ピ
ッチａの比によって決まり、次式で表される。開式にお
いてｎは整数である。

λ＝１／＋　　（２／ａ）−（ｎ／２ｓ）１第８図はＮ
ＴＳＣ方式（走査線数５２５本）及びＰＡＬ、ＳＥＣＡ
Ｍ方式（走査線数６２５本）の場合の縦方向マスクピッ
チとモアレ波長との関係を示すものである。

しかして、目立つようなモアレが発生するように検出用
パターンの縞のピッチを決め（第１図の検出用パターン
１の絹のピッチはモアレか最も発生し易いように絹のピ
ッチが１．２ｍｍに設定されている。）、検出用パター
ン１の向きを適宜に変え、クロスカラーの着いたモアレ
が発生したとき合焦であると判断することにより合焦検
出を行うようにすることができる。

尚、実際には合焦しているのてはあるが焦点距離検出用
の赤外光の照射される位置に狂いかあるために合焦して
いるという検出結果か得られない場合がある。そこて、
合焦しているという検出結果が得られない場合には検出
用パターンのビデオカメラからの距離を変えないで検出
用パターンの位置を左右上下に動かしてみて合＋、ｑ、
　しているという検出結果が得られたときは赤外光の照
射位置に狂いかあるけれどもオートフォーカス機構には
狂いがないと判断できる。尚、オートフォーカス機構の
攻障等によって合焦状態が／ＩＩられない場合には検出
用パターンの位置を左右上下に動かしても絶対に合焦し
ているという検出結果が得られない。従って、このよう
な場合にはオートフォーカス機構に問題かあると判断し
なければならない。

尚、合焦度検出にあたって検出用パターン１は縞が縦縞
になるようにビデオカメラ４に向けても良いが、略水平
に向けても良いし、その中間の角度でも良い。というの
は検出用パターン１を縞が横縞になるようにしたとして
もその絹が水平走査線と完全に平行になることは一般に
あり得す大抵絹と水平走査線とが交差する。従って、１
つの水平周期において映像信号には白に対応したレベル
と黒に対応したレベルとの間のレベル変化が生じ、その
レベル差から合焦度を判断することができるので、検出
用パターン１の向きは絶対に成る向きでなければならな
いということはない。

尚、上述のように映像信号の水平同期パルスのレベルと
最も白い部分のレベルとの差を検出することにより合焦
度を検出するようにしても良いが、映像信号の絹の明暗
によって生じた正弦波のような波の白側のピークと黒側
のピークとの間の差の大きさから合焦度を検出するよう
にしても良い。

（Ｈ，発明の効果） 以上に述べたように、本発明ビデオカメラの合焦度検出
方法は、高輝度部と低輝度部を交互に配置した被写体を
ビデオカメラに撮影させ、ビデオカメラから出力された
映像信号の大きさから合焦度を検出することを特徴とす
るものである。

従って、本発明ビデオカメラの合焦度検出方法によれば
、高輝度と低輝度からなる縞を撮影していても合焦度が
砥い程中間輝度の被写体を撮影している状態に近くなる
ので映像信号の高い方のレベルと映像信号の低い方のレ
ベルとの差が小さくなり、従って、映像信号のピーク値
あるいは振幅によってビデオカメラの合焦度を定量的に
且つ精確に把握することができ、また、合焦度の判定に
主観の介在する余地をなくすことができる。

また、本発明合焦度検出用パターンは、低輝度の下地に
高輝度と低輝度とを交互に配置した縞を設けてなること
を特徴とするものである。

従って、本発明合焦度検出用パターンによ九ば、それを
撮影するビデオカメラの白に対応したレベルと黒に対応
したレベルトとの間で交互にレベルが変化するような映
像信号を発生させることができる。従って１本発明合焦
度検出用パターンは上記本発明合焦度検出方法を実施す
るにあたって被写体として使用するのに最適であり、本
発明合焦度検出用パターンの存在によって上記本発明合
焦度検出方法の実現が可能になったといえる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第７図は本発明の一つの実施例を説明するた
めのもので、第１図は本発明合焦度検出用パターンを示
す正面図、第２図は本発明合焦度検出方法を示す斜視図
及び回路図、第３図オートフォーカス機構の概略図、第
４図は映像信号の波形図で、同図（Ａ）は高合焦度の場
合を、同図（Ｂ）は低合焦度の場合を示し、第５図は焦
点ずれと映像信号（ビデオ出力）との関係を示す曲線図
、第６図は焦点距離表示部の平面図、第７図は測距精度
の判定方法の手順を凧すフローチャート、第８図は本発
明合焦度検出パターンを用いた別の合焦度検出方法の説
明にあたって参考に供する絹方向マスクピッチとモアレ
波長との関係を示す関係図、第９図は従来の合焦度検出
に用いた検出用パターンの正面図である。 符号の説明 １・・・合焦度検出用パターン、 ３ａ・・・高輝度部、 ３ｂ・・・低輝度部、４・・・ビデオカメラ。 合点度検出用パターンの正面図 第１図 オートフォーカス根本１のｉｆｆえｍ３、図第３図 高合焦度　　　　　　イ〔合焦度 （Ａ”）　　　　　　　　　ＣＢ’） 険僅侶号のシ皮形図 第４図 第５図　　　　第６図 」す足巨蹟度の井ノに方法の 一汐りぞ示すフローチャート ろデｒ　−フ　Ｋｉ 稚方向マスクピッチとモアレラ皮畏 との　関係図 第８図 従来の合焦度才矢出に用いた 検出ノ＼°クーンの正面図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）高輝度部と低輝度部を交互に配置した被写体をビ
   デオカメラに撮影させ、 ビデオカメラから出力された映像信号の大きさから合焦
   度を検出することを特徴とするビデオカメラの合焦度検
   出方法
2. （２）低輝度の下地に高輝度部と低輝度とを交互に配置
   した縞を設けてなることを特徴とする合焦度検出用パタ
   ーン