JPH042926B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は例えばテレビジヨンカメラ等に用い
て好適な自動焦点装置に関するものである。

従来自動的に焦点を合わせる方式として例えば
CdSボケ検出方式や超音波エコー方式等が提案さ
れているが、前者の場合検出機構に可動部分があ
るので騒音が大きく、また後者の場合ガラスを通
すと使用不可能となり、しかも煙やホログラフイ
像にも使用できない等の欠点があつた。

この発明は斯る点に鑑み、検出機構に可動部分
がなく、しかも諸条件の下で使用可能な構成簡単
にして焦点機能のすぐれた自動焦点装置を提供す
るものである。

以下この発明の一実施例を第１図〜第８図に基
づいて詳しく説明する。

第１図はこの発明に係る自動焦点装置をテレビ
ジヨンカメラに適用した場合の基本原理を示すも
ので、第１図Ａにその側面図、第１図Ｂにその正
面図を示す。第１図において１は主レンズの配さ
れた鏡胴、２は鏡胴上に配された複数個のレンズ
からなるマルチレンズであつて、焦点用レンズと
して用いられる。このマルチレンズ２に付いては
後で詳述される。

３はマルチレンズ２の背後に設けられたコンデ
ンサレンズ、４はコンデンサレンズ３を通してマ
ルチレンズ２より透過してくる入射光を反射する
ための反射鏡、５は自動絞り機構、６は反射鏡４
からの反射光を集光するための投映レンズ、７は
投映レンズ６で集光された光を反射するための反
射鏡、８は反射鏡７からの反射光を撮像管例えば
ビジコン９のターゲツト上に投映するための直角
プリズムである。

マルチレンズ２の構造は、第２図Ａ，Ｂおよび
Ｃにそれぞれその正面図、側面図および背面図を
示すように、例えば長方形の形状をなす複数個の
レンズよりなり、これらのレンズの背面には各レ
ンズに対応してそれぞれ配された例えばビジコン
のターゲツト上に投映される像の４倍の大きさの
開口部１０を有するマスク１１が設けられる。こ
のマスク１１に開口部１０を設ける方法として
種々考えられるが、例えばレンズ２の背面を、開
口部１０に対応する部分を残して他の部分を遮光
性の材料でコーテイングするようにしてもよい。

また各レンズはそれぞれ所定の焦点距離例えば
無限大、６ｍ、３ｍ、２ｍ、1.5ｍおよび1.2ｍで
マスク１１の開口部１０に結像するような位置関
係を有し、且つ各レンズを通つた光が影響し合わ
ないよう分離板１２で分離されている。なお、こ
のマルチレンズ２を構成するには単一のレンズを
矩形状に切断したものを複数個用いるが、原理的
には単一のレンズを複数個用い異なつた焦点距離
が得られるような位置関係に配列するようにして
もよい。

斯る構成とすることにより、被写体（図示せ
ず）よりの光は第３図に示すように光路を通して
ビジコンのターゲツト９ａに導かれ、第４図に概
略的に示すようにターゲツト９ａの有効画面外で
あるが電子ビームが正常に走査されている部分に
入射光に対応したマスク１１の開口部１０に結像
される各像が投映される。

マスク１１の開口部１０では、被写体の置かれ
た位置によりその被写体に焦点距離の合つたレン
ズの像は結像し、その被写体の焦点距離の合わな
いレンズの像は結像していないので、第４図の如
くターゲツト９ａ上に投映される映像も各開口部
１０における結像状態に対応しており、焦点距離
の合つたレンズの像が一番鮮明となる。従つてビ
ジコン９で検出される出力も焦点距離の合つたレ
ンズの像に対応する電気出力で最大となり、もつ
てこの電気出力の高域成分或いは最大出力成分を
後述するような電気回路で信号処理して鏡胴１を
前後に移動させることにより自動的に焦点が調整
される。

こゝで、具体的に例えば2/3″トリニコンを用い
た場合のそのターゲツトへの投映の仕方や14mmの
主カメラレンズを用いた場合のマルチレンズの構
造の設定の仕方等の一例について説明する。

通常2/3″トリニコンはターゲツト両側面に幅１
mmのマスクされた部分があり、暗電流の検出に使
用されているが、この部分は片方だけで足りるの
で、１側面のマスクを除いてこの部分をターゲツ
ト面の有効画面外であるが電子ビームが正常に走
査されている部分として使用でき、この部分はこ
の場合１×6.6mmである。

いま、14mm〜84mmのズームレンズの使用を想定
し、画面中央部1/4の部分で焦点合わせをしよう
とすると、2/3″トリニコンの有効水平幅8.8mmよ
り2.2mm（8.8/4）を１mmに投映すればよい。これ
により（2.2）²のこの部分の感度上昇となり、色
フイルタのないことによる増感分と加え約14.5
（2.2²×３）倍の感度上昇となる。従つてF1.8の
主レンズの開口面積を約1600mm²とすると100mm²
（５×20）の開口部を有するレンズを使用すれば
この部分は等価の感度が得られる。

一方６個のレンズの映像を最も有効にターゲツ
ト面に配置すると、レンズの背面に設けられるマ
スクは第２図に示すようになり、その開口部（４
×３mm）とターゲツト面の面積比を１：４とする
と各レンズ間の間隔は５mmとなり、ターゲツト上
には第４図に示すように投映される。そこで、４
mm幅の画面を14mmレンズの2.2mm巾の画面相当に
作るレンズは14×４／2.2＝25.45mmとなる。よつて マルチレンズのユニツトレンズにｆ＝26mmのレン
ズを使うと無限遠レンズに対する各レンズの前に
出る量は次表の如くなる。たゞし表においてｘは
無限遠レンズに対して各レンズが前に出る量、Ｄ
は結像点までの距離すなわち焦点距離である。

ｘ(mm) Ｄ(m) 0 ∝ 0.11 6.1 0.23 2.9 0.35 1.9 0.46 1.5 0.58 1.2 このようにして設定された各レンズを第２図に
示すように分離板１２を介して積層することにマ
ルチレンズが構成される。

なお上述は主カメラレンズが14mmの場合で、こ
の場合マルチレンズ２を構成する各レンズの１個
当り、水平走査線約34本（300/8.8）の解像度お
よび１フイールド当り約26本（525／２×１／６×３／
５） の検出に使用できる走査線がある。また主カメラ
レンズが６倍端では水平走査線約５本（34/6）の
解像度および１フイールド当り約４本（26/6）の
検出に使用できる走査線と減少するが、距離判別
には十分の出力を得ることができ問題ない。

第５図はこの発明の一実施例を示すものであつ
て第５図において２０は主レンズ、２１は主レン
ズ２０の配された焦点用鏡胴、２２は鏡胴２１と
係合するギア、２３は鏡胴２１と連動し、鏡胴２
１が移動する所定の各焦点距離に応じて設定値を
可変するためのポテンシヨメータ、２４はギア２
２を回動するための正逆転可能な焦点用モータで
ある。モータ２４を必要に応じて正逆回転させる
ことにより鏡胴２１が前後に移動して焦点調整が
なされる。

２５は図示せずもズームレンズの配されたズー
ム用鏡胴、２６は鏡胴２５と係合するギア、２７
は鏡胴２５と連動するズーム用ポテンシヨメータ
であつて、このポテンシヨメータ２７により鏡胴
２５の回転角に応じて後述されるサンプリングホ
ールドの時間幅を調整する。

２８は上述したようなマルチレンズを用いた焦
点レンズ、２９は反射鏡であつて焦点調整として
焦点レンズ２８を通して入射された光は反射鏡２
９で反射され、図示せずも第１図で示した様な投
映レンズ、反射鏡および直角プリズムを介してビ
ジコン３０に導入される。このビジコン３０には
主レンズ２０を通して撮像用の入射光も導入され
ている。従つてビジコン３０の出力側には光電変
換された第６図に示すような映像信号S_V、焦点
信号S_Fが出力される。

なお第６図は1Hに含まれる各信号を概略的に
示しており、焦点信号はビジコン３０の有効画面
外で電子ビームが正常の走査で得られる範囲例え
ば水平ブランキング期間または垂直ブランキング
期間に相当する部分に挿入することが好ましく、
本実施例では水平ブランキング期間内に挿入した
場合を示している。また第６図でH_Dは水平同期
信号、S_G後述されるゲート信号であつて、このゲ
ート信号S_Gにより焦点信号S_Fのみを導出するよう
にする。

３１はビジコン３０からの撮像出力すなわち映
像信号を増幅するための増幅器、３２は映像信号
に同期信号発生器３４から供給される複合同期信
号を付加するための混合回路であつて、混合回路
３２の出力は出力端子３３より合成映像信号とし
て送出される。

３５は増幅器、３６は同期信号発生器３４から
のブランキング信号を反転したスイツチング信号
によつて増幅器３５から供給される焦点信号を含
む映像信号からこの映像信号を除去するためのス
イツチ回路、３７は同期信号発生器３４からの水
平同期信号に応答して水平走査線をカウントする
ためのカウンタ、３８はカウンタ３７からの出力
に応答してスイツチ回路３６からの出力より同期
部分に含まれる雑音を除去し、焦点信号のみ導出
するためのゲート回路、３９はゲート回路３８の
出力より高域成分のみをとり出すための高域波
器であつて、この高域波器としては例えば微分
回路が用いられる。こゝで高域波器３９を用い
るのは焦点が合つた点では高周波成分が増加し、
微分出力も大きく、コントラストも高いことを利
用している。４０は高域波器３９の出力より高
域雑音成分を除去し、焦点信号のＳ／Ｎ比を良好
にするための積分回路、４１は積分回路４０の出
力をピーク検波して直流信号を得るためのピーク
検波器、４２はズーム用ポテンシヨメータ２７の
設定値およびカウンタ３７の出力に応じてサンプ
リングパルスの幅を可変するための波形幅発生器
である。主レンズ２０のズームレンズな望遠と広
角で視野が変るが、焦点レンズ２８はズームにな
つていないので視角が固定であり、従つて主レン
ズが望遠のときは画枠が狭くならないと画像の中
心部1/3〜1/4の視角にならない。そこで波形幅発
生器４２によつてサンプリングホールドする時間
幅を調整することによつて同じ効果を得るように
している。

４３は積分回路４０の出力を波形幅発生器４２
からのサンプリングパルスによりサンプリングし
てホールドするためのサンプリングホールド回
路、４４はピーク検波器４１の出力とサンプリン
グホールド回路４３の出力を比較するための比較
器であつて、この比較器４１はピーク検波器４１
の出力がサンプリングホールド回路４３の出力よ
り大きくなる点でその出力レベルを例えば論理
“１”より“０”へ変化する。すなわち比較器４
１は各焦点信号の最大出力点でパルス出力を発生
することになる。４５は単安定マルチバイブレー
タであつて、同期信号発生器３４からの垂直同期
信号で立上り、比較器４１の出力で立下る信号を
発生する。従つて単安定マルチバイブレータ４５
の出力の立下り点は最良の焦点位置を表わしてい
る。４６は比較器４１の出力の生じた点より所定
範囲、すなわちその出力の属する焦点距離範囲に
対応する部分に傾斜部分を有する信号を発生する
ためのミラー積分回路である。

４７は同期信号発生器３４からの垂直同期信号
で立上り、ポテンシヨメータ２３で設定される時
定数をもつて立下る信号を発生するための単安定
マルチバイブレータであつて、この単安定マルチ
バイブレータ４７の時定数は鏡胴２１と連動する
ポテンシヨメータ２３により、予め設定される焦
点距離に応じて変るように設定される。すなわち
焦点距離をいま０ｍから無限大まで変化させるに
は単安定マルチバイブレータ４７の時定数を16.6
ｍＳ（1V）から０ｍＳに選定し、この1V期間を
例えば第７図に示すように９セクシヨンに分割し
てそれぞれ１ｍ、1.5ｍ、２ｍ、３ｍ、５ｍ、10
ｍおよび∝の焦点距離に対応させ、これらの各焦
点距離に応じて単安定マルチバイブレータ４７の
出力を得るようにする。従つて単安定マルチバイ
ブレータ４７の出力の立下り点は鏡胴２１の現在
位置すなわち焦点距離を表わしている。

４８は単安定マルチバイブレータ４７の出力に
応答して狭幅のパルスを発生するための微分回
路、４９は積分回路４６の出力と微分回路４８の
出力とを比較するための比較器であつて、この比
較器４９は微分回路４８からのパルスが積分回路
４６の出力の論理“０”のレベル範囲にあるとき
は負の信号を発生し、論理“１”のレベル範囲に
あるときは正の信号を発生し、そして論理“１”
から“０”への過渡範囲すなわち傾斜部分にある
ときは出力信号を零とする。５０は積分器であつ
て、比較器４９の出力を積分し、増幅器５１を介
し比較器４９の出力レベルに応じて焦点用モータ
２４を駆動制御する。この積分器５０はサーボル
ープがハンテイングを起こさないようにする位相
補正回路にもなる。

５２はピーク検波器４１の出力に応答して絞り
制御信号を発生するための絞り制御回路であつ
て、入射光量に応じて絞り用モータ５３を駆動制
御し、撮像管のブルーミングによる焦点信号検出
感度の低下および画像が暗くなつたときの焦点信
号成分のＳ／Ｎ比の劣化を防止している。この焦
点信号はシエーデイングによる誤差が殆んど出
ず、たゞ周波数成分の違いが重要な信号のため、
その絞り板は第５図に示すように焦点用の入射光
線路で一枚の板５４が上下、左右のどちらかに動
くような構造のもので十分である。

５５は焦点信号に関連する単安定マルチバイブ
レータ４５の出力を有効画面内に入るように所定
時間遅延するための遅延回路、５６はスイツチ５
７を介して遅延回路５５から供給される出力と混
合回路３２からの合成映像信号とを加算するため
の加算回路、５８は増幅器、５９はビユーフアイ
ンダであつて、斯る構成により焦点を合わせ込ん
だ位置がモニタ画面上に写し出せる。

次にこの発明に係る自動焦点装置の動作を第６
図ないし第８図を参照しながら説明する。

焦点レンズ２８を通して入射される被写体から
の焦点調整用の光は、主レンズ２０を通して入射
される撮影用の光と共にビジコン３０で電気信号
に変換され、第６図に示すように映像信号S_Vの
水平ブランキング期間中に挿入された焦点信号S_F
として表わされる。これらの信号を1Vの波形と
して見ると第７図Ａに示すような信号S₁として表
わされ、第７図ＡでV_Dは垂直同期信号である。

このようにしてビジコン３０で電気信号に変換
され増幅器３１で増幅された信号S₁は、混合回路
３２で複合同期信号を付加されて出力端子３３よ
り合成映像信号として送出される。

一方信号S₁は増幅器３５を通してスイツチ回路
３６に供給され、こゝで映像信号成分が除去され
る。映像信号成分の除去されたスイツチ回路３６
の出力はゲート回路３８に供給され、こゝでカウ
ンタ３７からの第６図に示すようなゲート信号S_G
により第７図Ｂに示すような焦点信号成分S₂のみ
が導出され、同期部分に含まれる雑音成分が除去
される。ゲート回路３８の出力は高域波器３９
で波され第７図Ｃに示すような高域成分のみを
含む信号S₃として導出される。信号S₃は更に次段
の積分回路４０で積分され高域雑音成分が除去さ
れて第７図Ｄに示すような信号S₄としてピーク検
波器４１およびサンプリングホールド回路４３へ
それぞれ供給される。

ピーク検波器４１は信号S₄をピーク検波し、そ
の出力側に信号S₄の最大点をピークホールドした
第７図Ｅに示すような信号S₅を発生する。またサ
ンプリングホールド回路４３は信号S₄を波形幅発
生器４２からのサンプリングパルスによりサンプ
リングホールドして信号S₄の振幅レベルに対応し
た第７図Ｆに示すような階段状の信号S₆を発生す
る。なおサンプリングホールド回路４３のサンプ
リングホールドの時間巾は、ズーム用の鏡胴２５
の位置すなわち画枠の大きさに応じて波形幅発生
器４２により可変される。すなわち主レンズ２０
のズームレンズが視角を可変できるのに対し、焦
点レンズ２８の視角は固定なので、主レンズ２０
が望遠の時は画枠が狭くならないと画像の中心部
１／３〜1/4の視角にならない。そこで鏡胴２５の回
転角に応じてポテンシヨメータ２７の設定値を可
変して波形幅発生器４２からのサンプリングパル
スのパルス幅をかえ、これによりサンプリングホ
ールド回路４３のサンプリングホールドの時間幅
を変えて、ズーム用鏡胴２５がどの位置にあつて
も画枠と中心部1/3〜1/4のパルス幅をもつた信号
のみが焦点信号として使用されるようにする。第
８図はこの波形幅発生器４２によりサンプリング
ホールドの時間幅を可変する場合の一例で、焦点
距離が例えば14mmと40mmの場合を示している。第
８図においてW₁を焦点信号の画面縦幅、W₂を検
出信号すなわちサンプリングパルスの縦幅、A₁、
A₂をそれぞれ焦点距離14mm、40mmの画枠とする
と焦点距離が14mmおよび40mmのときのサンプリン
グホールドの時間幅をそれぞれSH₁およびSH₂と
することにより鏡胴がどの位置にあつても画枠の
中心部1/3〜1/4の幅の信号を焦点信号として使用
できることになる。

このようにして得られるサンプリングホールド
回路４３からの信号S₆とピーク検波器４１からの
信号S₅は比較器４４に供給され比較される。そし
て信号S₅が信号S₆より大きくなつた時点すなわち
焦点信号成分が最大となつた時点で比較器４４は
第７図Ｇに示すような信号S₇を発生する。この信
号S₇は単安定マルチバイブレータ４５に供給さ
れ、第７図Ｈに示すように予め同期信号発生器３
４からの垂直同期信号V_Dで付勢状態にある単安
定マルチバイブレータ４５を消勢してその出力側
に信号S₈を発生せしめる。この信号S₈の立下り点
が被写体に焦点の合つたレンズの焦点距離を表わ
し、第７図では２ｍがその焦点距離であることを
示している。

単安定マルチバイブレータ４５からの信号S₈は
積分回路４６で積分されて第７図Ｉに示すように
焦点の合つた焦点距離に対応する部分に傾斜部分
を有する信号S₉に波形整形された後比較器４９に
供給され、こゝで焦点用の鏡胴２１の現在位置を
表わす信号と比較される。すなわち鏡胴２１の動
きに応じてポテンシヨメータ２３によりその時定
数を可変される単安定マルチバイブレータ４７は
同期信号発生器３４からの垂直同期信号V_Dで立
上り、鏡胴２１の移動距離に対応した時定数でも
つて立ち下る第７図Ｊに示すような信号S₁₀を発
生する。従つてこの信号S₁₀の立下り点は鏡胴２
１の現在位置を表わし、第７図では鏡胴２１は焦
点距離５ｍの所にあることを示している。

信号S₁₀は微分回路４８に供給されて、微分回
路４８の出力側に第７図Ｋに示すような狭幅のパ
ルス信号S₁₁を発生させ、この信号Ｓは比較器４
９″に供給されてこゝで積分回路４６からの信号
S₉と比較される。比較器４９は信号S₁₁が信号S₉
の論理“０”のレベル範囲にあるので第７図Ｌに
示すような負の信号S₁₂を発生し、この信号S₁₂は
積分回路５０で積分されて第７図Ｍに示すような
負の直流信号S₁₃に変換される。この負の直流信
号S₁₃は増幅器５１でモータ２４を駆動するに足
るレベルまで増幅され、この増幅された駆動信号
によりモータ２４はギア２２を介して焦点用の鏡
胴２１を焦点距離２ｍまで回転移動させる。これ
に従つて単安定マルチバイブレータ４７の出力も
変化し、第７図Ｒに示すように単安定マルチバイ
ブレータ４７からの信号S₁₀が単安定マルチバイ
ブレータ４５からの信号S₈と一致する点、すなわ
ち第７図Ｓに示すように微分回路４８からの信号
S₁₁が積分回路４６からの信号S₉の傾斜部分に入
ると、比較器４９の出力は第７図Ｔに示すように
零となり、積分回路５０の出力も第７図Ｕに示す
ように零となり、もつてモータ２４の駆動が抑制
され鏡胴２１は焦点の合つた位置すなわち焦点距
離２ｍのところに停止される。

一方焦点用の鏡胴２１の現在位置が焦点距離１
ｍのところにある場合、単安定マルチバイブレー
タ４７の出力側にはその焦点距離に対応した第７
図Ｎに示すような信号S₁₀が発生される。そして
この信号S₁₀に対応して微分回路４８の出力側に
は第７図Ｏに示すようなパルス信号S₁₁が発生し、
この信号S₁₁は積分回路４６の出力の論理“１”
レベルの範囲にあるので比較的４９の出力側には
第７図Ｐに示すような正の信号S₁₂が発生される。
この信号S₁₂は積分回路５０で積分されて第７図
Ｑに示すような正の直流信号S₁₃に変換され増幅
器５１で増幅されて駆動信号としてモータ２４に
供給される。そしてモータ２４は今度は反対の方
向に焦点用鏡胴２１を回転移動させ、上述と同様
に焦点距離２ｍの所で鏡胴２１を停止させ、焦点
調整を終る。

このようにして焦点調整された結果は、スイツ
チ５７を閉成し、ビユーフアインダ５９をのぞく
ことにより視覚的に確認することができる。

上述の如くこの発明に係る自動焦点装置によれ
ば、同じ画像の焦点面の画像ぼけをマルチレンズ
を用い撮像管の有効画面外に焦点情報として結像
させるようにしたので、特別なセンサを必要とせ
ずに簡単な構造で焦点制御が可能となる。

また検出機構に可動部分がないので従来装置の
如き騒音がなく、しかも本装置を用いれば煙やホ
ログラフイ像に対しても使用可能であり汎用性を
もたせることができる。

なお上述の実施例では本装置をテレビジヨンカ
メラに適用した場合に付いて説明したが、これに
限定されることなく例えば電気式光学カメラ等に
も同様に適用することができる。

また、上述の実施例では検出装置としてビジコ
ンを用いた場合に付いて説明したが、CCD等そ
の他の検出装置を用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の基本原理を示す側面図およ
び正面図、第２図はこの発明に係るマルチレンズ
の構造を示す正面図、側面図および背面図、第３
図および第４図はそれぞれ第１図の動作説明に供
するための略線図、第５図はこの発明の一実施例
を示す回路構成図、第６図〜第８図はそれぞれ第
５図の動作説明に供するための信号波形図であ
る。 ２はマルチレンズ、４，７は反射鏡、６は投映
レンズ、８は直角プリズム、９，３０はビジコ
ン、２０は主レンズ、２１は焦点用鏡胴、２８は
焦点レンズである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 焦点調節可能な主レンズと、 該主レンズを移動して上記焦点調節を行う主レ
   ンズ移動手段と、 上記主レンズを介して得られた被写体像が投映
   される単一の撮像素子を有したテレビジヨンカメ
   ラの自動焦点装置に於て、 上記主レンズの近傍に焦点距離の異なる複数の
   固定焦点レンズを設け、 該複数の固定焦点レンズを介して得られる複数
   の被写体像を上記撮像素子の有効画面外の部分に
   上記主レンズを介することなく直接に夫々定めら
   れた位置に別々に投映するように構成すると共
   に、 上記撮像素子の出力信号中に含まれる上記固定
   焦点レンズにより投映された複数の被写体像に対
   応した焦点情報信号の中から最も高周波成分の多
   い焦点情報信号を検出する回路を設け、 該回路で検出された最も高周波成分の多い焦点
   情報信号を与えた１つの固定焦点レンズに対応さ
   せて上記主レンズ移動手段を駆動することによ
   り、上記主レンズの焦点調節を行うように構成さ
   れたテレビジヨンカメラの自動焦点装置。