JP3758006B2

JP3758006B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP3758006B2
Application number: JP29368497A
Authority: JP
Inventors: 智康高須
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-10-27
Filing date: 1997-10-27
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2017-10-27
Also published as: JPH11136562A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動焦点調節（オートフォーカス）機能を有する撮像装置に関し、ウォブリング動作時に撮像映像の倍率を変化させない撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、この種の撮像装置の光学系を示すブロック図である。
図４に示すように、この撮像装置の光学系７は、ズームレンズ１０と、フォーカスレンズ２０とを具備しており、フォーカスレンズ２０の位置を、ズームレンズ１０から入射する撮像映像の焦点が合う位置に移動させることにより、オートフォーカスを行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の撮像装置では、次のような問題点があった。
この撮像装置の光学系７が小型で且つ高倍率の撮像映像を出力できる構造の場合には、光学系７自体のレスポンスが非常に良い。
しかしながら、オートフォーカス時には、フォーカスレンズ２０をウォブリングさせなが合焦位置に導く。このため、ウォブリング時に撮像映像が変化し、映像が見づらくなる。特に、フォーカスレンズ２０の合焦位置におけるウォブリング時には、ピントが合った状態で撮像映像の倍率が変化するため、多少見づらくなる。装置が小型で高倍率になるほど、ウォブリング時における撮像映像の倍率変化は大きくなり、多少目立つことがあった。
【０００４】
この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、ウォブリング動作時の撮像映像の倍率を一定に保持することにより、小型且つ高倍率化が可能な撮像装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明に係る撮像装置は、ズームレンズの光学的位置を変化させることにより光学像の倍率を変化させる変倍部と、フォーカスレンズの光学的位置を変化させることにより光学像のオートフォーカスを行う焦点調節部と、焦点調節部により結像され光学像を電気的な撮像信号として出力する撮像信号生成部と、フォーカスレンズのウォブリング動作時に、ズームレンズの光学的位置から焦点調節部の変倍率を求めて、この変倍率を打ち消すような倍率制御信号を出力する倍率制御部と、倍率制御信号に従い上記撮像信号の倍率を変化する電子ズーム変更部とを具備する構成としてある。
かかる構成により、ズームレンズにより倍率が決定された光学像が、フォーカスレンズにより、オートフォーカスされる。このオートフォーカスされた光学像は、撮像信号生成部により電気的な撮像信号として出力される。ここで、フォーカスレンズのウォブリング動作時に、ズームレンズの光学的位置から焦点調節部の変倍率が求められ、この変倍率を打ち消すような倍率制御信号が、倍率制御部から出力される。この倍率制御信号に従い、電子ズーム変更部により撮像信号の倍率が変更される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る撮像装置を示すブロック図である。
図１に示すように、この撮像装置は、光学像の倍率を変化する変倍部１と、光学像の焦点を調節する焦点調節部２と、撮像信号生成部３と、マイコン４（倍率制御部）と、電子ズーム変更回路５（電子ズーム変更部）と、モニタ６とを具備している。
【０００７】
変倍部１は、変倍用のズームレンズ１０と、ズームレンズ１０を移動制御するステッピングモータ１１及びドライバ１２とで構成されている。
ズームレンズ１０は、矢印方向に移動可能に組み付けられており、広角撮影と望遠撮影とが可能になっている。
ステッピングモータ１１は、ズームレンズ１０の図示しない駆動軸に取付けられており、この回転軸を回転させて、ズームレンズ１０を移動させる。
ドライバ１２は、ステッピングモータ１１を駆動するための機器であり、マイコン４からの制御信号Ｃ１によりステッピングモータ１１を駆動させ、制御信号Ｃ１が示す光学的位置にズームレンズ１０を位置させる。
【０００８】
焦点調節部２は、焦点調節用のフォーカスレンズ２０と、フォーカスレンズ２０を移動制御するステッピングモータ２１及びドライバ２２とで構成されている。
フォーカスレンズ２０は、ズームレンズ１０の後段に組み付けられており、フォーカスレンズ２０の位置（光学的位置）を矢印方向に移動させることで、ズームレンズ１０からの光学像の焦点を合わせる。
ステッピングモータ２１は、フォーカスレンズ２０の図示しない回転軸に接続されており、この回転軸を回転させることにより、フォーカスレンズ２０を所定の光学的位置に移動させる。
ドライバ２２は、ステッピングモータ２１を駆動するための機器であり、マイコン４からの制御信号Ｃ２により、ステッピングモータ２１を駆動させ、制御信号Ｃ２が示す光学的位置にフォーカスレンズ２０を位置させる。
【０００９】
撮像信号生成部３は、光学像を電気的な撮像信号Ｖ４に変換する部分で、光電変換を行うＣＣＤ素子３１と、利得制御を行うオートゲインコントロール（ＡＧＣ）３２と、Ａ／Ｄコンバータ３３と、デジタル撮像信号を出力するデジタル信号処理回路３４と、コントラスト信号検波回路３６とを有している。
ＣＣＤ素子３１は、フォーカスレンズ２０の後段に配置されており、フォーカスレンズ２０からの光学像を受光面上に結像させ、これを電気信号Ｖ１として出力する。
また、ＡＧＣ３２は、ＣＣＤ素子３１からの電気信号Ｖ１が所定の利得となるように利得制御して、映像信号Ｖ２として出力する機器であり、Ａ／Ｄコンバータ３３は、映像信号Ｖ２をデジタル信号に変換し、デジタル映像信号Ｖ３として出力する機器である。
デジタル信号処理回路３４は、デジタル映像信号Ｖ３に所定の信号処理を行い撮像信号Ｖ４を出力すると共に、輝度信号Ｖ５をコントラスト信号検波回路３６に出力する機能を有している。
コントラスト信号検波回路３６は、デジタル信号処理回路３４からの輝度信号Ｖ５の高周波成分を通し、その高周波成分に基づいて、鮮鋭度を示すコントラスト信号Ｖ６を出力する機能を有している。
【００１０】
マイコン４は、変倍部１のドライバ１２と焦点調節部２のドライバ２２とコントラスト信号検波回路３６と電子ズーム変更回路５とに接続されており、ウォブリング動作時に生じる光学像の倍率変化（変倍率）を打消す倍率制御部としての機能と、変倍部１及び焦点調節部２を制御する機能とを有する。
変倍部１に対する制御は、制御信号Ｃ１を出力することにより行う。
制御信号Ｃ１は、図示しない制御部からのズーム倍率信号より求める。具体的には、ズーム倍率信号に含まれるズームレンズ１０の倍率情報からズームレンズ１０の光学的位置を算出し、この光学的位置に対応した制御信号Ｃ１を求め、この制御信号Ｃ１を出力することにより、ズームレンズ１０を所定の光学的位置に移動させる制御を行う。
【００１１】
また、焦点調節部２に対する制御は、フォーカスレンズ２０の光学的位置を変化させることで、コントラスト信号検波回路３６からのコントラスト信号Ｖ６を最大にするいわゆるオートフォーカス制御を行う。
図２は、焦点調節部２の制御時におけるフォーカスレンズ２０の光学的位置とコントラスト信号Ｖ６の強度との関係を示す線図である。
図２に示すように、コントラスト信号Ｖ６の強度曲線Ａは、映像の焦点が合っているところで最大値Ｔとなり、焦点がずれると、最大値Ｔよりも小さくなる。マイコン４はフォーカスレンズ２０をウオブリングさせながらコントラスト信号Ｖ６が最大となるフォーカスレンズ２０の光学的位置（合焦位置）を見つけ出すように機能する。
【００１２】
例えば、フォーカスレンズ２０が当初図２に示す光学的位置Ｐ１にあったとすると、この位置からウォブリングを開始する。すなわち、フォーカスレンズ２０を光学的位置Ｐ１で左右に振動させ、コントラスト信号検波回路３６からのコントラスト信号Ｖ６が増加する方向を見つけ出す。そして、フォーカスレンズ２０を、図２の矢印ａに示すように、コントラスト信号Ｖ６の増加方向に移動させる。
このようなフォーカスレンズ２０のウォブリングと移動とを漸次行うと、フォーカスレンズ２０がコントラスト信号Ｖ６を最大とする合焦位置Ｐ２に至るが、この時点では、この位置がコントラスト信号Ｖ６を真に最大にする位置か否か判断することができない。
そこで、マイコン４はさらにフォーカスレンズ２０をウオブリングさせながら矢印ｂ方向に移動させる。すると、コントラスト信号Ｖ６が減少することとなるので、マイコン４はフォーカスレンズ２０を矢印ｃ方向に逆移動させ、最終的に合焦位置Ｐ２でウオブリングさせることとなる。
この合焦位置Ｐ２におけるウォブリング時間は例えば３秒間であるので、撮像信号Ｖ４の倍率は長い時間変化することとなる。
【００１３】
図３は、フォーカスレンズ２０が単位光学的距離（例えば２０μｍ）だけウォブリングしたときの光学像の倍率の変化（変倍率）を示す線図である。
図３において、曲線Ｂは、フォーカスレンズ２０が単位光学的距離だけウォブリングしたときの変倍率を示示す。
ここで、図３の横軸はズームレンズ１０の光学的位置であり、左側が広角側で右側が望遠側を示す。
すなわち、図３は、例えばズームレンズ１０が光学的位置Ｐ４にあるときに、フォーカスレンズ２０が単位光学的距離だけウォブリングすると、光学像が１.０２倍に拡大されることを意味している。
【００１４】
マイコン４は、このような変倍率曲線Ｂに基づいて倍率変化を打ち消す倍率制御信号Ｃ３を生成する。
具体的には、図３に示す変倍率曲線Ｂをテーブルとして有しており、このテーブルに基づいて、現在のズームレンズ１０の光学的位置から単位光学的距離ウォブリング時の変倍率Ｚ0を求め、下記（１）式を演算して、実際の変倍率Ｚ1を想定する。
【数１】

例えば、ズームレンズ１０が光学的位置Ｐ４にあり、ウォブリングの単位光学的距離が２０μｍで、しかも、フォーカスレンズ２０の実際のウォブリング振幅が４０μｍであったとすると、上記（１）式は下記（２）式で表され、実際の変倍率Ｚ1が１．０４０４であると想定する。
【数２】

すなわち、ウォブリングのために４％程増加減少を繰り返す映像がモニタ６で視認されるおそれがあると想定することとなる。
そこで、マイコン４はこの倍率変化を打ち消す倍率制御信号Ｃ３を下記（３）式より求めて、電子ズーム変更回路５に出力するのである。
倍率制御信号Ｃ３＝１／変倍率Ｚ1 …（３）
【００１５】
電子ズーム変更回路５は、撮像信号Ｖ４が示す映像の倍率を、倍率制御信号Ｃ３に従って変更する回路である。
すなわち、下記（４）式で示すよう、電子ズーム変更回路５に入力された変倍率Ｚ1の撮像信号Ｖ４に対して倍率制御信号Ｃ３が示す値を積算することにより、ウォブリングによる倍率変化を抑える。
Ｚ1×（１／Ｚ1）＝１ …（４）
【００１６】
次に、この実施形態の撮像装置が示す動作について説明する。
マイコン４からの制御信号Ｃ１がドライバ１２に入力されると、制御信号Ｃ１が示すズーム倍率になるように、ズームレンズ１０が所定の光学的位置に位置決めされる。
これと並行して、マイコン４からの制御信号Ｃ２がドライバ２２に入力されると、制御信号Ｃ２が示す合焦点位置にフォーカスレンズ２０が位置決めされる。これにより、所定倍率で合焦した光学像がＣＣＤ素子３１に入力され、ＡＧＣ３２，Ａ／Ｄコンバータ３３，デジタル信号処理回路３４を介して撮像信号Ｖ４として出力されると共に、コントラスト信号検波回路３６からマイコン４に最大強度のコントラスト信号Ｖ６が入力される。
ところで、オートフォーカス動作時においては、上記したようにウォブリング動作が行われるので、撮像信号Ｖ４の倍率が変化し、モニタ６で表示される映像の大きさが変化することとなる。
しかしながら、この実施形態の撮像装置では、マイコン４がこのような映像の倍率変化を打ち消すようになっているので、ウォブリング時の映像が一定の大きさに保持されることとなる。
すなわち、マイコン４において、変倍率曲線Ｂのテーブルが示す現在のズームレンズ１０の光学的位置に基づいて、フォーカスレンズ２０の単位光学的距離のウォブリング時における変倍率Ｚ0が求められ、この変倍率Ｚ0から実際の変倍率Ｚ1が演算された後、この変倍率Ｚ1の逆数を示す倍率制御信号Ｃ３が電子ズーム変更回路５に出力される。
これにより、電子ズーム変更回路５において、撮像信号Ｖ４の映像を倍率変化が打ち消され、ウォブリング時においても、モニタ６に表示される映像が常に一定の大きさに保持される。
【００１７】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、この発明の撮像装置によれば、ウォブリング動作時に焦点調節部により光学像の倍率が変化しても、この倍率を打消すような倍率制御信号が電子ズーム変更部に出力され、変倍された光学像が、電子ズーム変更部により再び元の倍率に戻されるので、常に一定の大きさの映像を出力することができ、この結果、小型且つ高倍率の装置の提供が可能となるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る撮像装置を示すブロック図である。
【図２】フォーカスレンズの光学的位置とコントラスト信号の強度との関係を示す線図である。
【図３】変倍率を示す線図である。
【図４】従来の撮像装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…変倍部、２…焦点調節部、３…撮像信号生成部、４…倍率制御部、
５…電子ズーム変更回路、６…モニタ。

Claims

ズームレンズの光学的位置を変化させることにより光学像の倍率を変化させる変倍部と、
フォーカスレンズの光学的位置を変化させることにより上記光学像のオートフォーカスを行う焦点調節部と、
上記焦点調節部により結像され光学像を電気的な撮像信号として出力する撮像信号生成部と、
上記フォーカスレンズのウォブリング動作時に、上記ズームレンズの光学的位置から焦点調節部の変倍率を求めて、この変倍率を打ち消すような倍率制御信号を出力する倍率制御部と、
上記倍率制御信号に従い上記撮像信号の倍率を変化する電子ズーム変更部と
を具備することを特徴とする撮像装置。
請求項１に記載の撮像装置において、
上記倍率制御部は、上記ズームレンズの光学的位置と上記フォーカスレンズの移動量とに対応した変倍率を示すテーブルを有し、このテーブルに基づいて、上記ウォブリング動作時の変倍率を求め、その変倍率の逆数を示す倍率制御信号を生成するものである、
ことを特徴とする撮像装置。