JP3758006B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
【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 (2)
- 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。
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