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JP2005114858A - Range-finding camera device - Google Patents

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JP2005114858A
JP2005114858A JP2003346190A JP2003346190A JP2005114858A JP 2005114858 A JP2005114858 A JP 2005114858A JP 2003346190 A JP2003346190 A JP 2003346190A JP 2003346190 A JP2003346190 A JP 2003346190A JP 2005114858 A JP2005114858 A JP 2005114858A
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Japan
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focus
imaging
zoom
level difference
subject
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Pending
Application number
JP2003346190A
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Japanese (ja)
Inventor
Akihisa Sakata
明久 坂田
Takami Hasegawa
孝美 長谷川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JAI Corp
Original Assignee
JAI Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JAI Corp filed Critical JAI Corp
Priority to JP2003346190A priority Critical patent/JP2005114858A/en
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  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Focusing (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
  • Studio Devices (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an automatic range-finding camera device disusing an infrared ray or ultrasonic wave receiving/transmitting device and capable of instantaneously outputting information on a distance to a subject without using the fine vibration mechanism of a focus lens group. <P>SOLUTION: The camera device is equipped with a high-band component extraction part to extract the high-band frequency component of a video signal obtained from an optionally set focusing detection area within the image plane of one frame photoelectrically converted in imaging devices attached so that two of them exist at a front focus position and a rear focus position when one of them exists at the focal position of an imaging lens equipped with a focus driving means and an output means for outputting the information on the distance to the subject, and a level difference processing part to calculate a level difference between the high-band frequency components obtained from the focusing detection areas of the two imaging devices and repeatedly perform the increase/decrease of the driving voltage of the focus driving means until the level difference becomes zero or a preset threshold based on the level difference on the emitting surface of a spectral optical system to branch an optical image picked up by the imaging lens to three directions. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ロボット等に使用される自動距離測定装置に係わり、特に1台のカメラ装置で被写体までの距離が求められる測距カメラ装置に関する。   The present invention relates to an automatic distance measuring device used for a robot or the like, and more particularly to a distance measuring camera device in which a distance to a subject is determined by a single camera device.

従来より、ロボット等に使用される自動距離測定装置としては、三角測量方式のもの、超音波又は赤外線利用方式のもの等があるほか、簡易なものとして、現在市販されている家庭用小型テレビカメラに主として使用されているオートフォーカス(以後、AFと記述)機能を利用してピントを結んだレンズの焦点距離から被写体までの距離を求める方式のものも考えられる。   Conventionally, automatic distance measuring devices used for robots and the like include triangulation type, ultrasonic or infrared type, etc., as well as simple, home-use small TV cameras currently on the market A method of obtaining the distance to the subject from the focal length of the focused lens using an autofocus (hereinafter referred to as AF) function which is mainly used for the above is also conceivable.

前記三角測量方式では、一定間隔(基線長)隔てて配設された基準視野レンズと参照視野レンズとの2つのレンズを介して得られる2つの像が重なり合うように前記2つのレンズの光軸の向きを変化させ、前記2つの光学像が重なり合ったときの基準視野レンズの光軸と参照視野レンズの光軸が基線(2つのレンズの中心点間を結ぶ線)となす角度から被写体までの距離を求めるものである。   In the triangulation method, the optical axes of the two lenses are overlapped so that two images obtained through the two lenses of the reference field lens and the reference field lens arranged at a constant interval (base line length) overlap each other. The distance to the subject from the angle between the optical axis of the reference field lens and the optical axis of the reference field lens when the direction changes and the optical axis of the reference field lens overlaps the base line (the line connecting the center points of the two lenses) Is what you want.

また、超音波又は赤外線利用方式は、超音波又は赤外線送信機から被写体に向けて発射された超音波又は赤外線が、被写体で反射して戻ってくるのを受信機で受信し、送信機から発射され受信機に戻ってくるまでの時間を計測して被写体までの距離を求めるものである。   In addition, the method using ultrasonic waves or infrared rays, the ultrasonic wave or infrared ray emitted from the ultrasonic wave or infrared transmitter toward the subject is reflected by the subject and returned by the receiver, and is emitted from the transmitter. Then, the distance to the subject is obtained by measuring the time until it returns to the receiver.

AF機能を利用する方式は、テレビカメラのCCD等の撮像デバイスで光電変換して得られた映像信号の中の高域周波数成分を抽出し、この高域周波数成分が最大となるように撮像レンズのフォーカスレンズ群を駆動する、いわゆる「山登りサーボ方式」により焦点調節を行い、その焦点距離から被写体までの距離を求めるものである。この方式は、被写体に撮像レンズの焦点が合ったとき、結像面に結像される光学像の高域周波数成分が最大となり、またそれに伴ってコントラストも最大になるという現象を利用していることから「コントラスト方式」とも呼ばれている。   The method using the AF function is to extract a high frequency component from a video signal obtained by photoelectric conversion with an image pickup device such as a CCD of a TV camera, and so that the high frequency component is maximized. The focus is adjusted by a so-called “mountain climbing servo system” which drives the focus lens group, and the distance from the focal length to the subject is obtained. This method utilizes the phenomenon that when the imaging lens is focused on the subject, the high frequency component of the optical image formed on the imaging surface is maximized and the contrast is also maximized accordingly. Therefore, it is also called “contrast method”.

図6に「山登りサーボ方式」の測距方式の従来例ブロック図を示した。
図6に見られるように、本例の測距方式では、駆動装置制御器109を介して駆動装置110のモータを駆動して撮像レンズ101のフォーカスレンズ群102を光軸に沿って前後に移動することによって焦点合わせを行っている。
FIG. 6 shows a block diagram of a conventional example of the distance measuring method of “mountain climbing servo method”.
As shown in FIG. 6, in the distance measuring method of this example, the motor of the driving device 110 is driven via the driving device controller 109 to move the focus lens group 102 of the imaging lens 101 back and forth along the optical axis. Focusing is done by doing.

撮像レンズ101で撮像した光学像は、撮像デバイス103の光電面に結像し光電変換されて映像信号として出力される。この映像信号は、カメラ回路104で2重相関サンプリング/ガンマ補正等の処理が行われて標準テレビジョン信号として出力端子105へ出力されるとともに、ハイパスフィルタ106に加えられ、高域周波数成分だけが抽出され、検波器107で検波された後、映像信号の高域周波数成分に対応する焦点制御用電圧(以後、焦点電圧と記述)として出力される。前記焦点電圧は撮像レンズ101で撮像した光学像の精細度に対応しているので、被写体に撮像レンズの焦点が合ったとき最大となり、焦点が被写体の前後にはずれるに従って前記焦点電圧は減少し図7に示すような傾向を示す。つまりフォーカスレンズ群102の位置が被写体に撮像レンズの焦点が合った状態の位置、すなわち図7のP点にあるとき前記焦点電圧は最大となり、フォーカスレンズ群102位置がP点からはずれるに従って減少することになる。   The optical image picked up by the image pickup lens 101 is formed on the photoelectric surface of the image pickup device 103, photoelectrically converted, and output as a video signal. This video signal is subjected to processing such as double correlation sampling / gamma correction in the camera circuit 104 and is output to the output terminal 105 as a standard television signal, and is added to the high-pass filter 106 so that only the high frequency component is present. After being extracted and detected by the detector 107, it is output as a focus control voltage (hereinafter referred to as focus voltage) corresponding to the high frequency component of the video signal. Since the focal voltage corresponds to the definition of the optical image captured by the imaging lens 101, the focal voltage is maximized when the imaging lens is focused on the subject, and the focal voltage decreases as the focal point deviates before and after the subject. A tendency as shown in FIG. That is, when the position of the focus lens group 102 is at the position where the imaging lens is focused on the subject, that is, at the point P in FIG. 7, the focus voltage becomes maximum, and decreases as the position of the focus lens group 102 deviates from the point P. It will be.

図6の差分ホールド回路108は、図7の差分ホールド回路出力電圧の曲線に示すように、図6に示す検波器107から出力される焦点電圧を一定時間ごとサンプルホールドし、焦点電圧が時間経過に対して増加方向であれば正の電圧を、焦点電圧が時間経過に対して減少方向であれば負の電圧を発生する回路であり、駆動装置制御器109は、差分ホールド回路108の出力電圧が正であれば、駆動装置110のモータを例えば正転してフォーカスレンズ群102の位置を前方に移動し、同出力電圧が負であれば駆動装置110を例えば逆転してフォーカスレンズ群102の位置を後方に移動させるように制御する装置である。   The differential hold circuit 108 in FIG. 6 samples and holds the focus voltage output from the detector 107 shown in FIG. 6 at regular intervals, as shown in the curve of the differential hold circuit output voltage in FIG. Is a circuit that generates a positive voltage if the focus voltage is decreasing with time, and a negative voltage if the focus voltage is decreasing with time. The drive controller 109 outputs the output voltage of the difference hold circuit 108. Is positive, the motor of the driving device 110 is rotated forward, for example, to move the position of the focus lens group 102 forward, and if the output voltage is negative, the driving device 110 is rotated reversely, for example, to rotate the focus lens group 102. It is a device that controls to move the position backward.

上述した「山登りサーボ方式」のAF機能を利用した測距装置では、被写体が移動したり、測距装置の位置を変えたりして測距装置から被写体までの距離が変化した場合、フォーカスレンズ群102が前後に細かく振動(ウオブリング)するように駆動装置制御器109によって駆動装置110が制御され、フォーカスレンズ群102が振動の前端と後端に位置したときの映像信号の高域周波数成分を検波器107により検波して焦点電圧として出力し、差分ホールド回路108により前記前端及び後端に達したときの焦点電圧をサンプルホールドし、前記前端及び後端位置の焦点電圧のレベル差が零になるまで正又は負の出力電圧を出力してフォーカスレンズ群102位置を順方向又は逆方向へ移動する。前記焦点電圧のレベル差が零になった位置が合焦位置P(図7参照)となる。   In the distance measuring device using the “mountain climbing servo method” AF function described above, when the distance between the distance measuring device and the subject changes due to the movement of the subject or the position of the distance measuring device, the focus lens group The drive device 110 is controlled by the drive device controller 109 so that the lens 102 vibrates finely back and forth, and the high frequency components of the video signal when the focus lens group 102 is positioned at the front and rear ends of the vibration are detected. The detector 107 detects the signal and outputs it as a focus voltage. The difference hold circuit 108 samples and holds the focus voltage when the front end and the rear end are reached, and the difference in level of the focus voltage between the front and rear ends becomes zero. The position of the focus lens group 102 is moved in the forward direction or the reverse direction by outputting a positive or negative output voltage. The position where the level difference of the focus voltage becomes zero is the focus position P (see FIG. 7).

さてフォーカスレンズ群102が、撮像レンズの焦点を至近距離から無限大(∞)に変化する方向に位置を変えている場合、すなわち焦点電圧が山登り動作を開始したときは、フォーカスレンズ群102のたどる軌跡はそのまま山を登って、一旦合焦点位置P(図7参照)に達し、その後合焦点位置Pを通り過ぎてしまうので差分ホールド回路108の出力電圧が反転してフォーカスレンズ群102を逆方向へ移動し、再び合焦点位置Pを通り越してもう一度逆方向へ移動する。この動作を数回繰り返すことによってフォーカスレンズ群102を合焦位置Pに停止する。   When the focus lens group 102 changes the position of the focus of the image pickup lens from the closest distance to the infinite (∞) direction, that is, when the focus voltage starts a hill-climbing operation, the focus lens group 102 follows. The trajectory climbs the mountain as it is, and once reaches the in-focus position P (see FIG. 7) and then passes the in-focus position P, the output voltage of the difference hold circuit 108 is inverted and the focus lens group 102 is moved in the reverse direction. It moves again, passes through the focal point P again, and moves in the opposite direction again. The focus lens group 102 is stopped at the in-focus position P by repeating this operation several times.

以上、前記差分ホールド回路108の出力電圧はフォーカスレンズ群102を至近距離方向から無限大(∞)方向へ移動している場合について示したが、フォーカスレンズ群102を無限大方向から至近距離方向へ移動している場合についても同様であることは容易に理解される。これが山登りサーボ方式によるテレビカメラのAF方式の1例である。   As described above, the output voltage of the difference hold circuit 108 is shown for the case where the focus lens group 102 is moved from the close distance direction to the infinity (∞) direction, but the focus lens group 102 is moved from the infinity direction to the close distance direction. It is easily understood that the same applies to the case of moving. This is an example of an AF method for a television camera using a hill-climbing servo method.

この山登りサーボ方式によれば、赤外線や超音波の受・発信装置や特殊な光学部材が不要なAF方式とすることができ、また被写体像の鮮鋭度によって焦点検出を行っているので、被写体の遠・近距離によらずにほぼ正確にピントを合わせることができる等の長所を有する。   According to this hill-climbing servo system, an AF system that does not require infrared or ultrasonic wave receiving / transmitting devices or special optical members can be used, and focus detection is performed based on the sharpness of the subject image. It has the advantage of being able to focus almost accurately regardless of the distance or distance.

しかし、現在主として用いられているフォーカスレンズ群の移動によるAF方式、即ち、被写体に近い位置に配設されたフォーカスレンズ群の位置を移動して焦点合わせをするAF方式では、焦点合わせのために駆動機構によりフォーカスレンズ群を振動すると、レンズの合焦距離と共に、レンズの焦点距離そのものが若干変化してしまう。   However, in the AF method mainly using the focus lens group that is currently used, that is, in the AF method in which the focus lens group disposed near the subject is moved and focused, the focus is adjusted. When the focus lens group is vibrated by the driving mechanism, the focal length of the lens itself slightly changes together with the focal length of the lens.

すなわち、山登りサーボ方式は焦点電圧の増加、減少をフィードバックすることにより山の頂上(合焦点)に振動しながら止まる方式であるため、合焦中にもフォーカスレンズ群は山の頂上を中心として前後に常に振動しており、従って撮像レンズの焦点距離も前述の理由により若干ではあるが変化している。レンズの焦点距離の振動は、そのままレンズの撮像の角度、すなわち画角が変わることによる撮像像の倍率の変化を意味するから、山登りサーボ方式のAF方式で撮像された画像は、常にその画像の大きさも微妙に変化していることになる。   In other words, the hill-climbing servo system is a system that stops while vibrating at the top of the mountain (focusing point) by feeding back the increase or decrease of the focus voltage, so the focus lens group moves back and forth around the top of the mountain even during focusing. Therefore, the focal length of the imaging lens changes slightly for the above-mentioned reason. The vibration of the focal length of the lens means the change in the magnification of the picked-up image due to the change in the angle of image pickup of the lens, that is, the angle of view. Therefore, an image picked up by the hill-climbing servo AF method is always The size has also changed slightly.

この画像の大きさの微妙な変化は、例えば絞り値が小さく、かつズーム倍率が高い(望遠側)などのようにレンズの被写界深度が浅い場合の撮像では、僅かなフォーカス変化によって前記焦点電圧が大きく変化する、すなわちフォーカスレンズ群の振動振幅も小さく、合焦点に合致していることが多いが、レンズの絞り値が大きく、かつズーム倍率が低い(広角側)場合などのように被写界深度が深い場合には焦点電圧の変化が少ないので、フォーカスレンズ群の振動振幅も大きくなり、撮像画像の大きさがフォーカスレンズ群の位置振動に伴って数パーセント以上も変化するが、被写界深度が深いのでフォーカスレンズ群が適当な所を合焦ポイントとして認識してしまうため、一定の大きさの画像を得ることは難しい。   This subtle change in the size of the image is caused by a slight focus change in the case of imaging when the depth of field of the lens is shallow, such as when the aperture value is small and the zoom magnification is high (on the telephoto side). The voltage changes greatly, that is, the vibration amplitude of the focus lens group is small and often coincides with the in-focus point, but the lens aperture value is large and the zoom magnification is low (wide angle side). When the depth of field is deep, the focus voltage changes little, so the vibration amplitude of the focus lens group also increases, and the size of the captured image changes by several percent or more with the position vibration of the focus lens group. Since the depth of field is deep, the focus lens group recognizes an appropriate place as a focusing point, so it is difficult to obtain an image of a certain size.

また、上記のようにフォーカスレンズ群を微振動させて行う山登りサーボ方式でレンズフォーカスを駆動するほか、撮像デバイスをピエゾデバイス等で微振動させたり、2つのくさび型プリズムの一方を固定し、他方を移動して光軸方向のガラス厚みを微振動させるなどしてレンズのフォーカスレンズ群を駆動するいくつかの方法が提案されているが、いずれも機械的な移動機構があるため合焦点に達するまでの時間が瞬時には行えない。さらに高速で振動しているとはいえ、時間的に異なった画面を比較するために動体やフリッカなど、状態が高速で変化する被写体に対しては正確に動作しないおそれがある。一方測距と同時に画像としても利用する場合には、民生用VGA、NTSC,PAL放送方式等には使用できるが、高画質が要求されるHDTV(ハイディフィニッションテレビジョン)や、高速合焦時間と正確な合焦位置及び一定の大きさの画像が必要となるFA(ファクトリオートメーション)の用途には使用できない。   In addition to driving the lens focus with a hill-climbing servo system that finely vibrates the focus lens group as described above, the image pickup device is slightly vibrated with a piezo device, etc., one of the two wedge-shaped prisms is fixed, and the other Several methods have been proposed to drive the focus lens group of the lens by moving the glass to slightly vibrate the glass thickness in the optical axis direction. The time until is not instantaneous. Even though it vibrates at a higher speed, it may not operate correctly for a subject whose state changes at a high speed, such as a moving object or flicker, in order to compare different screens in time. On the other hand, when it is used as an image at the same time as ranging, it can be used for consumer VGA, NTSC, PAL broadcasting systems, etc., but HDTV (High Definition Television) where high image quality is required, and high-speed focusing time. It cannot be used for FA (factory automation) applications that require an accurate in-focus position and an image of a certain size.

放送技術2003VOL.56NO.4(兼六館出版株式会社) HDズームレンズ「プレシジョンフォーカスシステム」の開発 和田正夫Broadcast technology 2003 VOL. 56NO. 4 (Kenrokukan Publishing Co., Ltd.) Development of HD zoom lens "Precision Focus System" Masao Wada

以上説明した現状に鑑み、赤外線や超音波の受・発信装置や特殊な光学部材が不要で、先に説明した山登りサーボ方式のようにフォーカスレンズ群を微振動(ウオブリング)させるような機械的な振動機構を使用することなく、瞬時に、かつ正確な測距値情報出力と高画質な画像を使用できる自動測距カメラ装置を提供する。   In view of the current situation described above, there is no need for an infrared / ultrasonic wave receiving / transmitting device or special optical member, and a mechanical mechanism that causes the focus lens group to vibrate (wobbling) like the hill climbing servo system described above. Provided is an automatic distance measuring camera apparatus that can instantaneously and accurately output distance value information and use a high-quality image without using a vibration mechanism.

本発明者は,上記に鑑み鋭意研究の結果,次の手段によりこの課題を解決した。(1)フォーカスレンズ群を駆動するフォーカス駆動手段及び被写体までの距離情報出力手段を備えた撮像レンズと、該撮像レンズで撮像した光学像を少なくとも3方向へ分岐する分光光学系と、該分光光学系の3つの光学像出射面に各々装着された撮像デバイスであって、その一つが前記撮像レンズの焦点位置にあるとき、他の2つはそれぞれ前ピント位置と後ピント位置になるよう装着された合計3個の撮像デバイスと、該撮像デバイスで光電変換された被写体信号を映像信号に形成する3組のカメラ回路と、前記カメラ回路から出力された映像信号による1フレーム画面内の任意に設定された合焦検出領域から得られる被写体画像の高域周波数成分を抽出する高域成分抽出部と、該高域成分抽出部で抽出された前記前ピント位置と後ピント位置になるように装着された2つの撮像デバイスの前記合焦検出領域から得られる各映像信号の高域周波数成分を検波した焦点制御用電圧のレベル差を演算し、該レベル差に基づいて前記フォーカス駆動手段を駆動する駆動電圧の増減を、前記レベル差が零もしくは、予め設定した閾値以下になるまで繰り返し実行するレベル差処理部とを備え、
前記被写体までの距離情報出力手段が、常に被写体までの距離情報を出力すると同時に、前記レベル差処理部によって前記レベル差が零もしくは、予め設定した閾値以下となった時点で合焦したことを示す合焦信号を出力してなることを特徴とする測距カメラ装置。
As a result of intensive studies in view of the above, the present inventor has solved this problem by the following means. (1) An imaging lens including a focus driving unit that drives a focus lens group and a distance information output unit to a subject, a spectral optical system that branches an optical image captured by the imaging lens in at least three directions, and the spectral optics An imaging device mounted on each of the three optical image emitting surfaces of the system, and when one of them is at the focal position of the imaging lens, the other two are mounted so as to be in the front focus position and the rear focus position, respectively. A total of three imaging devices, three sets of camera circuits that form subject signals photoelectrically converted by the imaging devices into video signals, and arbitrary setting within one frame screen by the video signals output from the camera circuits A high-frequency component extracting unit that extracts a high-frequency component of the subject image obtained from the focused detection area, and the front focus position and the rear focus extracted by the high-frequency component extracting unit. And calculating a level difference between focus control voltages obtained by detecting high-frequency components of the video signals obtained from the focus detection areas of the two imaging devices mounted so as to be in a position, and based on the level difference A level difference processing unit that repeatedly increases and decreases the driving voltage for driving the focus driving means until the level difference becomes zero or less than a preset threshold value,
The distance information output means to the subject always outputs the distance information to the subject, and at the same time indicates that the level difference processing unit has focused when the level difference becomes zero or less than a preset threshold value. A ranging camera device characterized by outputting a focusing signal.

(2)前記レベル差処理部が、前記合焦検出領域から得られる各映像信号の高域周波数成分を検波した焦点制御用電圧のレベル差を演算し、該レベル差に基づいて前記フォーカス駆動手段を駆動する駆動電圧の増減を、前記レベル差が零もしくは、予め設定した閾値以下で、かつ予め設定した時間内に得られる最小値になるまで繰り返し演算することを特徴とする前項(1)に記載の測距カメラ装置。
(3)前記合焦検出領域が、前記1フレーム画面中央近辺に設定されてなることを特徴とする前項(1)又は(2)に記載の測距カメラ装置。
(2) The level difference processing unit calculates a level difference of a focus control voltage obtained by detecting a high frequency component of each video signal obtained from the focus detection area, and the focus driving unit is based on the level difference. (1), wherein the increase / decrease in the drive voltage for driving is repeatedly calculated until the level difference is zero or less than a preset threshold value and reaches a minimum value obtained within a preset time. The described ranging camera device.
(3) The ranging camera device according to (1) or (2) above, wherein the focus detection area is set near the center of the one-frame screen.

(4)前記測距カメラ装置において、1フレーム画面内に、前記合焦検出領域を取り囲むように該合焦検出領域と同面積を有する複数の動き検出領域を設定し、かつ前記合焦検出領域及び複数の動き検出領域のそれぞれ中心に位置する画素の前フィールドと現フィールドの画像データのレベル差を演算して前記合焦検出領域内の撮像対象被写体の動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段と、該動きベクトル検出手段により検出された前記撮像対象被写体の動きベクトルに応じて前記合焦検出領域及び複数の動き検出領域を移動させるゲート領域制御手段とを備えてなることを特徴とする前項(1)〜(3)のいずれか1項に記載の測距カメラ装置。 (4) In the ranging camera device, a plurality of motion detection areas having the same area as the focus detection area are set so as to surround the focus detection area in one frame screen, and the focus detection area And a motion vector detection means for calculating a level difference between the image data of the previous field and the current field of the pixel located at the center of each of the plurality of motion detection areas and detecting a motion vector of the imaging subject in the focus detection area. And a gate area control means for moving the focus detection area and the plurality of motion detection areas in accordance with a motion vector of the subject to be imaged detected by the motion vector detection means. The ranging camera apparatus according to any one of 1) to (3).

(5)前記ゲート領域制御手段が、前記合焦検出領域の輪郭を示す輪郭信号を発生し、該輪郭信号を前記3組のカメラ回路のいずれか一つの出力端に設けられた輪郭信号重畳回路に入力し、そのカメラ回路の出力映像信号に輪郭信号を重畳し出力することにより、前記合焦検出領域の現時点での位置を表示可能にしてなることを特徴とする前項(4)に記載の測距カメラ装置。 (5) The gate region control means generates a contour signal indicating the contour of the focus detection region, and the contour signal superimposing circuit provided at the output terminal of any one of the three sets of camera circuits. In the above item (4), the current position of the focus detection area can be displayed by superimposing a contour signal on the output video signal of the camera circuit and outputting the signal. Distance camera device.

(6)前記測距カメラ装置において、前記前ピント位置と後ピント位置になるように装着された2つの撮像デバイスを光軸に沿って前後に移動可能にする撮像デバイス移動手段と、前記撮像レンズの絞り機構を駆動する絞り駆動手段と、前記絞り機構の絞り値情報を出力する絞り値情報出力手段とを備え、
前記絞り機構を前記絞り駆動手段を介して手動若しくは自動によって駆動し、前記絞り値情報出力手段から得られる絞り値が、最大開放値とその近くに任意に設定された絞り値までの間、及び最大絞り込み値とその近くに任意に設定された絞り値までの間に存在するようになったとき、前記撮像デバイス移動手段が作動し、前記2つの撮像デバイスの位置を制御・移動してなることを特徴とする前項(1)〜(5)のいずれか1項に記載の測距カメラ装置。
(6) In the distance measuring camera apparatus, an imaging device moving unit that enables the two imaging devices mounted so as to be in the front focus position and the rear focus position to move back and forth along the optical axis, and the imaging lens An aperture drive means for driving the aperture mechanism, and aperture value information output means for outputting aperture value information of the aperture mechanism,
The aperture mechanism is driven manually or automatically via the aperture drive means, and the aperture value obtained from the aperture value information output means is between the maximum open value and an aperture value arbitrarily set near the aperture value, and The imaging device moving means is activated when the maximum aperture value is between the maximum aperture value and an aperture value arbitrarily set near the maximum aperture value, and the positions of the two imaging devices are controlled and moved. 6. The distance measuring camera device according to any one of (1) to (5), wherein:

(7)前記測距カメラ装置において、前記撮像レンズがズーム機構と、該ズーム機構を駆動するズーム駆動手段と、前記ズーム機構の焦点距離値情報を出力するズーム値情報出力手段とを備え、
前記ズーム機構を前記ズーム駆動手段を介して駆動し、前記ズーム値情報出力手段から得られる前記ズーム機構のズーム値が、広角端とその近くに任意に設定されたズーム値までの間、及び望遠端とその近くに任意に設定されたズーム値までの間に存在するようになったとき、前記撮像デバイス移動手段が作動し、前記2つの撮像デバイスの位置を制御・移動してなることを特徴とする前項(1)〜(6)のいずれか1項に記載の測距カメラ装置。
(7) In the distance measuring camera device, the imaging lens includes a zoom mechanism, a zoom driving unit that drives the zoom mechanism, and a zoom value information output unit that outputs focal length value information of the zoom mechanism,
The zoom mechanism is driven via the zoom driving means, and the zoom value of the zoom mechanism obtained from the zoom value information output means is between the wide angle end and a zoom value arbitrarily set near the wide angle end, and telephoto The imaging device moving means is activated when the zoom lens is located between an end and a zoom value arbitrarily set in the vicinity thereof, and the positions of the two imaging devices are controlled and moved. The ranging camera device according to any one of (1) to (6) above.

(8)前記撮像デバイス移動手段が、前記絞り値情報出力手段から得られる絞り機構の絞り値情報と、前記ズーム値情報出力手段から得られるズーム値情報のいずれかによって作動している状態にあって、更に残りのもう一つの情報が前記撮像デバイス移動手段を駆動する値となった場合、2つの情報に対応して前記撮像デバイス移動手段が作動し、前記2つの撮像デバイスの位置を制御・移動してなることを特徴とする前項(1)〜(7)のいずれか1項に記載の測距カメラ装置。 (8) The imaging device moving unit is in a state of being operated by either the aperture value information of the aperture mechanism obtained from the aperture value information output unit or the zoom value information obtained from the zoom value information output unit. When the remaining information becomes a value for driving the imaging device moving means, the imaging device moving means operates corresponding to two pieces of information to control the positions of the two imaging devices. 8. The ranging camera device according to any one of (1) to (7), wherein the ranging camera device is moved.

(9)前記測距カメラ装置において、さらに前記前ピント位置と後ピント位置になるように装着された2つの撮像デバイスを、光軸に沿って前後に移動可能にする撮像デバイス移動手段と、前記絞り値情報出力手段から得られる絞り値情報、前記ズーム値情報出力手段から得られるズーム値情報及び前記距離情報出力手段から得られる被写体までの距離情報に基づいて被写界深度情報を演算・検出する被写界深度検出手段を備え、
前記被写界深度検出手段が、前記絞り値情報と、前記ズーム値情報及び被写体までの距離情報とから算出した被写界深度情報が、前記被写界深度情報の最も深い値とその近くに任意に設定された被写界深度値までの間、及び最も浅い値とその近くに任意に設定された被写界深度値までの間に存在するようになったとき、前記撮像デバイス移動手段が作動し、前記2つの撮像デバイスの位置を制御・移動してなることを特徴とする前項(1)〜(5)のいずれか1項に記載の測距カメラ装置。
(9) In the distance measuring camera apparatus, an imaging device moving unit that further allows two imaging devices mounted so as to be in the front focus position and the rear focus position to move back and forth along the optical axis; Calculate and detect depth-of-field information based on aperture value information obtained from the aperture value information output means, zoom value information obtained from the zoom value information output means, and distance information to the subject obtained from the distance information output means A depth-of-field detecting means for
The depth-of-field detection means calculates the depth-of-field information calculated from the aperture value information, the zoom value information, and the distance information to the subject. When the imaging device moving means is present between an arbitrarily set depth of field value and between the shallowest value and an arbitrarily set depth of field nearby, 6. The distance measuring camera device according to any one of (1) to (5), wherein the distance measuring camera device operates and controls / moves positions of the two imaging devices.

(10)前記測距カメラ装置において、さらに前記フォーカス駆動手段に代えて、前記撮像レンズの焦点位置になるように装着された撮像デバイスを光軸に沿って前後に移動可能にする撮像デバイス移動手段と、該撮像デバイス移動手段によって前後に移動する撮像デバイスの移動距離に基づいて被写体までの距離情報を出力する距離情報出力手段とを備えてなることを特徴とする前項(1)〜(9)のいずれか1項に記載の測距カメラ装置。 (10) In the distance measuring camera device, in place of the focus driving unit, an imaging device moving unit that allows an imaging device mounted so as to be a focal position of the imaging lens to move back and forth along the optical axis And distance information output means for outputting distance information to the subject based on the moving distance of the imaging device that moves back and forth by the imaging device moving means (1) to (9), The ranging camera device according to any one of the above.

(11)前記撮像デバイスが、全てモノクローム用撮像デバイスであることを特徴とする前項(1)〜(10)のいずれか1項に記載の測距カメラ装置。 (11) The ranging camera apparatus according to any one of (1) to (10), wherein the imaging devices are all monochrome imaging devices.

(12)前記撮像デバイスが、全てカラー用撮像デバイスであることを特徴とする前項(1)〜(10)のいずれか1項に記載の測距カメラ装置。 (12) The ranging camera device according to any one of (1) to (10), wherein the imaging devices are all color imaging devices.

(13)前記撮像デバイスが、前記撮像レンズの焦点位置になるように装着される1つがカラー用撮像デバイスであり、前記前ピント位置と後ピント位置になるように装着される2つがモノクローム用撮像デバイスであることを特徴とする前項(1)〜(10)のいずれか1項に記載の測距カメラ装置。 (13) One of the imaging devices mounted so as to be a focal position of the imaging lens is a color imaging device, and two mounted so as to be the front focus position and the rear focus position are monochrome imaging. The range-finding camera device according to any one of (1) to (10), wherein the distance-measuring camera device is a device.

(14)前記撮像デバイスが、エリアセンサであることを特徴とする前項(1)〜(13)のいずれか1項に記載の測距カメラ装置。 (14) The ranging camera apparatus according to any one of (1) to (13), wherein the imaging device is an area sensor.

(15)前記撮像デバイスが、リニアセンサであることを特徴とする前項(1)〜(13)のいずれか1項に記載の測距カメラ装置。 (15) The ranging camera device according to any one of (1) to (13), wherein the imaging device is a linear sensor.

本発明によれば、次のような効果が発揮される。
1.本願発明の請求項1の発明によれば、
一つが前記撮像レンズの焦点位置にあるとき、他の2つはそれぞれ前ピント位置と後ピント位置になるよう装着された合計3個の撮像デバイスによる瞬時高速演算処理による被写体までの距離情報出力方式で、従来の山登りサーボ方式のように常にフォーカスレンズ群又は撮像デバイス等を機械的に焦点移動しながら微振動(ウオブリング)する機構は無いので、フォーカスレンズ群のジャストピントに至るまでの往復運動が無く、このため高速度で正確な合焦位置となり、かつウオブリングによるボケやフリッカの発生はなく、HDTVなど高精細画像方式などに適した測距カメラ装置を提供できる。
According to the present invention, the following effects are exhibited.
1. According to the invention of claim 1 of the present invention,
Distance information output system to subject by instantaneous high-speed calculation processing with a total of three imaging devices mounted so that one is at the focal position of the imaging lens and the other two are at the front focus position and the rear focus position, respectively. Since there is no mechanism for micro-vibration (wobbling) while mechanically moving the focus lens group or imaging device at all times, unlike the conventional hill-climbing servo system, the reciprocating motion until the focus lens group reaches the just focus is achieved. Therefore, it is possible to provide a distance measuring camera device suitable for a high-definition image system such as an HDTV without causing blurring and flicker due to a wobbling because of an accurate in-focus position at a high speed.

また、前記合焦検出領域から得られる各映像信号の高域周波数成分を検波した焦点制御用電圧のレベル差を演算し、該レベル差に基づいて前記フォーカス駆動手段を駆動する駆動電圧の増減を、前記レベル差が零もしくは、予め設定した閾値以下になるまで繰り返し実行するレベル差処理部を備えているので、前記高域周波数成分に雑音信号が含まれていても、誤作動することなく、かつ正確に合焦位置を検出し、合焦したことを示す合焦信号と被写体までの距離情報を出力することができる。   Further, the level difference of the focus control voltage obtained by detecting the high frequency component of each video signal obtained from the focus detection area is calculated, and the drive voltage for driving the focus driving means is increased or decreased based on the level difference. Since the level difference processing unit is repeatedly executed until the level difference is zero or less than a preset threshold value, even if a noise signal is included in the high frequency component, it does not malfunction. In addition, it is possible to accurately detect the focus position, and output a focus signal indicating that the focus is achieved and distance information to the subject.

2.本願発明の請求項2の発明によれば、
1項の効果に加えて、前記レベル差処理部が、前記合焦検出領域から得られる各映像信号の高域周波数成分を検波した焦点制御用電圧のレベル差を演算し、該レベル差に基づいて前記フォーカス駆動手段を駆動する駆動電圧の増減を、前記レベル差が零もしくは、予め設定した閾値以下で、かつ予め設定した時間内に得られる最小値になるまで繰り返し演算し、予め設定した閾値が雑音レベルに近い値であっても予め設定した時間に達した時のレベル差値を合焦位置と判断しているので、前記高域周波数成分に雑音信号が含まれていても、誤作動することなく、かつ迅速に正確な合焦位置となり、合焦信号と被写体までの距離情報を出力することができる。
2. According to the invention of claim 2 of the present invention,
In addition to the effect of item 1, the level difference processing unit calculates a level difference of a focus control voltage obtained by detecting a high frequency component of each video signal obtained from the focus detection area, and based on the level difference The drive voltage for driving the focus drive means is repeatedly calculated until the level difference is zero or less than a preset threshold value and reaches a minimum value obtained within a preset time, and a preset threshold value is obtained. Even if the value is close to the noise level, the level difference value when the preset time is reached is determined as the in-focus position, so even if a noise signal is included in the high frequency component, malfunction occurs. In this way, it is possible to quickly and accurately achieve the in-focus position, and to output the in-focus signal and the distance information to the subject.

3.本願発明の請求項3の発明によれば、
前記合焦検出領域が、前記1フレーム画面中央近辺に設定されているので、例えば、ロボットの目として本願測距カメラ装置を装着すれば、常に被写体を画面中央に位置するようロボットを追従させて被写体までの距離を測定し、被写体までの距離を距離情報出力手段から距離情報出力信号として出力できる。
3. According to the invention of claim 3 of the present invention,
Since the focus detection area is set in the vicinity of the center of the one-frame screen, for example, if the distance measuring camera device of the present application is mounted as a robot eye, the robot is caused to follow so that the subject is always located at the center of the screen. The distance to the subject can be measured, and the distance to the subject can be output from the distance information output means as a distance information output signal.

4.本願発明の請求項4の発明によれば、
上記の効果に加えて、撮像対象被写体像の動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段と、該動きベクトル検出手段により検出された前記撮像対象被写体像の動きベクトルに応じて前記合焦検出領域及び複数の動き検出領域を移動させるゲート領域制御手段とを備えているので、被写体が動いても自動的に追従しながら正確に測距できる。
4). According to the invention of claim 4 of the present invention,
In addition to the effects described above, a motion vector detection unit that detects a motion vector of the imaging target subject image, and the focus detection region and the plurality of focus detection regions according to the motion vector of the imaging target subject image detected by the motion vector detection unit And a gate area control means for moving the movement detection area, it is possible to accurately measure the distance while automatically following even if the subject moves.

5.本願発明の請求項5の発明によれば、
前記ゲート領域制御手段が、前記合焦検出領域の輪郭を示す輪郭信号を発生し、該輪郭信号を前記3組のカメラ回路のいづれか一つの出力端に設けられた輪郭信号重畳回路に入力し、そのカメラ回路の出力映像信号に輪郭信号を重畳し出力できるので、測距対象被写体像を常に画面上で把握可能である。
5). According to the invention of claim 5 of the present invention,
The gate region control means generates a contour signal indicating the contour of the focus detection region, and inputs the contour signal to a contour signal superimposing circuit provided at one output terminal of the three sets of camera circuits; Since the contour signal can be superimposed and output on the output video signal of the camera circuit, the subject image for distance measurement can always be grasped on the screen.

6.本願発明の請求項6の発明によれば、
撮像レンズの最大絞り値近傍又は最小絞り値近傍における深い被写界深度、又は浅い被写界深度の状態でも、絞り値に基づいて前記撮像デバイス移動手段を駆動して前記2つの撮像デバイスの結像位置を制御・移動でき、前記焦点電圧による山の傾斜が測定に適した傾斜に近づくので、前記レベル差処理部による瞬時高速合焦演算処理が容易となり、結果として、被写体までの距離を迅速、かつ正確に測定し、距離情報出力手段から被写体までの距離情報出力信号として出力できる。
6). According to the invention of claim 6 of the present invention,
Even in the state of a deep depth of field near the maximum aperture value or near the minimum aperture value of the imaging lens or a shallow depth of field, the imaging device moving means is driven based on the aperture value to connect the two imaging devices. The image position can be controlled and moved, and the slope of the peak due to the focus voltage approaches the slope suitable for measurement, facilitating instantaneous high-speed focusing calculation processing by the level difference processing unit, and as a result, the distance to the subject can be quickly It is possible to measure accurately and output as a distance information output signal from the distance information output means to the subject.

7.本願発明の請求項7の発明によれば、
前記ズーム値が広角端近傍又は望遠端近傍における深い被写界深度、又は浅い被写界深度の状態でも、ズーム値に基づいて前記撮像デバイス移動手段を駆動して前記2つの撮像デバイスの結像位置を制御・移動でき、前記焦点電圧による山の傾斜が測定に適した傾斜に近づくので、前記レベル差処理部による瞬時高速合焦演算処理が容易となり、結果として、被写体までの距離を迅速、かつ正確に測定し、距離情報出力手段から被写体までの距離情報出力信号として出力できる。
7). According to the invention of claim 7 of the present invention,
Even when the zoom value is a deep depth of field near the wide-angle end or near the telephoto end or a shallow depth of field, the imaging device moving means is driven based on the zoom value to form an image of the two imaging devices. The position can be controlled and moved, and the slope of the mountain due to the focal voltage approaches the slope suitable for measurement, so the instantaneous high-speed focusing calculation processing by the level difference processing unit is facilitated, and as a result, the distance to the subject can be quickly It is possible to measure accurately and output as a distance information output signal from the distance information output means to the subject.

8.本願発明の請求項8の発明によれば、
前記撮像デバイス移動手段が、前記絞り値情報出力手段から得られる絞り機構の絞り値情報と、前記ズーム値情報出力手段から得られるズーム値情報のいずれかによって作動している状態にあって、更に残りのもう一つの情報が前記撮像デバイス移動手段を駆動する値となった場合、2つの情報に対応して前記撮像デバイス移動手段が作動し、前記2つの撮像デバイスの位置を制御・移動できるので、前記焦点電圧による山の傾斜が更に測定に適した傾斜に近づくので、前記レベル差処理部による瞬時高速合焦演算処理が容易となり、結果として極端に深い被写界深度又は極端に浅い被写界深度の状態でも被写体までの距離を迅速、かつ正確に測定し、距離情報出力手段から被写体までの距離情報出力信号として出力できる。
8). According to the invention of claim 8 of the present invention,
The imaging device moving unit is in a state of being operated by either the aperture value information of the aperture mechanism obtained from the aperture value information output unit or the zoom value information obtained from the zoom value information output unit, When the remaining information becomes a value for driving the imaging device moving means, the imaging device moving means operates corresponding to two pieces of information, and the positions of the two imaging devices can be controlled / moved. Since the peak slope due to the focus voltage further approaches a slope suitable for measurement, the instantaneous high-speed focus calculation processing by the level difference processing unit is facilitated, resulting in extremely deep depth of field or extremely shallow depth of field. Even in the state of depth of field, the distance to the subject can be measured quickly and accurately, and can be output as a distance information output signal from the distance information output means to the subject.

9.本願発明の請求項9の発明によれば、
前記絞り値情報出力信号及び前記ズーム位置情報出力信号のみならず、さらに被写体までの距離情報出力信号も加えて算出した被写界深度情報と、該被写界深度情報の最も深い値とその近くに任意に設定された被写界深度値までの間、及び最も浅い値とその近くに任意に設定された被写界深度値までの間に存在するようになったとき、前記撮像デバイス移動手段を駆動して前記2つの撮像デバイスの結像位置を制御・移動できるので、前記焦点電圧による山の傾斜が被写体までの距離の遠近による被写界深度の変化にも対応でき、更に測定に適した傾斜に近づくので、前記レベル差処理部による瞬時高速合焦演算処理が容易となり、結果として、極端に深い被写界深度、又は極端に浅い被写界深度の状態でも、被写体までの距離を迅速、かつ正確に測定し、距離情報出力手段から被写体までの距離情報出力信号として出力できる。
9. According to the invention of claim 9 of the present invention,
Depth of field information calculated by adding not only the aperture value information output signal and the zoom position information output signal but also the distance information output signal to the subject, and the deepest value of the depth of field information and the vicinity thereof The imaging device moving means when it exists between the shallowest value and an arbitrarily set depth of field near the shallowest value. Since the imaging position of the two imaging devices can be controlled and moved by driving, the slope of the mountain due to the focus voltage can respond to changes in the depth of field due to the distance to the subject, and is also suitable for measurement As a result, the level difference processing unit facilitates instantaneous high-speed focusing calculation processing.As a result, the distance to the subject can be reduced even in an extremely deep depth of field or extremely shallow depth of field. Quick and Measured probability, from the distance information output means can output the distance information output signal to the subject.

10.本願発明の請求項10の発明によれば、
さらに前記撮像レンズの焦点位置になるように装着された撮像デバイスも光軸に沿って前後に移動可能にする撮像デバイス移動手段と、該撮像デバイス移動手段によって前後に移動する撮像デバイスの移動距離に基づいて被写体までの距離情報を出力する距離情報出力手段とを備えているので、撮像レンズが大型レンズの場合、大型のフォーカスレンズ群を駆動して合焦し距離情報を得る方式に代えて、軽量で 移動容易な3つの撮像デバイスを移動する事による、極めて高速なAF作用と合焦作用を同時に行い、かつ正確に合焦位置を検出し、合焦したことを示す合焦信号と被写体までの距離情報を出力することができる。
10. According to the invention of claim 10 of the present invention,
Further, the imaging device moving means for enabling the imaging device mounted so as to be the focal position of the imaging lens to move back and forth along the optical axis, and the moving distance of the imaging device moved back and forth by the imaging device moving means Distance information output means for outputting distance information to the subject based on, when the imaging lens is a large lens, instead of a method of driving and focusing a large focus lens group to obtain distance information, By moving three imaging devices that are lightweight and easy to move, the AF signal and the focusing function are simultaneously performed at extremely high speeds, and the in-focus position is accurately detected and the focus signal and the subject indicating the in-focus state are detected. Distance information can be output.

11.本願発明の請求項11の発明によれば、
前記撮像デバイスが、全てモノクローム用撮像デバイスで構成されている場合は、超高画素数の撮像デバイスを使用できるので、高精細画像方式の場合でも、AF方式に機械的な振動機構を使用していないため、瞬時高速演算処理が出来るので、瞬時に被写体までの距離情報が出力可能で、かつ高画質な画像でジャストピント位置に制御できるので、正確な位置情報出力の自動測距カメラ装置を提供できる。
11. According to the invention of claim 11 of the present invention,
When all the imaging devices are composed of monochrome imaging devices, an imaging device with an extremely high number of pixels can be used. Therefore, even in the case of a high-definition image method, a mechanical vibration mechanism is used for the AF method. Because there is no instantaneous high-speed calculation processing, distance information to the subject can be output instantaneously, and it is possible to control the just focus position with high-quality images, providing an automatic ranging camera device that outputs accurate position information it can.

12.本願発明の請求項12の発明によれば、
前記撮像デバイスが、全てカラー用撮像デバイスで構成されている場合は、高画素数の単板カラー撮像デバイスを使用でき、カラーのHDTV放送方式など高精細画像方式に対応できると共に、AF機構に機械的な振動機構を使用しないため、瞬時に被写体までの距離情報が出力可能で、かつ高画質な画像でジャストピント位置に制御できるので、正確な位置情報出力のカラー方式自動測距カメラ装置を提供できる。
12 According to the invention of claim 12 of the present invention,
If the imaging devices are all color imaging devices, a single-chip color imaging device with a high pixel count can be used, which can support high-definition image systems such as color HDTV broadcast systems, and can be used with AF mechanisms. Since no vibration mechanism is used, the distance information to the subject can be output instantaneously, and the image can be controlled to the just focus position with high-quality images. it can.

13.本願発明の請求項13の発明によれば、
前記撮像デバイスが、前記ジャストピント位置に装着された高画素数の単板カラー用撮像デバイスと、前記前ピント位置及び後ピント位置に装着された超高画素数のモノクローム用撮像デバイスとで構成されている場合は、カラーのHDTV放送方式など高精細画像方式に対応できると共に、AF機構に機械的な振動機構を使用しないため、瞬時に被写体までの距離情報が出力可能で、かつ高画質な画像でジャストピント位置に制御できるので、正確な位置情報出力のカラー方式自動測距カメラ装置を提供できる。
13. According to the invention of claim 13 of the present invention,
The imaging device is composed of a single pixel color imaging device with a high pixel number mounted at the just focus position, and a monochrome imaging device with a very high pixel number mounted at the front focus position and the rear focus position. Can be used for high-definition image systems such as color HDTV broadcast systems, and since no mechanical vibration mechanism is used in the AF mechanism, distance information to the subject can be output instantaneously and high-quality images can be output. Therefore, it is possible to provide a color type automatic ranging camera device that outputs accurate position information.

14.本願発明の請求項14の発明によれば、
前記撮像デバイスにエリアセンサを使用すれば、被写体を面で捕らえ走査することによって、NTSC,PAL放送方式、さらには高画質が要求されるHDTVや高精細度画像方式に容易に対応できるので、周辺機器を含め小型で、低コストでシステムを構築可能になる。さらにまた、応用例として、高速合焦時間が必要となるFA(ファクトリオートメーション)用途にも、ウオブリングによるボケやフリッカの無い、瞬時高速合焦演算処理する最適機器として提供できる。
14 According to the invention of claim 14 of the present invention,
If an area sensor is used in the imaging device, it can easily cope with NTSC, PAL broadcasting systems, and HDTV and high-definition image systems that require high image quality by capturing and scanning the subject on the surface. It is possible to construct a system that is small in size including equipment and low in cost. Furthermore, as an application example, for FA (factory automation) applications that require high-speed focusing time, it can be provided as an optimum device that performs instantaneous high-speed focusing calculation processing without blurring and flicker due to wobbling.

15.本願発明の請求項15の発明によれば、
前記撮像デバイスにリニアセンサを使用すれば、撮像デバイスの走査方向と直交する副走査手段及びメモリ等が必要となるが、水平、垂直走査方向共に高画素数の画像が得られるので、精密な画像データに基づく高速合焦演算処理を行い、極めて正確な距離情報出力の自動測距カメラ装置を提供できる。
15. According to the invention of claim 15 of the present invention,
If a linear sensor is used for the imaging device, sub-scanning means and a memory that are orthogonal to the scanning direction of the imaging device are required, but an image with a high number of pixels can be obtained in both the horizontal and vertical scanning directions. It is possible to provide an automatic ranging camera device that performs high-speed focusing calculation processing based on data and outputs extremely accurate distance information.

本願発明実施例について図に基づき詳細に説明する。
図1は本発明実施例1の測距カメラ装置のブロック図、図2は同実施例のオートフォーカス方式の説明図、図3は同実施例2の測距カメラ装置のブロック図、図4は同実施例2の後方及び前方被写界深度の説明図、図5は同実施例3の測距カメラ装置のブロック図、である。
図において、1はフォーカス駆動手段、2、22は距離情報出力手段、3は撮像レンズ、4はレンズ絞り機構、5はズーム機構、6はフォーカスレンズ群、7は絞り駆動手段、8は絞り値情報出力手段、9はズーム駆動手段、10はズーム値情報出力手段、11は3Pプリズム、12は撮像デバイス移動手段、13は高域成分抽出部、14はレベル差処理部、5は動きベクトル検出手段、16はゲート領域制御手段、17は輪郭信号重畳回路、18は本線出力、19はモニタ出力、20、23は出力端子、21:被写界深度検出手段、である。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 is a block diagram of a distance measuring camera device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of an autofocus system according to the first embodiment, FIG. 3 is a block diagram of a distance measuring camera device according to the second embodiment, and FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram of the rear and front depths of field of the second embodiment, and FIG. 5 is a block diagram of the distance measuring camera device of the third embodiment.
In the figure, 1 is a focus driving means, 2 and 22 are distance information output means, 3 is an imaging lens, 4 is a lens aperture mechanism, 5 is a zoom mechanism, 6 is a focus lens group, 7 is an aperture drive means, and 8 is an aperture value. Information output means, 9 is a zoom drive means, 10 is a zoom value information output means, 11 is a 3P prism, 12 is an imaging device moving means, 13 is a high-frequency component extraction section, 14 is a level difference processing section, and 5 is a motion vector detection Means, 16 is a gate area control means, 17 is a contour signal superimposing circuit, 18 is a main line output, 19 is a monitor output, 20 and 23 are output terminals, and 21: depth of field detection means.

本実施例は、図1に示すように、フォーカスレンズ群6を駆動するフォーカス駆動手段1及び被写体までの距離情報出力手段2と、絞り駆動手段7及び絞り値情報出力手段8と、ズーム駆動手段9及びズーム値情報出力手段10とを備えた撮像レンズ3と、該撮像レンズ3で撮像した光学像を少なくとも3方向へ分岐する分光光学系である3個のプリズムで構成された3Pプリズム11と、該3Pプリズム11の3つの光学像出射面に各々装着された撮像デバイスであって、その一つが前記撮像レンズの焦点位置にあるとき、他の2つはそれぞれ前ピント位置と後ピント位置になるよう装着された合計3個の撮像デバイスA,B,Cと、該撮像デバイスA,B,Cで光電変換された被写体信号を映像信号に形成するA/D(アナログ/デジタル)変換回路を含む3組のカメラ回路と、前記カメラ回路から出力された映像信号による1フレーム画面内の任意に設定された合焦検出領域から得られる被写体画像の高域周波数成分を抽出するハイパスフィルタHPF(以後、HPFと記述)と前記合焦検出領域を設定するゲート(GATE)回路と前記高域周波数成分を検波する検波器とで構成する高域成分抽出部13と、該高域成分抽出部13で抽出された前記前ピント位置と後ピント位置になるように装着された2つの撮像デバイスB,Cの前記合焦検出領域から得られる各被写体画像の高域周波数成分を検波した焦点制御用電圧(以後、焦点電圧と記述)のレベル差を演算し、該レベル差に基づいて前記フォーカス駆動手段1を駆動する駆動電圧の増減を、前記レベル差が零もしくは、予め設定した閾値以下になるまで繰り返し実行するレベル差処理部14とで構成されている。   In this embodiment, as shown in FIG. 1, focus driving means 1 for driving the focus lens group 6, distance information output means 2 for the subject, aperture driving means 7, aperture value information output means 8, and zoom driving means. 9 and a zoom value information output means 10, and a 3P prism 11 composed of three prisms which are spectroscopic optical systems for branching an optical image captured by the imaging lens 3 in at least three directions; The imaging devices respectively mounted on the three optical image exit surfaces of the 3P prism 11, and when one of them is at the focal position of the imaging lens, the other two are at the front focus position and the rear focus position, respectively. A total of three image pickup devices A, B, and C mounted so as to become A / D (Analog / Digital) that forms subject signals photoelectrically converted by the image pickup devices A, B, and C into video signals ) Three sets of camera circuits including a conversion circuit, and a high pass for extracting a high frequency component of a subject image obtained from an arbitrarily set focus detection area in one frame screen by a video signal output from the camera circuit A high-frequency component extracting unit 13 comprising a filter HPF (hereinafter referred to as HPF), a gate (GATE) circuit for setting the focus detection region, and a detector for detecting the high-frequency component, and the high-frequency component Focus obtained by detecting high frequency components of each subject image obtained from the focus detection areas of the two imaging devices B and C mounted so as to be in the front focus position and the rear focus position extracted by the extraction unit 13 The level difference of the control voltage (hereinafter referred to as the focus voltage) is calculated, and the drive voltage for driving the focus driving means 1 is increased or decreased based on the level difference. , And a level difference processing unit 14 repeatedly executes until below a predetermined threshold value.

被写体を撮像する撮像レンズ3は、フォーカスレンズ群6を駆動するフォーカス駆動手段1及びフォーカスレンズ群6の移動に合わせて常に∞〜至近距離情報を出力すると同時に、前記レベル差処理部14によって前記レベル差が零もしくは、予め設定した閾値以下となった時点で合焦したことを示す合焦信号(例えば、パルス信号)を出力する距離情報出力手段2と、レンズ絞り機構4を駆動する絞り駆動手段7及びレンズ絞り機構4の絞り値情報を出力する絞り値情報出力手段8と、ズーム機構5を駆動するズーム駆動手段9及びズーム機構5の望遠端から広角端までの焦点距離位置情報を出力するズーム値情報出力手段10とを備えたズームレンズである。ここで上記の各情報出力手段は位置検出センサ(例えば、ポテンシオメータ又は光学式ロータリエンコーダ等)からの電圧値(アナログ又はデジタル信号)をそれぞれの情報出力としている。   The imaging lens 3 that captures an image of the subject always outputs information from ∞ to close range according to the movement of the focus driving unit 1 that drives the focus lens group 6 and the focus lens group 6, and at the same time, the level difference processing unit 14 outputs the level. Distance information output means 2 for outputting an in-focus signal (for example, a pulse signal) indicating that the lens is in focus when the difference becomes zero or less than a preset threshold value, and an aperture drive means for driving the lens aperture mechanism 4 7 and aperture value information output means 8 for outputting the aperture value information of the lens aperture mechanism 4, zoom drive means 9 for driving the zoom mechanism 5, and focal length position information from the telephoto end to the wide angle end of the zoom mechanism 5 are output. The zoom lens includes a zoom value information output unit 10. Here, each information output unit described above uses a voltage value (analog or digital signal) from a position detection sensor (for example, a potentiometer or an optical rotary encoder) as each information output.

前記撮像レンズ3が撮像した被写体の光学像は、放送用、工業用テレビカメラに一般的に使用されている3個のプリズムで構成する分光光学系3Pプリズム11を介して、その各出射面に装着された3個の固体撮像デバイスA,B,Cに分光・結像される。   The optical image of the subject imaged by the imaging lens 3 passes through each of its exit surfaces via a spectroscopic optical system 3P prism 11 composed of three prisms generally used for broadcasting and industrial television cameras. Spectroscopic and image formation is performed on the three solid-state imaging devices A, B, and C that are mounted.

前記3Pプリズム11の光学像出射面に装着された撮像デバイスAが撮像レンズの焦点位置にあるとき、他の2つの撮像デバイスBは前ピント位置、撮像デバ
イスCは後ピント位置になるようにそれぞれ装着されている。前記2つの撮像デバイスB,Cは、後述する絞り値情報出力手段8及びズーム値情報出力手段10からの出力信号によりそれぞれの光軸に沿って前後に移動可能な撮像デバイス移動手段12を駆動して結像位置を移動している。
When the imaging device A mounted on the optical image exit surface of the 3P prism 11 is at the focal position of the imaging lens, the other two imaging devices B are in the front focus position, and the imaging device C is in the rear focus position. It is installed. The two imaging devices B and C drive an imaging device moving unit 12 that can move back and forth along the respective optical axes by output signals from an aperture value information output unit 8 and a zoom value information output unit 10 described later. Moving the imaging position.

それぞれの固体撮像デバイスで光電変換され、A/D変換回路でアナログ信号からデジタル信号へ変換された映像信号は、カメラ回路でガンマ補正、ブランキング処理、同期信号付加等の画像処理が行われて出力されている。   Video signals that have been photoelectrically converted by each solid-state imaging device and converted from analog signals to digital signals by A / D conversion circuits are subjected to image processing such as gamma correction, blanking processing, and addition of synchronization signals by camera circuits. It is output.

図1及び図2において、カメラ回路から出力された映像信号の高域周波数成分だけがHPFで抽出され、ゲート回路により画面中央近辺に設定された合焦検出領域内の高域周波数成分を検波器で検波し、映像信号の高域周波数成分を検波した焦点電圧として検波器から出力される。前記焦点電圧は撮像レンズ3で撮像された光学像の精細度に対応しているので、検波器出力に現れる焦点電圧値と撮像レンズ3の被写体までの光路長Dは、撮像レンズ3のフォーカスレンズ群6が被写体像を撮像デバイスA上に焦点を結ぶ位置にある状態では、撮像デバイスAの焦点電圧が最大値Vaであり、相当する光路長DはA位置となり、前ピント位置に装着された撮像デバイスBの焦点電圧がVbであり、相当する光路長DはB位置、後ピント位置に装着された撮像デバイスCの焦点電圧はVcであり、相当する光路長DはC位置となる。   1 and 2, only the high frequency component of the video signal output from the camera circuit is extracted by the HPF, and the high frequency component in the in-focus detection region set near the center of the screen by the gate circuit is detected by the detector. And a focus voltage obtained by detecting a high frequency component of the video signal is output from the detector. Since the focal voltage corresponds to the definition of the optical image captured by the imaging lens 3, the focal voltage value appearing in the detector output and the optical path length D to the subject of the imaging lens 3 are the focus lens of the imaging lens 3. In a state where the group 6 is in a position where the subject image is focused on the image pickup device A, the focus voltage of the image pickup device A is the maximum value Va, and the corresponding optical path length D is the A position and is mounted at the front focus position. The focus voltage of the image pickup device B is Vb, the corresponding optical path length D is the B position, the focus voltage of the image pickup device C mounted at the rear focus position is Vc, and the corresponding optical path length D is the C position.

図1のレベル差処理部14は、上記検波器出力の焦点電圧を一定時間毎にサンプルホールドし、焦点電圧が時間経過に対して増加方向であれば正の電圧を、焦点電圧が時間経過に対して減少方向であれば負の電圧を発生する回路であり、レベル差処理部14から出力されたフォーカス駆動電圧は、D/A変換回路でデジタル信号からアナログ信号へ変換されフォーカス駆動手段1へ入力される。フォーカス駆動手段1はレベル差処理部14のフォーカス駆動電圧が正であれば、例えば駆動用モータを正転してフォーカスレンズ群6の位置を前方(又は後方)へ移動し、同フォーカス駆動電圧が負であれば、例えば駆動用モータを逆転してフォーカスレンズ群6の位置を後方(又は前方)へ移動する。   The level difference processing unit 14 in FIG. 1 samples and holds the focus voltage of the detector output at regular time intervals, and if the focus voltage is in an increasing direction with respect to time, a positive voltage is displayed. On the other hand, if it is a decreasing direction, it is a circuit that generates a negative voltage. The focus drive voltage output from the level difference processing unit 14 is converted from a digital signal to an analog signal by the D / A conversion circuit, and is sent to the focus drive means 1. Entered. If the focus drive voltage of the level difference processing unit 14 is positive, the focus drive means 1 moves the position of the focus lens group 6 forward (or backward), for example, by rotating the drive motor forward, and the focus drive voltage is If it is negative, for example, the drive motor is reversed to move the position of the focus lens group 6 backward (or forward).

すなわち、前記高域成分抽出部13から出力された前ピント位置及び後ピント位置に装着された撮像デバイスB,Cによる映像信号から抽出された高域周波数成分を検波した焦点電圧のレベル差を演算し、該レベル差に基づいて前記フォーカス駆動手段1を制御するフォーカス駆動電圧を増減させる処理を前記レベル差が零もしくは、予め設定した閾値以下になるまで繰り返し実行することにより合焦位置を判断する。
ここで、前記高域周波数成分には雑音信号が含まれている場合が一般的であり、ランダムに発生している雑音信号によって前記レベル差を零になるまで演算することが困難な場合もある。その場合は、予め前記雑音レベルより若干多めに設定した閾値以下に達した時点、又は、前記レベル差が予め前記雑音レベルより若干多めに設定した閾値以下で、かつ予め設定した時間内に得られる最小値に達した時点で合焦位置と判断することが好ましい。
In other words, the level difference of the focus voltage obtained by detecting the high frequency component extracted from the video signal by the imaging devices B and C attached to the front focus position and the rear focus position output from the high frequency component extraction unit 13 is calculated. Then, the focus position is determined by repeatedly executing the process of increasing or decreasing the focus drive voltage for controlling the focus drive unit 1 based on the level difference until the level difference becomes zero or less than a preset threshold value. .
Here, the high frequency component generally includes a noise signal, and it may be difficult to calculate until the level difference becomes zero due to a randomly generated noise signal. . In that case, when a predetermined threshold value slightly higher than the noise level is reached or when the level difference is equal to or lower than the threshold value set slightly higher than the noise level and within a preset time It is preferable to determine the in-focus position when the minimum value is reached.

図2において、本発明のAF方式は、3Pプリズム11の出射面に装着された、前ピント位置の撮像デバイスBの焦点電圧Vbと、後ピント位置の撮像デバイスCの焦点電圧Vcを比較し、撮像デバイスAの焦点電圧が最大となるようにフォーカスレンズ群6を制御し、その時の被写体までの距離情報出力手段2(図1)から、合焦したことを示す合焦信号と、被写体までの距離情報出力信号を出力端子20からカメラ外部に出力し、例えば、ロボットの目などに装着された本願発明の測距カメラ装置と被写体までの距離情報信号として利用される。   In FIG. 2, the AF method of the present invention compares the focus voltage Vb of the imaging device B at the front focus position and the focus voltage Vc of the imaging device C at the rear focus position, which are mounted on the exit surface of the 3P prism 11, The focus lens group 6 is controlled so that the focus voltage of the imaging device A is maximized, and a focus signal indicating that the focus is obtained from the distance information output means 2 (FIG. 1) to the subject at that time, and the subject. A distance information output signal is output from the output terminal 20 to the outside of the camera, and is used, for example, as a distance information signal between the distance measuring camera device of the present invention attached to the eyes of a robot and the subject.

前記焦点電圧が最大かどうかは、図2の横軸で示した光路長Dの至近、又は∞のどちらに移動すれば撮像デバイスAの焦点電圧Vaが最大になるかは、各撮像デバイスの焦点電圧(Va,Vb,Vc)を前記レベル差処理部14(図1)で比較することで瞬時に判断できる。
すなわち、
合焦時・・・・Va>Vb=Vc
非合焦時・・・Vb<Vc又はVb>Vc
となり、不等号の向きでフォーカスレンズ群6の移動方向を判別しながら、Va>Vb=Vcになるように制御する。このように焦点電圧の比較を従来例のようにフォーカスレンズ群6等を微振動(ウオブリング)させながら行う方式と異なるため、フォーカスレンズ群6は合焦位置を通過することなく合焦位置に到達し、停止することができる。
Whether the focal voltage is maximum is determined by whether the focal voltage Va of the imaging device A is maximized by moving close to the optical path length D indicated by the horizontal axis in FIG. The voltage (Va, Vb, Vc) can be determined instantaneously by comparing with the level difference processing unit 14 (FIG. 1).
That is,
Focusing ... Va> Vb = Vc
When out of focus: Vb <Vc or Vb> Vc
Thus, Va> Vb = Vc is controlled while determining the moving direction of the focus lens group 6 based on the direction of the inequality sign. Thus, since the focus voltage is compared with a method in which the focus lens group 6 and the like are slightly vibrated (wobbling) as in the conventional example, the focus lens group 6 reaches the in-focus position without passing through the in-focus position. And can be stopped.

上記説明において、高域周波数成分を抽出する合焦検出領域を画面中央近辺の領域としたが、動きのある被写体を追跡し測距するため、抽出する領域を広くすれば、撮像対象物に対する合焦状態の検出範囲を広げることになり、検出精度を確保できず、適正な合焦状態を得ることは極めて困難になる。このため前記任意領域を極めて小面積に限定し、かつ被写体の動きに合わせて移動する必要がある。   In the above description, the focus detection area for extracting the high frequency component is the area near the center of the screen, but in order to track and measure a moving subject, if the area to be extracted is widened, the focus on the object to be imaged is increased. The detection range of the focus state is expanded, the detection accuracy cannot be ensured, and it becomes extremely difficult to obtain an appropriate focus state. For this reason, it is necessary to limit the arbitrary area to an extremely small area and to move in accordance with the movement of the subject.

このため、動きベクトル検出方法として、動きベクトル検出手段15は、カメラ回路を介して撮像デバイスAから出力された前記映像信号中の合焦検出領域と、該合焦検出領域を取り囲むように設けた8つの領域とで画面(ブロックと称する)を9つに分割し、各ブロックの中心に位置する前フィールドの各代表点画素と、現フィールドのブロック内の各代表点画素の画像データとのフィールド間のレベル差を演算して前記合焦検出領域内の撮像対象被写体像の動きベクトルの検出を行うブロックマッチング法等の公知技術を用いてもよい。   Therefore, as a motion vector detection method, the motion vector detection means 15 is provided so as to surround the focus detection area in the video signal output from the imaging device A via the camera circuit and the focus detection area. A screen (referred to as a block) is divided into nine areas with eight regions, and each representative point pixel in the previous field located at the center of each block and a field of image data of each representative point pixel in the block of the current field A known technique such as a block matching method that detects a motion vector of a subject image to be imaged in the focus detection area by calculating a level difference between them may be used.

前記動きベクトル検出手段15によって画面分割された映像信号中の前記合焦検出領域の大きさを示す領域ゲート信号は、合焦検出領域内の撮像対象被写体像の動きに応じて合焦検出領域を制御し移動させるゲート領域制御手段16に入力され、該ゲート領域制御手段16によって形成された合焦検出領域ゲート信号はゲート回路のそれぞれに加えられ、各HPFから出力された高域周波数成分の内前記合焦検出領域のみの高域周波数成分を検波した焦点をレベル差処理部14へ入力する。   The area gate signal indicating the size of the focus detection area in the video signal divided by the motion vector detection means 15 is used to set the focus detection area according to the movement of the subject image in the focus detection area. The focus detection area gate signal input to the gate area control means 16 to be controlled and moved, and formed by the gate area control means 16 is applied to each of the gate circuits, and among the high frequency components output from each HPF. A focus obtained by detecting a high frequency component only in the focus detection area is input to the level difference processing unit 14.

前記ゲート領域制御手段16が、前記合焦検出領域の輪郭を示す輪郭信号を発生し、該輪郭信号を前記3組のカメラ回路のいづれか一つの出力端に設けられた輪郭信号重畳回路17に入力し、モニタ出力19の出力映像信号に輪郭信号を重畳することにより、前記合焦検出領域が前記合焦検出領域ゲート信号で輪郭表示されるので合焦検出領域の視認性を容易にして、常に合焦検出領域内の撮像対象被写体像の動きを監視できる。   The gate region control means 16 generates a contour signal indicating the contour of the focus detection region, and inputs the contour signal to a contour signal superimposing circuit 17 provided at one output terminal of the three sets of camera circuits. Then, by superimposing a contour signal on the output video signal of the monitor output 19, the focus detection area is contour-displayed by the focus detection area gate signal. The movement of the subject image to be imaged in the focus detection area can be monitored.

レンズは、理想的には光軸に対して垂直な平面上の被写体を結像面に結像するものであるが、しかし実際には、奥行きのある被写体でも被写界深度が深ければピントを合わせた位置の前後のある範囲内は、ピントが合っているように見える。 被写界深度には、
a)絞りは絞るほど深度は深くなる。
b)ズームレンズの焦点距離は短い(広角端)ほど深度は深くなる。
c)被写体距離が遠いほど深度は深くなる。
d)前方の深度より、後方の深度は深くなる。という性質がある。
The lens ideally forms a subject on a plane perpendicular to the optical axis on the image plane, but in reality, even if the subject is deep, the lens will focus when the depth of field is deep. A certain range before and after the combined position appears to be in focus. Depth of field includes
a) The deeper the aperture, the deeper the aperture.
b) The depth becomes deeper as the focal length of the zoom lens becomes shorter (wide-angle end).
c) The depth increases as the subject distance increases.
d) The depth behind is deeper than the depth ahead. It has the nature of

ここで前述の通り、山登りサーボ方式(又はコントラスト方式)のAF方式では、例えば絞り値が小さく、かつズーム倍率が高い(望遠側)などのようにレンズの被写界深度が浅い場合の撮像では、前記焦点電圧による山の傾斜が急峻なので、前記高域成分抽出部13から出力された高域周波数成分を検波した焦点電圧のレベル差を演算し、該レベル差に基づいて前記フォーカス駆動手段1を制御する駆動電圧を増減させる処理を前記レベル差が零もしくは、予め前記雑音レベルより若干多めに設定した閾値以下に達した時点、又は、前記レベル差が予め前記雑音レベルより若干多めに設定した閾値以下で、かつ予め設定した時間内に得られる最小値に達するまで繰り返し実行するレベル差処理部14の演算は、高域周波数成分に雑音信号があっても、容易に、かつ正確に行われる。   Here, as described above, in the hill-climbing servo method (or contrast method) AF method, for example, when the lens has a small depth of field such as a small aperture value and a high zoom magnification (on the telephoto side), Since the slope of the mountain due to the focus voltage is steep, the level difference of the focus voltage obtained by detecting the high frequency component output from the high frequency component extraction unit 13 is calculated, and the focus driving means 1 is calculated based on the level difference. When the level difference reaches zero or below a threshold that is set slightly higher than the noise level, or the level difference is set slightly higher than the noise level in advance. The calculation of the level difference processing unit 14 that is repeatedly executed until reaching a minimum value that is not more than the threshold value and is obtained within a preset time period is that the noise signal is included in the high frequency component. It also, is easily and accurately performed.

しかし、レンズの絞り値が大きく、かつズーム倍率が低い(広角側)場合などのように被写界深度が深い場合には焦点電圧による山の傾斜が非常になだらかになり、そのため前記レベル差値がごく僅かとなるためレベル差処理部14のレベル差演算が不安定で、不正確になりやすく、このためフォーカスレンズ群6が適当な合焦ポイントで停止状態となってしまう恐れが生じやすい。   However, when the depth of field is deep, such as when the lens aperture value is large and the zoom magnification is low (on the wide-angle side), the slope of the mountain due to the focus voltage becomes very gentle. Therefore, the level difference calculation of the level difference processing unit 14 is unstable and is likely to be inaccurate. For this reason, the focus lens group 6 is likely to be stopped at an appropriate focusing point.

そこで被写界深度が深い場合、又は被写界深度が浅く極端なボケ像になる、いわゆるバカボケ状態に対応できるように、前記3Pプリズム11の前ピント位置及び後ピント位置に装着された2つの撮像デバイスB,Cを光軸に沿って前後に移動させる撮像デバイス移動手段12と、前記撮像レンズ3の絞り機構を駆動するための絞り駆動手段7と、絞り値情報を出力する絞り値情報出力手段8と、さらに前記撮像レンズ3のズーム機構5を駆動するズーム駆動手段9と、ズーム機構5の焦点距離値を出力するズーム値情報出力手段10とを備え、前記絞り値情報出力手段8又は前記ズーム値情報出力手段10、あるいはその双方の情報出力手段から出力された、絞り値情報出力信号又はズーム位置情報出力信号により、前記撮像デバイス移動手段12を駆動して前記2つの撮像デバイスB,Cの結像位置を制御している。   Therefore, when the depth of field is deep, or in order to cope with a so-called blurry state in which the depth of field is shallow and an extreme blur image is generated, Imaging device moving means 12 for moving the imaging devices B and C back and forth along the optical axis, aperture driving means 7 for driving the aperture mechanism of the imaging lens 3, and aperture value information output for outputting aperture value information Means 8, zoom drive means 9 for driving the zoom mechanism 5 of the imaging lens 3, and zoom value information output means 10 for outputting the focal length value of the zoom mechanism 5, and the aperture value information output means 8 or The movement of the imaging device is detected by an aperture value information output signal or a zoom position information output signal output from the zoom value information output means 10 or both information output means. Wherein by driving the stage 12 two imaging devices B, and controls the imaging position of the C.

すなわち、被写界深度を考慮して、実使用時の絞り値情報又は実使用時のズーム位置情報が、最大絞り値又は最小絞り値とその近くの一つ〜二つ手前に任意に設定された絞り値情報設定値間、又は、ズーム焦点距離の広角端又は望遠端とその若干手前に任意に設定されたズーム位置情報設定値までの間に存在するようになったとき、被写界深度が深い場合は、前記絞り値情報出力手段8又は前記ズーム値情報出力手段10の各情報出力信号により、前ピント位置の撮像デバイスBは更に前ピント位置になるように光軸に沿って制御・移動し、後ピント位置の撮像デバイスCは更に後ピント位置になるように光軸に沿って制御・移動する。   In other words, in consideration of the depth of field, aperture value information during actual use or zoom position information during actual use is arbitrarily set to the maximum aperture value or the minimum aperture value and one to two nearby. Depth of field when it comes to between the aperture value information setting value or between the wide-angle end or telephoto end of the zoom focal length and the zoom position information setting value arbitrarily set slightly before that Is deeper, the imaging device B at the front focus position is controlled along the optical axis so that the imaging device B at the front focus position is further at the front focus position by each information output signal of the aperture value information output means 8 or the zoom value information output means 10 The imaging device C at the rear focus position moves and is controlled and moved along the optical axis so as to be at the rear focus position.

また、被写界深度が極端に浅い、ピンボケ状態の場合は、実使用時の絞り値情報又は実使用時のズーム位置情報が、最小絞り値とその一つ〜二つ手前に任意に設定された絞り値情報設定値間、又は、ズーム焦点距離の望遠端とその若干手前に任意に設定されたズーム位置情報設定値までの間に存在するようになったとき、前記前ピント位置の撮像デバイスB及び後ピント位置の撮像デバイスCは、それぞれジャストピント方向に光軸に沿って制御・移動する。   In addition, when the depth of field is extremely shallow and in an out-of-focus state, the aperture value information during actual use or the zoom position information during actual use is arbitrarily set before the minimum aperture value and one or two of them. When the aperture value information setting value is present, or between the telephoto end of the zoom focal length and the zoom position information setting value arbitrarily set slightly before that, the imaging device at the front focus position The imaging devices C at B and the rear focus position are controlled and moved along the optical axis in the just focus direction, respectively.

さらに、前記撮像デバイス移動手段12が、絞り値情報出力手段8から出力された絞り値情報出力信号と、前記ズーム値情報出力手段10から出力されたズーム位置情報出力信号のいずれかが予め設定した前記設定値に達し作動している状態で、更に残りもう一つの前記情報出力信号が予め設定した前記設定値に達したときに、被写界深度が深い場合は、前ピント位置の撮像デバイスBは更により前ピント位置になるように光軸に沿って制御・移動し、後ピント位置の撮像デバイスCも更により後ピント位置になるように光軸に沿って制御・移動する。   Further, the imaging device moving unit 12 presets either the aperture value information output signal output from the aperture value information output unit 8 or the zoom position information output signal output from the zoom value information output unit 10. When the other set of the information output signal reaches the preset set value when the preset value has been reached and activated, and the depth of field is deep, the imaging device B at the front focus position The image pickup device C at the rear focus position is further controlled and moved along the optical axis so as to be further at the rear focus position.

上記のように、レンズの被写界深度が深い場合の撮像では、実使用時の絞り値情報出力信号、実使用時のズーム位置情報出力信号に基づいて前記2つの撮像デバイスB,Cの結像位置を制御しているので、被写界深度はその都度より浅くなり、前記焦点電圧による山の傾斜が測定に適した程度の傾斜に近づくので、前記高域成分抽出部13から出力された高域周波数成分を検波した焦点電圧のレベル差を演算し、該レベル差に基づいて前記フォーカス駆動手段1を制御する駆動電圧を増減させる処理を前記レベル差が零もしくは、予め前記雑音レベルより若干多めに設定した閾値以下に達した時点、又は、前記レベル差が予め前記雑音レベルより若干多めに設定した閾値以下で、かつ予め設定した時間内に得られる最小値に達するまで繰り返し実行するレベル差処理部14の演算は、高域周波数成分に雑音信号があっても、結果としてより容易で、迅速、かつ正確に行われる。   As described above, in imaging when the depth of field of the lens is deep, the connection between the two imaging devices B and C is based on the aperture value information output signal during actual use and the zoom position information output signal during actual use. Since the image position is controlled, the depth of field becomes shallower each time, and the slope of the mountain due to the focus voltage approaches a slope suitable for measurement. A process of calculating the level difference of the focus voltage obtained by detecting the high frequency component and increasing or decreasing the driving voltage for controlling the focus driving unit 1 based on the level difference is performed when the level difference is zero or slightly higher than the noise level in advance. Repeat until the threshold value is reached below a preset threshold value, or until the level difference reaches a minimum value that is less than or equal to a preset threshold value slightly higher than the noise level and is obtained within a preset time. Calculation of the level difference processing unit 14 to be executed, even if the noise signal in the high frequency components, easier as a result, quick, and made accurately.

さらにまた、被写界深度が極端に浅いピンボケ状態の場合は、前記撮像デバイス移動手段12が、絞り値情報出力手段8から出力された絞り値情報出力信号と、前記ズーム値情報出力手段10から出力されたズーム位置情報出力信号のいずれかが予め設定した前記設定値に達し作動している状態で、更に残りもう一つの前記情報出力信号が予め設定した前記設定値に達したときに、前記前ピント位置の撮像デバイスB及び後ピント位置の撮像デバイスCは、それぞれ更によりジャストピント方向へ光軸に沿って制御・移動する。   Further, when the depth of field is extremely shallow, the imaging device moving unit 12 receives the aperture value information output signal output from the aperture value information output unit 8 and the zoom value information output unit 10. When any one of the output zoom position information output signals reaches the preset setting value and is in operation, and when the remaining one of the information output signals reaches the preset setting value, The imaging device B at the front focus position and the imaging device C at the rear focus position are further controlled and moved along the optical axis in the just focus direction.

また上記のように、被写界深度が極端に浅い場合のピンボケ状態の撮像では、実使用時の絞り値情報出力信号、実使用時のズーム位置情報出力信号に基づいて前記2つの撮像デバイスB,Cの結像位置を制御しているので、被写界深度はその都度より深い方向になり、前記焦点電圧による極端な山の傾斜が測定に適した程度の傾斜に近づくので、前記高域成分抽出部13から出力された高域周波数成分を検波した焦点のレベル差を演算し、該レベル差に基づいて前記フォーカス駆動手段1を制御する駆動電圧を増減させる処理を前記レベル差が零もしくは、予め前記雑音レベルより若干多めに設定した閾値以下に達した時点、又は、前記レベル差が予め前記雑音レベルより若干多めに設定した閾値以下で、かつ予め設定した時間内に得られる最小値に達するまで繰り返し実行するレベル差処理部14の演算は、結果としてより容易で、迅速、かつ正確に行われる。   Further, as described above, in the out-of-focus imaging when the depth of field is extremely shallow, the two imaging devices B based on the aperture value information output signal during actual use and the zoom position information output signal during actual use. , C image formation positions are controlled, the depth of field becomes deeper each time, and the extreme mountain slope due to the focus voltage approaches a slope suitable for measurement. A process of calculating a focus level difference obtained by detecting the high frequency component output from the component extraction unit 13 and increasing or decreasing the driving voltage for controlling the focus driving unit 1 based on the level difference is zero or , When a threshold value set slightly higher than the noise level is reached or when the level difference is lower than a threshold value set slightly higher than the noise level and within a preset time Calculation of the level difference processing unit 14 that executes repeatedly until a small value is easier as a result, quick, and made accurately.

本実施例では、実施例1の絞り値情報出力信号及びズーム位置情報出力信号と、さらに撮像レンズ3から被写体までの距離情報出力信号もパラメータの一つとして加え、前記3つの情報出力信号から算出した被写界深度情報に基づいて前記撮像デバイス移動手段12を駆動して前記2つの撮像デバイスB,Cの結像位置を制御・移動する手段について図3に基づき説明する。   In this embodiment, the aperture value information output signal and zoom position information output signal of Embodiment 1 and the distance information output signal from the imaging lens 3 to the subject are also added as one of the parameters, and are calculated from the three information output signals. A means for controlling and moving the imaging positions of the two imaging devices B and C by driving the imaging device moving means 12 based on the depth-of-field information will be described with reference to FIG.

図3の前記測距カメラ装置において、さらに前記前ピント位置と後ピント位置になるように装着された2つの撮像デバイスB,Cを、光軸に沿って前後に移動可能にする撮像デバイス移動手段12と、前記絞り値情報出力手段8から得られる絞り値情報、前記ズーム値情報出力手段10から得られるズーム値情報及び前記距離情報出力手段2から得られる被写体までの距離情報に基づいて被写界深度情報を演算・検出する被写界深度検出手段21を備え、前記被写界深度検出手段が、前記絞り値情報と、前記ズーム値情報及び被写体までの距離情報とから算出した被写界深度情報が、該被写界深度情報の最も深い値とその近くに任意に設定された被写界深度値までの間、及び最も浅い値とその近くに任意に設定された被写界深度値までの間に存在するようになったとき、前記撮像デバイス移動手段12が作動し、前記2つの撮像デバイスB,Cの位置を制御・移動している。   In the distance measuring camera apparatus of FIG. 3, an imaging device moving unit that enables the two imaging devices B and C mounted so as to be in the front focus position and the rear focus position to move back and forth along the optical axis. 12 and the aperture value information obtained from the aperture value information output means 8, the zoom value information obtained from the zoom value information output means 10, and the distance information to the subject obtained from the distance information output means 2. A depth-of-field detecting means 21 for calculating / detecting the depth-of-field information, wherein the depth-of-field detecting means calculates from the aperture value information, the zoom value information, and the distance information to the subject. The depth information is between the deepest value of the depth-of-field information and the depth-of-field value arbitrarily set near the depth information, and the depth-of-field value arbitrarily set near the shallowest value and the vicinity thereof. Until When adapted to standing, the imaging device moving device 12 is operated, the two imaging devices B, and then control and move the position of the C.

図4において、一般に被写体までの距離lにフォーカスを合わせた場合、距離lより遠方でピントの合う距離d1を後方被写界深度、手前側でピントの合う距離d2を前方被写界深度という。ここでレンズの被写界深度は両者を併せた範囲d1+d2である。 In FIG. 4, when focusing is generally performed on the distance l to the subject, the distance d 1 that is in focus farther than the distance l is the rear depth of field, and the distance d 2 that is in focus on the front side is the front depth of field. That's it. Here, the depth of field of the lens is a range d 1 + d 2 in which both are combined.

レンズの焦点距離をf、Fナンバー(絞り値)をFNO、許容錯乱円をδとすれば、前記d1,d2は次の式が成り立つ。
後方被写界深度d1=δ・FNO・l2/(f2−δ・FNO・l)
前方被写界深度d2=δ・FNO・l2/(f2+δ・FNO・l)
Assuming that the focal length of the lens is f, the F number (aperture value) is F NO , and the allowable circle of confusion is δ, d 1 and d 2 can be expressed by the following equations.
Back depth of field d 1 = δ · F NO · l 2 / (f 2 −δ · F NO · l)
Forward depth of field d 2 = δ · F NO · l 2 / (f 2 + δ · F NO · l)

本発明実施例では、前記被写界深度検出手段21に、上記式から最大絞り値又は最小絞り値とその一つ〜二つ手前の絞り値と、前記ズーム焦点距離の広角端又は望遠端とその若干手前のズーム位置及び撮像レンズ3から被写体までの∞距離端及び至近距離端とその若干手前の距離とから算出した被写界深度情報を予め被写界深度情報設定値として設定しておき、実使用時において、前記絞り値情報出力信号と、前記ズーム位置情報出力信号及び被写体までの距離情報出力信号とから算出した被写界深度情報が、被写界深度情報の最も深い値とその近くに任意に設定された被写界深度値までの間、及び最も浅い値とその近くに任意に設定された被写界深度値までの間に存在するようになったとき、前記撮像デバイス移動手段12を駆動して前記2つの撮像デバイスB,Cの結像位置を制御・移動している。   In the embodiment of the present invention, the maximum depth of field or minimum aperture value, one or two previous aperture values from the above formula, the wide angle end or the telephoto end of the zoom focal length, and Depth of field information calculated from the zoom position slightly ahead, the ∞ distance end and the closest distance end from the imaging lens 3 to the subject, and the distance slightly ahead thereof is set in advance as the depth of field information setting value. In actual use, the depth-of-field information calculated from the aperture value information output signal, the zoom position information output signal, and the distance information output signal to the subject is the deepest value of the depth-of-field information. The imaging device is moved when it exists between a depth of field value arbitrarily set nearby and between a shallowest value and a depth of field value arbitrarily set nearby. Driving means 12 said One of the imaging device B, and then control and move the imaging position of the C.

すなわち、、被写界深度が深い場合は、実使用時の大きな絞り値情報と、実使用時の広角側ズーム位置情報及び被写体までの∞側距離情報出力信号とから算出した被写界深度情報と、前記複数の被写界深度情報設定値とを比較し、前記算出した被写界深度情報が被写界深度情報設定値間に達したときに、前ピント位置の撮像デバイスBは更に前ピント位置になるように光軸に沿って制御・移動し、後ピント位置の撮像デバイスCは更に後ピント位置になるように光軸に沿って制御・移動する。   That is, when the depth of field is deep, the depth of field information calculated from the large aperture value information during actual use, the wide-angle side zoom position information during actual use, and the ∞ side distance information output signal to the subject. And the plurality of depth-of-field information setting values, and when the calculated depth-of-field information reaches between the depth-of-field information setting values, the imaging device B at the previous focus position further The image pickup device C at the rear focus position is controlled and moved along the optical axis so as to be at the rear focus position.

また、被写界深度が浅い場合は、実使用時の小さな絞り値情と、実使用時の望遠側ズーム位置情報及び被写体までの至近側距離情報出力信号とから算出した被写界深度情報と、前記複数の被写界深度情報設定値とを比較し、前記算出した被写界深度情報が被写界深度情報設定値間に達した時に、前記前ピント位置の撮像デバイスB及び後ピント位置の撮像デバイスCは、それぞれジャストピント方向に光軸に沿って制御・移動する。   Also, when the depth of field is shallow, the depth of field information calculated from the small aperture value information at the time of actual use, the telephoto side zoom position information at the time of actual use and the near side distance information output signal to the subject, and Comparing the plurality of depth-of-field information setting values, and when the calculated depth-of-field information reaches between the depth-of-field information setting values, the imaging device B at the front focus position and the rear focus position Each of the imaging devices C is controlled and moved along the optical axis in the just focus direction.

さらに、被写界深度が極端に浅い、いわゆるピンボケ状態の場合は、例えば、開放絞り値情報出力信号か、望遠端のズーム位置情報出力信号か、被写体までの最至近距離情報出力信号のいずれかか、又は二つの組み合わせた信号に基づいて算出した被写界深度情報が予め設定した前記被写界深度情報設定値間に達し、すでに作動している状態で、更に残りもう一つの情報出力信号のいずれかに基づいて算出した前記被写界深度情報出力信号が予め設定した前記設定値間に達したときに、前記前ピント位置の撮像デバイスB及び後ピント位置の撮像デバイスCは、それぞれ更によりジャストピント方向へ光軸に沿って制御・移動する。   Furthermore, in the case of a so-called out-of-focus state where the depth of field is extremely shallow, for example, either an open aperture value information output signal, a telephoto end zoom position information output signal, or a closest distance information output signal to the subject Or the depth-of-field information calculated based on the combination of the two signals reaches the preset depth-of-field information setting value and is already in operation, and another remaining information output signal When the depth-of-field information output signal calculated based on one of the above reaches the preset value, the imaging device B at the front focus position and the imaging device C at the rear focus position are updated respectively. To control and move along the optical axis in the just-focus direction.

前記被写界深度検出手段21に予め設定する被写界深度情報設定値は、絞りを優先し焦点距離を変化させるか、焦点距離を優先し照明条件に基づき絞りを変化させるか、絞り、焦点距離のいずれも変化させるかなど、照明条件、撮像面積及び撮像距離を考慮して設定することが好ましい。
なを、上記以外の構成及び作用は実施例1と同様である。
The depth-of-field information setting value set in advance in the depth-of-field detection means 21 is to change the focal length by giving priority to the aperture, changing the aperture on the basis of the illumination conditions by giving priority to the focal length, It is preferable to set in consideration of illumination conditions, imaging area, and imaging distance, such as whether to change any of the distances.
The configuration and operation other than those described above are the same as those in the first embodiment.

本実施例は、撮像レンズ3が大型レンズの場合、大型のフォーカスレンズ群6を駆動して合焦し距離情報を得る方式に代えて、軽量で 移動容易な3つの撮像デバイスを移動する方式を採用し、極めて高速なAF作用と合焦作用を同時に行い、合焦したことを示す合焦信号と被写体までの距離情報を出力することができる測距カメラ装置である。本実施例を図に基づき説明する。   In the present embodiment, when the imaging lens 3 is a large lens, a method of moving three lightweight and easily movable imaging devices instead of a method of driving and focusing the large focus lens group 6 to obtain distance information. This is a distance measuring camera device that is capable of performing an extremely high-speed AF operation and a focusing operation at the same time and outputting a focusing signal indicating that the focusing is achieved and distance information to the subject. This embodiment will be described with reference to the drawings.

図5において、本実施例3では、実施例1の測距カメラ装置に加え、さらに前記フォーカス駆動手段1に代えて、前記3Pプリズム11の光学像出射面のジャストピント位置に装着された撮像デバイスAも光軸に沿って前後に移動可能な撮像デバイス移動手段12と、該前後に移動する撮像デバイスAの移動距離に基づいて、合焦したことを示す合焦信号と被写体までの距離情報を出力する距離情報出力手段22を備えている。   5, in the third embodiment, in addition to the distance measuring camera device of the first embodiment, an imaging device mounted at the just focus position on the optical image exit surface of the 3P prism 11 instead of the focus driving means 1. A also includes an imaging device moving unit 12 that can move back and forth along the optical axis, and an in-focus signal that indicates in-focus and distance information to the subject based on the moving distance of the imaging device A that moves back and forth. Distance information output means 22 for outputting is provided.

実施例1と同様に、それぞれの固体撮像デバイスで光電変換され、A/D変換回路でアナログ信号からデジタル信号へ変換され、カメラ回路から出力された映像信号の高域周波数成分だけがHPFで抽出され、ゲート回路により画面中央近辺に設定された合焦検出領域内の高域周波数成分を検波器で検波し、映像信号の高域周波数成分に対応する焦点電圧として検波器から出力される。   As in the first embodiment, each solid-state imaging device performs photoelectric conversion, the A / D conversion circuit converts the analog signal into a digital signal, and only the high frequency component of the video signal output from the camera circuit is extracted by the HPF. Then, the high frequency component in the focus detection area set near the center of the screen by the gate circuit is detected by the detector, and the focus voltage corresponding to the high frequency component of the video signal is output from the detector.

前記焦点電圧は撮像レンズ3で撮像された光学像の精細度に対応しているので、検波器出力に現れる焦点電圧値は、前記撮像デバイスAの位置が被写体までの距離に合致している状態では、図2に示すように、撮像デバイスAの焦点電圧は最大値Vaを示すA位置となり、前ピント位置に装着された撮像デバイスBの焦点電圧はVbを示すB位置で、後ピント位置に装着された撮像デバイスCの焦点電圧はVcを示すC位置となる。   Since the focal voltage corresponds to the definition of the optical image captured by the imaging lens 3, the focal voltage value appearing in the detector output is a state where the position of the imaging device A matches the distance to the subject. Then, as shown in FIG. 2, the focus voltage of the image pickup device A is at the A position indicating the maximum value Va, and the focus voltage of the image pickup device B mounted at the front focus position is the B position indicating Vb and is at the rear focus position The focal voltage of the mounted imaging device C is a C position indicating Vc.

レベル差処理部14は、上記検波器出力の焦点電圧を一定時間毎にサンプルホールドし、焦点電圧が時間経過に対して増加方向であれば正の電圧を、焦点電圧が時間経過に対して減少方向であれば負の電圧を発生する回路であり、レベル差処理部14から出力された撮像デバイス移動電圧は、D/A変換回路でデジタル信号からアナログ信号へ変換され撮像デバイス移動手段12へ入力される。撮像デバイス移動手段12はレベル差処理部14の撮像デバイス移動電圧が正であれば、例えば正転して撮像デバイスAの位置を3Pプリズム側へと撮像デバイス移動手段12により制御・移動し、同撮像デバイス移動電圧が負であれば撮像デバイス移動手段12により撮像デバイスA位置を逆方向へと制御・移動する。   The level difference processing unit 14 samples and holds the focus voltage of the detector output at regular time intervals. If the focus voltage is increasing with respect to time, the positive voltage is decreased, and the focus voltage is decreased with time. The imaging device moving voltage output from the level difference processing unit 14 is converted from a digital signal to an analog signal by the D / A conversion circuit and input to the imaging device moving unit 12. Is done. If the imaging device moving voltage of the level difference processing unit 14 is positive, the imaging device moving unit 12 controls and moves the position of the imaging device A to the 3P prism side by the imaging device moving unit 12, for example. If the imaging device moving voltage is negative, the imaging device moving means 12 controls / moves the imaging device A position in the reverse direction.

すなわち、前記高域成分抽出部13から出力された前ピント位置及び後ピント位置に装着された撮像デバイスB,Cによる映像信号から抽出された高域周波数成分を検波した焦点電圧のレベル差を演算し、該レベル差に基づいて前記撮像デバイス移動手段12を制御する撮像デバイス移動電圧を増減させる処理を前記レベル差が零もしくは、予め設定した閾値以下に達した時点、又は、前記レベル差が零もしくは、予め設定した閾値以下で、かつ予め設定した時間内に得られる最小値に達するまで繰り返し実行することにより撮像デバイスAの合焦位置を決定する。同時に撮像デバイスB,Cは、それぞれ前ピント位置及び後ピント位置の相対的な位置を保持しながら、撮像デバイスAに連動して制御・移動される。
以上により合焦位置が決定し撮像デバイスAの位置検出センサ(例えば、ポテンシオメータ又は光学式ロータリエンコーダ等)からの電圧値(アナログ又はデジタル信号)を距離情報出力手段22にフィードバックし、該距離情報出力手段22から距離情報として出力端子23から出力する。
なを、上記以外の構成及び作用は実施例1及び実施例2と同様である。
In other words, the level difference of the focus voltage obtained by detecting the high frequency component extracted from the video signal by the imaging devices B and C attached to the front focus position and the rear focus position output from the high frequency component extraction unit 13 is calculated. Then, the process of increasing or decreasing the imaging device moving voltage for controlling the imaging device moving unit 12 based on the level difference is performed when the level difference reaches zero or below a preset threshold value, or when the level difference is zero. Alternatively, the in-focus position of the imaging device A is determined by repeatedly executing the process until it reaches a minimum value that is equal to or less than a preset threshold value and is obtained within a preset time. At the same time, the imaging devices B and C are controlled and moved in conjunction with the imaging device A while maintaining the relative positions of the front focus position and the rear focus position.
The in-focus position is determined as described above, and a voltage value (analog or digital signal) from a position detection sensor (for example, a potentiometer or an optical rotary encoder) of the image pickup device A is fed back to the distance information output means 22, and the distance information From the output means 22, it outputs from the output terminal 23 as distance information.
The configuration and operation other than those described above are the same as those in the first and second embodiments.

その他の応用例として、前記合焦領域内の遠近方向へ動いている撮像対象被写体像の高域周波数成分をフレーム単位で追跡検出することにより、連続して被写体までの距離情報が得られることから、被写体が近づいてくるのか、遠ざかるのかを判断できる距離情報を出力することができる。   As another application example, the distance information to the subject can be obtained continuously by tracking and detecting the high frequency component of the subject image moving in the perspective direction within the in-focus region in units of frames. Distance information that can determine whether the subject is approaching or moving away can be output.

前記撮像デバイスA,B,Cが、全てモノクローム用撮像デバイスで構成されている場合は、超高画素数の撮像デバイスを使用できるので、高精細画像方式の場合でも、AF方式に機械的な振動機構を使用していないため、瞬時高速演算処理が出来るので、瞬時に被写体までの正確な距離情報が出力可能で、かつ高画質な画像でジャストピント位置に制御できる自動測距カメラ装置を提供できる。   When the imaging devices A, B, and C are all configured with monochrome imaging devices, an imaging device with an extremely high number of pixels can be used. Therefore, even in the case of a high-definition image method, mechanical vibrations are applied to the AF method. Since it does not use a mechanism, it can perform instantaneous high-speed calculation processing, so it can provide an automatic ranging camera device that can output accurate distance information to the subject instantly and can control the just focus position with high-quality images. .

前記撮像デバイスA,B,Cが、全てカラー用撮像デバイスで構成されている場合は、高画素数のカラー用撮像デバイスを使用でき、カラーのHDTV放送方式など高精細画像方式に対応できると共に、AF方式に機械的な振動機構を使用していないので、瞬時高速演算処理が可能なため、瞬時に被写体までの正確な距離情報が出力可能で、かつ高画質な画像でジャストピント位置に制御できるカラー方式自動測距カメラ装置を提供できる。   When the imaging devices A, B, and C are all configured by a color imaging device, a color imaging device having a high pixel count can be used, and a high definition image system such as a color HDTV broadcasting system can be supported. Since no mechanical vibration mechanism is used in the AF method, instantaneous high-speed calculation processing is possible, so accurate distance information to the subject can be output instantaneously, and high-quality images can be controlled to the just focus position. A color type automatic ranging camera device can be provided.

前記撮像デバイスが、前記ジャストピント位置に装着された高画素数のカラー用撮像デバイスAと、前記前ピント位置及び後ピント位置に装着された超高画素数のモノクローム用撮像デバイスB,Cとで構成されている場合は、カラーのHDTV放送方式など高精細画像方式に対応できると共に、AF方式に機械的な振動機構を使用していないので、瞬時高速演算処理が可能なため、瞬時に被写体までの正確な距離情報が出力可能で、かつ高画質な画像でジャストピント位置に制御できるカラー画像出力が得られる自動測距カメラ装置を提供できる。   The imaging device is a color imaging device A with a high pixel number attached at the just focus position, and a monochrome imaging device B, C with an ultra-high pixel number attached at the front focus position and the rear focus position. If configured, it is compatible with high-definition image systems such as color HDTV broadcast systems, and since no mechanical vibration mechanism is used in the AF system, instantaneous high-speed calculation processing is possible, so the subject can be reached instantly. Thus, it is possible to provide an automatic ranging camera device that can output accurate distance information and can obtain a color image output that can be controlled to a just-focus position with a high-quality image.

以上の説明において、前記3個のプリズムで構成する3Pプリズム11分光光学系を介して、その各出射面に装着された3個の撮像デバイスA,B,Cに分光・結像されているが、その分光配分量は、等量又はジャストピント位置の撮像デバイスAに70%、その他の2つの撮像デバイスB,Cにそれぞれ15%の配分でも良い。   In the above description, the light is dispersed and imaged on the three imaging devices A, B, and C mounted on the respective emission surfaces via the 3P prism 11 spectroscopic optical system constituted by the three prisms. The spectral distribution amount may be equal or 70% for the imaging device A at the just-focus position, and 15% for each of the other two imaging devices B and C.

また、赤外線領域又は紫外線領域に感度を有する撮像デバイスを使用すれば、それぞれの光線領域においての正確な距離情報出力の自動測距カメラ装置を提供できる。   In addition, if an imaging device having sensitivity in the infrared region or ultraviolet region is used, an automatic ranging camera device that outputs accurate distance information in each light beam region can be provided.

前記撮像デバイスにエリアセンサを使用すれば、被写体を面で捕らえ走査することによって、NTSC,PAL放送方式、さらには高画質が要求されるHDTVや高精細度画像方式に容易に対応できるので、周辺機器を含め小型で、低コストでシステムを構築可能になる。さらにまた、応用例として、高速合焦時間が必要となるFA(ファクトリオートメーション)用途にも、ウオブリングによるボケやフリッカの無い、瞬時高速合焦演算処理する最適機器として使用できる。   If an area sensor is used in the imaging device, it can easily cope with NTSC, PAL broadcasting systems, and HDTV and high-definition image systems that require high image quality by capturing and scanning the subject on the surface. It is possible to construct a system that is small in size including equipment and low in cost. Furthermore, as an application example, it can be used as an optimum device for instantaneous high-speed focusing calculation processing without blurring and flicker due to wobbling for FA (factory automation) applications that require high-speed focusing time.

また、前記撮像デバイスにリニアセンサを使用すれば、撮像デバイスの走査方向と直交する副走査手段及びメモリ等が必要となるが、水平、垂直走査方向共に高画素数の画像が得られるので、精密な画像データに基づく高速合焦演算処理を行い、極めて正確な距離情報出力の自動測距カメラ装置として使用できる。   If a linear sensor is used for the imaging device, sub-scanning means and a memory that are orthogonal to the scanning direction of the imaging device are required. However, since an image with a high number of pixels can be obtained in both the horizontal and vertical scanning directions, It can be used as an automatic ranging camera device that performs high-speed focusing calculation processing based on accurate image data and outputs extremely accurate distance information.

本発明実施例1の測距カメラ装置のブロック図。1 is a block diagram of a distance measuring camera device according to Embodiment 1 of the present invention. 同実施例のオートフォーカス方式の説明図。Explanatory drawing of the autofocus system of the same Example. 同実施例2の測距カメラ装置のブロック図。The block diagram of the ranging camera apparatus of the Example 2. FIG. 同実施例2の後方及び前方被写界深度の説明図。Explanatory drawing of the back and front depth of field of the Example 2. FIG. 同実施例3の測距カメラ装置のブロック図。The block diagram of the ranging camera apparatus of the Example 3. FIG. 「山登りサーボ方式」の測距方式の従来例ブロック図。The block diagram of the prior art of the ranging method of "mountain climbing servo system". 従来例の山登りサーボ方式によるオートフォーカス方式の焦点電圧及び差分ホールド回路出力電圧曲線図。FIG. 6 is a graph showing a focus voltage and a difference hold circuit output voltage curve of an autofocus method using a conventional hill-climbing servo method.

符号の説明Explanation of symbols

1:フォーカス駆動手段 2、22:距離情報出力手段
3:撮像レンズ 4:レンズ絞り機構
5:ズーム機構 6:フォーカスレンズ群
7:絞り駆動手段 8:絞り値情報出力手段
9:ズーム駆動手段 10:ズーム値情報出力手段
11:3Pプリズム 12:撮像デバイス移動手段
13:高域成分抽出部 14:レベル差処理部
15:動きベクトル検出手段 16:ゲート領域制御手段
17:輪郭信号重畳回路 18:本線出力
19:モニタ出力 20、23:出力端子
21:被写界深度検出手段
101:撮像レンズ 102:フォーカスレンズ群
103:撮像デバイス 104:カメラ回路
105:出力端子 106:ハイパスフィルタ
107:検波器 108:差分ホールド回路
109:駆動装置制御器 110:駆動装置
1: Focus drive means 2, 22: Distance information output means 3: Imaging lens 4: Lens aperture mechanism 5: Zoom mechanism 6: Focus lens group 7: Aperture drive means 8: Aperture value information output means 9: Zoom drive means 10: Zoom value information output means 11: 3P prism 12: imaging device moving means 13: high-frequency component extracting section 14: level difference processing section 15: motion vector detecting means 16: gate area control means 17: contour signal superimposing circuit 18: main line output 19: Monitor output 20, 23: Output terminal 21: Depth of field detection means 101: Imaging lens 102: Focus lens group 103: Imaging device 104: Camera circuit 105: Output terminal 106: High-pass filter 107: Detector 108: Difference Hold circuit 109: Drive device controller 110: Drive device

Claims (15)

フォーカスレンズ群を駆動するフォーカス駆動手段及び被写体までの距離情報出力手段を備えた撮像レンズと、該撮像レンズで撮像した光学像を少なくとも3方向へ分岐する分光光学系と、該分光光学系の3つの光学像出射面に各々装着された撮像デバイスであって、その一つが前記撮像レンズの焦点位置にあるとき、他の2つはそれぞれ前ピント位置と後ピント位置になるよう装着された合計3個の撮像デバイスと、該撮像デバイスで光電変換された被写体信号を映像信号に形成する3組のカメラ回路と、前記カメラ回路から出力された映像信号による1フレーム画面内の任意に設定された合焦検出領域から得られる被写体画像の高域周波数成分を抽出する高域成分抽出部と、該高域成分抽出部で抽出された前記前ピント位置と後ピント位置になるように装着された2つの撮像デバイスの前記合焦検出領域から得られる各映像信号の高域周波数成分を検波した焦点制御用電圧のレベル差を演算し、該レベル差に基づいて前記フォーカス駆動手段を駆動する駆動電圧の増減を、前記レベル差が零もしくは、予め設定した閾値以下になるまで繰り返し実行するレベル差処理部とを備え、
前記被写体までの距離情報出力手段が、常に被写体までの距離情報を出力すると同時に、前記レベル差処理部によって前記レベル差が零もしくは、予め設定した閾値以下となった時点で合焦したことを示す合焦信号を出力してなることを特徴とする測距カメラ装置。
An imaging lens having a focus driving unit for driving the focus lens group and a distance information output unit to the subject, a spectroscopic optical system that branches an optical image captured by the imaging lens in at least three directions, and 3 of the spectroscopic optical system An imaging device mounted on each of the optical image emitting surfaces, and when one of the imaging devices is at the focal position of the imaging lens, the other two are mounted in total 3 so as to be in the front focus position and the rear focus position, respectively. An image pickup device, three sets of camera circuits for forming a subject signal photoelectrically converted by the image pickup device into a video signal, and a video signal output from the camera circuit and an arbitrarily set combination in one frame screen A high-frequency component extraction unit that extracts a high-frequency component of a subject image obtained from the focus detection region, and the front focus position and the rear focus position extracted by the high-frequency component extraction unit A focus control voltage level difference obtained by detecting a high frequency component of each video signal obtained from the focus detection area of the two imaging devices mounted so as to be, and based on the level difference, the focus A level difference processing unit that repeatedly executes increase / decrease of the drive voltage for driving the drive means until the level difference becomes zero or less than a preset threshold value,
The distance information output means to the subject always outputs the distance information to the subject, and at the same time indicates that the level difference processing unit has focused when the level difference becomes zero or less than a preset threshold value. A ranging camera device characterized by outputting a focusing signal.
前記レベル差処理部が、前記合焦検出領域から得られる各映像信号の高域周波数成分を検波した焦点制御用電圧のレベル差を演算し、該レベル差に基づいて前記フォーカス駆動手段を駆動する駆動電圧の増減を、前記レベル差が零もしくは、予め設定した閾値以下で、かつ予め設定した時間内に得られる最小値になるまで繰り返し演算することを特徴とする請求項1に記載の測距カメラ装置。   The level difference processing unit calculates a level difference of a focus control voltage obtained by detecting a high frequency component of each video signal obtained from the focus detection area, and drives the focus driving unit based on the level difference. The distance measurement according to claim 1, wherein the increase / decrease of the drive voltage is repeatedly calculated until the level difference is zero or less than a preset threshold value and reaches a minimum value obtained within a preset time. Camera device. 前記合焦検出領域が、前記1フレーム画面中央近辺に設定されてなることを特徴とする請求項1又は2に記載の測距カメラ装置。   The ranging camera device according to claim 1 or 2, wherein the focus detection area is set in the vicinity of the center of the one-frame screen. 前記測距カメラ装置において、1フレーム画面内に、前記合焦検出領域を取り囲むように該合焦検出領域と同面積を有する複数の動き検出領域を設定し、かつ前記合焦検出領域及び複数の動き検出領域のそれぞれ中心に位置する画素の前フィールドと現フィールドの画像データのレベル差を演算して前記合焦検出領域内の撮像対象被写体の動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段と、該動きベクトル検出手段により検出された前記撮像対象被写体の動きベクトルに応じて前記合焦検出領域及び複数の動き検出領域を移動させるゲート領域制御手段とを備えてなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の測距カメラ装置。   In the ranging camera device, a plurality of motion detection areas having the same area as the focus detection area are set so as to surround the focus detection area in one frame screen, and the focus detection area and the plurality of focus detection areas A motion vector detecting means for calculating a level difference between image data of a previous field and a current field of a pixel located in the center of each motion detection area and detecting a motion vector of a subject to be imaged in the focus detection area; 4. A gate area control means for moving the focus detection area and the plurality of motion detection areas in accordance with a motion vector of the subject to be imaged detected by a vector detection means. The ranging camera device according to any one of the above. 前記ゲート領域制御手段が、前記合焦検出領域の輪郭を示す輪郭信号を発生し、該輪郭信号を前記3組のカメラ回路のいずれか一つの出力端に設けられた輪郭信号重畳回路に入力し、そのカメラ回路の出力映像信号に輪郭信号を重畳し出力することにより、前記合焦検出領域の現時点での位置を表示可能にしてなることを特徴とする請求項4に記載の測距カメラ装置。   The gate region control means generates a contour signal indicating the contour of the focus detection region, and inputs the contour signal to a contour signal superimposing circuit provided at one output terminal of the three sets of camera circuits. 5. The distance measuring camera device according to claim 4, wherein a current position of the focus detection area can be displayed by superimposing and outputting a contour signal on an output video signal of the camera circuit. . 前記測距カメラ装置において、前記前ピント位置と後ピント位置になるように装着された2つの撮像デバイスを光軸に沿って前後に移動可能にする撮像デバイス移動手段と、前記撮像レンズの絞り機構を駆動する絞り駆動手段と、前記絞り機構の絞り値情報を出力する絞り値情報出力手段とを備え、
前記絞り機構を前記絞り駆動手段を介して手動若しくは自動によって駆動し、前記絞り値情報出力手段から得られる絞り値が、最大開放値とその近くに任意に設定された絞り値までの間、及び最大絞り込み値とその近くに任意に設定された絞り値までの間に存在するようになったとき、前記撮像デバイス移動手段が作動し、前記2つの撮像デバイスの位置を制御・移動してなることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の測距カメラ装置。
In the distance measuring camera device, an imaging device moving unit that enables the two imaging devices mounted so as to be in the front focus position and the rear focus position to move back and forth along the optical axis, and an aperture mechanism of the imaging lens Aperture drive means for driving the aperture value, and aperture value information output means for outputting aperture value information of the aperture mechanism,
The aperture mechanism is driven manually or automatically via the aperture drive means, and the aperture value obtained from the aperture value information output means is between the maximum open value and an aperture value arbitrarily set near the aperture value, and The imaging device moving means is activated when the maximum aperture value is between the maximum aperture value and an aperture value arbitrarily set near the maximum aperture value, and the positions of the two imaging devices are controlled and moved. The distance measuring camera device according to claim 1, wherein:
前記測距カメラ装置において、前記撮像レンズがズーム機構と、該ズーム機構を駆動するズーム駆動手段と、前記ズーム機構の焦点距離値情報を出力するズーム値情報出力手段とを備え、
前記ズーム機構を前記ズーム駆動手段を介して駆動し、前記ズーム値情報出力手段から得られる前記ズーム機構のズーム値が、広角端とその近くに任意に設定されたズーム値までの間、及び望遠端とその近くに任意に設定されたズーム値までの間に存在するようになったとき、前記撮像デバイス移動手段が作動し、前記2つの撮像デバイスの位置を制御・移動してなることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の測距カメラ装置。
In the distance measuring camera apparatus, the imaging lens includes a zoom mechanism, a zoom driving unit that drives the zoom mechanism, and a zoom value information output unit that outputs focal length value information of the zoom mechanism,
The zoom mechanism is driven via the zoom driving means, and the zoom value of the zoom mechanism obtained from the zoom value information output means is between the wide angle end and a zoom value arbitrarily set near the wide angle end, and telephoto The imaging device moving means is activated when the zoom lens is located between an end and a zoom value arbitrarily set in the vicinity thereof, and the positions of the two imaging devices are controlled and moved. The ranging camera apparatus according to claim 1.
前記撮像デバイス移動手段が、前記絞り値情報出力手段から得られる絞り機構の絞り値情報と、前記ズーム値情報出力手段から得られるズーム値情報のいずれかによって作動している状態にあって、更に残りのもう一つの情報が前記撮像デバイス移動手段を駆動する値となった場合、2つの情報に対応して前記撮像デバイス移動手段が作動し、前記2つの撮像デバイスの位置を制御・移動してなることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の測距カメラ装置。   The imaging device moving unit is in a state of being operated by either the aperture value information of the aperture mechanism obtained from the aperture value information output unit or the zoom value information obtained from the zoom value information output unit, When the remaining information becomes a value for driving the imaging device moving means, the imaging device moving means operates corresponding to two pieces of information, and controls and moves the positions of the two imaging devices. The ranging camera apparatus according to claim 1, wherein 前記測距カメラ装置において、さらに前記前ピント位置と後ピント位置になるように装着された2つの撮像デバイスを、光軸に沿って前後に移動可能にする撮像デバイス移動手段と、前記絞り値情報出力手段から得られる絞り値情報、前記ズーム値情報出力手段から得られるズーム値情報及び前記距離情報出力手段から得られる被写体までの距離情報に基づいて被写界深度情報を演算・検出する被写界深度検出手段を備え、
前記被写界深度検出手段が、前記絞り値情報と、前記ズーム値情報及び被写体までの距離情報とから算出した被写界深度情報が、前記被写界深度情報の最も深い値とその近くに任意に設定された被写界深度値までの間、及び最も浅い値とその近くに任意に設定された被写界深度値までの間に存在するようになったとき、前記撮像デバイス移動手段が作動し、前記2つの撮像デバイスの位置を制御・移動してなることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の測距カメラ装置。
In the distance measuring camera apparatus, an imaging device moving unit that further moves the two imaging devices mounted so as to be in the front focus position and the rear focus position back and forth along the optical axis, and the aperture value information Object that calculates and detects depth-of-field information based on aperture value information obtained from the output means, zoom value information obtained from the zoom value information output means, and distance information to the subject obtained from the distance information output means With depth of field detection means,
The depth-of-field detection means calculates the depth-of-field information calculated from the aperture value information, the zoom value information, and the distance information to the subject. When the imaging device moving means is present between an arbitrarily set depth of field value and between the shallowest value and an arbitrarily set depth of field nearby, 6. The distance measuring camera device according to claim 1, wherein the distance measuring camera device operates and controls and moves the positions of the two imaging devices.
前記測距カメラ装置において、さらに前記フォーカス駆動手段に代えて、前記撮像レンズの焦点位置になるように装着された撮像デバイスも光軸に沿って前後に移動可能にする撮像デバイス移動手段と、該撮像デバイス移動手段によって前後に移動する撮像デバイスの移動距離に基づいて被写体までの距離情報を出力する距離情報出力手段とを備えてなることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の測距カメラ装置。   In the distance measuring camera apparatus, in place of the focus driving unit, an imaging device moving unit that allows an imaging device mounted so as to be a focal position of the imaging lens to move back and forth along the optical axis; The distance information output means which outputs the distance information to a to-be-photographed object based on the moving distance of the imaging device which moves back and forth by an imaging device moving means is provided. The described ranging camera device. 前記撮像デバイスが、全てモノクローム用撮像デバイスであることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の測距カメラ装置。   The ranging camera apparatus according to claim 1, wherein all of the imaging devices are monochrome imaging devices. 前記撮像デバイスが、全てカラー用撮像デバイスであることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の測距カメラ装置。   The ranging camera apparatus according to claim 1, wherein all of the imaging devices are color imaging devices. 前記撮像デバイスが、前記撮像レンズの焦点位置になるように装着される1つがカラー用撮像デバイスであり、前記前ピント位置と後ピント位置になるように装着される2つがモノクローム用撮像デバイスであることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の測距カメラ装置。   One of the imaging devices mounted so as to be the focal position of the imaging lens is a color imaging device, and two mounted so as to be the front focus position and the rear focus position are monochrome imaging devices. The ranging camera apparatus according to claim 1, wherein 前記撮像デバイスが、エリアセンサであることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の測距カメラ装置。   The ranging camera device according to claim 1, wherein the imaging device is an area sensor. 前記撮像デバイスが、リニアセンサであることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の測距カメラ装置。
The ranging camera apparatus according to claim 1, wherein the imaging device is a linear sensor.
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