JPH06339061A - ビデオカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子ズーム状態に応じて、ＡＦ制御のパラメ
ータを最適な状態に制御することにより、電子ズーム中
のＡＦ動作を安定且つ正確に行うことを可能とすること
にある。 【構成】 変倍レンズを駆動して光学的に像倍率を変化
させる光学ズームと、撮像面上に結像された光学像を光
電変換して映像信号に変換する撮像手段と、前記撮像面
上に前記光学像を結像させるための焦点調節手段と、信
号処理によつて像倍率を変更する電子ズームと、前記電
子ズームによって像倍率が変更されている時と、該電子
ズームによって像倍率が変更されていない時とで、前記
焦点調節手段の制御を異ならせる制御手段とを備えた構
成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子ズーム機能を有し
たカメラ等における、電子ズーム中の自動焦点調節方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビデオカメラ、電子カメラ等を始
めとする映像器機の発展は目覚ましく、特にその機能及
び操作性の向上のため、自動焦点調節（ＡＦ）等の機能
が標準的に装備されるに至っている。

【０００３】ところで、自動焦点調節装置を見ると、撮
像素子等により被写体像を香典変換して得られた映像信
号中より画面の鮮鋭度を検出し、それが最大となるよう
にフォーカシングレンズ位置を制御して焦点調節を行う
方式が主流となりつつある。

【０００４】前記鮮鋭度信号の評価としては、一般にバ
ンドパスフィルタ（ＢＰＦ）により抽出された映像信号
の高周波成分の強度、あるいは微分回路などにより抽出
された映像信号のボケ幅（被写体のエッジ部分の幅）検
出強度を用いる。

【０００５】これは、通常の被写体像を撮影した場合、
焦点がぼやけている状態では、高周波成分のレベルは小
さくボケ幅は広くなり、焦点ががってくるにしたがって
高周波成分のレベルは大きく、ボケ幅は小さくなり、完
全に合焦点に達した状態で、それぞれ最大値、最小値を
とる。従って、フォーカシングレンズの制御は、前記鮮
鋭度が低い場合はこれが高くなる方向に可能な限り高速
で駆動し、鮮鋭度が高くなるに連れて減速し、精度よく
鮮鋭度の山の頂上で停止させるように制御される。この
ような方法を一般に山登りオートフォーカス方式（山登
りＡＦ）と称しており、このような自動焦点調節装置が
採用されたことにより、特に動画を撮影するビデオカメ
ラなどでは、その操作性が飛躍的に向上し、近年では必
須の機能となっている。

【０００６】また最近では撮影画像を電子的に拡大し、
光学ズームと合わせてさらに高倍率ズームを実現可能と
した所謂電子ズーム機能を備えたカメラが増えてきてお
り、種々の撮影状況に対応が可能となつてきている。

【０００７】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
述の電子ズーム動作時においてＡＦ制御を行う場合、そ
の高倍率の影響で、例えば手振れなどにより信号のノイ
ズが多くなり、また光学ズームによつて倍率が拡大され
てくると被写界深度が浅くなってくる。

【０００８】そのため従来のＡＦ制御をそのまま行う
と、信号のノイズ成分の影響で方向判定で誤判断し、ボ
ケ止まりが発生しやすくなる、また被写界深度が浅くな
ることにより、映像がぼけている状態が多くなるため
に、合焦するまでの時間が遅く感じられてしまうという
問題があった。

【０００９】さらに、電子ズームによって、画像を拡大
している最中は、鮮鋭度信号の変化がさらに大きくなる
ため、前記不具合の発生する可能性がより高くなるとい
う問題があった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明によれば、光学的に像倍率を変化させる
光学的変倍手段と、撮像面上に結像された光学像を光電
変換して映像信号に変換する撮像手段と、前記撮像面上
に前記光学像を結像させるための焦点調節手段と、信号
処理によつて像倍率を変更する電気的変倍手段と、前記
電気的変倍手段によって像倍率が変更されている時と、
該電気的変倍手段によって像倍率が変更されていない時
とで、前記焦点調節手段の制御を異ならせる制御手段と
を備えた構成とする。

【００１１】

【作用】これによつて、現在の映像が電子ズーム領域に
いるかどうか、電子ズームの倍率あるいは電子ズームが
現在動作中かどうか等の状態に応じて、ＡＦ制御のパラ
メータを最適な状態に制御することができ、電子ズーム
中のＡＦ動作を安定且つ正確に行うことができる。

【００１２】

【実施例】

《第１実施例》以下本発明におけるビデオカメラを、各
図を参照しながらその実施例について詳述する。まず本
発明の回路構成、電子ズームの基本動作、ＡＦの基本動
作について説明し、続いて本発明の特徴とする制御動作
について説明する。

【００１３】図１に本発明の構成図を示す。尚、本発明
のすべての実施例に対して図１は共通に適用される。１
０１〜１０４はレンズ群であり、１０１、１０３は固定
のレンズ群、１０２は変倍レンズ群（以下変倍レンズと
称す）、１０４は焦点調節及び変倍による焦点面の補正
用レンズ群（以下フオーカスレンズと称す）である。

【００１４】１００１〜１００９は電子ズームを行うた
めのブロツクであり、構成の方法について説明する。１
００１は撮像素子、１００２はＡＧＣ回路、１００３は
ＡＧＣ回路より出力された撮像信号をデジタル信号に変
換するＡ／Ｄ変換器、１００４はデジタル信号処理回
路、１００５はＤ／Ａ変換器、１００６は電子ズーム制
御回路、１００７は電子ズーム制御回路１００６からの
出力によって、撮像素子のドライバへ駆動パルスを出力
するタイミングジェネレータ（以下ＴＧと称す）、１０
０８はＴＧ１００７からの出力によって実際に撮像素子
を駆動するドライバ、１００９は電子ズーム機構全体の
制御を行う電子ズーム制御マイクロコンピユータ（以下
電子ズームマイコンと称す）である。

【００１５】電子ズーム中は、電子ズームマイコン１０
０９から倍率情報がＴＧ１００７と電子ズーム制御回路
１００６に出力される。電子ズーム制御回路１００６で
は倍率情報に応じてＴＧ１００７にゲート信号を出力す
る。

【００１６】ＴＧ１００７はドライバ１００８を介して
撮像素子１００１の垂直方向のタイミングを制御してお
り、倍率信号に応じて何本目から何本目までの走査線を
抜き出すのかを決め、ゲート信号に応じて抜き出す走査
線間に無信号の疑似信号を補間して、全体の走査線の本
数を合わせ込み、垂直方向の撮像画面拡大を行ってい
る。

【００１７】一方、水平方向では、デジタル信号処理Ｉ
Ｃ１００４から映像信号情報を取り込んだ電子ズームＩ
Ｃ１００６が、マイコン１００９からの倍率情報をもと
に、水平方向の抜き出しタイミングを決定し、ゲート信
号としてデジタル信号処理ＩＣ１００４に出力する。１
００４ではそのゲート信号に応じて、水平方向の拡大を
行い、結果として、拡大された映像信号をＤ／Ａコンバ
ータ１００５に出力する。

【００１８】このように、電子ズーム制御マイコン１０
０９は、例えば１倍から２倍まで、倍率情報を時間的に
変化させながら、ＴＧ１００７及び電子ズーム制御回路
１００６に出力することにより、２倍の電子ズーム動作
を実行する。

【００１９】この電子ズーム機能を利用することによっ
て、アナログ回路では成し得なかった高倍率ズームを行
うことができるようになった。

【００２０】次にＡＦ制御系について述べる。１０５は
撮像素子１００１の出力である映像信号成分からＡＦ制
御において用いる高周波信号成分を取り出すフィルタ、
１０６はＡＦ処理を行うために鮮鋭度信号を作るＡＦ信
号処理回路、１０７はＡＦ制御回路１０６の出力を用い
てＡＦ制御を行うＡＦ制御マイクロコンピユータ（以下
ＡＦ制御マイコンと称す）である。

【００２１】１０８，１０９はそれぞれ変倍レンズ駆動
用モータ，フオーカスレンズ駆動モータを作動させるた
めのドライバ、１１０，１１１はそれぞれ変倍レンズ駆
動用モータ，フオーカスレンズ駆動用モータ、１１２は
ズームレンズの位置を検出するズームエンコーダ、１１
３はフオーカスレンズ位置を検出するフオーカスエンコ
ーダであり、各エンコーダ１１２，１１３の出力はＡＦ
制御マイコン１０７へと供給され、常に各レンズ位置が
監視される。

【００２２】また信号線１１０は、電子ズームを制御す
る電子ズームマイコン１００９からＡＦ制御マイコン１
０７へ電子ズーム状態の情報を送っている。この情報か
らＡＦマイコン１０７は、現在の電子ズームの状態を検
出できるのである。

【００２３】ここで、自動焦点調節の方法について説明
する。まず自動焦点調節方法の基本動作は図６のフロー
チャートのようになっている。

【００２４】大ボケ状態から制御が開始されたとする
と、まずステツプ６０１においてフオーカスレンズの駆
動方向の判定を行う。この方法としては、フォーカスレ
ンズを現在の位置に対して、光軸上の前後方向に決めら
れた幅Ａだけ動かし、鮮鋭度信号のピークがある方向を
見つけ出すというものが一般的である。

【００２５】図７において、フォーカスレンズの現在位
置が合焦位置より無限側の７０１にある場合、レンズを
７０２の（１）〜（５）の軌跡のように移動（この動作
をウオブリングと称することにする）させる。すると、
レンズが合焦位置に対して近づいたり遠ざかったりする
ので、鮮鋭度信号のレベルは、７０３で示すような変化
を呈する。

【００２６】一方、フォーカスレンズが合焦位置よりも
至近側に存在する場合、同様に７０２で示すウオブリン
グ動作を行うと、鮮鋭度信号のレベルは７０４のような
変化を呈する。そして７０３と７０４を比較すると、鮮
鋭度信号の成す増減カーブの位相が７０３と７０４で互
いに１８０度異なっていることがわかる。すなわち、駆
動方向の選択に際しては、一定のウォブリング動作を行
って、その時の鮮鋭度信号のレベル変化の仕方を見るこ
とによって、前ピンまたは後ピンの判断をすることがで
きる。

【００２７】この方向判定により合焦点への方向が決定
されると、フローはステツプ６０２へと移り、鮮鋭度信
号のピーク位置まで山登りを行う。次にステツプ６０３
において合焦判断を行う。ステツプ６０２〜ステツプ６
０３での合焦点検出の方法としては、変化する鮮鋭度信
号のピーク位置を記憶しておき、信号のピークを一度乗
り越えてから、検出したピーク位置に戻す方法がある。
ウオブリングによって判定された方向にフオーカスレン
ズを駆動しながら、鮮鋭度信号のレベルを常にピークホ
ールドし、鮮鋭度信号のレベルが増加から減少に転じた
時点でフオーカスレンズを反転させ、鮮鋭度信号レベル
が最大となったレンズ位置までレンズを戻すという方法
である。

【００２８】この時、雑音などの影響を考慮して、鮮鋭
度信号のレベルがある値、例えばフオーカスレンズが図
８の合焦位置からさらに８０１の位置まで移動して、８
０２に示される値Ｂだけピークホールド値から下がった
ら、レンズを反転させるという手法をとる。この８０２
で示される値Ｂを以後「フオーカスレンズの行き過ぎ
量」と称することにする。以上のようにして、合焦状態
の検出を行うのである。

【００２９】さて、図６に戻り、ステツプ６０３で合焦
でないと判断された場合は、合焦となるまで山登り制御
が繰り返される。合焦と判断された場合ステツプ６０４
でフオーカスレンズを停止し、フローはステツプ６０５
へと移り、再起動するかどうかの判断となる。再起動と
判断されるまではフオーカスレンズは停止している。再
起動の判断方法としては、合焦時の鮮鋭度信号のレベル
と現在の鮮鋭度信号のレベルとの差の大きさがあるしき
い値を越えたときになされるというの方法がある。

【００３０】図９は被写体が移動した場合における焦点
電圧の変化を示したものである。９０１で示されている
鮮鋭度信号の山において、被写体が移動した場合、その
焦点電圧の山は９０２のよう変化する。この時のフォー
カスレンズ位置での鮮鋭度信号の大きさは、９０３で示
された大きさだけ変化することになる。

【００３１】さて、ここで、再起動を開始するかどうか
のしきい値として、９０４で示されるスレシヨルドレベ
ルＣを設定しておく。このレベルは、前回の合焦時の鮮
鋭度信号のレベルから決定され、前回の鮮鋭度信号のレ
ベルをＸとすれば、 Ｃ ＝ Ｘ − Ｘ × Ｎ ÷ １００ ……………（１） により与えられる。

【００３２】式（１）におけるＮの値は、あらかじめ定
められている再起動定数であり、この値が大きいとそれ
だけレンズが動きにくいことを示しており、このように
設定されたスレシヨルドレベルにより、再起動の判定を
行うのである。

【００３３】図６のステツプ６０５で再起動と判断され
るとフローはステツプ６０１に戻って再び方向判定が為
され、以上のフローを繰り返すことによって、自動焦点
調節がなされ、常に合焦状態が保たれることになる。

【００３４】ところで最近のビデオカメラにおいては、
ＡＦ信号処理回路にデジタルＩＣを使用することによ
り、様々な付加機能を有するようになってきている。例
えば、デジタル防振、電子ズームなどである。

【００３５】本発明は、このようなビデオカメラの信号
処理のデジタル化、多機能化に際して、ＡＦ以外の機
能、例えば電子ズーム機能や電子防振機能が動作され
て、撮影状態が種々変化しても、常に高いＡＦの性能を
確保し得るようにすることを、目的とするものであり、
以下本発明の特徴とする動作について説明する。

【００３６】図２は、上述の電子ズーム機能とＡＦ機能
とを備えるに当たり、電子ズーム機能の動作状態におい
てＡＦ機能の動作を変化させることによつてシステムの
動作の最適化をはかつた本発明の特徴とするＡＦ制御マ
イコン１０７内の処理プログラムの第１の実施例を示す
フローチヤートである。

【００３７】ここでは、前記ＡＦ制御時におけるウォブ
リング動作に関する電子ズーム時の変更点について述べ
る。

【００３８】同図において、処理を開始すると、ステツ
プ２０１で現在電子ズームを行っているかどうかすなわ
ち電子ズーム領域か否かを判定し、電子ズームの領域で
なければ、ステツプ２０４へと進み、ウオブリング時の
レンズ駆動量として、前述と同じ移動量Ａを設定する。

【００３９】ステツプ２０１で電子ズーム領域であれ
ば、ステツプ２０２へと進み、ここでは電子ズームの倍
率が変化中かどうかを判定している。

【００４０】電子ズーム動作中であれば、ステツプ２０
５において、電子ズーム動作中のウオブリング駆動量ｘ
を設定する。電子ズーム動作中でないときは、ステツプ
２０３において現在の電子ズームの倍率を調べている。
そして倍率状態が電子ズームのテレ側であれば、ステツ
プ２０６へ進み、ワイド側であればステツプ２０７へと
進む。ステツプ２０６においては、テレ側でのウオブリ
ング駆動量ｙを、ステツプ２０７ではワイド側でのウオ
ブリング駆動量ｚをそれぞれ設定している。

【００４１】さて、電子ズームの状態によってステツプ
２０５〜ステツプ２０７で設定されるウオブリング駆動
量ｘ、ｙ、ｚの関係は、電子ズーム領域でない場合の駆
動量Ａと比較した場合、 ｘ ＞ ｙ ＞ ｚ ＞ Ａ ………………（２） で与えられる。

【００４２】これは、ノイズ成分の大きさを考慮して設
定されたものであり、（２）式のように設定することに
よって、ウオブリング時、電子ズームによる雑音の影響
を除去することができる。そして、ステツプ２０４〜ス
テツプ２０７において設定された駆動量に応じて、ステ
ツプ２０８においてウオブリング動作が実際に行われる
のである。

【００４３】以上の結果、電子ズーム領域あるいは、倍
率変化の最中においても、方向の誤判断を防止すること
ができる。

【００４４】《第２実施例》ここでは、前記ＡＦ制御に
おける、合焦点検出動作に関する電子ズーム時の変更点
について述べる。

【００４５】図３に本実施例の動作を示すフローチヤー
トを示す。同図において、ステツプ２０１〜ステツプ２
０３は、図２に示す第１実施例で説明した電子ズームの
動作状態の検出部分である。そして、そこで判定された
電子ズームの状態によって、ステツプ３０１〜ステツプ
３０４において、それぞれ電子ズームの状態に応じたフ
ォーカスレンズの行き過ぎ量（行き過ぎ量の意味は図８
の８０２を参照）を設定するのである。

【００４６】ここで、ステツプ３０１は電子ズーム動作
中の行き過ぎ量ｕ、ステツプ３０２では電子ズームの倍
率がテレ側の状態にある場合の行き過ぎ量ｖ、ステツプ
３０３はワイド側にある場合の行き過ぎ量ｗ、ステツプ
３０４は電子ズーム領域でない場合の行き過ぎ量Ｂをそ
れぞれ設定している。

【００４７】そしてステツプ３０１〜ステツプ３０３で
設定された電子ズーム中の行き過ぎ量ｕ、ｖ、ｗとステ
ツプ３０４で設定されている行き過ぎ量Ｂとの関係は、 ｕ ＞ ｖ ＞ ｗ ＞ Ｂ ……………（３） により与えられる。

【００４８】この設定は、前記第１実施例における設定
の方法と同じであり、この設定により、合焦判定時、電
子ズーム中であっても、ノイズ成分の影響を除去でき、
雑音による合焦点の誤判定をすることなく、確実に被写
体に合焦することができるようになる。そしてステツプ
３０５において、設定された行き過ぎ量に応じてフオー
カスレンズの合焦点検出動作が行われる。

【００４９】以上の結果、電子ズーム領域あるいは、電
子ズームによる倍率変更の最中であっても、ボケ止まり
を防止することができるのである。

【００５０】《第３実施例》ここでは、前記ＡＦ制御に
おける、再起動判定動作に関する電子ズーム時の変更点
について述べる。

【００５１】図４に本実施例の動作を示すフローチヤー
トを示す。同図において、ステツプ２０１〜ステツプ２
０４は図２に示す第１実施例または第２実施例と同じ動
作を示し、電子ズームの現在の状態の検出を行ってい
る。そして、検出された状態に従い、ステツプ４０１〜
ステツプ４０４において、電子ズームの各状態ごとの再
起動定数ｏ，ｐ、ｑ、及び、電子ズーム領域でない場合
の再起動定数Ｎを設定している。そして、ｏ，ｐ、ｑ、
Ｎの関係は、 ｐ ＜ ｑ ＜ Ｎ ＜ ｏ ………………（４） により与えられる。

【００５２】前述のように、再起動定数は、大きい方が
動きにくくなるが、（４）式において、電子ズーム動作
中において、動きにくくしているのは、電子ズームが駆
動した場合、どうしても鮮鋭度信号のレベルが下がるた
め、電子ズーム駆動前に合焦状態にあった時、電子ズー
ム動作とともにピントがボケるのを防止するためであ
る。電子ズーム領域で、電子ズームが駆動中でない場合
は、電子ズーム領域でない場合に比べて被写界深度が浅
く小さなボケでも目立ってしまうために、再起動定数を
小さくして、再起動しやすくしているのである。そして
ステツプ４０５において、ステツプ４０１〜ステツプ４
０４において設定された再起動定数に従って、再起動の
判定を行う。

【００５３】以上の結果、電子ズーム領域におけるボケ
止まり、及び電子ズーム駆動時のふわつきを防止するこ
とができる。

【００５４】《第４実施例》本実施例は電子ズーム時の
フオーカスレンズ駆動速度の最適化についてなされたも
のである。そして図５は電子ズーム時のスピード選択方
法を示すフローチャートである。

【００５５】同図において、ステツプ２０１〜ステツプ
２０４は、前述の図２のフローチヤートにおいて電子ズ
ーム状態を判定している部分である。そして、判定され
た状態に従い、ステツプ５０１〜ステツプ５０３で各電
子ズーム動作状態に対するＡＦ用フオーカスレンズ駆動
速度ｅ，ｆ，ｇを設定し、ステツプ５０４で電子ズーム
動作領域でない場合のフォーカスレンズ駆動速度ｓを設
定している。ｅ，ｆ，ｇ，ｓの関係は、 ｅ ＞ ｆ ＞ ｇ ＞ｓ …………………（５） により与えられる。

【００５６】特に、非合焦の状態から電子ズーム駆動中
となった場合は、電子ズームによる倍率変化のために、
見かけ上、ボケが大きくなっていくように見えるため、
レンズ駆動速度を速くして、素早く被写体に合焦するよ
うにするのである。

【００５７】また、電子ズーム領域においては電子ズー
ムによる高倍率のために、被写体深度が浅くなりボケが
目立つことに対して、駆動速度を速くすることにより、
ボケている時間を短くすることができる。

【００５８】そして、ステツプ５０５において、ステツ
プ５０１〜ステツプ５０４で設定された速度に従って、
フォーカスレンズの駆動が為されるのである。

【００５９】このように、電子ズーム領域及び電子ズー
ム動作中において、フオーカスレンズの駆動速度を変更
することによって、快適で安定なＡＦ制御を行うことが
可能となる。

【００６０】以上、４つの実施例について説明してきた
が、各実施例におけるパラメータの設定方法は、この実
施例内の設定でなければならないということはなく、使
用するシステムに適合したものを選択することが重要で
あり、その結果として安定で正確且つ快適なＡＦ制御を
行うことが可能となる。

【００６１】また、本実施例においては、鮮鋭度を利用
した焦点調節制御について述べたが、例えば、赤外方式
の焦点調節制御であっても、撮像素子を利用したカメラ
システムであれば適応することができる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、電子ズームを行う
ことができるカメラにおいて、電子ズーム領域あるいは
電子ズーム動作中において、焦点調節用のパラメータを
変更することによって、電子ズーム中の高倍率による雑
音の影響など、様々な問題を除去することができ、常に
快適な焦点調節動作を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるビデオカメラの構成を示すブロ
ツク図である。

【図２】本発明の第１実施例を示すフローチヤートであ
る。

【図３】本発明の第２実施例を示すフローチヤートであ
る。

【図４】本発明の第３実施例を示すフローチヤートであ
る。

【図５】本発明の第４実施例を示すフローチヤートであ
る。

【図６】ＡＦの基本動作を説明するためのフローチヤー
ト。

【図７】ＡＦ動作の中の『ウオブリング動作』を説明す
るためのフオーカスレンズ位置と焦点電圧との関係を示
す特性図である。

【図８】ＡＦ動作の中の『行き過ぎ量』を説明するため
のフオーカスレンズ位置と焦点電圧との関係を示す特性
図である。

【図９】ＡＦ動作の中の『再起動』を説明するためのフ
オーカスレンズ位置と焦点電圧との関係を示す特性図で
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学的に像倍率を変化させる光学的変倍
   手段と、 撮像面上に結像された光学像を光電変換して映像信号に
   変換する撮像手段と、 前記撮像面上に前記光学像を結像させるための焦点調節
   手段と、 信号処理によつて像倍率を変更する電気的変倍手段と、 前記電気的変倍手段によって像倍率が変更されている時
   と、該電気的変倍手段によって像倍率が変更されていな
   い時とで、前記焦点調節手段の制御を異ならせる制御手
   段と、を有することを特徴としたビデオカメラ。