JPH07135596A - ビデオカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高精度，高速度で自動合焦するビデオカメラ
を提供する。 【構成】 図の（ｂ）に示すように、合焦位置Ｐｓから
遠いときには、フォーカスレンズを、これを駆動するス
テッピングモータの最小ステップ数の８倍の速度８Ｖｏ
で高速移動させ、合焦位置Ｐｓに近づくと４Ｖｏ，２Ｖ
ｏ，Ｖｏと低速にして移動させ、正確な合焦位置Ｐｓに
停止させる。このように、フォーカスレンズの位置によ
り、その移動速度すなわち自動合焦制御のサンプリング
の際の移動幅を変え、高精度で高速度の自動合焦制御が
行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ビデオカメラに関し、
特にその自動合焦制御に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ビデオカメラの自動合焦装置において、
撮像素子からの映像信号自体を合焦動作の制御に用いる
手法は、合焦が正確であるうえ、検出エリアが任意に設
定でき、パララックスを発生しないことなどの長所を持
つ。しかも合焦動作のための特別なセンサを必要としな
いため、機構的に簡易にできる利点がある。

【０００３】以下に、従来のいわゆる山登り方式の自動
合焦装置（従来例１）を図５，図６を用いて説明する。
図６は従来例１の自動合焦装置の構成を示すブロック図
である。フォーカスレンズ６１によって結像された画像
は、撮像素子６２を介して映像信号となり、そのうちの
輝度信号がフィルタ６３に入力される。輝度信号はフィ
ルタ６３によって適切な周波数成分が抽出され、次段の
検波回路６４に入力される。検波回路６４にて振幅検波
された焦点検出信号は、ゲート回路６５を介して評価値
演算回路６６に入力される。評価値演算回路６６では、
各フィールドごとの焦点検出信号の積分値、あるいは微
分値を演算し、現フィールドの焦点評価値を出力する。

【０００４】合焦動作起動時に、映像取り込みの光路長
を変えることにより、変動した焦点評価値からピントぼ
けの方向を算出し、焦点評価値が大きくなる方向にフォ
ーカスレンズを駆動する。なお、前述の光路長可変手段
としては、フォーカスレンズや撮像素子を光軸方向に微
小振動させる手法などが提案されている。

【０００５】フォーカスレンズ駆動回路７０は、合焦判
断回路６８により、現フィールドの焦点評価値が前フィ
ールドの評価値よりも大きいと判断される限り、フォー
カスレンズ６１を同一方向に駆動する。このとき、メモ
リ６７には焦点評価値の現在までの最大値と、そのとき
のフォーカスレンズの位置情報が記録されている。この
ピーク値よりも現フィールドの焦点評価値が、あらかじ
め決められた比率以上に小さい値になったとき、駆動モ
ータ７２は反転し、フォーカスレンズ６１は、メモリ６
７に記録された焦点評価値最大のときのフォーカスレン
ズ位置（合焦点）まで駆動される。反転駆動されたフォ
ーカスレンズ６１から得られる焦点評価値が前述のメモ
リされた焦点評価値の最大値と一致したとき、合焦判断
回路６８はレンズ駆動停止の指令を発し、フォーカスレ
ンズ６１は停止する。

【０００６】前述のいわゆる山登り合焦動作の、フォー
カスレンズ位置に対する焦点評価値の変化を図７に示
す。図７において、合焦と判断されたときのピーク値Ｅ
ｆは、メモリ６７に記憶されており、それに対する再起
動閾値Ｅｔｈが、焦点評価値のピーク値Ｅｆに対する一
定の比率で定められる。一般の動画撮影において、合焦
精度を求めるあまり、再起動閾値を高い焦点評価値レベ
ルにしておくと、撮影対象被写体のわずかな輝度変化
や、画面内を撮影対象以外の物体が横切った場合などに
も、合焦動作の再起動が行われてしまい、結果として画
面の揺動が生じ、映像を鑑賞する人に違和感を与えてし
まう。そのため通常のビデオカメラなどでは、必要以上
に合焦動作の再起動が行われないように、撮像系の許容
錯乱円径を考慮して合焦動作再起動閾値Ｅｔｈを定めて
いる。撮影中に得られる焦点評価値が、あらかじめ定め
られた前記閾値Ｅｔｈよりも小さくなった場合のみ、合
焦動作を再起動する。また合焦に至るまでの速度につい
ても同様に、あまりに速くフォーカスレンズを動かすと
急激な画面の揺動が生じるため、ゆっくりとピントが合
う様にアクチュエータの速度を設定している。

【０００７】また、合焦精度は撮像系の絞り値に依存す
る。絞り値が大きくなると、焦点深度は深くなるが、焦
点評価値の山形状がなだらかになるため、焦点評価値ピ
ーク位置を検出することは難しくなる。更に、絞り値が
大きくなると、撮像素子に入射する光量が減少するた
め、焦点評価信号の出力も小さくなり、低輝度被写体の
場合と同様に合焦点の検出が難しくなる。この問題を解
決するためには、絞り値をできるだけ小さくし、開放に
近い状態で測距動作を行うことが考えられるが、撮影条
件によっては、測距動作に適する光量と録画に適する光
量とは一致しない場合が多く、連続した映像取り込みを
する動画撮影への適用は難しい。

【０００８】一方、従来のオートフォーカスのビデオカ
メラにおいて、動画撮影モードと静止画撮影モードが選
択できる機能を有するもの（従来例２）がある。図８に
示すように、一般に動画撮影モードにおいては、録画ス
イッチ投入とともに映像録画が開始される（Ｓ８４〜Ｓ
８８）。一旦録画が開始されると、動画においては本質
的に映像の連続性が重視されることから、非合焦の映像
も記録することが余儀なくされる。他方、静止画撮影モ
ードでは、一瞬の画像取り込みを本質とするため、非合
焦時には露光動作を禁止することが可能である（Ｓ９０
〜Ｓ９４）。その結果静止画撮影では、合焦動作が完全
に終了し、フォーカスレンズが停止してからレリーズが
切られるように考えられており（Ｓ９４ＹＥＳ，Ｓ９
５）、合焦に至るまでの速いスピードが要求される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述したように動画撮
影の場合には合焦速度を速くし過ぎると急激に画面が揺
動するため、特に動く被写体を撮影する場合などで見苦
しい画面になり易い。このためやや遅めにフォーカスレ
ンズを動かした方が良い。また一方で静止画撮影の場合
には速い合焦速度が要求される上、画質的にも一瞬の画
像のみを捕らえる静止画の場合には、動画で許容される
画質よりも高い画質が要求されるため、合焦位置の精度
もより高い精度が要求される。フォーカスレンズの移動
速度を速くして１フィールドでの移動量を大きくするほ
ど、図７での横軸方向に相当する焦点評価値のサンプリ
ングの間隔が大きくなることになるため、合焦精度とフ
ォーカスレンズの速度は密接に関わっている。

【００１０】従来のビデオカメラの自動合焦装置では、
この静止画撮影における精度と速度という相反する要求
を満足することは困難であった。

【００１１】本発明は、このような状況のもとでなされ
たもので、高精度，高速度で自動合焦するビデオカメラ
を提供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明ではビデオカメラを次の（１），（２），
（３）のとおりに構成する。

【００１３】（１）撮像手段から得られた映像信号から
焦点評価信号を生成し、この焦点評価信号にもとづいて
自動合焦制御を行う、動画撮影モードと静止画撮影モー
ドとを有するビデオカメラであって、前記動画撮影モー
ド，静止画撮影モードのいずれかを選択するモード選択
手段と、このモード選択手段により選択された撮影モー
ドに応じて、前記自動合焦制御のサンプリングをする際
の、前記撮像手段の焦点調整用レンズの移動幅を制御す
る制御手段とを備えたビデオカメラ。

【００１４】（２）撮像手段から得られた映像信号から
焦点評価信号を生成し、この焦点評価信号にもとづいて
自動合焦制御を行う、静止画撮影モードを有するビデオ
カメラであって、前記静止画撮影モードにおける、前記
自動合焦制御のサンプリングをする際の、前記撮像手段
の焦点調整用レンズの移動幅を、合焦位置から遠いとき
には大きくなるように、合焦位置に近いときは小さくな
るように制御する制御手段を備えたビデオカメラ。

【００１５】（３）制御手段は、静止画撮影モードにお
ける自動合焦制御時に、撮像手段の絞りを開放状態にす
るものでもある前記（１）または（２）記載のビデオカ
メラ。

【００１６】

【作用】前記（１），（３）の構成では、選択された撮
影モードに応じて、自動合焦制御のサンプリングをする
際の、焦点調整用レンズの移動幅が制御され、前記
（２），（３）の構成では、静止画撮影モードにおける
自動合焦制御のサンプリングをする際の、焦点調整用レ
ンズの移動幅を、合焦位置から遠いときには大きくなる
ように、合焦位置に近いときは小さくなるように制御さ
れる。前記（３）の構成では、更に、静止画撮影モード
において、絞り開放で自動合焦制御が行われる。

【００１７】

【実施例】以下本発明を実施例で詳しく説明する。図１
は実施例である“ビデオカメラ”の構成を示すブロック
図である。本実施例は静止画と動画の両方が撮影可能な
もので、システム制御手段（ＣＰＵ及びそのメモリを含
む）１１，撮影スイッチ１２，モード選択手段１３，露
出制御手段１４，撮像手段１５，焦点評価手段１６，フ
ォーカス（焦点調整用）レンズ駆動手段１７，測光手段
１８，再起動設定手段１９，絞り駆動手段２０及び記録
手段２１から構成されている。

【００１８】不図示の電源スイッチが投入されると、シ
ステムの初期化が行われた後、モード選択手段１３の確
認を行い、動画撮影モードにおいては、撮影スイッチ１
２がオンの場合に測光，測距を行い、録画を開始する。
撮影スイッチ１２がオフの場合は、録画待ち受け状態に
入る。一方、前記モード選択手段１３が静止画撮影モー
ドの場合はすぐに測光，測距を開始し、合焦確認後、フ
ォーカスレンズの駆動を停止し、撮影スイッチ１２の投
入とともに、レリーズが切られるしくみになっている。
なお、撮影スイッチ１２は動画撮影用と静止画撮影用の
２つ用意して、静止画撮影用スイッチの半押しがモード
選択手段１３のモード選択スイッチになるようにすると
よい。

【００１９】動画撮影モードのときは合焦状態に至る前
から撮影が始まり、また画面が揺動するなどの理由から
速い合焦速度を要求できないので山登り動作時には、錯
乱円径の変化速度がほぼ一定になるようにフォーカスレ
ンズをゆっくり移動させる。特にフロントフォーカスの
場合には一定にしてしまえばよい。例えばフォーカスレ
ンズの駆動手段にステッピングモータを用いる場合、１
フィールドにステッピングモータの最小の分解能だけ動
く速度をＶｏとして、２倍の２Ｖｏを絞り開放のときの
動画モードの速度Ｖｍとする。絞り込んだときは錯乱円
径も小さくなり、焦点評価値のグラフの山の形もなだら
かになるため、これより速度を速くして精度を荒くして
も問題はない。そして既知の山登り法で、フォーカスレ
ンズを駆動させて焦点評価値のピーク値である合焦位置
を見つけ、フォーカスレンズを停止させる。

【００２０】図３にこのときの焦点評価値出力例を示
す。フォーカスレンズがＰｍの位置にある場合、動画撮
影モードにおいては、焦点評価値は合焦動作再起動閾値
Ｅｍを上回っているため、合焦状態とみなされ、フォー
カスレンズは停止した状態にある。このときの再起動閾
値Ｅｍは従来のビデオカメラにおける技術と同様に、撮
像系の許容錯乱円径から定められる値であり、必要以上
の再起動動作が行われないように設定されている。

【００２１】静止画撮影モードのときのフローチャート
を図４に示す。以下このチャートに従い図２の焦点評価
値のグラフを例にして説明する。

【００２２】静止画撮影モードが選択されると、まずＳ
４２で絞りを開放にし、Ｓ４３で電子シャッタを作動さ
せる。次に静止画撮影モードになる前に、動画撮影モー
ドでかつ合焦状態であったかどうかを確認する（Ｓ４
４）。

【００２３】動画撮影モードでの合焦状態でなかった通
常の起動時には、速い合焦速度が要求されるため、フォ
ーカスレンズの移動速度Ｖｓを、例えば最小ステップ数
の８倍の速度８Ｖｏとして高速移動する様に設定する。
そしてＳ４７で電子シャッタのための測光をし、焦点評
価値が減少してないかを駆動するごとにチェックし（Ｓ
４８，Ｓ４９）、減少していれば駆動方向は逆転される
（Ｓ５０）。通った点のうち焦点評価値の大きな３点を
システム制御手段１１のメモリに記憶し（Ｓ５１）、現
在の位置がその３点のうち中間の点であるかをチェック
する（Ｓ５２）。中間の点でなく端の点であれば、山登
りを続けていることになりこれを繰り返す。中間の点で
あれば、山の頂上付近にあることになり、この動作によ
り焦点評価値のピークの大体の位置を把握することがで
きる。

【００２４】図２の（ａ）に示すような焦点評価値出力
の曲線が得られる被写体の場合、Ｓ１からフォーカスレ
ンズを移動始め、Ｓ４をピークとしてＳ５では値が減少
するため、Ｓ３〜Ｓ５の区間のＳ４付近にピークがある
ことがわかる。システム制御手段１１にはこの３点での
焦点評価値と位置が記憶される。この時点でモータをピ
ークがあるＳ４の方向に反転させ、更にモータの速度が
最低のＶｏでないことを確認してから（Ｓ５３）、モー
タの速度を４Ｖｏに減速し（Ｓ５４）、フォーカスレン
ズをＳ６まで駆動する。この場合、 Ｓ６＞Ｓ４＞Ｓ５＞Ｓ３ となっているのでＳ６付近Ｓ４〜Ｓ５の区間にピークが
あることがわかる。よって先ほど記憶した３点のうちＳ
３とＳ６を入れ換えてこの評価値の大きい３点を記憶す
る。今度はフォーカスレンズは記憶された３点のうち真
中のＳ６にあるためモータを反転させる必要はないの
で、速度のみを半分の２Ｖｏに変える。以下同様にし
て、頂点付近を拡大した図２の（ｂ）に示すように、 ８Ｖｏ→４Ｖｏ→２Ｖｏ→Ｖｏ と速度を落して焦点評価値をサンプリングして行く。こ
の図２のグラフの場合はＳ７で一旦合焦点に来るが、区
間はＳ４〜Ｓ６まであり、Ｓ７の前後に合焦点がある可
能性があるため、最終的には精度を出すためにＶｏまで
速度を落して、Ｓ８，Ｓ１０をサンプリングして焦点評
価値の大きい３点の間隔がＶｏになるまで狭めて（Ｓ５
５）、焦点評価値が最大となる正確な合焦位置Ｐｓを求
め、そこでフォーカスレンズを停止させる。以上の様な
測距動作の後、合焦が確認されると、測光データによ
り、絞りは撮影に適当な値に戻された後レリーズが切ら
れる。その結果、静止画撮影モードのときに限り、合焦
動作時に絞りを開放にしてフォーカスレンズの移動量に
よる敏感度を上げ、最終的なフォーカスレンズの速度を
最低まで落して移動量の分解能を上げたことで、より高
精度の合焦動作が可能となる。また画面の揺動等の見苦
しい点を気にせずに起動時のフォーカスレンズの速度を
上げたため、全体的な合焦速度も動画撮影モード時に比
べ向上する。

【００２５】次に、合焦動作の再起動について説明す
る。動画撮影においては合焦とみなされる閾値Ｅｍより
も評価値が下がったときのみ合焦動作が再起動される
が、静止画撮影においては、閾値Ｅｍより高い評価値レ
ベルに設定された、閾値Ｅｓより評価値が下がった時点
で合焦動作が再起動される。つまり、焦点評価値が閾値
Ｅｍと閾値Ｅｓの間にある場合、動画撮影モードでは合
焦動作の再起動は行われないが、静止画撮影モードでは
合焦動作が再起動される。また静止画撮影モードのとき
は、最終的なフォーカスレンズの駆動速度を動画撮影モ
ードより遅くしているため、焦点評価値をサンプリング
するフォーカスレンズ位置の分解能が上がる。

【００２６】以上のことから、図５に示す様に撮像面に
おける被写体像の最大許容ぼけ量に相当する評価量は、
静止画撮影モードの場合の値δｓの方が、動画撮影モー
ドのときの値δｍよりも小さい。以上のことから動画撮
影モードから静止画撮影モードに切り替わった瞬間のフ
ォーカスレンズ停止位置は、焦点評価値のピーク位置と
必ずしも一致しているとは限らない。

【００２７】よって動画撮影モードから静止画撮影モー
ドに切り替わると、合焦動作を必ず再起動する必要があ
る。そこでモード選択手段１３が動画撮影モードから静
止画撮影モードに切り替わると、再起動設定手段１９が
切り替わる。前述の図４で示した、静止画撮影モードで
の山登り合焦動作を行うことで、焦点評価値ピーク位置
とフォーカスレンズ停止位置を一致させ、合焦動作終了
とみなされて初めて静止画撮影のレリーズを切ることが
できる。この場合図４のＳ４４で動画撮影モード時の合
焦状態をチェックする。動画モードで非合焦であった場
合Ｓ４５に行きフォーカスレンズの速度は静止画モード
のときと同じＶｓになるが、動画撮影モード時に合焦状
態であった場合は合焦位置が近く、また動画撮影時より
精度を出すためには、フォーカスレンズの移動量を小さ
くする必要があるため、Ｓ４６で移動速度は切替え時点
からＶｏと設定する。このようにしてレリーズが切られ
る際のフォーカスレンズ位置は、モード選択手段が切り
替わった直後の合焦レンズ位置と比較して、より焦点評
価値ピークに対応するフォーカスレンズ位置に近くな
り、その結果ぼけ量は、切り替わった直後と比較して小
さくなる。

【００２８】また、静止画撮影モードから動画撮影モー
ドに切り替わった場合には、再起動設定手段１９が、動
画での静止画撮影モード時より小さい再起動閾値Ｅｍに
閾値を切り替えるため、焦点評価値が動画撮影モードに
おける所定の再起動閾値Ｅｍを下回らない限り、合焦動
作の再起動は行われない。

【００２９】以上説明した実施例では、静止画撮影モー
ドでのフォーカスレンズの速度を８Ｖｏ→４Ｖｏ→２Ｖ
ｏ→Ｖｏの様に段階的に落したが、本発明はこれに限定
するものではなく、例えば８倍の高速度Ｖｍから最低速
度Ｖｏに一度に切り替えて速度を落しても良い。動画撮
影モードでのフォーカスレンズ駆動速度は、静止画撮影
モード時の２倍の速度２Ｖｏと設定したが、特に２倍に
限定するものではなく、例えば静止画モードの様に最初
は画面が揺動しない程度に速い４Ｖｏの速度で動かし、
ピークを一度検出してからＶｍでゆっくり動かすという
ようにして、ある程度高速化を図っても良い。

【００３０】また露光量制御手段として電子シャッタを
用いた例を述べたが、高速でシャッタ動作をすることが
可能な露光量制御手段であれば、ほかの方式でも実現可
能であることは言うまでもない。

【００３１】なお、実施例では、１フィールド毎に焦点
評価値をサンプリングするという前提で説明している
が、これに限定するものではなく、例えば１フレーム毎
にサンプリングしても良い。このため、請求項では、自
動合焦制御のサンプリング間隔を、１フィールド毎のフ
ォーカスレンズの移動量或は速度といった表現ではな
く、“自動合焦制御のサンプリングをする際の、焦点調
整用レンズの移動幅”と表現している。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高精度，高速度で自動合焦する。

【００３３】詳しくは、請求項１の発明では、それぞれ
動画，静止画を撮影する際に、動画撮影モードまたは静
止画撮影モードに切替えることにより、そのモードに応
じて焦点調整用レンズの移動幅を切替えるため、記録す
る画像に合わせてその要求される精度や速度に見合った
焦点調整用レンズの移動幅を設定することが可能とな
り、撮影が良好になる。

【００３４】また、請求項２の発明では、合焦速度の高
速性と合焦精度の高さが、より要求される静止画撮影モ
ードにおいて、起動後または再起動後の、動画では記録
される画面が見苦しくなる等の理由で、遅めに抑えてい
たレンズ駆動手段の速度を出来るだけ上げ、合焦付近の
焦点評価値のピーク位置を見つけた後、分解能を上げる
ため速度を出来るだけ遅くして高精度に合焦位置を求め
ることにより、総合的な合焦速度も従来より速くなる。
また、動画撮影中に動画の合焦状態から静止画に切替え
た場合でも、合焦動作を焦点調整用レンズの遅い駆動速
度で再起動するため、再起動による画面に現れる変化が
少なく、かつ動画撮影時より高い精度の合焦状態が得ら
れる。

【００３５】請求項３の発明では、静止画撮影モードに
限り、測距動作中の露出を開放絞り状態とし電子シャッ
タを併用することで、通常の絞った状態では焦点評価値
の変化が少ない被写体の場合でも、焦点深度が浅くなる
ため焦点調整用レンズの移動幅による敏感度が上がり、
山登り動作の際により正確な頂点を見つけ易くなり、従
来より高精度の焦点調整ができるため静止画にも通用す
る合焦精度が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の構成を示すブロック図

【図２】 実施例における静止画撮影モード時の焦点評
価値出力例を示す図

【図３】 実施例における動画撮影モード時の焦点評価
値出力例を示す図

【図４】 実施例における静止画撮影モード時の動作を
示すフローチャート

【図５】 実施例における再起動閾値の説明図

【図６】 従来例１の構成を示すブロック図

【図７】 従来例１における再起動閾値の説明図

【図８】 従来例２の動作を示すフローチャート

【符号の説明】

１１ システム制御手段 １３ モード選択手段 １５ 撮像手段 １６ 焦点評価手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像手段から得られた映像信号から焦点
   評価信号を生成し、この焦点評価信号にもとづいて自動
   合焦制御を行う、動画撮影モードと静止画撮影モードと
   を有するビデオカメラであって、前記動画撮影モード，
   静止画撮影モードのいずれかを選択するモード選択手段
   と、このモード選択手段により選択された撮影モードに
   応じて、前記自動合焦制御のサンプリングをする際の、
   前記撮像手段の焦点調整用レンズの移動幅を制御する制
   御手段とを備えたことを特徴とするビデオカメラ。
2. 【請求項２】 撮像手段から得られた映像信号から焦点
   評価信号を生成し、この焦点評価信号にもとづいて自動
   合焦制御を行う、静止画撮影モードを有するビデオカメ
   ラであって、前記静止画撮影モードにおける、前記自動
   合焦制御のサンプリングをする際の、前記撮像手段の焦
   点調整用レンズの移動幅を、合焦位置から遠いときには
   大きくなるように、合焦位置に近いときは小さくなるよ
   うに制御する制御手段を備えたことを特徴とするビデオ
   カメラ。
3. 【請求項３】 制御手段は、静止画撮影モードにおける
   自動合焦制御時に、撮像手段の絞りを開放状態にするも
   のでもあることを特徴とする請求項１または請求項２記
   載のビデオカメラ。