JPH07135597A - ビデオカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自己相関方式の測距を行うビデオカメラであ
りながら、測距の際に、多重像が映らず、露出が変らな
い、スムーズな継りを持つ動画が撮影できるようにす
る。 【構成】 測距直前の画像をフレームメモリ１３６に記
憶させておき、測距中はフレームメモリ１３６に記憶し
ている画像を読み出し映像信号として、切替器１３９，
信号処理装置１４１を介して、記録装置１４２，電子ビ
ューファインダ１４３に送る。また、測距直前の露出値
をメモリ１４０に記憶させておき、測距終了直後は、メ
モリ１４０に記憶している露出値を読み出し、露出を行
う。

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、
特にその自己相関方式の測距に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】オートフォーカスを行うための測距方式
が数多く提案されている中で、撮影用のＣＣＤ等の撮像
素子の画像情報より自己相関を求め測距を行う自己相関
方式が提案されている。その原理を簡単に説明する。

【０００３】図６は自己相関方式による合焦手段の要部
概略図である。１３１はレンズ、１３３は撮像素子であ
り、ＣＣＤ等の光電変換素子よりなっている。同図では
撮像素子１３３が合焦位置にあるときを示している。１
３２は２つの開口部を有した遮光部材（絞り）であり、
撮影光路中に挿脱可能に装着しており、光路中に配置し
てレンズ１３１の瞳を２つの領域６３，６４に分割して
いる（なお、遮光部材１３２は３つ以上の複数の開口部
を有し、瞳を３以上に分割して、３以上の画像情報を得
る場合もある。）。６１はレンズ１３１が後ピン状態に
あるときの撮影素子１３３の位置を示し、６２はレンズ
１３１が前ピン状態にあるときの撮像素子１３３の位置
を示している。なお通常はレンズ側が移動し、前記撮像
素子１３３の位置はレンズ１３１との相対位置を示す。

【０００４】ここでレンズ１３１が合焦状態にあると
き、瞳領域６３を通過した光束と瞳領域６４を通過した
光束は、撮像素子１３３面上の同じ結像位置６５に結像
する。レンズ１３１が後ピン状態にあるとき、瞳領域６
３を通過した光束は、６１の位置にある撮像手段１３３
の結像位置６６に、瞳領域６４を通過した光束は同じく
撮像素子１３３の結像位置６７にややボケた状態で結像
する。レンズ１３１が前ピン状態にあるとき、瞳領域６
３を通過した光束は、６２の位置にある撮像素子１３３
の結像位置６９に、瞳領域６４を通過した光束は同じく
撮像素子１３３の結像位置６８にややボケた状態で結像
する。被写体像の例を図８に示す。その（ａ）が合焦
時、（ｂ）がボケた状態の像であり、ボケた状態では２
重に一部重なって映っている。

【０００５】この撮像素子１３３の面上に結像した被写
体像に基づく自己相関を演算することにより、レンズ１
３１が合焦状態にあるか否か、さらに合焦状態にない場
合には、ピントのズレ量がどれだけあるかを推定するこ
とが可能である。

【０００６】即ち撮像素子１３３面上に結像した被写体
像に基づく信号は、走査により時間軸ｔを変数とする電
気信号として出力される。この信号をｘ（ｔ）とする
と、自己相関Ｃ（τ）は次の式で表される。

【０００７】 Ｃ（τ）＝１／Ｔ×∫ｘ（ｔ）×ｘ（ｔ＋τ）ｄｔ……（１） （１）式による計算結果をさらにＣ（０）で正規化する
ことにより、τ＝０で最大値１をもつ自己相関係数Ｃ
（τ）が得られる。

【０００８】こうして得られる自己相関係数Ｃ（τ）の
一例を図７に示す。図７に示す例では、自己相関係数Ｃ
（τ）はそれぞれａ，ｂ，ｃの３つのピークを持つ。こ
こでａはτ＝０の位置であり常に最大の値をとる。ピン
トがずれている状態では、このａの他にピントのズレ量
に対応した位置にピークが表れる。ａのピークを除く最
大のピーク位置に対応するτを求めると、ｂにおいてτ
ｂが求まる。τｂは撮像素子１３３の転送時間に対応す
る画素間隔のところで強い相関を持つことを示してお
り、この画素間隔が図６における撮像素子１３３面上の
点６６〜６７、あるいは点６８〜６９の間隔に相当する
もので、位相差という。実際の像では図８の（ｂ）に示
すように、２重像の間隔となる。

【０００９】ピントのズレ方向の検出は、レンズ１３１
の瞳を二つに分割する領域６３，６４の瞳径を異なるも
のにすることで判定できる。たとえば、領域６３の瞳径
を領域６４の瞳径より小さく設定すると、瞳領域６３を
通過する光束は瞳領域６４を通過した光束よりも光が弱
く、また瞳領域６３を通過する光束の方がボケ方も少な
くなりエッジ幅が小さくなるので図８の（ｂ）の８１に
示す方の像になり、逆に瞳領域６４を通過した光束は明
るく、かつ大きくボケてエッジ幅が大きくなり、８２の
像になる。撮像素子１３３が位置６１の状態、即ち後ピ
ンの場合、撮像素子１３３の出力信号ｘの大小関係は位
置６６をｉ、位置６７をｊとすると ｘ（ｉ）＜ｘ（ｊ） となる。一方、撮像素子１３３が位置６２、即ち前ピン
の場合、同じく位置６８をｋ、位置６９をｌとすると、 ｘ（ｋ）＞ｘ（ｌ） となる。即ち、前ピンか後ピンかによって撮像素子１３
３の上の位置にある信号ｉ，ｋと下の位置にある信号
ｊ，ｌの相対強度が逆転する。これにより前ピン，後ピ
ンが判別できる。

【００１０】以上のように画像情報の自己相関のピーク
を演算で求めることにより、撮像素子１３３面上に結像
した異なる瞳領域を通った光束に基づく被写体像の間隔
を求め、この間隔をレンズ１３１の焦点距離によって換
算することにより、ピントのズレ量が求められる。ま
た、その時の撮像素子１３３の信号出力からピントのズ
レ方向を求めることができる。ビデオカメラはこのよう
にして求まったピントのズレ量，ピントのズレ方向を基
に、レンズ１３１を光軸上で移動させることで合焦動作
を行うことができる。

【００１１】以上説明したように、自己相関方式は、撮
像素子に結像した像から測距情報を得ることができ、ま
たそのための像は１画面のみでよく、瞬間的な測距がで
きることを特徴とするものである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来
は、自己相関方式により測距を行う場合、図５の（ａ）
に示す様な、通常の絞りと異なる開口部が複数ある絞り
を、光路上に挿脱する必要があり、非合焦時には図８の
（ｂ）に示す様な多重像が撮像素子に映ってしまう。こ
のことは静止画撮影用のスチルカメラに、自己相関方式
によるオートフォーカスを行う場合には、レリーズ時に
通常の１つの開口部を持つ絞り（図２の（ｂ），（ｃ）
参照）に戻すことで問題はないが、動画撮影用のビデオ
カメラ等に使用する場合には、この測距時の絞りによる
多重像が、撮影される動画中に映ってしまうという問題
がある。

【００１３】また絞りの開口部数を変えることにより露
光量も変わる場合が多く、測距絞りの画像のみシャッタ
スピードを変えて調節しても、微妙に明るさが変わって
しまうことがある。測距開始前と測距終了後の露出につ
いても、測距終了後に通常の１つの開口部を持つ絞りに
戻す時に、測光手段により露出を調整し直していては、
すぐに測距開始前と同じ露出にすることは困難であり、
測距開始直前と測距終了直後の画像で露出が変化してし
まうことがある。

【００１４】以上のように動画撮影において、少なくと
も１画面の多重像の画面が生じ、またかつ測距中及びそ
の前後で露出が変化することになり、撮影された動画像
が測距の前後で見苦しい映像になってしまうという問題
がある。また撮影時に電子ビューファインダ上にも撮像
素子からの映像を出力させるが、前述したのと同様の理
由で撮影者が快適な撮影を行うことができないという問
題がある。

【００１５】本発明はこれらの問題を克服するためにな
されたものであり、自己相関方式でも、多重像が映ら
ず、露出が変わらないスムーズな継りを持つ動画が撮影
でき、撮影者も快適な撮影が行えるビデオカメラを提供
することを目的とする。

【００１６】

【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）の
とおりに構成する。

【００１７】（１）撮影用撮像素子からの画像情報によ
り自己相関方式の測距を行うビデオカメラであって、測
距直前の前記撮像素子からの画像を記録手段に記録さ
せ、測距中は前記記憶手段に記憶している画像を読み出
し映像信号として出力させる制御手段を備えたビデオカ
メラ。

【００１８】（２）撮影用撮像素子からの画像情報によ
り自己相関方式の測距を行うビデオカメラであって、測
距直前の露出値を記憶手段に記憶させ、測距終了直後は
前記記憶手段に記憶している露出値を読み出し露出を行
わせる制御手段を備えたビデオカメラ。

【００１９】

【作用】前記（１）の構成により、測距中は、測距直前
の画像が出力され、前記（２）の構成により、測距終了
直後は、測距直前の露出値で露出が行われる。

【００２０】

【実施例】以下本発明を実施例により詳しく説明する。

【００２１】図１は実施例である“ビデオカメラ”の構
成を示す図である。図示のように、レンズ１３１の後ろ
に図３，図４，図５に示す様な、開口部数の切替え可能
な遮光部材である絞り装置１３２を設ける。本実施例で
は動画撮影を行う都合上、絞り装置１３２は開口部の数
と露光量を切替える絞りとしてのみ使用し、シャッタは
撮像素子であるＣＣＤ１３３の電子シャッタを用いてい
る。

【００２２】駆動装置１３４により、合焦となる被写体
距離が可変となるレンズ１３１があり、このレンズ１３
１からの光が、絞り装置１３２を通して、ＣＣＤ１３３
の撮像面上に結像され、ＣＣＤ１３３は結像された画像
を映像信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器１３５はフレーム
メモリ１３６やマイクロプロセッサ１３８に映像信号が
読めるようにするためにＡ／Ｄ変換する。フレームメモ
リ１３６はＡ／Ｄ変換器１３５を通したＣＣＤ１３３か
らの映像信号を、少なくとも１画面分一時的に記憶でき
るようにしてあり、その記憶した内容はＤ／Ａ変換器１
３７を通して切替器１３９に出力される。

【００２３】切替器１３９はＣＣＤ１３３からの直接の
信号、またはフレームメモリ１３６に一時的に記憶され
ていたＣＣＤ１３３からの信号を、マイクロプロセッサ
１３８からの指令によりどちらかを選択し、信号処理装
置１４１を通して記録装置１４２及び電子ビューファイ
ンダ１４３に出力するようになっている。信号処理装置
１４１は映像信号に必要な信号処理、即ち切替器１３９
からの信号を輝度信号，色差信号などの信号に変換する
などのビデオ信号処理を行う。記録装置１４２は例えば
磁気テープなどの記録媒体を用いた動画像を記録するた
めの記録装置である。電子ビューファインダ１４３によ
り、撮影者はビデオカメラの写している画像が見られる
ようになっている。

【００２４】マイクロプロセッサ１３８はビデオカメラ
全体の制御を統括するＣＰＵであり、絞り装置１３２，
ＣＣＤ１３３，駆動装置１３４，切替器１３９などに指
令を送る。マイクロプロセッサ１３８はプログラム実行
のためのメモリ１４０を持ち、このメモリ１４０にＡ／
Ｄ変換器１３５を通した映像信号を読み込んで、自己相
関演算を行って測距情報を得たり、また絞り装置１３２
の開口部を切り換える際に、元の状態に戻せるようにＡ
Ｅ（自動露出制御）による絞り値や電子シャッタスピー
ド値を記録しておく、などのことができるように構成さ
れている。

【００２５】次に図３，図４，図５を用いて、開口部数
の切替え可能な絞り装置１３２の構成，動作について説
明する。

【００２６】図３，図４において、１１は絞り羽根の駆
動を行うためのステッピングモータであり、地板１６に
固定されている。１２は前記ステッピングモータ１１の
回転軸１１ａに圧入されたピニオンギアであり、地板１
６の軸１６ｂに回転自在に嵌合支持されている絞り板１
３に噛合している。１４，１５は絞り羽根であり、１４
ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂはこれらに形成された開口
部であって、これらが絞り羽根の重なり具合により一つ
の開口部を持つ状態と二つの開口部を持つ状態に変化す
る。また一つの開口部を持つ場合はこの絞り羽根の重な
り具合により絞り径を定めることになる。

【００２７】１４ｃ，１５ｃはこれら絞り羽根に形成さ
れた長穴であり、前記絞り板１３の一対の突起１３ａ，
１３ｂに勘合している。絞り羽根１４，１５は、それぞ
れ開口部１４ａと１４ｂ、１５ａと１５ｂの左右に開け
た長穴に地板１６の軸１６ｂ，１６ｃが嵌合することに
より、絞り板１３の回転に伴って互いに左右反対の方向
にスライドするようになっている。１６ａは地板１６に
開孔された固定絞り開口である。

【００２８】図５はこの絞りの開口状態を示す図であ
り、斜線部が開口部の形状を示している。（ａ）は測距
絞りの状態、（ｂ）は全閉、（ｃ）は中間の絞り、
（ｄ）は開放の状態を示す。絞り羽根１４，１５の開口
部１４ａ，１４ｂと、１５ａ，１５ｂ、及び地板１６に
固定された開口１６ａの重なった部分が、実際の光を通
す開口部を作る。ステッピングモータ１１を回転させる
ことにより、絞り板１３の回転角に従って開口部の形状
が図５の（ａ）の測距絞り状態から、（ｂ）の全閉、
（ｃ）の中間の絞り、（ｄ）の開放の絞りへと変化する
ようになっている。

【００２９】以上のようにして構成された本実施例のビ
デオカメラの動作について図１に基づき説明する。

【００３０】通常の撮影状態では、レンズ１３１からの
光が開口部が一つの状態の絞り装置１３２を通して結像
される。ビデオカメラは不図示の測光手段の露出情報か
ら適正な絞り値とシャッタスピードを求め、その絞り値
まで絞り装置１３２で絞り径を開けＣＣＤ１３３の電子
シャッタを制御する。その後は測光手段からの露出情報
の変化に応じて、絞り装置１３２の絞り径を変化させ
る。これらの制御により、撮像素子１３３に被写体が適
正な露出値で露光される。切替器１３９はＣＣＤ１３３
側を選択し、その時間に撮影されているそのままの映像
が、信号処理装置１４１を通して記録装置１４２及び電
子ビューファインダ１４３に出力される。

【００３１】次に自己相関方式による測距状態になった
時の動作について、図２のフローチャートに従い説明す
る。

【００３２】撮影者のＡＦ動作スイッチによる入力や、
他の測距方式（例えば画像の鮮鋭度を評価する山登り方
式）を併用することにより被写体の移動などによる非合
焦状態を自動的に判断するなどの手法で、自己相関方式
のオートフォーカスを開始するのがスタートＳ１であ
る。

【００３３】スタートＳ１直後は、通常の撮影状態と同
じ状態で、不図示の測光手段により得られる露出情報に
基づいた適正な絞り値で、図５の（ｃ），（ｄ）の様な
開口部が一つの通常の絞りになっている。この状態で、
Ｓ２では最初にＣＣＤ１３３が写した画像をフレームメ
モリ１３６に記録する。また同時にＳ３では、この時の
露出である絞り値及びシャッタスピードを、マイクロプ
ロセッサ１３８のメモリ１４０に記憶する。この時、開
口部が二つの測距絞り状態のシャッタスピードも計算し
て記憶しておく。

【００３４】Ｓ４で切替器１３９をフレームメモリ１３
６側に切替えることにより、この後の測距絞り状態（図
５（ａ））で撮影される画像は、記録装置１４２及び電
子ビューファインダ１４３には送られないようにし、Ｓ
５では代わりに既に記憶した画像をフレームメモリ１３
６から読み出し、Ｄ／Ａ変換器１３７，切替器１３９を
通して、その画像を記録装置１４２及び電子ビューファ
インダ１４３に出力され始めるようにする。

【００３５】Ｓ６で絞り装置１３２を駆動して開口部が
二つの測距絞り状態（図５の（ａ））にし、Ｓ３であら
かじめ計算していたシャッタスピードにする。次のＳ７
では、測距絞り状態で撮影した画像を用いて自己相関演
算をするために、マイクロプロセッサ１３８を通してメ
モリ１４０に、この時撮影されている画像データを読み
込んでおく。この時の記録手段１４２に記録、並びに電
子ビューファインダ１４３に表示されているのは、フレ
ームメモリ１３６から読み出されている画像である。メ
モリ１４０に画像データを読み終ると同時にＳ８では、
Ｓ３で記憶した開口部が一つの通常絞り状態での絞り値
とシャッタスピードを読み出し、絞り装置１３２の駆動
とＣＣＤ１３３の制御により、この二つの設定を元に戻
す。そして、Ｓ９で切替器１３９をＣＣＤ１３３側に戻
す。

【００３６】それからＳ１０では、Ｓ７で読み込んだ画
像データを用いて、マイクロプロセッサ１３８で自己相
関演算を行うことにより、デフォーカス情報である位相
差を得る。以上の動作により合焦位置が求まり、次のＳ
１１で駆動装置１３４によりレンズ１３１を合焦位置ま
で移動させ、合焦状態Ｓ１２を得る。

【００３７】なお、マイクロプロセッサ１３８を並列処
理可能なものとするか、制御用と自己相関演算用の二つ
のプロセッサを使うように装置を構成することで、Ｓ８
〜９とＳ１０〜１１を同時に実行することができ、より
速く合焦状態を得ることができる。

【００３８】また本実施例ではステッピングモータ１１
の速度に該当する、絞り装置１３２の開口部数の切替え
の速度が、Ｖブランキング期間内に切替えを終了できる
ように装置を構成することで、記録される動画像の中に
フレームメモリ１３６から読み出す画像を少なくするこ
とができ、また絞り羽根１４，１５の動作中の画像への
影響を防ぐことができる。

【００３９】このようにして、本実施例によれば、測距
絞り状態で写した多重像の画像データのみ、直前の通常
絞りを通した画像と入れ替え、また測距直前の露出値で
測距終了直後の露出を行うため、記録される動画の継り
がスムーズになる。また撮影者にも測距動作による突然
の画面の変化がなく、不快感を与えないという効果があ
る。

【００４０】なお、実施例は、記録装置と電子ビューフ
ァインダを備えているが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、例えば記録装置を備えず、所要のビデオ信
号処理を施した信号を直接ラインに出力する、或は電子
ビューファインダを備えず、外部モニタで画像を監視
し、ビデオカメラを遠隔操作するといった形で実施する
こともできる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、自己相関方式の測
距を行うビデオカメラでありながら、測距の際に、請求
項１の発明では、多重像が映らず、請求項２の発明で
は、露出が変らないというスムーズな継りを持つ動画が
撮影でき、撮影者，鑑賞者に不快感を与えることがな
い。

【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】 実施例の動作を示すフローチャート

【図３】 実施例で用いる絞り装置の斜視図

【図４】 実施例で用いる絞り装置の各素子の位置関係
を示す概略図

【図５】 実施例で用いる絞り装置の開口形状の説明図

【図６】 自己相関を用いる測距方式の説明図

【図７】 自己相関係数の一例を示す図

【図８】 測距用の絞りを通した像の例を示す図

【符号の説明】

１３１ レンズ １３２ 絞り装置 １３３ 撮像素子 １３６ フレームメモリ １３８ マイクロプロセッサ １３９ 切替器 １４０ メモリ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮影用撮像素子からの画像情報により自
   己相関方式の測距を行うビデオカメラであって、測距直
   前の前記撮像素子からの画像を記録手段に記録させ、測
   距中は前記記憶手段に記憶している画像を読み出し映像
   信号として出力させる制御手段を備えたことを特徴とす
   るビデオカメラ。
2. 【請求項２】 撮影用撮像素子からの画像情報により自
   己相関方式の測距を行うビデオカメラであって、測距直
   前の露出値を記憶手段に記憶させ、測距終了直後は前記
   記憶手段に記憶している露出値を読み出し露出を行わせ
   る制御手段を備えたことを特徴とするビデオカメラ。