JP4029296B2 - オートフォーカス制御装置および方法、記録媒体、並びにプログラム - Google Patents

Description

本発明は、オートフォーカス制御装置および方法、記録媒体、並びにプログラムに関し、特に、高速露光および高速ウォブリング合焦駆動することにより、オートフォーカスの応答特性を向上させることができるようにしたオートフォーカス制御装置および方法、記録媒体、並びにプログラムに関する。

図１は、従来のビデオカメラの構成例を示すブロック図である。

ズームレンズ２およびフォーカスレンズ３を含むレンズブロック１は、光（すなわち、被写体の映像）を、撮像センサ４に入射させる。撮像センサ４は、CCD（Charge Coupled Devices）イメージャやC-MOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージャを含む光電変換を行う光電変換素子が２次元に配置されたものであって、その前面には、Ｒ，ＧおよびＢがモザイク状に配列された原色フィルタ（図示せず）が装着されている。すなわち、撮像素子４は、レンズブロック１および原色フィルタを介して入射された被写体の光像を光電変換して撮像信号（電荷）を生成し、生成した撮像信号をラスタスキャン方式でカメラ信号処理部５に出力する。

カメラ信号処理部５は、撮像センサ４より入力された撮像信号に対し、サンプリング処理やＹＣ分離処理などを行い、輝度信号Ｙをゲート部６に出力し、輝度信号Ｙおよび色信号Ｃ（色差信号や原色信号など）をメモリコントローラ１３に出力する。

ゲート部６は、入力された映像信号のうち、予め設定された画面内の合焦検出領域に相当する信号のみを抽出してＡＦ（オートフォーカス）検波部７に出力する。ＡＦ検波部７は、入力された合焦検出領域に相当する映像信号の高周波成分を取り出し、それを整流検波してオートフォーカスに必要な焦点評価値を生成し、カメラコントローラ８のＡＦモジュール８ａに出力する。

カメラコントローラ８は、入力部１４から入力されるマニュアルフォーカス指示信号、ズーム指示信号、およびマニュアル／オートフォーカス切換え信号などに基づいて、レンズドライバ９および撮像素子ドライバ１２の駆動を制御する。またカメラコントローラ８のＡＦモジュール８ａは、異なるフォーカスレンズ位置で露光された映像信号から得られた２つの焦点評価値に基づいて、オートフォーカス駆動させるようにレンズドライバ９を制御する。

レンズドライバ９は、カメラコントローラ８の制御の下、ズームレンズ２を駆動するモータ１０およびフォーカスレンズ３を駆動するモータ１１の駆動をそれぞれ制御する。モータ１０，１１は、レンズドライバ９の制御の下、ズームレンズ２またはフォーカスレンズ３の駆動をそれぞれ制御する。撮像素子ドライバ１２は、撮像センサ４を制御し、レンズブロック１および原色フィルタ（図示せず）を介して入射された被写体の光像を光電変換して撮像信号を生成させるようにしたり、電子シャッタ（図示せず）の駆動を制御する。

メモリコントローラ１３は、カメラ信号処理部５から入力された映像信号をメモリ１３ａに一時記憶するとともに、逐次それを読み出し、ディスプレイ（図示せず）に出力し、映像として表示させたり、あるいは、リムーバブルメディア（図示せず）に出力し、そこに記録させる。入力部１４は、ユーザによって操作され、ユーザからの各種指示信号をカメラコントローラ８に入力する。

従来のビデオカメラでは、撮像センサ４から得られる映像信号の高周波成分を焦点評価値とし、この焦点評価値が大きくなるようにフォーカスレンズ３を駆動させる、いわゆる山登りオートフォーカス方式を用いることで、オートフォーカスを実現している。

ここで、オートフォーカスについて詳細に説明する。

図２は、図１のＡＦ検波部７から出力されるオートフォーカスに必要な焦点評価値の変化の例を示している。同図において、横軸（ｘ軸）は、フォーカスレンズ３のフォーカス位置を表わし、縦軸（ｙ軸）は、焦点評価値を表わしている。

図２に示されるように、フォーカスレンズ３のフォーカス位置をfar方向からnear方向、またはnear方向からfar方向へ移動させていくと、所定の位置で焦点評価値は、最大値ａをとる。一般に、これを「評価値の山」と称し、焦点評価値が最大値ａをとるフォーカスレンズ３のフォーカス位置が、その被写体での合焦位置Ｑとなる。

従って、ＡＦモジュール８ａは、ＡＦ検波部７から入力される焦点評価値を取り込み、この評価値が最大になるように、フォーカスレンズ３を移動させるような、「山登り制御」を行わせる。またこのとき、ＡＦモジュール８ａは、現在のフォーカス位置から合焦位置がどの方向にあるかを調べるために、フォーカスレンズ３のフォーカス位置を微少振動させ、そのときに得られる評価値の微分成分dy/dxの正負により、合焦位置への方向を推測する。一般に、このフォーカス位置の微少振動を、ウォブリングと称する。

次に、図３のフローチャートを参照して、ＡＦモジュール８ａによるフォーカスレンズ３の移動制御処理についてさらに説明する。なお、この移動制御処理は、１フィールド周期で繰り返し行われる。

ステップＳ１において、ＡＦモジュール８ａは、ＡＦ検波部７から焦点評価値を取り込み、ステップＳ２において、焦点評価値の微分成分dy/dxを抽出し、合焦位置方向を推測する。ステップＳ３において、ＡＦモジュール８ａは、焦点評価値に基づいて、フォーカス位置を合焦位置Ｑ（図２）に近づけるため、すなわちピント合わせのためのフォーカスレンズ３の移動量（フォーカス移動量）を算出する。

ステップＳ４において、ＡＦモジュール８ａは、ウォブリングに係るフォーカス位置の移動が行われるフィールドであるか否かを判定し、ウォブリングに係るフォーカス位置の移動が行われるフィールドであると判定した場合、ステップＳ５に進み、ウォブリングに係るフォーカスレンズ３の移動量（ウォブリング移動量）を算出する。

ステップＳ４において、ウォブリングに係るフォーカス位置の移動が行われるフィールドではないと判定された場合、ステップＳ６に進み、ＡＦモジュール８ａは、ウォブリング量を０に設定する。

ステップＳ５またはステップＳ６の処理の後、ステップＳ７において、ＡＦモジュール８ａは、ステップＳ３の処理で算出したフォーカス移動量とステップＳ５またはステップＳ６の処理で算出したウォブリング量の和を算出し、それをフォーカスレンズ３の移動量とする。ＡＦモジュール８ａは、算出したフォーカスレンズ３の移動量に基づいて、レンズドライバ９を制御する。レンズドライバ９は、ＡＦモジュール８ａの制御の下、モータ１１を介してフォーカスレンズ３を所定のフォーカスレンズ移動量だけ移動させる。

このように、ＡＦモジュール８ａは、フォーカスレンズ３をウォブリングさせることにより得られる焦点評価値の微分成分dy/dxを調べ、フォーカス位置を合焦位置に近づけるように、フォーカスレンズ３を移動させ、オートフォーカスを実現している。

次に、図４のタイミングチャートを参照して、図１のビデオカメラの動作について説明する。この例では、１フィールドに１回ずつ撮像センサ４による露光が行われ、４フィールド周期でウォブリング駆動が行われる場合の動作について説明する。

カメラコントローラ８は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間、および時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間、映像垂直同期信号ＶＰ１乃至ＶＰ４を撮像素子ドライバ１２にそれぞれ出力する（図４Ａ）。この映像垂直同期信号の各期間は、１フィールドの期間を表わしている。

フォーカスレンズ３のフォーカス位置は、フィールド単位で制御されており、ウォブリングによるフォーカス位置Ｗは、１フィールドの停止期間を間において、１フィールドおきにfar方向およびnear方向に交互に移動するように制御されている（図４Ｂ）。

撮像素子ドライバ１２は、入力される映像垂直同期信号ＶＰ１乃至ＶＰ４に同期して、撮像センサ４を制御し、時刻ｔ１２から時刻ｔ２までの期間、時刻ｔ２３から時刻ｔ３までの期間、時刻ｔ３４から時刻ｔ４までの期間、および時刻ｔ４５から時刻ｔ５までの期間、露光ｅｘ１乃ｅｘ４をそれぞれ行わせる（図４Ｃ）。

カメラ信号処理部５は、露光ｅｘ１により得られた映像信号を時刻ｔ２から時刻ｔ３までのタイミングＶＲ２で読み出す（図４Ｄ）。同様に、カメラ信号処理部５は、露光ｅｘ２乃至ｅｘ４により得られた映像信号をそれぞれのタイミングＶＲ３乃至ＶＲ５（タイミングＶＲ５は図示せず）で読み出す。これにより、カメラ信号処理部５は、各タイミングで読み出した映像信号Ｖ１乃至Ｖ４を得る（図４Ｅ）。カメラ信号処理部５により読み出された映像信号Ｖ１乃至Ｖ４は、ゲート部６に出力される。

ここでは、図示は省略するが、ゲート部６において、カメラ信号処理部５から入力された映像信号のうち、予め設定された画面内の合焦検出領域であるＡＦ検波ゲート枠に相当する映像信号のみが抽出され、それがＡＦ検波部７に出力される。

ＡＦ検波部７は、入力された映像信号Ｖ１の高周波成分を、ＡＦ検波ゲート枠に相当する映像信号のみが抽出されるタイミング（以下、ＡＦ検波ゲート枠のタイミングと称する）で取り出して整流検波し、オートフォーカスに必要な焦点評価値を、ＡＦ検波ゲート枠のタイミングの直後に生成する。同様に、ＡＦ検波部７は、入力された映像信号Ｖ２乃至Ｖ４の高周波成分を、ＡＦ検波ゲート枠のタイミングでそれぞれ取り出して整流検波し、オートフォーカスに必要な焦点評価値を、ＡＦ検波ゲート枠のタイミングの直後に生成する。

ＡＦ検波部７により生成された焦点評価値は、カメラコントローラ８のＡＦモジュール８ａに出力される。

ＡＦモジュール８ａは、ＡＦ検波ゲート枠のタイミングの直後に生成された焦点評価値を、ＡＦモジュールＡＦ２のタイミングで取り込むとともに、異なる映像垂直同期信号で生成された焦点評価値を、ＡＦモジュールＡＦ４のタイミングで取り込む（図４Ｆ）。そして、ＡＦモジュール８ａは、取り込んだ２つの焦点評価値を比較演算して、フォーカスレンズ３のフォーカス位置を合焦位置に近づけるようなオートフォーカス制御信号ＬＤ５を生成し、それをレンズドライバ９に出力する（図４Ｇ）。

レンズドライバ９は、入力されたオートフォーカス制御信号ＬＤ１乃至ＬＤ５に基づいて、モータ１１の駆動を制御し、フォーカスレンズ３を所定のフォーカスレンズ移動量だけ移動させる。このようにして、オートフォーカスを実現する。

次に、図５のタイミングチャートを参照して、図１のビデオカメラの他の例の動作について説明する。この例では、１フィールドに１回ずつ撮像センサ４による露光が行われ、２フィールド周期でウォブリング駆動が行われる場合の動作について説明する。

カメラコントローラ８は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間、および時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間、映像垂直同期信号ＶＰ１乃至ＶＰ４を撮像素子ドライバ１２にそれぞれ出力する（図５Ａ）。この映像垂直同期信号の各期間は、１フィールドの期間を表わしている。

フォーカスレンズ３のフォーカス位置は、フィールド単位で制御されており、ウォブリングによるフォーカス位置Ｗは、１／２フィールドの停止期間を間において、１／２フィールドおきにfar方向およびnear方向に交互に移動するように制御されている（図５Ｂ）。

撮像素子ドライバ１２は、入力される映像垂直同期信号ＶＰ１乃至ＶＰ４に同期して、撮像センサ４を制御し、時刻ｔ１２から時刻ｔ２までの期間、時刻ｔ２３から時刻ｔ３までの期間、時刻ｔ３４から時刻ｔ４までの期間、および時刻ｔ４５から時刻ｔ５までの期間、露光ｅｘ１乃至露光ｅｘ４をそれぞれ行わせる（図５Ｃ）。

カメラ信号処理部５は、露光ｅｘ１により得られた映像信号を時刻ｔ２から時刻ｔ３までのタイミングＶＲ２で読み出す（図５Ｄ）。同様に、カメラ信号処理部５は、露光ｅｘ２乃至ｅｘ４により得られた映像信号をそれぞれのタイミングＶＲ３乃至ＶＲ５（タイミングＶＲ５は図示せず）で読み出す。これにより、カメラ信号処理部５は、各タイミングで読み出した映像信号Ｖ１乃至Ｖ４を得る（図５Ｅ）。カメラ信号処理部５により読み出された映像信号Ｖ１乃至Ｖ４は、ゲート部６に出力される。

ここでは、図示は省略するが、ゲート部６において、カメラ信号処理部５から入力された映像信号のうち、予め設定された画面内の合焦検出領域であるＡＦ検波ゲート枠に相当する映像信号のみが抽出され、それがＡＦ検波部７に出力される。

ＡＦ検波部７は、入力された映像信号Ｖ１の高周波成分を、ＡＦ検波ゲート枠のタイミングで取り出して整流検波し、オートフォーカスに必要な焦点評価値を、ＡＦ検波ゲート枠のタイミングの直後に生成する。同様に、ＡＦ検波部７は、入力された映像信号Ｖ２乃至Ｖ４の高周波成分を、ＡＦ検波ゲート枠のタイミングでそれぞれ取り出して整流検波し、オートフォーカスに必要な焦点評価値を、ＡＦ検波ゲート枠のタイミングの直後に生成する。

ＡＦ検波部７により生成された焦点評価値は、カメラコントローラ８のＡＦモジュール８ａに出力される。

ＡＦモジュール８ａは、ＡＦ検波ゲート枠のタイミングの直後に生成された焦点評価値を、ＡＦモジュールＡＦ３のタイミングで取り込むとともに、異なる映像垂直同期信号で生成された焦点評価値を、ＡＦモジュールＡＦ４のタイミングで取り込む（図５Ｆ）。そして、ＡＦモジュール８ａは、取り込んだ２つの焦点評価値を比較演算して、フォーカスレンズ３のフォーカス位置を合焦位置に近づけるようなオートフォーカス制御信号ＬＤ５を生成し、それをレンズドライバ９に出力する（図５Ｇ）。

レンズドライバ９は、入力されたオートフォーカス制御信号ＬＤ１乃至ＬＤ５に基づいて、モータ１１の駆動を制御し、フォーカスレンズ３を所定のフォーカスレンズ移動量だけ移動させる。このようにして、オートフォーカスを実現する。

以上のように、従来のビデオカメラは、撮像センサ４から得られる映像信号の高周波成分を取り出し、それを整流検波してオートフォーカスに必要な焦点評価値を生成し、この評価値が大きくなるようにフォーカスレンズ３を駆動させるとともに、撮像画像上、目立たない程度に微少ウォブリング合焦駆動してフォーカスレンズ３と撮像センサ４との距離を変え、焦点評価値の微少変化から山登り制御に関する情報（例えば、山登りの方向を判断するための情報など）を得るようにしている。

ところで昨今では、オートフォーカスに関する技術が、さまざま提案されており、例えば、フォーカスレンズの移動時間を短くすることにより、消費電力を低減させるようにしているものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−２３９５７９号公報

上述したように、焦点評価値は、映像垂直同期信号が１回出力される毎に１回ずつ生成されるため、焦点評価値の微小変化から山登り制御を行うためには、レンズ位置の異なる垂直信号間の映像信号に対して微小ウォブリング駆動し、フォーカスレンズ３と撮像センサ４との距離を変える必要がある。そのため、映像垂直同期信号の２倍（図４）または４倍（図５）の周期で微小ウォブリング合焦駆動しなければならず、ウォブリング駆動による振幅で、画像の微小変化が目立つ課題があった。

また、画像の微小変化が目立つことから、ウォブリング駆動の振幅を大きくすることができず、山登り制御に関する情報を安定して得ることができない課題があった。

さらに、微小ウォブリング合焦駆動してフォーカスレンズ３と撮像センサ４との距離を変えることによる像高変化率を小さくしなければならず、レンズの設計および製造が困難である課題があった。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、画像の微小変化を目立ちにくくするとともに、オートフォーカス性能を向上させることができるようにするものである。

本発明のオートフォーカス制御装置は、画像垂直同期信号の周期に同期して、画像垂直同期信号の周期の（１／整数Ｎ）倍の周期で被写体を撮像する撮像手段と、撮像手段により撮像された撮像信号に基づいて、オートフォーカスを行うための焦点評価値を算出する算出手段と、画像垂直同期信号の1周期の間に算出手段により算出された焦点評価値のうち、異なるフォーカスレンズ位置で算出された焦点評価値に基づいて、フォーカスレンズを合焦位置に近づけるオートフォーカス制御信号を生成する制御手段と、制御手段により生成されたオートフォーカス制御信号に基づいてフォーカスレンズおよび撮像センサの間の距離を変更する変更手段とを備え、整数Ａと整数Ｂが２×Ｂ＞Ａの関係を満たす場合、変更手段は、画像垂直同期信号の周期の整数Ａ倍と、ウォブリング周期の整数Ｂ倍が同期するように距離を変更することを特徴とする。

前記算出手段は、撮像信号の輝度信号の高周波成分に基づいて、焦点評価値を算出するようにすることができる。

前記撮像手段により撮像された複数の撮像信号を合成する合成手段をさらに設けるようにすることができる。

前記撮像手段により撮像された複数の撮像信号のうち、いずれか１つを選択する選択手段をさらに設けるようにすることができる。
画像垂直同期信号の1周期の間に撮像手段により撮像されたN個の撮像信号のうちの、選択された所定の１つの撮像信号、または、所定の２つ以上を合成した撮像信号を、画像垂直同期信号の周期毎に１つずつ出力映像信号として出力する選択合成手段をさらに設けることができる。

本発明のオートフォーカス制御方法、記録媒体、およびプログラムは、上述した本発明のオートフォーカス制御装置に対応する方法、記録媒体、およびプログラムである。

本発明においては、画像垂直同期信号の周期に同期して、画像垂直同期信号の周期の（１／整数Ｎ倍）の周期で被写体が撮像され、撮像された撮像信号に基づいて、オートフォーカスを行うための焦点評価値が算出され、画像垂直同期信号の1周期の間に算出手段により算出された焦点評価値のうち、異なるフォーカスレンズ位置で算出された焦点評価値に基づいて、フォーカスレンズを合焦位置に近づけるオートフォーカス制御信号が生成され、制御手段により生成されたオートフォーカス制御信号に基づいて、フォーカスレンズおよび撮像センサの間の距離が変更される。このとき、整数Ａと整数Ｂが２×Ｂ＞Ａの関係を満たす場合、画像垂直同期信号の周期の整数Ａ倍と、ウォブリング周期の整数Ｂ倍が同期するように距離が変更される。

本発明によれば、オートフォーカスを実現することができる。特に、画像の微小変化を目立ちにくくするとともに、オートフォーカス性能を向上させることが可能となる。

図６は、本発明を適用したビデオカメラの構成例を示すブロック図である。なお、従来と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は、適宜省略する。

ＡＦ検波部７は、異なるフォーカスレンズ位置で高速露光された複数の映像信号の高周波成分をそれぞれ取り出し、それらを整流検波してオートフォーカスに必要な焦点評価値を生成し、カメラコントローラ８の高速露光・高速ウォブリングＡＦモジュール２１（以下、単にＡＦモジュール２１と称する）に出力する。

カメラコントローラ８のＡＦモジュール２１は、異なるフォーカスレンズ位置で高速露光された複数の映像信号から生成された焦点評価値に基づいて、オートフォーカス駆動させるようにレンズドライバ９を制御する。

具体的には、ＡＦモジュール２１は、１フィールドの期間毎に、フォーカスレンズ３のフォーカス位置Ｗを、far方向およびnear方向に交互に高速ウォブリング合焦駆動させるようにレンズドライバ９を制御する。また、ＡＦモジュール２１は、映像垂直同期信号が１回出力される毎に（１フィールドにつき）、撮像センサ４を１より多い撮像回数で高速露光させるように撮像素子ドライバ１２を制御する。なお、図７および図８のタイミングチャートを用いて後述するように、本発明では、１フィールドにつき、２回または４回ずつ高速露光されているが、あくまで一例であり、これに限られるものではない。

合成／選択メモリコントローラ２２は、カメラ信号処理部５から入力された、１フィールドにつき複数回の露光で得られた映像信号をメモリ２２ａに一時記憶するとともに、逐次それを読み出し、必要に応じて、１フィールドの映像信号に合成した後、ディスプレイに出力し、映像として表示させたり、あるいは、リムーバブルメディアに出力し、そこに記録させる。また合成／選択メモリコントローラ２２は、複数回の露光により得られた映像信号を１フィールドの映像信号に合成するだけでなく、例えば、予め決められたいずれか１つの映像信号（例えば、当該フィールドの１回目の露光で得られた映像信号）を選択するようにしてもよい。

次に、図７のタイミングチャートを参照して、図６のビデオカメラの動作について説明する。この例では、１フィールドに２回ずつ撮像センサ４による露光が行われ、１フィールド周期でウォブリング駆動が行われる場合の動作について説明する。

カメラコントローラ８は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間、および時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間、映像垂直同期信号ＶＰ１乃至ＶＰ４を撮像素子ドライバ１２にそれぞれ出力する（図７Ａ）。この映像垂直同期信号の各期間は、１フィールドの期間を表わしている。

フォーカスレンズ３のフォーカス位置は、フィールド単位で制御されており、ウォブリングによるフォーカス位置Ｗは、１／４フィールドの停止期間を間において、１／４フィールドおきにfar方向およびnear方向に交互に移動するように制御されている（図７Ｂ）。

撮像素子ドライバ１２は、入力される映像垂直同期信号ＶＰ１に同期して、撮像センサ４を制御し、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの期間、および時刻ｔ１３から時刻ｔ２までの期間、露光ｅｘ１１，ｅｘ１２をそれぞれ行わせる（図７Ｃ）。

同様に、撮像素子ドライバ１２は、入力される映像垂直同期信号ＶＰ２乃至ＶＰ４に同期して、撮像センサ４を制御し、時刻ｔ２１から時刻ｔ２２までの期間、および時刻ｔ２３から時刻ｔ３までの期間、露光ｅｘ２１，ｅｘ２２をそれぞれ行わせ、時刻ｔ３１から時刻ｔ３２までの期間、および時刻ｔ３３から時刻ｔ４までの期間、露光ｅｘ３１，ｅｘ３２をそれぞれ行わせ、時刻ｔ４１から時刻ｔ４２までの期間、および時刻ｔ４３から時刻ｔ５までの期間、露光ｅｘ４１，ｅｘ４２をそれぞれ行わせる。

カメラ信号処理部５は、露光ｅｘ１１により得られた映像信号を時刻ｔ１２から時刻ｔ２までのタイミングＶＲ１２で読み出し、露光ｅｘ１２により得られた映像信号を、時刻ｔ２から時刻ｔ２２までのタイミングＶＲ２１で読み出す（図７Ｄ）。同様に、カメラ信号処理部５は、露光ｅｘ２１，ｅｘ２２により得られた映像信号を、タイミングＶＲ２２，ＶＲ３１でそれぞれ読み出し、露光ｅｘ３１，ｅｘ３２により得られた映像信号を、タイミングＶＲ３２，ＶＲ４１でそれぞれ読み出し、および露光ｅｘ４１，ｅｘ４２により得られた映像信号を、タイミングＶＲ４２，ＶＲ５１（タイミングＶＲ５１は図示せず）でそれぞれ読み出す。カメラ信号処理部５により読み出された映像信号は、合成／選択メモリコントローラ２２のメモリ２２ａに一時的に記憶される。

合成／選択メモリコントローラ２２は、カメラ信号処理部５により読み出されメモリ２２ａに一時的に記憶された２つの映像信号を、１フィールドの映像信号に合成するか、あるいは、いずれか一方を選択することにより、映像信号Ｖ１乃至Ｖ４を得る（図７Ｅ）。例えば、合成／選択メモリコントローラ２２は、タイミングＶＲ１２で読み出された映像信号とタイミングＶＲ２１で読み出された映像信号を合成するか、あるいは、いずれか一方を選択することにより、映像信号Ｖ２を得る。

カメラ信号処理部５により読み出された映像信号は、ゲート部６にも出力される。ここでは、図示は省略するが、ゲート部６において、カメラ信号処理部５から入力された映像信号のうち、予め設定された画面内の合焦検出領域であるＡＦ検波ゲート枠に相当する映像信号のみが抽出され、それがＡＦ検波部７に出力される。

ＡＦ検波部７は、タイミングＶＲ１２，ＶＲ２１でそれぞれ読み出された映像信号の高周波成分を、ＡＦ検波ゲート枠のタイミングで取り出して整流検波し、オートフォーカスに必要な焦点評価値を、ＡＦ検波ゲート枠のタイミングの直後に生成する。同様に、ＡＦ検波部７は、タイミングＶＲ２２，ＶＲ３１，ＶＲ３２，ＶＲ４１，ＶＲ４２でそれぞれ読み出された映像信号の高周波成分を、ＡＦ検波ゲート枠のタイミングで取り出して整流検波し、オートフォーカスに必要な焦点評価値を、ＡＦ検波ゲート枠のタイミングの直後に生成する。

ＡＦ検波部７により生成された焦点評価値は、カメラコントローラ８のＡＦモジュール２１に出力される。

ＡＦモジュール２１は、異なるフォーカスレンズ位置で生成された２つの焦点評価値を、ＡＦモジュールＡＦ２のタイミングで取り込む（図７Ｆ）。そして、ＡＦモジュール２１は、取り込んだ２つの焦点評価値に基づいて、フォーカスレンズ３のフォーカス位置を合焦位置に近づけるようなオートフォーカス制御信号ＬＤ３を生成し、それをレンズドライバ９に出力する（図７Ｇ）。

レンズドライバ９は、入力されたオートフォーカス制御信号ＬＤ１乃至ＬＤ４に基づいて、モータ１１の駆動を制御し、フォーカスレンズ３を所定のフォーカスレンズ移動量だけ移動させる。このようにして、オートフォーカスを実現する。

次に、図８のタイミングチャートを参照して、図６のビデオカメラの他の例の動作について説明する。この例では、１フィールドに４回ずつ撮像センサ４による露光が行われ、１／２フィールド周期でウォブリング駆動が行われる場合の動作について説明する。

カメラコントローラ８は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間、および時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間、映像垂直同期信号ＶＰ１乃至ＶＰ４を撮像素子ドライバ１２にそれぞれ出力する（図８Ａ）。この映像垂直同期信号の各期間は、１フィールドの期間を表わしている。

フォーカスレンズ３のフォーカス位置は、フィールド単位で制御されており、ウォブリングによるフォーカス位置Ｗは、１／８フィールドの停止期間を間において、１／８フィールドおきにfar方向およびnear方向に交互に移動するように制御されている（図８Ｂ）。

撮像素子ドライバ１２は、入力される映像垂直同期信号ＶＰ１に同期して、撮像センサ４を制御し、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの期間、時刻ｔ１３から時刻ｔ１４までの期間、時刻ｔ１５から時刻ｔ１６までの期間、および時刻ｔ１７から時刻ｔ２までの期間、露光ｅｘ１１乃至ｅｘ１４をそれぞれ行わせる（図８Ｃ）。

同様に、撮像素子ドライバ１２は、入力される映像垂直同期信号ＶＰ２乃至ＶＰ４に同期して、撮像センサ４を制御し、時刻ｔ２１から時刻ｔ２２までの期間、時刻ｔ２３から時刻ｔ２４までの期間、時刻ｔ２５から時刻ｔ２６までの期間、および時刻ｔ２７から時刻ｔ３までの期間、露光ｅｘ２１乃至ｅｘ２４をそれぞれ行わせ、時刻ｔ３１から時刻ｔ３２までの期間、時刻ｔ３３から時刻ｔ３４までの期間、時刻ｔ３５から時刻ｔ３６までの期間、および時刻ｔ３７から時刻ｔ４までの期間、露光ｅｘ３１乃至ｅｘ３４をそれぞれ行わせ、時刻ｔ４１から時刻ｔ４２までの期間、時刻ｔ４３から時刻ｔ４４までの期間、時刻ｔ４５から時刻ｔ４６までの期間、および時刻ｔ４７から時刻ｔ５までの期間、露光ｅｘ４１乃至ｅｘ４４をそれぞれ行わせる。

カメラ信号処理部５は、露光ｅｘ１１により得られた映像信号を時刻ｔ１２から時刻ｔ１４までのタイミングＶＲ１２で読み出し、露光ｅｘ１２により得られた映像信号を時刻ｔ１４から時刻ｔ１６までのタイミングＶＲ１３で読み出し、露光ｅｘ１３により得られた映像信号を時刻ｔ１６から時刻ｔ２までのタイミングＶＲ１４で読み出し、露光ｅｘ１４により得られた映像信号を時刻ｔ２から時刻ｔ２２までのタイミングＶＲ２１で読み出す（図８Ｄ）。同様に、カメラ信号処理部５は、露光ｅｘ２１乃至ｅｘ２４により得られた映像信号をタイミングＶＲ２２乃至ＶＲ２４，ＶＲ３１でそれぞれ読み出し、露光ｅｘ３１乃至ｅｘ３４により得られた映像信号をタイミングＶＲ３２乃至ＶＲ３４，ＶＲ４１でそれぞれ読み出し、および露光ｅｘ４１乃至ｅｘ４４により得られた映像信号をタイミングＶＲ４２乃至ＶＲ４４，ＶＲ５１（タイミングＶＲ５１は図示せず）でそれぞれ読み出す。カメラ信号処理部５により読み出された映像信号は、合成／選択メモリコントローラ２２のメモリ２２ａに一時的に記憶される。

合成／選択メモリコントローラ２２は、カメラ信号処理部５により読み出されメモリ２２ａに一時的に記憶された４つの映像信号を、１フィールドの映像信号に合成するか、予め決められたいくつかの映像信号（例えば、当該フィールドの１回目および２回目の露光で得られた映像信号）を、１フィールドの映像信号に合成するか、あるいは、いずれか１つの映像信号（例えば、当該フィールドの１回目の露光で得られた映像信号）を選択することにより、映像信号Ｖ１乃至Ｖ４を得る（図８Ｅ）。

例えば、合成／選択メモリコントローラ２２は、タイミングＶＲ１２乃至ＶＲ１４，ＶＲ２１でそれぞれ読み出された４つの映像信号を合成するか、あるいは、いずれか２つの映像信号（例えば、タイミングＶＲ１２，ＶＲ１３でそれぞれ読み出された映像信号）を合成することにより、映像信号Ｖ２を得る。勿論、これに限らず、例えば、いずれか３つの映像信号（例えば、タイミングＶＲ１２乃至ＶＲ１４でそれぞれ読み出された映像信号）を合成するようにしたり、または、タイミングＶＲ１２乃至ＶＲ１４，ＶＲ２１でそれぞれ読み出された４つの映像信号のうち、いずれか１つの映像信号を選択するようにしてもよい。

カメラ信号処理部５により読み出された映像信号は、ゲート部６にも出力される。ここでは、図示は省略するが、ゲート部６において、カメラ信号処理部５から入力された映像信号のうち、予め設定された画面内の合焦検出領域であるＡＦ検波ゲート枠に相当する映像信号のみが抽出され、それがＡＦ検波部７に出力される。

ＡＦ検波部７は、タイミングＶＲ１２乃至ＶＲ１４，ＶＲ２１でそれぞれ読み出された映像信号の高周波成分を、ＡＦ検波ゲート枠のタイミングで取り出して整流検波し、オートフォーカスに必要な焦点評価値を、ＡＦ検波ゲート枠のタイミングの直後に生成する。同様に、ＡＦ検波部７は、タイミングＶＲ２２乃至ＶＲ２４，ＶＲ３１乃至ＶＲ３４，ＶＲ４１乃至ＶＲ４４でそれぞれ読み出された映像信号の高周波成分を、ＡＦ検波ゲート枠のタイミングで取り出して整流検波し、オートフォーカスに必要な焦点評価値を、ＡＦ検波ゲート枠のタイミングの直後に生成する。

ＡＦ検波部７により生成された焦点評価値は、カメラコントローラ８のＡＦモジュール２１に出力される。

ＡＦモジュール２１は、異なるフォーカスレンズ位置で生成された４つの焦点評価値を、ＡＦモジュールＡＦ２のタイミングで取り込む（図８Ｆ）。そして、ＡＦモジュール２１は、取り込んだ４つの焦点評価値に基づいて、フォーカスレンズ３のフォーカス位置を合焦位置に近づけるようなオートフォーカス制御信号ＬＤ３を生成し、それをレンズドライバ９に出力する（図８Ｇ）。

レンズドライバ９は、入力されたオートフォーカス制御信号ＬＤ１乃至ＬＤ４に基づいて、モータ１１の駆動を制御し、フォーカスレンズ３を所定のフォーカスレンズ移動量だけ移動させる。このようにして、オートフォーカスを実現する。

以上においては、１回の映像垂直同期信号につき、２回または４回の焦点評価値を算出させるようにしたり、１回の映像垂直同期信号につき、１回または２回の微小ウォブリング合焦駆動を行わせるようにしたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、整数Ａと整数Ｂが２×Ｂ＞Ａの関係を満たす場合、１回の映像垂直同期信号につき、整数Ｎ回の焦点評価値を算出させ、整数Ａ回の映像垂直同期信号につき、整数Ｂ回の微小ウォブリング合焦駆動を行わせるようにすることができる。より具体的には、１回の映像垂直同期信号につき、３回の焦点評価値を算出させ、４回の映像垂直同期信号につき、３回の微小ウォブリング合焦駆動を行わせることができる。

以上のように、１フィールドの映像信号内で高速露光および高速ウォブリング合焦駆動を行うことにより、ウォブリング振幅による画像の微小変化を目立ちにくくすることができる。これにより、ウォブリング駆動の振幅を大きくすることができるため、山登り制御に関する情報を安定かつ容易に得ることができ、オートフォーカス性能を向上させることができる。

また、レンズ像高変化率も大きくすることができるため、レンズの設計の自由度が広がり、製造規格も緩和することができる。

また、ウォブリング周期が短くなることにより、焦点評価値を生成するタイミングが早くなり、オートフォーカス応答特性を良くすることができる。

さらに、焦点評価値が、高速露光により得られた複数の映像信号に基づいて生成されるため、オートフォーカスのための焦点評価値の比較演算が不要となり、このことからもオートフォーカス応答特性を良くすることができる。

なお、以上においては、ビデオカメラを例に挙げて説明したが、デジタルスチルカメラに適用することも勿論可能である。

上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行させることもできるし、ソフトウエアにより実行させることもできる。この場合、例えば、ビデオカメラには、図９に示されるようなコンピュータが含まれる。

図９において、CPU（Central Processing Unit）１０１は、ROM（Read Only Memory）１０２に記憶されているプログラム、または記憶部１０８からRAM（Random Access Memory）１０３にロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。RAM１０３にはまた、CPU１０１が各種の処理を実行する上において必要なデータなども適宜記憶される。

CPU１０１、ROM１０２、およびRAM１０３は、バス１０４を介して相互に接続されている。このバス１０４にはまた、入出力インタフェース１０５も接続されている。

入出力インタフェース１０５には、キーボード、マウスなどよりなる入力部１０６、CRT(Cathode Ray Tube)、LCD(Liquid Crystal display)などよりなるディスプレイ、並びにスピーカなどよりなる出力部１０７、ハードディスクなどより構成される記憶部１０８、モデムなどより構成される通信部１０９が接続されている。通信部１０９は、インターネットを含むネットワークを介しての通信処理を行う。

入出力インタフェース１０５にはまた、必要に応じてドライブ１１０が接続され、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどのリムーバブルメディア１１１が適宜装着され、それらから読み出されたコンピュータプログラムが、必要に応じて記憶部１０８にインストールされる。

上述した一連の処理をソフトウエアにより実行させる場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、ネットワークや記録媒体からインストールされる。

この記録媒体は、図９に示されるように、装置本体とは別に、ユーザにプログラムを配信するために配布される、プログラムが記録されている磁気ディスク（フロッピディスク（登録商標）を含む）、光ディスク（CD-ROM(Compact Disk-Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disk)を含む）、光磁気ディスク（MD（Mini-Disk）（登録商標）を含む）、もしくは半導体メモリなどよりなるリムーバブルメディア１１１により構成されるだけでなく、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに配信される、プログラムが記録されているROM１０２や、記憶部１０８に含まれるハードディスクなどで構成される。

なお、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。

従来のビデオカメラの構成例を示すブロック図である。 オートフォーカスに必要な焦点評価値の変化の例を示す図である。 フォーカスレンズの移動制御処理を説明するフローチャートである。 図１のビデオカメラの動作を説明するタイミングチャートである。 図１のビデオカメラの他の例の動作を説明するタイミングチャートである。 本発明を適用したビデオカメラの構成例を示すブロック図である。 図６のビデオカメラの動作を説明するタイミングチャートである。 図６のビデオカメラの他の例の動作を説明するタイミングチャートである。 パーソナルコンピュータの構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１ レンズブロック， ２ ズームレンズ， ３ フォーカスレンズ，４ 撮像センサ， ５ カメラ信号処理部， ６ ゲート部， ７ ＡＦ検波部， ８ カメラコントローラ， ９ レンズドライバ， １０，１１ モータ， １２ 撮像素子ドライバ， １４ 入力部， １３ メモリコントローラ， ２１ 高速露光・高速ウォブリングＡＦモジュール， ２２ 合成／選択メモリコントローラ

Claims (8)

1. フォーカスレンズおよび撮像センサを有するオートフォーカス制御装置において、
   画像垂直同期信号の周期に同期して、前記画像垂直同期信号の周期の（１／整数Ｎ）倍の周期で被写体を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段により撮像された撮像信号に基づいて、オートフォーカスを行うための焦点評価値を算出する算出手段と、
   前記画像垂直同期信号の1周期の間に前記算出手段により算出された前記焦点評価値のうち、異なるフォーカスレンズ位置で算出された焦点評価値に基づいて、前記フォーカスレンズを合焦位置に近づけるオートフォーカス制御信号を生成する制御手段と、
   前記制御手段により生成された前記オートフォーカス制御信号に基づいて、前記フォーカスレンズおよび撮像センサの間の距離を変更する変更手段と
   を備え、
   整数Ａと整数Ｂが２×Ｂ＞Ａの関係を満たす場合、前記変更手段は、前記画像垂直同期信号の周期の整数Ａ倍と、ウォブリング周期の整数Ｂ倍が同期するように前記距離を変更する
   ことを特徴とするオートフォーカス制御装置。
2. 前記算出手段は、前記撮像信号の輝度信号の高周波成分に基づいて、前記焦点評価値を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス制御装置。
3. 前記撮像手段により撮像された複数の前記撮像信号を合成する合成手段をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス制御装置。
4. 前記撮像手段により撮像された複数の前記撮像信号のうち、いずれか１つを選択する選択手段をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス制御装置。
5. 前記画像垂直同期信号の1周期の間に前記撮像手段により撮像されたN個の前記撮像信号のうちの、選択された所定の１つの撮像信号、または、所定の２つ以上を合成した撮像信号を、前記画像垂直同期信号の周期毎に１つずつ出力映像信号として出力する選択合成手段をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス制御装置。
6. フォーカスレンズおよび撮像センサを有するオートフォーカス制御装置のオートフォーカス制御方法において、
   画像垂直同期信号の周期に同期して、前記画像垂直同期信号の周期の（１／整数Ｎ）倍の周期で被写体を撮像する撮像ステップと、
   前記撮像ステップの処理により撮像された撮像信号に基づいて、オートフォーカスを行うための焦点評価値を算出する算出ステップと、
   前記画像垂直同期信号の1周期の間に前記算出ステップの処理により算出された前記焦点評価値のうち、異なるフォーカスレンズ位置で算出された焦点評価値に基づいて、前記フォーカスレンズを合焦位置に近づけるオートフォーカス制御信号を生成する制御ステップと、
   前記制御ステップの処理により生成された前記オートフォーカス制御信号に基づいて、前記フォーカスレンズおよび撮像センサの間の距離を変更する変更ステップと
   を含み、
   整数Ａと整数Ｂが２×Ｂ＞Ａの関係を満たす場合、前記変更ステップは、前記画像垂直同期信号の周期の整数Ａ倍と、ウォブリング周期の整数Ｂ倍が同期するように前記距離を変更する
   ことを特徴とするオートフォーカス制御方法。
7. フォーカスレンズおよび撮像センサを有するオートフォーカス制御装置のオートフォーカス制御処理用のプログラムであって、
   画像垂直同期信号の周期に同期して、前記画像垂直同期信号の周期の（１／整数Ｎ）倍の周期で被写体を撮像する撮像ステップと、
   前記撮像ステップの処理により撮像された撮像信号に基づいて、オートフォーカスを行うための焦点評価値を算出する算出ステップと、
   前記画像垂直同期信号の1周期の間に前記算出ステップの処理により算出された前記焦点評価値のうち、異なるフォーカスレンズ位置で算出された焦点評価値に基づいて、前記フォーカスレンズを合焦位置に近づけるオートフォーカス制御信号を生成する制御ステップと、
   前記制御ステップの処理により生成された前記オートフォーカス制御信号に基づいて、前記フォーカスレンズおよび撮像センサの間の距離を変更する変更ステップと
   を含み、
   整数Ａと整数Ｂが２×Ｂ＞Ａの関係を満たす場合、前記変更ステップは、前記画像垂直同期信号の周期の整数Ａ倍と、ウォブリング周期の整数Ｂ倍が同期するように前記距離を変更する
   ことを特徴とするコンピュータが読み取り可能なプログラムが記録されている記録媒体。
8. フォーカスレンズおよび撮像センサを有するオートフォーカス制御装置のオートフォーカス制御処理を、コンピュータに行わせるプログラムであって、
   画像垂直同期信号の周期に同期して、前記画像垂直同期信号の周期の（１／整数Ｎ）倍の周期で被写体を撮像する撮像ステップと、
   前記撮像ステップの処理により撮像された撮像信号に基づいて、オートフォーカスを行うための焦点評価値を算出する算出ステップと、
   前記画像垂直同期信号の1周期の間に前記算出ステップの処理により算出された前記焦点評価値のうち、異なるフォーカスレンズ位置で算出された焦点評価値に基づいて、前記フォーカスレンズを合焦位置に近づけるオートフォーカス制御信号を生成する制御ステップと、
   前記制御ステップの処理により生成された前記オートフォーカス制御信号に基づいて、前記フォーカスレンズおよび撮像センサの間の距離を変更する変更ステップと
   を含み、
   整数Ａと整数Ｂが２×Ｂ＞Ａの関係を満たす場合、前記変更ステップは、前記画像垂直同期信号の周期の整数Ａ倍と、ウォブリング周期の整数Ｂ倍が同期するように前記距離を変更する
   ことを特徴とするプログラム。

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