(57)【要約】【課題】シャッターチャンスを逃さずに高品位な動画や高精細な静止画を撮影可能にする自動焦点調節装置を提供することを目的とする。【解決手段】映像信号から中高周波成分を抽出して焦点信号ＶＦを検出する焦点検出回路４と、焦点信号ＶＦの時間変動成分から合焦方向を判断する合焦方向判定回路５０２と、合焦方向を記憶する合焦方向メモリ５０４と、焦点信号ＶＦのレベルと合焦方向の分布状態とから現在、合焦近傍か否かを判定する合焦近傍判定回路５０５と、焦点信号ＶＦと合焦近傍判定結果とに基づいてレンズの移動方向や移動量を決定するレンズ制御量演算回路５０３と、レンズ制御量演算回路５０３の出力に応じて焦点調節用レンズ１ａを駆動させるレンズ駆動手段６とを備え、合焦近傍ではレンズの移動量を小さくするか零にすることで品位が高く、応答性が良く、精度の高い自動焦点調節装置が得られる。【選択図】　図２
2004070037.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焦点調節用レンズを含む撮影レンズと、前記撮影レンズを介して結像した被写体像を光電変換する撮像手段と、前記撮像手段の出力に所定の信号処理を施して映像信号を生成する映像信号生成手段と、前記映像信号から所定の周波数帯域を抽出して所定の時間間隔ごとに被写体のコントラストの度合を示す焦点信号を検出する焦点信号検出手段と、前記焦点信号の時間変動成分の増減から合焦方向を判断し、遠側か近側を示す合焦方向信号を出力する合焦方向判定手段と、前記合焦方向信号を複数個、記憶する合焦方向記憶手段と、複数個の前記合焦方向信号の分布状態から現在のレンズ位置が合焦近傍か否かを判定する合焦近傍判定手段と、前記焦点信号検出手段の出力する前記焦点信号と前記合焦近傍判定手段の判定結果とに基づいてレンズの移動方向や移動量を決定するレンズ制御量演算手段と、前記レンズ制御量演算手段の出力に応じて前記焦点調節用レンズを駆動あるいは停止させるレンズ駆動手段とを備えることを特徴とした自動焦点調節装置。
【請求項２】
合焦近傍判定手段が合焦近傍であると判定している期間中はレンズの移動量を期間外に比べて小さくすることを特徴とするレンズ制御量演算手段を備える請求項１記載の自動焦点調節装置。
【請求項３】
合焦近傍判定手段が合焦近傍であると判定した場合にはレンズの移動量を零にすることを特徴とするレンズ制御量演算手段を備える請求項１記載の自動焦点調節装置。
【請求項４】
合焦方向信号が遠側、近側それぞれ所定回数以上になる場合に限り合焦近傍であると判定することを特徴とする合焦近傍判定手段を備える請求項１乃至３記載のいずれかの自動焦点調節装置。
【請求項５】
焦点調節用レンズを含む撮影レンズと、前記撮影レンズを介して結像した被写体像を光電変換する撮像手段と、前記撮像手段の出力に所定の信号処理を施して映像信号を生成する映像信号生成手段と、前記映像信号から所定の周波数帯域を抽出して所定の時間間隔ごとに被写体のコントラストの度合を示す焦点信号を検出する焦点信号検出手段と、前記焦点信号の時間変動成分の増減から合焦方向を判断し、遠側か近側を示す合焦方向信号を出力する合焦方向判定手段と、前記合焦方向信号を複数個、記憶する合焦方向記憶手段と、前記焦点信号のレベルが所定値以上のときのみ複数個の前記合焦方向信号の分布状態から現在のレンズ位置が合焦近傍か否かを判定する合焦近傍判定手段と、前記焦点信号検出手段の出力する前記焦点信号と前記合焦近傍判定手段の判定結果とに基づいてレンズの移動方向や移動量を決定するレンズ制御量演算手段と、前記レンズ制御量演算手段の出力に応じて前記焦点調節用レンズを駆動あるいは停止させるレンズ駆動手段とを備えることを特徴とした自動焦点調節装置。
【請求項６】
合焦近傍判定手段が合焦近傍であると判定している期間中はレンズの移動量を期間外に比べて小さくすることを特徴とするレンズ制御量演算手段を備える請求項５記載の自動焦点調節装置。
【請求項７】
合焦近傍判定手段が合焦近傍であると判定した場合にはレンズの移動量を零にすることを特徴とするレンズ制御量演算手段を備える請求項５記載の自動焦点調節装置。
【請求項８】
合焦方向信号が遠側、近側それぞれ所定回数以上になる場合に限り合焦近傍であると判定する合焦近傍判定手段を備えることを特徴とする請求項５乃至７記載のいずれかの自動焦点調節装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はビデオカメラやディジタルスチルカメラなどの撮像装置において、撮影によって得られた映像信号を利用する焦点調節に関し、撮影すべき被写体の像を最適な焦点位置に自動的に調節する自動焦点調節装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラやディジタルスチルカメラなどの撮像装置にとって自動焦点調節機能（オートフォーカス機能）は操作性を向上する重要な機能の一つである。その機能を実現する方法や装置は既にいくつか提案され実施されている。その代表的なものに「山登り方式」と呼ばれるものがある。この方式は、撮影して得られた映像信号から中高周波成分を抽出し、そのレベルが最大（あるいは極大）になるようにレンズの位置を制御する方式である。この方式は、レンズは焦点位置から離れるほど錯乱円が大きくなり、これによりレンズを介して結像した被写体像は焦点位置から離れるほどコントラストが低下するという原理を応用した方式である。映像信号の中高周波成分がこの被写体像のコントラストの度合いに相応する信号である。
【０００３】
この方式はパッシブ方式に分類され、「赤外線方式」などのアクティブ方式のような専用の発光装置が不要であり、さらに被写体距離の影響を受けにくいため高精度な焦点調節が可能であるという特長をもつ。また、映像信号そのものを利用するため、同じパッシブ方式でも「位相差検出方式」と呼ばれる方式が具備するような別の光学系を必要としない。このため低コスト化、小型化に適している。
【０００４】
その反面、焦点信号レベルが相対的に低くなる低コントラストの被写体、焦点信号の極大点が複数存在してしまう遠近混在のシーン、そして映像信号のノイズの影響を受けやすい低照度下のシーンなどは、原理的に苦手とする被写体およびシーンである。
【０００５】
低コントラストの被写体や低照度下のシーンに対する策としては、例えば映像信号から抽出する中高周波成分を異なる周波数帯域で２種類の焦点信号を抽出し、信号レベルなどに応じて被写体の状況を判断して山登り動作の信号として選択的に利用する方法が考えられる。
【０００６】
また、遠近混在のシーンに対する策としては焦点信号の検出領域を画面の一部の範囲に限定することで遠近混在の状態を避ける方法が考えられる。またノイズ対策としてはコントラストが無いときの焦点信号をもとに予めノイズレベルを既定し、焦点信号がそのノイズレベル以下の場合にはよりレンズを大きく移動させたり、微小振動（以下、ウォブリングと称す）をさせて焦点信号の変動成分を取り出して合焦方向を特定する方法が考えられる。
【０００７】
以下に、山登り方式の自動焦点調節装置の従来構成を図面を参照しながら説明する。
【０００８】
図５は従来の自動焦点調節装置の構成を示すものである。図５において、１ａを焦点調節用レンズとする複数のレンズからなる撮影レンズ１は、レンズ駆動部６（例えばステッピングモータとその駆動回路）により位置制御される。被写体の光学像は撮影レンズ１を介して撮像手段となる撮像素子２（例えばＣＣＤ）上に結像される。
【０００９】
撮像素子２は結像した被写体像を光電変換して時系列信号として出力する。映像信号生成回路３は撮像素子２の出力に各種信号処理を施し、所定の映像信号ＣＯ（例えばＮＴＳＣ信号）を出力する。ここで各種信号処理とは、アナログ／デジタル変換、ゲインコントロール、γ補正、輝度信号生成処理、色差信号生成処理などを指し、さらにはアパーチャ補正、ノイズリダクションなどを必要に応じて含むものとする。
【００１０】
焦点信号検出回路４では、映像信号生成回路３から出力される時系列信号の内、輝度信号ＹＥを低周波帯域通過フィルタ４１（以下、ＬＰＦと称す）により積分してノイズ成分を除去した後、高周波帯域通過フィルタ４２（以下、ＨＰＦと称す）により微分したＢＰ信号を出力する。ピーク検出回路４３では、この信号を絶対値化した後、予め設定されたエリア（例えば撮影画面の中央５０％）に該当する信号についてそのピーク値（ＰＫ信号）を水平走査期間毎に検出してさらにこのピーク値を垂直走査期間にわたって加算回路４４で累積加算して焦点信号ＶＦを生成する。この焦点信号ＶＦは被写体像のコントラストの度合に相応するフィールド代表値となる。
【００１１】
ここで、図６に焦点信号検出回路４で撮影画面から焦点信号ＶＦを検出する動作のイメージを示す模式図を示し、同図は”白黒白”の縦縞の被写体を例を示している。同図（ａ）〜（ｄ）は被写体のボケ状態、（ｅ）〜（ｈ）は被写体の合焦状態を示す。
【００１２】
まず図６（ａ）のように被写体にピントが合わずボケている場合は、撮影画面３１上の略中央５０％の領域である検出領域３２の水平走査期間の信号レベルを、ＨＰＦ４２で検出し微分したＢＰ信号は図６（ｂ）のようになる。この信号をピーク検出回路４３で絶対値化すると図６（ｃ）のようになり、その時のピーク値（ＰＫ信号）を加算回路４４に出力する。なお、図６（ｄ）にピーク値を細線矢印で示し、その長さがピーク値の大きさを表している。同様に検出エリア３２における全ての水平走査期間毎にピーク値を検出し、加算回路４４で垂直走査期間分、加算して焦点信号ＶＦとする。図６（ｄ）に焦点信号ＶＦの大きさを太線矢印で示した。この太線矢印の長さが焦点信号ＶＦの大きさを表している。
【００１３】
次に、図６（ｅ）のように被写体にピントが合っている合焦状態の時は、撮影画面３１上の略中央５０％の領域である検出領域３２の水平走査期間の信号レベルを、ＨＰＦ４２で検出し微分したＢＰ信号は図６（ｆ）のようになる。この信号をピーク検出回路４３で絶対値化すると図６（ｇ）のようになり、その時のピーク値（ＰＫ信号）を加算回路４４に出力する。なお、図６（ｈ）にピーク値を細線矢印で示し、その長さがピーク値の大きさを表している。同様に検出エリア３２における全ての水平走査期間毎にピーク値を検出し、加算回路４４で垂直走査期間分、加算して焦点信号ＶＦとする。図６（ｈ）に焦点信号ＶＦの大きさを太線矢印で示した。この太線矢印の長さが焦点信号ＶＦの大きさを表している。
【００１４】
図６（ｂ）及び（ｆ）を比較してもわかるように、ボケ状態と合焦状態とではＨＰＦ４２で検出する信号レベルに差があり、この信号のピーク値を累積加算した焦点信号も、当然ながら差が生じる。図示の通り、焦点信号ＶＦは合焦状態の方がボケ状態よりも大きくなる。
【００１５】
図５に戻り、レンズ制御回路５では、この焦点信号ＶＦを差分回路５０１で過去の焦点信号、例えば１フィールド前に得られた焦点信号と差分をとることで変動成分ΔＶＦを生成する。合焦方向判定回路５０２では、この変動成分ΔＶＦの符号を見て合焦方向が現時点を基準に遠側か近側か、あるいは直前の移動方向と同じか逆かを判断する。レンズ制御量演算回路５０３ではこの移動方向に所定の移動量を付加してレンズ制御量としてレンズ駆動部６に出力する。レンズ駆動部６はこの制御量により焦点調節用レンズ１ａを駆動させる。これらの構成および動作によって自動的に焦点調節がなされる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、レンズ制御回路５内のレンズ制御量演算回路５０３におけるレンズ移動量についてさらに詳しく説明する。
【００１７】
焦点調節用レンズ１ａの移動量を大きくすれば、焦点調節用レンズ１ａの移動スピードは上がる。しかし、移動スピードが速すぎると、ステッピングモータにおいて、レンズ制御量とそれに対応した移動位置の対応が取れなくなり、いわゆる脱調現象を起こしてしまう可能性がある。また、焦点調整用レンズ１ａの移動量が大きすぎると、合焦近傍で大きく行き来してしまうハンチング現象が目立ち、著しく映像の品位を損なってしまう。逆に移動量を小さくしすぎると、合焦位置までの到達時間が長くかかり、応答性を悪化させてしまう。
【００１８】
そこで、焦点信号ＶＦのレベルによってレンズ移動量を決定する方法が考えられる。図７は被写体によって変化する焦点信号ＶＦの山登りカーブを示している。図７において、Ｘ軸は焦点調節用レンズ１ａのレンズ位置を示し、略中央に焦点位置を示している。Ｙ軸は焦点信号ＶＦのレベルを示す。被写体Ａの特性は被写体の撮影条件が良好な時（コントラストや照度が十分な状態）の特性、被写体Ｂは被写体の撮影条件が悪い状態（低コントラスト、低照度など）を示す。ＬＥＶ１とＬＥＶ２はスレッシュレベル、ＭＶ１〜ＭＶ３はレンズ移動量を示している。例えば、図６に示すようにスレッシュレベルＬＥＶ１とスレッシュレベルＬＥＶ２（ＬＥＶ２＞ＬＥＶ１）とを予め既定し、ノイズレベルＬＥＶ１とスレッシュレベルＬＥＶ２と焦点信号ＶＦとの関係が、
ＶＦ＜ＬＥＶ１
であれば移動量をＭＶ１とし、
ＬＥＶ１≦ＶＦ＜ＬＥＶ２
であれば移動量をＭＶ２とし、
ＬＥＶ２≦ＶＦ
であれば移動量をＭＶ３とする。ここで移動量ＭＶ１からＭＶ３の関係を、
ＭＶ１＞ＭＶ２＞ＭＶ３
とする。図７ではＭＶ１〜ＭＶ３の移動量を矢印の長さで示した。
【００１９】
図７において例えば被写体Ａの場合、レンズ位置がＰ１の時、焦点信号ＶＦはＬＥＶ１未満であるためレンズは移動量ＭＶ１で合焦位置に向かって移動する。レンズが合焦位置に向かって移動し、焦点信号ＶＦのレベルが上がりＬＥＶ１を超えると（この時のレンズ位置はＰ２）、移動量ＭＶ１よりも少ない移動量であるＭＶ２に切り換えて合焦位置へ向かって移動する。さらに、焦点信号ＶＦのレベルがＬＥＶ２を超えると（この時のレンズ位置はＰ３）、ＭＶ２よりもさらに移動量が少ないＭＶ３に切り換えて移動する。そして合焦位置を通過したＰ４までレンズを移動させると焦点信号ＶＦのレベルが下がるので、次は逆方向へレンズを移動させ、合焦位置へレンズを近づけていく。最も焦点信号ＶＦのレベルが高くなった位置が合焦位置となる。このように、焦点信号ＶＦのレベルに応じて、焦点調節用レンズ１ａの移動量を変更することで、上記問題は改善される。
【００２０】
しかし、焦点信号ＶＦのレベルは、被写体距離が同じでも被写体の条件（コントラストや照度など）によって異なるため、例えば図７の被写体Ｂのように、焦点調整用レンズ１ａが合焦近傍に位置していて焦点信号ＶＦがスレッシュレベルＬＥＶ２以上であるにもかかわらず、移動量ＭＶ３ではなくＭＶ３よりも移動量が大きなＭＶ２となり、ハンチングによって映像（動画）の品位を損ねる恐れがある。
【００２１】
一方、ディジタルスチルカメラやビデオカメラの静止画撮影機能で高精細な静止画を撮影するときは、シャッターがリリースされて撮像する被写体像はレンズが停止した状態で露光された被写体像であることが解像度などの点で望ましく、また静止画の画素数が多くなるほどより高い解像度が要求されるため合焦精度が厳しくなる。
【００２２】
図８は図７に示した被写体Ｂの場合のレンズ移動の振る舞いをイメージした模式図であり、横軸をレンズ停止までの時間、縦軸をレンズ位置とした。従来の構成では、レンズの停止精度は予め既定したレンズ移動量（ＭＶ１〜３）に大きく依存するため、動画と同様の理由から移動量が小さくできないため、停止精度が悪く、静止画の画質劣化（特に解像度）が生じる恐れがある。
【００２３】
静止画撮影時の合焦精度向上対策としては、リリースボタンを半押し状態と全押し状態の２段階検知できる構成として、半押し状態の時にレンズを移動させて焦点信号の最大値を探索する、いわゆる「スキャン方式」を採用することも考えられるが、この場合は、撮影者がリリースボタンを押下してから実際に被写体が撮像されるまでにタイムラグが生じてしまうため、シャッターチャンスを逃してしまう問題がある。
【００２４】
本発明はかかる点に鑑み、ハンチングによる映像の乱れがない高品位な動画と解像度の高い静止画とを常に提供するために、応答性、安定性、精度、品位の全てに優れた自動焦点調節装置を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、焦点調節用レンズを含む撮影レンズと、前記撮影レンズを介して結像した被写体像を光電変換する撮像手段と、前記撮像手段の出力に所定の信号処理を施して映像信号を生成する映像信号生成手段と、前記映像信号から所定の周波数帯域を抽出して所定の時間間隔ごとに被写体のコントラストの度合を示す焦点信号を検出する焦点信号検出手段と、前記焦点信号の時間変動成分の増減から合焦方向を判断し、遠側か近側を示す合焦方向信号を出力する合焦方向判定手段と、前記合焦方向信号を複数個、記憶する合焦方向記憶手段と、前記焦点信号のレベルと複数個の前記合焦方向信号の分布状態とから現在のレンズ位置が合焦近傍か否かを判定する合焦近傍判定手段と、前記焦点信号検出手段の出力する前記焦点信号と前記合焦近傍判定手段の判定結果とに基づいてレンズの移動方向や移動量を決定するレンズ制御量演算手段と、前記レンズ制御量演算手段の出力に応じて前記焦点調節用レンズを駆動あるいは停止させるレンズ駆動手段とを備えることを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、撮影レンズは焦点調節用レンズを含み、撮像手段により前記撮像レンズを介して結像した被写体像を光電変換し、映像信号手段により前記撮像手段の出力に所定の信号処理を施して映像信号を生成し、焦点信号検出手段により前記映像信号から所定の周波数帯域を抽出して所定の時間間隔ごとに被写体のコントラストの度合を示す焦点信号を検出し、合焦方向判定手段により前記焦点信号の時間変動成分の増減から合焦方向を判断し、遠側か近側を示す合焦方向信号を出力し、合焦方向記憶手段により前記合焦方向信号を複数個、記憶し、合焦近傍判定手段により複数個の前記合焦方向信号の分布状態から現在のレンズ位置が合焦近傍か否かを判定し、レンズ制御量演算手段により前記焦点信号検出手段の出力する前記焦点信号と前記合焦近傍判定手段の判定結果とに基づいてレンズの移動方向や移動量を決定し、レンズ駆動手段により前記レンズ制御量演算手段の出力に応じて前記焦点調節用レンズを駆動あるいは停止させることで、常に安定して応答性の良い高精度で高品位な自動焦点調節装置を実現する。
【００２７】
請求項２に記載の発明は、レンズ制御量演算手段により合焦近傍判定手段が合焦近傍であると判定している期間中はレンズの移動量を期間外に比べて小さくすることで、特に応答性と精度が向上する。
【００２８】
請求項３に記載の発明は、レンズ制御量演算手段により合焦近傍判定手段が合焦近傍であると判定した場合にはレンズの移動量を零にすることで、特に応答性がさらに向上する。
【００２９】
請求項４に記載の発明は、合焦近傍判定手段により合焦方向信号が遠側、近側それぞれ所定回数以上になる場合に限り合焦近傍であると判定することで、合焦近傍判定の精度が向上するため、誤動作なく安定して応答性と精度が向上する。
【００３０】
請求項５乃至８に記載の発明は、合焦近傍判定手段は焦点信号のレベルも考慮して焦点信号が所定のレベル以上のときのみ合焦近傍か否かを判定することで、合焦近傍判定の精度が向上し、より誤動作なく安定して応答性と精度、品位が向上する。
【００３１】
以下、本発明の自動焦点調節装置の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３２】
（実施の形態１）
図１は本発明の自動焦点調節装置の実施の形態の構成を示すブロック図である。図１において、すでに説明した図５と構成、機能が同様なものには同一番号を付す。１は複数のレンズ群からなる撮影レンズで、ズームレンズやフォーカスレンズなどを光軸上に配置した構成からなる。１ａは撮影レンズ１の一部である焦点調節用レンズで、光軸方向に移動させることで焦点調節を行うことができる。２は撮影レンズ１を介して入射する被写体の光学信号を結像し電気信号に変換して時系列信号として出力する撮像手段である撮像素子で、例えばＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）などの固体撮像素子からなる。３は撮像素子２からの出力信号に各種信号処理を施す映像信号生成手段である映像信号生成回路で、各種信号処理とは、アナログ／デジタル変換、ゲインコントロール、γ補正、輝度信号生成処理、色差信号生成処理などを指し、さらにはアパーチャ補正、ノイズリダクションなどを必要に応じて施す。
【００３３】
４は焦点信号検出手段である焦点信号検出回路で、低周波帯域濾波フィルタ（以下、ＬＰＦと記す）４１、高周波帯域濾波フィルタ（以下、ＨＰＦと記す）、ピーク検出回路４３、加算回路４４から構成される。ＬＰＦ４１は映像信号生成回路３から出力される時系列信号のうち輝度信号を積分してノイズ成分を除去する。ＨＰＦ４２はＬＰＦ４１からの出力信号を微分して出力（ＢＰ信号）する。ピーク検出回路４３はＨＰＦ４２からの信号を絶対値化した後、予め設定されたエリア（例えば撮影画面の中央５０％）に該当する信号について、そのピーク値（ＰＫ信号）を水平走査期間毎に検出する。加算回路４４では、ピーク検出回路４３からの信号において垂直走査期間にわたってピーク値を累積加算して焦点信号ＶＦを生成する。
【００３４】
５はレンズ制御手段であるレンズ制御回路で、この焦点信号ＶＦを差分手段である差分回路５０１で過去の焦点信号、例えば１フィールド前に得られた焦点信号と差分をとることで変動成分ΔＶＦを生成する。合焦方向判定手段である合焦方向判定回路５０２では、この変動成分ΔＶＦの符号を見て合焦方向が現時点を基準に遠側か近側か、あるいは直前の移動方向と同じか逆かを判断する。このとき、方向判定のためにウォブリング動作を伴うレンズ駆動をしている場合は、そのウォブリングの周波数が３０Ｈｚだとすると、２フィールドで１周期の振動となるため、１フィールド前に得られた焦点信号との差分の後、フィールド毎に交互に符号を反転したものを合焦方向判定に用いる。方向判定では符号が正であれば遠側、負であれば近側が合焦方向であるとする。
【００３５】
合焦方向判定メモリ５０４では、合焦方向判定回路５０２で判定された結果を得られた時系列順に複数個（例えば２０個）記憶する。２０個を超える分は最も古いデータから順に上書きすることで常に最新の２０個のデータが格納される。
【００３６】
合焦近傍判定手段である合焦近傍判定回路５０５では、この２０個の合焦方向データを評価して合焦近傍かどうかを判定する。判定方法としては例えば２０個のデータを方向別にカウントし、それぞれの方向が予め既定したスレッシュ値（例えば遠側に５個以上、近側に５個以上）であれば合焦近傍と判断する。
【００３７】
レンズ制御量演算手段であるレンズ制御量演算回路５０３では、合焦方向判定回路５０２で得られた結果からレンズの移動方向を決定し、焦点信号ＶＦのレベルと上記合焦近傍判定回路５０５の結果からレンズ移動量を決定し、レンズ駆動部６に出力する。レンズ駆動部６はこの制御量により駆動され焦点調節用レンズ１ａを移動させる。これらの構成および動作によって自動的に焦点調節がなされる。
【００３８】
これらの構成および動作により、合焦近傍か否かに応じて適応的にレンズの移動量を変えることが可能になる。なお、差分回路５０１と合焦方向判定回路５０２とレンズ制御量演算回路５０３と合焦方向メモリ５０４と合焦近傍判定回路５０５とでレンズ制御回路５を構成している。
【００３９】
以上のように構成された本実施の形態の自動焦点調節装置について、以下その動作について説明する。
【００４０】
１ａを焦点調節用レンズとする複数のレンズからなる撮影レンズ１は、レンズ駆動部６（例えばリニアモータとその駆動回路）により位置制御される。
【００４１】
被写体の光学像は撮影レンズ１を介して撮像手段となる撮像素子２（例えばＣＣＤ）上に結像される。撮像素子２は結像した被写体像を光電変換して時系列信号として出力する。映像信号生成回路３は撮像素子２の出力に各種信号処理を施し、所定の映像信号ＣＯ（例えばＮＴＳＣ信号）を出力する。ここで各種信号処理とは、アナログ／デジタル変換、ゲインコントロール、γ補正、輝度信号生成処理、色差信号生成処理などを指し、さらにはアパーチャ補正、ノイズリダクションなどを必要に応じて施す。
【００４２】
焦点信号検出回路４では、映像信号生成回路３から出力される時系列信号の内、輝度信号ＹＥをＬＰＦ４１により積分してノイズ成分を除去した後、ＨＰＦ４２により微分したＢＰ信号を出力する。ピーク検出回路４３では、この信号を絶対値化した後、予め設定されたエリア（例えば撮影画面の中央５０％）に該当する信号について、そのピーク値を水平走査期間毎に検出して、さらに垂直走査期間にわたって加算回路４４でこのピーク値（ＰＫ信号）を累積加算して焦点信号ＶＦを生成する。この焦点信号ＶＦは被写体像のコントラストの度合に相応する代表値となり、レンズ制御回路５へ入力される。
【００４３】
ここで、レンズ制御回路５内のレンズ制御量演算回路５０３におけるレンズ移動量の決定について詳しく説明する。
【００４４】
焦点信号ＶＦにもとづいてレンズの移動量を決定する方法として、例えば、スレッシュレベルＬＥＶ１およびスレッシュレベルＬＥＶ２（ＬＥＶ２＞ＬＥＶ１）を予め既定し、
ＶＦ＜ＬＥＶ１
であれば移動量ＭＶ１、
ＬＥＶ１≦ＶＦ＜ＬＥＶ２
であれば移動量ＭＶ２、
ＬＥＶ２≦ＶＦ
であれば移動量ＭＶ３とする。さらに合焦近傍判定回路５０５が合焦近傍であると判定しているときに移動量ＭＶ４とする。ここで移動量ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３，ＭＶ４の関係は、
ＭＶ１＞ＭＶ２＞ＭＶ３＞ＭＶ４とする。
ＭＶ４は例えば最小単位量とする。
【００４５】
次に、焦点信号ＶＦとレンズ移動との関係について、図２を用いて説明する。
【００４６】
図２において、Ｘ軸は焦点調節用レンズ１ａのレンズ位置を示し、略中央に焦点位置を示している。Ｙ軸は焦点信号ＶＦのレベルを示す。被写体Ａの特性は被写体の撮影条件が良好な時（コントラストや照度が十分な状態）の特性、被写体Ｂは被写体の撮影条件が悪い状態（低コントラスト、低照度など）を示す。ＬＥＶ１とＬＥＶ２はスレッシュレベル、ＭＶ１〜ＭＶ４はレンズ移動量を示している。図においてＭＶ１〜ＭＶ４の移動量を矢印の長さで表した。
【００４７】
図２において例えば被写体Ａの場合、レンズ位置がＰ１の時、焦点信号ＶＦはＬＥＶ１未満であるためレンズは移動量ＭＶ１で合焦位置に向かって移動する。レンズが合焦位置に向かって移動し、焦点信号ＶＦのレベルが上がりＬＥＶ１を超えると（この時のレンズ位置はＰ２）、移動量ＭＶ１よりも少ない移動量であるＭＶ２に切り換えて合焦位置へ向かって移動する。さらに、焦点信号ＶＦのレベルがＬＥＶ２を超えると（この時のレンズ位置はＰ３）、ＭＶ２よりもさらに移動量が少ないＭＶ３に切り換えて移動する。そしてＰ４の位置まで到達すると合焦近傍判定回路５０５が、現在のレンズ位置は合焦近傍であると判断し、移動量をＭＶ３よりも少ないＭＶ４に切り換える。なお、合焦近傍の判断方法については、図３を用いて後述する。次に、ＭＶ４の移動量でレンズを移動させ、合焦位置を通過しＰ５までレンズを移動させると焦点信号ＶＦのレベルが下がるので、次は逆方向へレンズを移動させ、合焦位置へレンズを近づけていく。最も焦点信号ＶＦのレベルが高くなった位置が合焦位置となる。
【００４８】
次に、被写体Ｂの場合は、レンズ位置がＱ１の時、焦点信号ＶＦはＬＥＶ１未満であるためレンズは移動量ＭＶ１で合焦位置に向かって移動する。レンズが合焦位置に向かって移動し、焦点信号ＶＦのレベルが上がりＬＥＶ１を超えると（この時のレンズ位置はＱ２）、移動量ＭＶ１よりも少ない移動量であるＭＶ２に切り換えて合焦位置へ向かって移動する。レンズ位置がＱ３に到達すると、合焦近傍判定回路５０５が、現在のレンズ位置は合焦近傍であると判断し、移動量をＭＶ２をＭＶ４に切り換える。なお、合焦近傍の判断方法については、図３を用いて後述する。次に、ＭＶ４の移動量でレンズを移動させ、合焦位置を通過しＱ４までレンズを移動させると焦点信号ＶＦのレベルが下がるので、次は逆方向へレンズを移動させ、合焦位置へレンズを近づけていく。最も焦点信号ＶＦのレベルが高くなった位置が合焦位置となる。
【００４９】
このように、本実施の形態によれば、被写体に依存せずに合焦近傍でのレンズの移動が最も小さくなるため、ハンチングによる映像の乱れを極力抑えることができる。
【００５０】
またＭＶ４を零とすればレンズは合焦近傍に来たら即停止されるためハンチングのない安定した映像が提供できる。
【００５１】
また合焦近傍用に移動量ＭＶ４を設けたことにより、ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３は従来よりも大きな値に設定することが可能になる。これにより、合焦近傍でない位置でのレンズの移動スピードを上げることができ、応答性を向上させることができる。
【００５２】
また、ウォブリング動作を伴いながら山登り制御を行うような場合には、合焦近傍判定結果が合焦近傍であると判断した場合には、ウォブリングの振幅量をより小さくすることにより、やはり合焦近傍での映像の揺れを低減することができる。
【００５３】
また合焦近傍でなければ、ウォブリングの振幅量を従来より大きく設定できるため、焦点信号の変動成分が抽出しやすくなり、合焦方向の判定が容易になる。これにより、低照度時や低コントラスト被写体など山登り方式が苦手とする従来のシーン、被写体においても応答性良く合焦させることが可能になる。
【００５４】
なお、ウォブリングの振幅量はレンズ移動量に付加されてレンズ制御量としてレンズ駆動部６に出力される。
【００５５】
次に、図３を用いて、図２の被写体Ｂを例に合焦近傍判定回路５０５が、レンズ位置は合焦近傍であることを判断する課程の詳細を、レンズの振る舞いと共に説明する。
【００５６】
図３のレンズ移動の模式図において、Ｘ軸は時間、Ｙ軸はレンズ位置を示す。図において時間の経過とともに動作を説明すると、まず図３（ａ）において移動量ＭＶ１でレンズを合焦位置に向かって移動させていく。この時の合焦方向は、移動開始時から正方向なので、符号は図３（ｂ）に示すように正方向（＋方向）である。よって合焦方向メモリ５０４に記録される符号の数も、＋が２０個、−が０個である。次に、焦点信号ＶＦがＬＥＶ１を超えると、移動量がＭＶ１からＭＶ２に切り換わり、さらにレンズが移動を続け合焦位置を超えると、合焦方向は負方向となるので、合焦方向判定回路５０２からは−の符号が出力される。合焦方向メモリ５０４には−の符号がメモリされていき、−の符号を４個メモリしたタイミングでレンズは合焦位置を再度通過する。すると合焦方向判定回路５０２から出力される符号は再び＋となり、＋の個数が加算されていく。このような動作を繰り返していき、合焦方向メモリ５０４に−の符号が５個メモリされると、レンズが合焦近傍に位置したと判定し、移動量ＭＶ２をＭＶ４に切り換える。その後、ＭＶ４の移動量でレンズを合焦位置へ向かって移動させていく。
【００５７】
レンズ制御量演算回路５０３は、合焦近傍判定回路５０５が、レンズ位置が合焦近傍であることを判定したタイミング（図３のＺ１）から所定時間経過したタイミング（図３のＺ２）で、焦点調節用レンズ１ａのレンズ位置に関わらず、動作を停止させる。レンズが停止した時の合焦状態は、レンズ位置が合焦位置からわずかにずれて停止する可能性があるが、レンズ停止直前でのレンズ移動量は極めて小さいため、合焦位置に限りなく近い位置で焦点調節用レンズ１ａを停止させることができるので、多少焦点がずれた映像になる可能性があるが画質上問題はないレベルである。
【００５８】
以上のように本実施の形態によれば、合焦近傍でないところでは、最も移動量が大きいＭＶ１でレンズを移動させるので、レンズのスピードを速くすることができ、また、合焦近傍では移動量が小さいＭＶ４で移動させるので、レンズ移動を遅く（細かく）するような制御が可能となり、これによりトータルの応答性、安定性、精度、品位が高い性能で達成可能になる。
【００５９】
さらに言えば、動画撮影と静止画撮影では撮影スタイルが異なり、要求される精度も異なるため、動画と静止画で異なる移動量を持たせ、合焦性能のバランスをそれぞれに最適な状態にカスタマイズすることも可能である。
【００６０】
なお、合焦方向メモリ５０４が記憶する個数は上記の値（２０個）に限定されるものではない。２０個よりも少なくすればメモリの規模が少なく済む。逆に多くすれば移動量ＭＶ２や移動量ＭＶ３が大きくて合焦位置を跨いでウォブリングされて方向判定の周期が大きくなっても安定して合焦近傍判定ができる利点がある。
【００６１】
なお、合焦近傍判定回路５０５で用いるスレッシュ値は上記の値（各方向５個以上）に固定されるものではない。例えば５個よりも大きくすればノイズの影響をより軽減でき、また被写体のコントラストの違いによる合焦判定信号の周期の違いも吸収されやすくなるため合焦判断の精度が向上する。逆に小さくすれば合焦近傍判定のスピードが向上し、応答性の向上につながる。
【００６２】
なお、図３のタイミングＺ２におけるレンズ停止は、合焦近傍判定タイミングＺ１からＺ２までの時間管理によりレンズを停止させたが、動画撮影時などのようにウォブリングで合焦させる場合は、ウォブリング動作を継続させてもよい。但し、静止画撮影時は、レンズ停止時にウォブリング動作を行うと画質低下が目立つため、ウォブリング動作を停止させる。
【００６３】
なお、合焦近傍判定タイミングＺ１からレンズ停止タイミングＺ２までの期間管理は、本実施の形態では時間管理により行ったが、合焦近傍判定タイミングＺ１以降、合焦方向メモリ５０４における＋または−の個数が所定値（本実施の形態では５個）以上の焦点信号が、所定回数継続してメモリされた時にレンズ停止タイミングとするような、メモリ回数管理としてもよい。
【００６４】
（実施の形態２）
次に、本発明の自動焦点調節装置の第２の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図４は本発明の第２の実施の形態の構成を示すものである。
【００６５】
全体的な構成としてはレンズ位置検出部７（例えばＭＲセンサー）を備えたことと、合焦近傍判定回路５０５に焦点信号ＶＦも接続している点が第１の実施の形態と異なる。同一の番号の構成要素についてはここでは説明を省略する。
【００６６】
レンズ位置検出部７は、現在のレンズ位置を検出し、レンズ制御回路５はこの現在のレンズ位置をフィードバックしながら次のレンズ移動方向および移動量を制御する。
【００６７】
レンズ位置制御がフィードバック制御になるため、より高速に、より精度よくレンズの位置制御できる。この構成は例えばレンズ駆動部６をリニアモーターにすれば、さらに有効である。すなわち、リニアモーターはステッピングモーターよりも高速駆動が可能なため、レンズ制御回路５は、常時ウォブリングをさせて合焦方向を検出しつつ焦点信号ＶＦの最大（極大）となる位置へ山登り制御するといった制御方法をとることができる。
【００６８】
常時ウォブリングをさせる利点としては、例えば被写体移動やシーン変化に対しても追従性がよくなるため、撮影構図を変更したときなどの応答性が大幅に向上する。
【００６９】
このような構成においても本発明の合焦近傍判定による移動量の適応制御は極めて有効であり、応答性を良好にし、安定性を向上させ、精度も高くなる。
【００７０】
さらに、本実施の形態では合焦近傍判定回路に焦点信号ＶＦも入力している。これにより、合焦近傍判定の精度、信頼性が向上する。例えば、焦点信号がノイズレベル以下であれば合焦方向判定結果がノイズの影響を大きく受けておりデータの信頼性が低いとして合焦近傍と判定しないようにすることが可能になる。
【００７１】
【発明の効果】
以上述べたように本発明は、上記した構成によって、極めて精度高く合焦近傍か否かを判定して適応的にレンズ移動量を変えるようにしたことにより、幅広い被写体条件で誤動作することのない安定で応答性が良好でかつ精度の高い焦点調節を可能とし、自動焦点調節に極めて優れた効果を有するものである。
【００７２】
このような自動焦点調節装置をビデオカメラやディジタルスチルカメラに備えることで、常に安定した高品位な動画とシャッターチャンスを逃さないで解像度の高い高画質な静止画を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の自動焦点調節装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態のレンズ移動量制御による山登り動作のイメージ図
【図３】同実施の形態において被写体２の場合の本発明の実施の形態におけるレンズふるまいをイメージした模式図
【図４】本発明の第２の実施の形態の自動焦点調節装置の構成を示すブロック図
【図５】従来の自動焦点調節装置の構成を示すブロック図
【図６】同焦点信号検出の動作イメージを示す模式図
【図７】従来のレンズ移動量制御による山登り動作のイメージを示す模式図
【図８】同被写体２の場合の従来例でのレンズふるまいをイメージした模式図
【符号の説明】
１　撮影レンズ
１ａ　焦点調節用レンズ
２　撮像部
３　映像信号生成回路
４　焦点信号検出回路
５　レンズ制御回路
５０２　合焦方向判定回路
５０３　レンズ制御量演算回路
５０４　合焦方向メモリ
５０５　合焦近傍判定回路
６　　レンズ駆動部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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