(57)【要約】【課題】  映像信号にノイズが含まれている場合にも、簡単な回路で、正確な合焦を得ることができるオートフォーカス装置及びそれを備えたカメラ、カメラ本体を提供する。【解決手段】  本発明は、映像信号から焦点量を抽出する焦点量抽出手段（１８）と、この焦点量抽出手段によって抽出された焦点量に基づいて山登り制御により被写体に合焦するようにフォーカスレンズの位置を決定する制御手段（２２）と、を有するオートフォーカス装置において、同一フレーム内の相関性の高い映像信号の間の相関関係に基づいて、映像信号に含まれるノイズレベルを検出するノイズ検出手段（２０）と、このノイズ検出手段によって検出されたノイズレベルに基づいて、制御手段の制御パラメータを調整するパラメータ調整手段（３６）と、を有することを特徴としている。【選択図】      図１
2005156971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像信号から焦点量を抽出する焦点量抽出手段と、この焦点量抽出手段によって抽出された焦点量に基づいて山登り制御により被写体に合焦するようにフォーカスレンズの位置を決定する制御手段と、を有するオートフォーカス装置において、
同一フレーム内の相関性の高い前記映像信号の間の相関関係に基づいて、前記映像信号に含まれるノイズレベルを検出するノイズ検出手段と、
このノイズ検出手段によって検出されたノイズレベルに基づいて、前記制御手段の制御パラメータを調整するパラメータ調整手段と、を有することを特徴とするオートフォーカス装置。
【請求項２】
前記ノイズ検出手段が、２つの映像信号間の差の絶対値を積分することによって、２つの映像信号間の相関関係を求める請求項１記載のオートフォーカス装置。
【請求項３】
前記ノイズ検出手段が、近接するラスタの映像信号間の相関関係に基づいて、映像信号に含まれるノイズレベルを検出する請求項１記載のオートフォーカス装置。
【請求項４】
前記ノイズ検出手段が、隣接するラスタの映像信号間の相関関係に基づいて、映像信号に含まれるノイズレベルを検出する請求項１記載のオートフォーカス装置。
【請求項５】
前記パラメータ調整手段が、前記ノイズ検出手段によって検出されたノイズレベルに基づいて、被写体に合焦するように前記フォーカスレンズの位置を探索する際の前記フォーカスレンズの１ステップの移動量を変化させる請求項１記載のオートフォーカス装置。
【請求項６】
フォーカスレンズを備えた撮像レンズを取付けるレンズマウントと、
このレンズマウントに取付けた撮像レンズに入射した光を電気信号に変換する撮像素子と、
この撮像素子によって生成された電気信号を映像信号に変換する処理回路と、
この処理回路によって変換された映像信号から焦点量を抽出する焦点量抽出手段と、
この焦点量抽出手段によって抽出された焦点量に基づいて山登り制御により被写体に合焦するように前記フォーカスレンズの位置を決定する制御手段と、
同一フレーム内の相関性の高い前記映像信号の間の相関関係に基づいて、前記映像信号に含まれるノイズレベルを検出するノイズ検出手段と、
このノイズ検出手段によって検出されたノイズレベルに基づいて、前記制御手段の制御パラメータを調整するパラメータ調整手段と、
を有することを特徴とするカメラ本体。
【請求項７】
フォーカスレンズを備えた撮像レンズと、
この撮像レンズに入射した光を電気信号に変換する撮像素子と、
この撮像素子によって生成された電気信号を映像信号に変換する処理回路と、
この処理回路によって変換された映像信号から焦点量を抽出する焦点量抽出手段と、
この焦点量抽出手段によって抽出された焦点量に基づいて山登り制御により被写体に合焦するように前記フォーカスレンズの位置を決定する制御手段と、
同一フレーム内の相関性の高い前記映像信号の間の相関関係に基づいて、前記映像信号に含まれるノイズレベルを検出するノイズ検出手段と、
このノイズ検出手段によって検出されたノイズレベルに基づいて、前記制御手段の制御パラメータを調整するパラメータ調整手段と、
を有することを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はオートフォーカス装置に関し、特に、焦点量に基づいて、山登り制御によって合焦点を探索するオートフォーカス装置及びそれを備えたカメラ、カメラ本体に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開平７−１４３３９０号公報（特許文献１）、特開平８−１６０２８３号公報（特許文献２）には、オートフォーカス装置が記載されている。これらのオートフォーカス装置では、山登り制御によって合焦点を探索し、フォーカスレンズの位置を決定している。
【０００３】
図４は、従来の山登り制御によるオートフォーカス装置を有するカメラのブロック図である。図４に示すように、オートフォーカス装置を有するカメラ１００は、フォーカスレンズを備えた撮像レンズ１０２と、この撮像レンズ１０２に入射した光を電気信号に変換するＣＣＤ素子、ＣＭＯＳ素子等の撮像素子１０４と、この撮像素子１０４によって生成された電気信号を輝度信号、色相信号等の映像信号に変換する処理回路１０６と、を有する。さらに、カメラ１００は、処理回路１０６によって変換された映像信号の中の特定の周波数帯域のみを通過させるバンドパスフィルター１０８と、このバンドパスフィルター１０８を通過した信号のマイナス成分を反転させて、信号をすべてプラス成分にする整流器１１０と、この整流器１１０によって整流された信号を積分して焦点量を抽出する積分器１１２と、を有する。また、カメラ１００は、積分器１１２によって得られた焦点量に基づいて、撮像レンズ１０２に備えられたフォーカスレンズの位置を決定する制御手段１１４と、この制御手段１１４による制御信号に基づいてフォーカスレンズの位置を移動させるモータドライバ１１６と、を有する。
【０００４】
このように構成されたカメラ１００では、まず、撮像レンズ１０２に入射した光が、撮像素子１０４によって受光される。撮像素子１０４は、受光した光を電気信号に変換し、この電気信号は処理回路１０６によって、輝度信号、色相信号等の画像信号に変換される。処理回路１０６によって生成された輝度信号は、バンドパスフィルター１０８に導かれ、バンドパスフィルター１０８によって高周波成分のみが抽出される。バンドパスフィルター１０８を通過した高周波成分の信号は、整流器１１０によって、その信号成分のうちのマイナスの部分が反転され、すべてプラス成分にされる。すべてプラス成分にされた信号は、積分器１１２によって積分されて、焦点量Ｆ１が得られる。この焦点量と呼ばれる積分器１１２によって積分された信号の値は、撮像素子１０２上に形成された像が合焦に近づくにつれて値が増大し、像が合焦したとき最大となる。即ち、焦点量Ｆは、図５に示すように、フォーカスレンズが合焦位置ＦＰにあるとき極大値を取り、この点で最大となる。また、フォーカスレンズが合焦位置ＦＰから遠ざかるにつれて値が小さくなる。次いで、制御手段１１４は、モータドライバ１１６が撮像レンズ１０２のフォーカスレンズを所定量、所定方向に移動させるように指令信号を送る。
【０００５】
撮像レンズ１０２のフォーカスレンズが移動すると、撮像素子１０２上に形成される像の合焦状態が変化し、撮像素子１０４によって生成される電気信号が変化する。撮像素子１０４によって生成された電気信号は、上述した信号処理により焦点量Ｆ２に変換される。得られた焦点量Ｆ２は制御手段１１４に入力され、先に入力された焦点量Ｆ１と比較される。新たに入力された焦点量Ｆ２が、先に入力された焦点量Ｆ１よりも大きい場合には、フォーカスレンズの位置は合焦位置に近づいていることになるので、先にフォーカスレンズを移動させたのと同一の方向に、フォーカスレンズを所定量移動させる。逆に、新たに入力された焦点量Ｆ２が、先に入力された焦点量Ｆ１よりも小さい場合には、フォーカスレンズの位置が合焦位置から遠ざかってしまったことになるので、先にフォーカスレンズを移動させたのとは反対の方向に、フォーカスレンズを所定量移動させる。以後、この方向に所定量ずつフォーカスレンズを移動させていくと、焦点量Ｆは増大するが、フォーカスレンズが合焦位置ＦＰを通り過ぎると、焦点量Ｆは減少に転じる。焦点量Ｆが減少に転じたならば、１ステップのフォーカスレンズの移動量を減少させて、再び、フォーカスレンズを合焦位置ＦＰに近づく方向に順次移動させる。以上の操作を繰り返すことにより、焦点量Ｆが極大になり、最大値を取るフォーカスレンズの位置を探索する。
【０００６】
しかしながら、焦点量Ｆは、処理回路１０６において発生するノイズ等の影響により、実際には図５に示したような１つの極大値を有する曲線にはならず、図６に示すような複数の極大値を有する曲線となる。このため、焦点量の極大値と最大値が必ずしも一致しなくなり、撮影条件が悪い場合や、カメラに取付けた撮像レンズとカメラ本体に内蔵されたオートフォーカス装置の相性が悪い場合には、オートフォーカス装置が、焦点量Ｆが最大にならない極大値を誤って合焦位置と認識してしまい、適正な合焦位置を探索することができない場合があるという問題がある。
【０００７】
特許文献１に記載のオートフォーカス装置では、処理回路１０６に内蔵された自動ゲインコントローラによる入力信号の増幅率や、撮像画像に施される電子ズームの拡大率に応じて焦点量の値を補正することによってこの問題を軽減している。
また、特許文献２に記載のオートフォーカス装置では、撮像素子で撮像された信号の画像の特徴を画像特徴抽出手段で抽出し、抽出された画像の特徴に基づいてフォーカスレンズを合焦点に調節することによってこの問題を軽減している。
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１４３３９０号公報
【特許文献２】特開平８−１６０２８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載のオートフォーカス装置においては、焦点量の値に混入するノイズの大きさは、自動ゲインコントローラの増幅率や電子ズームの拡大率によって一意的に定められるものではないため、十分な効果が得られないという問題がある。また、ノイズの大きさはカメラ本体の個体差が大きいため、十分な効果を得ようとする場合には、一台ずつ調整を行う必要があるという問題もある。
【００１０】
一方、特許文献２に記載のオートフォーカス装置においては、現フレームの映像信号と１フレーム前の映像信号の差分に基づいて画像の特徴を抽出しているので、１フレーム分の画像データを保存する大容量のメモリが必要であり、また、画像の特徴を抽出する複雑な回路が必要になるという問題がある。
【００１１】
本発明は、これらの問題を解決するために為されたものであり、映像信号にノイズが含まれている場合にも、簡単な回路で、正確な合焦を得ることができるオートフォーカス装置及びそれを備えたカメラ、カメラ本体を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的を達成するために、本発明は、映像信号から焦点量を抽出する焦点量抽出手段と、この焦点量抽出手段によって抽出された焦点量に基づいて山登り制御により被写体に合焦するようにフォーカスレンズの位置を決定する制御手段と、を有するオートフォーカス装置において、同一フレーム内の相関性の高い映像信号の間の相関関係に基づいて、映像信号に含まれるノイズレベルを検出するノイズ検出手段と、このノイズ検出手段によって検出されたノイズレベルに基づいて、制御手段の制御パラメータを調整するパラメータ調整手段と、を有することを特徴としている。
【００１３】
このように構成された本発明においては、焦点量抽出手段が映像信号に基づいて焦点量を抽出する。制御手段は抽出された焦点量に基づいて、この焦点量が最大になるようにフォーカスレンズの位置を制御する。この制御手段がフォーカスレンズの位置を制御する際の制御パラメータは、映像信号に含まれるノイズレベルによって好ましい値が変化する。ノイズ検出手段は、同一フレーム内の相関性の高い映像信号の間の相関関係に基づいて、映像信号に含まれるノイズレベルを検出し、それをパラメータ調整手段に送る。パラメータ調整手段は、ノイズレベルに基づいて、制御手段の制御パラメータを調整する。
【００１４】
このように構成された本発明によれば、映像信号に含まれるノイズレベルに応じて制御手段の制御パラメータを調整するので、映像信号にノイズが含まれている場合にも、正確な合焦を得ることができる。
【００１５】
本発明において、好ましくは、ノイズ検出手段は、２つの映像信号間の差の絶対値を積分することによって、２つの映像信号間の相関関係を求める。
また、本発明において、好ましくは、ノイズ検出手段は、近接するラスタの映像信号間の相関関係に基づいて、映像信号に含まれるノイズレベルを検出する。
このように構成された本発明においては、映像信号の近接するラスタの信号成分では一般に相関性が高く、ノイズ成分では一般に相関性が低いという性質を利用して、映像信号に含まれるノイズのレベルを映像信号の相関関係に基づいて検出する。
【００１６】
本発明において、好ましくは、ノイズ検出手段が、隣接するラスタの映像信号間の相関関係に基づいて、映像信号に含まれるノイズレベルを検出する。
【００１７】
また、本発明において、好ましくは、パラメータ調整手段は、ノイズ検出手段によって検出されたノイズレベルに基づいて、被写体に合焦するようにフォーカスレンズの位置を探索する際のフォーカスレンズの１ステップの移動量を変化させる。
このように構成された本発明によれば、フォーカスレンズの１ステップの移動量をノイズレベルに応じて変化させるので、適切な合焦を得ることができる。
【００１８】
また、本発明のカメラ本体は、フォーカスレンズを備えた撮像レンズを取付けるレンズマウントと、このレンズマウントに取付けた撮像レンズに入射した光を電気信号に変換する撮像素子と、この撮像素子によって生成された電気信号を映像信号に変換する処理回路と、この処理回路によって変換された映像信号から焦点量を抽出する焦点量抽出手段と、この焦点量抽出手段によって抽出された焦点量に基づいて山登り制御により被写体に合焦するようにフォーカスレンズの位置を決定する制御手段と、同一フレーム内の相関性の高い映像信号の間の相関関係に基づいて、映像信号に含まれるノイズレベルを検出するノイズ検出手段と、このノイズ検出手段によって検出されたノイズレベルに基づいて、制御手段の制御パラメータを調整するパラメータ調整手段と、を有することを特徴としている。
【００１９】
さらに、本発明のカメラは、フォーカスレンズを備えた撮像レンズと、この撮像レンズに入射した光を電気信号に変換する撮像素子と、この撮像素子によって生成された電気信号を映像信号に変換する処理回路と、この処理回路によって変換された映像信号から焦点量を抽出する焦点量抽出手段と、この焦点量抽出手段によって抽出された焦点量に基づいて山登り制御により被写体に合焦するようにフォーカスレンズの位置を決定する制御手段と、同一フレーム内の相関性の高い映像信号の間の相関関係に基づいて、映像信号に含まれるノイズレベルを検出するノイズ検出手段と、このノイズ検出手段によって検出されたノイズレベルに基づいて、制御手段の制御パラメータを調整するパラメータ調整手段と、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のオートフォーカス装置及びそれを備えたカメラ、カメラ本体によれば、映像信号にノイズが含まれている場合にも、簡単な回路で、正確な合焦を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態のカメラを説明する。なお、本明細書において、カメラとは動画撮影用のビデオカメラ及び静止画撮影用のスチルカメラを含むものとし、カメラ本体とは撮像レンズを交換することができるように構成された動画撮影用のビデオカメラ及び静止画撮影用のスチルカメラの撮像レンズ以外の部分を意味する。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態のカメラの構成を示すブロック図である。図１に示すように、本発明の実施形態のカメラ１は、フォーカスレンズを備えた撮像レンズ２と、この撮像レンズ２に入射した光を電気信号に変換する撮像素子４と、この撮像素子４によって生成された電気信号を映像信号に変換する処理回路６と、この処理回路によって生成された映像信号に基づいてフォーカスレンズの合焦位置を探索するオートフォーカス装置８と、このオートフォーカス装置８の指令に基づいて撮像レンズ２に備えられたフォーカスレンズを移動させるモータドライバ１０と、を有する。
【００２３】
撮像レンズ２は、フォーカスレンズ２ａを備えており、このフォーカスレンズ２ａを移動させることによって被写体の像を撮像素子に合焦させることができるように構成されている。
撮像素子４は、撮像レンズ２を通って入射した光を受光し、受光した光を電荷、電圧等の電気信号に変換するＣＣＤ素子、ＣＭＯＳ素子等で構成することができる。
【００２４】
処理回路６は、オートゲインコントローラ１２、プロセス回路１４及びレベル検出器１６を有する。オートゲインコントローラ１２は、撮像素子４から入力された電気信号を任意の倍率で増幅するように構成されている。プロセス回路１４は、オートゲインコントローラ１２で増幅された電気信号を、輝度信号、色相信号等の映像信号に変換するように構成されている。レベル検出器１６は、プロセス回路１４で生成された輝度信号のレベルを検出するように構成されている。レベル検出器１６で検出された輝度信号のレベルは、オートゲインコントローラ１２に送られ、オートゲインコントローラ１２は、映像信号が適正なレベルになるように増幅倍率を変化させる。
【００２５】
オートフォーカス装置８は、処理回路６から出力された映像信号に基づいて焦点量を抽出する焦点量抽出手段１８と、処理回路６から出力された映像信号に基づいて映像信号に含まれるノイズレベルを検出するノイズ検出手段２０と、焦点量及びノイズレベルに基づいてフォーカスレンズ２ａの位置を制御する制御手段２２と、を有する。
モータドライバ１０は、制御手段２２によって指令された位置に撮像レンズ２のフォーカスレンズを移動させるように構成されている。
【００２６】
焦点量抽出手段１８は、処理回路６から出力された映像信号の中の輝度信号の特定帯域のみを通過させるバンドパスフィルター２４と、このバンドパスフィルター２４を通過した信号のマイナス部分を反転させ、信号全体をプラス信号とする整流手段２６と、この整流手段２６によってプラス信号とされた信号を所定区間で積分する積分手段２８と、を有する。なお、本実施形態においては、処理回路６から出力された映像信号はＡ／Ｄ変換器（図示せず）によりデジタル信号に変換されており、バンドパスフィルター２４、整流手段２６、及び積分手段２８は、デジタル演算により各信号処理を行っている。
【００２７】
具体的には、バンドパスフィルター２４は、入力されたデジタル信号に低周波成分をカットするローカット演算及び高周波成分をカットするハイカット演算を施すことにより、入力されたデジタル信号から特定の周波数帯域を抽出している。また、整流手段２６は、バンドパスフィルター２４から出力されたデジタル信号の絶対値演算を行うことにより、マイナスのデータをプラスに反転させ、信号全体をプラスに変換している。さらに、積分手段２８は、整流手段２６から出力されるすべてプラスの値にされたデジタルデータを所定個数加算することにより、積分値を計算している。バンドパスフィルター２４、整流器２６、及び積分器２８は、マイクロプロセッサ及びそれを作動させるソフトウェア等によって構成することができる。
【００２８】
ノイズ検出手段２０は、処理回路６から出力された輝度信号を１ラスタ分保持する遅延手段３０と、処理回路６から出力された輝度信号と遅延手段３０に保持されている輝度信号との相関を求める相関手段３２と、相関手段３２によって生成された信号を積分する積分手段３４と、を有する。なお、本実施形態においては、遅延手段３０、相関手段３２、及び積分手段３４はＡ／Ｄ変換器（図示せず）により変換されたデジタル信号をデジタル演算することにより各信号処理を行っている。
【００２９】
具体的には、遅延手段３０は、画像を構成する走査線１本に相当するラスタ１本分のデジタルデータを記憶するメモリによって構成されている。なお、本実施形態においては、映像信号はＮＴＳＣ方式で与えられるため、ラスタ１本は約６３．５μｓｅｃの期間のデジタルデータに相当し、遅延手段３０であるメモリはこの区間のデジタルデータを記憶するように構成されている。また、相関手段３２は、処理回路６から出力された最新のラスタ１本分のデジタルデータと、遅延手段３０に記憶されている１本前のラスタのデジタルデータの差の絶対値を計算し、この値をラスタ１本分加算するように構成されている。積分手段３４は、相関手段３２によって計算された差の絶対値の和を、１フレーム分加算するように構成されている。遅延手段３０、相関手段３２、及び積分手段３４は、マイクロプロセッサ、メモリ及びそれらを作動させるソフトウェア等によって構成することができる。
【００３０】
制御手段２２は、ノイズ検出手段２０によって計算されたノイズレベルに基づいて、制御手段２２の制御パラメータを変更するパラメータ調整手段３６を内蔵している。制御手段２２は、焦点量抽出手段１８によって抽出された焦点量及びノイズ検出手段２０によって検出されたノイズレベルに基づいてモータドライバ１０に指令信号を出力し、撮像レンズ２に備えられたフォーカスレンズ２ａを合焦位置に制御するように構成されている。制御手段２２及びパラメータ調整手段３６はマイクロプロセッサ、メモリ及びそれらを作動させるソフトウェア等によって構成することができる。
【００３１】
次に、図１乃至３を参照して、本発明の実施形態によるカメラ１の作用を説明する。図２は、撮像素子４によって撮像される画像の中の合焦の対象となる有効画面を示す図であり、図３は、相関演算の対象となる各ラスタの画素データの配列を示す図である。
【００３２】
まず、本発明の実施形態によるカメラ１の撮像レンズ２を被写体に向けると、被写体からの光が撮像レンズ２に入射し、被写体の像が撮像素子４に形成される。撮像素子４は、入射した光に対応した電気信号を、処理回路６のオートゲインコントローラ１２に出力する。オートゲインコントローラ１２は、入力された電気信号を所定倍率に増幅し、プロセス回路１４に出力する。プロセス回路１４は、入力された電気信号を、輝度信号、色相信号等の画像信号に変換する。プロセス回路１４によって変換された映像信号のうちの輝度信号は、レベル検出器１６、及びオートフォーカス装置８の焦点量検出手段１８及びノイズ検出手段２０に出力される。レベル検出器１６は、プロセス回路１４から出力される輝度信号の所定期間の平均レベルを求め、その結果をオートゲインコントローラ１２に出力する。オートゲインコントローラ１２は、プロセス回路１４から出力される輝度信号が適正レベルになるように、その増幅倍率を変化させる。一般に、撮像素子４に入射する光量が少ない場合には、輝度信号の平均レベルが低下するので、オートゲインコントローラ１２は、増幅倍率を高くする必要がある。しかしながら、一般に、オートゲインコントローラ１２の増幅倍率を高くすると、プロセス回路１４から出力される映像信号に含まれるノイズが大きくなる。
【００３３】
一方、プロセス回路１４から出力され、オートフォーカス装置８に入力される輝度信号は、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）によってデジタル信号に変換され、変換されたデジタルデータの配列がオートフォーカス装置８の焦点量抽出手段１８及びノイズ検出手段２０に入力される。
【００３４】
図２に示すように、撮像素子４によって撮像された画像Ｐは、その周辺部を除いた部分に有効画面Ｐ１が設定されており、この部分に形成されている被写体の像が合焦の対象となる。焦点量抽出手段１８のバンドパスフィルター２４に入力されたデジタルデータは、その有効画面Ｐ１に相当する部分の画素データが抽出され、フィルタ演算によって所定の周波数帯域以外の周波数成分が除去される。本実施形態においては、バンドパスフィルター２４は、数百ｋＨｚ乃至数ＭＨｚの帯域の周波数成分を通過させる。一般に、輝度信号は、被写体の像が撮像素子４に合焦したとき高周波成分を多く含み、合焦から遠ざかるにつれて高周波成分が少なくなる。このため、上記帯域の周波数成分の量によって合焦を判定することができる。
【００３５】
整流手段２６は、バンドパスフィルター２４を通過したデジタルデータの絶対値を計算し、即ち、マイナスの値を持つデータの符号を反転して、すべてのデジタルデータがプラスの値を持つように変換して出力する。積分手段２８は、整流手段２６から出力されたデジタルデータを１つの有効画面Ｐ１全体に亘って加算して、焦点量Ｆ１を計算する。
【００３６】
整流手段２６によって計算された焦点量は、制御手段２２に入力される。制御手段２２は、入力された焦点量Ｆ１をメモリに記憶し、撮像レンズ２のフォーカスレンズ２ａを第１の方向に所定距離移動させるように、モータドライバ１０に指令信号を送る。指令信号を受けたモータドライバ１０は、指令信号に従ってフォーカスレンズ２ａを移動させる。フォーカスレンズ２ａが移動すると撮像素子４上に形成される像が変化する。撮像素子４は上記のように、受光した光に応じた電気信号を生成し、この電気信号は、処理回路６を経て焦点量抽出手段１８に入力される。焦点量抽出手段１８は、上記と同様の信号処理を行って、新たな焦点量Ｆ２を制御手段２２に出力する。制御手段２２は、先に入力された焦点量Ｆ１と新たな焦点量Ｆ２を比較し、焦点量Ｆ２の方が焦点量Ｆ１よりも大きい場合には、フォーカスレンズ２ａが合焦位置に近づいているので、先にフォーカスレンズ２ａを移動させた第１の方向にフォーカスレンズ２ａを所定距離移動させる。逆に、焦点量Ｆ１の方が焦点量Ｆ２よりも大きい場合には、フォーカスレンズ２ａが合焦位置から遠ざかっているので、先にフォーカスレンズ２ａを移動させた第１の方向とは反対の第２の方向にフォーカスレンズ２ａを所定距離移動させる。
【００３７】
制御手段２２は、この動作を繰り返すことによって、焦点量Ｆが増大する方向にフォーカスレンズ２ａを移動させる。焦点量Ｆが増大するようにフォーカスレンズ２ａを第１の方向に移動させていくと、やがてフォーカスレンズ２ａは合焦位置を通り過ぎ、焦点量Ｆは減少する。焦点量Ｆが減少に転じると、制御手段２２は、フォーカスレンズ２ａを１回のステップで移動させる距離を減少させ、フォーカスレンズ２ａを第１の方向とは反対の第２の方向に移動させる。以下、この動作を繰り返すことによって、制御手段２２は、フォーカスレンズ２ａを合焦位置に移動させる。ここで、フォーカスレンズ２ａを１回のステップで移動させる距離は短いほど、フォーカスレンズ２ａを高精度で合焦位置に移動させることができ、また、コントラストが低い画像においてもフォーカスレンズ２ａを合焦位置に移動させることができる。しかしながら、１ステップの移動距離が短くなると輝度信号に含まれるノイズの影響を受けやすくなるので、ノイズレベルに比べて１ステップの移動距離が小さすぎると、フォーカスレンズ２ａの位置を合焦位置に収束させることができなくなったり、焦点量の最大値以外の点を誤って合焦位置と認識してしまう場合がある。制御手段２２に内蔵されたパラメータ調整手段３６は、ノイズ検出手段２０によって検出されたノイズレベルに基づいて、フォーカスレンズ２ａの１ステップの移動距離を調整する。
【００３８】
次に、ノイズ検出手段２０及びパラメータ調整手段３６の作用を説明する。処理回路６から出力され、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）によりデジタルデータに変換された輝度信号は、ノイズ検出手段２０の遅延手段３０及び相関手段３２に入力される。図３は、ノイズ検出手段２０に入力される各ラスタの画素データの配列を示す図である。図３に示すように、ノイズ検出手段２０には、ラスタＡ、ラスタＢ、ラスタＣ．．．に相当するデジタルデータが順次入力される。各ラスタのデータは、各ラスタに含まれる各画素に相当するデジタルデータが配列されたものである。即ち、ラスタＡには、画素データＡｎ、Ａｎ＋１、Ａｎ＋２．．．が含まれ、ラスタＢには、画素データＢｎ、Ｂｎ＋１、Ｂｎ＋２．．．が含まれる。
【００３９】
遅延手段３０は、入力されたデジタルデータのうち、有効画面Ｐ１内の画素に相当するデジタルデータをラスタ１本分記憶している。即ち、ラスタＢの各画素データが相関手段３２に入力されているときには、遅延手段３０には、１本前のラスタであるラスタＡの各画素データが記憶されている。相関手段３２は、数式１の演算を行うことにより、ラスタＡとラスタＢの相関値Ｒ１を計算する。
【数１】
2005156971.tif 000003
ここで、数式１中のｎは、各ラスタにおいて有効画面Ｐ１の左端の画素の番号であり、ｋは有効画面Ｐ１の右端の画素の番号である。なお、本実施形態においては、１画面は２４５本のラスタから構成され、各ラスタは６４０個の画素から構成されている。また、画面Ｐの中の有効画面Ｐ１は、上から２２本目から２２２本目までのラスタの、左から５０個目から５９０個目の画素で構成されている。従って、数式１のｎを５０、ｋを５９０とすることによって、有効画面Ｐ１内のラスタＡとラスタＢの間の相関値を計算することができる。
【００４０】
相関手段３２は、まず、有効画面Ｐ１内の最も上のラスタであるラスタＡと、２番目のラスタであるラスタＢとの間の相関値Ｒ１を計算する。次に、相関手段３２は、数式１と同様の数式２を用いて、２番目のラスタであるラスタＢと３番目のラスタであるラスタＣとの間の相関値Ｒ２を計算する。
【数２】
2005156971.tif 000004
ここで、相関手段３２が相関値Ｒ１を計算する際には、遅延手段３０はラスタＡの各画素データを保持している必要があるが、相関値Ｒ２を計算する際には、遅延手段３０はラスタＢの各画素データだけを保持していれば足りるので、前に保持していたラスタＡの各画素データを保存しておく必要がない。従って、遅延手段３０は、最低、ラスタ１本分の画素データを保持するだけのメモリを備えていれば良い。
【００４１】
以下同様に、相関手段３２は、有効画面Ｐ１内の最も下のラスタと下から２番目のラスタの間の相関値であるＲ２００までを順次計算する。積分手段３４は、相関手段３２によって順次計算された各相関値を加算し、有効画面Ｐ１全体の相関値を加算した結果を制御手段２２のパラメータ調整手段３６に送る。
【００４２】
次に、相関値Ｒについて説明する。ラスタＡの画素データＡｎは、輝度信号成分をＳ（ｘ，ｙ）、オートゲインコントローラ１２等の発生するノイズ成分をＮ（ｔ）とすると、
【数３】
2005156971.tif 000005
と表すことができる。ここで、輝度信号成分は、画素Ａｎの画面上の座標（ｘ，ｙ）に依存する成分であるのでＳ（ｘ，ｙ）と表示することができ、ノイズ成分は画面上の座標には依存せず、時間ｔの経過に伴って変化する成分であるのでＮ（ｔ）と表示することができる。一方、ラスタＢの画素データＢｎは、同様に、
【数４】
2005156971.tif 000006
と表すことができる。ここで、画素データＢｎは、画素Ａｎよりも画素１本分に相当するΔｙだけ下方に位置するので輝度信号成分をＳ（ｘ，ｙ＋Δｙ）として表すことができ、画素Ａｎのデータよりもラスタ１本分ｈ＝６３．５μｓｅｃ時間が経過した後で入力されるのでノイズ成分をＮ（ｔ＋ｈ）として表すことができる。
【００４３】
次に、数式３と数式４の差の絶対値を計算すると、
【数５】
2005156971.tif 000007
となる。ここで、ラスタＡとラスタＢは隣接するラスタであるため、それらの輝度信号成分の相関性が高いので、一般に、
【数６】
2005156971.tif 000008
の関係が成り立つ。これに対して、ノイズ成分は隣接するラスタにおいても相関性が低いランダムに変化する成分であるため、
【数７】
2005156971.tif 000009
となる。従って、数式５は、
【数８】
2005156971.tif 000010
と変形することができる。このため、数式５の値をラスタの有効画面Ｐ１内に含まれる画素全体に亘って加算した相関値Ｒ１はノイズ成分の大きさを表す指標となり、各相関値Ｒを有効画面Ｐ１全体に亘って加算した値は、有効画面Ｐ１全体のノイズレベルを表す指標となる。
【００４４】
しかしながら、ノイズレベルを検出するために使用する信号は、必ずしも隣接するラスタの輝度信号でなくても良い。例えば、ラスタ５本分以内程度の間隔を隔てた、近接するラスタの映像信号を使用してノイズレベルを検出することも可能であり、或いは、同一フレーム内の相関性の高い任意の映像信号の相関関係に基づいてノイズレベルを検出することも可能である。また、ノイズレベルを検出するために使用する映像信号は、必ずしも輝度信号でなくても良く、Ｒ、Ｇ、Ｂの各カラー信号、複合映像信号等に基づいてノイズレベルを検出することもできる。
【００４５】
制御手段２２に内蔵されたパラメータ調整手段３６は、積分手段３４によって計算されたノイズレベルに基づいて、制御手段２２の制御パラメータを変化させる。本実施形態においては、パラメータ調整手段３６は、制御パラメータの１つとして、制御手段２２が１ステップでフォーカスレンズ２ａを移動させる移動量を調整する。即ち、パラメータ調整手段３６は、ノイズレベルが高い場合には、フォーカスレンズ２ａを１ステップで移動させる移動量を大きくして、フォーカスレンズ２ａが誤った合焦位置に収束するのを防止し、ノイズレベルが低い場合には、フォーカスレンズ２ａを１ステップで移動させる移動量を小さくして、フォーカスレンズ２ａを高い精度で合焦位置に収束させる。
【００４６】
また、ビデオカメラにおけるオートフォーカス装置、又は、スチルカメラにおけるコンティニュアスモード（被写体に連続的に合焦させるオートフォーカス装置の動作モード）においては、フォーカスレンズ２ａが合焦位置に収束した後、焦点量が所定の閾値以上変化すると、制御手段２２は、被写体又はカメラが移動したものと判定して再び合焦動作を開始する。しかしながら、焦点量Ｆは、フォーカスレンズ２ａが合焦位置にある場合においても、ノイズの影響により変動する。パラメータ調整手段３６は、ノイズレベルが高い場合には、被写体又はカメラが移動したと判定する制御パラメータである閾値を大きくし、ノイズレベルが低い場合には閾値を小さくする。
【００４７】
本発明の実施形態のカメラによれば、映像信号に含まれるノイズレベルを検出してフォーカスレンズの１ステップの移動量を可変するので、ノイズレベルが高い場合にも確実に合焦させることができると共に、ノイズレベルが低い場合には、高い精度で合焦させ、また、コントラストの低い画像でも合焦させることができる。また、本発明の実施形態のカメラによれば、ノイズレベルを検出して合焦動作を開始する閾値を変化させているので、ノイズレベルが高い場合には、不要な合焦動作を回避することができると共に、ノイズレベルが低い場合には、合焦動作の追従性を高くすることができる。また、映像信号に基づいてノイズレベルを検出しているので、ノイズレベルを検出するための特別な信号の入力を必要としない。さらに、撮像素子によって撮像された１画面毎にノイズレベルを検出しているので、応答性良く合焦させることができる。
【００４８】
なお、上述した実施形態では、処理回路から順次入力される各ラスタの輝度信号は、画面上でも夫々隣接するものとして説明しているが、飛び越し走査（インターレース）されている映像信号においては、ラスタ１本ずつ飛び越しながら走査される２つのフィールドで１フレームの画像が構成されている。従って、飛び越し走査されている映像信号においては、処理回路から順次入力される各ラスタは、画面上ではラスタ１本分間隔を隔てられている。この場合において、本明細書における「隣接するラスタ」の用語は、時間的に続いて入力される同一フィールド内のラスタ、及び、１フレームの画面上で空間的に隣接した異なるフィールドに含まれるラスタの両方を意味するものとする。
【００４９】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態では、オートフォーカス装置を備えた撮像レンズ付きのカメラについて説明したが、本発明を、レンズ交換可能な、レンズマウントを有するオートフォーカス装置を備えたカメラ本体として実施することもできる。この場合、交換した撮像レンズを通して撮像素子に形成された像を基にノイズレベルを検出しているので、撮像レンズの違いによる影響を排除することができる。また、上述した実施形態のカメラに備えられたオートフォーカス装置を、ユニットとして単体で実施することもできる。
【００５０】
さらに、上述した実施形態では、処理回路をアナログ回路で、オートフォーカス装置をデジタル回路で構成しているが、Ａ／Ｄ変換器を使用せずに全体をアナログ回路で構成しても良いし、上述した実施形態とは異なる位置にＡ／Ｄ変換器を挿入して、処理回路又はオートフォーカス装置の一部をアナログ回路で構成するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態のカメラの構成を示すブロック図である。
【図２】撮像素子によって撮像される画像の中の合焦の対象となる有効画面を示す図である。
【図３】相関演算の対象となる各ラスタの画素データの配列を示す図である。
【図４】従来の山登り制御によるオートフォーカス装置を有するカメラのブロック図である。
【図５】フォーカスレンズの位置と焦点量の関係を示すグラフである。
【図６】映像信号にノイズが混入した場合におけるフォーカスレンズの位置と焦点量の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５２】
１      本発明の実施形態のカメラ
２      撮像レンズ
２ａ    フォーカスレンズ
４      撮像素子
６      処理回路
８      オートフォーカス装置
１０    モータドライバ
１２    オートゲインコントローラ
１４    プロセス回路
１６    レベル検出器
１８    焦点量抽出手段
２０    ノイズ検出手段
２２    制御手段
２４    バンドパスフィルター
２６    整流手段
２８    積分手段
３０    遅延手段
３２    相関手段
３４    積分手段
【図１】
2005156971.tif 000011
【図２】
2005156971.tif 000012
【図３】
2005156971.tif 000013
【図４】
2005156971.tif 000014
【図５】
2005156971.tif 000015
【図６】
2005156971.tif 000016