(57)【要約】【課題】  従来の自動焦点調節装置においては、フォーカスレンズを動かして高周波成分の増加・減少の様子を見るという“状況判断のための動作期間”を、本来の目的である焦点調節のため以外に別途設ける必要があり、焦点調節速度が低下する。【解決手段】  明るさ制御ブロック１５により絞り機構１２の開閉制御（明るさ制御）を行う。絞り機構１２が開状態の時の撮像信号に含まれる第１の高周波成分と、絞り機構１２が閉状態の時の撮像信号に含まれる第２の高周波成分との変化量を信号処理ブロック１４により算出し、その大小により、状況判定ブロック１６１が当該被写体のコントラスト判断並びに、その時点での合焦度合いの判断の判定を行う。この判定結果に基づき、フォースレンズ制御ブロック１６２によりフォーカスレンズ１１の移動速度を、低コントラストや大ボケ状態であるならば、高周波成分の増減量を稼ぐため、大きい値に設定する。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動信号により移動可能なフォーカスレンズを通過した被写体からの入射光を、開閉制御される絞り機構を介して撮像素子に入射させ、前記撮像素子から得られる撮像信号の高周波成分のレベルに基づき、前記フォーカスレンズを合焦位置に移動制御する自動焦点調節装置であって、
前記絞り機構の開閉制御を行う開閉制御手段と、
前記絞り機構が開状態の時の前記撮像信号に含まれる第１の高周波成分と、前記絞り機構が閉状態の時の前記撮像信号に含まれる第２の高周波成分との変化量を算出する変化量算出手段と、
算出された前記変化量の大小に基づき、当該被写体のコントラスト高低判定並びにその時点での合焦度合いの判定を行う状況判定手段と、
前記状況判定手段の判定結果に応じて、前記フォーカスレンズの移動速度を制御する移動制御手段と
を有することを特徴とする自動焦点調節装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動焦点調節装置に係り、特にビデオカメラ等において、撮像信号の高周波成分を利用した山登り方式の自動焦点調節装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像信号の高周波成分を利用した山登り方式の自動焦点調節装置を備えたビデオカメラ等の撮像装置が従来より知られている。この山登り方式の自動焦点調節装置では、撮像した撮像信号の所定の高周波成分の最大値を検出することで、フォーカスレンズの合焦位置であるジャストピント位置（所謂、ジャスピン位置）の決定を行う。ここで、上記の高周波成分の最大値の検出は、フォーカスレンズの移動に対応して変化する上記の高周波成分の増加・減少の検出で行われる。
【０００３】
しかし、被写体のコントラストが低い場合、ジャスピン位置に至った状態でも生成される撮像信号の高周波成分は小さい。このことは、焦点調節を行う過程で上記の高周波成分の増加・減少の検出の感度が低いことを示す。従って、被写体のコントラストが低い場合に上記の高周波成分の最大値の検出を感度良く行うためには、フォーカスレンズを被写体に対して前後に大きく動かす必要がある。
【０００４】
これとは別に、コントラストが高い被写体であっても、ジャスピン位置から大きく隔たった大ボケ状態においては、上記の高周波成分の増加・減少の検出感度が低いので、同じく上記の高周波成分の最大値の検出を感度良く行うためには、フォーカスレンズを被写体に対して前後に大きく動かす必要がある。このように、焦点調節過程でのフォーカスレンズの移動量は状況に応じて選択されなければならない。
【０００５】
そこで、従来は、焦点調節過程でフォーカスレンズを動かす前の段階で、上記状況（“当該被写体のコントラスト高低判定”並びに“その時点での合焦度合いの判定”）を判断するために、まず、コントラストの高低を調べる（感度の高低を調べる）ために、高速で大きくフォーカスレンズを往復動作させて撮像した撮像信号の高周波成分の増加・減少の様子を見た後、続いて、低速〜中速でとりあえずフォーカスレンズを動かしてみて、撮像した撮像信号の高周波成分の増加・減少の様子を見るようにしている。
【０００６】
また、被写体のコントラストが低い場合に、上記の高周波成分の最大値の検出を短時間で行うようにした自動焦点調節装置も従来より知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１記載の従来の自動焦点調節装置では、撮影レンズをその繰出し方向と繰込み方向とに駆動する駆動手段と、焦点検出不能時における撮影レンズの駆動速度を繰出し方向と繰込み方向とで異ならせる駆動制御手段とを備え、撮影レンズの駆動速度が遅い一方向のときに撮影レンズが合焦位置に達することで確実に焦点の検出を行い、また、他方向に撮影レンズが駆動されるときは、一方向に駆動されるときよりも速くなるため、全体としての焦点検出動作に要する処理時間を短くすることができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２９６４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかるに、上記の山登り方式の従来の自動焦点調節装置においては、焦点調節過程でフォーカスレンズを動かす前の段階で、フォーカスレンズの移動量を選択するための情報を得るために、まずフォーカスレンズを高速で大きく往復動作させた後、低速〜中速でとりあえずフォーカスレンズを動かして高周波成分の増加・減少の様子を見るという“状況判断のための動作期間”を、本来の目的である焦点調節のため以外に別途設ける必要があり、焦点調節速度低下の一因になっている。
【０００９】
また、特許文献１記載の従来の自動焦点調節装置においては、被写体のコントラストが低い場合に、焦点検出不能時における撮影レンズの駆動速度を繰出し方向と繰込み方向とで異ならせることにより、上記の高周波成分の最大値の検出を短時間で行うようにしたものであり、コントラストが高い被写体であっても、ジャスピン位置から大きく隔たった大ボケ状態については考慮されていない。
【００１０】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、被写体のコントラストが低い状態やコントラストが高い被写体であっても、ジャスピン位置から大きく隔たった大ボケ状態であっても、状況判断のための動作期間”を不要とし、もって、焦点調節動作に要する時間を短縮し得る自動焦点調節装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するため、本発明は、駆動信号により移動可能なフォーカスレンズを通過した被写体からの入射光を、開閉制御される絞り機構を介して撮像素子に入射させ、撮像素子から得られる撮像信号の高周波成分のレベルに基づき、フォーカスレンズを合焦位置に移動制御する自動焦点調節装置であって、絞り機構の開閉制御を行う開閉制御手段と、絞り機構が開状態の時の撮像信号に含まれる第１の高周波成分と、絞り機構が閉状態の時の撮像信号に含まれる第２の高周波成分との変化量を算出する変化量算出手段と、算出された変化量の大小に基づき、当該被写体のコントラスト高低判定並びにその時点での合焦度合いの判定を行う状況判定手段と、状況判定手段の判定結果に応じて、フォーカスレンズの移動速度を制御する移動制御手段とを有する構成としたものである。
【００１２】
この発明は、以下の点に着目してなされたものである。すなわち、コントラストの高い被写体のジャスピン位置近傍状態における撮像信号は、多量の高周波成分を含んでいる。また、コントラストの低い被写体のジャスピン位置近傍状態における撮像信号は、少量の高周波成分しか含まない。従って、ジャスピン位置近傍においては、絞り機構を開閉して露出を変更した場合、コントラストの高い被写体では大幅な高周波成分の変化が現れ、コントラストの低い被写体では小幅な高周波成分の変化しか現れない。
【００１３】
また、ジャスピン位置から大きく隔たった大ボケ状態では、絞り機構を開閉して露出を変更しても、被写体のコントラストの高低に関係なく、双方共に高周波成分の変化幅は小さい。これらの事実より、絞り機構を開閉して露出を変更した場合に“高周波成分の変化幅が小さい。”という現象が現れたならば、以下の２状態のいずれかである可能性が高いと推定される。
【００１４】
（１）コントラストの高い被写体を大ボケの状態で撮像している。
【００１５】
（２）コントラストの低い被写体を撮像している。
上記の２状態であるか、その他の状態（コントラストがある程度はある、又は大ボケではない）であるか、が判定（判別）できれば、その後の焦点調節動作に関して、“フォーカスレンズ移動速度をどのように設定するべきなのか”の判定が可能となる。上記（１）、（２）であるならば、フォーカスレンズ移動速度は、高周波成分の増減量を稼ぐため、大きい値に設定されなければならない。
【００１６】
一般的に市販されている自動焦点調節機能を有するカメラは撮影時の明るさが変化した場合（入射してくる光量が変化した場合）、撮影画像として適切な露出状態となるように、絞り機構の開閉をする等して、自動露出制御（光量制御）を行う。また、この“明るさが変化する場合”には、かなり高い確率で“被写体が変化した場合”が含まれ、“焦点調節動作を行う必要が生じている場合”である可能性が高い。
【００１７】
従って、絞り機構の開閉制御（明るさ制御）を行った時に、絞り機構が開状態の時の撮像信号に含まれる第１の高周波成分と、絞り機構が閉状態の時の撮像信号に含まれる第２の高周波成分との変化量の大小により、“当該被写体のコントラスト判断”並びに“その時点での合焦度合いの判断”の判定を行うことができ、“フォーカスレンズ移動速度をどのように設定するべきなのか”の判定が可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、絞り機構の開閉制御（明るさ制御）を行った時の撮像信号に含まれる高周波成分の変化量の大小により、“当該被写体のコントラスト判断”並びに“その時点での合焦度合いの判断”の判定を行い、その判定結果に基づき、フォーカスレンズ移動速度を設定するようにしたため、“状況判断のための動作期間を別途設ける”ことを省略することができ、かつ、フォーカスレンズの初動移動量を適切な値に設定できるので（“低コントラスト”，“大ボケ状態”であるならば、“フォーカスレンズ移動速度”を高周波成分の増減量を稼ぐため、大きい値に設定する。）、かなりの頻度で焦点調節動作の高速化を図ることができ、焦点調節動作に要する時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。図１は本発明になる自動焦点調節装置の一実施の形態のブロック図、図２は図１の動作説明用フローチャートを示す。図１において、被写体（図示せず）からの入射光は、フォーカスレンズ１１により撮像素子１３の受光面に結像するように集束された後、絞り機構（アイリス）１２を通して撮像素子１３に入射され、ここで光電変換され、更に所定の信号処理が行われて撮像信号に変換される。
【００２０】
上記の撮像信号は、信号処理ブロック１４に供給され、ここで後述するように山登り方式で定められた所定の高周波成分が算出されると共に、明るさ評価が行われ、その出力信号が明るさ制御ブロック１５及びオートフォーカス制御ブロック１６内の状況判定ブロックに供給される。明るさ制御ブロック１５は信号処理ブロック１４からの信号に基づき、絞り機構１２の開閉制御を行う。また、オートフォーカス制御ブロック１６は、状況判定ブロック１６１及びフォーカスレンズ制御ブロック１６２からなり、その判定結果に基づき駆動回路１７に駆動信号を供給してフォーカスレンズ１１を移動制御する。
【００２１】
ここで、本実施の形態は、撮像信号の高周波成分を利用した山登り方式の自動焦点調節装置において、絞り機構（アイリス）１２の開閉等の露出制御（明るさ制御）を行った時に、撮像信号に含まれる高周波成分が変化する過程の情報から“当該被写体のコントラスト判定”並びに“その時点での合焦度合いの判定”を行い、その判定結果を焦点調節制御に利用することを特徴とした自動焦点調節装置であり、次に、その判定動作について更に詳細に説明する。以下の動作説明は絞り機構（アイリス）１２を絞る場合の動作説明であるが、これは一例である。
【００２２】
まず、明るさ制御ブロック１５により絞り機構（アイリス）１２を所定期間、開状態（又は閉状態）とした後、所定期間、閉状態（又は開状態）とする（図２のステップＳ１）。絞り機構（アイリス）１２が開状態で入射光を受光する撮像素子１３から出力されたときの撮像信号と、絞り機構（アイリス）１２が閉状態で入射光量が減少されたときの撮像素子１３からの撮像信号のそれぞれについて、信号処理ブロック１４において、山登り方式の所定の高周波成分が算出されて記憶され、それらの変化量が算定される（図２のステップＳ２）。
【００２３】
図３はコントラストの高い被写体において絞り機構（アイリス）１２を開閉して露出制御を行った場合の、撮像信号の高周波成分の変化の様子を示す。図３に示すように、絞り機構（アイリス）１２が開状態のときの撮像信号の高周波数成分はIで示すようにジャスピン位置で最大で、かつ、比較的大レベルであるのに対し、絞り機構（アイリス）１２を閉状態としたときは撮像素子１３への入射光量が減少するので、撮像信号に含まれる高周波成分は図３にIIで示すように減少する。また、図３から分かるように、撮像信号に含まれる高周波成分の変化量は、ジャスピン位置近傍ではIIIで示すように大きいが、ジャスピン位置から大きく隔たった大ボケの位置ではIVで示すように小さい。
【００２４】
これに対し、コントラストの低い被写体において絞り機構（アイリス）１２を開閉して露出制御を行った場合の、撮像信号に含まれる高周波成分の変化の様子は図４に示すようになる。図４にVで示すように、図３と同じく、絞り機構（アイリス）１２を閉じれば撮像素子１３への入射光量が減少するので、撮像信号に含まれる高周波成分は減少する。逆に絞り機構（アイリス）１２を開状態とした場合には、撮像信号に含まれる高周波成分は図４にVIで示すように増加する。
【００２５】
しかし、図４から分かるように、コントラストの低い被写体の撮像信号に含まれる高周波成分の変化量のうち、ジャスピン位置近傍の変化量VIIは、ジャスピン位置から大きく隔たった大ボケの位置の変化量VIIIと同程度付近まで大幅に低下する。
【００２６】
これらの図３と図４の現象を１つにまとめたものを図５に示す。図５から分かるように、絞り機構（アイリス）１２を開閉して露出制御を行った場合の撮像信号に含まれる高周波成分の変化量が小さいということは、以下の２状態である可能性が高いと推定される。
【００２７】
（１）コントラストの高い被写体を大ボケの状態で撮像している。
【００２８】
（２）コントラストの低い被写体を撮像している。
上記の（１）又は（２）の状態である場合は、単位フォーカスレンズ移動量に対する高周波成分の増加・減少量が小さくなる。これは、焦点調節を行う過程での高周波成分の増加・減少の検出感度が低いことを示す。
【００２９】
図６は“検出感度が低い場合”と“検出感度が高い場合”の２状態を示す図である。図６にIXで示す“検出感度が低い場合”のフォーカスレンズ位置対高周波成分特性から分かるように、“検出感度が低い場合”のフォーカスレンズの単位移動量に対する高周波成分の変化量はＡで示される。他方、図６にXで示す“検出感度が高い場合”のフォーカスレンズ位置対高周波成分特性から分かるように、“検出感度が高い場合”のフォーカスレンズの単位移動量に対する高周波成分の変化量はＢで示され、Ｂ＞Ａである。
【００３０】
この時、自動焦点調節機構の最小検出感度がＢであったとすると、“検出感度が高い場合”にはフォーカスレンズの単位移動で焦点調節情報が得られるが、“検出感度が低い場合”にはフォーカスレンズの単位移動では焦点調節情報が得られないことになる。図６では“検出感度が低い場合”に“最小検出感度：Ｂ”を得るには、“ｎ倍のフォーカスレンズの単位移動”が必要である。すなわち、“検出感度が低い場合”に最小検出感度を確保するためには、フォーカスレンズ１１を大きく動かす必要がある。
【００３１】
そこで、本実施の形態では、図１の状況判定ブロック１１により、絞り機構（アイリス）１２を開閉して行う露出制御により得られる撮像信号に含まれる高周波成分の変化量から、現状おかれている状態が“検出感度が低い状態”か“検出感度が高い状態”かを判定し、その判定結果に基づき、フォーカスレンズ制御ブロック１６２が現状の状態に最も適したフォーカスレンズ移動量を与える駆動信号を生成して駆動回路１７に供給し、駆動回路１７によりフォーカスレンズ１１の移動速度（単位移動量）を制御する（図２のステップＳ３）。
【００３２】
これにより、本実施の形態によれば、焦点調節動作において適切なフォーカスレンズ移動量を設定する（“低コントラスト”，“大ボケ状態”であるならば、“フォーカスレンズ移動速度”を高周波成分の増減量を稼ぐため、“高コントラスト”に比べて大きい値に設定する。）ことが可能となり、その結果、焦点調節動作に要する時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施の形態のブロック図である。
【図２】図１の制御動作説明用フローチャートである。
【図３】コントラストの高い被写体において絞り機構（アイリス）を開閉して露出制御を行った場合の、撮像信号の高周波成分の変化の様子を示す図である。
【図４】コントラストの低い被写体において絞り機構（アイリス）を開閉して露出制御を行った場合の、撮像信号の高周波成分の変化の様子を示す図である。
【図５】図３と図４をまとめて示す図である。
【図６】“検出感度が低い場合”と“検出感度が高い場合”の２状態におけるフォーカスレンズ位置対高周波成分特性を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１１  フォーカスレンズ
１２  絞り機構（アイリス）
１３  撮像素子
１４  信号処理ブロック
１５  明るさ制御ブロック
１６  オートフォーカス制御ブロック
１６１  状況判定ブロック
１６２  フォーカスレンズ制御ブロック
【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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