(57)【要約】【課題】  画像信号に基づいて合焦制御を行う自動合焦装置において、おおボケの状態でも誤った合焦判定をする事の生じない正確かつ高速な合焦動作を行う。【解決手段】  撮影レンズの光学像から画像信号を生成する撮像手段と、前記画像信号から高域成分を検出して第１の検出結果を出力する第１の検出手段と、前記画像信号から輝度差成分を検出して第２の検出結果を出力する第２の検出手段と前記第１の検出結果と前記第２の検出結果から第１の情報を生成する第１の情報生成手段と、前記第１の情報生成手段により生成させた情報を微分する微分演算手段をもち、前記第１の情報生成手段と微分演算手段により生成させた情報にもとづいて前記光学レンズの焦点制御を行う制御手段とを備える。【選択図】  図１
2005345948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影レンズの光学像から画像信号を生成する撮像手段と、
前記画像信号から高域成分を検出して第１の検出結果を出力する第１の検出手段と、
前記画像信号から輝度差成分を検出して第２の検出結果を出力する第２の検出手段と前記第１の検出結果と前記第２の検出結果から第１の情報を生成する第１の情報生成手段と、
前記第１の情報生成手段により生成させた情報を微分する微分演算手段をもち、
前記第１の情報生成手段と微分演算手段により生成させた情報にもとづいて前記光学レンズの焦点制御を行う制御手段とを備えた事を特徴とする自動合焦制御装置。
【請求項２】
前記第１の情報生成手段は、前記第１の検出結果を前記第２の検出結果で除算して求める事を特徴とする請求項１記載の自動合焦制御装置。
【請求項３】
前記微分演算手段は前記第１の情報生成手段の出力の１次微分情報を生成する事を特徴とする請求項１記載の自動合焦制御装置。
【請求項４】
前記微分演算手段は前記第１の情報生成手段の出力の２次微分情報を生成する事を特徴とする請求項１記載の自動合焦制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像信号の高周波成分を用いて合焦動作を行うオートフォーカス装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像信号の高周波成分を用いて合焦動作を行うオートフォーカス装置にあっては、画像信号より、領域を指定して画像を取り出し、バンドパスなどのフィルタリング処理を行い、その信号の高周波成分を取り出し、この信号（以降ＡＦ評価値と称す）が最大となるところを合焦位置としてオートフォーカス動作を行っている。
【０００３】
この方式は合焦検出用の専用のセンサーや光学系を必要としないのでコストやスペース上有利な方式であり、なおかつ撮像用のセンサーを用いて合焦検出動作を行うことから、合焦精度も高く、ビデオカメラなどでは広く用いられている。
【０００４】
このＡＦ評価値の一般的な特性に関して図１３および図１４を用いて説明する。
【０００５】
図１３および図１４はＡＦ評価値およびＡＦ領域内の輝度差を示すグラフであり、図１３は反射率が９０：２の高コントラストのエッジチャートを用いた場合であり、図１４は反射率が９０：８０の低コントラストのエッジチャートを用いた場合のグラフである。
【０００６】
各々の図において横軸はディフォーカス量、左縦軸は評価値、右横軸はＡＦ領域内輝度差の最大値であり、（Ａ）はＡＦ評価値、（Ｂ）はＡＦ領域内の最大輝度差を表す。
【０００７】
ＡＦ評価値（Ａ）は横軸のディフォーカス量が０すなわち最もピントが合った状態で最大値を示す。
【０００８】
一方ＡＦ領域内の輝度差（Ｂ）はディフォーカス量が大きい領域ではチャートの高輝度部分と低輝度部分が交じり合うので輝度差が小さくなり、ディフォーカス量が小さくなるにつれて像がシャープになっていくので輝度差が大きくなり、最もピントが合った状態で最大値を示す。
【０００９】
これらのグラフに示す様にＡＦ評価値は被写体のコントラストによって異なるので、ＡＦ評価値の絶対値のみを用いて合焦近傍にあるか判断する事ができない。
【００１０】
しかしながら、これらの図のＡＦ評価値（Ａ）と輝度差（Ｂ）の相関関係に着目し、ＡＦ評価値（Ａ）を輝度差（Ｂ）で割ることにより被写体のコントラストによらず略一定の評価値が得られる事が特開平０６−２６８８９６号公報により開示されている。
【００１１】
図１５および図１６は図１３および図１４のＡＦ評価値（Ａ）を輝度差（Ｂ）で割った正規化ＡＦ評価値をしめている。これらの図に示す様にＡＦ評価値を輝度差で割ることにより合焦近傍では、被写体のコントラストによらず略一定のＡＦ評価値を得る事ができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら上記従来の方式では、基本的にビデオカメラを前提としており、使用する撮像素子のサイズが小さい（対角方向サイズが数ｍｍ程度）ために、レンズのテレ端での最大ディフォーカス量（レンズが無限の位置にあって、最至近の被写体の見た場合のディフォーカス量）はせいぜい１ｍｍ程度であるために大ボケ状態でのＡＦ動作に特に問題は生じなかったが、昨今の大きな撮像素子（対角方向サイズが２０ｍｍ以上）を用いたデジタルカメラに適応したばあい、最大ディフォーカス量が桁外れに大きくなり、ディフォーカスの大きな領域（図１４および図１５の左の領域）では高コントラストな被写体でも輝度差が小さくなり、結果的にＡＦ評価値を輝度差で割った正規化ＡＦ評価値が大きくなってしまい、大ボケ状態でも誤って合焦判定をしてしまう問題が生じた。
【００１３】
具体的な数値で説明すると、ビデオカメラ用の撮像センサーとして一般的に使われている１／４インチ型の撮像素子では、対角方向がわずか４．５ミリ程度であるためにたとえば１３５サイズの銀塩カメラ（対角サイズ４３ｍｍ）で３００ｍｍ望遠レンズに相当するビデオカメラ用のレンズの焦点距離は、わずか３２ｍｍ程度である。
【００１４】
このＣＣＤを用いて被写体の距離を２ｍとした場合の無限位置からのディフォーカス量を求めると
ディフォーカス量＝レンズ焦点距離×被写体距離／（被写体距離−レンズ焦点距離＝０．５２ｍｍ
であり、図１５および図１６で示す正規化評価値は大ボケ状態でも単調減少する領域であるので、誤って合焦判定してしまう事は生じない。
【００１５】
一方、レンズ交換式デジタルＳＬＲで多く用いられているいわゆるＡＰＳ−Ｃサイズと呼ばれている撮像素子の場合は、センサーの縦方向サイズが１５ｍｍ、横方向サイズが２３ｍｍ、対角サイズが２７ｍｍである。したがって１３５サイズ（対角線４３ｍｍ）に対する画面サイズ比は２７／４２＝０．６４であるので、１３５サイズの３００ｍｍの望遠レンズは３００ｍｍ×０．６４＝１９２ｍｍに相当する。
【００１６】
したがって、撮像レンズの焦点距離２００ｍｍ、被写体の距離を２ｍとした場合の無限位置からのディフォーカス量は、
ディフォーカス量＝レンズ焦点距離×被写体距離／（被写体距離−レンズ焦点距離）−レンズ焦点距離＝２２．２ｍｍ
となる。
【００１７】
図１５および図１６で示す正規化評価値のグラフからディフォーカス量２２ｍｍ時の正規化評価値を見ると、大ボケ状態にもかかわらず増大しており、大ボケ状態にもかかわらず、誤って合焦判定してしまう問題が生じてしまう。
【００１８】
また、合焦近傍に着目すると、合焦近傍ではＡＦ評価値が急激に変化するので、ピントのピークを検出するためには、経験的にほぼＦδずつレンズを移動させてＡＦ評価値のピークを見つけなければ、ピント精度が悪くなってしまう。
【００１９】
例えば焦点距離２００ｍｍＦ値１．８のレンズを使用して、ディフォーカス量２２ｍｍの位置から、合焦方向にレンズを駆動して合焦動作をした場合に、δ＝３３μｍとすると、Ｆδ＝３３μｍ×１．８＝５９．４μｍであり、合焦位置に行き着くまでには、０．０５９４［ｍｍ］／２２［ｍｍ］＝３７０回もレンズを駆動してＡＦ評価値を演算する必要があり、例えば６０Ｈｚ画像を取り込み、ＡＦ評価値を演算した場合に合焦位置に到達するには３７０×１／６０＝６．１７秒もかかってしまう。
【００２０】
本発明は上記に鑑みなされたもので、本発明の目的は、画像信号に基づいて合焦制御を行う自動合焦装置において、大ボケ状態でも誤った合焦判定をする事の生じない正確な、また、高速に合焦動作が可能な自動合焦装置を提供する事である。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために本発明では、撮影レンズの光学像から画像信号を生成する撮像手段と、前記画像信号から高域成分を検出して第１の検出結果を出力する第１の検出手段と、前記画像信号から輝度差成分を検出して第２の検出結果を出力する第２の検出手段と前記第１の検出結果と前記第２の検出結果から第１の情報を生成する第１の情報生成手段と、前記第１の情報生成手段により生成させた情報を微分する微分演算手段をもち、前記第１の情報生成手段と微分演算手段により生成させた情報にもとづいて前記光学レンズの焦点制御を行う制御手段とを備えた事を特徴とする。
【００２２】
また、合焦近傍を検知するまでは、レンズを高速で動かし、合焦近傍を検知したらレンズの駆動速度を変更し、正確に合焦動作を行う合焦制御装置を有することを特徴とする。
【００２３】
（作用）
これにより大きなサイズの撮像素子に望遠系レンズを装着した際に発生する大ディフォーカス状態でも誤った合焦判定をする事の生じない正確な自動合焦装置を実現するとともに、合焦近傍を検知するまでは、高速でレンズを駆動し、合焦近傍を検知したらレンズ駆動速度を変更して、正確にＡＦ合焦させることにより、高速に合焦動作を行う事ができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明した様に本発明によれば、撮影レンズの光学像から画像信号を生成する撮像手段と、前記画像信号から高域成分を検出して第１の検出結果を出力する第１の検出手段と、前記画像信号から輝度差成分を検出して第２の検出結果を出力する第２の検出手段と前記第１の検出結果と前記第２の検出結果から第１の情報を生成する第１の情報生成手段と、前記第１の情報生成手段により生成させた情報を微分する微分演算手段をもち、前記第１の情報生成手段と微分演算手段により生成させた情報にもとづいて前記光学レンズの焦点制御を行う制御手段とを備えた事を特徴とする。
【００２５】
また、合焦近傍を検知するまでは、レンズを高速で動かし、合焦近傍を検知したらレンズの駆動速度を変更し、正確に合焦動作を行う合焦制御装置により、大きなサイズの撮像素子に望遠系レンズを装着した際に発生する大ディフォーカス状態でも誤った合焦判定をする事の生じない正確な自動合焦装置を実現する事ができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（第１の実施形態）
以下図面を参照して本発明の第１の実施形態の詳細を説明する。
【００２７】
図１は本発明を電子カメラに適用して実施したカメラシステムの全体の構成を示すブロック図である。同図において、１は撮影レンズ、２は光量を調節する絞り、３は撮像素子であるＣＣＤ、４はＣＣＤの画像信号を増幅するアンプ、５は撮像素子３の画像出力をデジタルデータに変換するＡ／Ｄコンバータ、６はデジタル化された画像信号から、領域を指定してＡＦ評価値を演算したり、各画素情報から色合成を行い、ガンマ処理などを行った後に圧縮画像を作成する画像信号処理回路であり、７は画像信号処理回路の出力を、ＬＣＤモニタ８に表示するためのＬＣＤ駆動回路である。
【００２８】
９は撮像レンズ１を光軸方向に駆動し、フォーカシングする為のフォーカシングモータであり、１０はフォーカシングモータ９を駆動するための駆動回路であり、１１は絞り２を駆動するための絞り駆動モータであり、１２は絞り駆動モータ１１を駆動するための駆動回路である。なお、本例ではフォーカシングモータおよび絞り駆動モータはステッピングモータで構成しているので、初期位置出しを行えば、フォーカシングレンズの位置または絞りの位置は絶対位置として管理できる。１３は撮像素子であるＣＣＤ３を駆動するためのＣＣＤ駆動回路であり、１４は撮像した画像を保存するためのメモリである。１５はＡＦ動作および全体の動作を制御するマイコンである。１６はレンズ位置検知ＳＷであり、１７は至近端パターン、１８は無限端パターンであり、レンズの位置決めとともに範囲外への移動を抑制する。
【００２９】
次に図２は画像信号処理回路６の中のＡＦ評価信号の生成部を示すブロック図である。同図に於いて６１はゲート回路、６２は全画像信号の中からＡＦ領域として設定された領域の画像信号を取り出す為のタイミングジェネレータ、６３は公知のデジタルローパスフィルタ、６４は公知のハイパスフィルタで、シフトレジスタによるディレイ回路６５と減算回路６６から構成される。６７は公知の絶対値回路で、６８は画像信号１ライン中の中から生成されたＡＦ評価値の最大値ホールド回路で、６９は画像信号１ライン中の最大輝度ホールド回路で、７０は画像信号１ライン中の最小輝度ホールド回路で、７１は画像信号の中のＡＦ演算エリアの各ラインの評価値最大値、最大輝度、最小輝度を保存するＡＦメモリであり、保存された情報をマイコン１５に出力する。
【００３０】
次に図３および図４を用いて撮像素子３のＡＦ領域を説明する。
【００３１】
図３の２０は撮像素子３の全撮像領域で、２１はＡＦ領域を示す。この領域は大きさ、位置を限定する必要はないが、あまり広くすると小さい被写体で背景に引かれやすくなるので、本実施例では全画面の中心の、上下左右ともに全画面サイズのそれぞれ１／４程度の領域をＡＦ領域にしている。
【００３２】
図４は図３のＡＦ領域２１を拡大して示したものであり、所定の画素サイズで２次元に構成されており、本例では横方向１ライン毎にＡＦ処理を行っている。
【００３３】
この撮像素子の出力は、センサーの一番上のラインの左側の画素からアンプ４で増幅されてＡ／Ｄコンバータ５でデジタル信号に変換された後に画像信号処理回路の中のＡ／Ｄ入力端子信号からゲート回路６０に入力される。この際タイミングジェネレータ６１は画面のＡＦ領域を指定して、必要な領域になるとゲート回路６０を開き後方のローパスフィルター６３に画像信号を伝達する。そして１ラインのＡＦ領域の取り込みが終わると、再びゲート回路６０を閉じて、ＡＦ評価値最大値ホールド回路６８、最大輝度ホールド回路６９、最小輝度ホールド回路７０のホールドされた各データをＡＦメモリ７１に転送させる。したがってＡＦメモリ７１にはＡＦ領域の各ラインのＡＦ評価値最大値、最大輝度、最小輝度が保存される。
【００３４】
次に図５および図６はマイコン１５にプログラムされたＡＦ制御フローのフローチャートを示す。
【００３５】
不図示のＡＦ開始ボタンをオンすると、ＡＦの初期化処理として、各メモリデータを初期化する（Ｓ１００）。至近端ＳＷ１６および無限端ＳＷ１７を読み込み、レンズが至近端に行き当たっていたらＳ１０２に分岐し、無限端に突き当たっていたらＳ１０３に分岐し、突き当たり状態でなければＳ１０６に分岐する（Ｓ１０１）。至近端に突き当たった場合は、フォーカシングモータ駆動中の場合はフォーカシングモータの駆動を停止し、モータの駆動方向を無限方向に変更するとともに、駆動方向反転回数のカウンターである反転カウントを１増加する（Ｓ１０２）。無限端に突き当たった場合は、フォーカシングモータ駆動中の場合はフォーカシングモータの駆動を停止し、モータの駆動方向を至近方向に変更するとともに、駆動方向反転回数のカウンターである反転カウントを１増加する（Ｓ１０３）。無限端に突き当たった場合で、反転回数が２回以上の場合は、ＡＦ動作を終了させるためにＳ１０５に進み、２回未満の場合はＳ１０６に進む（Ｓ１０４）。反転回数が２回以上の場合、すなわち至近方向から無限方向に全域サーチしても合焦できない場合は、モニタ用ＬＣＤ８に合焦不能表示を出してＡＦ動作を終了する（Ｓ１０５）。
【００３６】
一方ＡＦ動作を続行する場合は、画像信号処理回路６のＡＦメモリ７０からＡＦ領域全ラインの最大評価値、最大輝度、最小輝度を読み込む（Ｓ１０６）。次に各ライン毎にＡＦ評価値最大値を最大輝度と最小輝度の差で割りＡＦ正規化処理を行い、演算された各ラインの正規化評価値を加算し、ＡＦエリアの画素ライン数で割ったものを今回の正規化評価値とする。（Ｓ１０８）。次にＳ１０６で求めたＡＦ評価値をフォーカスレンズ駆動量を基準にして１回微分する。すなわち、今回のＡＦ評価値から、前回のＡＦ評価値を減算し、今回のレンズ位置から前回のレンズ位置を減算したもので除算する。
【００３７】
図７はこの微分したＡＦ評価値を示す図である。図７の（Ａ）は前述したＡＦ評価値を輝度差で除算した、正規化したＡＦ評価値であり、（Ｂ）はこのＡＦ評価値を１回微分した信号である。
【００３８】
この１次微分信号はＡＦ評価値の変化が大きければ大きいほど大きな値として、検出されるので、ディフォーカス量の大きい領域（図７の左側でディフォーカス量が１５ｍｍ以上の領域）で、正規化したＡＦ評価値（Ａ）がなだらかに持ち上がっている様な領域でもほとんど微分信号は発生せず、合焦近傍領域で急激に微分信号が発生する。したがって、この微分信号を検出していれば合焦近傍にきた事を容易に検出することができる。
【００３９】
また、図８は図７の合焦近傍部分を拡大したものである。同図に於いて（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は図７と同一である。この１次微分信号（Ｂ）の傾きが０の点（Ｐ０）または（Ｐ１）はＡＦ評価値（Ａ）の変曲点をしめす。つまり上に凸から下に凸に切り替わるポイントであり、ＡＦ評価値（Ａ）としては合焦点のきわめて近傍を示す。１次微分信号（Ｂ）が０となる点（Ｐ２）はＡＦ評価値（Ａ）が変曲点をしめし、合焦点をあらわす。
【００４０】
次に、ＡＦ評価値の微分処理が終わると、ＡＦ処理回数カウンターであるＡＦカウントを１増加させる（Ｓ１０９）。
【００４１】
ＡＦカウントが２回未満の場合すなわちＡＦ処理をまだ１回しかしていない場合は、ＡＦ評価値の比較ができないのでＳ１２０に分岐し、２回以上の場合はＳ１１１に分岐する（Ｓ１１０）。
【００４２】
今回の正規化評価値とＭＡＸ評価値を比較し、今回のＡＦ評価値のほうが大きい場合はＳ１１２に分岐し、小さい場合はＳ１１４に分岐する（Ｓ１１２）。今回の正規化評価値をＭＡＸ評価として保存し、そのときのレンズ位置をＭＡＸレンズ位置として保存する。なお、前述した様に本実施例ではフォーカシングモータをステッピングモータで構成したので、電源投入時に無限端ＳＷに突き当たるまで駆動して初期位置決めをすれば、以降レンズの絶対位置はステッピングモータの駆動ステップ数として表させるので、この駆動ステップをフォーカシングレンズの位置として記憶する（Ｓ１１３）。評価値増加カウントが所定値ｎＭＡＸ未満であればＳ１１５に分岐し、ｎＭＡＸ以上であればＳ１１６に分岐する（Ｓ１１４）。評価値増加カウントを１増加する（Ｓ１１５）。評価値減少カウントが０より大きければＳ１１６に分岐し、０以上であればＳ１１８に分岐する（Ｓ１１６）。評価値減少カウントを１減少する（Ｓ１１７）。
【００４３】
Ｓ１０８で求めた１次微分信号の変曲点を検出した場合には、ＡＦモードを合焦近傍モードにする（Ｓ１１９）。
【００４４】
正規化評価値に応じて駆動速度を決定する。すなわち評価値が小さい場合は合焦より遠いので早く合焦させるために、画像取り込み間の駆動速度を早く、評価値が大きい場合は合焦近傍であるので、精度良く合焦させるために駆動速度を遅くする（Ｓ１２０）。
【００４５】
設定された駆動速度にしたがってフォーカシングモータ９の駆動速度制御を行いステップ１０２に戻り合焦するまでこの動作を繰り返す（Ｓ１２１）。
【００４６】
次にステップ１１１からの分岐で今回の評価値が前回の評価値より減少した場合の処理を説明する。評価値減少カウントが所定値ｎＭＩＮよりも小さければＳ１２３に分岐し、ｎＭＩＮ以上であればＳ１２４に分岐する（Ｓ１２２）。評価値減少カウントを１増加する（Ｓ１２３）。評価値増加カウントが０より大きければＳ１２５に分岐し０以下であればＳ１２６に分岐する（Ｓ１２４）。評価値増加カウントを１減少させる（Ｓ１２５）。
【００４７】
ＡＦモードがサーチモードの場合はＳ１２７に分岐し、ＡＦモードが合焦近傍モードの時はＳ１２９に分岐する（Ｓ１２６）。評価値減少カウントは所定値ＴＨ３以上の場合はＳ１２８に分岐し、ＴＨ３より小さい場合はＳ１２０に分岐し、通常の駆動処理を繰り返す（Ｓ１２７）。所定回数ＴＨ３以上評価値が減少した場合は、合焦方向から遠ざかっているのでフォーカシングの方向を反転するために、駆動中のモータを停止させて、駆動方向を逆方向に設定し、評価値減少カウントと評価値増加カウントを０にリセットする（Ｓ１２８）。一方Ｓ１２６からの分岐でＡＦモードが合焦近傍モードの場合は評価値減少カウントが所定値ＴＨ２以上の場合、すなわち所定回数評価値が減少すれば、ピントのピークを確実に通り越した事になるので、Ｓ１３０に分岐し、所定値ＴＨ２以下の場合はＳ１２０に分岐し、通常の駆動処理を繰り返す（Ｓ１２９）。
【００４８】
合焦位置への駆動の為のために、現在のフォーカス位置とＳ１１３で記憶した評価値最大時のフォーカス位置の差をフォーカス駆動量として求める（Ｓ１３０）。
【００４９】
フォーカス駆動を停止、駆動方向を反転してＳ１３０で求めたフォーカス駆動量でフォーカス駆動を行う（Ｓ１３１）。液晶モニタ８に合焦表示を出して、ＡＦ動作を終了する（Ｓ１３２）。
【００５０】
以上の動作を実行することにより、ＡＦ評価値信号から１次微分信号を作成し、この１次微分信号の変化を検出することで、合焦近傍を検出することで、大ディフォーカスの状態からも高速かつ確実に被写体にピントを合わせる事ができる。
【００５１】
（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態を説明する。
【００５２】
第１の実施形態ではＡＦ評価値の１次微分信号を用いて合焦近傍を検出したが、第２の実施形態では、ＡＦ評価値信号を２次微分することにより生成した情報をもとにより確実なＡＦ動作を行えるようにしたものである。
【００５３】
ハードウェア的な実施形態は第１の実施形態と同一であるので、ソフトウェアの動作のみ説明する。
【００５４】
図９および図１０はマイコン１５にプログラムされた第２の実施形態におけるＡＦ制御フローのフローチャートを示す。
【００５５】
不図示のＡＦ開始ボタンをオンすると、ＡＦの初期化処理として、各メモリデータを初期化する（Ｓ２００）。至近端ＳＷ１６および無限端ＳＷ１７を読み込み、レンズが至近端に行き当たっていたらＳ２０２に分岐し、無限端に突き当たっていたらＳ２０３に分岐し、突き当たり状態でなければＳ２０６に分岐する（Ｓ２０１）。至近端に突き当たった場合は、フォーカシングモータ駆動中の場合はフォーカシングモータの駆動を停止し、モータの駆動方向を無限方向に変更するとともに、駆動方向反転回数のカウンターである反転カウントを１増加する（Ｓ２０２）。無限端に突き当たった場合は、フォーカシングモータ駆動中の場合はフォーカシングモータの駆動を停止し、モータの駆動方向を至近方向に変更するとともに、駆動方向反転回数のカウンターである反転カウントを１増加する（Ｓ２０３）。無限端に突き当たった場合で、反転回数が２回以上の場合は、ＡＦ動作を終了させるためにＳ２０５に進む、２回未満の場合はＳ２０６に進む（Ｓ２０４）。反転回数が２回以上の場合、すなわち至近方向から無限方向に全域サーチしても合焦できない場合は、モニタ用ＬＣＤ８に合焦不能表示を出してＡＦ動作を終了する（Ｓ２０５）。
【００５６】
一方ＡＦ動作を続行する場合は、画像信号処理回路６のＡＦメモリ７０からＡＦ領域全ラインの最大評価値、最大輝度、最小輝度を読み込む（Ｓ２０６）。次に各ライン毎にＡＦ評価値最大値を最大輝度と最小輝度の差で割りＡＦ正規化処理を行い、演算された各ラインの正規化評価値を加算し、ＡＦエリアの画素ライン数で割ったものを今回の正規化評価値とする（Ｓ２０８）。次にＳ２０６で求めたＡＦ評価値をフォーカスレンズ駆動量を基準にして１回微分する。すなわち、今回のＡＦ評価値から、前回のＡＦ評価値を減算し、今回のレンズ位置から前回のレンズ位置を減算したもので除算する。
【００５７】
図１１はこの微分したＡＦ評価値を示す図である。図１１の（Ａ）は前述したＡＦ評価値を輝度差で除算した、正規化したＡＦ評価値であり、（Ｂ）はこのＡＦ評価値を１回微分した信号である。（Ｃ）はＡＦ評価値を２回微分したものである。すなわち１回微分した１次微分信号（Ｂ）をもう１回微分したものである。
【００５８】
この１次微分信号はＡＦ評価値の変化が大きければ大きいほど値として、検出されるので、ディフォーカス量の大きい領域（図１１の左側でディフォーカス量が１５ｍｍ以上の領域）で、正規化したＡＦ評価値（Ａ）がなだらかに持ち上がっている様な領域でもほとんど微分信号は発生せず、合焦近傍領域で急激に微分信号が発生する。したがって、この微分信号を検出していれば合焦近傍にきた事を容易に検出することができる。
【００５９】
また、図１２は図１１の合焦近傍部分を拡大したものである。同図に於いて（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は図１１と同一である。この１次微分信号（Ｂ）の傾きが０の点（Ｐ０）または（Ｐ１）はＡＦ評価値（Ａ）の変曲点をしめす。つまり上に凸から下に凸に切り替わるポイントであり、ＡＦ評価値（Ａ）としては合焦点のきわめて近傍を示す、１次微分信号（Ｂ）が０となる点（Ｐ２）はＡＦ評価値（Ａ）が変曲点をしめし、合焦点をあらわす。
【００６０】
次に２次微分信号（Ｃ）の変曲点（Ｐ３）および（Ｐ４）は１次微分信号（Ｂ）の変曲点を示す。
【００６１】
そして（Ｐ３）および（Ｐ４）はそれぞれ１次微分信号（Ｂ）の変曲点（Ｐ０）および（Ｐ２）より合焦点を基準にして、外側に位置していることがわかる。
【００６２】
したがって、２次分信号の変曲点を検出する事により、１次微分の変曲点を検出するよりもさらに速い時点で合焦近傍にきた事を検出することができる。
【００６３】
次に、ＡＦ評価値の微分処理が終わると、ＡＦ処理回数カウントであるＡＦカウントを１増加させる（Ｓ２０９）。
【００６４】
ＡＦカウントが２回未満の場合すなわちＡＦ処理をまだ１回しかしていない場合は、ＡＦ評価値の比較ができないのでＳ２２０に分岐し、２回以上の場合はＳ２１１に分岐する（Ｓ２１０）。
【００６５】
今回の正規化評価値とＭＡＸ評価値を比較し、今回のＡＦ評価値のほうが大きい場合はＳ２１２に分岐し、小さい場合はＳ２１４に分岐する（Ｓ２１２）。今回の正規化評価値をＭＡＸ評価値として保存し、そのときのレンズ位置をＭＡＸレンズ位置として保存する。なお、前述した様に本実施例ではフォーカシングモータをステッピングモータで構成したので、電源投入時に無限端ＳＷに突き当たるまで駆動して初期位置決めをすれば、以降レンズの絶対位置はステッピングモータの駆動ステップ数として表せるので、この駆動ステップをフォーカシングレンズの位置として記憶する（Ｓ２１３）。評価値増加カウントが所定値ｎＭＡＸ未満であればＳ２１５に分岐し、ｎＭＡＸ以上であればＳ２１６に分岐する（Ｓ２１４）。評価値増加カウントを１増加する（Ｓ２１５）。評価値減少カウントが０より大きければＳ２１６に分岐し、０以上であればＳ２１８に分岐する（Ｓ２１６）。評価値減少カウントを１減少する（Ｓ２１７）。
【００６６】
Ｓ２０８で求めた２次微分信号の変曲点を検出した場合は、ＡＦモードを合焦近傍モードにする（Ｓ２１９）。
【００６７】
正規化評価値に応じて駆動速度を決定する。すなわち評価値が小さい場合は合焦より遠いので早く合焦させるために、画像取り込み間の駆動速度を早く、評価値が大きい場合は合焦近傍であるので、精度良く合焦させるために駆動速度を遅くする（Ｓ２２０）。
【００６８】
設定された駆動速度にしたがってフォーカシングモータ９の駆動速度制御を行いＳ２０２に戻り合焦するまでこの動作を繰り返す（Ｓ２２１）。
【００６９】
次にＳ２１１からの分岐で今回の評価値が前回の評価値より減少した場合の処理を説明する。評価値減少カウントが所定値ｎＭＩＮよりも小さければＳ２２３に分岐し、ｎＭＩＮ以上であればＳ２２４に分岐する（Ｓ２２２）。評価値減少カウントを１増加する（Ｓ２２３）。評価値増加カウントが０より大きければＳ２２５に分岐し０以下であればＳ２２６に分岐する（Ｓ２２４）。評価値増加カウントを１減少させる（Ｓ２２５）。
【００７０】
ＡＦモードがサーチモードの場合はＳ２２７に分岐し、ＡＦモードが合焦近傍モードの時はＳ２２９に分岐する（Ｓ２２６）。評価値減少カウントは所定値ＴＨ３以上の場合はＳ２２８に分岐し、ＴＨ３より小さい場合はＳ２２０に分岐し、通常の駆動処理を繰り返す（Ｓ２２７）。所定回数ＴＨ３以上評価値が減少した場合は、合焦方向から遠ざかっているのでフォーカシングの方向を反転するために、駆動中のモータを停止させて、駆動方向を逆方向に設定し、評価値減少カウントと評価値増加カウントを０にリセットする（Ｓ１２８）。一方Ｓ２２６からの分岐でＡＦモードが合焦近傍モードの場合は評価値減少カウントが所定値ＴＨ２以上の場合、すなわち所定数評価値が減少すれば、ピントのピークを確実に通り越した事になるので、ステップ２３０に分岐し、所定値ＴＨ２以下の場合はＳ２２０に分岐し、通常の駆動処理を繰り返す（Ｓ２２９）。
【００７１】
合焦位置への駆動の為のために、現在のフォーカス位置とＳ２１３で記憶した評価値最大時のフォーカス位置の差をフォーカス駆動量として求める（Ｓ２３０）。
【００７２】
フォーカス駆動を停止し、駆動方向を反転してＳ２３０で求めたフォーカス駆動量でフォーカス駆動を行う（Ｓ２３１）。液晶モニタ８に合焦表示を出して、ＡＦ動作を終了する（Ｓ２３２）。
【００７３】
以上の動作を実行することにより、ＡＦ評価値信号から２次微分信号を作成し、この２次微分信号の変化を検出することで、合焦近傍を検出することで、大ディフォーカスの状態からも高速かつ確実に被写体にピントを合わせる事ができる。
【００７４】
以上の実施例において、画像信号処理回路６が第１および第２の検出結果を出力する検出手段に相当し、マイコン１５が第１、第２、および微分情報生成手段に相当し、マイコン１５と駆動回路１０が焦点制御を行う制御手段に相当する。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明を実施したオートフォーカス装置のブロック図
【図２】本発明の第１の実施形態に係るＡＦ評価値発生回路のブロック図
【図３】本発明の第１の実施形態に係る撮像素子のＡＦ領域を説明する図
【図４】本発明の第１の実施形態に係る撮像素子のＡＦ領域の詳細を説明する図
【図５】本発明の第１の実施形態に係るカメラの動作を示すフローチャート
【図６】本発明の第１の実施形態に係るカメラの動作を示すフローチャート
【図７】本発明の第１の実施例に係るＡＦ評価値の１次微分信号を示す図
【図８】本発明の第１の実施例に係るＡＦ評価値の１次微分信号を示す図
【図９】本発明の第２の実施形態に係るカメラの動作を示すフローチャート
【図１０】本発明の第２の実施形態に係るカメラの動作を示すフローチャート
【図１１】本発明の第２の実施例に係るＡＦ評価値の１次微分信号を示す図
【図１２】本発明の第２の実施例に係るＡＦ評価値の１次微分信号を示す図
【図１３】ディフォーカス量に対するＡＦ評価値情報を説明する図
【図１４】ディフォーカス量に対するＡＦ評価値情報を説明する図
【図１５】従来例のディフォーカス量に対する正規化されたＡＦ評価値情報を説明する図
【図１６】従来例のディフォーカス量に対する正規化されたＡＦ評価値情報を説明する図
【符号の説明】
【００７６】
１  撮像レンズ
２  絞り
３  撮像素子
４  アンプ
５  Ａ／Ｄコンバータ
６  画像信号処理回路
７  ＣＣＤ駆動回路
８  モニタ液晶
９，１１  モータ
１５  マイコン
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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