(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結像機能を備えた光学系と、この光学系によって結像された被写体像を映像信号に変換する撮像手段と、上記映像信号の中から高周波成分を抽出する抽出手段と、抽出された上記高周波成分のレベルを検出しその検出レベルに基づいて制御信号を生成する制御手段と、上記制御信号に基づいて上記光学系をその光軸方向に沿って移動させて該光学系と上記撮像手段の結像面との間の距離を変化させる駆動手段と、を具備し、
上記制御手段は、
上記光学系を所定の方向に移動させる初期動作と、
この初期動作において上記高周波成分のレベルが増加傾向にあるとき上記光学系を上記所定の方向に高速で移動させ、上記高周波成分のレベルが減少傾向にあるとき上記光学系を上記所定の方向とは反対の方向に高速で移動させる高速動作と、
この高速動作において上記高周波成分のレベルが増加傾向から減少傾向に転じてこの転じた時点から第１のレベル量だけ低下したとき、上記光学系を、上記高速動作における上記光学系の移動方向とは反対方向に上記高速動作における移動速度よりも遅い速度で移動させる低速動作と、
この低速動作において上記高周波成分のレベルが増加傾向から減少傾向に再度転じたことを確認した後、上記結像面に対する上記光学系の合焦位置であると認識した位置に該光学系を移動させる微調節動作と、
を上記駆動手段に実行させるように上記制御信号を生成し、さらに、
上記制御手段は、上記低速動作における上記高周波成分のレベルの最大値と第２のレベルとを比較して、該最大値が該第２のレベル以上であるとき該最大値に対応する上記光学系の位置を上記合焦位置であると認識し、該最大値が該第２のレベルよりも小さいとき該光学系が移動可能な全範囲にわたって該光学系を移動させるように上記制御信号を生成すると共に該全範囲にわたる該光学系の移動期間中に上記高周波成分のレベルが最大となる位置を上記合焦位置であると認識し、
上記第２のレベルは、上記高周波成分に偽解像が発生したときの該偽解像のピーク値よりも大きく、かつ上記光学系が上記合焦位置にあるときの該高周波成分のレベルよりも小さい、
オートフォーカス装置。
【請求項２】
上記映像信号が入力され、この入力された映像信号の信号レベルに応じて上記第１のレベル量を変化させる第１のレベル可変手段を設けた請求項１に記載のオートフォーカス装置。
【請求項３】
上記映像信号が入力され、この入力された映像信号の信号レベルに応じて上記第２のレベルを変化させる第２のレベル可変手段を設けた請求項１または２に記載のオートフォーカス装置。
【請求項４】
結像機能を備えた光学系と、この光学系によって結像された被写体像を映像信号に変換する撮像手段と、上記映像信号の中から高周波成分を抽出する抽出手段と、抽出された上記高周波成分のレベルを検出しその検出レベルに基づいて制御信号を生成する制御手段と、上記制御信号に基づいて上記光学系をその光軸方向に沿って移動させて該光学系と上記撮像手段の結像面との間の距離を変化させる駆動手段と、を具備し、
上記制御手段は、
上記光学系を所定の方向に移動させる初期動作と、
この初期動作において上記高周波成分のレベルが第３のレベル差以上変化しかつ増加傾向にあるとき上記光学系を上記所定の方向に高速で移動させ、上記初期動作において上記高周波成分のレベルが上記第３のレベル差以上変化することなく上記光学系がその移動可能な範囲の一端まで移動するかまたは該高周波成分のレベルが減少傾向にあるとき該光学系を上記所定の方向とは反対の方向に高速で移動させる高速動作と、
この高速動作において上記高周波成分のレベルが増加傾向から減少傾向に転じてこの転じた時点から第１のレベル量だけ低下したとき、上記光学系を、上記高速動作における上記光学系の移動方向とは反対方向に上記高速動作における移動速度よりも遅い速度で移動させる低速動作と、
この低速動作において上記高周波成分のレベルが増加傾向から減少傾向に再度転じたことを確認した後、該低速動作における上記高周波成分のレベルの最大値に対応する位置に上記光学系を移動させる微調節動作と、
を上記駆動手段に実行させるように上記制御信号を生成し、
上記第３のレベル差は、上記高周波成分に偽解像が発生したときの該偽解像のピーク・トゥー・ピーク値よりも大きく、かつ該高周波成分全体におけるピーク・トゥー・ピーク値よりも小さい、
オートフォーカス装置。
【請求項５】
上記映像信号が入力され、この入力された映像信号の信号レベルに応じて上記第１のレベル量を変化させる第１のレベル可変手段を設けた請求項４に記載のオートフォーカス装置。
【請求項６】
上記映像信号が入力され、この入力された映像信号の信号レベルに応じて上記第３のレベル差を変化させる第３のレベル可変手段を設けた請求項４または５に記載のオートフォーカス装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば監視カメラやビデオカメラ等の各種撮像機器において、被写体の焦点を自動的に調節するオートフォーカス装置に関し、特に光学系を介して得られる被写体像を基に焦点を自動調節する所謂受動（パッシブ）式のオートフォーカス装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような受動式のオートフォーカス装置として、例えば、撮像素子から得られる映像信号の中から高周波成分を抽出して、この抽出した高周波成分のレベル（大きさ）が最大になるように光学系を駆動するものが知られている。これは、上記高周波成分のレベルが、光学系により結像される被写体像の先鋭度に相関することを利用したもので、即ち、上記高周波成分のレベルが最大となる位置が、光学系の合焦位置となる。
【０００３】
ここで、一般の被写体を撮影した場合（例えばカメラの視野全体にわたって一様な壁面等の特殊な被写体を撮影した場合を除く）の光学系の位置（例えばフォーカスレンズの繰出量）と、この光学系の位置に対する上記高周波成分のレベルとの関係の一例を、図７に示す。この場合、上記高周波成分のレベルは、同図に実線のグラフで示すように、光学系の位置に対して概略山状に変化する。そして、この山状のグラフの頂上Ｐに対応する位置が、合焦位置となる。従って、被写体に焦点を合わせるには、上記グラフの頂上Ｐを見つけて、そこに光学系を移動させればよい。これを実現するために、従来、一般によく知られている山登り方式により、上記頂上Ｐを見つけている。
【０００４】
即ち、同図において、光学系が例えばＯ地点にあるとすると、まず、最初に、光学系を予め定めた方向、例えばＦＡＲ（遠距離）方向に所定量Ｎだけ（Ｑ地点まで）移動させて、このときの高周波成分のレベル変化を監視する。そして、このレベル変化が増加傾向にあるときには、光学系が上記頂上Ｐに向かって、即ち合焦方向に向かって移動しているものと見なして、更に光学系を同一方向に移動させる。一方、上記レベル変化が同図に示すように減少傾向にあるときには、光学系が上記頂上Ｐとは反対の方向に向かって、即ち所謂ピンぼけ方向に向かって移動しているものと見なす。従って、この場合には、上記方向とは反対のＮＥＡＲ（近接）方向に向けて光学系を移動させる。
【０００５】
そして、上記のように頂上Ｐに向けて光学系を移動させながら高周波成分のレベルを監視し、この高周波成分のレベルが増加傾向から減少傾向に転じて所定のレベルαだけ減少するまで（Ｒ地点まで）光学系を移動させて、上記頂上Ｐの位置を確認する。そして、このように頂上Ｐの位置を確認した後、この確認して得た頂上Ｐの位置に光学系を戻せば、一連の合焦動作を実現できる。
【０００６】
ところで、この従来の山登り方式によれば、上記頂上Ｐを正確に見つけ出すために、比較的に遅い速度で光学系を移動させている。従って、合焦動作に、比較的に長い時間を要するという問題がある。
【０００７】
また、上記高周波成分のレベルの絶対値は、一般に、被写体の照度（明るさ）に応じて変化することが知られている。例えば、被写体の照度が低い場合には、上記高周波成分のレベルは、同図に点線のグラフで示すように、実線のグラフよりも小さくなる。これに対して、上記従来の山登り方式によれば、上述した頂上ＰからＲ地点に至るレベルの減少量αは、被写体の照度に関係なく、常に一定とされている。従って、上記のように被写体の照度が低くなると、上記頂上ＰからＲ地点までの距離が長くなり、その分、光学系の移動量が増加して、より合焦動作に時間が掛かるという問題もある。
【０００８】
更に、光学系の性能や品質によっては、例えば図８に示すように、上記頂上（合焦位置）Ｐ以外の所謂ピンぼけ位置において、比較的に小さいピークＰ’、Ｐ’が生じる場合がある。これらのピークＰ’、Ｐ’は、一般に、偽解像（或いは擬似解像：spurious resolution ）と呼ばれているもので、もし、この偽解像Ｐ’、Ｐ’の頂点部分に光学系を移動させた場合、被写体像に、例えば２線ぼけや黒白反転等の好ましくない現象が生じることが知られている。ところが、このような偽解像Ｐ’、Ｐ’が発生した場合、従来の山登り方式による合焦動作では、この偽解像Ｐ’、Ｐ’と合焦位置Ｐとを間違って認識してしまうことがある。例えば、光学系の最初の位置（Ｏ地点）が、同図に示すように、合焦位置ＰとＦＡＲ側（同図の左側）の偽解像Ｐ’との間の谷間にあるとする。この場合、最初に所定量Ｎだけ光学系をＦＡＲ側に移動させる時点で、このＦＡＲ側の偽解像Ｐ’を合焦位置Ｐとして誤認識してしまうという不具合が生じる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
即ち、本発明が解決しようとする問題点は、上記従来の山登り方式による合焦動作では、合焦位置Ｐを見つけ出すのに時間が掛かるという点と、上記偽解像Ｐ’、Ｐ’を合焦位置として誤認識してしまうという点である。
【００１０】
そこで、本発明は、上記従来の山登り方式よりも短時間で合焦位置Ｐを見つけ出すことのできるオートフォーカス装置を提供することを目的とする。また、上記偽解像Ｐ’、Ｐ’が発生したとしても、これらの影響を受けることなく、正しい合焦位置Ｐを見つけ出すことも、本発明の目的とするところである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、第１の発明は、結像機能を備えた光学系と、この光学系によって結像された被写体像を映像信号に変換する撮像手段と、上記映像信号の中から高周波成分を抽出する抽出手段と、抽出された上記高周波成分のレベルを検出しその検出レベルに基づいて制御信号を生成する制御手段と、上記制御信号に基づいて上記光学系をその光軸方向に沿って移動させて該光学系と上記撮像手段の結像面との間の距離を変化させる駆動手段と、を具備する。そして、制御手段は、上記光学系を所定の方向に移動させる初期動作と、この初期動作において上記高周波成分のレベルが増加傾向にあるとき上記光学系を上記所定の方向に高速で移動させ、上記高周波成分のレベルが減少傾向にあるとき上記光学系を上記所定の方向とは反対の方向に高速で移動させる高速動作と、この高速動作において上記高周波成分のレベルが増加傾向から減少傾向に転じてこの転じた時点から或る第１のレベル量だけ低下したとき、上記光学系を、上記高速動作における上記光学系の移動方向とは反対方向に上記高速動作における移動速度よりも遅い速度で移動させる低速動作と、この低速動作において上記高周波成分のレベルが増加傾向から減少傾向に再度転じたことを確認した後、撮像素子の結像面に対する光学系の合焦位置であると認識した位置に当該光学系を移動させる微調節動作と、を上記駆動手段に実行させるよう上記制御信号を生成する。
【００１２】
さらに、制御手段は、低速動作における高周波成分のレベルの最大値と第２のレベルとを比較して、当該最大値が第２のレベル以上であるとき、当該最大値に対応する光学系の位置を、合焦位置であると認識する。一方、当該最大値が第２のレベルよりも小さいときは、光学系が移動可能な全範囲にわたって当該光学系を移動させるように上記制御信号を生成すると共に、当該全範囲にわたる光学系の移動期間中に上記高周波成分のレベルが最大となる位置を、合焦位置であると認識する。そして、第２のレベルとして、上記高周波成分に偽解像が発生したときの当該偽解像のピーク値よりも大きく、かつ光学系が合焦位置にあるときの当該高周波成分のレベルよりも小さい値が設定された、オートフォーカス装置である。
【００１３】
なお、ここでは、光学系を移動させたとき、この光学系の移動位置に対して、上記高周波成分のレベルが、例えば上述した図７に示すように概略山状に変化し、この山の頂上Ｐが、合焦位置となることを前提とする。
【００１４】
即ち、この第１の発明によれば、光学系は、初期動作において、所定の方向に移動する。そして、この初期動作において、高周波成分のレベルが増加傾向にあるときには、光学系が合焦位置に向かって移動しているものと見なすことができるので、光学系は、高速動作において、上記初期動作と同一の方向に向かって更に高速で移動する。一方、上記初期動作において、高周波成分のレベルが減少傾向にあるときは、光学系が合焦位置とは反対の方向に向かって、即ちピンぼけ方向に向かって移動しているものと見なすことができるので、この場合には、光学系は、高速動作において、上記初期動作とは反対の方向に向かって高速で移動する。
【００１５】
そして、光学系は、上記高速動作において、高周波成分のレベルが増加傾向から減少傾向に転じてこの転じた時点から或る第１のレベル量だけ低下するまで移動した後、低速動作に入る。この低速動作において、光学系は、上記高速動作における移動方向とは反対方向に向けて低速で移動して、上記高周波成分のレベルが増加傾向から減少傾向に再度転じる位置、即ち合焦位置を確認する。そして、光学系は、上記合焦位置を確認した後、微調節動作において、上記低速動作で確認して得た合焦位置に、例えば高速で移動して、一連の合焦動作を終了する。
【００１６】
つまり、この第１の発明も、上述した従来技術と同様に、山登り方式により合焦位置を求めるものであるが、この第１の発明によれば、上記一連の合焦動作のうち、光学系が低速で動作するのは、低速動作時（詳しくは、高周波成分のレベルが、合焦位置におけるレベルから上記第１のレベル量だけ低下したところから、合焦位置を確認するまでの間）のみである。また、この低速動作時に、合焦位置を確認するので、正確な焦点調節を実現できる。
【００１７】
ただし、上述の図８に示すような偽解像Ｐ’、Ｐ’が発生した場合、当該偽解像Ｐ’、Ｐ’のピークが、合焦位置として誤認識される場合がある。
【００１８】
そこで、この第１の発明では、制御手段が、さらに、低速動作における高周波成分のレベルの最大値と、或る第２のレベルとを、比較する。ここで、例えば、当該最大値が第２のレベル以上である場合、制御手段は、当該最大値に対応する光学系の位置を合焦位置であると認識する。そして、上述の如く、微調節動作において、当該合焦位置であると認識した位置に、光学系を移動させる。一方、低速動作における高周波成分のレベルの最大値が第２レベルよりも小さい場合は、当該最大値は偽解像Ｐ’、Ｐ’のピークであると認識する。そして、光学系が移動可能な全範囲にわたって当該光学系を例えば低速移動させると共に、この移動期間中に高周波成分のレベルが最大となる位置を合焦位置であると認識する。そして、最終的に、微調節動作において、当該合焦位置であると認識した位置に、光学系を移動させて、一連の合焦動作を終了する。
【００１９】
なお、上述したように、第２のレベルとしては、偽解像Ｐ’、Ｐ’のピーク値よりも大きく、かつ合焦位置における高周波成分のレベル（最大値）よりも小さい値が、設定される。
【００２０】
この第１の発明においては、上記映像信号が入力され、この入力された映像信号の信号レベル、即ち被写体の照度（或いは輝度、コントラスト）に応じて上記第１のレベル量を変化させる第１のレベル可変手段を、設けてもよい。
【００２１】
即ち、上述したように、上記高周波成分のレベル変化は、被写体の照度が高い（明るい）ほど、合焦位置付近において急峻となり、被写体の照度が低い（暗い）ほど、上記レベル変化は緩やかになる。従って、例えば、被写体の照度に関係なく、上記第１のレベル量を一定とすると、合焦位置と、高周波成分のレベルが最大値から上記第１のレベル量だけ低下する位置（光学系が高速動作から低速動作に変移する位置）と、の間の距離は、被写体の照度が低くなるほど長くなる。即ち、被写体の照度が低いほど、光学系の移動量が多くなり、その分、合焦動作に時間が掛かる。
【００２２】
これに対して、上述のような第１のレベル可変手段を設ければ、被写体の照度が低いほど、上記第１のレベル量は小さく設定され、被写体の照度が高いほど、第１のレベル量は大きく設定される。従って、被写体の照度が低くても、上記第１のレベルが一定（不変）である場合に比べて、光学系の移動距離（即ち、合焦位置と、高周波成分のレベルが最大値から上記第１のレベル分だけ低下する位置と、の間の距離）が長くなることはない。即ち、特に被写体の照度が低いときに、上記第１のレベルを不変（一定）とする場合よりも、合焦動作に要する時間を短縮できる。
【００２３】
さらに、この第１の発明においては、上記映像信号が入力され、この入力された映像信号の信号レベルに応じて上記第２のレベルを変化させる第２のレベル可変手段を、設けてもよい。
【００２４】
即ち、被写体の照度に応じて高周波成分のレベルが変化するのと同様に、一般に、被写体の照度に応じて上記偽解像Ｐ’、Ｐ’のピーク値が変化することも知られている。具体的には、被写体の照度が高い（明るい）ときには上記偽解像Ｐ’、Ｐ’のピーク値が高くなり、被写体の照度が低い（暗い）ときには上記偽解像Ｐ’、Ｐ’のピーク値は低くなる。
【００２５】
ここで、例えば、上記第２のレベルが、被写体の照度に関係なく一定で、かつ比較的に低いレベルであるとする。この場合、被写体の照度が高くなると、上記偽解像Ｐ’、Ｐ’のピーク値が、上記第２のレベルを越えてしまうことがある。このように、偽解像Ｐ’、Ｐ’のピーク値が第２のレベルを越えてしまうと、上記低速動作（及び高速動作）において高周波成分のレベルが最大となる位置が、真の合焦位置Ｐであるのか、それとも偽解像Ｐ’、Ｐ’のピークであるのかを、見極めることができなくなるという不具合を生じる。
【００２６】
また、上記とは逆に、第２のレベルが、被写体の照度に関係なく比較的に高いレベルで一定であるとする。この場合、被写体の照度が極端に低くなると、高周波成分のレベルの最大値、即ち合焦位置Ｐにおける高周波成分のレベルまでもが、上記第２のレベルよりも低くなることがある。従って、例えば上記低速動作において合焦位置Ｐを見つけ出したとしても、これを偽解像Ｐ’、Ｐ’のピークであると誤認識してしまうことがある。そして、このように誤認識した場合には、光学系は、上述したように、ＦＡＲ側端部からＮＥＡＲ側端部までの全移動範囲を低速移動することになるので、合焦動作に長い時間が掛かることになる。
【００２７】
これに対して、上述のような第２のレベル可変手段を設ければ、被写体の照度に応じて、即ち上記偽解像Ｐ’、Ｐ’及び高周波成分全体のピーク値に応じて、上記第２のレベルが変化する（詳しくは、被写体の照度が高いときは、第２のレベルが高く設定され、被写体の照度が低いときには、第２のレベルは低く設定される）。従って、低速動作において高周波成分のレベルが最大となる位置が、真の合焦位置Ｐであるのか、それとも偽解像Ｐ’、Ｐ’のピークであるのかを、被写体の照度に関係なく、正しく判定できる。
【００２８】
第２の発明は、結像機能を備えた光学系と、この光学系によって結像された被写体像を映像信号に変換する撮像手段と、上記映像信号の中から高周波成分を抽出する抽出手段と、抽出された上記高周波成分のレベルを検出しその検出レベルに基づいて制御信号を生成する制御手段と、上記制御信号に基づいて上記光学系をその光軸方向に沿って移動させて該光学系と上記撮像手段の結像面との間の距離を変化させる駆動手段と、を具備する。そして、制御手段は、光学系を所定の方向に移動させる初期動作と、この初期動作において高周波成分のレベルが第３のレベル差以上変化しかつ増加傾向にあるとき光学系を所定の方向に高速で移動させ、当該初期動作において高周波成分のレベルが第３のレベル差以上変化することなく光学系がその移動可能な範囲の一端まで移動するかまたは該高周波成分のレベルが減少傾向にあるとき光学系を所定の方向とは反対の方向に高速で移動させる高速動作と、この高速動作において高周波成分のレベルが増加傾向から減少傾向に転じてこの転じた時点から第１のレベル量だけ低下したとき、光学系を、高速動作における光学系の移動方向とは反対方向に当該高速動作における移動速度よりも遅い速度で移動させる低速動作と、この低速動作において高周波成分のレベルが増加傾向から減少傾向に再度転じたことを確認した後、当該低速動作における高周波成分のレベルの最大値に対応する位置に光学系を移動させる微調節動作と、を上記駆動手段に実行させるように上記制御信号を生成する。そして、第３のレベル差として、高周波成分に偽解像が発生したときの当該偽解像のピーク・トゥー・ピーク値よりも大きく、かつ当該高周波成分全体におけるピーク・トゥー・ピーク値よりも小さい値（レベル差）が設定された、オートフォーカス装置である。
【００２９】
即ち、この第２の発明においても、第１の発明と同様に、光学系は、初期動作において、所定の方向に移動する。そして、この初期動作において、高周波成分のレベルが増加傾向にあるときには、当該光学系は、高速動作において、初期動作と同一の方向に向かって更に高速で移動する。一方、初期動作において、高周波成分のレベルが減少傾向にあるときは、光学系は、高速動作において、上記初期動作とは反対の方向に向かって高速で移動する。そして、光学系は、高速動作において、高周波成分のレベルが増加傾向から減少傾向に転じてこの転じた時点から或る第１のレベル量だけ低下するまで移動した後、低速動作に入る。この低速動作において、光学系は、上記高速動作における移動方向とは反対方向に向けて低速で移動して、上記高周波成分のレベルが増加傾向から減少傾向に再度転じる位置、即ち合焦位置を確認する。そして、光学系は、微調節動作において、当該低速動作で確認して得た合焦位置に、例えば高速で移動して、一連の合焦動作を終了する。
【００３０】
ここで、今、上記偽解像Ｐ’、Ｐ’が発生しており、この偽解像Ｐ’、Ｐ’上に光学系が位置しているものとする。この状態で、上記合焦動作を開始すると、光学系は、初期動作において、上記偽解像Ｐ’、Ｐ’上を移動することになる。この場合、例えば単に、当該偽解像Ｐ’、Ｐ’上を移動することによる高周波成分のレベルの増減傾向に基づいて、高速動作における光学系の移動方向が決定されるとすると、結果的に、誤った移動方向が決定されることになる。
【００３１】
そこで、この第２の発明では、初期動作において、高周波成分のレベルが、偽解像Ｐ’、Ｐ’のピーク・トゥー・ピーク値よりも大きく、かつ当該高周波成分全体におけるピーク・トゥー・ピーク値よりも小さい第３のレベル差以上変化したときに初めて、そのレベル変化の増減傾向に基づいて、高速動作における光学系の移動方向を決定する。なお、初期動作において、高周波成分のレベルが上記第３のレベル差以上変化する以前に、光学系がその移動可能範囲の一端（例えばＦＡＲ側端部またはＮＥＡＲ側端部）まで移動した場合には、光学系が、偽解像Ｐ’、Ｐ’上を移動しているものと見なすことができる。従って、この場合は、この初期動作における移動方向とは反対の方向を、高速動作における光学系の移動方向とする。
【００３２】
なお、この第２の発明においても、第１の発明と同様に、映像信号の信号レベルに応じて第１のレベル量を変化させる第１のレベル可変手段を、設けてもよい。
【００３３】
また、上記映像信号が入力され、この入力された映像信号の信号レベルに応じて上記第３のレベル差を変化させる第３のレベル可変手段を、設けてもよい。
【００３４】
即ち、今、第３のレベル差が、被写体の照度に関係なく一定であるとする。この場合、被写体の照度が高くなると、上記偽解像Ｐ’、Ｐ’のピーク・トゥー・ピーク値が、上記第３のレベル差よりも大きくなることがある。このように、偽解像Ｐ’、Ｐ’のピーク・トゥー・ピーク値が第３のレベル差よりも大きくなると、上記初期動作において、光学系が偽解像Ｐ’、Ｐ’上を移動しているか否かを見極めることができなくなるという不具合を生じる。これとは逆に、被写体の照度が極端に低くなると、高周波成分全体のピーク・トゥー・ピーク値までもが、上記第３のレベル差よりも小さくなることがある。この場合、初期動作において、高周波成分のレベルが上記第３のレベル差以上変化することがないので、常に、当該初期動作における移動方向とは反対の方向が、高速動作における光学系の移動方向とされる。つまり、間違った移動方向を決定してしまうことがある。
【００３５】
これに対して、上述のような第３のレベル可変手段を設ければ、被写体の照度が高いときには、上記第３のレベル差が大きく設定され、被写体の照度が低いときには、第３のレベル差が小さく設定される。従って、高速動作における光学系の移動方向を、正確に求めることができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明に係るオートフォーカス装置の一実施の形態について、図１から図６を参照して説明する。なお、本実施の形態のオートフォーカス装置も、上述した従来の受動式のオートフォーカス装置と同様に、被写体を撮像して得た映像信号の中から高周波成分を抽出して、この抽出した高周波成分のレベルが最大となる位置を、基本的には山登り方式により見つけ出すというものである。
【００３７】
図２に、本実施の形態の概略構成を表わすブロック図を示す。同図において、１は、例えばフォーカスレンズ等の結像（集光）機能を備えた光学系で、この光学系１によって写し出される図示しない被写体の被写体像は、例えばＣＣＤ型の撮像素子２の受光面２ａ上に結像され、ここで映像信号に変換される。そして、この撮像素子２によって変換された映像信号は、前置増幅器３によって増幅された後、図示しないビデオ信号処理回路によって各種信号処理が施される。
【００３８】
また、上記前置増幅器３によって増幅された映像信号は、照度検出回路４及びハイ・パス・フィルタ（以下、ＨＰＦと言う。）５にも、それぞれ入力される。このうち、照度検出回路４は、上記映像信号の振幅から、被写体の照度を間接的に検出するもので、その検出結果を、例えば図示しないＣＰＵ（中央演算処理装置）を備えた制御回路６に入力する。一方、ＨＰＦ５は、上記映像信号の中から高周波成分を抽出するもので、このＨＰＦ５によって抽出された高周波成分もまた、上記制御回路６に入力される。
【００３９】
制御回路６は、入力された上記被写体の照度情報及び高周波成分に基づいて制御信号を生成し、この制御信号を駆動回路７に供給する。駆動回路７は、この供給された制御信号に従って、フォーカス駆動用モータ（以下、単にモータと言う。）８を駆動し、これによって、光学系１と撮像素子２の受光面２ａとの距離を調節する。
【００４０】
なお、制御回路６は、これに入力される上記照度情報及び高周波成分のうち、焦点調節の対象とする領域として予め設定された所謂測距領域内の成分に基づいて、上記制御信号を生成する。また、上記モータ８は、例えばステッピング・モータ構成とされている。そして、図示しないが、光学系１の移動範囲の端部、即ちＮＥＡＲ側端部及びＦＡＲ側端部には、これら各端部に光学系１が到達したことを検出するための端部検出手段が設けられており、この端部検出手段の出力信号も上記制御回路６に入力される。なお、端部検出手段は、例えばフォト・インタラプタ等の光発受光素子により構成されている。
【００４１】
ところで、上記図２の構成により一般の被写体を撮影した場合（例えばカメラの視野全体にわたって一様な壁面等の特殊な被写体を撮影した場合を除く）、光学系１の位置（即ち光学系１と撮像素子２の受光面２ａとの距離）と、この光学系１の位置に対する上記高周波成分のレベルとの関係は、上述した図７と同様に、例えば図１のようになる。即ち、上記高周波成分のレベルは、同図に実線のグラフで示すように、光学系１の位置に対して概略山状に変化し、この山状のグラフの頂上Ｐに対応する位置が、合焦位置となる。
【００４２】
そこで、本実施の形態においては、光学系１が例えばＯ地点にあるとすると、まず、最初に、光学系１を予め定めた方向、例えばＦＡＲ方向に一定距離、例えばＮパルス分だけ（Ｑ地点まで）比較的に遅い速度で移動させて、このときの高周波成分のレベル変化を監視する。そして、このレベル変化が増加傾向にあるときには、光学系１が上記合焦位置Ｐに向かって移動しているものと見なして、更に光学系１を同一方向に向けて、今度は比較的に速い速度で移動させる。一方、上記レベル変化が同図に示すように減少傾向にあるときには、光学系１が上記合焦位置Ｐとは反対の方向に向かって、即ち所謂ピンぼけ方向に向かって移動しているものと見なす。従って、この場合には、上記方向とは反対のＮＥＡＲ（近接）方向に向けて光学系１を比較的に速い速度で移動させる。
【００４３】
そして、上記のように頂上Ｐに向けて光学系１を高速移動させながら高周波成分のレベルを監視する。そして、この高周波成分のレベルが増加傾向から減少傾向に転じて所定のレベルαだけ減少するまで、即ち同図に示すＲ地点まで、光学系１を高速移動させて、上記合焦位置Ｐを通過したことを確認する。そして、今度は、上記Ｒ地点から反対方向に向けて光学系１を比較的に遅い速度で移動させて、再度、上記高周波成分のレベルが増加傾向から減少傾向に転じる合焦位置Ｐを確認した後（即ち同図におけるＳ地点に達した後）、この確認して得た合焦位置Ｐに光学系１を比較的に速い速度で移動させて、一連の合焦動作を終了する。
【００４４】
なお、上記図１において、光学系１を、最初のＯ地点からＱ地点に移動させることが、特許請求の範囲に記載の初期動作に対応し、Ｑ地点からＲ地点に向けて比較的に速い速度で移動させることが、高速動作に対応する。そして、光学系１を、Ｒ地点からＳ地点まで比較的に遅い速度で移動させることが、特許請求の範囲に記載の低速動作に対応し、Ｓ地点から合焦位置Ｐまで比較的に速い速度で移動させることが、微調節動作に対応する。
【００４５】
このように、本実施の形態においても、上述した従来技術と同様に、山登り方式により合焦位置Ｐを見つけている。しかし、本実施の形態によれば、最初から光学系を低速で移動させるという上述した従来技術とは異なり、図１におけるＲ地点からＳ地点までの区間のみ（若しくは、このＲ−Ｓ区間と初期動作時のＯ−Ｑ区間のみ）、光学系１を低速で移動させている。従って、上記従来技術に比べて、短時間で合焦位置Ｐを見つけ出すことができる。また、光学系１を低速移動させる上記Ｒ−Ｓ区間において、合焦位置Ｐを確認するので、合焦精度は保たれる。
【００４６】
また、上述したように、被写体の照度が低下すると、これに応じて高周波成分のレベルも、例えば図１に点線のグラフで示すように全体的に小さくなり、合焦位置Ｐ付近での変化が緩やかになる。ここで、例えば、上記合焦位置Ｐにおける高周波成分のレベルとＲ地点における高周波成分のレベルとの相対差αを一定とすると、被写体の照度が低いほど、上記合焦位置ＰとＲ地点との距離が長くなり、その結果、合焦動作が長時間化することは、図１からも明らかである。そこで、本実施の形態においては、上述した照度検出回路４によって検出して得た被写体の照度に応じて上記相対差αを変化させており、例えば図１に示すように被写体の照度が低いときには上記相対差αを小さくすることによって、上記合焦位置ＰとＲ地点との距離が長くならないようにしている。なお、上記相対差αが、特許請求の範囲に記載の第１のレベル量に対応する。
【００４７】
更に、上述したように、光学系１の性能や品質によっては、例えば図３に示すように、合焦位置Ｐ以外の所謂ピンぼけ位置に、偽解像Ｐ’、Ｐ’が生じることがある。そこで、本実施の形態においては、上記偽解像Ｐ’、Ｐ’のピークを合焦位置Ｐと間違えて認識するのを防ぐために、同図に示すように、偽解像Ｐ’、Ｐ’のピーク値よりも大きく、かつ合焦位置Ｐにおける高周波成分のレベル（最大値）よりも小さいレベルβを、予め設定している。そして、上述した一連の合焦動作により見つけた高周波成分のレベルの最大値と、上記レベルβとを比較して、上記最大値が上記レベルβ以上の場合に、上記最大値を、真の合焦位置Ｐとして認識する。
【００４８】
一方、上記最大値が上記レベルβよりも小さい場合には、上記最大値は、偽解像Ｐ’、Ｐ’のピークであると見なす。そして、光学系１を、全移動範囲にわたって、例えばＦＡＲ側端部とＮＥＡＲ側端部との間を低速で移動させて、この移動期間中に上記高周波成分のレベルが最大となる位置を合焦位置Ｐとする。
【００４９】
なお、一般には、上記偽解像Ｐ’、Ｐ’についても、被写体の照度に応じて変化することが知られている。従って、例えば、被写体の照度に関係なく、上記レベルβを一定とすると、被写体の照度によっては、偽解像Ｐ’、Ｐ’のピークが上記レベルβよりも大きくなったり、或いは、合焦位置Ｐにおける高周波成分のレベルが上記レベルβよりも小さくなったりすることがある。この場合、上記一連の合焦動作により見つけた高周波成分のレベルの最大値が、真の合焦位置Ｐであるのか、それとも偽解像Ｐ’、Ｐ’のピークであるのかを、見極めることができなくなる。
【００５０】
このような不具合を解消するために、本実施の形態においては、上述した照度検出回路４によって検出して得た被写体の照度に応じて、上記レベルβが、常に、偽解像Ｐ’、Ｐ’のピークよりも大きく、かつ光学系１の全移動領域における高周波成分のレベルの最大値よりも小さい値となるように、上記レベルβを調整している。なお、このレベルβをどれくらいの値に設定するのか、また被写体の照度に応じてどれくらいの割合で上記レベルβを変化させるのかについては、実験により求める。そして、このレベルβが、特許請求の範囲に記載の第２のレベル量に対応する。
【００５１】
上記一連の合焦動作は、上述した制御回路６内のＣＰＵによって制御されるが、このＣＰＵは、例えば図４に示すフローチャートに従って駆動回路７を制御する（制御信号を生成する）ことによって、上記一連の合焦動作を実現する。なお、この図４のフローチャートに従って上記ＣＰＵを動作させるプログラムは、制御回路６内に設けられている図示しないＲＯＭやＲＡＭ構成の記憶部に記憶されている。
【００５２】
即ち、ＣＰＵ（制御回路６）は、まず、照度検出器４から得られる被写体の照度情報に応じて、上述した各レベルα及びβを決定する（ステップＳ２）。なお、このステップＳ２において、ＣＰＵが上記各レベルα及びβを決定することが、特許請求の範囲に記載の第１のレベル可変手段及び第２のレベル可変手段に対応する。
【００５３】
そして、ＣＰＵは、ＨＰＦ５から得られる高周波成分のレベルを監視しながら、ＦＡＲ方向に向けて、光学系１をＮパルス分だけ低速で移動させ（ステップＳ４）、この移動により高周波成分のレベルが増加したか否かを確認する（ステップＳ６）。なお、このステップＳ４及びＳ６の動作が、特許請求の範囲に記載の初期動作に対応する。
【００５４】
ＣＰＵは、上記ステップＳ６において、高周波成分のレベルが増加したことを確認したとき（ステップＳ６においてＹＥＳのとき）、光学系１が合焦位置Ｐに向かって移動しているものと見なして、そのまま同じ方向に向けて、今度は高速で光学系１を移動させる（ステップ８）。一方、上記ステップＳ６において、高周波成分のレベルが減少したことを確認したとき（ステップＳ６においてＮＯのとき）は、光学系１が合焦位置Ｐとは反対方向に移動しているものと見なして、上記とは反対の方向に向けて、高速で光学系１を移動させる（ステップ１０）。なお、これらステップＳ８及びＳ１０の動作が、特許請求の範囲に記載の高速動作に対応する。
【００５５】
そして、上記ステップＳ８またはＳ１０により光学系１を高速移動させた状態において、光学系１がＦＡＲ側端部またはＮＥＡＲ側端部に到達するまでの間に、高周波成分のレベルが増加傾向から減少傾向に転じて、そのピーク値から上記レベルαだけ減少したか否かを確認する（ステップＳ１２及びＳ１４）。ここで、上記高周波成分のレベルが、ピーク値から上記レベルαだけ低下したことを確認した場合（ステップＳ１２においてＹＥＳの場合）には、今度は、上記高速移動とは反対の方向に向けて、光学系１を低速移動させる（ステップＳ１６）。なお、上記ステップＳ１２及びＳ１４から成るループを抜けた後、このステップＳ１６において光学系１を低速で移動させるという動作が、特許請求の範囲に記載の低速動作に対応する。
【００５６】
そして、上記ステップＳ１６により光学系１を低速移動させた状態において、光学系１がＦＡＲ側端部またはＮＥＡＲ側端部に到達するまでの間に、高周波成分のレベルが増加傾向から減少傾向に転じたか否か、即ちピーク値を通過したか否かを確認する（ステップＳ１８及びＳ２０）。ここで、上記高周波成分のレベルが、ピーク値を通過したことを確認した場合（ステップＳ１８においてＹＥＳの場合）、次に、上記ピーク値が上述したレベルβよりも大きいか否かを確認する（ステップ２２）。
【００５７】
上記ステップＳ２２において、上記ピーク値が上記レベルβよりも大きい場合（ステップＳ２２においてＹＥＳの場合）、ＣＰＵは、上記ピーク値に対応する位置が合焦位置Ｐであると認識して、その位置に高速で移動して（ステップＳ２４）、一連の合焦動作を終了する。なお、上記ステップＳ１８及びＳ２０から成るループと、ステップＳ２２とを抜けた後、このステップＳ２４において光学系１を合焦位置Ｐに高速で移動させるという動作が、特許請求の範囲に記載の微調節動作に対応する。
【００５８】
一方、上記ステップＳ２２において、上記ピーク値が上記レベルβよりも小さい場合（ステップＳ２２においてＮＯの場合）、ＣＰＵは、上記ピーク値に対応する位置が合焦位置Ｐ以外の例えば偽解像Ｐ’、Ｐ’のピークであると見なして、ステップＳ２６に進む。このステップＳ２６においては、ＣＰＵは、光学系１を、その全移動範囲にわたって、即ちＦＡＲ側端部とＮＥＡＲ側端部との間を、例えば低速で移動させて、この移動中における高周波成分のレベルの最大値を見つけて、上記ステップＳ２４に進む。
【００５９】
なお、上記ステップＳ１２及びＳ１４において、高周波成分のレベルがそのピーク値から上記レベルαだけ減少するまでの間に、光学系１がＦＡＲ側端部またはＮＥＡＲ側端部に到達した場合（ステップＳ１４においてＹＥＳの場合）には、ＣＰＵは、上記ステップ２６に進む。また、上記ステップＳ１８及びＳ２０において、高周波成分のレベルが増加傾向から減少傾向に転じる以前に、光学系１がＦＡＲ側端部またはＮＥＡＲ側端部に到達した場合（ステップＳ２０においてＹＥＳの場合）にも、ＣＰＵは、上記ステップ２６に進む。
【００６０】
ところで、上記においては、偽解像Ｐ’、Ｐ’のピークを合焦位置Ｐのピークと間違えないようにするために、上記図３に示すようにレベルβを設定したが、これ以外の方法によっても、偽解像Ｐ’、Ｐ’の影響を回避することができる。これについて、図５を参照して説明する。
【００６１】
これは、図５に示すように、初期動作におけるＯ−Ｑ区間での高周波成分のレベル変化量Δが、所定のレベル差γよりも大きいか否かを確認するものである。即ち、この所定のレベル差γとして、偽解像Ｐ’、Ｐ’のピーク・トゥー・ピーク値（同図におけるＡ）よりも大きく、かつ高周波成分全体におけるピーク・トゥー・ピーク値（同図におけるＢ）よりも小さい値を設定する。そして、上記Ｏ−Ｑ区間での高周波成分のレベル変化量Δが、上記レベル差γよりも大きい場合に、このレベル変化Δの増減傾向に基づいて、それ以降の光学系１の移動方向を決定する。
【００６２】
一方、上記Ｏ−Ｑ区間での高周波成分のレベル変化量Δが、上記レベル差γに満たない場合には、同じ方向に向けて光学系１を更に移動させる。そして、この移動による高周波成分のレベル変化量Δが、上記レベルγに達した時点で、上記レベル変化量Δの増減傾向に基づいて、それ以降の光学系１の移動方向を決定する。ただし、上記レベル変化量Δが、上記レベルγに満たないうちに、光学系１がＦＡＲ側端部またはＮＥＡＲ側端部に到達した場合には、光学系１を、その全移動範囲にわたって、即ちＦＡＲ側端部とＮＥＡＲ側端部との間を、低速移動させて、この移動中に高周波成分のレベルが最大となる位置を合焦位置Ｐとする。なお、ここで言う上記レベルγが、特許請求の範囲に記載の第３のレベル差に対応する。
【００６３】
そして、この図５の動作を実現するためには、上述した図４のフローチャートにおけるステップＳ６を、図６に示すようなフローチャートに変更すればよい。
【００６４】
即ち、図４のステップＳ４において、光学系１をＦＡＲ方向に向けてＮパルス分だけ移動させた後、この移動により、高周波成分のレベルが上記レベルγ以上変化したか否かを確認する（ステップＳ６０）。ここで、上記高周波成分のレベル変化が上記レベルγ以上である場合（ＹＥＳの場合）には、そのレベル変化が、増加傾向にあるのか、或いは減少傾向にあるのかを確認する（ステップＳ６２）。そして、このステップＳ６２において、上記レベル変化が増加傾向にあると判断した場合には、図４におけるステップＳ８に進み、上記レベル変化が減少傾向にあると判断した場合には、ステップＳ１０に進む。
【００６５】
一方、上記ステップＳ６０において、上記高周波成分のレベルが上記レベルγ以上変化していない場合（ＮＯの場合）には、光学系１を更に同一方向に低速移動させる（ステップＳ６４）。そして、光学系１がＦＡＲ側端部またはＮＥＡＲ側端部に到達するまでの間に、高周波成分のレベルが上記レベルγだけ変化したか否かを確認する（ステップＳ６６及びＳ６８）。ここで、上記高周波成分のレベルが、上記レベル差γ以上変化したことを確認した場合（ステップＳ６６においてＹＥＳの場合）には、上記ステップＳ６２に進む。ただし、上記高周波成分のレベルが上記レベル差γ以上変化することなく、光学系１がＦＡＲ側端部またはＮＥＡＲ側端部に到達した場合（ステップＳ６８においてＹＥＳの場合）には、図４のステップＳ１０に進む。
【００６６】
なお、上記レベルγについても、これを被写体の照度に応じて、即ち照度検出回路４から得られる照度情報に応じて、このレベルγが、常に、偽解像Ｐ’、Ｐ’のピーク・トゥー・ピーク値Ａよりも大きく、かつ高周波成分全体におけるピーク・トゥー・ピーク値Ｂよりも小さい値となるように変化させてもよい。この場合、図４のフローチャートにおけるステップＳ２において、照度に応じてα、β及びγの各レベルを決定するようプログラムすればよい。なお、このステップＳ２において、ＣＰＵが上記各レベルγを決定することが、特許請求の範囲に記載の第３のレベル可変手段及び第２のレベル可変手段に対応する。
【００６７】
また、このように初期動作における高周波成分のレベル変化量Δと、上記所定のレベルγとを比較することによって、偽解像Ｐ’、Ｐ’の影響を回避する場合には、上述したレベルβを用いて、このレベルβと高周波成分のピーク値とを比較するという手順は、必須要件とはならない。即ち、図４のフローチャートにおけるステップＳ６を、図６のフローチャートに替えた場合には、図４のフローチャートにおけるステップＳ２２は省略してもよい。勿論、このステップＳ２２を省略した場合には、図４のフローチャートにおけるステップＳ２において、レベルβを決定する必要もなくなる。
【００６８】
なお、本実施の形態においては、合焦動作を開始する際、最初に光学系１をＦＡＲ方向に移動させたが、これとは反対のＮＥＡＲ方向に移動させてもよい。なお、本実施の形態を、例えば監視カメラ等の比較的に遠方側に焦点を合わせるカメラに応用する場合には、上記のようにＦＡＲ側に移動させた方が短時間で合焦できる可能性が高い。
【００６９】
また、本実施の形態においては、光学系１を駆動するモータ８をステッピング・モータとしたが、これに限らない。また、光学系１については、レンズ等の透過系のものに限らず、反射鏡等の反射系のものを用いてもよい。
【００７０】
【発明の効果】
以上のように、第１の発明のオートフォーカス装置においても、上述した従来技術と同様に、山登り方式により合焦位置を見つけているが、その際、光学系を低速度で移動させるのは、低速動作時（詳しくは、高周波成分のレベルが、合焦位置におけるレベルから第１のレベル量だけ低下したところから、合焦位置を確認するまでの間）のみである。従って、最初から光学系を低速で移動させるという上述した従来技術に比べて、短時間で合焦位置を見つけ出すことができるという効果がある。また、このように合焦動作の時間短縮を実現しながらも、合焦位置を確認する際には、光学系は低速動作状態にあるので、高い合焦精度を確保できるという効果がある。
【００７１】
さらに、第１の発明によれば、偽解像のピーク値よりも大きく、かつ合焦位置における高周波成分のレベル（最大値）よりも小さいという第２のレベルを、予め設定している。そして、低速動作における高周波成分のレベルの最大値と、上記第２のレベルとを比較することによって、当該最大値が、真の合焦位置を表しているのか、或いは偽解像のピークであるのかを、見極めている。従って、上述した従来技術とは異なり、上記偽解像を合焦位置として誤認識することはない、という効果がある。
【００７２】
第２の発明においても、第１の発明と同様、短時間で合焦位置を見つけ出すことができる。そして、偽解像のピーク・トゥー・ピーク値よりも大きく、かつ高周波成分全体におけるピーク・トゥー・ピーク値よりも小さいという第３のレベル差を、予め設定しており、初期動作において、高周波成分のレベルが当該第３のレベル差以上変化したときに初めて、そのレベル変化の増減傾向に基づいて、高速動作における光学系の移動方向を決定する。従って、偽解像の影響を受けることなく、高速動作における光学系の移動方向を正しく決定することができる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態に係るオートフォーカス装置の合焦動作を概念的に表わす図である。
【図２】  同実施の形態の概略構成を表わすブロック図である。
【図３】  同実施の形態において、被写体像に偽解像が生じたときの対処法を概念的に表わした図である。
【図４】  同実施の形態における制御回路の動作を表わすフローチャートである。
【図５】  同実施の形態において、被写体像に偽解像が生じたときの図３とは異なる対処法を概念的に表わした図である。
【図６】  図５の動作を実現するための制御回路のフローチャートである。
【図７】  従来の山登り方式のオートフォーカス装置における合焦動作を概念的に表わした図である。
【図８】  図７において、被写体像に偽解像が生じた状態を表わす図である。
【符号の説明】
１  光学系
２  撮像素子（撮像手段）
４  照度検出回路
５  ハイ・パス・フィルタ（抽出手段）
６  制御回路（制御手段、第１のレベル可変手段、第２のレベル可変手段、第３のレベル可変手段）
７  駆動回路
８  モータ（駆動手段）
【図１】
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【図３】
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【図２】
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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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