JP2005221643A - オートフォーカスシステム - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光灯の照明下での撮影のように映像信号にフリッカが生じる場合、そのフリッカ周期と同一時間間隔で得られるフィールドの映像信号により撮影画像のコントラストを示す焦点評価値を取得して合焦していることや、合焦となるフォーカスの移動方向を検出することでフリッカによるオートフォーカスの誤動作を防止し、また、高速で合焦させることができるオートフォーカスシステムを提供する。
【解決手段】オートフォーカスシステムのＣＰＵ１４は、撮影レンズのワブリングレンズＷＬを至近側と無限遠側に変位させて各変位点での焦点評価値を取得し比較することによって合焦しているか否か、又は，合焦していない場合の合焦方向を検出する。このとき、映像信号のフィールドごとにインクリメントされ、フリッカ周期でリセットされるカウンタのカウント値が一致するフィールドの映像信号から各変位点での焦点評価値を取得する。
【選択図】 図１

Description

本発明はオートフォーカスシステムに係り、特に映像信号に基づいてコントラスト方式により自動ピント調整を行うオートフォーカスシステムに関する。

テレビカメラ等のビデオカメラで採用されるオートフォーカス（ＡＦ）は、撮像素子により得られる映像信号に基づいて撮影画像のコントラストを検出し、そのコントラストが最大（極大）となるようにフォーカスを制御するコントラスト方式が一般的である。撮影画像のコントラストは、例えば、撮像素子により得られた映像信号から高域周波数成分を抽出し、その高域周波数成分の信号を１フィールド分ずつ積算した積算値によって定量的に検出される。尚、その積算値は、撮影画像のコントラストの高低を示すと共に、合焦の程度を示す値であり、本明細書では焦点評価値というものとする。

また、撮影画像のコントラスト、即ち、焦点評価値に基づいて合焦となるようにフォーカスを制御する方法として、山登り方式が一般的に知られている。山登り方式は、フォーカスを動かしたときの異なるフォーカス位置での焦点評価値を比較することによって、焦点評価値が増加する方向（合焦方向）を検出しながらその方向にフォーカスを動かし、フォーカスを動かしても焦点評価値が増加しなくなる位置を合焦位置としてその位置でフォーカスを停止させるようにした制御方法である。

ところで、蛍光灯の照明下で撮影を行うと、撮影画像の輝度の明暗が周期的に繰り返されるフリッカという現象が生じることが知られている。このような状況下で上記ＡＦを行うと、上記焦点評価値もそのフリッカの影響を受けるため、フィールド単位で得られる焦点評価値を単純に比較して合焦方向等を判断すると誤動作を招くおそれがある。

特許文献１には、例えば、５０Ｈｚ電源で点灯する蛍光灯は通常１００Ｈｚの周波数で明暗を繰り返し、フィールド周波数が６０Ｈｚの映像信号ではこれらの最大公約数である２０Ｈｚ（３フィールド分の周期（５０ｍｓ））のフリッカが生じるため、このようなフリッカのＡＦへの影響をなくすために各フィールドでの焦点評価値として２フィールド前からの３フィールド分の焦点評価値の平均値を求めることが提案されている。
特許第３１３１９７１号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、あるフォーカス位置での焦点評価値を検出したいという場合には、フォーカスをその位置に最低３フィールド分の時間（５０ｍｓ）で停止させる必要がある。特許文献１では採用されていないが、一般に、フォーカスを合焦位置に移動させる際にはワブリングと呼ばれる処理が行われてフォーカスの移動方向（合焦方向）が決定されている。ワブリングは、フォーカスを至近側と無限遠側に（微小）変位させて各変位点での焦点評価値を取得し、それらの焦点評価値を比較することによって合焦や合焦方向等を検出する処理である。このようなワブリングを行う場合に、特許文献１の方法を適用したとすると、フォーカスを微小変位させた一方の変位点での焦点評価値を得るためにはその変位点で少なくとも３フィールド分の時間でフォーカスを停止させておく必要があり、両方の変位点での焦点評価値を得るためには、６フィールド分の時間（１００ｍｓ）を要する。尚、フォーカスを各変位点に移動させるための時間も更に加わる。

ワブリングの高速化は、ＡＦの高速化及び高信頼化に繋がるため、できるだけワブリングを高速で行うことが望ましく、フリッカによる誤動作なく特許文献１の方法よりも高速でワブリングできればＡＦにとって有益である。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、フリッカが生じる状況化においてフリッカによる誤動作なく且つ高速でフォーカスを合焦位置に設定することができるオートフォーカスシステムを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載のオートフォーカスシステムは、撮像手段の撮像面に被写体像を結像するフォーカス調整可能な撮影レンズと、前記撮像手段により得られた映像信号に基づいて前記撮像手段により順次撮像された撮影画像のコントラストを示す焦点評価値を検出する焦点評価値検出手段と、前記撮影レンズのフォーカスの位置が異なるときに前記撮像手段により撮像された撮影画像に対する複数の焦点評価値を前記焦点評価値検出手段から取得し、該取得した複数の焦点評価値に基づいて合焦したこと又は合焦となるフォーカスの移動方向を検出するフォーカス移動方向検出手段と、該フォーカス移動方向検出手段の検出に基づいて合焦となるようにフォーカスを制御するフォーカス制御手段とを備えたオートフォーカスシステムにおいて、前記映像信号にフリッカが生じている場合において、前記フォーカス移動方向検出手段は、前記複数の焦点評価値を前記焦点評価値検出手段から取得する際に、前記撮像手段により順次撮像される撮影画像のうち、フリッカ周期と同一又はフリッカ周期の整数倍の時間間隔で得られる複数の撮影画像に対する焦点評価値を前記焦点評価値検出手段から取得することを特徴としている。

本発明によれば、フリッカが生じている場合であってもフリッカ周期と同一又はフリッカ周期の整数倍の時間間隔で得られる複数の撮影画像から焦点評価値を取得することによってフリッカによる撮影画像の明るさの変動の影響を受けることなく、合焦したことや合焦となるフォーカスの移動方向を適切に検出することができる。また、１つの焦点評価値を取得しようとした場合に、上記特許文献１のように１フリッカ周期の間で取得される焦点評価値の平均をとるようにすると、１フリッカ周期の時間を要するが、本発明では、１つの焦点評価値が得られる時間、即ち、１つの撮影画像が得られる時間でよく、ＡＦの高速化が図れる。

請求項２に記載のオートフォーカスシステムは、請求項１に記載の発明において、前記フォーカス移動方向検出手段は、フォーカスを至近側と無限遠側の各変位点に変位させるワブリングを行うと共に、前記ワブリングによってフォーカスを至近側と無限遠側の各変位点に変位させた状態のときに撮像された撮影画像に対する焦点評価値を前記焦点評価値検出手段から取得し、該取得した各変位点での焦点評価値に基づいて合焦したこと又は合焦となるフォーカスの移動方向を検出することを特徴としている。本発明は、合焦したこと又は合焦となるフォーカスの移動方向の検出をワブリングにより行う場合の焦点評価値の取得時において請求項１に記載の発明が適用されるとしたものである。

請求項３に記載のオートフォーカスシステムは、請求項２に記載の発明において、前記映像信号にフリッカが生じていない場合において、前記フォーカス移動方向検出手段は、フォーカスを至近側と無限遠側の各変位点に変位させるワブリングを行うと共に、前記ワブリングによってフォーカスを至近側と無限遠側の各変位点に変位させた直後に撮像された撮影画像に対する焦点評価値を前記焦点評価値検出手段から取得し、該取得した各変位点での焦点評価値に基づいて合焦したこと又は合焦となるフォーカスの移動方向を検出することを特徴としている。本発明は、映像信号にフリッカが生じていない場合において、合焦したこと又は合焦となるフォーカスの移動方向の検出の処理を特定したものである。

請求項４に記載のオートフォーカスシステムは、請求項１乃至３のうちいずれか１に記載の発明において、前記撮像手段により得られた映像信号、又は、前記焦点評価値検出手段により順次取得した焦点評価値に基づいて前記映像信号にフリッカが生じているか否か、及び、フリッカが生じている場合のフリッカ周波数を検出するフリッカ検出手段を備えたことを特徴としている。本発明は、フリッカが生じているか否かやフリッカが生じている場合のフリッカ周期を自動で検出するようにしたものである。

請求項５に記載のオートフォーカスシステムは、請求項１に記載の発明において、前記撮像手段により得られる映像信号の垂直同期信号ごとに値が１ずつ増加すると共に、フリッカ周期で値がリセットされるカウンタを備え、前記フォーカス移動方向検出手段は、前記カウンタの値が一致するフィールドの撮影画像に対する焦点評価値を前記焦点評価値検出手段から取得することによって、フリッカ周期と同一又はフリッカ周期の整数倍の時間間隔で得られる複数の撮影画像に対する焦点評価値を取得することを特徴としている。本発明では、フリッカ周期と同一又はフリッカ周期の整数倍の時間間隔で得られる複数の撮影画像に対する焦点評価値を取得するためにカウンタとそのカウント値が用いられる。

本発明に係るオートフォーカスシステムによれば、フリッカによる誤動作なく、高速で合焦させることができるようになる。

以下、添付図面に従って本発明に係るオートフォーカスシステムの好ましい実施の形態について詳説する。

図１は、本発明が適用されるレンズシステムの全体構成を示したブロック図である。同図に示すレンズシステムは、例えば放送用のテレビカメラに使用されるシステムであり、撮影レンズ（光学系）と制御系とから構成されている。

撮影レンズには、フォーカス調整のために光軸方向に移動するフォーカスレンズ（群）ＦＬ、ズーム調整（焦点距離調整）のために光軸方向に移動するズームレンズ（群）ＺＬ、光量調整のために開閉動作するアイリスＩ、オートフォーカスの際にピント状態の検出（合焦方向等の検出）のために光軸方向に移動するワブリングレンズ（群）ＷＬ等が配置されている。尚、撮影レンズの概略構成は図２に示されており、同図のように前段（対物側）から順に上記フォーカスレンズＦＬ、上記ズームレンズＺＬ、上記アイリスＩ、上記ワブリングレンズＷＬ、図１には示されていないマスターレンズ（群）ＭＬ等が配置されている。また、図２に示すようにズームレンズＺＬは、変倍系レンズ（群）ＶＬと補正系レンズ（群）ＣＬとからなり、これらのレンズＶＬ、ＣＬが所定の位置関係で光軸方向に移動することによりピント位置を変更することなく、焦点距離が変更される。

このように構成された撮影レンズに入射した被写体光は、その撮影レンズを装着した図示しないカメラ本体（カメラヘッド）の撮像素子の撮像面に結像され、撮像素子によって光電変換された後、カメラ本体内の信号処理部により所定の信号処理が施される。これによって撮影レンズを介して撮像素子により撮像された映像（撮影画像）が所定形式（例えばＮＴＳＣ方式）の映像信号としてカメラ本体により得られる。

図１に示すように各レンズＦＬ、ＺＬ、ＷＬやアイリスＩには、各々に対応するフォーカス用モータＦＭ、ズーム用モータＺＭ、ワブリング用モータＷＭ、アイリス用モータＩＭが連結されており、各モータＦＭ、ＺＭ、ＷＭ、ＩＭによって各レンズＦＬ、ＺＬ、ＷＬが光軸方向に駆動され、アイリスＩが開閉駆動されるようになっている。また、各モータＦＭ、ＺＭ、ＷＭ、ＩＭは、ＣＰＵ１４からＤ／Ａ変換器１６を介してフォーカス用アンプＦＡ、ズーム用アンプＺＡ、ワブリング用アンプＷＡ、アイリス用アンプＩＡのそれぞれに与えられる駆動信号の電圧値に応じた回転速度で制御される。

ＣＰＵ１４には、操作者の操作に従ってフォーカスデマンド１２やズームデマンド１０等のコントローラからフォーカスレンズＦＬやズームレンズＺＬの設定すべき位置（目標位置）や速度（目標速度）を示す指示信号がＡ／Ｄ変換器１３を介して与えられるようになっている。ＣＰＵ１４は、各アンプＦＡ、ＺＡに出力する駆動信号の値を変更することにより各モータＦＭ、ＺＭの回転速度を制御し、フォーカスレンズＦＬやズームレンズＺＬが上記目標位置又は目標速度となるようにフォーカスレンズＦＬやズームレンズＺＬの位置や速度を制御する。尚、ＣＰＵ１４には、フォーカスレンズＦＬの現在位置の情報としてフォーカス用モータＦＭの回転位置を示す位置信号がフォーカス用ポテンショメータＦＰからＡ／Ｄ変換器１３を介して与えられると共に、ズームレンズＺＬの現在位置の情報としてズーム用モータＺＭの回転位置を示す位置信号がズーム用ポンテンショメータＺＰからＡ／Ｄ変換器１３を介して与えられている。フォーカスレンズＦＬ又はズームレンズＺＬについての上記指示信号が目標位置を指定するものである場合には、その目標位置とフォーカスレンズＦＬ又はズームレンズＺＬの現在位置とを逐次比較しながらフォーカス用モータＦＭ又はズーム用モータＺＭの回転速度を制御する。また、後述のようにフォーカス制御はマニュアルフォーカス（ＭＦ）の制御とオートフォーカス（ＡＦ）の制御とで切り替えられるようになっており、ＭＦの制御の場合には上述のようにフォーカスデマンド１２から与えられる指示信号に基づいてフォーカスレンズＦＬが制御され、ＡＦの制御の場合には、詳細を後述する焦点評価値検出部２６から得られる焦点評価値に基づいてフォーカスレンズＦＬが制御される。

また、アイリスＩについては、一般にカメラ本体からアイリスＩの設定すべき位置（絞り値）を指示する指示信号がＣＰＵ１４に与えられ、ＣＰＵ１４は、上述と同様にアイリスＩの現在位置の情報としてアイリス用モータＩＭの回転位置をアイリス用ポテンショメータＩＭにより検出しながらアイリス用モータＩＭを制御し、指示信号により指定された絞り値となるようにアイリスＩを制御する。

一方、ワブリングレンズＷＬについては、外部からの指示信号に基づいて制御されるのではなく、後述のオートフォーカス時のワブリングのための駆動信号がＣＰＵ１４からワブリング用アンブＷＡに出力されて制御される。また、ワブリング用モータＷＭは例えばパルスモータであり、ワブリングレンズＷＬの位置をフィードバックするためのポテンショメータは設置されていない。

また、ＣＰＵ１４には、ＡＦの制御時において焦点評価値検出部２６からカメラ本体の撮像素子により撮影されている映像（撮影画像）のコントラストを示す焦点評価値が与えられるようになっている。焦点評価値検出部２６は、主にＡ／Ｄ変換器１８、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２０、ゲート回路２２、加算回路２４から構成されており、そのＡ／Ｄ変換器１８にはカメラ本体からの映像信号（輝度信号）が入力されるようになっている。Ａ／Ｄ変換器１８によりデジタル信号に変換された映像信号は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２０によって高域周波数成分のみが抽出され後、ゲート回路２２に入力され、撮影範囲（画面）内に設定された所定のＡＦエリア（例えば画面中央の矩形エリア）内のみの信号がゲート回路２２により抽出される。ゲート回路２２により抽出されたＡＦエリア内の高域周波数成分の信号は、１フィールド分ずつ加算回路２４により積算され、その積算値が焦点評価値としてＣＰＵ１４に与えられる。ＣＰＵ１４は、このようにして焦点評価値検出部２６から与えられる焦点評価値に基づいて以下で説明するＡＦの制御を実行する。尚、映像信号から焦点評価値を検出する方法は、上述の場合に限らない。また、焦点評価値検出部２６は、例えば、撮影レンズ、ＣＰＵ１４、各モータＦＭ、ＺＭ、ＷＭ、ＩＭ等を備えたレンズ装置に搭載される。

次にＡＦの制御について説明する。上記レンズシステムを構成する装置、例えば、フォーカスコントローラやレンズ装置のケース部には、自動復帰式のＡＦスイッチＳ１が設けられており、そのＡＦスイッチＳ１をオンするごとに、ＭＦモードとＡＦモードとが切り替えられるようになっている。ＡＦスイッチＳ１によってＭＦモードが選択された場合には、上記フォーカスデマンド１２から与えられる指示信号に従って上述のようにＭＦの制御によりフォーカスレンズＦＬが制御される。

ＡＦモードが選択された場合には、コントラスト方式によるＡＦの制御が実行される。ＡＦの制御の概要を説明すると、ＡＦの制御時には撮影レンズを介してカメラ本体の撮像素子で順次撮像される撮影画像のコントラストを示す焦点評価値が上述のように焦点評価値検出部２６により検出される。一方、ＣＰＵ１４は、フォーカスレンズＦＬを停止させた状態でワブリング用アンプＷＡに駆動信号を出力してワブリングレンズＷＬを基準位置から光軸方向の前後に変位させる。即ち、ワブリングを行う。これにより、フォーカス（ピント位置）が至近側と無限遠側に微小量変位する。このとき、ＣＰＵ１４は、ワブリングレンズＷＬの各変位点での焦点評価値を焦点評価値検出部２６から取得する。そして、各変位点での焦点評価値を比較することにより、そのときのフォーカスレンズＺＬの位置（ワブリングレンズＷＬは基準位置に戻した状態）でのピント状態を検出する。

ここで、図３は、横軸にフォーカスの位置（ピント位置）、縦軸に焦点評価値をとり、被写体の条件が一定でフォーカスを至近端から無限遠端まで移動させたと仮定した場合の各ピント位置で検出される焦点評価値のグラフを示している。ワブリングレンズＷＬが基準位置に設定されているときにフォーカスレンズＦＬの位置で決まるピント位置とそのときの焦点評価値が同図のａ点のように焦点評価値がピークとなる状態にあるとする。このとき、ワブリングによってピント位置を至近側に変位させたときの変位点（至近側変位点）ａｎでの焦点評価値と、ピント位置を無限遠側に変位させたときの変位点（無限遠側変位点）ａｆでの焦点評価値が一致する。このように至近側変位点での焦点評価値と無限遠側変位点での焦点評価値が一致する場合（又は一致とみなせる程度の差異の場合）には合焦と判断される。

これに対してワブリングレンズＷＬが基準位置に設定されているときにフォーカスレンズＦＬの位置で決まるピント位置とそのときの焦点評価値が同図のｂ点のように焦点評価値のピークよりも至近側の状態にあるとすると、ワブリングによってピント位置を至近側変位点ｂｎと無限遠側変位点ｂｆとに変位させたときの至近側変位点ｂｎでの焦点評価値は無限遠側変位点ｂｆでの焦点評価値より小さくなる。このように合焦と判断されない場合であって至近側変位点での焦点評価値の方が無限遠側変位点での焦点評価値より小さい場合には前ピンと判断される。

また、ワブリングレンズＷＬが基準位置に設定されているときにフォーカスレンズＦＬの位置で決まるピント位置とそのときの焦点評価値が同図のｃ点のように焦点評価値のピークよりも無限遠側の状態にあるとすると、ワブリングによってピント位置を至近側変位点ｃｎと無限遠側変位点ｃｆとに変位させたときの至近側変位点ｃｎでの焦点評価値は無限遠側変位点ｃｆでの焦点評価値より大きくなる。このように合焦と判断されない場合であって至近側変位点での焦点評価値の方が無限遠側変位点での焦点評価値より大きい場合には後ピンと判断される。

ＣＰＵ１４はこのようにしてワブリングによってピント状態を検出すると、そのピント状態に基づいてフォーカスレンズＦＬを制御する。ピント状態を合焦と判断した場合には、フォーカスレンズＦＬを動かすことなく現在の位置にそのまま停止させておく。一方、ピント状態を前ピンと判断した場合には、フォーカス用アンプＦＡに出力する駆動信号によりフォーカスレンズＦＬを無限遠側に所定量移動させて停止させる。逆にピント状態を後ピンと判断した場合には、フォーカスレンズＦＬを至近側に所定量移動させて停止させる。

以上のようなワブリングによるピント状態検出とその検出結果に応じたフォーカスレンズＦＬの制御とがＣＰＵ１４によって繰り返し行われ、それによって、フォーカスレンズＦＬが合焦方向に移動して合焦位置で停止する。また、フォーカスレンズＦＬが合焦位置で停止している場合であっても、ワブリングが所定時間おきに繰り返し行われるため、被写体の状態が変化して合焦位置が変化すると、新たな合焦位置にフォーカスレンズＦＬが移動して停止する。

尚、フォーカスレンズＦＬを合焦位置に設定した場合、ワブリングではなく他の処理によって合焦位置が変化したことを検出するようにしてもよい。例えば、ワブリングによってピント状態が合焦と判断され、その位置でフォーカスレンズＦＬを停止させた場合、ワブリングを停止して焦点評価値検出部２６から焦点評価値を逐次取得する。そして、その焦点評価値に一定値以上の変化が生じたか否かを監視し、一定値以上の変化を検出した場合には、撮影画像に変化が生じたと判断して上記ワブリングによるピント状態検出とフォーカスレンズＦＬの制御を再開する。これによって、合焦位置が変化したことが検出され、フォーカスレンズＦＬが新たな合焦位置に移動する。

また、上記ＡＦの制御のように合焦した後もＡＦの制御が継続して行われるいわゆる連続ＡＦではなく、ＡＦモードに切り替えられて一度合焦すると、ＡＦの制御が停止し、例えばＭＦモードに移行するようなワンショットＡＦの制御であってもよい。

また、ワブリングによるピント状態の検出は、至近側変位点と無限遠側変位点での焦点評価値を比較することによって合焦していること（合焦しているか否か）の検出、又は、合焦していない場合には合焦となるフォーカスの移動方向（焦点評価値が増加する方向）の検出するための処理であり、合焦していることや、合焦となるフォーカスの移動方向が検出できれば必ずしもピント状態が前ピン、後ピン、合焦のいずれであるかまでを把握する必要はない。合焦していることや、合焦となるフォーカスの移動方向は、例えば、ワブリングにより検出される至近側変位点と無限遠側変位点での焦点評価値の大小関係から直接検出することができる。

また、ワブリングによって前ピン又は後ピンと判断した場合の１回当たりのフォーカスレンズＦＬの移動量は、一定であってもよいし至近側変位点と無限遠側変位点での焦点評価値の差の大きさ等に応じて変更してもよい。また、フォーカスレンズＦＬの１回当たりの移動量を変更する場合、移動速度と移動時間のいずれか一方を変更してもよいし又は両方を変更してもよい。

次に、蛍光灯の照明下での撮影のようにカメラ本体からの映像信号にフリッカが生じる場合のワブリングの制御について詳説する。電源が投入されてＡＦの制御を開始する場合や、ＡＦスイッチＳ１によりＭＦモードからＡＦモードへの切替えが指示されてＡＦの制御を開始する場合に、ＣＰＵ１４は、カメラ本体から焦点評価値検出部２６に入力される映像信号（輝度信号）にフリッカが生じていないかを判断する。例えば、フォーカスレンズＦＬとワブリングレンズＷＬとを停止させた状態で映像信号の１フィールド周期（１／６０ｓ）ごとに焦点評価値検出部２６によって検出される焦点評価値を順次取得し、その焦点評価値が周期的に変動していないかを検出する。もし、焦点評価値が周期的に変動していない場合には、映像信号にフリッカが生じていないと判断し、以後のＡＦの制御において「通常のワブリングの制御」を実行する。一方、焦点評価値が周期的に変動している場合には、映像信号にフリッカが生じていると判断すると共に、その変動の周期（フリッカ周期）を検出する。そしてこの場合には以後のＡＦの制御において「フリッカ周期に対応したワブリングの制御」を実行する。

尚、映像信号のフリッカの有無や周期を判断するために焦点評価値の周期的な変動を検出するのではなく焦点評価値検出部２６に入力される映像信号のフィールドごとの明るさ（フィールドごとの信号レベルの平均値等）の変動を直接検出するようにしてもよい。また、フリッカの有無や周期をＣＰＵ１４が自動で判断するのではなく、操作者が設定するようにしてもよい。例えば、撮影状況に応じて操作者が所定の操作で直接フリッカの有無や周期などを設定できるようにしてもよいし、照明の種類を操作者がスイッチ等で指定するとその照明下でのフリッカの有無や周期が事前に登録されたデータにより設定されるようにしてもよい。

映像信号にフリッカが生じていないと判断した場合における「通常のワブリングの制御」はＣＰＵ１４によって次のようにして行われる。図４（Ａ）は、横方向に時間軸をとり、時間軸を映像信号のフィールド（フィールド周期は１／６０≒１６．７ｍｓ）ごとに区分して示しており、ＣＰＵ１４は、例えば焦点評価値検出部２６等において映像信号から分離された垂直同期信号を取得することによって同図（Ａ）のフィールドの切り替わりのタイミングを把握している。同図（Ｂ）に示すようにＣＰＵ１４はワブリングを開始する場合に、あるフィールドの略中間点付近からワブリングレンズＷＬの移動を開始させ、ワブリングレンズＷＬを基準位置から至近側変位点に１フィールド周期の約２分の１の時間で移動させる。そして、映像信号の垂直同期信号が２度検出されるまでの約１フィールド周期分の時間が経過する間、ワブリングレンズＷＬを至近側変位点に停止させ、そのときのフィールドの映像信号をサンプリングして得られる焦点評価値を焦点評価値検出部２６から取得する。尚、上述のように焦点評価値は、１フィールド分の全ての映像信号により求められるのではなく、ゲート回路２２（図１参照）により抽出されるＡＦエリア内の映像信号により求められる。

次に、ＣＰＵ１４は、ワブリングレンズＷＬを約１フィールド周期の時間で至近側変位点から無限遠側変位点に移動させる。そして、至近側変位点のときと同じように映像信号の垂直同期信号が２度検出される約１フィールド周期分の時間が経過する間、ワブリングレンズＷＬを無限遠側変位点に停止させ、そのときのフィールドの映像信号をサンプリングして得られる焦点評価値を焦点評価値検出部２６から取得する。

この後、ワブリングレンズＷＬを無限遠側変位点から基準位置にフィールド周期の約２分の１の時間で移動させて一回分のワブリングの制御を終了する。

このように至近側変位点と無限遠側変位点で取得した焦点評価値を比較することによってピント状態が検出される。尚、ワブリングレンズＷＬの移動開始のタイミングや移動時間は垂直同期信号と無関係に行うようにしてもよい。また、至近側変位点と無限遠側変位点のうちワブリングレンズＷＬを最初に移動させる変位点はいずれでもよい。

一方、映像信号にフリッカが生じていると判定した場合における「フリッカ周期に対応したワブリングの制御」はＣＰＵ１４によって次のようにして行われる。尚、フリッカ周期は３フィールド周期（１／２０＝５０ｍｓ）であるものとする。図５（Ａ）は、図４（Ａ）と同様に時間軸を映像信号のフィールドで区分した図であり、図５（Ｂ）に示すようにＣＰＵ１４はワブリングを開始する場合に、あるフィールドの略中間点付近からワブリングレンズＷＬの移動を開始させ、ワブリングレンズＷＬを基準位置から至近側変位点に１フィールド周期の約２分の１の時間で移動させる。そして、映像信号の垂直同期信号が２度検出される約１フィールド周期分の時間が経過する間、ワブリングレンズＷＬを至近側変位点に停止させ、そのフィールドの映像信号をサンプリングして得られる焦点評価値を焦点評価値検出部２６から取得する。

ここで、ＣＰＵ１４は、垂直同期信号を取得するごとに内蔵のカウンタを０から１ずつ増加させると共にフリッカ周期ごとにリセットすることにより、同図（Ａ）に示すように各フィールドにカウンタの値（カウンタ値）を対応させている。ＣＰＵ１４は、ワブリングレンズＷＬを至近側変位点に停止させて焦点評価値を取得した際にそのときのフィールドのカウント値を記憶する。同図の例では、至近側変位点での焦点評価値を取得したフィールドのカウント値は２となる。

次に、ＣＰＵ１４はワブリングレンズＷＬを約１フィールド周期の時間で至近側変位点から無限遠側変位点に移動させる。そして、ワブリングレンズＷＬを無限遠側変位点に停止させ、カウンタのカウント値が、至近側変位点の焦点評価値を取得した際のフィールドのカウント値に一致するまで待機する。同図の例ではワブリングレンズＷＬを無限遠側変位点に移動させた直後のカウンタのカウント値が１であるため約１フィールド周期の時間が経過して次の垂直同期信号によってカウンタのカウント値が２になるまでワブリングレンズＷＬを無限遠側変位点に停止させた状態で待機する。

続いて、垂直同期信号が与えられてカウンタのカウント値が至近側変位点の焦点評価値を取得した際のフィールドのカウント値に一致した場合、ＣＰＵ１４は、その次の垂直同期信号が与えられるまでの１フィールド周期分の時間が経過する間、ワブリングレンズＷＬを無限遠変位点に停止させておく。そして、そのときのフィールドの映像信号をサンプリングして得られる焦点評価値を焦点評価値検出部２６から取得する。

この後、ワブリングレンズＷＬを無限遠側変位点から基準位置に１フィールド周期の約２分の１の時間で移動させて一回分のワブリングの制御を終了する。

このように至近側変位点と無限遠側変位点において同一のカウント値のフィールドで取得した焦点評価値を比較することによって１フリッカ周期分のフィールド（上述の例では３フィールド）のうち同じ順番にあるフィールドの映像信号により得られた焦点評価値が比較されるため、フリッカによって映像信号の輝度が変動している場合であってもフリッカによる誤作動なく適切にピント状態が検出される。

また、映像信号にフリッカが生じている場合のワブリングの制御として、［背景技術］の欄で示した特許文献１の方法を採用した場合と比較すると、図５で説明した場合と同じフリッカ周期（３フィールド周期）のフリッカが生じている場合、特許文献１の方法を採用すると、図６のようなワブリングの制御となる。同図（Ａ）は、図４（Ａ）又は図５（Ａ）と同様に時間軸を映像信号のフィールドで区分した図であり、図６（Ｂ）に示すようにワブリングレンズＷＬを至近側変位点と無限遠側変位点にそれぞれ３フィールド周期の時間で停止させて、３フィールド分の焦点評価値が取得される。そして、ワブリングレンズＷＬを至近側変位点で停止させていたときの３フィールド分の焦点評価値の平均値と、ワブリングレンズＷＬを無限遠側変位点で停止させてときの３フィールド分の焦点評価値の平均値とを比較することによってピント状態が検出される。

図５と図６とでワブリングに要した時間を比較すると、図６の特許文献１の方法では約１３３ｍｓの時間（約８フィールド周期分の時間）が必要となるが、図５の本実施の形態の方法では約８３ｍｓの時間（約４フィールド周期分の時間）しか必要としないため本実施の形態ではワブリングの高速化、即ち、ＡＦの高速化が図れる。

尚、上述したようにフォーカスレンズＦＬを合焦位置に設定した場合にワブリングを停止して焦点評価値を逐次取得し、焦点評価値に一定値以上の変化があると合焦位置が変化したと判断してワブリングによるピント状態検出とフォーカスレンズＦＬの制御とを再開するようにした場合に、ワブリング停止中の焦点評価値の取得も、上記実施の形態と同様にカウンタのカウント値が一致するフィールドの映像信号から求まる焦点評価値を取得するようにすることでフリッカの影響をなくすことができる。

以上、上記実施の形態では、ワブリングによってピント状態を検出しながらそのピント状態に基づいてフォーカスレンズＦＬの停止や移動方向を決定し、その決定に従ってフォーカスレンズＦＬを制御するＡＦの制御において本発明を適用した場合について説明したが、ＡＦの制御が上記実施の形態と異なる場合であっても本発明を適用することができる。例えば、ＡＦの制御として次のような方法が考えられる。まず、フォーカスレンズＦＬが停止している場合に所定の条件が満たされると、上記実施の形態と同様にワブリングのよってピント状態を検出し、合焦でないと判断した場合にフォーカスレンズＦＬの移動方向を決定する。そして、その方向にフォーカスレンズＦＬを移動させる。このとき、フォーカスレンズＦＬを所定量ずつ移動させながら各移動点での焦点評価値を取得するようにし、新たに取得した焦点評価値が前回取得した焦点評価値よりも増加していれば、同一方向にフォーカスレンズＦＬを移動させ、焦点評価値が減少した場合には焦点評価値の最大点（合焦位置）を通過したと判断してフォーカスレンズＦＬの移動方向を反転させる。その後、フォーカスレンズＦＬを微小量ずつ移動させて焦点評価値が増加しなくなる位置を合焦位置としてその位置にフォーカスレンズＦＬを停止させる。

また、ＡＦの制御としてワブリングレンズＷＬを使用せずに、フォーカスレンズＦＬを至近側と無限遠側に微小量変位させることによってワブリングを行う方法も考えられる。

このようなＡＦの制御を行う場合に、映像信号にフリッカが生じているとすると、フォーカスレンズＦＬの各移動点で取得する焦点評価値を上記実施の形態と同様にフィールド周期でリセットされる上記カウンタのカウント値が一致するフィールドの映像信号から得るようにすればフリッカによる誤動作を防止することができる。

即ち、本発明は、ワブリングレンズＷＬによるワブリング時か否かにかかわらずに、またワブリングレンズＷＬによってフォーカスを変位させる場合に限らず、異なるフォーカス位置での複数の焦点評価値を取得してそれらの焦点評価値に基づいて合焦していること、又は、合焦となるフォーカスの移動方向を検出する場合に適用できる。

また、上記実施の形態では、合焦していること、又は、合焦となるフォーカスの移動方向を検出するための焦点評価値（複数の焦点評価値）を、撮像素子により得られる各フィールドの映像信号のうち、フリッカ周期と同一の時間間隔で得られるフィールドの映像信号から取得するようにしたが、これに限らず、上記カウンタのカウント値が一致するフィールドの映像信号から取得すればフリッカの影響をなくすことができ、フリッカ周期の整数倍の時間間隔で得られるフィールドの映像信号から取得するようにすればよい。即ち、撮像素子により順次撮像される撮影画像のうち、フリッカ周期と同一又はフリッカ周期の整数倍の時間間隔で得られる撮影画像の焦点評価値を取得して、それらの焦点評価値に基づいて合焦していること、又は、合焦となるフォーカスの移動方向を検出することによってフリッカによる誤動作を防止することができる。

また、本発明はテレビカメラに限らず、コントラスト方式のオートフォーカスを使用するカメラにおいて適用できる。

図１は、本発明が適用されるレンズシステムの全体構成を示したブロック図である。 図２は、撮影レンズの概略構成を示した構成図である。 図３は、ＡＦの制御の説明に使用した説明図である。 図４は、通常のワブリングの制御の説明に使用した説明図である。 図５は、フリッカが生じている場合のワブリングの制御の説明に使用した説明図である。 図６は、フリッカが生じている場合の従来のワブリングの制御の説明に使用した説明図である。

符号の説明

１２…フォーカスデマンド、１４…ＣＰＵ、１３…Ａ／Ｄ変換器、ＦＰ…フォーカス用ポテンショメータ、１８…Ａ／Ｄ変換器、２０…ハイパスフィルタ、２２…ゲート回路、２４…加算回路、２６…焦点評価値検出部、Ｓ１…ＡＦスイッチ、ＦＬ…フォーカスレンズ、ＺＬ…ズームレンズ、Ｉ…アイリス、ＷＬ…ワブリングレンズ、ＦＭ…フォーカス用モータ、ＷＭ…ワブリング用モータ

Claims (5)

1. 撮像手段の撮像面に被写体像を結像するフォーカス調整可能な撮影レンズと、前記撮像手段により得られた映像信号に基づいて前記撮像手段により順次撮像された撮影画像のコントラストを示す焦点評価値を検出する焦点評価値検出手段と、前記撮影レンズのフォーカスの位置が異なるときに前記撮像手段により撮像された撮影画像に対する複数の焦点評価値を前記焦点評価値検出手段から取得し、該取得した複数の焦点評価値に基づいて合焦したこと又は合焦となるフォーカスの移動方向を検出するフォーカス移動方向検出手段と、該フォーカス移動方向検出手段の検出に基づいて合焦となるようにフォーカスを制御するフォーカス制御手段とを備えたオートフォーカスシステムにおいて、
   前記映像信号にフリッカが生じている場合において、前記フォーカス移動方向検出手段は、前記複数の焦点評価値を前記焦点評価値検出手段から取得する際に、前記撮像手段により順次撮像される撮影画像のうち、フリッカ周期と同一又はフリッカ周期の整数倍の時間間隔で得られる複数の撮影画像に対する焦点評価値を前記焦点評価値検出手段から取得することを特徴とするオートフォーカスシステム。
2. 前記フォーカス移動方向検出手段は、フォーカスを至近側と無限遠側の各変位点に変位させるワブリングを行うと共に、前記ワブリングによってフォーカスを至近側と無限遠側の各変位点に変位させた状態のときに撮像された撮影画像に対する焦点評価値を前記焦点評価値検出手段から取得し、該取得した各変位点での焦点評価値に基づいて合焦したこと又は合焦となるフォーカスの移動方向を検出することを特徴とする請求項１のオートフォーカスシステム。
3. 前記映像信号にフリッカが生じていない場合において、前記フォーカス移動方向検出手段は、フォーカスを至近側と無限遠側の各変位点に変位させるワブリングを行うと共に、前記ワブリングによってフォーカスを至近側と無限遠側の各変位点に変位させた直後に撮像された撮影画像に対する焦点評価値を前記焦点評価値検出手段から取得し、該取得した各変位点での焦点評価値に基づいて合焦したこと又は合焦となるフォーカスの移動方向を検出することを特徴とする請求項２のオートフォーカスシステム。
4. 前記撮像手段により得られた映像信号、又は、前記焦点評価値検出手段により順次取得した焦点評価値に基づいて前記映像信号にフリッカが生じているか否か、及び、フリッカが生じている場合のフリッカ周波数を検出するフリッカ検出手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１のオートフォーカスシステム。
5. 前記撮像手段により得られる映像信号の垂直同期信号ごとに値が１ずつ増加すると共に、フリッカ周期で値がリセットされるカウンタを備え、前記フォーカス移動方向検出手段は、前記カウンタの値が一致するフィールドの撮影画像に対する焦点評価値を前記焦点評価値検出手段から取得することによって、フリッカ周期と同一又はフリッカ周期の整数倍の時間間隔で得られる複数の撮影画像に対する焦点評価値を取得することを特徴とする請求項１のオートフォーカスシステム。

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