JP3047252B2

JP3047252B2 - 合焦制御装置

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Publication number: JP3047252B2
Application number: JP2297357A
Authority: JP
Inventors: アール．ダウスキージュニアエドワード; 勇起酒井
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1990-11-05
Filing date: 1990-11-05
Publication date: 2000-05-29
Anticipated expiration: 2015-05-29
Also published as: US5227890A; JPH04172312A

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は、スチルビデオカメラ，銀塩フィルム式カメ
ラや双眼鏡等の光学系の焦点を自動的に合わせる合焦制
御（オートフォーカス）装置に関する。

〈従来の技術〉従来のオートフォーカス方式には、補助光等の測距の
ための信号を被写体に照射し、その帰ってきた信号を利
用するアクティブ方式と、映像信号自身を何らかの形で
利用するパッシブ方式がある。

パッシブ方式は被写体信号自身を利用するため精度の
良い方法としてよく利用されているが、ビデオカメラ等
では、カメラ自身の撮像のための撮像素子（CCD）を有
しているため、撮像素子から得られる映像信号をそのま
ま利用してオートフォーカスを行う方式がよく採られ
る。スチルビデオカメラにおいてもムービービデオカメ
ラ同様撮像素子を内蔵しているため、これから得られる
映像信号を直接利用すれば、別にオートフォーカスのた
めの専用光学ユニットを設ける必要がなくコスト，精度
共に有利である。

ムービービデオカメラに用いられる従来の映像信号を
用いる撮像面オートフォーカス方式をスチルビデオカメ
ラ等に利用すると概略次のようになる。

即ち、映像信号等に含まれる高周波成分は合焦位置
（ベストフォーカス位置）にてそのレベルが最大とな
り、デフォーカス量が増えるに従って高周波成分は小さ
くなっていく。

このことを利用して撮像の度に撮像レンズを至近距離
から無限位置まで複数位置a₀,a₁,a₂,・・・で一度スキ
ャンし、その間の映像信号に含まれる高周波成分f₀をバ
ンドパスフィルタにて取り出し、逐一そのレベルを比較
することにより、高周波成分が最大となる位置、例えば
a₁を見つけ出し、再びその位置にレンズを移動させると
いう動作をさせる。第８図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は夫
々前記従来例のハードウエアの構成、撮像レンズの各ス
キャン位置、該各スキャン位置における高周波成分レベ
ルを示したものである。

〈発明が解決しようとする課題〉かかる従来のオートフォーカス方式では後述するよう
にいくつかの問題点がある。

アクティブ方式では前述したようにオートフォーカス
専用の光学ユニットを別に必要とするという問題が大き
い。

パッシブ方式においても、まず、合焦位置を知るため
に一度レンズを至近距離から無限位置まで移動させなけ
ればならず時間がかかる。

また、検出精度を上げるためには高周波成分取出用バ
ンドパスフィルタの帯域幅を狭くすればよいが、あまり
狭くしすぎると、被写体の種類によっては、その帯域の
周波数成分をあまり含まず、十分な出力が得られない等
の不具合を生じる。

本発明はこのような従来の問題点に鑑みなされたもの
で、撮像レンズが任意の位置にある状態から、２回の映
像信号取込みによる処理と１又は２回の撮像レンズの移
動のみで合焦位置を合わせることができ、かつ被写体信
号の特定周波数成分など、被写体の種類への依存性を有
せず、また、オートフォーカス専用の特別の光学系も必
要としない新規な方式の合焦制御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〉このため、本発明に係るカメラの合焦制御装置は第１
図に示すように、任意の撮像レンズ位置で撮像素子から
サンプリングされた映像信号のデータをＺ変換するＺ変
換手段と、該Ｚ変換された多項式に複数のデフォーカス
量に対応した零点を代入して該多項式の零点を見つけ出
すことにより現在のデフォーカス量を検出する第１のデ
フォーカス量検出手段と、検出されたデフォーカス量に
基づいて撮像レンズの撮像素子から遠い側にある場合の
合焦位置と撮像素子に近い側にある場合の合焦位置との
少なくとも一方を演算する合焦位置演算手段と、撮像レ
ンズ又は撮像素子を前記演算された一方の合焦位置を超
えない範囲で該合焦位置方向に移動させる移動手段と、
該移動手段によって移動された位置でデフォーカス量を
検出する第２のデフォーカス量検出手段と、該移動後の
デフォーカス量又は移動前からのデフォーカス量の変化
状態に基づいて撮像レンズと撮像素子との正しい相対合
焦位置を知り、当該合焦位置に撮像レンズ又は撮像素子
をセットする位置制御手段と、を含んで構成した。

また、前記移動手段は、例えば、合焦位置演算手段に
より演算された一方の合焦位置まで撮像レンズ又は撮像
素子を移動させ、位置制御手段は、撮像レンズ又は撮像
素子の移動後におけるデフォーカス量が略零であるとき
は当該移動位置が正しい合焦位置と判断して撮像レンズ
又は撮像素子の位置を固定し、それ以外の場合は他方の
合焦位置まで撮像レンズ又は撮像素子を移動する構成と
すればよい。

また、移動手段の別の方式としては、前記移動手段
は、合焦位置演算手段により演算された一方の合焦位置
に近づける方向に撮像レンズ又は撮像素子を移動させ、
位置制御手段は、撮像レンズ又は撮像素子の移動後にお
けるデフォーカス量が移動前のデフォーカス量より減少
している場合は当該移動方向の合焦位置が正しいと判断
して該合焦位置まで撮像レンズ又は撮像素子を移動し、
デフォーカス量が増大している場合は当該移動方向と逆
方向の合焦位置が正しいと判断して該合焦位置まで撮像
レンズ又は撮像素子を移動するようにしてもよい。

〈作用〉撮像素子から出力された映像信号のサンプリングされ
たデータは、Ｚ変換手段により一次元Ｚ変換又は二次元
Ｚ変換される。

第１のデフォーカス量検出手段は、前記Ｚ変換された
多項式に、予めデフォーカス量の異なる複数のＺ変換多
項式における零点を次々と代入することにより、当該サ
ンプリングデータのＺ変換多項式における零点を見つけ
出し、これにより、現在のデフォーカス量を検出する。

合焦位置演算手段は、検出されたデフォーカス量に基
づいて撮像レンズの撮像素子から遠い側にある場合の合
焦位置と撮像素子に近い側にある場合の合焦位置との少
なくとも一方を演算する。これらの中の一方が正しい合
焦位置である。

移動手段は、前記演算された一方の合焦位置方向に該
合焦位置を超えない範囲で撮像レンズ又は撮像素子を移
動する。

第２のデフォーカス量検出手段は、前記移動手段によ
って移動された撮像レンズ又は撮像素子の位置で新たに
デフォーカス量を検出する。

そして、位置制御手段は、前記移動後のデフォーカス
量又は移動前からのデフォーカス量の変化状態に基づい
て正しい合焦位置を知り、当該合焦位置に撮像レンズ又
は撮像素子をセットする。

例えば、前記移動手段が、演算された一方の合焦位置
まで撮像レンズを移動させる場合は、当該合焦位置が正
しければ移動後におけるデフォーカス量が略零となって
いるから、これによって当該合焦位置が正しいことを知
り、そのままの位置に撮像レンズをセットする。また、
デフォーカス量が略零とならない場合は、当該合焦位置
は正しくないと判断できるから、他方の正しい合焦位置
まで撮像レンズ又は撮像素子を移動してセットする。そ
の場合、前記合焦位置演算手段で２つの合焦位置を演算
する場合には、該他方の合焦位置は分かっているが、１
つの合焦位置しか演算しない場合には、新たに正しい合
焦位置を演算して求める。尚、新たな合焦位置は、移動
前のデフォーカス量が移動後のデフォーカス量を用いて
演算すればよい。

また、移動手段が演算された一方の合焦位置に近づけ
る方向に撮像レンズ又は撮像素子を移動させた場合は、
デフォーカス量は該合焦位置が正しければ移動前の値よ
り減少し、正しくなければ増大する。したがって、該デ
フォーカス量の移動前の値との比較により合焦位置が正
しいか否かを判別でき、正しい場合は同一方向に移動し
て該合焦位置にセットし、正しくない場合は逆方向に移
動して他方の正しい合焦位置にセットする。正しい合焦
位置は、前記同様合焦位置演算手段により予め求めてお
くか、又は新たに演算して求める。

〈実施例〉実施例の説明に先立ち、本発明に関わる理論を第２図
及び第３図を参照して以下に説明する。

ある撮像光学系において、CCD等の撮像素子からサン
プリングされた映像信号のデータｙは、レンズの点像拡
がり関数（Point spread function）をｇ、物体データ
をｕ、撮像素子系で生じるノイズをｎとすうと、次のよ
うに一般的に表されることになる｛第２図（Ａ）参
照｝。

ｙ＝ｕ＊ｇ＋ｎ式において、全ての変数は二次元量であり、＊はコ
ンボリューション（たたみこみ）を示す。

点像拡がり関数ｇは光学理論により次式のように表さ
れる。

ここで、d_O:物体−撮像レンズ間距離,d₁:撮像レンズ
−撮像素子間距離とすると、d₁が合焦位置にあるときの
距離より小さい側にデフォーカスされている場合は、前
記Ｗは次式を満足する値として設定される。

1/W＝1/d_O＋1/d₁−1/f また、d₁が合焦位置にあるときの距離より大きい側に
デフォーカスされている場合は、前記Ｗは次式を満足す
る値として設定される。

−1/W＝1/d_O＋1/d₁−1/f ′ また、レンズ窓関数Ｐは、レンズアパーチャーを示
し、撮像レンズに収差のない場合は、レンズアパーチャ
ー内いずれの点においても一定値であり、それ以外の点
においては、０となる。

今、簡単化のため式においてノイズの項ｎを無視す
ると、ｙ＝ｕ＊ｇ ′ となり、コンボリュージョンにより画像を劣化させるの
は、点像拡がり関数ｇであることが分かり、また、式
より、点像拡がり関数ｇは、Ｗによってのみ影響を受け
ることが明らかである。したがってＷの値が決まれば、
即ち又は′式において、撮像レンズ−撮像素子間距
離d₁及び撮像レンズの焦点距離ｆは既知であるので、物
体−撮像レンズ間距離d_Oが決まれば点像拡がり関数ｇは
一義的に決まることになる。

このことは、逆の見方をすると、現在の撮像レンズ位
置における点像拡がり関数ｇを特定できれば、物体−撮
像レンズ間距離d_oを知ることができることを意味する。

そして、第２図（Ｂ）に示すように、最初映像信号デ
ータのサンプリング時に撮像レンズが無限遠位置Ａにあ
ったとすると、物体−撮像レンズ間距離d_Oを知れば、撮
像レンズ−撮像素子間距離d₁及びレンズ焦点位置ｆは既
知であるため、次式が成立する。

1/（d_O−Δｄ）＋1/（d₁＋Δｄ）＝1/f これにより、合焦位置（図示Ｂ）を得るためのレンズ
移動量Δｄが求まる。

次に、現在のレンズ位置における点像拡がり関数ｇを
特定する方法について説明する。

まず、点像拡がり関数ｇの一次元離散フーリエ変換G_K
は次式のように表される。なお、G_Kはレスポンス関数
（optical transfer function）と呼ばれ、OTFと略記さ
れる。その光学系における役割は、増幅器のような電気
的伝送路の伝達関数の役割に類似したものである。

ここで、g_i（ｉ＝0,1・・Ｍ−１）は点像拡がり関数
ｇのサンプル値,Mはサンプル数である。

OTF G_Kを、周波数成分ｋを横軸方向に変数として
（ｋ≧０）、種々のデフォーカス量1/Wについて描いた
曲線を第３図に示す。式より1/W＝０のときに1/d₀＋1
/d₁＝1/fとなり、合焦位置であることが図からも分か
る。

式において、＝exp｛−ｊ（２π/M）ｋ｝とおく
と（｜｜＝１）、次式が成立する。

G_K＝g₀＋g₁ ^-1＋g₂ ^-2＋・・・・・＋g_M-1 ^-(M-1) 式から分かるように、一次元離散フーリエ変換は
^-1の多項式の形をとり、したがって、G_Kは因数分解を行
って次式のように表すことができる。

G_K＝g_M-1（^-1−_１）（^-1−_２）・・・・・・
（^-1−_M-1）ここで、_ｉ（ｉ＝1,2,・・Ｍ−１）は、^-1を変数
とする多項式の零点である。即ち、^-1＝_ｉ（又は
＝1/_ｉ）のときG_K＝０となる。あるデフォーカス量1/
WにおけるG_Kの零点を他のデフォーカス量1/WにおけるG_K
の^-1に代入しても０とはならない。したがって種々の
デフォーカス量1/Wに対する各G_Kの零点を調べておき、
あるデフォーカス量1/W₀に対する各G_K0の零点をデフォ
ーカス量1/Wの不明なG_Kのに代入したときにG_K＝０となったとすると、このOTF G
_Kのデフォーカス量1/Wは1/W₀であることが判明する。つ
まりG_Kを特定することができる。ところが、第３図でデ
フォーカス量1/Wがある大きさより小さい曲線G_Kは０と
なる点がない。換言すればを満たす零点が存在しない。したがって、一次元離散フ
ーリエ変換では上記の場合にはG_Kを特定することができ
ない。

そこで、上記の場合でもOTFを特定評価できるように
式のexp｛ｊ（２π/M）ｋ｝の代わりに振幅γを持つ
Ｚ＝γexp（ｊω）を用いて点像拡がり関数ｇの一次元
Ｚ変換をとると次式のようになる。

この多項式Ｇ（Ｚ）により複素平面上γ＝１の単位円
周上に限らず、いずれの点においてもＧ（Ｚ）を評価す
ることができる。

式の両辺のＺ変換をとり次のように表す。

Ｙ（Ｚ）＝Ｕ（Ｚ）×Ｇ（Ｚ）＋Ｎ（Ｚ）ここで、Ｙ（Ｚ）,U（Ｚ）,G（Ｚ）及びＮ（Ｚ）は夫
々式におけるy,u,g及びｎのＺ変換を示す。仮にノイ
ズの項Ｎ（Ｚ）を無視すると、Z_iがＵ（Ｚ）又はＧ
（Ｚ）の零点であればＹ（Ｚ）＝０となる。したがっ
て、あるデフォーカス量1/W₀に対応する点像拡がり関数
ｇをＺ変換して得られたG₀（Ｚ）の零点をＹ（Ｚ）に代
入してＹ（Ｚ）＝０になったとすると、そのときのＧ
（Ｚ）はG₀（Ｚ）であると特定できる（一般にはＧ
（Ｚ）の零点とサンプリングデータのＺ変換値であるＵ
（Ｚ）の零点は一致しない）。

そこで、使用されるカメラの撮像レンズに対して、予
め異なるデフォーカス量1/Wに対する点像拡がり関数ｇ
を式を求め、各点像拡がり関数ｇから各デフォーカス
量1/Wに対応するOTF G_K（Ｇ_K1,Ｇ_K2,・・・G_KJ）を測
定又は理論的計算により求め、さらに各OTF G_Kにおけ
る零点セット（Ｚ_on1,Ｚ_on2,・・・Z_oni;n＝1,2・・・
Ｊ）を計算により求めておく。

そして、撮像素子出力のサンプルデータからＺ変換に
より求められたＹ（Ｚ）に各OTF G_Kの零点セットを代
入し、それらの絶対値の合計が最も小さくなるOTFを探
せば、そのOTFが現在のOTFに相当することになる。

このようにしてOTFが特定され、したがって点像拡が
り関数ｇが特定されるので、デフォーカス量1/Wも決ま
り、レンズの移動量Δｄを決めることができるのであ
る。

以上は、一次元Ｚ変換による処理であるが、二次元Ｚ
変換の処理では次のようになる。

即ち式の二次元Ｚ変換表示を次式の如く表すとす
る。

Ｙ（Zr,Zc）＝Ｕ（Zr,Zc）×Ｇ（Zr,Zc）＋Ｎ（Zr,Zc）Ｙ（Zr,Zc）,U（Zr,Zc）,G（Zr,Zc）及びＮ（Zr,Zc）
は各々式に於けるy,u,nの二次元Ｚ変換であり、Ｚの
添字r,cは各々行（ロウ）と列（コラム）を意味する。

式は次のようになる。

ここで、ｙ_mn,g_mn及びn_mnは各々撮像素子2Aの出力デ
ータ，点像拡がり関数及びノイズデータの二次元サンプ
ルデータマトリクスにおける第ｍ行第ｎ列番目のデータ
である。

二次元フーリエ変換において、行間に相関が無ければ
一般に次式が成立する。

Ｈ（Zr,Zc）＝Ｈ（Zr）×Ｈ（Zc）故に行間に相関の無いノイズにおいては、式の右辺
ノイズの項は、次式のようになる。

即ち、一次元Ｚ変換の掛け算として表すことができ
る。ノイズの一次元Ｚ変換多項式の零点をZ_RONすると
｛但し、一般にZ_RONは複素数でZ_RON＝γ_RONexp（ｊω
_RON）である｝、これを式の一方の変数Zrに代入してとなる。故に、同じノイズ多項式の零点をZ_RONを式に
代入すると式右辺ノイズの項は０となり、次式の如く
になる。

零点Z_RONは定数であるから、式から分かるとおり左
辺はｙの一次元Ｚ変換式の和として、又、右辺の第２項
はｇの一次元Ｚ変換の和として表されている。即ち、右
辺ｇの一次元Ｚ変換多項式の零点は、左辺ｙの一次元Ｚ
多項式の零点でもある。

このように二次元Ｚ変換多項式の２つの変数Zr,Zcの
中、いずれか一方をノイズの零点を代入して固定するこ
とによりノイズ成分をキャンセルさせ二次元処理が一次
元処理と等価になり、一次元Ｚ変換多項式の零点がその
まま使えることになる。

即ち、二次元処理では、純粋の一次元処理に比べてノ
イズの零点を用いることにより有効にノイズをキャンセ
ルし精度の良いオートフォーカスを達成することができ
る。

ここで、撮像レンズが最初無限遠位置｛第２図（Ｂ）
の位置Ａ｝にあったとすると、d₁は合焦位置位置より小
さい側にデフォーカスされているから式が用いられ、
撮像レンズを撮像素子から離れる方向にΔｄ移動させれ
ばよい。また、撮像レンズが最初至近位置にある場合も
同様であり、d₁は合焦位置位置より大きい側にデフォー
カスされているから′式が用いられ、撮像レンズを撮
像素子に近づける方向にΔｄ移動させればよい。

即ち、撮像レンズを１回移動するだけで合焦できる利
点があるが、撮影毎に撮像レンズを無限遠位置か至近位
置に初期セットする必要があり、通常撮影ではレンズの
移動量が大きいので消費電力が大きくなり、高速連続撮
影にも限度がある。

そこで、撮像レンズが任意の位置（具体的には前回撮
影終了時の位置）にあっても、その位置から無限遠位置
か至近位置に初期セットすることなく、合焦することを
考える。

撮像レンズが任意の位置にある場合は、前記演算によ
りデフォーカス量自体は求まるが、d₁が大きい側にデフ
ォーカスされているのか、小さい側にデフォーカスされ
ているのかが判別できない。つまり、，′のいずれ
の式を用いるべきかを判定できない。

そこで、本発明では，′の中の一方の式、例えば
式を用いて、その場合の合焦位置までのレンズ移動量
Δd_aを求め、該使用した式により定まる方向（この場合
は撮像素子から遠ざかる方向）にΔd_a以内の大きさΔd
_aoで撮像レンズを動かしてみて、その位置でのデフォー
カス量を検出する。その場合、デフォーカス量が移動前
より減少していれば、式により求められた合焦位置に
対応するレンズ移動量Δd_aは正しく、現在の位置から更
に前記移動方向と同方向に（Δd_a−Δd_ao）だけ移動さ
せることにより合焦させる。

また、デフォーカス量が移動前より増大していれば、
式で求められたレンズ移動量Δd_aは正しくないから
′式に移動前のデフォーカス量又は移動後のデフォー
カス量を代入してレンズ移動量Δd_b又はΔd_b′を求め、
前記移動方向とは逆方向に（Δd_ao＋｜Δd_b|）又は｜Δ
d_b′｜だけ移動させることにより合焦させる。

尚、最初のレンズの移動量Δd_aoを合焦位置までのレ
ンズ移動量Δd_aと等しくした場合には、合焦位置が正し
い時には、そのままの位置で合焦されているから移動さ
せる必要がない。また、この場合には合焦位置が正しい
か否かの判別を、前記同様デフォーカス量の増減で判別
してもよいが、移動後の位置が合焦位置であれば、デフ
ォーカス量は略零となるため、略零となるか否かで判別
することもできる。

以下に、本発明に係るカメラの合焦制御装置の実施例
を図面に基づいて説明する。

第１の実施例の構成を示す第４図において、撮像レン
ズ１は、オートフォーカス操作開始時は任意の位置（一
般的には前回撮影終了時の位置）にセットされている。
該撮像レンズ１から入った光はCCD（撮像素子）2A及び
信号増幅器2B等を含むイメージセンサー回路２により光
電変換，増幅処理され、映像信号として出力される。

前記映像信号はサンプリング回路３により、オートフ
ォーカスに必要な画素分（合焦させようとする映像部
分）のデータがサンプリングされ、A/D変換器４により
デジタル信号に変換された後、映像画面一次元方向の一
行当たりｎ個ずつＫ行分のデータ（第５図参照）が行バ
ッファメモリ５に一時的に記憶される。

一方、複数（Ｊ個）の異なるデフォーカス量1/Wに対
するOTF G_Kの零点セット（Ｚ_op1,Ｚ_op2,・・・Z_opi;p
＝1,2・・・Ｊ）がＪ個のレジスタ8₁〜8_jに夫々記憶さ
れている。

以下、マイクロコンピュータの各演算部で実行される
演算処理を順に説明する。

一次元Ｚ変換部７では、まず前記行バッファメモリ５
に保持されている第１行のサンプルイメージデータy₁₁
〜y_1nをＺ変換して下記のようにZ^-1の多項式からなるY₁
（Ｚ）を求める。この一次元Ｚ変換部７がＺ変換手段に
相当する。

Ｙ（Ｚ）＝y₁₁＋y₁₂Z^-1＋y₁₃Z^-2＋・・・＋y_1nZ^-n 各レジスタ8₁〜8_jに対応する各零点代入部9₁〜9_jで
は、夫々一次元Ｚ変換部７から入力したY₁（Ｚ）に対応
するレジスタ8_pにストアされた零点セットの各零点Z_0p1
〜Z_0piを順次代入し、絶対値演算部10₁〜10_jでは前記各
代入した値の絶対値|Y₁（Z_0p1）｜〜|Y₁（Z_0pi）｜を求
める。。

上記のようにして求められた絶対値|Y₁（Z_0p1）｜〜|
Y₁（Z_0pi）｜は、順次対応する加算部11_p（ｐ＝１〜
ｊ）に入力されて加算されていく。そして、１セットの
零点全てについて上記演算処理が終了すると、次に第２
行目のついてサンプルイメージデータについて同様の演
算処理が繰り返され、その演算結果が加算部11_pにおい
て第１行目の加算値に加算される。

第Ｋ行目までの全ての行について上記の演算処理を終
了すると、各加算部11_pに蓄積された値は比較部12にて比較され、その中の最小値に対応するOT
Fを、現在のデフォーカス量1/Wに対応するOTFとして特
定する。ここで、零点代入部9₁〜9_jと絶対値演算部10₁
〜10_jと加算部11₁〜11_jと比較部12とが第１のデフォー
カス量検出手段に相当する。

これにより、現在のデフォーカス量1/Wが検出された
ので、合焦位置演算部13では合焦位置つまりレンズの移
動量Δｄを演算する。ここで、前述したように撮像レン
ズ１は任意の位置にセットされているのでd₁が大きい順
でデフォーカスされているのか、小さい側でデフォーカ
スされているのか判別できない。そこで、本実施例では
式と′式とを夫々用いて、各デフォーカス状態にお
ける物体Ｕ−撮像レンズ１間の距離d₀（式で求めた
値）,d₀′（′式で求めた値）を求め、これらの値
を、式に代入して、夫々の合焦位置に対応するレンズ
移動量Δd_a,Δd_bを求める。

ここで、d₁を増大する方向を正としたときには、前述
した理由によりd₀を式に代入して得られる根は共に正
の値となるが小さい方をΔd_aとして選択し、また、d₀′
を式に代入して得られる根は正負の値となるが、その
中負の値をΔd_bと選択する。この合焦位置演算部13が合
焦位置演算手段に相当する。

レンズ移動部14では、前記のようにして得られたレン
ズ移動量Δd_a,Δd_bの中の一方、例えばΔd_aの場合は撮
像レンズ１をCCD2Aから遠ざかる方向にΔd_a分移動させ
る。このレンズ移動部14とレンズ駆動回路６とが移動手
段に相当する。

そして、前記移動された撮像レンズ１の位置で、新た
にCCD2Aからのデータをサンプリングし、前記同様のＺ
変換，零点代入等の処理を行ってデフォーカス量1/Wを
検出する。したがって、零点代入部9₁〜9_jと絶対値演算
部10₁〜10_jと加算部11₁〜11_jと比較部12とは第２のデフ
ォーカス量検出手段にも相当する。

判定部15では、検出されたデフォーカス量1/Wが誤差
範囲内で略零であるか否かを判定する。

制御部16は、移動後のデフォーカス量1/Wが略零と判
定された場合は、当該合焦位置は正しいと判断して、撮
像レンズ１をそのままの位置で固定してオートフォーカ
スを終了させる。

また、デフォーカス量1/Wが略零でない場合は当該合
焦位置は正しくなく、もう１つの合焦位置の方が正しい
と判断して、レンズ駆動回路６を駆動し、撮像レンズ１
をCCD2Aに近づける方向にΔd_a＋｜Δd_b|分移動して元の
レンズ位置からCCD2A寄りに｜Δd_b|分移動した合焦位置
にセットする。前記判定部15と制御部16とが位置制御手
段に相当する。

前記実施例はデフォーカス量1/Wの検出に際し、各行
についての|Y_r（Z_0pn）｜の総和（平均と同等）が最小
となるOTFを選択したが、全ての|Y_r（Z_0pn）｜の中で最
小値を持つOTFを選択するようにしてもよい。

また、実施例では、複数行（組）のサンプリングデー
タをＺ変換して比較する構成としたため、映像信号のノ
イズの影響を平均化により小さくすることができるが、
ノイズの影響が小さい場合には、１行分のデータのみで
処理を行うことも可能である。また、データを１個ずつ
サンプリングする毎に、多項式の各Z^-n項に順次データ
を積算するようなシーケンスを行えば行バッファメモリ
５のように一時的に記憶する手段は不要である。但し、
この方式は、演算行程が増大するので高速処理機能を有
したものに適する。

次に、上記実施例の変形例を第６図に基づいて説明す
る。尚、第４図の１〜12の各要素は共通であるので省略
して示す。

この実施例では、合焦位置演算部13′で一方の合焦位
置に対応するレンズ移動量Δｄ、例えば、式を用いて
Δd_aのみ演算する。そして、撮像レンズ移動部14で撮像
レンズ１をCCD2Aから離れる方向にΔd_a分移動させてデ
フォーカス量1/Wを求めて判定部15で判定を行い、制御
部16′により以下のように撮像レンズ１位置を制御す
る。

即ち、デフォーカス量1/Wが略零であるときは、合焦
位置が正しいため、その位置にセットし、正しくない時
は移動前の状態におけるデフォーカス量1/Wを用いて
′式により他方の合焦位置に対応するレンズ移動量Δ
d_bを求めてレンズ駆動回路６を駆動し、撮像レンズ１を
CCD2Aに近づける方向にΔd_a＋｜Δd_b|分移動して該他方
の正しい合焦位置にセットする。

この方式だと、初めに演算した合焦位置（レンズ移動
量Δｄ）が正しければ、残りの合焦位置は演算する必要
がないため、50％の確率で演算の一部を省略できる。

また、合焦位置が正しくない場合に移動後のデフォー
カス量1/Wに基づいて新たに正しい合焦位置に対応する
レンズ移動量Δd_bを求めて逆向きに｜Δd_b|分移動させ
る方式としてもよい。この方式では初めに演算されたレ
ンズ移動量が正しくない場合に、前記実施例のように２
つのレンズ移動量Δd_aと｜Δd_b|とを加算して逆向きの
移動量を決める方式に比較し、移動後の増大したデフォ
ーカス量1/Wを用いて、かつ、１回の演算でレンズ移動
量が決められるため精度が高い。

また、以上の実施例は一方の合焦位置まで撮像レンズ
を移動してみる方式を示したが、第７図に示す方式とし
てもよい。尚、第４図の１〜12の各要素は共通であるの
で省略して示す。

即ち、１つの合焦位置対応のレンズ移動量例えばΔd_a
（合焦位置演算部13′で演算）より小さい移動量Δd_ao
だけ当該合焦位置方向へ撮像レンズ１を移動させる（撮
像レンズ移動部14′で移動）。

そして、その位置で求めたデフォーカス量1/Wと、移
動前のデフォーカス量1/Wとを判定部17で比較し、制御
部18によりデフォーカス量1/Wが移動により減少してい
れば、当該合焦位置は正しいと判断して撮像レンズ１を
同方向へ更に（Δd_a−Δd_ao）分移動させてセットす
る。

また、デフォーカス量1/Wが増大していれば、当該合
焦位置は正しくないと判断して、前記実施例同様移動前
のデフォーカス量1/Wを用いて逆方向のレンズ移動量Δd
_bを求め、該逆方向に撮像レンズ１を（Δd_ao＋｜Δd
_b|）分移動してセットするか、又は、移動後のデフォー
カス量1/Wを用いて現位置からのレンズ移動量Δd_bを求
めて｜Δd_b|分移動させることによりセットする。前記
判定部17と制御部18とが位置制御手段に相当する。この
場合も精度的には後者の方が高い。前者の場合は、合焦
位置演算部13で先にΔd_bも求めておいてもよい。

尚、初めの移動量Δd_aoは、Δd_aの所定割合（＜１）
で設定したり、予め一定値を設定しておいて、該設定値
がΔd_aより大きい場合は、Δd_aの所定割合（＜１）で設
定するか、或いはΔd_ao＝Δd_aとする等種々の態様で設
定できる。

また、デフォーカス量1/Wの移動前と移動後の増減変
化を診て合焦位置の正否を判定する方式は前記実施例の
ように初めに一方の合焦位置まで移動する方式にもその
まま適用できる。尚、このようにデフォーカス量1/Wの
変化状態で合焦位置の正否を判定する場合、移動前の撮
像レンズ位置が極めて合焦位置に近い位置にある場合に
は、演算誤差によって正否の判定を誤ることもあり得る
がその場合は演算される移動量も十分小さいので逆向き
に移動したとしても合焦精度を十分に確保できる。

また、レンズ移動量Δｄも合焦位置からのズレ量した
がってデフォーカス量を表す１つの値であるから、例え
ば、移動前に演算される一方向のレンズ移動量例えばΔ
d_aと移動後に演算される同方向のレンズ移動量Δd_a′と
の増減を比較し、Δd_a′＜Δd_aであれば合焦位置が正し
く、Δd_a′＞Δd_aであれば、合焦位置が正しくないと判
定することもできる。ただし、1/Wの方が先に求まり、
かつ、この1/Wを用いてレンズ移動量Δｄが求まるので
あるから、演算時間短縮及び精度の点でも実施例で示し
たように1/Wで判定する方が好ましい。

また、撮像レンズを移動する代わりに、撮像素子を移
動させる方式としてもよい。その場合、撮像素子を撮像
レンズから遠ざける方向を正方向とした撮像素子の移動
量Δｄを、式の代わりに次式によって求めることとな
る。尚、式が使用される場合はΔｄは正の値となり、
′式が使用される場合はΔｄは負の値となる。

1/d_O＋1/（d₁＋Δｄ）＝1/f ′ また、撮像レンズの初期位置でのデフォーカス量1/W
の検出を、映像信号データを一次元Ｚ変換した式に基づ
いて行うものを示したが、前述した二次元Ｚ変換を行っ
てより高精度に検出することもできる。

尚、本発明はカメラの他、望遠鏡等にも適用できる。

〈発明の効果〉以上説明したように本発明によれば、撮像レンズが任
意の位置にあっても２回のデータ取込みによる演算手段
と１又は２回の最小限の移動で短時間に合焦させること
ができ、高速連続撮影に適する。

また、被写体の周波数成分等被写体の種類に依存性を
有しないので常に良好な精度が得られ、しかもオートフ
ォーカス専用の特別な光学系も必要とせず、コスト的に
も有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成，機能を示すブロック図、第２図
（Ａ），（Ｂ）は本発明の理論を説明するための各部の
位置関係を示す図、第３図はデフォーカス量の異なる各
OTFの特性を示す線図、第４図は本発明の第１の実施例
の構成を示す図、第５図はサンプリングされるデータの
画面上の位置を示す図、第６図は本発明の第２の実施例
の構成を示す図、第７図は本発明の第３の実施例を示す
構成図、第８図（Ａ）は夫々従来例のハードウエアの構
成を示す図、同図（Ｂ）は撮像レンズの各スキャン位置
を示す図、同図（Ｃ）は前記各スキャン位置における高
周波成分レベルを示す図である。１……撮像レンズ、2A……CCD、３……サンプリング回
路、６……レンズ駆動回路、７……Ｚ変換部、8₁〜8_j…
…テーブル、9₁〜9_j……零点代入部、10₁〜10_j……絶対
値演算部、11₁〜11_j……加算部、12……比較部、13,1
3′……合焦位置演算部、14,14′……撮像レンズ移動
部、15,17……判定部、16,16′,18……制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者エドワードアール．ダウスキージュニアアメリカ合衆国，ロードアイランド 0871，ポーツマス，テイラーロード 85 (72)発明者酒井勇起東京都八王子市石川町2970番地コニカ株式会社内 (56)参考文献特開昭64−59311（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−11809（ＪＰ，Ａ) 特開昭49−84643（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 7/28 - 7/40 G03B 13/36 H04N 5/222 - 5/257 G01C 3/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】任意の撮像レンズ位置で撮像素子からサン
プリングされた映像信号のデータをＺ変換するＺ変換手
段と、該Ｚ変換された多項式に複数のデフォーカス量に
対応した零点を代入して該多項式の零点を見つけ出すこ
とにより現在のデフォーカス量を検出する第１のデフォ
ーカス量検出手段と、検出されたデフォーカス量に基づ
いて撮像レンズの撮像素子から遠い側にある場合の合焦
位置と撮像素子に近い側にある場合の合焦位置との少な
くとも一方を演算する合焦位置演算手段と、撮像レンズ
又は撮像素子を前記演算された一方の合焦位置を超えな
い範囲で該合焦位置方向に移動させる移動手段と、該移
動手段によって移動された位置でデフォーカス量を検出
する第２のデフォーカス量検出手段と、該移動後のデフ
ォーカス量又は移動前からのデフォーカス量の変化状態
に基づいて撮像レンズと撮像素子との正しい相対合焦位
置を知り、当該合焦位置に撮像レンズ又は撮像素子をセ
ットする位置制御手段と、を含んで構成したことを特徴
とする合焦制御装置。
【請求項２】移動手段は、合焦位置演算手段により演算
された一方の合焦位置まで撮像レンズ又は撮像素子を移
動させ、位置制御手段は、撮像レンズ又は撮像素子の移
動後におけるデフォーカス量が略零であるときは当該移
動位置が正しい合焦位置と判断して撮像レンズ又は撮像
素子の位置を固定し、それ以外の場合は他方の合焦位置
まで撮像レンズ又は撮像素子を移動してなる請求項１に
記載の合焦制御装置。
【請求項３】移動手段は、合焦位置演算手段により演算
された一方の合焦位置に近づける方向に撮像レンズ又は
撮像素子を移動させ、位置制御手段は、撮像レンズ又は
撮像素子の移動後におけるデフォーカス量が移動前のデ
フォーカス量より減少している場合は当該移動方向の合
焦位置が正しいと判断して該合焦位置まで撮像レンズ又
は撮像素子を移動し、デフォーカス量が増大している場
合は当該移動方向と逆方向の合焦位置が正しいと判断し
て該合焦位置まで撮像レンズ又は撮像素子を移動してな
る請求項１に記載の合焦制御装置。