JP3356229B2 - 光学的検出装置およびフォーカス制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レンズボケ量の検出、
また被写体までの距離を推定する光学的検出装置、およ
び例えばビデオカメラに用いて好適なフォーカス制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】民生用のビデオカメラにおいては、いわ
ゆるオートフォーカス機能が搭載されており、被写体に
対するフォーカスを自動的に調整し得るように成されて
いる。図１１は従来のビデオカメラにおけるフオーカス
制御装置の構成例を示している。フオーカスレンズ２
は、図示せぬ被写体の像を例えばＣＣＤ等より成る撮像
素子３に結像させる。撮像素子３は、この像に対応する
画像信号（ビデオ信号）をＡ／Ｄ変換器４に出力する。
Ａ／Ｄ変換器４は、入力されたビデオ信号をＡ／Ｄ変換
し、カメラ信号処理回路５に出力するとともに、フィル
タ６に出力する。

【０００３】フィルタ６は、ハイパスフィルタ或いはバ
ンドパスフィルタにより構成され、入力されたデジタル
ビデオ信号の高域成分を抽出し、検波回路７に出力す
る。検波回路７は、入力されたビデオ信号をフィールド
単位で検波演算し、ピント評価値を生成し、マイクロコ
ンピュータ８に供給する。

【０００４】マイクロコンピュータ８は、いわゆる山登
りオートフォーカス方式の処理を実行し、フォーカスエ
ラー信号を生成する。そして、このフォーカスエラー信
号に対応して、ステッピングモータ１を駆動し、フォー
カスレンズ２を撮像素子３に対して相対的に所定の位置
に移動させる。これにより撮像素子３上に被写体の像が
正しく結像されるようにフォーカス制御される。

【０００５】図１２は前記した山登りオートフォーカス
方式を実行するマイクロコンピュータ８における演算処
理をフローチャートで示したものである。まず最初にス
テップＳ５１において、オートフォーカス動作を開始す
る必要があるか否かを判定し、その必要がある場合にお
いてはステップＳ５２に進み、マイクロコンピュータ８
はステッピングモータ１を駆動し、フオーカスレンズ２
を撮像素子３から遠ざける方向または近づける方向のい
ずれかの方向に移動させる。

【０００６】次にステップＳ５３において、フォーカス
レンズ２を移動した後の検波回路７より供給されるピン
ト評価値を得て、その成分がフォーカスレンズ２を移動
する前に比べて増加したか否かを判定する。すなわち、
検波回路７が出力するピント評価値は図１３に示すよう
に、合焦位置を中心としてフォーカスレンズ２が、その
位置から撮像素子３に近づく方向に離れても、或いはま
た逆に遠ざかる方向に離れても、その値が小さくなる。
換言すれば、フォーカスレンズ２をピント評価値が大き
くなる方向に移動させれば、合焦状態を実現することが
できる。

【０００７】そこで、フォーカスレンズ２を移動する前
に比べて、移動した後のピント評価値の値が大きくなっ
た場合においては、ステップＳ５３からステップＳ５５
に進み、フォーカスレンズ２を同一の方向にさらに移動
させる。

【０００８】これに対して、フォーカスレンズ２を移動
する前に比べて、移動した後のピント評価値の値が小さ
くなった場合においては、ステップＳ５４に進みフォー
カスレンズ２の移動する方向を反転させる。そしてステ
ップＳ５５に進み、その反転方向にフォーカスレンズ２
を移動させる。

【０００９】すなわち、これにより今フォーカスレンズ
２は合焦位置に向かって移動されていることになる。そ
こでステップＳ５６において、再び検波回路７が出力す
るピント評価値の値をフォーカスレンズ２の移動前の値
と比較し、その値が大きくなっていれば、そのままフォ
ーカスレンズ２を移動させる。そしてピント評価値の値
が増加しなくなくった時（合焦位置を若干行き過ぎた
時）、ステップＳ５７に進み、フォーカスレンズ２を若
干戻して合焦位置に配置し、そこで停止させる。

【００１０】このように山登りフォーカス方式は、フェ
イズ１乃至フェイズ３の３つのフェイズにより構成され
ることになる。すなわち、ステップＳ５１乃至Ｓ５４よ
り成るフェイズ１においては、フォーカスレンズ２をと
りあえず、撮像素子３から遠ざかる方向或いは近づく方
向に若干移動させる。そして、この移動によりピント評
価値が増加したか否かを判定することで、合焦位置の方
向を判定する。合焦位置の方向が逆方向であった場合に
おいては、フォーカスレンズ２の移動方向を反転させ
る。次にステップＳ５５およびステップＳ５６より成る
フェイズ２において、ピント評価値のピーク値（合焦位
置）を検出する。そして、さらにフェイズ３において、
フェイズ２でピント評価値のピーク値が検出された時、
そこでフォーカスレンズ２を停止させる。

【００１１】以上のように、山登りフォーカス方式は、
測距用のディバイスを必要とせずに、比較的簡単に高精
度のオートフォーカス動作を実現することができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した山
登りフォーカス方式は、ピント評価値の大きさのみを判
定するため、合焦位置の方向を求めることはできるが、
合焦位置そのものが、どこに有るのか（合焦位置上のレ
ンズ位置）を推定することはできない。このために合焦
位置にフォーカスレンズ２を迅速に移動配置させること
が比較的困難である。

【００１３】また、この山登りフォーカス方式は、距離
の異なる位置に複数の被写体が存在する場合、オートフ
ォーカス制御動作が不安定になるという問題点を有して
いる。特に画面の中央の被写体よりもコントラストが強
い被写体が背景に存在する場合、背景の被写体に合焦し
てしまう。

【００１４】この場合、例えば図１４に示すように、複
数のピント検出領域Ａ，Ｂを設け、各領域のピント評価
値の中から適切なピント評価値を選んでフォーカス制御
を行うことも考えられる。しかしながら、山登りフォー
カス方式においては、複数の領域Ａ，Ｂの合焦位置を同
時に検出することができないため、フォーカスレンズ２
の移動すべき方向を迅速に判定することが困難になる。

【００１５】本発明は、以上のような状況に鑑みて成さ
れたものであり、高速かつより正確にフオーカス制御を
実行することができるようにするものである。また本発
明は、レンズボケ量の検出、さらに被写体までの距離を
推定できる光学的検出装置を提供するものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の光学的検出装置
は、フォーカスレンズによる光学手段を介した被写体の
結像位置が相対的に異なる位置に結像されるように成さ
れた複数の撮像素子より成る撮像手段、またはフォーカ
スレンズによる光学手段を介した被写体の結像位置を周
期的に変化させることで時分割で結像状態が変化される
撮像素子より成る撮像手段を有し、またフォーカスレン
ズにおける絞りの大きさを制御する絞り制御手段と、撮
像手段によって得られる画像信号の高域成分を抽出する
高域成分抽出手段とが基本的に具備される。そして絞り
制御手段により絞りの大きさを所定量変化させた時に、
高域成分抽出手段より得られる画像信号の高域成分よ
り、撮像手段の撮像面の中心位置と光学手段の合焦位置
とのずれ量を推定するずれ推定手段とを具備することを
特徴とする。

【００１７】また本発明の光学的検出装置は、さらにフ
ォーカスレンズにおける焦点距離に関するデータを取得
する焦点距離取得手段が加えられ、絞り制御手段により
絞りの大きさを所定量変化させた時に、高域成分抽出手
段より得られる画像信号の高域成分と、焦点距離取得手
段により得られる焦点距離に関するデータとによりフォ
ーカスレンズと被写体との距離を推定する距離推定手段
とを具備することを特徴とする。

【００１８】さらに本発明のフォーカス制御装置は、フ
ォーカスレンズを介した被写体の結像位置を周期的に変
化させることで時分割で結像状態が変化される撮像素子
より成る撮像手段と、フォーカスレンズにおける絞りの
大きさを制御する絞り制御手段と、撮像手段によって得
られる画像信号の高域成分を抽出する高域成分抽出手段
と、絞り制御手段により絞りの大きさを所定量変化させ
た時に、高域成分抽出手段より得られる画像信号の高域
成分より、撮像手段の撮像面の中心位置と光学手段の合
焦位置とのずれ量を推定するずれ推定手段と、ずれ推定
手段によって得られるずれ特性に基づいて撮像手段に対
する被写体の合焦位置を推定する合焦位置推定手段と、
合焦位置推定手段によって得られる推定値に基づいて光
学手段と撮像手段との相対位置を変化させる移動手段と
を備えることを特徴とする。

【００１９】

【作用】前記構成の光学的検出装置においては、被写体
の結像位置が相対的に異なる位置に配置された複数の撮
像素子、または被写体の結像位置が時分割で異なるよう
に制御される撮像素子より、画像信号がもたらされる。
この画像信号は高域成分抽出手段に供給されて、画像の
注目領域における画像信号中の高域成分が抽出される。
そしてボケ特性推定手段により、フォーカスレンズの絞
りの大きさを所定量変化させた時の画像信号の高域成分
の変化により画像の注目領域のボケ特性が推定される。
従ってこのボケ特性推定手段によりボケ量検出装置が実
現できる。

【００２０】また距離推定手段によりフォーカスレンズ
の絞りを所定量変化させた時の画像信号の高域成分と、
フォーカスレンズの焦点距離に関するデータとによりフ
ォーカスレンズと被写体との距離が推定される。従って
この距離推定手段により、被写体までの距離を検出する
ことが可能であり、距離検出装置が実現できる。

【００２１】また前記構成のフォーカス制御装置におい
ては、合焦位置推定手段によって、ボケ特性に基づく撮
像素子に対する被写体の合焦位置が推定され、この推定
値に基づいて移動手段によってフォーカスレンズと撮像
素子との相対位置が変化される。従って合焦位置推定手
段によって得られる撮像素子に対する被写体の合焦位置
に対応してレンズを迅速に合焦位置に移動させることが
可能となり、高速度のフォーカス制御動作が可能とな
る。

【００２２】

【実施例】図１は、本発明の第１の実施例（光学的検出
装置）の構成をブロック図によって示したものである。
図１において、光学手段としてのフオーカスレンズ１０
は図示せぬ被写体の像を絞り機構１１を介してハーフミ
ラー１２ａを含む光学素子１２に投射させるように成さ
れている。このハーフミラー１２ａによって分割された
被写体の像は、相対的に異なる位置に配置された撮像手
段である２枚のＣＣＤより成る撮像素子１３ａ，１３ｂ
にそれぞれ投射される。

【００２３】前記第１の撮像素子１３ａ（以下ＣＣＤ１
と称する）は、ハーフミラー１２ａの透過光軸上に位置
する光学素子１２の直後に配置され、また第２の撮像素
子１３ｂ（以下ＣＣＤ２と称する）は、フオーカスレン
ズ１０の光軸上に対して９０度屈曲されたハーフミラー
１２ａの反射光軸上に位置する光学素子１２の側面部に
透過板１４を介して配置されている。前記透過板１４
は、後で説明するように２ｄｄの厚さを有しており、こ
の２ｄｄの厚さを有する透過板１４を介在させること
で、ＣＣＤ１およびＣＣＤ２に対する被写体の結像位置
が相対的に異なる位置になるように成されている。

【００２４】前記ＣＣＤ１は、結像された被写体の像に
対応する画像信号（ビデオ信号）を高域成分抽出手段と
しての高域成分抽出回路（ハイパスフィルタ回路）１５
ａに供給する。またＣＣＤ２は、結像された被写体の像
に対応する画像信号（ビデオ信号）を高域成分抽出手段
としての高域成分抽出回路１５ｂに供給する。これら高
域成分抽出回路１５ａおよび１５ｂは、図では詳細に示
していないが、それぞれのＣＣＤ１，ＣＣＤ２から供給
される画像信号を増幅する前置増幅器と、この前置増幅
器の出力より高域成分を抽出するフィルタ回路と、この
フィルタ回路の出力を絶対値検波する検波回路より構成
されている。

【００２５】これら高域成分抽出回路１５ａおよび１５
ｂからはそれぞれ合焦評価値ｈ，ｈ´が出力され、これ
らの合焦評価値ｈ，ｈ´はマイクロコンピュータより成
る処理回路（ボケ特性推定手段、距離推定手段）１６に
供給される。

【００２６】前記処理回路１６には、前記絞り機構１１
の絞り度合い制御する絞り制御手段としての絞り駆動回
路１７が接続されており、この処理回路１６からは、駆
動回路１７に対して絞り制御信号が供給される。そして
処理回路１６では、合焦評価値ｈ，ｈ´および絞り制御
信号に基づきボケ特性を推定することができる。さらに
このボケ特性および光学手段としてのフオーカスレンズ
１０の焦点距離ｆに基づき、被写体までの距離を算出
（推定）することができ、これにより受動型距離測定装
置を実現することができる。

【００２７】次に、上記装置の動作について説明する
が、その前に、本発明の検出装置における光学的な検出
原理について説明する。

【００２８】非合焦時の撮像画像のボケは錯乱円による
ものであり、そのボケ特性は錯乱円の二次元フーリエ変
換で与えられる。従って撮像面の位置が異っても錯乱円
の大きさが等しければボケ特性は等しいので、同一被写
体を撮像時に撮像素子から得られる高域成分量も等し
い。

【００２９】本実施例では異なる撮像面に配置された２
つの撮像素子（ＣＣＤ１，ＣＣＤ２）の出力に含まれる
高域成分に注目し、高域成分量が等しくなる（すなわ
ち、錯乱円の大きさが等しくなる）絞り径の組み合わせ
ｐ(0)，ｐｐより合焦位置を推定し、被写体までの距離
を算出する。

【００３０】いま、 Ａ ：光学系の像側主点から合焦位置までの距離 Ｄ ：２枚の撮像素子の位置の中心地点から合焦位置ま
での距離 ｄｄ：２枚の撮像素子の位置の中心地点から撮像素子ま
での距離 ｒ ：錯乱円の直径 ｐ(0)：ＣＣＤ１撮像面上の錯乱円の直径がｒとなる射
出瞳の直径 ｐｐ：ＣＣＤ２撮像面上の錯乱円の直径がｒとなる射出
瞳の直径（ｐ(0)＞ｐｐ）とすると、相似の関係より ｒ：（Ｄ＋ｄｄ）＝ｐｐ：Ａ ｒ：（Ｄ−ｄｄ）＝ｐ(0)：Ａ となる。上記式よりｒ，Ａを消去すると、次式が求めら
れる。 Ｄ＝ｄｄ｛（ｐ(0)＋ｐｐ）／（ｐ(0)−ｐｐ）｝ ……（１）

【００３１】合焦位置と撮像面の関係は大別して図２
（Ａ）と（Ｂ）に示す２種が考えられるが、双方共にこ
の式（１）は共通で、後述のｚ0よりＡを算出する際の
Ｄの符号が異なるだけである。この式（１）を利用し
て、合焦位置を求めることができる。

【００３２】以下に前記処理回路１６における処理作用
について図３および図４のフローチャートを参照して説
明する。まずステップＳ１で、高域成分抽出回路１５ａ
および１５ｂから出力される合焦評価値ｈ(0)，ｈ´(0)
を取り込み、ステップＳ２で絞りの大きさに応じてゲイ
ン補正する。すなわち絞りの直径がｐ(0)の場合（初期
状態の場合）の補正された合焦評価値（以下、規格化評
価値と称する）ｅ(0),ｅ'(0)を次式より演算する。 ｅ(0)＝ｈ(0)／ｐ(0)² ｅ'(0)＝ｈ'(0)／ｐ(0)² ……（２） となる。

【００３３】次にフィールド（またはフレーム）毎に絞
りの大きさ（直径）を減少させる。この時のフィールド
番号（絞りの大きさ）と規格化評価値の関係を図５に示
す。図中“＃”はＣＣＤ１の出力から得られた規格化評
価値であり、“○”はＣＣＤ２の出力から得られた規格
化評価値である。図５の横軸は絞りの直径を示し、右側
に行くに従って絞りの直径が減少する。

【００３４】次に、ステップＳ３に進み、ステップＳ２
で求めた初期の規格化評価値ｅ(0)とｅ'(0)の大小を比
較する。そして、小さい方の規格化評価値ｅ'(i)、また
は、ｅ(i)が絞りの大きさの減少にともなって増大し、
大きい方の初期の規格化評価値ｅ(0)またはｅ'(0)と等
しい値となる場合の絞り量を求めるようにする。

【００３５】そこで、図５（Ａ）に示すように、初期絞
り直径がｐ(0)のときにおけるＣＣＤ１の初期の規格化
評価値ｅ(0)の方が、ＣＣＤ２の初期の規格化評価値ｅ'
(0)より大きい場合、ステップＳ４以降の処理に進み、
図５（Ｂ）に示すように、ＣＣＤ２の初期の規格化評価
値ｅ'(0)の方が大きい場合、ステップＳ１１以降の処理
に進む。

【００３６】ステップＳ４においては、変数iに１を設
定し、ステップＳ５に進む。ステップＳ５においては、
高域成分抽出回路１５ｂから合焦評価値ｈ'(i)（いまの
場合、ｈ'(1)）を取り込み、ステップＳ６において、こ
の取り込んだ合焦評価値ｈ'(1)に対応する規格化評価値
ｅ'(1)を、上述した場合と同様に式（２）に従って演算
する。

【００３７】そして、ステップＳ７において、ステップ
Ｓ６で求めた現在の規格化評価値ｅ'(1)が、ＣＣＤ１の
初期の規格化評価値ｅ(0)より小さいか否かを判定し、
小さい場合においてはステップＳ８に進み、変数iを１
だけインクリメントし、i＝２とする。

【００３８】そして、ステップＳ５に戻り、高域成分抽
出回路１５ｂより次の合焦評価値ｈ'(2)を取り込む。そ
して、ステップＳ６において、今取り込んだ合焦評価値
ｈ'(2)に対応する規格化評価値ｅ'(2)を式（２）に従っ
て演算し、ステップＳ７において、今演算した規格化評
価値ｅ'(2)が、ＣＣＤ１の初期の規格化評価値ｅ(0)よ
り小さいか否かを判定する。規格化評価値ｅ'(2)が、Ｃ
ＣＤ１の初期の規格化評価値ｅ(0)より小さい場合、ス
テップＳ８に進み、変数iを１だけインクリメントし
て、i＝３とする。そして、ステップＳ５に戻り、以下
同様の処理を繰り返す。

【００３９】以上のようにして、変数i（フィールド）
を順次１ずつインクリメントして、ステップＳ７におい
て、ＣＣＤ２の規格化評価値ｅ'(i)が、ＣＣＤ１の初期
の規格化評価値ｅ(0)と等しいか、それより大きくなっ
たと判定されるまで、同様の処理を繰り返す。

【００４０】通常、規格化評価値ｅ'(i)が初期の規格化
評価値ｅ(0)と全く等しい値になる可能性は少ない。そ
こで、ステップＳ７において、ｅ'(i)がｅ(0)と等しい
か、それより大きくなったと判定された場合、ステップ
Ｓ９に進み、ｅ'(i)がｅ(0)より大きくなったフィール
ドiにおける絞り量をｐ(i)とし、その直前のフィールド
(i-1)の絞り量をｐ１とし、次式に従って、ＣＣＤ２の
規格化評価値ｅ'が、ＣＣＤ１の初期の規格化評価値ｅ
(0)と等しくなった場合における絞り量ｐｐを線形補間
により演算する。

【００４１】 ｐｐ＝｛（ｅ'(i)−ｅ(0)）×ｐ(i-1)＋（ｅ(0)−ｅ'(i-1)）×ｐ(i)｝ ／｛ｅ'(i)−ｅ'(i-1)｝ ……（３）

【００４２】次に、ＣＣＤ２の規格化評価値ｅ'が、Ｃ
ＣＤ１の初期の規格化評価値ｅ(0)に等しくなる絞り量
ｐｐより、ＣＣＤ１とＣＣＤ２の撮像面の中心位置と光
学系の合焦位置（現在の被写体に対する合焦位置、以下
同様）とのずれ量Ｄを以下の式により求める。 Ｄ＝−ｄｄ×（ｐ(0)＋ｐｐ）／（ｐ(0)−ｐｐ） ……（４）

【００４３】さらに光学系の像側主点とＣＣＤ１とＣＣ
Ｄ２の撮像面の中心位置との距離をｚ0とすれば、測定
距離枠内の撮像被写体に対する焦点位置は、Ａ＝ｚ0−
Ｄとなるから、公知の次の式により被写体までの距離Ｌ
を求めることができる。 ｛Ｌ−ｆ｝×｛（ｚ0−Ｄ）−ｆ｝＝−ｆ² ……（５）

【００４４】一方、ステップＳ３において、図５（Ｂ）
に示すように、ＣＣＤ１の初期の規格化評価値ｅ(0)よ
り、ＣＣＤ２の初期の規格化評価値ｅ'(0)の方が大きい
と判定された場合、ステップＳ１１に進み、それ以降の
処理が実行される。このステップＳ１１乃至Ｓ１６の処
理は、上述したステップＳ４乃至Ｓ１０の処理と基本的
に同様の処理であり、上述したｈ(0)，ｈ(i)，ｅ(0)，
ｅ(i)と、ｈ'(0)，ｈ'(i)，ｅ'(0)，ｅ'(i)の関係を、
相互に置き換えるとともに、ｄｄを−ｄｄに置き換える
点だけが異なるのみである。

【００４５】以上のようにして高域成分抽出回路１５ａ
および１５ｂから出力される合焦評価値ｈ，ｈ´および
絞り制御信号に基づいてボケ特性を推定することができ
る。従ってこのボケ特性を検出することで、カメラ撮影
時のレンズボケ補正のためのレンズボケ量の検出装置に
使用することができる。さらにこのボケ特性および光学
手段としてのフオーカスレンズ１０の焦点距離ｆに基づ
き、被写体までの距離を算出（推定）することができ、
これにより受動型距離測定装置を実現することができ
る。

【００４６】図６は本発明の第２の実施例（フォーカス
制御装置）の構成をブロック図によって示したものであ
る。なお図６において、図１と同一符号部分は相当部分
を示している。

【００４７】撮像被写体からのカメラ入射光線は、レン
ズ駆動回路２０で駆動されるフォーカスレンズ１０、お
よび絞り駆動回路２１で駆動される絞り機構１１を含む
光学系で結像され、ＣＣＤより成る撮像素子１３に入射
する。撮像素子１３の出力は図示しないプリアンプ等の
前置処理回路を介して可変利得回路２２に供給される。
可変利得回路２２は、光学系の絞り形状変化によって撮
像素子１３への入射光量が変化するので、これに伴い画
像信号レベルを補正する。

【００４８】可変利得回路２２の利得は処理回路１６に
より制御される。そして可変利得回路２２の出力は通常
のカメラ信号処理回路２３に供給されると共に、高域成
分抽出回路１５にも供給され、この高域成分抽出回路１
５によって合焦評価値に変換され、処理回路１６に供給
される。処理回路１６では相対結像位置および絞りの大
きさを変化した時に得られた合焦評価値をもとに、後述
する手法により各被写体に対するボケ関数を推定し、こ
れをもとに合焦位置推定手段により前記撮像素子に対す
る被写体の合焦位置を推定する。そして合焦位置推定手
段によって得られる推定値に基づいて前記光学手段と撮
像素子との相対位置を移動手段によって変化させること
でオートフォーカス動作が達成される。

【００４９】図６に示す実施例の作用を図７を用いて説
明する。レンズ駆動回路２０で駆動されるフォーカスレ
ンズ１０の位置は、図７（Ａ）に示すように、２ｄｄの
幅でフィールド毎に摂動される。すなわち、位置Ｄを中
心として、±ｄだけ光軸方向に周期的に移動される。こ
れにより撮像素子１３への結像状態が時分割で変化す
る。また絞り駆動回路２１で駆動される絞り機構１１は
同図（Ｂ）に示すように、２フィールド毎に一定の絞り
直径に順次減少させる。この絞り減少による撮像素子１
３の入射光量の減少に伴う画像信号のレベル減少を補正
する（相殺する）可変利得回路２２のゲインは、絞り直
径の２乗に反比例し、同図（Ｃ）に示すように、２フィ
ールド毎に増加する。

【００５０】高域成分検出回路１５から得られる合焦評
価値を、同図（Ｄ）に示す。図中“×”および“○”は
撮像画面中の異なる距離の被写体に対応する合焦評価値
である。

【００５１】第１の実施例と同様の手法でボケ量が等し
くなる絞りの大きさを求める。以下の説明では同図
（Ｄ）中の“×”に対応する測距領域について述べる。
初期絞り直径がｐ(0)の時に奇数フィールドの合焦評価
値ｅ(0)の方が大きい場合、絞り直径減少により偶数フ
ィールドの合焦評価値がｅ(0)に等しくなる絞り直径ｐ
ｐを算出する。すなわち絞り直径ｐ(1)，ｐ(2)の時の偶
数フィールドの合焦評価値をｅ'(1)，ｅ'(2)とすると、
線形補間により、前記式と同様に ｐｐ＝｛（ｅ'(2)−ｅ(0)）×ｐ(1)＋（ｅ(0)−ｅ'(1)）×ｐ(2)｝ ／（ｅ'(2)−ｅ'(1)） ……（６） となる。

【００５２】次に偶数フィールドの合焦評価値がｅ(0)
に等しくなる絞り直径ｐｐより、摂動する撮像面の中心
位置と光学系の合焦位置とのずれ量Ｄを、前記式として
示した以下の計算式により求める。 Ｄ＝ｄｄ×（ｐ(0)＋ｐｐ）／（ｐ(0)−ｐｐ） ……（７）

【００５３】さらに光学系の像側主点と摂動する撮像面
の中心位置との距離をｚ0とすれば測距枠内の撮像被写
体に対する焦点位置は、Ａ＝ｚ0−Ｄとなる。以上の説
明は初期絞り直径がｐ(0)の時に奇数フィールドの合焦
評価値ｅ(0)の方が大きい場合であったが、初期絞り直
径がｐ(0)の時に偶数フィールドの合焦評価値がｅ'(0)
の方が大きい場合（同図Ｄの“○”の場合）について
も、上述のｅ(0)，ｅ'(1)，ｅ'(2)の関係を偶数、奇数
フィールドの撮像素子出力で入れ替えることによって同
様に算出できる。

【００５４】次に、本実施例の特徴である分割測距を行
なう場合の方法について説明する。この分割測距は、要
するに上記処理にて算出された撮像面内の各領域に対応
するフォーカスレンズ１０の位置Ｚ０（Ｈ，Ｖ）から撮
像画像を好ましい合焦状態になる結像位置を決定し、そ
の結像位置にフォーカスレンズ１０を移動させることに
より良好なオートフォーカス動作を行なわせる。

【００５５】撮像面内の各領域は図８に示すように、例
えば水平（Ｈ）方向に１２分割され、また垂直（Ｖ）方
向に９分割され、それぞれ領域Ｗ1-1乃至Ｗ9-12として
定義される。そして、各領域Ｗ_V-H（必要に応じて、Ｗ
_VHと略記される）のフォーカスレンズ１０の合焦位置
が、Ｚ０（Ｈ，Ｖ）とされる。

【００５６】以下分割測距の動作を、図９に示すフロー
チャートを参照して説明する。最初にステップＳ３１に
おいて、フォーカスレンズ１０が合焦位置にある場合に
おける位置Ｚ０（Ｈ，Ｖ）をメディアンフィルタで処理
して、データＺ１（Ｈ，Ｖ）を得る。すなわち注目デー
タを含む近傍の領域のデータの中で中位のものの平均値
を出力する。これにより、小領域（主要被写体でない可
能性が高い）のデータを除去すると共にＺ０（Ｈ，Ｖ）
にエラーが発生した場合、そのエラーデータを除去する
ことができる。

【００５７】次にステップＳ３２に進み、画面の中央に
近い最も手前にある被写体が主要被写体であることが多
いので、中央の所定の領域ＷHcVcの水平方向のブロック
番号Ｈｃを、最大値を表わす領域の水平方向のブロック
番号Ｈｍとして仮に設定する。同様にその領域の垂直方
向のブロック番号Ｖｃを、最大値を表わす領域の垂直方
向のブロック番号Ｖｍとして仮に設定する。

【００５８】次にステップＳ３３に進み、ステップＳ３
２で設定した領域ＷHmVmの近傍の領域であって、データ
Ｚ１（Ｈ，Ｖ）のうち、最大の値を得ることができる領
域の、領域ＷHmVmからの偏差（ｉｍ，ｊｍ）を検出す
る。

【００５９】この図９のステップＳ３３の詳細な処理
は、図１０に示されている。図１０に示すように、最初
にステップＳ４１において、データＺ１（Ｈ，Ｖ）のう
ち、最大のデータが設定されるレジスタｍａｘに初期値
０がセットされ、また変数ｉに−１が初期設定される。
次にステップＳ４２に進み、変数ｊに−１が初期設定さ
れる。そしてステップＳ４３において、ステップＳ４２
で設定したブロック番号Ｈｍ，Ｖｍに、ステップＳ４１
とＳ４２で設定した変数ｉとｊを加算したブロック番号
（Ｈｍ＋ｉ，Ｖｍ＋ｊ）の領域Ｗhm+iVm+jにおけるメデ
ィアンフィルタ処理したデータＺ１（Ｈｍ＋ｉ，Ｖｍ＋
ｊ）がｍａｘより大きいか否かが判定される。

【００６０】この判定がＹＥＳであれば、ステップＳ４
４に進み、変数ｉｍと変数ｊｍに、ステップＳ４１また
はＳ４２で設定された変数ｉとｊがそれぞれ設定され
る。そしてレジスタｍａｘにＺ１（Ｈｍ＋ｉ，Ｖｍ＋
ｊ）の値がセットされる。すなわち、レジスタｍａｘに
Ｚ１（Ｈ，Ｖ）の最大値がセットされ、その領域を特定
するブロック番号の偏差ｉｍ，ｊｍに変数ｉとｊがセッ
トされる。

【００６１】そしてステップＳ４５に進み、変数ｊがイ
ンクリメントされ、ステップＳ４６において、変数ｊが
２以上ではないと判定された場合、ステップＳ４３に戻
り、それ以降の処理が繰り返し実行される。

【００６２】そしてステップＳ４６において、変数ｊが
１より大きい値、すなわち２以上になったと判定された
場合、ステップＳ４７に進み、今度は変数ｉがインクリ
メントされる。そしてステップＳ４８において、変数ｉ
が１より小さいか、１と等しいと判定された場合におい
ては、ステップＳ４２に戻り、それ以降の処理が繰り返
し実行される。そしてステップＳ４８において、変数ｉ
が１より大きい、すなわち２以上であると判定されたと
き、処理は終了され、図９のステップＳ３３に戻る。

【００６３】すなわち、この図１０の処理によりステッ
プＳ３２で設定した中央の領域ＷHcVcを中心として上下
左右に１個だけずれた合計９個の領域ＷHVのうち、最も
大きいデータＺ１（Ｈ，Ｖ）を出力する領域が選択され
る。

【００６４】そして次に図９のステップＳ３４に進み、
ステップＳ３３（Ｓ４４）において設定した変数ｉｍと
ｊｍが両方とも０であるか否かが判定される。いずれも
０でない場合においては、ステップＳ３５に進み、変数
Ｈｍと変数Ｖｍに、それぞれ変数ｉｍとｊｍが加算され
た値が、新たなＨｍまたはＶｍとして更新される。

【００６５】次にステップＳ３６に進み、ＨｍまたはＶ
ｍが１であるか、あるいはＨｍがＨｃの２倍の値と等し
いか、あるいはＶｍがＶｃの２倍の値と等しいか否かが
判定される。いずれか１つの条件が満足されたと判定さ
れた場合、ステップＳ３６からステップＳ３７に進み、
処理が終了される。すなわちこの時フォーカスレンズ１
０の位置は、レジスタｍａｘに記憶されており（その値
は、ステップＳ４４において設定されている）、また主
要被写体の位置に対応する領域のブロック番号は、（Ｈ
ｍ，Ｖｍ）として記憶される。

【００６６】以上のようにして、例えば画面の端部に、
最もビデオカメラに近い被写体が存在していたとして
も、これに影響されず中央部の被写体、すなわち画像の
注目領域における被写体に対する測距処理を行なうこと
ができる。

【００６７】このように、本実施例では撮像画面を複数
に分割し、各部分から得られるフォーカスレンズ位置情
報から好ましいフォーカスレンズ位置を選択することに
より、構図を考慮したオートフォーカス動作を行なわせ
ることができる。

【００６８】なお以上の第２の実施例においては、図７
（Ａ）にて説明したように、撮像素子に対する被写体の
結像位置を周期的に変化させることで、時分割で結像状
態が変化されるように成された撮像手段を採用してい
る。

【００６９】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る光学的検出
装置によれば、高域成分検出回路によって得られる合焦
評価値と絞りの大きさに基づいて撮像手段の撮像面の中
心位置と光学手段の合焦位置とのずれ量を推定するよう
に成される。また、ずれ特性と光学系の焦点距離を基に
被写体までの距離を算出することができ、従って受動型
測距装置を提供することができる。

【００７０】さらに本発明に係るフォーカス制御装置に
よれば、ボケ特性に基づく撮像素子に対する被写体の合
焦位置が推定され、この推定値に基づいて移動手段によ
ってフォーカスレンズと撮像素子との相対位置が変化さ
れる。従って合焦位置推定手段によって得られる撮像素
子に対する被写体の合焦位置に対応してレンズを迅速に
合焦位置に移動させることが可能となり、高速度のフォ
ーカス制御動作が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学的検出装置の一実施例の構成を示
すブロック図である。

【図２】図１の光学的な動作原理を説明する図である。

【図３】図１の実施例の動作を説明するフローチャート
である。

【図４】図３に続くフローチャートである。

【図５】図１の実施例における規格化評価値を求める特
性図である。

【図６】本発明のフォーカス制御装置の一実施例の構成
を示すブロック図である。

【図７】図６の実施例における作用を説明する図であ
る。

【図８】画面を複数の領域に区分する様子を説明する図
である。

【図９】図６の実施例における演算処理を示すフローチ
ャートである。

【図１０】図９のフローチャートにおける一部のステッ
プの詳細処理を示すフローチャートである。

【図１１】従来のフォーカス制御装置の構成例を示すブ
ロック図である。

【図１２】図１１に示す例の動作を説明するフローチャ
ートである。

【図１３】ピント評価値の特性を示す図である。

【図１４】画面を複数の領域に区分する様子を説明する
図である。

【符号の説明】

１０ フォーカスレンズ １１ 絞り機構 １２ 光学素子 １２ａ ハーフミラー １３，１３ａ，１３ｂ 撮像素子（ＣＣＤ） １４ 透過板 １５，１５ａ，１５ｂ 高域成分抽出回路 １６ 処理回路 １７ 絞り駆動回路 ２０ レンズ駆動回路 ２１ 絞り駆動回路 ２２ 可変利得回路 ２３ カメラ信号処理回路

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−150154（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−257192（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−292382（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−158683（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 7/28 - 7/34 H04N 5/232

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写体の結像位置が相対的に異なる位置
   に結像されるように成された撮像手段と、 前記撮像手段に前記被写体の光を結像する光学手段と、 前記光学手段における絞りの大きさを制御する絞り制御
   手段と、 前記撮像手段によって得られる画像信号の高域成分を抽
   出する高域成分抽出手段と、 前記絞り制御手段により絞りの大きさを所定量変化させ
   た時に、前記高域成分抽出手段より得られる画像信号の
   高域成分より、前記撮像手段の撮像面の中心位置と前記
   光学手段の合焦位置とのずれ量を推定するずれ推定手段
   とを備えることを特徴とする光学的検出装置。
2. 【請求項２】 被写体の結像位置が相対的に異なる位置
   に結像されるように成された撮像手段と、 前記撮像手段に前記被写体の光を結像する光学手段と、 前記光学手段における絞りの大きさを制御する絞り制御
   手段と、 前記撮像手段によって得られる画像信号の高域成分を抽
   出する高域成分抽出手段と、 前記光学手段における焦点距離に関するデータを取得す
   る焦点距離取得手段と、 前記絞り制御手段により絞りの大きさを所定量変化させ
   た時に、前記高域成分抽出手段より得られる画像信号の
   高域成分と、前記焦点距離取得手段により得られる焦点
   距離に関するデータとにより前記光学手段と被写体との
   距離を推定する距離推定手段とを備えることを特徴とす
   る光学的検出装置。
3. 【請求項３】 被写体の結像位置が相対的に異なる位置
   に結像されるように成された撮像手段と、 前記撮像手段に前記被写体の光を結像する光学手段と、 前記光学手段における絞りの大きさを制御する絞り制御
   手段と、 前記撮像手段によって得られる画像信号の高域成分を抽
   出する高域成分抽出手段と、 前記絞り制御手段により絞りの大きさを所定量変化させ
   た時に、前記高域成分抽出手段より得られる画像信号の
   高域成分より、前記撮像手段の撮像面の中心位置と前記
   光学手段の合焦位置とのずれ量を推定するずれ推定手段
   と、 前記ずれ推定手段によって得られるずれ特性に基づいて
   前記撮像手段に対する被写体の合焦位置を推定する合焦
   位置推定手段と、 前記合焦位置推定手段によって得られる推定値に基づい
   て、前記光学手段と前記撮像手段との相対位置を変化さ
   せる移動手段とを備えることを特徴とするフォーカス制
   御装置。
4. 【請求項４】 前記撮像手段は、異なる位置に配置され
   た複数の撮像素子からなることを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載の光学的検出装置。
5. 【請求項５】 前記撮像手段は、１つの撮像素子からな
   り、 前記撮像素子は、周期的に異なる位置に移動されること
   を特徴とする請求項３に記載のフォーカス制御装置。
6. 【請求項６】 前記撮像手段は、前記被写体の像を分割
   し、相対的に異なる位置に配置された複数の前記撮像素
   子に結像させるハーフミラーを備えることを特徴とする
   請求項１または２に記載の光学的検出装置。
7. 【請求項７】 前記高域成分抽出手段は、前記撮像手段
   によって得られる画像の注目領域における画像信号の高
   域成分を抽出するように成されたことを特徴とする請求
   項３に記載のフォーカス制御装置。