JP3397253B2 - 光学的位置推定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、例えばビデオカメラに
用いて好適な光学的位置推定装置およびフォーカス制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１５は、従来のビデオカメラにおける
フォーカス制御装置の構成例を示している。フォーカス
レンズ２は、図示せぬ被写体の像を、例えばＣＣＤなど
よりなる撮像素子３に結像させる。撮像素子３は、この
像に対応する電気信号（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、ハイパスフィルタあるいは
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、後述する図１
６に示すような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】次に図１６のフローチャートを参照して、
山登りオートフォーカス方式の処理について説明する。
最初にステップＳ７１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Ｓ７２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、フォーカ
スレンズ２を、撮像素子３から遠ざかる方向または近づ
く方向のいずれかの方向に移動させる。

【０００６】次にステップＳ７３において、そのフォー
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。

【０００７】即ち、検波回路７が出力するピント評価値
は、図１７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、あるいはまた、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、このピント評価値の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。

【０００８】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Ｓ７３からステップＳ７５
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。

【０００９】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Ｓ７４に進み、フォ
ーカスレンズ２を移動する方向を反転させる。そしてス
テップＳ７５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。

【００１０】即ち、これにより、いまフォーカスレンズ
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Ｓ７６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
が増加しなくなったとき（合焦位置を若干行き過ぎたと
き）、ステップＳ７７に進み、フォーカスレンズ２を逆
方向に若干戻して、合焦位置に配置し、そこで停止させ
る。

【００１１】以上のように、山登りオートフォーカス方
式は、測距用デバイスを必要とせず、簡単で高精度のオ
ートフォーカス動作を実行することができる。

【００１２】このように、この処理は、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。即ち、ステップＳ７１乃至Ｓ７４よりなるフェイズ
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から遠ざかる方向ある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。

【００１３】次にステップＳ７５およびステップＳ７６
よりなるフェイズ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。

【００１４】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とき、そ
こでフォーカスレンズ２を停止させる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、山登り
オートフォーカス方式は、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ができる
が、合焦位置そのものが、どこにあるのか（合焦位置ま
での距離）を推定することはできない。このため、合焦
位置にフォーカスレンズ２を高速で配置させることが比
較的困難である。

【００１６】また、この山登りオートフォーカス方式
は、被写体として、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
る課題を有している。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。

【００１７】この場合、例えば図１８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、山登りオート
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の動くべき方向を迅速に判定することが困難にな
る。

【００１８】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、高速、かつ、より正確に、フォーカス制御
を実行することができるようにするものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の光学的位置推定
装置は、被写体の像に対応する信号を出力する撮像手段
（例えば図１の撮像素子３）と、撮像手段に対して所定
の光学的位置に相対的に移動し、所定の焦点深度で、撮
像手段に被写体の像を結像させる光学手段（例えば図１
のフォーカスレンズ２）と、光学手段の焦点深度を検出
する検出手段（例えば図１のアイリスエンコーダ１１）
と、撮像手段の出力する信号を複数の周波数帯域の信号
に分割する分割手段（例えば図１のフィルタ１２）と、
光学手段が異なる光学的位置にある場合における分割手
段により分割された信号のレベルの変動のパターンを生
成する生成手段（例えば図３のプログラム上のステップ
Ｓ４）と、生成手段により生成されたパターンと、検出
手段により検出された焦点深度に対応して、合焦時にお
ける光学手段の光学的位置を推定する推定手段（例えば
図５のプログラム上のステップＳ１５）とを備えること
を特徴とする。

【００２０】また、本発明のフォーカス制御装置は、上
記した光学的位置推定装置における構成の他、さらに推
定手段の推定結果に対応して、光学手段の光学的位置を
制御する制御手段（例えば図１におけるステッピングモ
ータ１）とをさらに備えることを特徴とする。

【００２１】

【作用】上記構成の光学的位置推定装置またはフォーカ
ス制御装置においては、生成手段により生成されたパタ
ーンと、検出手段により検出された焦点深度に対応し
て、合焦時における光学的手段の光学的位置が推定され
る。従って、この推定位置に対応して、光学手段を高速
で合焦位置に移動させることが可能となり、高速のフォ
ーカス制御動作が可能となる。

【００２２】

【実施例】図１は、本発明のフォーカス制御装置（光学
的位置推定装置）の一実施例の構成を示すブロック図で
あり、図１５における場合と対応する部分には同一の符
号を付してある。この実施例においては、Ａ／Ｄ変換器
４の出力するビデオ信号が、フィルタ１２により複数の
周波数帯域の信号に分割され、整流積算器１３に供給さ
れるようになされている。そして、整流積算器１３で生
成されたピント評価ベクトルが、マイクロコンピュータ
８に供給されるようになされている。

【００２３】また、フォーカスレンズ２に入射される光
量を制御するために、絞り（アイリス）１５が設けられ
ており、この絞り１５の駆動位置（アイリス情報）がア
イリスエンコーダ１１により検出され、マイクロコンピ
ュータ８に供給されている。また、絞り１５の位置（円
形の開口の直径）は、モータ１４を介してマイクロコン
ピュータ８により制御されるようになされている。その
他の構成は、図１５における場合と同様である。

【００２４】次に、その動作について説明する。絞り１
５を介して入射された被写体からの光が、フォーカスレ
ンズ２を介して撮像素子３に入射される。撮像素子３
は、この入射された光に対応するビデオ信号を出力す
る。このビデオ信号は、Ａ／Ｄ変換器４によりＡ／Ｄ変
換された後、カメラ信号処理回路５に供給され、処理さ
れる。カメラ信号処理回路５により処理された信号は、
必要に応じてマイクロコンピュータ８に供給される。

【００２５】マイクロコンピュータ８は、この入力され
た信号を処理し、絞り１５を駆動すべき位置（焦点深
度）を演算する。そして、その演算結果に対応してモー
タ１４を制御し、絞り１５を適当な径に調整させる。絞
り１５の径は、アイリスエンコーダ１１により検出さ
れ、マイクロコンピュータ８にフィードバックされる。

【００２６】一方、Ａ／Ｄ変換器４が出力するビデオ信
号は、例えば図２に示すような特性を有するフィルタ１
２により、複数の周波数帯域の信号（この実施例の場
合、中心周波数がｆ₀乃至ｆ₇の８個の周波数帯域の信
号）に分割される。フィルタ１２により８個の周波数帯
域に分割された信号は、整流積算器１３に入力され、整
流された後、同一フィールド内の画面の所定の領域（例
えば、画面の中央の約１／４の領域）内で水平方向に１
次元的に積算され、ピント評価ベクトルＰが生成され
る。このピント評価ベクトルＰは、周波数ｆ₀乃至ｆ₇に
対応する成分ｐ₀乃至ｐ₇を用いて、次式で表すことがで
きる。 Ｐ＝（ｐ０，ｐ１，・・・，ｐ７）

【００２７】このピント評価ベクトルＰは、マイクロコ
ンピュータ８に供給される。

【００２８】マイクロコンピュータ８は、整流積算器１
３より供給されたピント評価ベクトルと、アイリスエン
コーダ１１より入力されたアイリス情報を元に、フォー
カスレンズ２の合焦位置を推定し、その推定結果に対応
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を合焦位置に高速で移動させる。これにより、撮像素
子３にピントが合った状態で、被写体の像が結像され
る。

【００２９】次に、マイクロコンピュータ８の処理動作
について、図３のフローチャートを参照して説明する。
即ち、最初にステップＳ１で、マイクロコンピュータ８
は、フォーカスレンズ２が所定の位置にある状態におい
て、上述したようにして、整流積算器１３からピント評
価ベクトルＰを取り込んだ後、ステッピングモータ１を
介して、フォーカスレンズ２を、撮像素子３に近づく方
向または遠ざかる方向に所定距離だけ移動させる。そし
て、その状態における整流積算器１３が出力するピント
評価ベクトルＰをさらに取得する。

【００３０】次にステップＳ２に進み、ステップＳ１で
取得したピント評価ベクトルＰの各要素を対数変換した
対数化ピント評価ベクトルＰ_Lを演算する。この対数化
ピント評価ベクトルＰ_Lは、次式で表すことができる。 Ｐ_L＝（ｌｏｇ［ｐ０］，ｌｏｇ［ｐ１］，・・・，ｌ
ｏｇ［ｐ７］）

【００３１】この対数化ピント評価ベクトルＰ_Lは、フ
ォーカスレンズ２を移動する前の（１フィールド前の）
ピント評価ベクトルＰ_D（Ｐ_LD）と、移動した後の（１
フィールド後の）ピント評価ベクトルＰ（Ｐ_L）につい
て求められる。

【００３２】そして、ステップＳ３において、次式に従
って、ピント評価差分ベクトルＱが演算される。 Ｑ＝（ｑ０，ｑ１，・・・，ｑ７）＝Ｐ_L−Ｐ_LD＝（ｐ_L
０−ｐ_LD０，ｐ_L１−ｐ_LD１，・・・，ｐ_L７−ｐ_LD７）

【００３３】さらに、フィルタ１２で分割した８個の周
波数帯域ｆ₀乃至ｆ₇に対応するピント評価差分ベクトル
Ｑの各要素ｑ０乃至ｑ７を昇順に並べ、図４に示すよう
な差分パターンが生成される。

【００３４】いま、フォーカスレンズ２の微小移動の向
きが撮像素子３から遠ざかる方向（図１における左方
向）である場合、合焦位置が、現在のフォーカスレンズ
２の位置より左側（即ち、撮像素子３から遠ざかる側）
に存在する場合、差分パターンは、図４（ａ）に示すよ
うに、右上がりの鋸歯状波パターンとなる。

【００３５】これに対して、合焦位置が、現在のフォー
カスレンズ２の位置より右側（即ち、撮像素子３に近づ
く側）に存在する場合、差分パターンは、図４（ｂ）に
示すように、右下がりの鋸歯状波パターンとなる。

【００３６】逆に、フォーカスレンズ２の微小移動の向
きが撮像素子３に近づく方向（図１における右方向）で
ある場合、差分パターンは、上記した場合と上下が反転
する。即ち、合焦位置が現在のフォーカスレンズ２の位
置の左側の場合、差分パターンは、図４（ｂ）に示すよ
うに、右下がりの鋸歯状波パターンとなり、合焦位置が
現在のフォーカスレンズ２の位置より右側の場合、差分
パターンは、図４（ａ）に示すように、右上がりの鋸歯
状波パターンとなる。

【００３７】この差分パターンの繰り返し周期は、合焦
位置からのフォーカスレンズ２の位置のずれ量が大きい
ほど、また、絞り（アイリス）１５の直径Ｃが大きいほ
ど短くなる。従って、差分パターンが右上がり鋸歯状波
パターンであるか、あるいは右下がり鋸歯状波パターン
であるかを判別することにより、フォーカスレンズ２の
動くべき方向（合焦位置の方向）を判定することができ
る。また、差分パターンの周期およびアイリスの直径Ｃ
より、フォーカスレンズ２をどれくらい動かした位置に
合焦位置があるのかを推定することができる。この処理
が、ステップＳ４で行われる。

【００３８】次に、図３のステップＳ４における差分パ
ターン判定の詳細について、図５のフローチャートを参
照して説明する。最初にステップＳ１１において、周期
の異なるｎ組の右上がりの鋸歯状波パターン（図４
（ａ）に示す鋸歯状波パターン）の基準ベクトルＲ
（ｊ）を次式より演算する。 Ｒ（ｊ）＝（ｒ０，ｒ１，・・・，ｒ７）＝（ｆ（ｊ×
ｋ×３）／ｒｒ，ｆ（ｊ×ｋ×４）／ｒｒ，ｆ（ｊ×ｋ
×５）／ｒｒ，・・・，ｆ（ｊ×ｋ×１０）／ｒｒ）
尚、上式において、ｋは定数であり、ｊは１乃至ｎの整
数である。

【００３９】また、ｆ（ｘ）は、次式で定義される関数
である。 ｆ（ｘ）＝ｘ−Ｆｌｏｏｒ（（ｘ＋１）／２）×２ ここで、Ｆｌｏｏｒ（ｘ）は、ｘを越えない最大整数を
表す。

【００４０】さらにまた、上記したｒｒは、次式で定義
される。 ｒｒ＝（ｆ（ｊ×ｋ×３）²＋ｆ（ｊ×ｋ×４）²＋ｆ
（ｊ×ｋ×５）²＋・・・＋ｆ（ｊ×ｋ×１０）²）^1/2

【００４１】次に、ステップＳ１２に進み、ステップＳ
１１で求めた基準ベクトルＲ（ｊ）と、図３のステップ
Ｓ３で演算したピント評価差分ベクトルＱとの内積値Ｄ
（ｊ）を次式に従って演算する。

【００４２】

【数１】

【００４３】次にステップＳ１３に進み、ステップＳ１
２で求めた内積値Ｄ（ｊ）の絶対値が最大になるときの
ｊ（＝ｊ_max）を求め、次式に示すように、これを規格
化ボケ量ＤＦ０とする。 ＤＦ０＝ｊ_max

【００４４】また、そのときの内積値Ｄ（ｊ）の符号
（極性）を、合焦方向ＤＩＲとする。

【００４５】さらにステップＳ１４において、次式よ
り、実際のボケ量ＤＦを演算する。 ＤＦ＝ＤＦ０／Ｃ

【００４６】次にステップＳ１５において、無限遠の被
写体に対する合焦レンズ位置を基準とした合焦フォーカ
スレンズの位置ｚ０を、現フォーカスレンズ位置ｚとす
るとき、以下のように演算する。 ｚ０＝ｚ−〈ＳＩＧ〉×ＤＦ

【００４７】 但し、〈ＳＩＧ〉＝１ （ＤＩＲ＞０のとき） ＝−１ （ＤＩＲ＜０のとき）

【００４８】このように、合焦状態に至る前にフォーカ
スレンズ２の合焦位置を算出（推定）することができ
る。そこで、マイクロコンピュータ８は、ステッピング
モータ１を介して、フォーカスレンズ２を、その合焦位
置へ直ちに駆動させるようにすることができる。このた
め、迅速なフォーカス制御が可能となる。

【００４９】尚、他の応用例として、算出された合焦位
置およびフォーカスレンズ２を含む光学系の焦点距離を
ｆとするとき、被写体までの距離Ｌを次式より演算する
ことができる。 Ｌ＝−ｆ²／（ｚ０−ｆ）＋ｆ

【００５０】従って、測距装置として応用することが可
能となる。

【００５１】図６は、本発明のフォーカス制御装置（光
学的位置推定装置）の他の実施例の構成を示すブロック
図であり、図１における場合と対応する部分には同一の
符号を付してある。この実施例においては、Ａ／Ｄ変換
器４が出力するビデオ信号が、ローパスフィルタ２１に
より所定の周波数帯域に制限された後、間引回路２２に
入力され、所定の空間サンプリング間隔に間引かれる。
そして、その出力がバッファメモリ２３に供給され、記
憶されるようになされている。信号プロセッサ２４は、
バッファメモリ２３に記憶されたデータを元に、複数の
ピント評価ベクトルを生成し、マイクロコンピュータ８
に供給する。その他の構成は、図１における場合と同様
である。

【００５２】ローパスフィルタ２１により不要な帯域成
分を除去した後、間引回路２２でデータを間引くのは、
処理するデータ量を少なくするためのものであり、本発
明にとって本質的なものではない。データ量が多くても
よい場合においては、これらの回路は省略することがで
きる。

【００５３】そこで、次に信号プロセッサ２４とマイク
ロコンピュータ８の処理例について、図７のフローチャ
ートを参照してさらに説明する。

【００５４】最初にステップＳ２１において、信号プロ
セッサ２４は、撮像素子３上（バッファメモリ２３上）
の領域Ｗ_HVの１６×１６画素のデータＡ_HVを離散コサイ
ン変換（ＤＤＴ変換）したデータＢ_HVを、次式に従って
演算する。 Ｂ_HV＝（ｂ（００），・・・，ｂ（ｆｆ））＝［Ｇ］・
Ａ_HV・［Ｇ］ 尚、ここで［Ｇ］は、１６×１６個の離散コサイン変換
行列である。

【００５５】即ち、撮像素子３上には、従って、それに
対応するデータを記憶するバッファメモリ２３上には、
図８に示すように、１画面分のデータが記憶される。図
８は、このデータを水平方向と垂直方向に、１６×１６
画素を１つのブロックとして区分した状態で表してい
る。

【００５６】即ち、水平方向にＨ番目、垂直方向にＶ番
目の領域（ブロック）は、Ｗ_HVで表され、この領域Ｗ_HV
には、図９に示すように、１６×１６個のマトリックス
状に配置された画素データＡ_HV＝（ａ（００），・・
・，ａ（ｆｆ））が含まれていることになる。この１６
×１６個のデータＡ_HVに対して、上式で示されるよう
に、離散コサイン変換行列［Ｇ］を用いて演算すること
により、ＤＣＴ変換データＢ_HVを得ることができる。

【００５７】次に、ステップＳ２２において、ＤＣＴデ
ータＢ_HVを、次式に示すように、要素毎に絶対値化し、
さらに対数変換したデータＢ_HVLを演算する。 Ｂ_HVL＝（ｌｏｇ ｂ（００） ，ｌｏｇ ｂ（０１）
，・・・，ｌｏｇ ｂ（ｆｆ） ）

【００５８】次にステップＳ２３に進み、次式に従っ
て、２次元ピント評価差分ベクトルＳ_HVを演算する。 Ｓ_HV＝Ｂ_HVL−Ｂ_HVLD ＝（ｓ（００），・・・，ｓ（ｆｆ）） ＝（ｌｏｇ ｂ（００） −ｌｏｇ ｂ_D（００） ，
ｌｏｇ ｂ（０１） −ｌｏｇ ｂ_D（０１） ，・・
・，ｌｏｇ ｂ（ｆｆ） −ｌｏｇ ｂ_D（ｆｆ） ）

【００５９】即ち、フォーカスレンズ２を微小変動した
後のデータＢ_HVLから、微小変動する前のデータＢ_HVLD
を減算し、２次元ピント評価差分ベクトルＳ_HVを求める
のである。

【００６０】このようにして生成された２次元ピント評
価差分ベクトルＳ_HVは、パターン化される。図１０と図
１１は、このパターンの例を表している。図中ｘとｙ
は、それぞれ画像の水平周波数と垂直周波数を表してい
る。また、縦軸は、差分ベクトルＳ_HVの値を示してい
る。ｘ，ｙ座標と差分値がそれぞれ０である位置が、原
点（直流成分のある位置）とされる。

【００６１】絞り１５が円形である場合、図４を参照し
て説明した場合と同様に、フォーカスレンズ２の微小移
動の方向が、撮像素子３から遠ざかる方向である場合、
２次元ピント評価差分パターンは、原点からみて、合焦
位置が現在のフォーカスレンズ２の位置より左側（撮像
素子３から遠ざかる側）にあるとき、図１０に示すよう
に、右上がりの回転鋸歯状パターンとなる。

【００６２】これに対して、合焦位置が現在のフォーカ
スレンズ２の位置より右側（撮像素子３に近づく側）に
あるとき、図１１に示すように、右下がりの回転鋸歯状
パターンとなる。

【００６３】従って、ステップＳ２４において、この２
次元ピント評価差分パターンが右上がり鋸歯状波パター
ンであるのか、あるいは、右下がり回転鋸歯状波パター
ンであるのかを判定することにより、フォーカスレンズ
２の移動すべき方向（焦点位置の方向）を判定すること
ができる。また、この差分パターンの周期および絞り１
５の直径Ｃより、合焦位置を推定することができる。こ
の処理をマイクロコンピュータ８が実行する。

【００６４】図１０および図１１に示すような２次元ピ
ント評価差分パターンは、回転体形状であるため、この
ベクトルの各要素を、原点を中心とする円周方向に周回
積分して平均化し、１次元ピント評価差分パターンを得
ることができる。

【００６５】図１２は、このようにして、１次元ピント
評価差分パターンを生成する処理例を示している。最初
にステップＳ３１において、変数ｋ（＝１乃至Ｋ）を０
に初期設定し、さらにステップＳ３２で、２次元ピント
評価差分パターンを、原点からの距離で分離、積算した
結果を示す値ｑ〈ｋ〉と、その個数を示す値ｎ〈ｋ〉に
０を設定し、初期化する。

【００６６】ステップＳ３３において、ｋをインクリメ
ントし、ステップＳ３４で、変数ｋが所定の値Ｋと等し
いか、それより大きくなったと判定されるまで、ステッ
プＳ３２とＳ３３の処理が繰り返される。即ち、これに
より、ｑ〈０〉乃至ｑ〈Ｋ−１〉の各値、およびｎ
〈０〉乃至ｎ〈Ｋ−１〉の値が、すべて０に初期設定さ
れる。

【００６７】次にステップＳ３５に進み、変数ｉに０を
設定し、さらにステップＳ３６において、変数ｊに０を
設定する。次にステップＳ３７において、変数ｋに Ｆｌｏｏｒ［Ｓｑｒｔ［ｉ²＋ｊ²］］ を設定する。ここで、Ｓｑｒｔ［ｘ］は、ｘ^1/2を表し
ている。

【００６８】そして、ｑ〈ｋ〉の値に、ｓ〈ｉｊ〉を加
算した値を、新たなｑ〈ｋ〉の値として更新し、ｎ
〈ｋ〉をインクリメントする。

【００６９】次にステップＳ３８に進み、ｊをインクリ
メントする。ステップＳ３９において、変数ｊが所定の
値Ｊと等しくなったと判定されるまで、ステップＳ３７
とＳ３８の処理が繰り返される。

【００７０】ステップＳ３９において、ｊがＪと等しく
なったと判定された場合、ステップＳ４０に進み、ｉを
インクリメントする。そして、ステップＳ４１からステ
ップＳ３６に戻り、ステップＳ３６以降の処理を繰り返
し実行する。以上の処理がステップＳ４１において、変
数ｉが変数Ｉと等しいと判定されるまで繰り返される。
即ち、これにより、絞り１５の形状に対応して、円形の
積算経路に沿って、データの周回積算が行われたことに
なる。

【００７１】次にステップＳ４２に進み、変数ｋを再び
０に初期設定し、ステップＳ４３において、ｑ〈ｋ〉を
ｎ〈ｋ〉で割って、原点を中心とする円周方向に周回積
算した値を平均化する。そして、この平均化した値を、
新たなｑ〈ｋ〉として更新する。

【００７２】そして、ステップＳ４４においてｋがイン
クリメントされ、ステップＳ４５を介してステップＳ４
３に戻り、それ以降の処理が繰り返し実行される。ステ
ップＳ４５において、ｋがＫと等しくなったと判定され
たとき、処理は終了される。

【００７３】このようにして生成された１次元ピント評
価差分パターンＱ（＝ｑ〈０〉，・・・，ｑ〈Ｋ〉）
は、マイクロコンピュータ８に供給され、図１に示した
実施例における場合と同様に、パターンマッチングによ
り差分パターンの形状から合焦位置の方向が求められ、
また、差分パターンの周期とアイリス直径より、合焦位
置が演算される。

【００７４】尚、図１２の実施例においては、ステップ
Ｓ３７において規定した式 （ｉ²＋ｊ²）^1/2 により、円に沿って積算を行うようにしたが、これは、
絞り１５が円形だからである。絞り１５が、例えば正多
角形の場合、周回積算の積算経路は、そのフーリエ変換
像（これも正多角形になる）の経路で行われることにな
る。

【００７５】次に、図６で示した実施例において、分割
測距を行う場合の方法について、図１３のフローチャー
トを参照して説明する。最初にステップＳ５１におい
て、フォーカスレンズ２が合焦位置にある場合における
画素データ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。即ち、注目データ
を含む近傍の領域のデータの中で、中ぐらいのものの平
均値を出力する。これにより、小さい領域（主要被写体
でない可能性が高い領域）のデータを除去するととも
に、Ｚ０（Ｈ，Ｖ）にエラーが発生した場合、そのエラ
ーを除去することができる。

【００７６】次にステップＳ５２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Ｗ_HcVcの水平方向のブロッ
ク番号Ｈｃを、最大値を表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。

【００７７】次にステップＳ５３に進み、ステップＳ５
２で設定した領域Ｗ_HmVm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Ｗ_HmVmからの偏差（ｉｍ，ｊｍ）を検出す
る。

【００７８】この図１３のステップＳ５３の詳細な処理
は、図１４に示されている。図１４に示すように、最初
にステップＳ６１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Ｓ６２に進み、変数ｊに−１が初期設
定される。

【００７９】そしてステップＳ６３において、ステップ
Ｓ６２で設定したブロック番号Ｈｍ，Ｖｍに、ステップ
Ｓ６１とＳ６２で設定した変数ｉとｊを加算したブロッ
ク番号（Ｈ_m＋ｉ，Ｖ_m＋ｊ）の領域Ｗ_Hm+iVm+jにおける
メディアンフィルタ処理したデータＺ１（Ｈ_m＋ｉ，Ｖ_m
＋ｊ）が、ｍａｘより大きいか否かが判定される。この
判定がＹＥＳであれば、ステップＳ６４に進み、変数ｉ
ｍと変数ｊｍに、ステップＳ６１またはＳ６２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（Ｈ_m＋ｉ，Ｖ_m＋ｊ）の値がセットされ
る。即ち、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ｉ
ｍ，ｊｍに変数ｉとｊがセットされる。

【００８０】そしてステップＳ６５に進み、変数ｊがイ
ンクリメントされ、ステップＳ６６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Ｓ６３に戻
り、それ以降の処理が繰り返し実行される。

【００８１】そしてステップＳ６６において、変数ｊが
１より大きい値、即ち、２以上になったと判定された場
合、ステップＳ６７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Ｓ６８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Ｓ６２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Ｓ６８において、変数ｉが
１より大きい、即ち、２以上であると判定されたとき、
処理は終了され、図１３のステップＳ５３に戻る。

【００８２】即ち、この図１４の処理により、ステップ
Ｓ５２で設定した中央の領域Ｗ_HcVc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Ｗ_HV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。

【００８３】そして、次に図１３のステップＳ５４に進
み、ステップＳ５３（Ｓ６４）において設定した変数ｉ
ｍ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Ｓ５５に進み、
変数Ｈ_mと変数Ｖ_mに、それぞれ変数ｉｍとｊｍが加算さ
れた値が、新たなＨ_mまたはＶ_mとして更新される。

【００８４】次にステップＳ５６に進み、Ｈ_mまたはＶ_m
が１であるか、あるいは、Ｈ_mがＨ_cの２倍の値と等しい
か、あるいは、Ｖ_mがＶ_c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Ｓ５６からステップＳ５７に進み、処
理が終了される。即ち、このとき、合焦レンズ位置は、
レジスタｍａｘに記憶されており（その値は、ステップ
Ｓ６４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，Ｖ_m）と
して記憶される。

【００８５】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、これに影響されずに、中央部の被写体に対する測距
処理を行うことができる。

【００８６】

【発明の効果】以上の如く本発明の光学的位置推定装置
またはフォーカス制御装置によれば、生成手段により生
成されたパターンと、検出手段により検出された焦点深
度に対応して、合焦時における光学手段の光学的位置を
推定するようにしたので、光学手段の合焦位置の方向だ
けでなく、その位置を推定することができ、これをフォ
ーカス制御に用いた場合においては、迅速にフォーカス
制御を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】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２】図１のフィルタ１２の特性を説明する図であ
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のステップＳ４の差分パターンを説明する
図である。

【図５】図３のステップＳ４のより詳細な処理を説明す
るフローチャートである。

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

【図７】図６の実施例の動作を説明するフローチャート
である。

【図８】図６のバッファメモリ２３上におけるデータの
区分領域を説明する図である。

【図９】図８の１つの領域の画素データの構成を説明す
る図である。

【図１０】図７のステップＳ２４において得られる差分
パターンの例を説明する図である。

【図１１】図７のステップＳ２４において得られる差分
パターンの他の例を示す図である。

【図１２】図７のステップＳ２４において得られる２次
元差分パターンを１次元差分パターンに変換するための
処理例を説明するためのフローチャートである。

【図１３】所定の領域における合焦位置を求めるための
処理を説明するフローチャートである。

【図１４】図１３のステップＳ５３のより詳細な処理を
説明するフローチャートである。

【図１５】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１６】図１５の例の動作を説明するフローチャート
である。

【図１７】ピント評価値の特性を説明する図である。

【図１８】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】

１ ステッピングモータ ２ フォーカスレンズ ３ 撮像素子 ４ Ａ／Ｄ変換器 ５ カメラ信号処理回路 ６ フィルタ ７ 検波回路 ８ マイクロコンピュータ １１ アイリスエンコーダ １２ フィルタ １３ 整流積算器 １４ モータ １５ 絞り ２１ ローパスフィルタ ２２ 間引回路 ２３ バッファメモリ ２４ 信号プロセッサ

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写体の像に対応する信号を出力する撮
   像手段と、 前記撮像手段に対して所定の光学的位置に相対的に移動
   し、所定の焦点深度で、前記撮像手段に前記被写体の像
   を結像させる光学手段と、 前記光学手段の焦点深度を検出する検出手段と、 前記撮像手段の出力する信号を複数の周波数帯域の信号
   に分割する分割手段と、 前記光学手段が異なる光学的位置にある場合における前
   記分割手段により分割された信号のレベルの変動のパタ
   ーンを生成する生成手段と、 前記生成手段により生成されたパターンと、前記検出手
   段により検出された焦点深度に対応して、合焦時におけ
   る前記光学手段の光学的位置を推定する推定手段とを備
   えることを特徴とする光学的位置推定装置。
2. 【請求項２】 前記分割手段は、前記撮像手段の出力信
   号を２次元的に分割することを特徴とする請求項１に記
   載の光学的位置推定装置。
3. 【請求項３】 前記生成手段は、前記光学手段に対応す
   る積算経路で積算を行うことにより前記パターンを生成
   することを特徴とする請求項２に記載の光学的位置推定
   装置。
4. 【請求項４】 被写体の像に対応する信号を出力する撮
   像手段と、 前記撮像手段に対して所定の光学的位置に相対的に移動
   し、所定の焦点深度で、前記撮像手段に前記被写体の像
   を結像させる光学手段と、 前記光学手段の焦点深度を検出する検出手段と、 前記撮像手段の出力する信号を複数の周波数帯域の信号
   に分割する分割手段と、 前記光学手段が異なる光学的位置にある場合における前
   記分割手段により分割された信号のレベルの変動のパタ
   ーンを生成する生成手段と、 前記生成手段により生成されたパターンと、前記検出手
   段により検出された焦点深度に対応して、合焦時におけ
   る前記光学手段の光学的位置を推定する推定手段と、 前記推定手段の推定結果に対応して、前記光学手段の光
   学的位置を制御する制御手段とを備えることを特徴とす
   るフォーカス制御装置。