JPH0320708A - 自動合焦装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、いわゆる山登り方式により合焦調節を行なう
カメラの自動合焦装置に関する。

〔従来の技術〕

従来より知られている合焦方法として、撮像素子より得
られる画像１言号から所定の周波数成分を抽出し、その
抽出した周波数成分の出力振幅が最大となる位置に撮影
光学系を移動させることにより合焦調節を行なういわゆ
る山登り方式がある。

このような山登り方式を適用したテレビカメラの自動合
焦装置が、例えばＮ　Ｈ　Ｋ技術報告．昭和４０．第１
７巻・第１号通巻第８６号（Ｐ２１〜Ｐ３７）に説明さ
れている。

上記文献に示されている山登り方式を適用した自動合焦
装置について、第３０図および第３１図を参照して説明
する。

第３０図は上記自動合焦装置の構成を示す図である。こ
の自動合焦装置は、撮影光学系１により形成された被写
体像が撮像素子２に結像され、光電変換されてビデオ信
号として出力される。撮像素子２より出力されたビデオ
信号は、プリアンプ３で増幅された後、バンドバスフィ
ルター（以下、「Ｂ　Ｐ　ＦＪと称する）４に入力し、
所定の周波数成分が抽出される。そして、この抽出され
た周波数成分の出力振幅が検波器５，ピーク検出回路６
により検出される。ＢＰＦ４にて抽出されたビデオ信号
の周波数戊分の出力振幅を第３１図に示す。

同図に示すように、ビデオ信号の出力振幅は合焦位置で
最大値を示す。このような特性を示す出力振幅をサンプ
ルホールド回路７でビデオ信号のフィールド毎にホール
ドし、１フィールド遅延回路８および比較回路９に出力
する。比較回路９では、１フィールド遅延回路８から送
られてくる前回ホールドした値とサンプルホールド回路
７より送られてくる今回ホールドした値とを比較し、こ
の比較結果に基づいて出力振幅が増加する方向へ撮像光
学系が移動するようにモータ駆動回路１０を駆動制御す
る。そして、モータ１１にて撮影光学系１が合焦位置に
移動される。

例えば、上記合焦装置において、前同ホールドされた出
力振幅値が第３１図に示すＡのレベルで今同ホールドさ
れた出力振幅値がＢのレベルであれば、比較回路９では
Ａ＜Ｂと判断して撮影光学系１の移動方向をそのまま維
持するように、モタ駆動回路１０を制御して撮影光学系
１を合焦位置に近付ける。そして、サンプルホールド回
路７より比較回路９へ送られてくる出力振幅値がＥレベ
ルとなったときに比較回路９はＤＩＥと判断し、すなわ
ち撮影光学系１が合焦位置を通過したと判断してモータ
１１の駆動方向を反転させ、撮影光学系１を合焦位置方
向へ移動させる。このような動作を繰返していくことに
より、合焦位置付近でこきざみに振動しながら定常状態
に達し合焦調節が行われる。

また、他の合焦方法゛として、撮影光学系の異なる瞳位
置を通過する２光束を用いて合焦調節を行なういわゆる
位相相関方式が知られている。この位相相関方式は、例
えばミノルタテクノレポート（１　９８６年）に掲載さ
れている。

第３２図は上記位相相関方式を適用した自動合焦装置の
構成を示す図である。同図に示す２１は撮像レンズであ
り、この撮像レンズ２１でとらえられた被写体像は、結
像面Ｆで一度結像した後、セバレータレンズ２２ａ，２
２ｂにより撮像素子２３ａ　　２３ｂ上に再結像する。

なお、２４ａ，２４ｂは絞りマスクであり、特定のＦナ
ンバーの光束のみを通過させる機能を有している。そし
て、撮像索子２３ａ．２３ｂで光電変換されて得られた
画像信号はブリアンプ２５ａ，２５ｂで増幅された後、
Ａ／Ｄ変換器２６ａ，２６ｂでＡ／Ｄ変換され、デジタ
ル化された画像信号がマイクロプロセッサ２７に入力す
る。マイクロプロセッサ２７は撮像素子２３ａ．２３ｂ
にそれぞれ結像された被写体像の画像間距離ｄを計算し
、モータ駆動回路２８に制御信号を出力して、モータ２
９を駆動して合焦調節を行なう。ここで、前ビンの時に
は画像間距離は小さく、後ビンのときは大きくなるので
、マイクロプロセッサ２７では相関演算を用いて画像間
距離を算出し、デフォーカス量および焦点方向を検出し
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、第３０図に示す山登り方式を適用した自
動合焦装置では、ビデオ信号の１フィールド時間ずれた
出力振幅値を比較して行なっているので、１回の含焦動
作に１フィールド分の時間を要してしまい、カメラの自
動合焦装置としては合焦時間が長ずざるという欠点があ
る。

また、ＢＰＦ４より抽出される周波数成分の出力振幅は
、電気的ノイズ．手ぶれ，被写体の急変（物体が瞬間的
に通り過ぎるような場合）等の原因により滑らかな曲線
を描くとは限らず、例えば第３３図に示すように複数の
極大点Ｐ１〜Ｐ４を持つ場合がある。このような出力振
幅曲線を用いて山登り方式の合焦調節を行なうと、各極
大点Ｐ１〜Ｐ４を合焦位置と判断してしまい、著しく合
焦精度が低下する。

また、位相相関方式を適用した自動合焦装置の場合には
、絞りマスク２４ａ，２４ｂで所定領域の入射光量をカ
ットしているので、入射光量が著しく減じられてしまう
。そのため、暗い被写体の場合には、適正な露出による
撮影を行なうために撮像素子２３ａ，２３ｂの電荷蓄積
時間を長くする必要があり、かつ、電荷蓄積中は撮影光
学系の駆動は行なえないので、合焦動作に長時間を要し
てしまう。

また、位相相関演算では被写体が周期的なパターン等の
場合には、正確な画像間距離を求めることができないの
で、合焦精度が低下してしまう。

なお、特開昭６１〜３２６６９号公報には、山登り方式
の改良として、暗い被写体のように信号のＳ／Ｎ比が低
い画像に対して前後する水平走査線の信号を加算するこ
とにより信号のＳ／Ｎ比を向上させる方法が開示されて
いるが、この方法では前後する水平走査線の相関が低い
場合には逆に信号のＳ／Ｎ比を低下させる恐れがある。

また、ＢＰＦ４の出力振幅が複数の極大点Ｐ１〜Ｐ４を
持つ場合の対策として、特開昭５８−２１５１７６号公
報には、被写体の変化を絞り値の変化で検出し、絞り値
が急変した場合には合焦調節を一定時間停止し、その後
、再起動するという手段が開示されている。また、特開
昭６１−１０７３１２号公報には、一定時間毎にサンプ
リングする評価関数の変化を監視し、変化がｎ　（ｎ≧
２）回連続して所定のレベルで発生した場合に、′レン
ズと被写体の距離が嚢化したことを検出する手段が開示
されている。しかし、両公報に開示されている手段とも
、合焦に多くの時間を要するという問題があった。

そこで本発明の目的は、被写体の状態に影響を受けるこ
となく高速かつ高精度に合焦調節を行なうことのできる
自動合焦装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記課題を解決し、目的を達成するために次の
ような手段を講じた。すなわち、撮影光学系により形成
される画像を撮像するＸ−Ｙアドレス方式の撮像素子と
、この撮像素子と前記撮影光学系との相対位置を光軸方
向に変化させる駆動手段と、前記撮像素子で撮像された
画像の合焦させるべき領域をファジィ推論に基づいて決
定する手段と、この手段で決定された賄域に蓄積されて
いる電荷を画像信号として読出す手段と、この読出し手
段で読出された画像信号から所定帯域の周波数成分を取
出すための周波数抽出手段と、この周波数抽出手段で取
出された周波数成分の出力振幅を検出し、その検出され
た出力振幅を加算して焦点信号を生成する焦点信号生成
手段と、この焦点信号生成手段から出力される焦点信号
に含まれる高周波成分をカットする如きフィルタリング
処理を行なうフィルタリング手段と、このフィルタリン
グ手段から出力される焦点信号の複数の値を用いて合焦
状態および合焦位置検出演算を行ない、この演算結果に
基づく制御信号を前記駆動手段へ出力する制御手段とを
備える構成とした。

また、Ｘ−Ｙアドレス方式の撮像素子に非破壊読出し可
能な撮像素子を用い、上記焦点信号生成手段から出力さ
れる焦点信号の差演算を行なうと共に、この差演算によ
り得られた焦点１３号の複数の値を用いた合焦状態およ
び合焦位置検出演算を行ない、このｅＬ算結果に基づく
制御信号を前記駆動手段へ出力するようにした。

さらに、上記読出し手段により読出された画像信号から
前記画像の輝度を判定し、その輝度に応じて前記読出し
手段による読出し時間間隔を設定するａｐｌ光手段を備
える構成とした。

〔作用〕

本発明の自動合焦装置によれば、Ｘ−Ｙアドレス方式の
撮像素子で撮像された画像からａ焦調節すべき領域がフ
ァジィ推論に基づいて選択され、その領域の電荷が画像
信号として順次読出される。

読出された画像信号の所定の周波数或分の出力振幅は複
数加算されて、ＳＮの改善された焦点信号が生成される
。この焦点信号はフィルタリング処理されて極大点が抑
えられた信号となる。そして、この焦点信号の複数の値
から合焦位置検出演算が尖行されて、その演算結果に基
づいて撮影光学系を合焦位置へ移動させるための制御信
号が生成され、駆動手段へ出力される。

また、非破壊読出し可能なＸ−Ｙアドレス方式の撮像素
子の読出し領域がファジィ推論によって選択され、この
選択された領域から読出された画像信号は、所定の周波
数戊分の出力振幅が複数加算されたＳＮの改善された焦
点信号となる。そして、この焦点信号が撮影光学系の光
軸上の異なる位置における値を用いた差演算によって、
フィルタリング処理され、極大点が抑えられた信号とな
る。

また、測光手段を設けたことにより、撮像素子の電荷蓄
積量を推定でき、画像の輝度に応じて読出し時間間隔を
設定するので撮像素子の電荷蓄積量が飽和するのを有効
に防止できるものとなる。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１実施例に係る自動合焦装置の構成
を示す図である。同図に示す３１は撮影光学系であり、
この撮影光学系３１により形戊される画像はＣＣＤ等か
らなるラインセンサ３２上に結像される。このラインセ
ンサ３２は、所定時間間隔で蓄積された電荷を画像信号
ＳＯとしてブリアンブ３３へ出力すると共に、蓄積電荷
量を示？ピーク信号ＰＥを駆動同路３４へ出力する。

上記ラインセンサ３２の具体的な構或を第２図に示す。

このラインセンサ３２は、ｎ個のフォトセンサ５１−１
〜５１−ｎを列状に配列し、このフォトセンサ５１−１
〜５１−ｎの列の一方の側にトランスファゲート５２を
介してＣＣＤシフトレジスタ５３を配置している。この
シフトレジスタ５３は出力アンプ５４を介して端子５５
に接続されており、この端子５５より画像信号が出力さ
れる。また、列状をなす各フォトセンサ５１−１〜５１
−ｎは、バッファ５６−１〜５６−ｎを介してピーク検
出部５７に接続されている。このピーク検出部５７は各
フォトセンサ５１−１〜５１−ｎから送られてくる信号
からピーク値を選択し、端子５８からピーク信号ＰＥを
出力する。

なお、トランスファゲート５２が接続されている端子５
つには、後述する駆動パルスφ■が入力される。

駆動回路３４は、上記ラインセンサ３２の駆動回路であ
り、ラインセンサ３２に対しクロックバルスφＳ，駆動
パルスφ丁を出力すると共に、カウンタ３５に対しリセ
ット信号およびピーク信号ＰＥが飽和量に達した時には
カウント停止信号を出力する。カウンタ３５は発振器３
６から送られてくるクロックバルスφ０をカウントし、
カウント数Ｎを後述する除算器へ出力する。一方、ブリ
アンプ３３で増幅された画像信号はＢＰＦ３７に人力す
る。ＢＰＦ３７は画像信号の所定周波数戊分を抽出して
検波器３８へ出力する。検波器３８は抽出された周波数
成分の出力振幅の検出を行なう。この検波器３８の出力
はＡ／Ｄ変換器３つでＡ／Ｄ変換された後、上記除算器
４１に出力される。除算器４１は、Ａ／Ｄ変換器３９か
ら入力したデジタルデータをカウンタ３５から送られて
くるカウント数Ｎで除算し、画像信号に対し蓄積時間の
値に補正を施す。４２は積分回路であり、加算器４３お
よびラッチ４４から構戊され、焦点信号ｆ　（ｘ）をフ
ィルタリング回路４５に出力する。

フィルタリング回路４５は後述するフィルタリング処理
を行ないフィルタリングされた焦点信号（以下「フィル
タリング信号」と称する）ｇ（ｘ）をマイクロプロセッ
サ４６に出力する。このマイクロプロセッサ４６は、フ
ィルタリング回路４５から送られてきたフィルタリング
信号ｇ　（ｘ）をメモリ４７に記憶すると共に、このメ
モリ４７に記憶されているフィルタリング信号ｇ　（ｘ
）を用いて、合焦状態および合焦位置を求めるための演
算処理を行なう。４８はモータ駆動回路であり、マイク
ロプロセッサ４６より送られてくる制御信号に基づいて
バルスモータ４９を駆動する。

次に、本実施例において特徴的な信号処理について説明
する。

本実施例では、ラインセンサ３２の蓄積に飽和が生じ信
号のＳ／Ｎ比が劣化するのを防ＩＦする目的で、ライン
センサ３２より出力されるビークｆ；号ＰＥが飽和した
ときに、ラインセンサ３２の蓄積を停止し、読出しを行
うと共に、飽和に達するまでの時間から、画像信号値を
換算し、この換算結果となるように読出された画像信号
に対し補正を加えている。第３図を参照して詳細に説明
する。

同図はラインセンサ３２における電荷蓄積量と蓄積時間
との関係を示しており、ＩＪＩＩＴｏに電荷蓄積時間，
縦軸に蓄積電荷量をとっている。ｔｓは単位蓄積時間で
あり、焦点信号の検出時間間隔に等しい。ｅ５は蓄積電
荷の飽和量を示している。ここで、３種類の画＠！ｉ１
（ｒ）．ｉ２（ｒ），ｉ３（ｒ）の信号最大位置での蓄
積電荷量が直線Ｐｌ＋Ｐ２＋Ｐ，のように変化した場合
を考える。なお、ｒはラインセンサ３２の位置を示して
いる。

画像ｉｌ（ｒ）は、ピーク値ｅ，＜ｅ５となり、飽和が
生じていない場合であり、単位蓄積時間ｔｓにおける蓄
積電荷量はすべてのラインセンサ位置『においてｉ＋（
ｒ）＜ｅ５である。画像ｉ−　（ｒ）　，　　ｉ−　（
ｒ）は、少なくとも信号ピーク値は飽和する場合であり
、ピーク値飽和時間ｔ２＋ｔ，で電荷蓄積を停止し、読
出しを行なう。そして、これを次式を用いて単位蓄積時
間ｔ，における値゛に換算する。

ｉ’　２　Ｄ）−　ｉ２（１”）Ｘ　ｊｓ　／　ｔ２１
’　３　（ｒ）−１３　（ｒ）　Ｘ　ｔ５　／ｔ３また
は、単に ｉ’　１（ｒ）　−　ｉｔ　（ｒ）　／　ｔｓｉ’　２
　（ｒ）　＝　ｉ２（ｒ＞　／　ｔ２１’　３　（ｒ）
−ｔｔ　（ｒ）　／ｔｓとする。すなわち、蓄積時間で
除算することにより、蓄積時間が異なることによる信号
出力の相違を補正する。

次に、フィルタリング回路４５におけるフィルタリング
処理について説明する。ｈ　（ｘ）をフィルタ関数とし
、「＊」をコンポルーション記号とすれば、フィルタリ
ング信号ｇ　（ｘ）は、ｇ　（ｘ）　−　ｆ　（Ｘ）　
＊　ｈ　（Ｘ）　　　　　　　　　−　（Ｄと表わせる
。

フィルタ関数ｈ　（Ｘ）としては、ｒｅＣｔ関数．スプ
ライン関数，ｓｉｎｅ関数等がある。ここで、ｒｅＣ　
ｔ関数をｒｅｃｔ（ｘ／ａ），スプライン関数をｓｐｌ
ｉｎｅ（ｘ／ａ）とし、例えば以下のように定義する。

ｒｅｃｔｃｘｌａ＞　　： Ｉ　Ｘ　Ｉ　Ｓａ／２のとき　ｒｅｃｔ　（ｘ／ａ）−
１ＩＸＩ＞ａ／２のとき　ｒｅｃｔ　（ｘ／ａ）−０・
・・（２） ｓｐｌｆｎｅ（ｘ／ａ）： ＩＸＩ≦ａ／２のとき ｓｐｌｉｎｅ（ｘ／ａ）−Ｘ　’　　−　２　Ｘ　２　
＋　１ａ／２　＜　ｌ　Ｘ　ｌ≦ａのとき ｓｐｌｌｎｃ（ｘ／ａ）＝−　Ｘ　’　　＋　５　Ｘ　
２　−　８　Ｘ　＋　４ＸＩ＞ａのとき ｓｐｔｉｎｅ（ｘ／ａ）−０ ・・・（３） このように定義したｒｅｃｔ関数およびスプライン関数
の形状を第４図（ａ）（ｂ）に示す。また、両関数のス
ペクトルを第５図（ａ）（ｂ）にそれぞれ示す。同図よ
り明らかなように、ローパスフィルターとしての特性を
有しており、両関数を用いてフィルタリング処理するこ
とにより極大点のような高周波或分が抑制される。なお
、第５図（ａ）と同図（ｂ）とを比較することにより、
スプライン関数のほうがよりローバスフィルタに近いこ
とがわかる。例えば、第５図（ａ）（ｂ）に示すように
、ナイキスト周波数をｕ−３×（１／ａ）に設定すれば
、フィルタリング関数のサンプリングピッチΔＸは、（
ａ／２）Ｘ（１／３）　一ａ／６となり、ｒｅｃ　ｔ関
数は６個，スプライン関数は１２個のインパルス応答信
号を用いてコンポルーションによるフィルタリング処理
を行なうことができる。

このようなフィルタリング処理を実際に行なう回路とし
ては、第６図（ａ）に示す構成のものが考えられる。こ
れは、焦点信号ｆ　（Ｘ）をシフトレジスタ等の遅延素
子Ｔで次々と遅延していき、各遅延素子の出力にｒｅｃ
ｔ関数またはスプライン関数としての係数ｗｌ，ｗ２，
・・・ｗｍを乗算した後、加算器にて加算し、フィルタ
リング信号ｇ　（ｘ）として出力する構成をしている。

また、第６図（ｂ）に示すように、焦点信号ｆ　（ｘ）
にそれぞれ係数Ｗｌ，Ｗ２，〜ｗｍを乗算してから、各
々遅延素子Ｔで遅延し、順次加算したものをフィルタリ
ング信号ｇ　（Ｘ）として出力する構成にしてもよい。

さらに、フィルタリング関数としてｌｅｃｔ関数を用い
る場合には、係数ｗｌ−Ｗ２−・・・−ｗｍ一１となる
ので、単なる信号の加算となり、第６図（ｃ）に示す回
路構戊とすることができる。

このようなフィルタリング処理を行なうことにより、第
７図に示すように、複数箇所に極大点のある丈線で示す
焦点信号ｆ　（ｘ）が、図中破線で示す複数の極大点が
抑制されたフィルタリング信号ｇ　（ｘ）に変換される
。なお、ΔＸは焦点信号の検出間隔を示している。

次に、合焦状態および合焦位置を求めるための演算処理
について第８図（ａ）（ｂ）を参照して説明する。第８
図（ａ）はフィルタリング信号を示す図であり、縦袖は
フィルタリング信号の出力レベルｇ　（Ｘ）を示してお
り、横軸は撮影光学系３１の位置Ｘを示している。今、
横軸方向に距離ｐだけ離れたフィルタリング信号上の２
点ｇ　（ｘｉ），ｇ　（ｘｉ−Ｎ　）をそれぞれＶｌ，
Ｖ２とする。

なお、ｇ（ｘｉ）は最も新しく計算されたフィルタリン
グ信号値とする。先ず、ｖ１とｖ２との大小を比較し、
Ｖｌ＞Ｖ２ならばラインセンサ３２の駆動方向をそのま
まの維持する。そして、Ｖｌ，ｖ２を横軸方向へ移動さ
せていき、ｖ１が合焦醒置を過ぎ、ｖ１＜ｖ２となる位
置を検出する。そして、合焦位置を挟んでｖ１＜ｖ２と
なる一対の２点（以下、Ｖａ，Ｖｂとする）と、ｖ１＞
ｖ２となる一対の２点（以下、Ｖｃ，Ｖｄとする）を設
定する。このように設定した４点Ｖａ，ＶｂＶｃ，Ｖｄ
の位置関係を第８図（ｂ）に示す。４点Ｖａ，Ｖｂ，Ｖ
ｃ，Ｖｄを設定したならば、線分ＶａＶｃと線分ＶｂＶ
ｄとを横切り、かつ、Ｘ軸に平行な直線ｍを求める。そ
して、直線ｎ１と線分ＶａＶｃとの接点を０１とし、直
線ｍと線分ＶｂＶｄとの接点をＣ２として、接点ＣＩ，
点Ｖａ間のＸ軸方向の距ｔｔＬ２と、接点Ｃ２，点ｖｂ
間のＸ軸方向の距ＭＬＩとが等しくなるように直線ｍの
Ｙ軸方向の位置を設定する。そして、線分ＣＩＣ２の中
点〜１を求め、このＭのＸ座漂を合焦位置αとする。こ
のαは次式で表わすことができる。

ａ　　−　　Ｘ　Ｖａ十　１　　／　　２＋Ａ　Ｘ（Ｖ
ｂ−Ｖａ）／（Ｖｃ−Ｖｄ＋Ｖｂ−Ｖａ）・・・（１） となる。上記（１）式をマイクロプロセッサにて演算処
理することにより、合焦位置を検出できる。

なお、実験の結果、上記合焦位置検出方法にて合焦調節
をしたところ、２次関数レベルでは検出誤差はゼロであ
った。また、上記（１）式におけるＸＶａはＶａのＸ座
標を示している。距ＡＩＲは、デフォーカス量や画像，
ズーム位置やＦナンバーにより適当な距離に設定する。

例えば、この距離を大きく設定すると、フィルタリング
信号ｇ　（Ｘ）の差が大きくなり、計算時のＳ／Ｎ比が
とりやすくなる。

次に、以上説明した構成および信号処理を行なう自動合
焦装置の動作について説明する。撮影光学系３１を例え
ば常焦距１１１１（＊影頻度の多い距Ｍ）に近づく方向
へ高速度で駆動させる。このとき、ラインセンサ３２で
はトランスファゲート５２によりフォトセンサ５１−１
〜５１−ｎがリセットされ電荷の蓄積を開始する。また
、これと同時にカウンタ３５もリセットされ、クロック
パルスφ０のカウントが始まる。そして、所定の読出し
間隔である単位蓄積時間ｔｓ経過しても、ピーク値信号
ＰＥが飽和量に達しなかった場合には、ｔ，経過した時
点でカウンタ３５のカウントを停止、トランスファゲー
ト５４を介して画像信号ＳＯをブリアンプ３３に出力す
る。同時にカウンタ３５をリセットし、次の電荷蓄積を
開始する。

また、１５時間経過前にピーク値信号ＰＥが飽和値を示
したときには、その時点で画像信号ＳＯを出力すると共
に、カウンタ３５のカウントを停止する。そして、時間
ｔｓ経過後にフォトセンサ５１−１〜５１−ｎおよびカ
ウンタ３５をリセットし次の電荷蓄積を開始する。ライ
ンセンサ３２から読出された画像信号はプリアンプ３３
で増幅された後、ＢＰＦ３７で所定の周波数戊分が抽出
され、この抽出された周波数成分の出力振幅が検波器３
８にて検出される。そして、Ａ／Ｄ変換器３９でＡ／Ｄ
変換されデジタル化された信号は除算器４１でカウンタ
３５より送られてくるカウント数で除算される。すなわ
ち、上記したようにして、画像信号をｉｌｌ位蓄積晴間
に応じた値に捕正する。蓄積■，１間に応じた捕正の施
された画像信号は積分回路４２に順次入力する。ここで
焦点信号ｆ　（ｘ）のＳ／Ｎ比を向上させる目的でｎ個
の画像信号を加算する。このようにして、ｔｓ時間毎に
Δχずつ位置の冗なる値が得られ、第９図中に実線で示
す焦点信号ｆ　（ｘ）が検出される。この焦点信号ｆ　
（ｘ）はフィルタリング回路４５に入力し、上述したフ
ィルタリング処理が施される。このフィルタリング処理
により焦点信号ｆ　（ｘ）のＳ／Ｎ比が改善されると共
に、極大点が抑制され、第９図中破線で示すフィルタリ
ング信号ｇ　（ｘ）が得られる。このようにして得られ
たフィルタリング信号ｇ　（ｘ）はマイクロプロセッサ
４６に人力し、順次メモリ４７に記憶される。そして、
このメモリ４７に記憶したフィルタリング信号値を用い
て、上述した方法により合焦位置αを求める。この求め
た合焦位置αに基づいた制御信号がモータ駆動同路４８
に出力され、バルスモータ４９が駆動される。その結果
、撮影光学系３１が合焦位置に移動し、合焦調節が行わ
れる。

このように本実施例によれば、ラインセンサ３２から読
出した画像信号をその蓄積時間に応じたカウント数で除
算する構成としたので、画像信号を単位蓄積時間におけ
る値に補正することができ、露光過多の場合であっても
画像信号を損ねることなく撮像を行なうことができる。

また、ＢＰＦ３７で抽出した周波数成分の出力振幅を、
積分回路４２で複数個加算しているので、出力される焦
点信号のＳ／Ｎ比を向上できる。

また、フィルタリング回路４５で焦点信号ｆ　（ｘ）と
スプライン関数またはｒｅｃｔ関数とをコンポルーショ
ンしてフィルタリング処理するようにしたので、焦点信
号ｆ　（Ｘ）のＳ／Ｎ比を確保することができる。具体
的には、第４図（ａ）に示すｒｅｃｔ関数によりフィル
タリング処理では、６個の焦点信号ｆ　（Ｘ）の位置ｘ
をずらしながら単に加算したものがフィルタリング信号
ｇ　（Ｘ）となり、その信号成分はおよそ加算個数倍に
なるのに対し、雑音成分は加算個数の２乗根倍となるた
め、Ｓ／Ｎ比は約Ｊτ倍に改善される。また、周波数領
域で考えると、信号成分は帯域幅に比例し、雑音成分は
帯域幅の２乗根に比例するため、スプライン関数を用い
た場合であってもＳ／Ｎ比はおよそ５倍に改善される。

したがって、Ｓ／Ｎ比を確保できることから、短い間隔
で電荷を読出すことができ、合焦に要する時間を短縮で
きる。しかも、Ｓ／Ｎ比を確保できることから焦点信号
の検出間隔ΔＸをちいさくでき、その上、焦点信号ｆ　
（Ｘ）の極大点を抑へ１１することができるので、合焦
精度を向上させることができる。

さらに、上記合焦位置検出方法にて、合焦位置を検出す
るので、極めて高精度に合焦位置を検出できる。

なお、上記第１実施例では、焦点信号を得るために１つ
のＢＰＦ３７を備えた構成としているが、中心周波数の
異なる複数のＢＰＦを切換えて用いる構或としてもよい
。このような構或とすることにより、次のような不都合
を除表できる。すなわち、ＢＰＦの中心周波数が低い場
合には、得られる焦点信号は第１０図に示すＡのように
ブロードな形状となり、撮影光学系３１の位置の検出範
囲が広い反面、合焦位置を正確に求めることができない
。また、ＢＰＦの中心周波数が高い場合には、得られる
焦点信号は第１０図中Ｂで示すように合焦位置で鋭く突
出した形状になり、高精度な合焦位置を検出するのには
適しているが、撮影光学系の位置の検出範囲が狭い。そ
こで、上記した構或とし、デフォーカス量が大きいとき
には中心周波数の低いＢＰＦに切換え、合焦位置近傍に
撮影光学系が移動したならば、中心周波数の高いＢＰＦ
に切換える。また、画像やズーム位置，Ｆナンバー等に
より切換えてもよい。

また、上記実施例では、画像信号を焦点信号に変換する
ために、Ｂ　Ｐ　Ｆ　３　７．検波器３８，Ａ／Ｄ変換
器３９．除算器４１．積分回路４２をＩＩＩ図に示す構
成としているが、第１１Ｆ！！Ｊ（ａ）に示す構戊とし
てもよい。すなわち、ブリアンブ３３から出力される画
像信号をＡ／Ｄ変換器６１でＡ／Ｄ変換した後、除算器
６２にてカウンタからのカウント数Ｎで除算する。そし
て、この画像信号をデジタルバンドバスフィルタリング
回路６３で所定の周波数成分を抽出し、さらにこの周波
数成分を検波回路６４に入力し、この検波回路６４で検
出された出力振幅を積分回路６５で積分する構成とする
。このような横或とすることにより、ブリアンプ３３か
ら出力される画像信号をＡ／Ｄ変換した後、各種の信号
処理が行われるので、信号のダイナミックレンジを有効
に使用できる。また、第１１図（ｂ）に示すように、Ｂ
ＰＦ７１．検波器７２．積分回路７３，サンプルホール
ド回路７４，Ａ／Ｄ変換器７５，除算器７６から構戊し
てもよい。なお、積分回路７３としては、ローバスフィ
ルターを用いることも可能である。このように構或する
ことにより、Ａ／Ｄ変換を焦点信号の検出時間間隔毎に
行なえばよく、Ａ／Ｄ変換の動作クロックを遅くするこ
とができると共に、構成が簡素化され製作が容易となる
。

さらに、ブリアンプ３３の出力をＡ／Ｄ変換して、その
後の信号処理を全てマイクロプロセッサ内で行なうよう
にしてもよい。

次に、本発明の第２丈施例について説明する。

第１２図は第２丈施例に係る自動合焦装置の構成を示す
図である。この自動合焦装置は、撮像素子としてＳ　Ｉ
　Ｔ　（Ｓｔａｔｉｃ　Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　Ｔｒａｎ
ｓｉｓｔｏｒ　）ＡＭＩ（＾ｐｐｌ１ｆ’ｉｃｄ　Ｍｏ
ｓ　Ｉｎｔｃｌｌ１ｇｅｎｔ　Ｉｍａｇｃｒ）Ｃ　Ｍ　
Ｄ　（Ｃｈａｒｇｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｄｖｌｃ
ｃ　）　，　Ｍ　Ｏ　Ｓ等の非破壊読出し可能な撮像素
子（以下、「非破壊素子」と称する）７１を備え、この
非破壊素子７１から読出された画像信号を焦点信号に変
換した後、この焦点信号の差演算を行ない、フィルタリ
ング処理するようにしたことに特徴がある。なお、第１
図に示す第１実施例と同一部分には同一の符号を付して
いる。

非破壊素子７１から読出された画像信号は増幅器３３で
増幅した後、ＢＰＦ３７，検波器３８で所定の周波数或
分の出力振幅を検出し、この検出値をＡ／Ｄ変換器３９
を介して積分回路４２に入力する。そして、積分回路４
２から所定の間隔で焦点信号ｆ　Ｎ　（Ｘ）をマイクロ
プロセッサ７３に出力する。このマイクロプロセッサ７
３に人力した焦点信号ｆ　Ｎ　（Ｘ）はメモリ７４に記
憶される。マイクロプロセッサ７３はメモリ７４に記憶
されている焦点信号ｆｓ（Ｘ）により光軸上の撮影光学
系３１の位置の差を用いた差の演算を行なってフィルタ
リング処理されたフィルタリング信号ｇ　（ｘ）を求め
る。そして、フィルタリング信号ｇ　（ｘ）を用いた補
開演算を行ない合焦位置を検出し、この検出結果に基づ
いてモータ駆勤回路４８に制ａＷ信号を出力する。そし
て、モータ駆動回路４８でパルスモー夕を駆動して撮影
光学系３１の位置を移動させ、合焦調節する構或として
いる。

第１３図は上記非破壊素子７１の構成を示す図である。

同図に示す８１−１〜８１−ｎは非破壊読出しフォトセ
ンサであり、このフオトセンサ８１にはそれぞれ読出し
スイッチ８２−１〜８２−ｎが接続されている。この読
出しスイッチ８２−１〜８２−ｎは走査回路８３に接続
されていて、走査回路８３で駆動され読出された画像信
号は出力アンブ８４を介して端子８５から画像信号とし
て出力される。なお、８６はリセットスイッチである。

また、各非破壊フォトセンサ８１−１〜８１−ｎはそれ
ぞれバッファ８７−１〜８７−ｎを介してピーク検出部
８８に接続され、このピーク検出部８８からピーク値が
検出されて端子８つよりピーク値信号ＰＥとして出力さ
れる。

次に、焦点信号ｆ　Ｎ　（ｘ）の光軸上の撮影光学系３
１の位置の差を用いた差演算によるフィルタリング処理
ついて説明する。

撮影光学系３１を等速度で光軸方向へ移動しなからｔ１
時間だけ電荷の蓄積を行なった場合、そのとき得られる
画像信号は撮影光学系３１の移動範囲における画像信号
の積分値となる。また、その画像信号より得られる焦点
信号も撮影光学系３１の移動範囲におけるその焦点信号
の積分値となる。

つまり、撮影光学系３１が時間ｔ．で位置Ｘ。

から位置Ｘ１まで移動したときの焦点信号ｆ　Ｎ　（Ｘ
ｌ）は、 となり、第１４図に示す斜線部の面積と等しくなる。そ
して、ｆＮ（ｘ）は、第１５図示の如く表わすことがで
き、ｆ　Ｎ　（Ｘ）を微分したものがｆ　（！）となっ
ている。

また、焦点信号ｆ　Ｎ　（Ｘ）の差（撮影光学系３１の
光軸方向の差はＰｘとする）は、 ・・・（５） となり、撮影光学系３１が光軸方向に移動したときの各
位置での焦点信号ｆ　（Ｘ）を、ｒｅｃｔ関数でフィル
タリング処理したことになる。

以上のように、非破壊素子７１を用いた場合にはフィル
タリング処理が差の演算に起き代えられる。

なお、丈際には、非破壊素子７１に飽和が生じてしまう
ため、ピーク値信号ＰＥが飽和した時点で非破壊素子７
１の蓄ｆＸ１電荷をリセットする。そのため、第１５図
に示す焦点信号ｆ　Ｎ　（Ｘ）は、第１６図に示す実線
のように変化する。同図は、撮影光学系３１が光軸方向
の位置Ｘａ，Ｘｂのときに素子のリセットが行われたこ
とを示している。

そして、Ｘａ＜Ｘ＜Ｘｂでは、 ｆ　Ｎ　（ｘ）＝ｆ　Ｎ　（ｘ）＋ｆ　Ｎ　（ｘａ）ｘ
ｂ＜ｘでは、 ｆ　Ｎ　（Ｘ）−ｆ　Ｎ　（Ｘ）＋ｆ　Ｎ　（ｘａ）＋
　ｆ　Ｎ（ｘｂ）として得られる。

また、本実施例における合焦位置検出は、焦点信号の最
大値近傍の複数点を用いた補開演算により求めている。

以下、第１７図（ａ）（ｂ）を参照して説明する。

第１７図（ａ）は焦点信号を示す図であり、横紬は光軸
方向に移動する撮影光学系３１の位置を示し、縦軸は焦
点信号ｇ　（Ｘ）の信号レベルを示している。焦点信号
の最大値であるＰＯ点と、この前後のｐ，，ｐ２の３点
において、その焦点信号値が各々ｇ　（ｘｍ），　　ｇ
　（ｘｍ−１）．　　ｇ　（ｘｍ＋１）であるとする。

ここで、ｇ　（ｘｍ−１）＜　ｇ　（ｘｓ＋１）の場合
、点Ｐｏと点Ｐ１とを結ぶ直線と、この直線に対し傾き
の正負が逆でかつ点Ｐ２を通る直線との交点Ｐ．の横軸
における座標αが合焦位置となる。この座標αは、幾何
学的関係により次式により得られる。

ａ　−Ｘｍ＋　ＡＸ　／　２　［　（　ｇ　（Ｘａ＋１
）−　ｇ　（Ｘｓ−１）１／　Ｉ　ｇ　（Ｘｍ）−　ｇ
　（Ｘｓ−１）ｌ　］　　−（ＩＩ）また、ｇ　（Ｘｍ
−１）　＞　ｇ　（ｘｓ＋！）の場合は次式により得ら
れる。

ａｍＸｍ−ΔＸＩＨＩ　ｇ　（Ｘｓ−１）−　ｇ　（ｘ
Ｉｌ＋１）１／　　（　　ｇ　　（Ｘｓ）−　　ｇ　　
ＣＸ鳳＋１〉｝　］　　　・・・　（ＩＩ［）次に、本
実施例の動作について説明する。

非破壊素子７１をリセットし、電荷蓄積を開始する。そ
して、時間ｔＳ毎に読出しスイ・ソチ８２−１〜８２−
ｎを走査して非破壊フオトセンサ８１−１〜８１−ｎか
ら蓄積電荷を読出して画像信号として出力させる。読出
された画像信号は、プリアンプ３３で増幅され、ＢＰＦ
３７で所定の周波数成分が抽出される。この周波数成分
は検波器３８で検波され、Ａ／Ｄ変換された後、積分同
路４２でｎ個の画像信号が加算されこの加算された信号
が焦点信号ｒＮ（ｘ）として出力される。そして、非破
壊素子７１から出力されるピーク信号ＰＥの値が飽和点
に達したときは、駆動回路７２よりリセット信号が出力
され、非破壊素子７１がリセットされる。このような合
焦動作により第１８図のような焦点信号ｆ　Ｎ　（Ｘ）
が得られる。この焦点信号ｆ　Ｎ　（Ｘ）がメモリ７４
に記憶される。

また、第１８図に示す、時間ｔａ，ｔｂが飽和点に達し
た時間であり、この時間における撮影光学系３１の位置
Ｘａ，Ｘｂもメモリ７４に記憶される。メモリ７４に記
憶された焦点信号ｆ　Ｎ　（Ｘ）は、ｒｅｃｔ関数によ
るフィルタリング処理されたフィルタリング信号ｇ　（
ｘ）を得るための差演算を行なった後、不必要なものか
ら消去されていく。

フィルタリング処理された焦点信号ｇ　（ｘ）を得るた
めの差演算は、撮影光学系３１の光軸上の位置の差をｄ
すると、 ｇ　　（ｘ）　　＝　　ｆ　　Ｎ　　（Ｘ＋ｄ／２）　
　−　　ｆ　　Ｎ　　（Ｘ−ｄ／２）　　　　・”（８
）と表わせる。

ここでｆ　Ｎ　（Ｘ）は Ｘ＜Ｘａの時、ｆ　Ｎ　（ｘ） ・・・（９） である。

このようにして得られたフィルタリング信号ｇ　（Ｘ）
を新しい順にＶｌ，Ｖ２，Ｖ３とすれば、マイクロプロ
セッサ７３はこの３つの値から魚点状態を判断し、バル
スモータ４９の制御駆動を行なう。つまり、Ｖｌ　＞Ｖ
２＞Ｖ３の時は、焦点信号が増大する場合であるので、
そのまま撮影光学系３１を駆動し、Ｖｌ＜Ｖ２＜Ｖ３の
時は、フィルタリング信号が減少する場合であるので、
駆動方向を反転させる。そして、Ｖｌ＜Ｖ２，Ｖ３＜Ｖ
２の時は、ｖ２がフィルタリング信号の最大値であると
判断し、補開演算による合焦位置計算を行なう。この捕
開演算は、ｇ　（Ｘｍ−１）−　Ｖ　３　，ｇ　（Ｘｓ
）＝　Ｖ　２　．　　ｇ　（Ｘｍ＋１）−　Ｖ　１とし
て、．ｌ己（ＩＩ）（ｍ）式に代入することにより行わ
れる。

このようにして得られた合焦位置と、バルスモータ４９
駆動時のパルス数から得られる現在の撮影光学系３１の
位置とから、駆動量を判断し、撮影光学系３１を合焦位
置へ駆動させる。

このような本実施例によれば、上記第１実施例と同様に
高速度でかつ、高精度な合焦調節を行なうことができる
。しかも、非破壊読出し可能な撮像素子７を用いたので
、焦点信号ｆ　Ｎ（Ｘ）の差演算を行なうことによりｒ
ｅｃ　ｔ関数によりフィルタリング処理された焦点信号
ｇ　（Ｘ）を得ることができ、その結果、第１実施例に
おいて用いていたフィルタリング回路４５を削減するこ
とができ、装置の小型化を図ることができる。

なお、上記第２実施例において、フィルタリング信号の
各値Ｖｌ，Ｖ２，Ｖ３　（ただし、Ｖｌ＜Ｖ２，Ｖ３＜
Ｖ２）を検出した時点で、直ちに補開演算を行なわずに
、撮影光学系３１の駆動方向を反転させ、駆動速度を遅
くしてから合焦調節をおこなうようにすれば、焦点信号
の検出間隔ΔＸを短くすることができ、さらに精度の向
上を図ることができる。

次に、本発明の第３実施例について説明する。

第１９図は第３実施例に係る自動合焦装置の構戊を示す
図である。なお、第１実施例，第２実施例と同一機能を
有する部分には同一符号を付し詳しい説明は省略する。

本実施例は、エリアセンサを用いて画像の任意領域に合
焦調節を行うと共に、ブリ測光により読出し時間間隔と
しての電荷蓄積時間を設定する自動合焦装置の例である
。

同図に示す１００はエリアセンサであり、ＭＯＳ，ＳＩ
Ｔ，ＣＭＤ等のＸ−Ｙアドレス方式の撮像素子からなる
。このエリアセンサ１００は駆動回路１０１から出力さ
れる駆動信号Ｄによって駆動され、所定領域の画像信号
が読出される。

ブリｉｉ＃１光回路９４は、エリアセンサ１００から読
出された画像信号が人力され、この人力した画像信号か
ら画像の輝度を測定する。その輝度データはマイクロプ
ロセッサ１０２へ出力される。マイクロプロセッサ１０
２は、入力する輝度データに基づいてエリアセンサ１０
０の所定領域が飽和しないような蓄積時間を設定する機
能と、エリアセンサ１００の読出し領域を指定する機能
と、前記フィルタリング信号ｇ（ｘ）から合焦位置検出
演算を実行する機能とを有している。

第２０図はエリアセンサ１００の構成を示す図である。

このエリアセンサ１００は、複数のフォトセンサＦＳが
マトリクス状に配列されている。

各フォトセンサＦＳは、垂直アドレスデコーダ１０３に
それぞれ一端が接続されている複数の水平信号線Ｌ１−
，〜Ｌｌ−ＩＪに、各々垂直アドレススイッチ１０３Ｓ
を介して接続されている。また、水平アドレスデコーダ
１０４にそれぞれ一端が接続されている複数の垂直信号
線Ｌｌ１−１〜Ｌｌｌ−Ｎに、各々水平アドレススイッ
チ１０４Ｓを介して接続されている。

このように構成されたエリアセンサ１００では、垂直ア
ドレスデコーダ１０３で所定の水平信号線Ｌ，−，〜Ｌ
ｌ−Ｎを選択し、水平アドレスデコーダ１０４で所定の
垂直信号線Ｌ　Ｉ＋−１〜Ｌｌｌ−Ｎを選択して、各信
号線に接続されている水甲アドレススイッチ１０３Ｓお
よび垂直アドレススイッチ１０４Ｓを同時にオンさせる
ことにより、選択された領域の複数のフォトセンサＦＳ
から蓄積電荷が画像信号ＳＯとして読出される。そこで
、垂直アドレスデコーダ１０３，水平アドレスデコーダ
１０４に入力する駆動信号Ｄで読出し領域のアドレスを
指定することにより、画像の任意領域の画像信号を読出
すことができる。

以下、本実施例の作用について第２１図を参照して説明
する。なお、第２０図に示すエリアセンサ１００の水１
ｌ方向をＸ軸（Ｘ−１．２−ｎ）とし、垂直方向をＹ軸
（Ｙ−１．２・・・ｎ）とする。

同図中斜線で示す部分を合焦調節する場合を例にして説
明する。

先ず、斜線領域のブリ測光を行う。

マイクロプロセッサ１０２は、斜線領域（　（Ｘｓ　．
Ｙｓ　）　〜（Ｘｅ−Ｙｅ））のアドレス指定データを
駆動口路１０１に対して出力する。

駆動回路１０１は、垂直アドレスデコーダ１０３に対し
てアドレス（ＹｓｘＹｅ）を指定した駆動信号Ｄを出力
し、水平アドレスデコーダ１０４に対してアドレス（Ｘ
ｓ−Ｘｅ）を指定した駆動信号Ｄを出力する。そして、
例えば、所定時間ｔ，に蓄積された電荷を斜線領域の各
フォトセンサＦＳから画像信号として順次読出す。測光
回路９４では、この読出された画像信号から画像の輝度
を測定し、その輝度データをマイクロプロセッサ１０２
へ出力する。マイクロプロセッサ１０２では、輝度デー
タに基いて弔位蓄積時間ｔ，を設定する。すなわち、フ
ォ゛トセンサＦＳに蓄積された電荷のピーク値が、飽和
せずかつ例えば飽和値の７０％の値に設定されているし
きい値を越えている場合には、上記蓄積時間ｔｐをｌｉ
ｔ位蓄積時間１ｓとする。

また、ピーク値が飽和する場合には、電荷蓄積時間を順
次短くして輝度判定を繰り返し、ピーク値が飽和しない
蓄積時間ｔｐｐを検出し、この検出した蓄積時間ｔｐｐ
を、単位蓄積時間ｔｓとする。

また、ピーク値がしきい値Ｖｒｅ　ｆに達していない場
合には、電荷蓄積時間を順次延ばして輝度判定を繰り返
し、ピーク値がしきい値Ｖｒｅｆを越える蓄積時間ｔ　
ｐｐｐを検出し、その検出された蓄積時間ｔ　ｐｐｐを
単位蓄積時間ｔｓとする。

このようなブリ測光により、斜線領域の輝度に応じ、画
像信号の劣化を伴うことのない単位蓄積時間ｔｓが設定
できる。

次に、時間ｔｓ毎に斜線領域の画像信号ＳＯを読出す。

なお、斜線領域からの画像信号ＳＯの読出し順序は、以
下の方式に従う。

？軸方向順次読出し この読出し方式は、Ｘ軸方向に順次読出す。先ず、Ｙ−
Ｙｓ行（　（Ｘｓ，Ｙｓ），（Ｘｓ＝＋Ｙ，）・・・，
（Ｘｅ，Ｙｓ））を読出し、続いてＹ　””　Ｙ　ｓ■
行，Ｙ２＋２行，・・・Ｙｅｓテまで読出す。

Ｙ軸方向順次読出し この読出し方式は、Ｙ軸方向に順次読出す。

先ず、Ｘ−Ｘｓ列（　（Ｘｓ，Ｙｓ）．（Ｘｓ，Ｙｓｒ
１）　＊　・・・．（　Ｘ　ｓ　＋　Ｙ　ｅ　）　）を
読出し、続いてＸ　”　Ｘ　ｓ＋　１列，Ｘｓ＋２列−
，Ｘｅ列まで読出す。

斜め方向順次読出し この読出し方式は、斜め方向に順次読出す。先ず、（Ｘ
ｓ，Ｙｓ）を読出し、以下、 Ｙ■−Ｘ＋（Ｙｉ＋Ｘｓ） なお、ｉ　＝　Ｓ　＋　１　，　　Ｓ　＋　２−Ｘ　ｓ
≦Ｘ≦Ｘｅ，Ｙ　５＋１　５　Ｙ≦Ｙｅを満たす画素（
Ｘ，Ｙ）の電荷を順次読出す。

以上の３つの読出し方式は、被写体によって適宜選択す
る。例えば、横縞の被写体の場合は、Ｙ軸方向順次読出
し方式を使い、縦縞の被写体の場合はＸ軸方向順次読出
し方式を使う。この読出し方式は、ブリ測光時に選択す
る。

このようにして、電荷蓄積時間【Ｓと読出し順序が決め
られる。

次に、エリアセンサ１００に対する読出しクロックと電
荷蓄積時間の関係について、第２２図を参照して説明す
る。

同図には、読出しクロックとその際に読出される画素（
フォトセンサＦＳ）が示されている。

１〜Ｎ（Ｎ−ｍＸｎ）は画素の位置に対応しており、１
′〜Ｎ′は、次回の読出し位置を示している。ここで、
読出しクロックの時間間隔をｔｃとすれば、全画素を読
出すのに要する時間ｔＮは、ｔ．ｍＮ＊ｔｃとなる。

ここで、単位蓄積時間ｔｓがｔＮより大の場合（第２４
図（ａ））は問題なく読出せるが、ｔＳ＜ｔＮとなる場
合は、対処できない。

そこで、連続する２クロック（または適当な間隔のクロ
ック）で同じ画素を読出す。この様にすれば、１ｓ＜Ｉ
Ｎ　（なお、ｔＮは同図（ａ）の２倍）となる場合であ
っても、読出し可能となり、ｔｓの最小時間は、クロッ
ク時間間隔ｔｃとなる（同図（ｂ）（ｃ））。また、さ
らに短い時間で読出すためには、水平アドレスデコーダ
，垂直アドレスデコーダを複数設けて、交互に読出しを
行うようにする。さらに、多線読出しを利用して、読出
し速度を早くすると共に、近接画素を加算してＳＮの向
上を図るようにしてもよい。なお、全画素の読出しは逐
次読出しのため各画素の積分一間が異なる（積分時間は
１ｓで同一）が、焦点信号が光軸方向に平均化される事
になるだけであり、特に不具合は生じない。

以上のようにして読出された画像信号は、一次元の信号
としてＢＰＦ３７に入力され、以下第１実施例と同様に
して処理され、合焦調節が行われる。

このように本実施例によれば、エリアセンサ１００を用
いて形成画像を撮像するので、画像の任意領域に高速か
つ高精度な合焦：Ａ節を行うことができる。

なお、上記第３丈施例では、画像信号の読出し方式の選
択をプリ測光回路９４で行う例を示したが、被写体の種
類を判別する専用回路を設ける構或とすることもできる
。

また、Ｘ軸順次方向読出し方式の場合は、行ごとに、ま
た、Ｙ　？ｄｌ順次読出し方式の場合は、列ごとに画像
信号を加算する構成にすれば、さらに信号のＳＮが向上
する。なお、この様な加算を行う構成としては、例えば
第２１図に示すＢＰＦ３７〜Ａ／Ｄ変換器３９の経路を
、第２５図に示すようにＡ／Ｄ変換器１１０，加算器１
１１，ＢＰＦ１１２．検波器１１３を直列に接続したも
のが考えられる。

また、上記第３丈施例では、ＢＰＦ３７は一次元信号（
画像信号）に対するフィルタ回路であったが、バッファ
内臓のマスク処理等による２次元フィルタ回路であって
もよい。

次に、本発明の第４実施例について説明する。

本実施例は、ファジィ推論を利用して前記第３実施例で
説明したエリアセンサの合焦させるべき領域を自動的に
選択し、その領域の合焦調節を行う例である。よって、
本実施例のハードウエア構成は第３実施例と同様な構成
となる。そこで、本実施例では、合焦させるべき領域の
選択方法について詳述する。

第２４図に示すＡ，Ｂ，Ｃは測距領域である。

以下、この三領域から合焦させるべき領域をファジィ推
論に基づいて選択する例について説明する。

例えば、第２５図（ａ）に示すように、領域Ａに近物体
があり、領域ＢＣに遠物体がある場合は、第２６図（ａ
）に示す焦点信号となる。また、第２５図（ｂ）に示す
ように、領域Ａに遠物体があり、領域Ｂ，Ｃに近物体が
ある場合は、第２６図（ｂ）に示す焦点信号となる。な
お、同図（ａ）（ｂ）において横軸はレンズ位置を示し
ている。

ところで、レンズ位置がＸ１からｘ２へ変化した場合は
、領域Ａ，Ｂ，Ｃの各領域での焦点信号は次のように変
化する。

第２６図（ａ）に示す状態の場合、 領域Ａの焦点信号　　減少 領域Ｂの焦点信号　　増加 領域Ｃの焦点信号　　増加 第２６図（ｂ）に示す状態の場合、 領域Ａの焦点信号　　増加 領域Ｂの焦点信号　　減少 領域Ｃの焦点信号　　減少 本実施例では、このような焦点信号の変化量と焦点信号
値と．その時のレンズ位置とから、各領域の被写体が遠
物体であるか，近物体であるか，またはその間の物体（
ψ物体）であるかを推論する（推論１）。さらに、どの
領域にどのような距離の物体が存在するかということか
ら、合焦させるべき領域を決定する（推論２）。

推論１の具体的なルールを示す、 推論１ レンズ　焦点　　焦点信号　結論 位置　　信号値　値変化 ルールｌ　　ｎｅａｒ　　　大　　　Ｏ　　　　近物体
ルール１　　ｍｅｄｉｕｍ　　中　　　負　　　　近物
体ルール１『ａ『　　　小　　　負　　　　近物体ルー
ル１　　ｎｅａｒ　　　中　　　正　　　　中物体ルー
ル１　　ｍｅｄｉｕｍ　　大　　　０　　　　中物体ル
ール１　　［’ａｒ　　　中　　　負　　　　中物体ル
ール１　　ｎｅａｒ　　　小　　　正　　　　遠物体ル
ール１　　ｍｅｄｉｕｍ　　中　　　正　　　　遠物体
ルール１　　１’ａｒ　　　大　　　Ｏ　　　　遠物体
ただし、この推論はレンズが囚方向へ駆動される場合で
あり、至近方向へ駆動される場合は、焦点信号嚢化の正
負が逆になる。また、焦点信号値は、例えばｘＩ　＋　
　ｘ２の焦点信号値の平均値，レンズ位置はｘｌ　＋　
　Ｘ　２の平均値である。

推論２の具体的なルールを示す、 推論２ ルール１　　　領域Ａが近物体ならば；領域Ａを選択 ルール２　　　領域Ｂが近物体ならば；領域Ｂを選択 ルール３　　　領域Ｃが近物体ならば：領域Ｃを選択 ルール４　　　領域Ｂが中物体で 領域Ａが遠物体ならば； 領域Ｂを選択 ルール５　　　領域Ｃが中物体で 領域Ａが遠物体ならば 領域Ｃを選択 また、上記ルールの中で記述されているレンズ位置，焦
点信号値，焦点信号値変化を、メンバシップ関数を用い
て第２７図（ａ）〜（ｃ）に示すファジィ集合としてそ
れぞれ定義する。

次に、上記推論１，２に基づいた具体的な推論方法につ
いて説明する。

先ず、推論１では、各ルールにおける諸条件のグレード
を第２７図（ａ）〜（ｃ）に示すメンバシップ関数より
求め、各ルールのグレードの最小値を各々Ｇ，，Ｇ２，
Ｇ．・・・Ｇ９とする。

次に、Ｇ＋　，Ｇ２　，Ｇ３の中の最大値を近物体のｐ
ｌａｕｓｉｂ１１１ｔｙ　（もっともらしさ）とし、Ｇ
４，Ｇ，，Ｇ６の中の最大値を中物体のｐ１ａｕｓｉｂ
ｉｌｌｔｙとし、Ｇ７，Ｇｓ．Ｇ９の沖の最大値を遠物
体のｐｌａｕｓｌｂｉ　ｌ　ｌｔｙとする。このように
して各領域のｐｌａｕｓｉｂｉｌｉｔｙが定まる。

次に、推論２では、推論１で求めた ｐｌａｕｓｉｂｌｌｌＬｙを利用して、各ルールのグレ
ードを求める。例えば、ルール１では領域Ａの近物体の
ｐｌａｕｓｌｂｉ　Ｉ　Ｉ　Ｌｙがそのままグレードと
なり、ルール４では領域Ｂの中物体であるｐｌａｕｓｉ
ｂｉｌｉｔｙと領域Ａが遠物体であるｐｌａｕｓｌｂｌ
ｌｉＬｙとの小さい方がグレードとなる。そして、グレ
ードの最大値を与えるルールを正しいとして、そのルー
ルに基づいて選択する領域を決定する。

この様なファジィ推論を利用することにより、異なる２
位置の焦点信号値およびその撮影光学系の位置情報から
合焦させるべき領域を選択する。

次に、本実施例の作用について説明する。

合焦調節が開始されると、第３実施例と同様にしてプリ
測光が行われ、画像信号を損なわない蓄積時間が設定さ
れる。

次に、マイクロプロセッサ１０２によって、Ｘ−Ｙアド
レス方式撮像素子１００の読出し領域Ａ，Ｂ，Ｃのアド
レスが駆動回路１０１に順次設定される。そして、領域
Ａ，Ｂ，Ｃに蓄積されている電荷が画像信号として順次
読出され、領域Ａ，Ｂ，Ｃ毎に焦点信号を求めるための
演算が失行される。そして、撮影光学系３１を移動させ
て、撮影光学系３１の２位置Ｘｌ＋Ｘ２での焦点信号値
ｇ＾　（Ｘ＋　）＋　　ｇＡ　（Ｘ２）（領域Ａ）、ｇ
ｓ　　（Ｘ＋）．ｇＢ　（Ｘ２）（領域Ｂ）、ｇｃ　　
（ＸＩ）．ｇｃ　　（Ｘ２）（領域Ｃ）が算出される。

この算出された各焦点信号値を用いて上記ファジィ推論
が実行されて、合焦頭域が決定される。

次に、この様にして決定された合焦領域からの画像信号
がＢＰＦ３７へ人力され、以下第３実施例と同様に処理
され合焦調節が行われる。

このように本実施例によれば、撮影光学系の位置．．ｗ
点信号値，焦点信号値の変化量を条件としたルールを持
つ推論１と、被写体までの距離情報と被写体の位置を条
件としたルールを持つ推論２とによって、合焦領域を選
択するようにしたので、近物体から遠物体まで含んだ画
像の中から合焦させるべき領域を自動的に選択すること
ができる。

なお、上記第４実施例では、３分割した領域ＡＢ，Ｃの
中から所定の領域を選択する例を説明したが、２分割ま
たは４分割以上であってもよいのはもちろんである。

また、利用したメンバシップ関数を撮影光学系の諸条件
，たとえば焦点距離，Ｆナンバー等により適宜選択する
ようにしても良く、あるいは撮影光学系の諸条件に応じ
た補正を加えるようにしてもよい。

また、上記第４実施列では、ファジィ推論において、焦
点信号値として、光軸上の異なる２位置の焦点信号値の
平均値を用いた例を示したが、この平均値をさらにその
領域の輝度で除算等して正規化した値を用いるようにし
ても良い。

また、第２７図（ｄ）に示すメンバシップ関数に、推論
１で求めた各物体のｐｌａｕｓｉｂｉｌｉｔｙをそれぞ
れ乗じ、第２９図に示すような関数の和（斜線部分）か
ら重心計算を行い、重心位置を求め、物体距離を求める
。なお、第２９図において、斜線部分はｐｌａｕｓｉｂ
ｉｌｌＬｙの乗じられた関数の和を示す部分であり、近
物体のｐｌａｕｓｉｂｌｌｔｔｙはロ．５、中物体のｐ
ｌａｕｓｉｂｌ　１１ｔｙは０，８、遠物体のｐｌａｕ
ｓｉｂｉｌｉｔｙは０．１である。

そして、推論２では、推論１で求めた物体距離より各ル
ールのグレードを、第２８図に示すメンバシップ関数か
ら計算し、その最大値を与えるルールを選択することに
より合焦領域を選択するようにしても良い。

また、推論１で求めた物体距離を、その後の合焦調節で
利用することも考えられる。また、推論１による物体距
離の推定は、ラインセンサ等にも利用できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、画像信号の周波数成分の出力振幅値を
加算して焦点信号を生威し、さらにこの焦点信号をフィ
ルタリング処理しているので、焦点信号のＳ／Ｎ比を改
善できると共に、焦点信号の極大点を抑制できる。した
がって、高速度でかつ高精度な合焦調節を行なうことが
できる。

また、測光手段で測定した輝度データに基づいて蓄積時
間明隔を設定するようにしたので、撮像素子が飽和する
のを確実に防止でき、高精度な合焦調節を行うことがで
きる。

また、Ｘ−Ｙアドレス方式の撮像素子を用い、かつその
読出し領域をファジィ推論に基づいて選択するようにし
たので、近物体から遠物体まで含む画像から合焦調節す
べき領域を自動的に選択することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１丈施例の自動合焦装置の構威図、第２図は
ラインセンナの構成図、第３図は撮像素子における電荷
の蓄積時間と飽和量との関係を示す図、第４図（ａ）は
ｒｅｃ　ｔ関数を示す図、第４図（ｂ）はスプライン関
数を示す図、第５図（ａ）はｒｅｃｔ関数のスペクトル
を示す図、第５図（ｂ）はスプライン関数のスペクトル
を示す図、第６図（ａ）〜（Ｃ）はフィルタリング回路
の構成を示す図、第７図は焦点信号とフィルタリング信
号を示す図、第８図（ａ）（ｂ）は合焦位置検出方法を
説明するための図、ｍ９図は読出し時間と焦点信号検出
時間とに対応した焦点信号およびフィルタリング信号を
示す図、第１０図はバンドバスフィルターの周波数特性
に対応した検出能力を説明するための図、第１１図（ａ
）（ｂ）は第１図に示す自動合焦装置の変形部分の構成
を示す図、第１２図は第２実施例に係る自動合焦装置の
構成図、第１３図は非破壊読出し可能な撮像素子の構成
図、第１４図〜第１６図は焦点信号の差演算を説明する
ための図、第１７図は合焦位置を検出するときの補開演
算を説明するための図、第１８図は所定のタイミングで
読出しの行われる焦点信号を示す図、第１９図は第３実
施例の構成図、第２０図はエリアセンサの具体的な構成
図、第２１図はエリアセンサからの読出し領域を示す図
、第２２図は読出しクロックと画素との関係を示す図、
第２３図は第１９図に示す装置の部分的な変形例を示す
図、第２４図は撮像素子の読出し領域を示す図、第２５
図（ａ）（ｂ）は読出し領域にある物体距離をそれぞれ
示す図、第２６図（ａ）（ｂ）は第２５図（ａ）（ｂ）
に示す続出凹 し領域からの画像信号を示す図、ｍ２７＃は各条件のメ
ンバシップ関数を示す図、第２８図は推論２で用いられ
るメンバシップ関数を示す図、第２９図は重心計算を説
明するための図、第３０図は山登り方式を適用した自動
合焦装置の構成図、第３１図は画像信号の出力振幅と合
焦位置との関係を示す図、第３２図は位相相関方式を適
用した自動合焦装置の構成図、第３３図は焦点信号に現
れる極大点を示す図である。 ３１・・・撮影光学系、３２・・・ラインセンサ、３４
・・・駆動回路、３５・・・カウンタ、３７・・・バイ
パスフィルタ、３８・・・検波器、４１・・・除算器、
４２・・・積分同路、４５・・・フィルタリング同路、
４６・・・マイクロプロセッサ、４８・・・モータ駆動
回路、４つ・・・パルスモー夕、９４・・・測光回路、
１００，１２０・・・エリアセンサ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）撮影光学系により形成される両像を撮像するＸ−
   Ｙアドレス方式の撮像素子と、この撮像素子と前記撮影
   光学系との相対位置を光軸方向に変化させる駆動手段と
   、この駆動手段により前記相対位置を変化させながら所
   定時間間隔で前記撮像素子で撮像された前記画像の合焦
   させるべき領域をファジィ推論に基づいて決定する手段
   と、この手段で決定された領域に蓄積されている電荷を
   画像信号として読出す手段と、この読出し手段で読出さ
   れた画像信号から所定帯域の周波数成分を取出すための
   周波数抽出手段と、この周波数抽出手段で取出された周
   波数成分の出力振幅を検出し、その検出された出力振幅
   を加算して焦点信号を生成する焦点信号生成手段と、こ
   の焦点信号生成手段から出力される焦点信号に含まれる
   高周波成分をカットする如きフィルタリング処理を行な
   うフィルタリング手段と、このフィルタリング手段から
   出力される焦点信号の複数の値を用いて合焦状態および
   合焦位置検出演算を行ない、この演算結果に基づく制御
   信号を前記駆動手段へ出力する制御手段とを具備したこ
   とを特徴とする自動合焦装置。
2. （２）撮影光学系により形成される画像を撮像する非破
   壊読出し可能なＸ−Ｙアドレス方式の撮像素子と、この
   撮像素子と前記撮影光学系との相対位置を光軸方向に変
   化させる駆動手段と、この駆動手段により前記相対位置
   を変化させながら所定時間間隔で前記撮像素子により撮
   像される画像の合焦させるべき領域をファジィ推論に基
   づいて決定する手段と、この手段で決定された領域に蓄
   積されている電荷を画像信号として非破壊的に読出す手
   段と、この読出し手段で読出された画像信号から所定帯
   域の周波数成分を取出すための周波数抽出手段と、この
   周波数抽出手段で取出された周波数成分の出力振幅を検
   出し、その検出された出力振幅の値を加算して焦点信号
   を生成する焦点信号生成手段と、この焦点信号生成手段
   から出力される焦点信号の差演算を行なうと共に、この
   差演算により得られた焦点信号の複数の値を用いた合焦
   状態および合焦位置検出演算を行ない、この演算結果に
   基づく制御信号を前記駆動手段へ出力する制御手段とを
   具備したことを特徴とする自動合焦装置。
3. （３）前記Ｘ−Ｙアドレス方式の撮像素子から読出され
   る画像信号から前記画像の輝度を判定し、その輝度に応
   じて前記読出し手段による読出し時間間隔を設定する測
   光手段を具備したことを特徴とする請求項１または請求
   項２記載の自動合焦装置。
4. （４）前記ファジィ推論は、前記撮影光学系の位置、焦
   点信号値、焦点信号値の変化量を条件としたルールを持
   つ第１の推論と、被写体までの距離情報、被写体の位置
   を条件としたルールを持つ第２の推論とからなることを
   特徴とする請求項１または請求項２記載の自動合焦装置
   。