JPH04172312A

JPH04172312A - 合焦制御装置

Info

Publication number: JPH04172312A
Application number: JP2297357A
Authority: JP
Inventors: R Dowski Edward Jr; エドワード　アール．ダウスキー　ジュニア; Takeoki Sakai; 酒井　勇起
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1990-11-05
Filing date: 1990-11-05
Publication date: 1992-06-19
Anticipated expiration: 2015-05-29
Also published as: JP3047252B2; US5227890A

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、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か、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かよく採られる
。スチルビデオカメラにおいてもムーヒーヒデオカメラ
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は、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かなくコスト、精度共
に有利である。

ムービーヒ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
等に利用すると概路次のようになる。

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）にてそのレベルか最大となり、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ａ。＋　　ａｌ　＋　　ａ２　
＋・・・て−度スキャンし、その間の映像信号に含まれ
る高周波成分子。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、高周波成分か最
大となる位置、例えばａｌ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
ウェアの構成、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
ばならず時間かかかる。

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
、撮像レンズか任意の位置にある状懸から、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
のみて焦点位置を合わせることかでき、かつ被写体信号
の特定周波数成分なと、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て撮像素子からサ
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
つ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か正しいと判断して
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゛
つ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、点位置との
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、当該合焦位置か正し
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か正しいことを知り
、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
正しくないと判断てきるから、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、移動手段か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
フォーカス量は駿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。したかって、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、レンズの点像波
がり関数（Ｐｏｉ’ｎｔ　５ｐｒｅａｄ　ｆｕｎｃｔｉ
。

−ｎ）をｇ、物体データをｕ１撮像素子系で生じるノイ
ズをｎとすると、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　　　　　　　　　　　　００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。

点像波がり関数ｇは光学理論により次式のように表され
る。

ｇ＝　ｌ　ＦＴ　（ｈ　（Ｗ）ｘＰ）ｌ　２　　　■Ｆ
Ｔ：フーリエ変換演算子ｈ　　（Ｗ）　　＝ｅｘｐ　　　（ｊ　　・　−（Ｘ”
　　＋Ｙ２）コＷＰ、レンズ窓関数ここて、ｄｏ　物体−撮像レンズ間距離、ｄ＋：撮像レ
ンズ−撮像素子間距離とすると、ｄｌか合焦位置にある
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　／　ｄ　＋　　
Ｉ　／　ｆ　　■また、ｄｌか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。

−ｔ／Ｗ＝ｔ／ｄｏ＋ｔ／ｄ、−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０式においてノイズの項ｎを無視する
と、ｙ”ｕ＊ｇ　　　　　　　　　　　　　　　■“となり
、コンボリューションにより画像を劣化させるのは、点
像波かり関数ｇであることが分かり、また、■式より、
点像波かり関数ｇは、Ｗによってのみ影響を受けること
か明らかである。したかってＷの値か決まれば、即ち■
又は■′式において、撮像レンズ−撮像素子間距離ｄ、
及び撮像レンズの焦点距離ｆは既知であるのて、物体−
撮像レンズ間距離ｄ０か決まれば点像波がり関数−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
における点像波がり関数ｇを特定できれば、物体−撮像
レンズ間距離ｄ。を知ることか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か無限遠位置Ａにあっ
たとすると、物体−撮像レンズ間距離ｄ０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／　（ｄｏ−Δａ）＋ｔ／　（ｄ＋＋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△ｄか求まる。

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

まず、点像波かり関数ｇの一次元離散フーリエ変換ＧＫ
は次式のように表される。なお、Ｇ、はレスポンス関数
（ｏｐｔｉｃａｌ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｆｕｎｃｔｉｏ
ｎ）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。

＝ｇｏ十ｇ＋　ｅｘｐ　　（−ｊ（２π／Ｍ）　ｋ）＋
ｇ２ｅＸｐ　　（−ｊ（２π／Ｍ）２ｋ）＋−−＋ｇｕ
−＋　ｅＸｐ　　（−ｊ（２π／ＭＸＭ　−１）ｋ）■ ここて、ｇｌ　（ｊ＝ｏ、１・・Ｍ−１）は点像波がり
関数ｇのサンプル値１Ｍはサンプル数である。

ＯＴＦ　　ＧＫ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ｌ／Ｗ＝０のときに
Ｉ／ｄ、　＋Ｉ／ｄ、＝ｌ／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、Ｚ＝ｅｘｐ　　（−ｊ（２π／Ｍ）　ｋ
）とおくと（ｌＺｌ＝１）、次式が成立する。

Ｇ　ｘ　＝　ｇ　ｏ　＋　ｇ　＋　Ｚ　−’　＋　ｇ　
２　Ｚ　−２＋・・・・・＋　ｇＭ−、Ｚ　−（Ｍ　−
１１００式から分かるように、−次元離散フーリエ変換はＺ−
１の多項式の形をとり、したかって、ＧＫは因数分解を
行って次式のように表すことができ・・　（Ｚ−’−Ｚ
、、）　　　　　　　■＝２．＜又はＺ＝１／Ｚ、）の
ときＧ、＝０となる。あるデフォーカス量１／Ｗにおけ
るＧＫの零点オーカス量１／Ｗに対する各Ｇ工の零点を
調べておき、あるデフォーカス量１／Ｗｏに対する各Ｇ
　ＫＧの零点をデフォーカス量１／Ｗの不明なＧＫのＺ
−１に代入したときにＧＫ＝ｏになったとすると、この
ＯＴＦ　　ＧＫのデフォーカス量１．／Ｗはｔ／Ｗｏで
あることが判明する。つまりＧＫを特定することかでき
る。ところか、第３図でデフォーカス量１／Ｗかある大
きさより小さい曲線ＧＫはＯとなる点かない。換言すれ
ばＩＺ、ｌ＝１を満たす零点か存在しない。したかって
、−次元離散フーリエ変換では上記の場合にはＧＫを特
定することかてきない。

そこて、上記の場合ても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。

”ｇｏ　＋ｇ　ｌＺ−’＋ｇｚ　Ｚ−”＋　＊　＠　＠
＋ｇ、、Ｚ−”−”　　　　　　■ この多項式〇　ＣＺ）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）ＸＧ　（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、
２．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／Ｗ
０に対応する点像拡がり関数ｇをＺ変換して得られたａ
ｎ＜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Ｇ、（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　　ＧＫ（Ｇ工１．ＧＫ２　
　・・・ＧＫ、）を測定又は理論的計算により求め、さ
らに各○ＴＦ　　ＧＫにおける零点セット（Ｚｏｎｅ、
　Ｚｏｎ２．　”　’　・Ｚｏｎｅ　　：　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　ＧＫの零点セット
を代入し、それらの絶対値の合計か最も小さくなるＯＴ
Ｆを探せば、そのＯＴＦか現在のＯＴＦに相当すること
になる。

このようにしてＯＴＦが特定され、したかって点像拡が
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を決めることがてきるのであ
る。

以上は、−次元Ｚ変換による処理であるか、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、　　Ｚｅ）　＝Ｕ（Ｚｒ　、　　Ｚｃ）ＸＧ
（Ｚｒ　、　　Ｚｃ）＋Ｎ（Ｚｒ　、　　Ｚｃ）　　　
　　　　　　＠ＩＹ（Ｚｒ　、　　Ｚｃ）　、　Ｕ（２
ｒ　、　　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。

［相］式は次のようになる。

−Ｚｒ−”　・Ｚｃ−”十ΣΣｎ、、・Ｚｒ−”　・Ｚｃ−’　　　　■ ここて、ｙｍ　ｎ　、　　ｇ　ｍ　ｎ及びｎゆ。は各々
撮像素子２Ａの出力データ０点像拡かり関数及びノイズ
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、行間に相関か無ければ一
般に次式か成立する。

Ｈ（２ｒ、Ｚｃ）＝Ｈ（Ｚｒ）　ＸＨ（Ｚｃ）故に行間
に相関の無いノイズにおいては、０式の右辺ノイズの項
は、次式のようになる。

ΣΣｎ　ｍａ　ａ　Ｚｒ−”　−Ｚｃ”＝Σｎ、　　、
Ｚｒ−１１１×Σｎ　、　　・Ｚｃ−”即ち、−次元Ｚ
変換の掛は算として表すことかできる。ノイズの一次元
Ｚ変換多項式の零点をＺ、。。

すると（但し、一般にＺＲＯＮは複素数てＺＲＯＮ　＝
γ１゜Ｎ　ｅｘｐ　（ｊω、。Ｎ）である）、これを０
式の一方の変数Ｚｒに代入して ×Σｎ　、　　−Ｚｃ−’ ＝０となる。故に、同じノイズ多項式の零点ＺＲＯＮを［相
］式に代入すると０式右辺ノイズの項はＯとなり、次式
の如くになる。

ΣΣ’ｌ　ｍｎ　’　　ＺＲＯＮ　−”・ＺＣ−”＝［
Ｊ（ＺＲＯＮ　　、　Ｚｃ）ｘΣΣｇ　１０１１・Ｚｒ
−’・Ｚｃ　−’ ■ 零点Ｚ８いは定数であるから、０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
多項式の零点てもある。

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
か一次元処理と等価になり、−次元Ｚ変換多項式の零点
か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へてノイ
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かできる
。

ここで、撮像レンズか最初無限遠位置（第２図（Ｂ）の
位置Ａ）にあったとすると、ｄｌ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■式か用いられ、
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、撮像レンズか最初至近位置にある場合も
同様であり、ｄｌ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■′式か用いられ、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回移動するだけて合焦てきる利点
があるか、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かあり、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、撮像レンズか任意の位置（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。

撮像レンズか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か、ｄｌか大きい側にデフ
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Δ
ｄ１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６６１以内の大きさΔ
ｄ、。て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、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、−Δｄ、。

）た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、０
式で求められたレンズ移動量Δｄ、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、又はΔｄ、′を求め
、前記移動方向とは逆方向に（Δｄ、。＋ＩΔｄ、１）
又は１Δｄ、′また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、。を合焦位置までのレ
ンズ移動量Δｄ、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か正し
いか否かの判別を、前記同様デフォーカス量の増減で判
別してもよいか、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
ｌは、オートフォーカス操作開始時は任意の位置（−船
釣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）２人
及び信号増幅器２Ｂ等を含むイメージセンサ−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
スに必要な画素外（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個ずつに部分のデータ（第５図参照）か行バツフア
メモリ５に一時的に記憶される。

一方、複数（５個）の異なるデフォーカス量１／Ｗに対
するＯＴＦ　　Ｇ、の零点セット（Ｚ　ｏｐＬＺａｐ２
・・・Ｚｏ、、；ｐ＝１．２・・・Ｊ）か５個のレジス
タ８１〜８．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、まず前記行バツフアメモリ５に
保持されている第１行のサンプルイメージデータｙ＋＋
〜７＋ｎをＺ変換して下記のようにＺ−１の多項式から
なるＹｌ（Ｚ）を求める。この−次元Ｚ変換部７かＺ変
換手段に相当する。

Ｙ　（Ｚ）　”　Ｖ　＋＋＋　’ｆ　ｒ□Ｚ−’＋３’
＋３２−２＋・・・＋　’ｌ　＋ゎＺ−７各レジスタ８Ｉ〜８．に対応する各零点代入部９１〜９
．ては、夫々−次元Ｚ変換部７から入力したＹ、（Ｚ）
に対応するレジスタ８．にストアされた零点セットの各
零点Ｚ。、１〜Ｚ０９．を順次代入し、絶対値演算部１
０１〜１０．では前記各代入した値の絶対値ＩＹ１　（
Ｚｏ、）１〜ＩＹ１　（Ｚｏ、１）１を求める。。

上記のようにして求められた絶対［［ＩＹ、　　（Ｚ。

、１）１〜ｌ　Ｙｌ　（Ｚｏ−６）ｌは、順次対応する
加算部１１．　　（１）＝ｌ〜ｊ）に入力されて加算さ
れていく。そして、１セツトの零点全てについて上記演
算処理か終了すると、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．において第１行目の加算値に
加算される。

第に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゜に蓄積された値ｆ「・１その中の最小値に対応するＯＴＦ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。

ここて、零点代入部９１〜９Ｊと絶対値演算部１０゜〜
１０．と加算部１１１〜ｌｉｔ　と比較部１２とか第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か検出された
ので、合焦位置演算部１３て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ｌは任意の位置にセットされているのてｄｌか大き
い側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０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−撮撮像シン１１間距離ｄｏ　　（０式
で求めた値）、ｄｓ’（■°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Δｄａｌ　　Δｄ、を求める。

二こて、ｄｌ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ｄｏをσ〕式に代入して得られる根は共
に正の値となるか小ミ　）方を△ｄ。

とじて選択し、また、ｄｏ’　を０式に代入して得られ
る根は正負の値となるか、その中負の値をΔｄ、として
選択する。この合焦位置演算部１３か合焦位置演算手段
に相当する。

レンズ移動部１４ては、前記のようにして得られたレン
ズ移動量ΔｄＡｌ　Δｄ、の中の一方、例えはΔｄ、の
場合は撮像レンズ１をＣＣＤ２Ａから遠ざかる方向にΔ
ｄ、分移動させる。このレンズ移動部１４とレンズ駆動
回路６とか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の位置て、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。したかって、零点代入部９、〜９．と絶
対値演算部１０１〜１０．と加算部１１．〜１１、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ては、検出されたデフォーカス量１／Ｗか誤
差範囲内て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か略零と
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か略零でない場合は当該合
焦位置は正しくなく、もう１つの合焦位置の方か正しい
と判断して、レンズ駆動回路６を駆動し、撮像レンズｌ
をＣＣＤ２Ａに近つける方向にΔｄ１＋１△ｄ、１分移
動して元のレンズ位置からＣＣＤ２Ａ寄りに１Δｄ、１
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とか位置制画手段に相当する。

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ＩＹ、（Ｚｏ−０）１の総和（平均と同等）
か最小となるＯＴＦを選択したか、全てのＩＹ、（Ｚ、
、、、）ｌの中で最小値を持っ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かてきるか、ノ
イズの影響か小さい場合には、１行分のデータのみて処
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−”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ツフアメモリ
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、演算行程か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図に基ついて説明する
。尚、第４図の１〜１２の各要素は共通であるのて省略
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、のみ演算する。そして、撮像レンズ移動部１４
て撮像レンズ１をＣＣＤ２Ａがら離れる方向にΔｄ１分
移動させてデフォーカス量１／Ｗを求めて判定部１５て
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か略零であるときは、合焦
位置か正しいため、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、を求めてレンズ駆動回路６を駆動し、撮像レンズＩ
をＣＣＤ２Ａに近つける方向に△ｄ、＋１△ｄ、１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）か正しけれは、残りの合焦位置は演算する必要か
ないため、５０％の確率で演算の一部を省略できる。

また、合焦位置か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△ｄ、を求めて逆向きに１Δｄ、１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Δｄ１と１Δｄ、ｌ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か高い。

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か、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
て省略して示す。

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

そして、その位置て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て比較し、
制御部１８によりデフォーカス量１／Ｗか移動により減
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。

−Δｄ１゜）針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、を求め、該逆方向に撮像レンズｌを（Δｄ、。＋
ＩΔｄ、：’）針移動してセットするか、又は、移動後
のデフォーカス量Ｉ／にを用いて現位置からのレンズ移
動量Δｄ、を求めて１Δｄ、１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とか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か高い。前者の場合
は、合焦位置演算部１３て先にΔｄ、も求めておいても
よい。

尚、初めの移動量Δｄ、。は、Δｄ、の所定割合（くｌ
）で設定したり、予め一定値を設定しておいて、該設定
値かΔｄ、より大きい場合は、Δｄ。

の所定割合（くｌ）で設定するか、或いはΔｄ、。

＝Δｄ、とする等積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
の変化状態て合焦位置の正否を判定する場合、移動前の
撮像レンズ位置か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
るか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てきる。

また、レンズ移動量Δｄも合焦位置からのズレ量したか
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Δｄ
１と移動後に演算される同方向のレンズ移動量Δｄ、°
　との増減を比較し、Δｄ、゛　くΔｄ、であれば合焦
位置が正しく、Δｄ、゛　〉Δｄ、てあれば、合焦位置
か正しくないと判定することもてきる。ただ−Ｌ、、ｌ
／Ｗの方か先に求まり、かつ、このｌ／Ｗを用いてレン
ズ移動量Δｄか求まるのであるから、演算時間短縮及び
精度の点て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、■式か使用される場合はΔｄは正の値となり、■
°式か使用される場合はΔｄは負の値となる。

１／ｄ０＋１　／　（ｄ　ｌ＋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２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てきる。

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、撮像レンズか任意
の位置にあっても２回のデータ取込みによる演算処理と
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くしかもオートフォ
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１機能を示すブロック図、第２図
ＣＡ）、　　（Ｂ）は本発明の詳細な説明するための各
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ェ
アの構成を示す図、同図（Ｂ）は撮像しンズの各スキャ
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。

Claims

【特許請求の範囲】

（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。
（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。
（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。