JPH0738798A - オートフォーカス装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 いかなる撮影状態においても常に最適な合焦
方向の判定、合焦対象領域の選択、合焦再開の適否の判
定およびレンズ位置移動速度制御が可能なようにする。 【構成】 焦点評価値発生回路５０から供給されるサン
プリングエリアａ，ｂのそれぞれにおける現在の焦点評
価値と、比較器９ａ，９ｂから出力されるそれぞれのサ
ンプリングエリアにおける焦点評価値の変化量とが、フ
ォーカスモータ制御回路１００に含まれるニューラルネ
ットワーク１６の入力層のユニット１６ａに与えられ
る。ニューラルネットワーク１６は、後ろ向き伝播法に
よって予め学習されており、入力された焦点評価値に基
づいて、合焦動作開始時における合焦方向を示す信号を
発生し、フォーカスモータ駆動回路３１に与える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、オートフォーカス装
置に関し、より特定的には、オートフォーカス機能を有
するビデオカメラなどの撮像装置において、撮像素子か
ら得られる映像信号に基づいて、被写体に対する焦点の
自動整合を行なうオートフォーカス装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、たとえばビデオカメラなどの撮像
装置に用いられるオートフォーカス装置においては、撮
像素子から得られる映像信号自体を焦点制御状態の評価
に用いる方法が開発されている。このような方法では、
本質的にパララックスが存在せず、また被写界深度の浅
い場合や被写体が遠方に位置する場合においても正確に
焦点が合わせられるなどの多くの優れた特徴を有してい
る。しかもこの方法によれば、オートフォーカス用の特
別なセンサを別途設ける必要がなく、機構的にも極めて
簡単である。

【０００３】このような映像信号を用いた焦点制御方法
の一例として、従来から、いわゆる山登りサーボ方式と
呼ばれる制御方法が知られている。この山登りサーボ方
式については、特開昭６３−２１５２６８５号公報にお
いて説明されているが、簡単に説明すると、撮像映像信
号の高域成分を１フィールドごとに焦点評価値として検
出し、この焦点評価値を１フィールド前のものと常時比
較し、焦点評価値が常に極大値を取るようにフォーカス
レンズ位置を微小振動させ続けるものである。

【０００４】図７は、この開示されたオートフォーカス
装置を示す概略ブロック図であり、、図８は、図７中の
焦点評価値発生回路の詳細を示すブロック図である。

【０００５】図７において、ビデオカメラは、フォーカ
スレンズ１を進退せしめるフォーカスリング２と、この
フォーカスリング２を駆動するフォーカスモータ３と、
ＣＣＤのような撮像素子（図示せず）を含む撮像回路４
とを備えている。

【０００６】フォーカスレンズ１の進退は、モータの代
わりに圧電素子を用いて行なってもよく、またフォーカ
スレンズの代わりにＣＣＤのような撮像素子自体（図示
せず）を進退せしめるように構成してもよい。

【０００７】フォーカスレンズ１によって撮像素子面上
に結像した画像は、撮像回路４によって映像信号に変換
され、焦点評価値発生回路５に入力される。焦点評価値
発生回路５の詳細を示す図８を参照すると、撮像回路４
から出力された映像信号中の輝度信号成分が同期分離回
路５ａおよび高域通過フィルタ（ＨＰＦ）５ｃに与えら
れる。

【０００８】このＨＰＦ５ｃによって分離された、映像
信号の高域成分は、検波回路５ｄによって振幅検波さ
れ、その検波出力はＡ／Ｄ変換回路５ｅに与えられる。
このＡ／Ｄ変換回路５ｅは、入力された高域成分をデジ
タル値に変換し、ゲート回路５ｆに与える。

【０００９】一方、同期分離回路５ａは、撮像回路４か
ら入力された輝度信号から垂直同期信号ＶＤおよび水平
同期信号ＨＤを分離してゲート制御回路５ｂに与える。
ゲート制御回路５ｂは、入力された垂直同期信号ＶＤお
よび水平同期信号ＨＤと、発振器（図示せず）の固定さ
れた出力とに基づいて、画面の中央部分に長方形のサン
プリングエリアを設定する。そして、ゲート制御回路５
ｂは、このサンプリングエリアの範囲内においてのみ信
号の通過を許容するように各フィールドごとにゲートを
開閉させる信号をゲート回路５ｆに与える。なお、この
ゲート回路５ｆは、後述する積分回路５ｇの前段であれ
ばどこに設けてもよい。

【００１０】このゲート回路５ｆによって、各フィール
ドごとに、サンプリングエリアの範囲内に対応する輝度
信号の高域成分のみが積算回路５ｇに与えられる。この
積算回路５ｇは、与えられたデジタルの高域成分を各フ
ィールドごとに積算し、現フィールドの焦点評価値とし
て供給する。

【００１１】次に、オートフォーカス制御開始直後の動
作について、図７を参照して説明する。オートフォーカ
ス動作開始直後に、焦点評価値発生回路５から出力され
た最初の１フィールド分の焦点評価値はまず、最大値メ
モリ６と初期値メモリ７とに与えられそこに保持され
る。

【００１２】その後、フォーカスモータ制御回路１０
は、フォーカスモータ３を所定の方向に回転させて、フ
ォーカスレンズ１を光軸に沿って変位せしめる。その後
比較器９は、初期値メモリ７に保持されている初期焦点
評価値と、焦点評価値発生回路５から出力された現在の
焦点評価値とを比較して比較信号を発生し、フォーカス
モータ制御回路１０はこれに応じてフォーカスモータ３
の回転方向の初期設定を行なう。

【００１３】すなわち、フォーカスモータ制御回路１０
は、比較器９が大または小の比較出力を発生するまで、
上記所定の方向にフォーカスモータ３を回転せしめる。
そして、現在の焦点評価値が初期値メモリ７に保持され
ている初期焦点評価値よりも大であるという比較出力が
比較器９から出力された場合は、フォーカスモータ制御
回路１０は、上記所定の回転方向をそのまま維持する。
一方、現在の焦点評価値が初期焦点評価値よりも小さい
という比較出力が得られた場合には、フォーカスモータ
制御回路１０は、フォーカスモータ３の回転方向を逆転
せしめる。

【００１４】以上で、フォーカスモータ３の回転方向の
初期設定は完了し、フォーカスモータ制御回路１０は以
後、比較器８の出力を監視する。なお、焦点評価値の雑
音による誤動作を防止するために、初期焦点評価値と現
在の焦点評価値との差が、所定のしきい値を越えない間
は、比較器９は大または小の比較出力を発しないように
構成してもよい。

【００１５】一方、比較器８は、最大値メモリ６に保持
されている現在までの最大の焦点評価値と、焦点評価値
発生回路５から出力された現在の焦点評価値とを比較し
て、現在の焦点評価値が、最大値メモリ６に保持されて
いる焦点評価値に比べて大きい（第１モード）、または
所定の第１のしきい値を越えて減少した（第２モード）
の２通りの比較信号Ｓ₁ ，Ｓ₂ を出力する。

【００１６】ここで、現在の焦点評価値が最大値メモリ
６の内容より大きい場合には、最大値メモリ６の内容
は、比較器８の出力Ｓ₁ に応答して更新され、最大値メ
モリ６には、現在までの焦点評価値の最大値が常に保持
される。

【００１７】フォーカスレンズ１を支持するフォーカス
リング２を駆動するフォーカスモータ３の回転位置に対
応して、モータ位置検出回路３０からは、フォーカスモ
ータ位置信号が発せられており、このフォーカスモータ
位置信号は、フォーカスモータ位置メモリ１３に与えら
れる。このフォーカスモータ位置メモリ１３は、比較器
８の出力Ｓ₁ に基づいて、焦点評価値が最大となったと
きのフォーカスモータ位置信号を常に保持するように更
新される。

【００１８】フォーカスモータ制御回路１０は、前述の
ように比較器９の出力に基づいて初期設定された方向に
フォーカスモータ３を回転させながら、比較器８の出力
を監視している。そして現在の焦点評価値が、最大焦点
評価値に比べて、上記第１のしきい値を越えて減少した
という第２モードの比較出力Ｓ₂ が比較器８から得られ
たとき、フォーカスモータ制御回路１０は、フォーカス
モータ３の回転方向を逆転せしめる。所定のしきい値を
越えて減少したときに初めてフォーカスモータ３を逆転
させるのは、焦点評価値の雑音による誤動作を防止する
ためである。

【００１９】フォーカスモータ３の逆転後、焦点評価値
の最大値に対応する、フォーカスモータ位置メモリ１３
の内容と、フォーカスモータ位置検出回路３０から発せ
られる現在のフォーカスモータ位置信号とが比較器１４
において比較される。

【００２０】そして、両者が一致したとき、すなわち焦
点評価値が最大値となる位置にフォーカスリング２が戻
ったときに、フォーカスモータ制御回路１０は、フォー
カスモータ３の回転を停止させる。同時に、フォーカス
モータ制御回路１０は、レンズ停止信号ＬＳを出力す
る。以上で一連のオートフォーカス動作が完了する。

【００２１】メモリ１１および比較器１２は、フォーカ
スレンズの停止中に、焦点評価値が所定の第２のしきい
値以上変化した場合には、フォーカスモータ制御回路１
０によるオートフォーカス動作を再開するための回路で
ある。

【００２２】すなわち、フォーカスモータ制御回路１０
によるオートフォーカス動作が終了してレンズ停止信号
ＬＳが発せられた時点での焦点評価値がメモリ１１に保
持される。そして、比較器１２によって、メモリ１１の
内容と、焦点評価値発生回路５から出力される現在の
（レンズ停止中における）焦点評価値とが比較され、そ
の大きさが所定のしきい値よりも大きくなった場合に
は、被写体に変化が生じたものとして被写体変化信号が
フォーカスモータ制御回路１０に与えられる。この結
果、フォーカスモータ制御回路１０によるオートフォー
カス動作が再開され、被写体の変化に追従したオートフ
ォーカス動作が実現される。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来のオートフォーカス装置では、以下に説明す
るような欠点が存在する。

【００２４】まず、オートフォーカス動作の開始時にお
ける合焦方向の判定すなわちフォーカスモータ３の回転
方向の初期設定の際に、被写体の変化などの焦点評価値
の変動要素がある場合には、前述のように単に焦点評価
値の増減を監視するだけでは正確な方向判定は困難であ
り、焦点評価値の増減以外の他の様々な要素についても
さらに監視する必要がある。しかし、そのように監視す
べき要素の増大は、必然的にシステムの大規模化を招い
てしまうことになる。

【００２５】また、ゲート制御回路５ｂによって設定さ
れるサンプリングエリアが大きい場合には、合焦対象領
域内に所望の被写体以外の背景などが大きく含まれる場
合があり、このような場合には背景などの影響で被写体
に関する正確な焦点評価値が得られず、ひいては所望の
被写体に対して合焦することができなくなる。

【００２６】逆に、このサンプリングエリアを小さく設
定すると、合焦対象領域内にコントラストを有する被写
体が含まれなくなる場合があり、このようにコントラス
トがなくなると、映像信号の高域成分が減少して合焦動
作を安定して行なうことができなくなる。

【００２７】このような問題点を解消するために、画面
上に互いにサイズの異なる複数のサンプリングエリアを
設定し、撮影状態に合わせてその中のいずれかを選択し
て合焦対象領域として用いる技術が提案されている。し
かし、合焦対象領域を決定するためには、焦点評価値の
絶対値、焦点評価値の変動、焦点距離など多くの要素を
考慮しなければならず、適切な合焦対象領域の選択を行
なうためには、やはりシステムの規模が非常に大きなも
のとなってしまう。

【００２８】さらに、合焦動作が一旦完了した後、被写
体が単に横へ移動した場合には被写体距離は事実上一定
であり、合焦動作の再起動は本来不要であるが、焦点評
価値の変動によって再起動されてしまう場合がある。し
たがって、このような焦点評価値の変化と、真の被写体
距離の変化とを適格に区別する必要が生じるが、このよ
うな区別を正確に行なって合焦動作の再開の適否を判定
するためには、やはり多くの要素を考慮する必要があ
る。

【００２９】さらに、前述の従来の山登りサーボ方式に
よる合焦動作では、一旦合焦位置を通過した後に合焦位
置に復帰するため、様々な面で無駄が生じており、この
ような行き過ぎの程度を最小限とするためには、合焦位
置の手前でフォーカスレンズの移動速度を低下させてや
ることが有効である。しかしながら、このようなフォー
カスレンズの移動速度の制御のためにも多くのパラメー
タが必要となり、速度制御は非常に複雑なものとなって
しまう。

【００３０】したがって、この発明の目的は、大規模な
システムを用いることなく、合焦動作開始時における合
焦方向の判定を常に最適に行なうことができるオートフ
ォーカス装置を提供することである。

【００３１】この発明の他の目的は、大規模なシステム
を用いることなく、合焦対象領域の選択を常に最適に行
なうことができるオートフォーカス装置を提供すること
である。

【００３２】この発明のさらに他の目的は、大規模なシ
ステムを用いることなく、合焦動作の再開の適否を常に
最適に判定することができるオートフォーカス装置を提
供することである。

【００３３】この発明のさらに他の目的は、大規模なシ
ステムを用いることなく、フォーカスレンズ位置の移動
速度を常に最適に制御することができるオートフォーカ
ス装置を提供することである。

【００３４】

【課題を解決するための手段】この発明は、要約すれ
ば、フォーカスレンズと撮像素子とを有する撮像手段か
ら得られる映像信号に基づいて、被写体に対する焦点の
自動整合を行なうオートフォーカス装置であって、相対
位置変更手段と、焦点評価値発生手段と、制御手段とを
備えている。相対位置変更手段は、撮像素子に対するフ
ォーカスレンズの光軸方向の相対的な位置を変化させ
る。焦点評価値発生手段は、撮像手段から得られる映像
信号中の高域成分レベルを一定期間ごとに検出して、合
焦位置において最大値を取る焦点評価値に変換して供給
する。制御手段は、焦点評価値に応答して、フォーカス
レンズの相対位置を合焦位置に移動させるように相対位
置変更手段を制御する。この制御手段はさらに、合焦動
作の開始時に、２つ以上の時点において焦点評価値発生
手段から発生した焦点評価値に基づいて、フォーカスレ
ンズの光軸上の合焦方向を示す信号を発生するニューラ
ルネット手段を含む。

【００３５】この発明の他の局面に従うと、オートフォ
ーカス装置は、相対位置変更手段と、サンプリングエリ
ア設定手段と、焦点評価値発生手段と、合焦対象領域選
択手段と、制御手段とを備えている。相対位置変更手段
は、撮像素子に対するフォーカスレンズの光軸方向の相
対的な位置を変化させる。サンプリングエリア設定手段
は、撮像画面中に複数のサンプリングエリアを設定す
る。焦点評価値発生手段は、複数のサンプリングエリア
のそれぞれの範囲内における映像信号中の高域成分レベ
ルを一定期間ごとに検出して、それぞれ合焦位置におい
て最大値を取る複数の焦点評価値に変換して供給する。
合焦対象領域選択手段は、複数のサンプリングエリアの
いずれかを合焦対象領域として選択する。制御手段は、
選択されたサンプリングエリアの焦点評価値に応答し
て、フォーカスレンズの相対位置を合焦位置に移動させ
るように相対位置変更手段を制御する。この制御手段は
さらに、複数のサンプリングエリアのそれぞれに対応し
て焦点評価値発生手段から発生した複数の焦点評価値に
基づいて、複数のサンプリングエリアのうちのいずれか
を合焦対象領域として選択する信号を発生するニューラ
ルネット手段を含む。

【００３６】この発明のさらに他の局面に従うと、オー
トフォーカス装置は、相対位置変更手段と、サンプリン
グエリア設定手段と、焦点評価値発生手段と、合焦対象
領域選択手段と、制御手段とを備えている。相対位置変
更手段は、撮像素子に対する前記フォーカスレンズの光
軸方向の相対的な位置を変化させる。サンプリングエリ
ア設定手段は、撮像画面中に複数のサンプリングエリア
を設定する。焦点評価値発生手段は、複数のサンプリン
グエリアのそれぞれの範囲内における映像信号中の高域
成分レベルを一定期間ごとに検出して、それぞれ合焦位
置において最大値を取る複数の焦点評価値に変換して供
給する。合焦対象領域選択手段は、複数のサンプリング
エリアのいずれかを合焦対象領域として選択する。制御
手段は、選択されたサンプリングエリアの焦点評価値に
応答して、フォーカスレンズの相対位置を合焦位置に移
動させるように相対位置変更手段を制御する。この制御
手段はさらに、合焦動作の終了後に、複数のサンプリン
グエリアのそれぞれに対応して焦点評価値発生手段から
発生した複数の焦点評価値に基づいて、合焦動作の再開
を指示する信号を発生するニューラルネット手段を含
む。

【００３７】この発明のさらに他の局面に従うと、オー
トフォーカス装置は、相対位置変更手段と、焦点評価値
発生手段と、制御手段とを備えている。相対位置変更手
段は、撮像素子に対するフォーカスレンズの光軸方向の
相対的な位置を変化させる。焦点評価値発生手段は、撮
像手段から得られる撮像画面中の互いに異なる複数の帯
域ごとの高域成分レベルを一定期間ごとに検出して、そ
れぞれ合焦位置において最大値を取る複数の焦点評価値
に変換して供給する。制御手段は、複数の焦点評価値に
応答して、フォーカスレンズの相対位置を合焦位置に移
動させるように相対位置変更手段を制御する。この制御
手段はさらに、焦点評価値発生手段から発生した複数の
焦点評価値に基づいて、フォーカスレンズの相対位置の
移動速度を決定する信号を発生するニューラルネット手
段を含む。

【００３８】

【作用】この発明に従うオートフォーカス装置によれ
ば、合焦動作の開始時に、２つ以上の時点において、焦
点評価値発生手段から焦点評価値が出力され、それらの
焦点評価値に基づいて、ニューラルネット手段によっ
て、フォーカスレンズの光軸上の合焦方向を示す信号が
出力される。この出力に基づいて、合焦開始時における
フォーカスレンズ相対位置の移動方向が決定される。こ
こで、予め様々な画面に対してニューラルネット手段を
学習させておけば、常に合焦方向が最適に判定される。

【００３９】この発明の他の局面に従うオートフォーカ
ス装置によれば、撮像画面上に設定された複数のサンプ
リングエリアのそれぞれごとに焦点評価値が焦点評価値
発生手段から出力され、それらの焦点評価値に基づい
て、ニューラルネット手段によって、複数のサンプリン
グエリアのうちのいずれを合焦対象領域として選択する
かを示す信号が出力される。この信号に基づいて、複数
のサンプリングエリアのうち合焦対象領域としていずれ
かが選択される。ここで、予め様々な画面に対してニュ
ーラルネット手段を学習させておけば、常に合焦対象領
域が最適に選択される。

【００４０】この発明のさらに他の局面に従うオートフ
ォーカス装置によれば、撮像画面上に設定された複数の
サンプリングエリアのそれぞれごとに焦点評価値が焦点
評価値発生手段から出力され、それらの焦点評価値に基
づいてニューラルネット手段によって、合焦動作の再開
の適否を示す信号が出力される。この信号に基づいて、
合焦動作完了後における合焦動作の再開の適否が決定さ
れる。ここで、予め様々な画面に対してニューラルネッ
ト手段を学習させておけば、常に合焦動作の再開の適否
が最適に判定される。

【００４１】この発明のさらに他の局面に従うオートフ
ォーカス装置によれば、撮像映像信号の互いに異なる複
数の帯域ごとに焦点評価値が出力され、それらの焦点評
価値に基づいて、ニューラルネット手段によって、フォ
ーカスレンズの相対位置の移動速度を決定する信号が出
力される。この信号に基づいて、合焦時におけるフォー
カスレンズの相対位置の移動速度が制御される。ここ
で、予め様々な画面に対してニューラルネット手段を学
習させておけば、常に最適の移動速度が得られる。

【００４２】

【実施例】図１は、この発明の一実施例によるオートフ
ォーカス装置を示す概略ブロック図であり、図２は、図
１中の焦点評価値発生回路の詳細を示すブロック図であ
る。

【００４３】図１において、この発明の実施例によるビ
デオカメラは、図７に示した従来例と同様に、フォーカ
スレンズ１を進退せしめるフォーカスリング２と、この
フォーカスリング２を駆動するフォーカスモータ３と、
ＣＣＤのような撮像素子（図示せず）を含む撮像回路４
とを備えている。フォーカスレンズ１の進退は、モータ
の代わりに圧電素子を用いて行なってもよく、またフォ
ーカスレンズの代わりにＣＣＤのような撮像素子自体
（図示せず）を進退せしめるように構成してもよい。

【００４４】フォーカスレンズ１によって撮像素子面上
に結像した画像は、撮像回路４によって映像信号に変換
され、焦点評価値発生回路５０に入力される。焦点評価
値発生回路５０の詳細を示す図２を参照すると、撮像回
路４から出力された映像信号中の輝度信号成分が、同期
信号分離回路５０ａと、第１の高域通過フィルタ（ＨＰ
Ｆ）５０ｃと、第２のＨＰＦ５０ｄとに与えられる。

【００４５】第１および第２のＨＰＦ５０ｃ，５０ｄ
は、図８の従来の焦点評価値発生回路５に含まれるＨＰ
Ｆ５ｃに対応するＨＰＦであり、撮像回路４から供給さ
れる輝度信号の高周波成分のみを抽出する。第１のＨＰ
Ｆ５０ｃは、第２のＨＰＦ５０ｄに比べて、より高いカ
ットオフ周波数を有しており、したがって図３に示すよ
うに、この第１のＨＰＦ５０ｃの出力に基づいて後述の
ようにして算出される第１の焦点評価値は、第２のＨＰ
Ｆ５０ｄの出力に基づいて算出される第２の焦点評価値
に比べて、より急峻な形状を有している。なお、図３に
おいて、横軸はレンズ位置（被写体距離）を表わし、縦
軸は焦点評価値を表わしている。

【００４６】これら第１および第２のＨＰＦ５０ｃ，５
０ｄから出力された輝度信号の高周波成分は、切換回路
５０ｅに与えられる。この切換回路５０ｅは、同期信号
分離回路５０ａによって輝度信号成分から分離された垂
直同期信号ＶＤによってフィールドごとに２つの入力を
交互に切換えて出力する。

【００４７】切換回路５０ｅから出力された高周波成分
は、検波回路５０ｆによって振幅検波され、その検波出
力は、Ａ／Ｄ変換回路５０ｇに与えられる。このＡ／Ｄ
変換回路５０ｇは入力された高周波成分をデジタル値に
変換し、第１および第２のゲート回路５０ｈ，５０ｉに
与える。

【００４８】一方、同期信号分離回路５０ａは、撮像回
路４から入力された輝度信号から垂直同期信号ＶＤおよ
び水平同期信号ＨＤを分離する。そして、前述のように
垂直同期信号ＶＤを切換回路５０ｅに与えるとともに、
ゲート制御回路５０ｂに与え、さらに焦点評価値発生回
路５０の外部にも供給する。また、分離された水平同期
信号ＨＤはゲート制御回路５０ｂに与えられる。

【００４９】ゲート制御回路５０ｂは、入力された垂直
同期信号ＶＤおよび水平同期信号ＨＤと、発振器（図示
せず）の固定された出力とに基づいて、図４に示すよう
に、画面の中央部分に長方形のサンプリングエリアａを
設定するとともに、このエリアａを含むより大きな面積
を有するサンプリングエリアｂをも設定する。

【００５０】そして、ゲート制御回路５０ｂは、このサ
ンプリングエリアａの範囲内においてのみ信号の通過を
許容するように各フィールドごとにゲートを開閉させる
信号を第１のゲート回路５０ｈに与えるとともに、サン
プリングエリアｂの範囲内においてのみ信号の通過を許
容するように各フィールドごとにゲートを開閉させる信
号を第２のゲート回路５０ｉに与える。なお、これらの
ゲート回路５０ｈ，５０ｉは、後述する積算回路５０
ｊ，５０ｋの前段であれば、どこに設けてもよい。

【００５１】第１のゲート回路５０ｈによって、各フィ
ールドごとに、サンプリングエリアａの範囲内に対応す
る輝度信号の高周波成分のみが第１の積算回路５０ｊに
与えられる。この積算回路５０ｊは、与えられた高域成
分を各フィールドごとに積算し、第１および第２のＨＰ
Ｆ５０ｃ，５０ｄの出力にそれぞれ基づく、エリアａの
第１および第２の焦点評価値をフィールドごとに交互に
出力する。

【００５２】一方、第２のゲート回路５０ｉによって、
各フィールドごとに、サンプリングエリアｂの範囲内に
対応する輝度信号の高域成分のみが第２の積算回路５０
ｋに与えられる。この積算回路５０ｋは、与えられた高
域成分を各フィールドごとに積算し、第１および第２の
ＨＰＦ５０ｃ，５０ｄの出力にそれぞれ基づく、エリア
ｂの第１および第２の焦点評価値をフィールドごとに交
互に出力する。

【００５３】次に、積算回路５０ｊからフィールドごと
に交互に出力されるエリアａの第１および第２の焦点評
価値は、図１の初期値メモリ７ａと、比較器９ａと、第
１ＨＰＦ用メモリ２４ａと、割算器２５ａと、切換回路
２０と、メモリ１１ａと、フォーカスモータ制御回路１
００とに与えられる。

【００５４】一方、積算回路５０ｋからフィールドごと
に交互に出力されるエリアｂの第１および第２の焦点評
価値は、初期値メモリ７ｂと、比較器９ｂと、第１ＨＰ
Ｆ用メモリ２４ｂと、割算器２５ｂと、切換回路２０
と、メモリ１１ｂと、フォーカスモータ制御回路１００
とに与えられる。

【００５５】初期値メモリ７ａおよび比較器９ａは、サ
ンプリングエリアａの焦点評価値に基づいて、図７の従
来例において初期値メモリ７および比較器９によって行
なわれた判定と同様の方法で、初期焦点評価値と現在の
焦点評価値との比較を行ない、その結果をフォーカスモ
ータ制御回路１００に与える。一方、初期値メモリ７ｂ
および比較器９ｂも、サンプリングエリアｂの焦点評価
値に基づいて、図７の従来例と同様の方法で、初期焦点
評価値と現在の焦点評価値との比較を行ない、その結果
をフォーカスモータ制御回路１００に与える。

【００５６】フォーカスモータ制御回路１００は、後述
する方法で、これら２種類の判定結果に基づいて、フォ
ーカスモータ３の回転方向の初期設定を行なう。

【００５７】一方、第１ＨＰＦ用メモリ２４ａは、積算
回路５０ｊ（図２）からフィールドごとに交互に出力さ
れるエリアａの第１および第２の焦点評価値のうち、第
１のＨＰＦ５０ｃの出力に基づく第１の焦点評価値のみ
を保持し、この保持された第１の焦点評価値と、次のフ
ィールドの第２のＨＰＦ５０ｄの出力に基づく第２の焦
点評価値との比が、割算回路２５ａによって算出され
る。

【００５８】また、第１ＨＰＦ用メモリ２４ｂは、積算
回路５０ｋ（図２）からフィールドごとに交互に出力さ
れるエリアｂの第１および第２の焦点評価値のうち、第
１のＨＰＦ５０ｃの出力に基づく第１の焦点評価値のみ
を保持し、この保持された第１の焦点評価値と、次のフ
ィールドの第２のＨＰＦ５０ｄの出力に基づく第２の焦
点評価値との比が、割算回路２５ｂによって算出され
る。

【００５９】なお、これらの第１ＨＰＦ用メモリ２４
ａ，２４ｂの内容はフレームごとに更新され、割算器２
５ａ，２５ｂの各々からは、常に最新の第１の焦点評価
値と第２の焦点評価値との相対比が出力される。

【００６０】図５は、各エリアごとにおけるこの相対比
（第１焦点評価値／第２焦点評価値）と、この被写体の
合焦状態との関係を示すグラフである。図５において、
横軸は、ピントのずれの度合、すなわち合焦位置からの
レンズの移動量を示し、縦軸は上述の相対比を示してい
る。図５に示すように、相対比と、ピントのずれの度合
とは、単調減少特性曲線で表わされる。

【００６１】より詳細に説明すると、合焦状態からピン
トがずれるにしたがって、第１および第２のＨＰＦの出
力は、その高域成分から減衰し、その度合はピントのず
れの度合と１対１に対応している。そこで、ある時点で
の上記相対比を取ると、その相対比もまた、焦点評価値
と同様にその時点での被写体の合焦状態を表わす値とな
る。

【００６２】すなわち、上述の相対比は、被写体の合焦
状態を表現する関数であり、しかも比率で表わされてい
るため一種の正規化された状態量である。したがって、
このような相対比は、被写体の置かれている環境の影響
をあまり受けることがなく、合焦状態を正確に表わすこ
とができる。

【００６３】たとえば、被写体の照度が変化した場合に
は、焦点評価値の絶対量は変化するが、上述のような相
対比は大きくは変化しない。また、このような相対比に
特有の性質は、被写体の種類を問うものではない。した
がって、この発明では、合焦状態すなわちピントのずれ
度合を表わす別のパラメータとして、焦点評価値の他に
上述のような相対比を使用するものである。

【００６４】以上のようにして、割算器２５ａ，２５ｂ
から出力された相対比は、フォーカスモータ制御回路１
００に与えられる。このフォーカスモータ制御回路１０
０は、後述する方法で、これらの相対比に基づいて、合
焦動作の再開の適否を判定する。

【００６５】次に、切換回路２０は、フォーカスモータ
制御回路１００からの制御信号に基づいて切換制御さ
れ、焦点評価値発生回路５０から供給されるサンプリン
グエリアａの焦点評価値およびサンプリングエリアｂの
焦点評価値のいずれかを選択（すなわち合焦対象領域を
選択）する。そして選択されたサンプリングエリアの焦
点評価値は、最大値メモリ６と、比較器８とに与えられ
る。最大値メモリ６と、比較器８と、モータ位置検出回
路３０と、モータ位置メモリ１３と、比較器１４とによ
る合焦位置の判定は、図１の従来例と基本的に同じであ
るので、その説明はここでは繰返さない。

【００６６】また、メモリ１１ａおよびメモリ１１ｂ
は、それぞれ、サンプリングエリアａおよびｂにおける
合焦動作終了時の焦点評価値に加えて、常時前フィール
ドにおける焦点評価値をも保持しているものとする。

【００６７】フォーカスモータ制御回路１００は、上述
のように、選択された合焦対象領域からの焦点評価値に
基づいて、従来例と同様の山登りサーボ方式による合焦
動作を行なうとともに、合焦動作の開始時における合焦
方向の判定（フォーカスモータの回転方向の初期設
定）、合焦対象領域の選択、合焦動作完了後における合
焦動作の再開の適否、およびフォーカスレンズ位置の駆
動速度の制御をそれぞれ行なうためのニューラルネット
ワークを含んでいる。

【００６８】図６は、フォーカスモータ制御回路１００
に含まれるこのようなニューラルネットワーク１６の構
成の一例を概念的に示す模式図である。図６に示すよう
に、各ニューラルネットワーク１６は、入力層、中間層
および出力層を備え、信号がそれぞれの層間で１方向に
のみ伝播する多層構造をなしている。

【００６９】すなわち、図６において、入力層を構成す
る複数のユニット１６ａの各々は、中間層の第１層を構
成する複数のユニット１６ｂの各々に、ある結合係数で
結合されている。中間層の第１層を構成する複数のユニ
ット１６ｂの各々は、中間層のうちの次の層を構成する
複数のユニット１６ｂの各々に、ある結合係数で結合さ
れている。以下、中間層を構成する各層のユニットは同
様の形態で結合されている。さらに、中間層の最終層を
構成する複数のユニット１６ｂの各々は、出力層を構成
する２つのユニット１６ｃの各々に、ある結合係数で結
合されている。

【００７０】ニューラルネットワーク１６によって実行
されるべき上述の種々の制御動作の各々は、ニューラル
ネットワーク１６において予め設定されたユニット間の
結合強度によって決定される非線形の重み付け処理によ
って評価される。そして、これらのユニット間の各結合
強度は、予め様々な画面すなわち撮影状態をの焦点評価
値およびそれに関連する要素と、それぞれの画面におけ
る適切な出力とを学習データを用いて、いわゆる後ろ向
き伝播法（バックプロパゲーション法）によってニュー
ラルネットワーク１６を学習させることによって決定さ
れている。

【００７１】次に、ニューラルネットワーク１６を用い
た上述の各動作について説明する。まず、合焦動作の開
始時における合焦方向の判定に関しては、積算回路５０
ｊおよび５０ｋから得られる２つのサンプリングエリア
ａ，ｂのそれぞれにおける現在の焦点評価値と、それぞ
れのサンプリングエリアにおける焦点評価値の初期値か
ら現在の焦点評価値までの変化量に相当する比較器９
ａ，９ｂの出力とからなる４つのデータをニューラルネ
ットワーク１６の入力層を構成するユニット１６ａに与
える。

【００７２】ここで、まずユニット１６ａないし１６ｃ
間の結合係数をランダムに定めておき、ある選択された
画面または撮影状態における上記各パラメータを入力層
のユニット１６ａに与える。このとき、ニューラルネッ
トワーク１６の出力層から合焦方向を示す信号として出
力される値を、その撮影状態における合焦方向指示信号
として望ましい教師データと比較し、それらの差が最小
になるようにユニット１６ａないし１６ｃの結合係数を
変化させる。このような方法としては、たとえばそれら
の差の二乗和を誤差関数として、この関数を最小化する
ように結合係数を変化させればよい。

【００７３】さらに、様々な撮影状態を用いて上記学習
を繰返し、結合係数を更新することによって、いかなる
撮影状態においても最適の合焦方向を決定するために必
要な合焦方向指示出力を得ることができるニューラルネ
ットワーク１６が実現される。

【００７４】したがって、焦点評価値発生回路５０と、
比較器９ａ，９ｂとから出力される、２つの焦点評価値
と、それぞれの初期値からの変化分とが、ニューラルネ
ットワーク１６の入力層を構成するユニット１６ａへ入
力され、中間層において結合係数にしたがって順次重み
付け処理され、最後に出力層を構成するユニット１６ｃ
から合焦方向を指示する信号が出力される。

【００７５】このようにして、ニューラルネットワーク
１６によって得られた合焦方向の指示信号は、フォーカ
スモータ制御回路１００からフォーカスモータ駆動回路
３１に与えられ、これによりフォーカスモータ３の回転
方向が常に最適の方向に初期設定されることになる。

【００７６】次に、合焦対象領域の選択については、メ
モリ１１ａ，１１ｂに保持されているサンプリングエリ
アａ，ｂのそれぞれにおける前フィールドの焦点評価値
と、焦点評価値発生回路５０から出力されるサンプリン
グエリアａ，ｂのそれぞれにおける現在の焦点評価値と
が、ニューラルネットワーク１６の入力層のユニット１
６ａにそれぞれ入力される。

【００７７】ここで、まずユニット１６ａないし１６ｃ
間の結合係数をランダムに定めておき、ある選択された
撮影状態における上記各パラメータを入力層のユニット
１６ａに与える。このとき、ニューラルネットワーク１
６の出力層から合焦対象領域として選択すべきサンプリ
ングエリアを示す信号として出力する値を、その撮影状
態における合焦対象領域選択信号として望ましい教師デ
ータと比較し、それらの差が最小になるようにユニット
１６ａないし１６ｃの結合係数を変化させる。

【００７８】さらに様々な撮影状態を用いて上記学習を
繰返し、結合係数を更新することによって、いかなる撮
影状態においても最適の合焦対象領域を選択するために
必要な選択信号を得ることができるニューラルネットワ
ーク１６が実現される。

【００７９】したがって、メモリ１１ａ，１１ｂと、焦
点評価値発生回路５０とから出力される４つの焦点評価
値が、ニューラルネットワーク１６の入力層を構成する
ユニット１６ａへ入力され、中間層において結合係数に
したがって順次重み付け処理され、最後に出力層を構成
するユニット１６ｃから合焦対象領域を選択する信号が
出力される。

【００８０】このように、ニューラルネットワーク１６
によって得られた合焦対象領域の選択信号は、フォーカ
スモータ制御回路１００から切換回路２０に与えられ、
これにより、２つのサンプリングエリアａ，ｂのうち最
適の合焦対象領域が常に選択されるようになる。

【００８１】次に、合焦動作の再開の適否については、
メモリ１１ａ，１１ｂに保持されているサンプリングエ
リアａ，ｂのそれぞれにおける合焦動作終了時の焦点評
価値と、焦点評価値発生回路５０から出力されるサンプ
リングエリアａ，ｂのそれぞれにおける現在の焦点評価
値と、割算器２５ａ，２５ｂから供給されるサンプリン
グエリアａ，ｂのそれぞれにおける焦点評価値の相対比
とが、ニューラルネットワーク１６の入力層のユニット
１６ａのそれぞれに入力される。ここで、まずユニット
１６ａないし１６ｃ間の結合係数をランダムに定めてお
き、ある選択された撮影状態における上記各パラメータ
を入力層のユニット１６ａに与える。このとき、ニュー
ラルネットワーク１６の出力層から合焦再開の適否を示
す信号として出力される値を、その撮影状態における合
焦再開判定信号として望ましい教師データと比較し、そ
れらの差が最小になるようにユニット１６ａないし１６
ｃの結合係数を変化させる。

【００８２】さらに様々な撮影状態を用いて上記学習を
繰返し、結合係数を更新することによって、いかなる撮
影状態においても合焦動作再開の適否を判定するために
必要な最適の判定出力を得ることができるニューラルネ
ットワーク１６が実現される。

【００８３】したがって、メモリ１１ａ，１１ｂから出
力される２つの焦点評価値と、焦点評価値発生回路５０
から出力される２つの焦点評価値と、割算器２５ａ，２
５ｂから出力される２つの相対比とが、ニューラルネッ
トワーク１６の入力層を構成するユニット１６ａへ入力
され、中間層において結合係数に従って順次重み付け処
理され、最後に出力層を構成するユニット１６ｃから合
焦動作の再開の適否を示す信号が出力される。

【００８４】このようにして、ニューラルネットワーク
１６によって得られた合焦動作の再開の適否を判定する
信号は、フォーカスモータ制御回路１００からフォーカ
スモータ駆動回路３１に与えられ、これにより合焦動作
の再開が常に最適に判定されるようになる。

【００８５】最後に、フォーカスレンズ位置の駆動速度
の制御については、メモリ１１ａ，１１ｂに保持されて
いるサンプリングエリアａ，ｂのそれぞれにおける前フ
ィールドの焦点評価値と、焦点評価値発生回路５０から
出力されるサンプリングエリアａ，ｂのそれぞれにおけ
る現在の焦点評価値と、割算器２５ａ，２５ｂから出力
されるサンプリングエリアａ，ｂのそれぞれにおける焦
点評価値の相対比とが、ニューラルネットワーク１６の
入力層のユニット１６ａにそれぞれ入力される。

【００８６】ここで、まずユニット１６ａないし１６ｃ
間の結合係数をランダムに定めておき、ある選択された
撮影状態における上記各パラメータを入力層のユニット
１６ａに与える。このとき、ニューラルネットワーク１
６の出力層からレンズ位置の移動速度を制御する信号と
して出力される値を、その撮影状態における速度制御信
号として望ましい教師データと比較し、それらの差が最
小になるようにユニット１６ａないし１６ｃの結合係数
を変化させる。

【００８７】さらに、様々な撮影状態を用いて上記学習
を繰返し、結合係数を更新することによって、いかなる
撮影状態においても最適のレンズ位置移動速度を制御す
るために必要な速度制御信号を得ることができるニュー
ラルネットワーク１６が実現される。

【００８８】したがって、焦点評価値発生回路５０から
出力される２つの焦点評価値と、メモリ１１ａ，１１ｂ
から出力される２つの焦点評価値と、割算器２５ａ，２
５ｂから出力される２つの相対比とが、ニューラルネッ
トワーク１６の入力層を構成するユニット１６ａに入力
され、中間層において結合係数に従って順次重み付け処
理され、最後に出力層を構成するユニット１６ｃからレ
ンズ位置移動速度を制御する信号が出力される。

【００８９】このようにしてニューラルネットワーク１
６によって得られた速度制御信号は、フォーカスモータ
制御回路１００からフォーカスモータ駆動回路３１に与
えられ、これにより合焦時におけるフォーカスモータ３
の回転速度が常に最適に制御されることになる。

【００９０】なお、上述の実施例においては、ニューラ
ルネットワーク１６への入力として、各サンプリングエ
リアにおける焦点評価値、それらの変化分、それらの相
対比などを用いたが、それらからさらに算術的に得られ
る値、または別のパラメータを加えてもよい。

【００９１】また、撮像画面の分割数、分割形式なども
上述した実施例に限定されるものではない。また、ニュ
ーラルネットワークはマイクロコンピュータを用いてソ
フトウエア的に実行できることは言うまでもない。

【００９２】

【発明の効果】この発明の請求項１に記載のオートフォ
ーカス装置は、合焦動作の開始時に、２つ以上の時点に
おいて、発生した焦点評価値に基づいてフォーカスレン
ズの光軸上の合焦方向を示す信号を発生するニューラル
ネット手段を備えるため、いかなる撮影状態に対しても
常に最適の合焦方向の判定を行なうことができる。

【００９３】また、請求項２に記載のオートフォーカス
装置は、画面上に設定された複数のサンプリングエリア
のそれぞれに対応して発生した複数の焦点評価値に基づ
いて、複数のサンプリングエリアのうちのいずれかを合
焦対象領域として選択する選択信号を発生するニューラ
ルネット手段を備えるため、いかなる撮影状態に対して
も常に最適な合焦対象領域の選択を行なうことが可能で
ある。

【００９４】さらに、請求項３に記載のオートフォーカ
ス装置は、合焦動作の終了後に、複数のサンプリングエ
リアのそれぞれに対応して発生した複数の焦点評価値に
基づいて、合焦動作の再開を指示する信号を発生するニ
ューラルネット手段を備えているため、いかなる撮影状
態に対しても常に合焦動作の再開の適否を最適に判定す
ることが可能である。

【００９５】さらに、請求項４に記載のオートフォーカ
ス装置は、映像信号中の互いに異なる複数の帯域ごとに
発生した複数の焦点評価値に基づいて、フォーカスレン
ズの相対位置の移動速度を制御する信号を発生するニュ
ーラルネット手段を備えているため、いかなる撮影状態
においても常に最適のレンズ移動速度の制御を行なうこ
とが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例によるオートフォーカス装
置を示す概略ブロック図である。

【図２】図１に示した焦点評価値発生回路の詳細を示す
ブロック図である。

【図３】レンズ位置と第１および第２の焦点評価値との
関係を示すグラフである。

【図４】サンプリングエリアの設定の態様を示す模式図
である。

【図５】第１および第２の焦点評価値の相対比と、被写
体の合焦状態との関係を示すグラフである。

【図６】ニューラルネットワークの構成の一例を概念的
に示す模式図である。

【図７】従来のオートフォーカス装置の一例を示す概略
ブロック図である。

【図８】図８に示した焦点評価値発生回路の詳細を示す
ブロック図である。

【符号の説明】

１ フォーカスレンズ ２ フォーカスリング ３ フォーカスモータ ５，５０ 焦点評価値発生回路 ４ 撮像回路 ６ 最大値メモリ ７ａ，７ｂ 初期値メモリ ８，９ａ，９ｂ，１４ 比較器 １１ａ，１１ｂ，１３ メモリ ２０ 切換回路 ２４ａ，２４ｂ ＨＰＦ１用メモリ ２５ａ，２５ｂ 割算器 ３０ モータ位置検出回路 ３１ フォーカスモータ駆動回路 １００ フォーカスモータ制御回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フォーカスレンズと撮像素子とを有する
   撮像手段から得られる映像信号に基づいて、被写体に対
   する焦点の自動整合を行なうオートフォーカス装置であ
   って、 前記撮像素子に対する前記フォーカスレンズの光軸方向
   の相対的な位置を変化させる相対位置変更手段と、 前記撮像手段から得られる映像信号中の高域成分レベル
   を一定期間ごとに検出して、合焦位置において最大値を
   取る焦点評価値に変換して供給する焦点評価値発生手段
   と、 前記焦点評価値に応答して、前記フォーカスレンズの相
   対位置を合焦位置に移動させるように前記相対位置変更
   手段を制御する制御手段とを備え、 前記制御手段は、 合焦動作の開始時に、２つ以上の時点において前記焦点
   評価値発生手段から発生した焦点評価値に基づいて、前
   記フォーカスレンズの光軸上の合焦方向を示す信号を発
   生するニューラルネット手段を含む、オートフォーカス
   装置。
2. 【請求項２】 フォーカスレンズと撮像素子とを有する
   撮像手段から得られる映像信号に基づいて、被写体に対
   する焦点の自動整合を行なうオートフォーカス装置であ
   って、 前記撮像素子に対する前記フォーカスレンズの光軸方向
   の相対的な位置を変化させる相対位置変更手段と、 撮像画面中に複数のサンプリングエリアを設定する手段
   と、 前記複数のサンプリングエリアのそれぞれの範囲内にお
   ける映像信号中の高域成分レベルを一定期間ごとに検出
   して、それぞれ合焦位置において最大値を取る複数の焦
   点評価値に変換して供給する焦点評価値発生手段と、 前記複数のサンプリングエリアのいずれかを合焦対象領
   域として選択する手段と、 選択されたサンプリングエリアの焦点評価値に応答し
   て、前記フォーカスレンズの相対位置を合焦位置に移動
   させるように前記相対位置変更手段を制御する制御手段
   とを備え、 前記制御手段は、 前記複数のサンプリングエリアのそれぞれに対応して前
   記焦点評価値発生手段から発生した複数の前記焦点評価
   値に基づいて、前記複数のサンプリングエリアのうちの
   いずれかを合焦対象領域として選択する信号を発生する
   ニューラルネット手段を含む、オートフォーカス装置。
3. 【請求項３】 フォーカスレンズと撮像素子とを有する
   撮像手段から得られる映像信号に基づいて、被写体に対
   する焦点の自動整合を行なうオートフォーカス装置であ
   って、 前記撮像素子に対する前記フォーカスレンズの光軸方向
   の相対的な位置を変化させる相対位置変更手段と、 撮像画面中に複数のサンプリングエリアを設定する手段
   と、 前記複数のサンプリングエリアのそれぞれの範囲内にお
   ける映像信号中の高域成分レベルを一定期間ごとに検出
   して、それぞれ合焦位置において最大値を取る複数の焦
   点評価値に変換して供給する焦点評価値発生手段と、 前記複数のサンプリングエリアのいずれかを合焦対象領
   域として選択する手段と、 選択されたサンプリングエリアの焦点評価値に応答し
   て、前記フォーカスレンズの相対位置を合焦位置に移動
   させるように前記相対位置変更手段を制御する制御手段
   とを備え、 前記制御手段は、 合焦動作の終了後に、前記複数のサンプリングエリアの
   それぞれに対応して前記焦点評価値発生手段から発生し
   た複数の前記焦点評価値に基づいて、合焦動作の再開を
   指示する信号を発生するニューラルネット手段を含む、
   オートフォーカス装置。
4. 【請求項４】 フォーカスレンズと撮像素子とを有する
   撮像手段から得られる映像信号に基づいて、被写体に対
   する焦点の自動整合を行なうオートフォーカス装置であ
   って、 前記撮像素子に対する前記フォーカスレンズの光軸方向
   の相対的な位置を変化させる相対位置変更手段と、 前記撮像手段から得られる撮像画面中の互いに異なる複
   数の帯域ごとの高域成分レベルを一定期間ごとに検出し
   て、それぞれ合焦位置において最大値を取る複数の焦点
   評価値に変換して供給する焦点評価値発生手段と、 前記複数の焦点評価値に応答して、前記フォーカスレン
   ズの相対位置を合焦位置に移動させるように前記相対位
   置変更手段を制御する制御手段とを備え、 前記制御手段は、 前記焦点評価値発生手段から発生した複数の焦点評価値
   に基づいて、前記フォーカスレンズの相対位置の移動速
   度を決定する信号を発生するニューラルネット手段を含
   む、オートフォーカス装置。