JPH09133854A

JPH09133854A - オートフォーカス装置

Info

Publication number: JPH09133854A
Application number: JP28843295A
Authority: JP
Inventors: Takenori Satou; 毅則佐藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-11-07
Filing date: 1995-11-07
Publication date: 1997-05-20

Abstract

(57)【要約】【課題】手振れやノイズ等により合焦点判断を誤ら
ず、正しい焦点合わせが可能なオートフォーカス装置を
提供する。【解決手段】映像信号Ｓ４から高域成分を検出する狭
帯域高域成分検出器４と、高域成分および高域成分より
低い周波数成分を含めて検出する広帯域高域成分検出器
５とを設け、マイクロコンピュータ６で広帯域高域成分
検出器５の検出結果である広帯域データＤ_W を狭帯域高
域成分検出器４の検出結果である狭帯域データＤ_N で除
算する。前記除算結果を焦点評価値とし、これに基づき
撮像装置の焦点制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スチールカメラ、
ビデオカメラ等の撮像装置のオートフォーカス（自動合
焦）装置に関し、特にコントラスト方式のオートフォー
カス装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】スチールカメラ、ビデオカメラ等の撮像
装置に装備されているオートフォーカス装置の合焦方式
は、被写体までの距離を測定する測距方式と、撮像装置
内で焦点を検出する焦点検出方式とに大別される。さら
に焦点検出方式は、コントラスト方式と位相差方式に分
類される。このうちコントラスト方式は、山登り方式と
も呼ばれ、被写体の映像コントラストが合焦時に最大と
なることを利用して、焦点を合わせるものである。この
コントラスト方式については、石田らが、『山登りサー
ボ方式によるテレビカメラの自動焦点調節』（ＮＨＫ技
術研究報告昭４０・第１７巻・第１号通巻第８６号第
２１頁）において詳細に報告している。

【０００３】以下、コントラスト方式のオートフォーカ
ス装置について従来技術を説明する。一般に、撮像装置
に内蔵された電荷結合素子等の撮像素子により光電変換
して得られる電気信号から特定空間周波数の信号成分を
抽出すると、同一の被写体に対するこの信号成分の振幅
は合焦時に最大となり、焦点ズレが大きくなるにつれて
減少するという特性がある。すなわち、この特性は、合
焦点を頂点とする紡錘曲線(以下、「フォーカスカーブ」
と記す)を描く。コントラスト方式のオートフォーカス
装置は、この特性を利用したものであり、特定空間周波
数の信号成分の振幅が最大となるようにレンズの位置を
調節して合焦するものである。

【０００４】図７は、従来のコントラスト方式のオート
フォーカス装置の構成例を表すブロック図である。この
オートフォーカス装置は、レンズ１に入射した光情報を
映像信号Ｓ3に変換する信号変換系と、この映像信号か
ら分離された輝度信号Ｓ4を入力してレンズ１の位置を
制御するサーボ系から構成されている。信号変換系は、
レンズ１と、電荷結合素子２と、信号処理部３とから構
成されている。レンズ１を通った光Ｓ1 は電荷結合素子
２で光電変換されて電気信号Ｓ2となり、信号処理部３
で映像信号Ｓ3に変換される。この映像信号Ｓ3は後段の
回路へ出力され、このオートフォーカス装置が装備され
た図示しない機器の目的に応じて処理される。また、信
号処理部３は、映像信号Ｓ3から輝度信号Ｓ4を分離して
サーボ系を構成する高周波成分検出器１４に出力する。

【０００５】サーボ系は、高周波成分検出器１４と、マ
イクロコンピュータ１６と、レンズ駆動機構７とから構
成されている。ここで、高周波成分検出器１４は、バン
ドパスフィルタ（以下、ＢＰＦと記す）１４１と積分器
１４２とからなり、ＢＰＦ１４１により、前述した特定
空間周波数として高域周波数の信号成分（以下、「高域
成分」と記す）のみを取り出し、積分器１４２で検波お
よび積分を行って、この高域成分の振幅を数値化する。
この数値化された積分結果は焦点評価値Ｓ15としてマイ
クロコンピュータ１６に入力され、レンズの位置を調節
する制御データとして使用される。マイクロコンピュー
タ１６は、焦点評価値Ｓ15に基づいてレンズ駆動機構７
にレンズ移動信号Ｓ7を出力する。レンズ駆動機構７
は、レンズ移動信号Ｓ7に基づいてレンズ１の位置を動
かす。

【０００６】以下、このように構成された従来のオート
フォーカス装置の合焦制御動作について詳細に説明す
る。前述したように、コントラスト方式のオートフォー
カス装置は、フォーカスカーブに沿って高域成分の振幅
が最大となるように、いわゆる「山登り制御」を行っ
て、レンズの位置を調節して合焦するものであるが、こ
の高域成分の振幅が最大となる点の検出は、高域成分の
振幅を数値化した焦点評価値Ｓ15の変化量がゼロとなる
点を探索して行う。すなわち、まずレンズの位置を移動
してみて、その結果生じた焦点評価値Ｓ15の変化量を取
り出す。そして、この変化量が正となる方向にレンズを
移動させ、高域成分の振幅が最大点に到達して、焦点評
価値Ｓ１５の変化量がゼロとなったとき合焦点に達した
と判断してレンズの移動を停止する。

【０００７】この一連の合焦動作の制御はマイクロコン
ピュータ１６により行われる。すなわち、マイクロコン
ピュータ１６は、レンズ１の位置と焦点評価値Ｓ15との
関係により定まるフォーカスカーブに沿って、焦点評価
値Ｓ15が最大となるようにレンズ移動信号Ｓ7をレンズ
駆動機構７に出力して、レンズ１の移動方向と移動量を
制御する。なお、映像信号から数種類の周波数帯域の信
号成分を選択して検出することができるシステムでは、
必要に応じて特定空間周波数の帯域を切り替えて焦点評
価値を求めて、上記と同様の制御動作を行っている。

【０００８】ところで、マイクロコンピュータ１６は、
焦点評価値Ｓ15が最大となるようにレンズの位置を定め
て一旦合焦すると、その後、たとえば被写体が合焦点か
ら移動するなどして焦点評価値Ｓ15が減少（コントラス
トが低下）したとしても、焦点評価値Ｓ15が所定のしき
い値以下にならない限り、前記合焦点を維持するように
レンズの位置を制御する。すなわち、焦点評価値Ｓ15が
このしきい値を超えている限り、一旦合焦すると、焦点
評価値Ｓ15が変化したとしても、レンズの位置の移動は
行われず、固定されたままとなる。

【０００９】また、焦点評価Ｓ15がしきい値以下である
場合には、仮に焦点評価値Ｓ15の変化量がゼロとなって
も合焦と判断せず、焦点評価値Ｓ15の増減にしたがって
レンズの位置を移動させる。したがって、この場合、合
焦制御動作は収束することがない。このように、焦点評
価値Ｓ15に対するしきい値を設けて合焦動作を制御する
ことにより、後述するように合焦点近傍における合焦動
作の収束を図るとともに、再生画像のボケが著しい領域
での合焦を防止するものとなっている。

【００１０】ここで、フォーカスカーブとしきい値との
関係について説明する。図８は、高コントラストな被写
体のフォーカスカーブＦＣ₁および低コントラストな被
写体のフォーカスカーブＦＣ₂と、それぞれのフォーカス
カーブに適したしきい値Ｌ13およびＬ14とを表す特性図
であり、横軸はレンズ位置を表し、縦軸は前述した焦点
評価値を表している。同図において、しきい値は次の二
つの意義を有している。すなわち、第一に、被写体が合
焦後に移動するなどして、焦点評価値Ｓ15が増減しても
合焦とみなす合焦点Ｐ_fの変動許容範囲(以下、「合焦範
囲」と記す)ｒを規定し、合焦点における合焦動作の収束
を図るという意義がある。この合焦範囲ｒは、例えば、
映像信号を再生して得られる画像のボケの許容範囲に基
づいて定められる。

【００１１】第二に、ピントのずれが著しい領域での合
焦を禁止するためのピントずれ過大領域の識別値として
の意義がある。すなわち、合焦範囲ｒをはずれた領域で
は、再生画像のボケが著しくなり、しきい値はピントが
ずれているか否かの判断の境界を表すものとなる。この
ように、しきい値は、再生画像の品質に直接的に影響を
与えるものであり、この再生画像の品質を一定に保つた
めには、合焦範囲ｒを一定に保つ必要がある。

【００１２】ところが、図８に示したように、コントラ
ストの高低によりフォーカスカーブの形状が変わるの
で、合焦範囲ｒを一定に保つためには、コントラストの
高低に応じた適切なしきい値を設定する必要がある。し
かし、被写体のコントラストは無限に存在し、すべての
フォーカスカーブについて最適なしきい値を準備するこ
とはできない。そこで、もっとも出現頻度が高いと考え
られるコントラストに対応するフォーカスカーブを想定
し、この想定されたフォーカスカーブから合焦範囲ｒを
満足するように焦点評価値に対するしきい値を設定して
いる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のオートフォーカス装置においては、レンズ位置が合
焦範囲ｒをはずれている場合には合焦しないように制御
しているにもかかわらず、想定した特定のフォーカスカ
ーブに基づいて焦点評価値に対するしきい値を設定して
いることに起因して、ノイズや手振れにより合焦範囲ｒ
をはずれて合焦するという問題がある。

【００１４】以下、この問題について、図７から図９を
参照して説明する。いま、図９に示すように、しきい値
が、低コントラストな被写体のフォーカスカーブ（図８
に示すフォーカスカーブＦＣ₂）に合わせてＬ13に設定
されているとする。この場合、高コントラストな被写体
に合焦しようとして、レンズ１が、フォーカスカーブＦ
Ｃ₁にしたがってレンズ位置Ｐ₁を合焦点Ｐ_fに向かって
移動中（山登り中）に、ノイズや手振れなどにより焦点
評価値Ｓ15の変化量が一時的にゼロになると、マイクロ
コンピュータ１６は、このレンズ位置Ｐ₁で合焦点Ｐ_fに
到達したものと誤判定して、レンズ１の移動を停止して
合焦する。この後、焦点評価値Ｓ15が正常値に回復して
も、焦点評価値Ｓ15がしきい値Ｌ13を超えているので、
レンズ１は合焦した位置Ｐ₁に維持される。したがっ
て、この場合、レンズ１は、合焦範囲ｒをはずれたレン
ズ位置Ｐ₁に誤って合焦されたこととなり、電気信号に
変換された映像信号Ｓ3を再生して得られる画像は、著
しくボケたものとなる。

【００１５】上記のマイクロコンピュータ１６の誤判定
を避けるために、しきい値を高コントラストな被写体に
適するようにＬ14に設定すると、低コントラストな被写
体については、焦点評価値Ｓ15が最大点（変化量ゼロ）
に到達した後もサーボ系が機能するので、前述したよう
に合焦動作が収束せず、いつまでも合焦できないことと
なる。また、特開平７−１４３３８号公報に開示されて
いるように、２種類のＢＰＦの比の微分値を合焦近傍の
探索に利用する例もあるが、合焦の判定を上述したいわ
ゆる「山登り制御」で行っており、同様の問題を有して
いる。

【００１６】上述したように、従来のコントラスト方式
のオートフォーカス装置は、特定のフォーカスカーブに
基づいて単一のしきい値を設定し、いわゆる「山登り制
御」により合焦動作を制御しているので、フォーカスカ
ーブの山の高さや形状が変化すると、合焦範囲ｒが変動
する。このため、被写体のコントラストが高くなると、
ノイズや手振れなどにより、本来の合焦範囲をはずれて
合焦し、再生画像が著しくボケるという問題があり、ま
た、コントラストが低い被写体については、合焦動作が
収束しないという問題があった。

【００１７】本発明は、かかる問題に鑑みてなされたも
のであり、被写体のコントラストが高くても、ノイズや
手振れ等により合焦点の判断を誤ることなく合焦範囲内
に合焦することができ、また、コントラストが低い被写
体についても合焦することができるオートフォーカス装
置を提供することを課題とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は次の構成を有する。すなわち、請求項１記
載の発明にかかるオートフォーカス装置は、映像信号か
ら該映像信号の高域成分を検出して第一の検出結果を出
力する第一の検出手段と、前記映像信号から前記高域成
分および前記高域成分より低い周波数成分を検出して第
二の検出結果を出力する第二の検出手段と、前記第二の
検出結果を前記第一の検出結果で除算する除算手段と、
前記除算の商を焦点評価値とし、該焦点評価値に基づい
て撮像装置の焦点制御を行う制御手段とを具備して構成
されている。

【００１９】請求項２記載の発明にかかるオートフォー
カス装置は、映像信号の高域成分を通過させる第一のバ
ンドパスフィルタと、前記第一のバンドパスフィルタの
出力を検波して積分する第一の積分手段と、前記映像信
号の前記高域成分を通過させると共に更に低い周波数成
分をも通過させる第二のバンドパスフィルタと、前記第
二のバンドパスフィルタの出力を検波して積分する第二
の積分手段と、前記第二の積分手段の出力を前記第一の
積分手段の出力で除算する除算手段と、前記除算の商を
焦点評価値とし、前記焦点評価値に基づいて撮像装置の
焦点制御を行う制御手段とを具備して構成されている。

【００２０】請求項３記載の発明にかかるオートフォー
カス装置は、請求項１または請求項２記載のオートフォ
ーカス装置において、焦点評価値と所定のしきい値とを
比較する比較手段と、前記比較の結果、前記焦点評価値
が前記所定のしきい値を超えているときに合焦と判定し
ない判定手段とを更に具備するように構成されている。

【００２１】請求項４記載の発明にかかるオートフォー
カス装置は、請求項１または請求項２または請求項３記
載のオートフォーカス装置において、合焦位置において
焦点評価値が最小になることに基づき、撮像装置の焦点
制御を行うように構成されている。

【００２２】請求項１記載の発明にかかるオートフォー
カス装置によれば、第一の検出手段は、映像信号から高
域成分を検出して、この高域成分の信号強度に応じた第
一の検出結果を出力する。また、第二の検出手段は、前
記映像信号から前記高域成分を含み更に低域成分をも含
んだ周波数成分を検出して、この周波数成分の信号強度
に応じた第二の検出結果を出力する。除算手段は、前記
第二の検出結果を前記第一の検出結果で除算する。この
除算結果（除算の商）を焦点評価値とする。この焦点評
価値は正規化データとなり、被写体による差異が少な
く、合焦位置を最小値とする「すり鉢型」のカーブを描
く。

【００２３】請求項２記載の発明にかかるオートフォー
カス装置によれば、映像信号の高域成分を通過させる第
一のバンドパスフィルタ（以下、単に「狭帯域ＢＰＦ」
と記す）と、前記高域成分を含み、更に低域成分をも通
過させる第二のバンドパスフィルタ（以下、単に「広帯
域ＢＰＦ」と記す）とにより、映像信号の高域成分と、
該高域成分を含み更に低域までの信号成分とが得られ
る。

【００２４】また、狭帯域ＢＰＦ、広帯域ＢＰＦの出力
は、それぞれ第一および第二の積分手段により検波され
積分される。この狭帯域ＢＰＦ出力の積分結果は、元の
映像信号の高域成分信号強度を表す第一の積分手段の出
力（第一検出結果）となり、広帯域ＢＰＦ出力の積分結
果は、前記高域成分を含み、更に低域までの信号強度を
表す第二の積分手段の出力（第二の検出結果）となる。
更に、除算手段により、第二の積分手段の出力を第一の
積分手段の出力で除算し、この除算結果（除算の商）を
焦点評価値とする。この焦点評価値は、正規化データと
なり、被写体による差異が少なく、合焦位置を最小値と
する「すり鉢型」のカーブを描く。

【００２５】請求項３記載の発明にかかるオートフォー
カス装置によれば、請求項１または請求項２記載のオー
トフォーカス装置において、比較手段と判定手段とを更
に備え、比較手段は、焦点評価値としきい値とを比較す
る。判定手段は、この比較の結果、焦点評価値がしきい
値を超えている場合には合焦と判定しない。これによ
り、ピントのずれが著しい領域での合焦を禁止する。請
求項４記載の発明にかかるオートフォーカス装置によれ
ば、請求項１または請求項２または請求項３記載のオー
トフォーカス装置において、焦点評価値が最小値となる
点を合焦点と判定して、撮像装置の焦点制御を行う。

【００２６】

【発明の実施の形態】一般に、レンズ位置に対する映像
輝度信号の高域成分は、合焦点を頂点とする紡錘型のフ
ォーカスカーブを描く。また、映像信号に含まれる輝度
信号の周波数成分は、焦点のずれや、手振れ等によって
低い方へシフトする。本発明はこの特性に着目したもの
であり、映像信号の高域成分を検出する第一の検出手段
と、映像信号の前記高域成分およびこれより低い周波数
成分とを検出する第二の検出手段とを設け、第二の検出
手段の検出結果を第一の検出手段の検出結果で除算する
ことによりフォーカスカーブを正規化し、この正規化さ
れたフォーカスカーブに基づいて合焦動作を制御しよう
とするものである。

【００２７】以下、本発明の実施の形態にかかるオート
フォーカス装置について図１から図６を参照して説明す
る。図１は、本発明の実施の形態にかかるオートフォー
カス装置の構成を表すブロック図であり、図７に示した
従来のオートフォーカス装置の構成要素と同一物には同
一符号を付す。図２は本発明の実施の形態にかかるオー
トフォーカス装置を構成するＢＰＦの減衰特性を示す特
性図であり、図３は図２に示す減衰特性を有するＢＰＦ
を用いて得られる狭帯域データＤ_N、広帯域データＤ_Wお
よび正規化焦点評価値Ｄ_Sの特性曲線を示す特性図であ
る。また、図４は被写体のコントラストの高低による狭
帯域データＤ_Nおよび広帯域データＤ_Wの特性の違いを説
明するための特性図であり、図５は被写体のコントラス
トの高低による正規化焦点評価値の特性の違いを説明す
るための特性図である。更に、図６は本発明の実施の形
態にかかるオートフォーカス装置を構成するマイクロコ
ンピュータの合焦制御動作を説明するためのフローチャ
ートである。

【００２８】図１に示すように、本発明の実施の形態に
かかるオートフォーカス装置は、レンズ１に入射した光
情報Ｓ1を映像信号Ｓ3に変換する信号変換系と、この映
像信号Ｓ3から輝度信号Ｓ4を分離入力してレンズ１の位
置を制御するサーボ系から構成されている。ここで、信
号変換系は、レンズ１と、電荷結合素子２と、信号処理
部３とから構成される。また、サーボ系は、狭帯域高域
成分検出器４と、広帯域高域成分検出器５と、マイクロ
コンピュータ６と、レンズ駆動機構７とから構成され
る。

【００２９】レンズ１を通った光情報Ｓ1 は、電荷結合
素子２により光電変換されて電気信号Ｓ2となり、信号
処理部３で映像信号Ｓ3に変換される。この映像信号Ｓ3
は後段の回路へ出力され、このオートフォーカス装置が
装備された図示しない機器の目的に応じて処理される。
また、信号処理部３は、映像信号Ｓ3から輝度信号Ｓ4を
分離して、サーボ系を構成する狭帯域高域成分検出器４
および広帯域高域成分検出器５に出力する。

【００３０】狭帯域高域成分検出器４は、輝度信号Ｓ4
から高域成分を検出する検出手段（第一の検出手段）で
ある。本例の狭帯域高域成分検出器４は、輝度信号Ｓ4
の高域成分を選択して通過させる狭帯域ＢＰＦ４１と、
狭帯域ＢＰＦ４１の出力を検波して積分する積分器４２
からなる。広帯域高域成分検出器５は、輝度信号Ｓ4か
ら高域成分およびこれより低い周波数成分を検出する検
出手段（第二の検出手段）である。本例の広帯域高域成
分検出器５は、低域遮断周波数が狭帯域ＢＰＦ４１より
低く設定された広帯域ＢＰＦ５１と、広帯域ＢＰＦ５１
の出力を検波して積分する積分器５２からなる。

【００３１】狭帯域ＢＰＦ４１および広帯域ＢＰＦ５１
の減衰特性を図２（ａ）および（ｂ）に示す。同図
（ａ）は、狭帯域ＢＰＦの高域遮断周波数と広帯域ＢＰ
Ｆの高域遮断周波数を略一致させ、両者の低域遮断周波
数を近づけた例である。また、同図（ｂ）は、狭帯域Ｂ
ＰＦの高域遮断周波数と広帯域ＢＰＦの高域遮断周波数
を略一致させ、狭帯域ＢＰＦの通過帯域幅を狭くした例
である。上記狭帯域ＢＰＦ４１および広帯域ＢＰＦ５１
の各出力は、それぞれ積分器４２、積分器５２により検
波された後、積分されてそれぞれ狭帯域データＤ_Nおよ
び広帯域データＤ_Wとして数値化されてマイクロコンピ
ュータ６に入力される。マイクロコンピュータ６は、狭
帯域ータＤ_Nおよび広帯域データＤ_Wから正規化された焦
点評価値Ｄ_S（以下、「正規化焦点評価値」と記す）を
式（１）により算出する。

【００３２】Ｄ_S ＝Ｄ_W／Ｄ_N ・・・・・（１）

【００３３】ここで、図２（ａ）および（ｂ）に示すＢ
ＰＦ特性を用いて得られる狭帯域データＤ_N、広帯域デ
ータＤ_Wおよび正規化焦点評価値Ｄ_Sの特性曲線を図３に
示す。図３（ａ）および（ｃ）は狭帯域ータＤ_Nおよび
広帯域データＤ_Wの特性曲線である。また、図３（ｂ）
および（ｄ）は、式（１）に基づいて図３（ａ）および
（ｃ）に示す狭帯域データＤ_Nおよび広帯域データＤ_Wか
らそれぞれ得られる正規化焦点評価値Ｄ_Sの特性曲線で
ある。

【００３４】図３（ｂ）および（ｄ）に示すように、正
規化焦点評価値Ｄ_Sの特性曲線は「すり鉢型」の形状を
呈する。そして、狭帯域ＢＰＦ４１および広帯域ＢＰＦ
５１の特性が近いほど、正規化焦点評価値Ｄ_S の特性曲
線はなだらかになり、狭帯域ＢＰＦ４１の特性が狭帯域
で高周波の選択度が高いほど、正規化焦点評価値Ｄ_Sの
特性曲線は急峻になる。このように、狭帯域ＢＰＦ４１
および広帯域ＢＰＦ５１の特性の差異は、正規化焦点評
価値により表現されたフォーカスカーブの形状の先鋭度
に影響を与え、狭帯域ＢＰＦ４１および広帯域ＢＰＦ５
１の特性は、この「すり鉢型」のフォーカスカーブの形
状がサーボ系の制御に適するように設定される。

【００３５】マイクロコンピュータ６は、この「すり鉢
型」の正規化焦点評価値の特性曲線に基づいて合焦方向
を定め、レンズ駆動機構７に対してレンズ移動信号Ｓ7
を出力する。レンズ駆動機構７は、このレンズ移動信号
Ｓ7に基づいてレンズ１を駆動し、図３（ｂ）および
（ｄ）に示した正規化焦点評価値Ｄ_Sの特性曲線に沿っ
て正規化焦点評価値Ｄ_Sが最小となるように、いわゆる
「山下り制御」が行われる。この正規化焦点評価値Ｄ_S
の最小点の探索は、マイクロコンピュータ６が、正規化
焦点評価値Ｄ_Sの変化量がゼロとなることを認識して行
う。

【００３６】つぎに、被写体のコントラストの差異が、
正規化焦点評価値により表現されたフォーカスカーブの
形状に与える影響について説明する。図４は、被写体が
高コントラストのときの狭帯域データＤ_N1および広帯域
データＤ_W1と、被写体が低コントラストのときの狭帯域
データＤ_N2および広帯域データＤ_W2の特性図である。な
お、図４（ｂ）は、図４（ａ）の一部を拡大した図であ
る。また、図５は、図４（ａ）に示した狭帯域データＤ
_N1，Ｄ_N2および広帯域データＤ_W1，Ｄ_N2から求めた正規
化焦点評価値Ｄ_S1，Ｄ_S2の特性曲線を示す。ここで、正
規化焦点評価値Ｄ_S1，Ｄ_S2は、それぞれＤ_S1＝Ｄ_W1／Ｄ
_N1、Ｄ_S2＝Ｄ_W2／Ｄ_N2により求められている。

【００３７】図４に示すように、被写体のコントラスト
に大きな差があり、狭帯域データおよび広帯域データの
特性が大きく異なっていても、図５に示すように、正規
化された焦点評価値Ｄ_S1とＤ_S2との差はほとんどなく、
コントラストの高低によって特性曲線の形状が大きく変
わらない。したがって、この正規化された焦点評価値Ｄ
_S1またはＤ_S2の特性曲線をフォーカスカーブとし、この
フォーカスカーブの最小値を探索するように合焦制御を
行えば、コントラストの影響をほとんど排除して合焦動
作を行うことができ、単一のしきい値Ｌ１を定めること
で、種々のコントラストの被写体に対応することができ
る。ここで、合焦制御は、正規化焦点評価値Ｄ_S1，Ｄ_S2
が、しきい値Ｌ１以上にある場合に、フォーカスカーブ
の谷（正規化焦点評価値Ｄ_S1，Ｄ_S2の変化量がゼロとな
る点）が検出されても、マイクロコンピュータ６が合焦
と判断しない処理を施すことにより、焦点がずれた状態
で手振れやノイズなどによって合焦範囲ｒの外で合焦す
ることを防止するようにできる。

【００３８】以下、合焦制御動作について図６を参照し
て詳細に説明する。図６はマイクロコンピュータ６に内
蔵されたプログラムによる合焦制御動作を説明するフロ
ーチャートである。まず、マイクロコンピュータ６は、
レンズ１を前後いずれか一定の方向に一定時間移動させ
るようにレンズ駆動機構７に対してレンズ移動信号Ｓ7
を出力する（ステップＳ１０１）。つぎに、狭帯域高域
成分検出器４および広帯域高域成分検出器５からそれぞ
れ狭帯域データＤ_Nおよび広帯域データＤ_Wを入力し（ス
テップＳ１０２）、正規化焦点評価値Ｄ_S（Ｄ_W／Ｄ_N）
を計算する（ステップＳ１０３）。

【００３９】そして、一定の方向に一定時間レンズ１を
移動した後、最新の正規化焦点評価値Ｄ_Sとその前の正
規化焦点評価値Ｄ_Sとを比較する。この比較において、
最新の正規化焦点評価値Ｄ_Sの方が小さければ合焦点Ｐ_f
に向かって移動中（山下り中）と判断し（ステップＳ１
０４，ＹＥＳ）、大きければ合焦点Ｐ_fと反対方向に移
動中（山登り中）と判断する（ステップＳ１０４，Ｎ
Ｏ）。ステップＳ１０４において合焦点Ｐ_fに向かって
移動中（山下り中）と判断した場合は（ステップＳ１０
４，ＹＥＳ）、ステップＳ１０１に戻り、レンズの移動
を同じ方向に続ける。また、ステップＳ１０４において
合焦点Ｐ_fと反対方向に移動中（山登り中）と判断した
場合は（ステップＳ１０４，ＮＯ）、つぎのステップＳ
１０５に移る。ステップＳ１０５では、フォーカスカー
ブの谷（最小値）を越えたか否かの判断を行う。この谷
を越えていなければ、谷は逆方向にあると判断して、レ
ンズの移動方向を反転するようにレンズ駆動機構７に対
して指示を出力し（ステップＳ１０６）、ステップＳ１
０１に戻る。

【００４０】また、ステップＳ１０５において谷を越え
たと判断したとき（ステップＳ１０５，ＹＥＳ）、その
ときの正規化焦点評価値Ｄ_Sが合焦と判断が可能なしき
い値Ｌ１を満足しているかどうか（Ｄ_S＜Ｌ１）を判断
する（ステップＳ１０７）。この判断において、正規化
焦点評価値Ｄ_S がＬ1 以上であれば（ステップＳ１０
７，ＮＯ）、偽の谷であると判断し、ステップＳ１０６
へ移る。このとき、真の谷がどちらにあるか分からない
ので、ステップＳ１０６は経由せずにステップＳ１０１
へ移り、同じ方向に移動して継続しても構わない。正規
化焦点評価値Ｄ_SがＬ１未満であれば合焦と判断し（ス
テップＳ１０７，ＹＥＳ）、谷が観測された地点までレ
ンズ１を戻して（ステップＳ１０８）、一連の合焦制御
動作を終了する（ＥＮＤ）。

【００４１】以上説明したように、正規化された焦点評
価値Ｄ_Sを導入することにより、被写体の精細度やコン
トラストによるフォーカスカーブの形状の差を極めて小
さく抑えることができる。また、この正規化された焦点
評価値は合焦点で最小値となる「すり鉢型」の曲線を描
くので、これをフォーカスカーブとして用いれば、いわ
ゆる「山下り制御」を行うことができる。更に、従来は
被写体によってフォーカスカーブの山の高さが変化する
ので、焦点が合っていないと判断するレベル（しきい
値）が定まらなかったことが合焦範囲外での合焦の原因
になっていたが、正規化された焦点評価値Ｄ_Sを合焦制
御データとして用いることにより、合焦点近傍における
制御データ（焦点評価値）のバラツキを小さく抑えるこ
とができ、単一のしきい値に基づいて、焦点が合ってい
ないと判定することが可能になる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
正規化された焦点評価値に基づいてレンズの移動方向と
移動量を制御するので、被写体のコントラストや輝度、
撮影条件等に左右されず、合焦方向と合焦点を正しく検
出することができる。したがって、被写体のコントラス
トが高くても、ノイズや手振れ等により合焦点の判断を
誤ることなく合焦許容範囲内に合焦することができ、ま
た、コントラストが低い被写体についても正確に合焦す
ることができ、信頼性の高い合焦制御を実現することが
できる。また、合焦制御データとしての正規化された焦
点評価値が所定のしきい値を超える場合には合焦と判定
しないようにしたので、ノイズや手振れ等の外乱によっ
て映像信号の周波数分布が変動した場合にも適切な合焦
動作を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかるオートフォーカス
装置の構成を表すブロック図である。

【図２】（ａ）は、本発明の実施の形態にかかるオート
フォーカス装置を構成する狭帯域ＢＰＦと広帯域ＢＰＦ
との高域遮断周波数を略一致させ、両者の低域遮断周波
数を近づけた減衰特性図である。（ｂ）は、本発明の実
施の形態にかかるオートフォーカス装置を構成する狭帯
域ＢＰＦと広帯域ＢＰＦとの高域遮断周波数を略一致さ
せ、狭帯域ＢＰＦの通過帯域幅を狭くした減衰特性図で
ある。

【図３】（ａ）は、図２（ａ）に示すＢＰＦ特性により
得られる狭帯域データおよび広帯域データの特性曲線図
である。（ｂ）は、図２（ａ）に示すＢＰＦ特性により
得られる正規化焦点評価値の特性曲線図である。（ｃ）
は、図２（ｂ）に示すＢＰＦ特性により得られる狭帯域
データおよび広帯域データの特性曲線図である。（ｄ）
は，図２（ｂ）に示すＢＰＦ特性により得られる正規化
焦点評価値の特性曲線図である。

【図４】（ａ）は、被写体のコントラストの差異による
狭帯域データおよび広帯域データの特性曲線の違いを説
明するための特性図である。（ｂ）は、被写体のコント
ラストの差異による狭帯域データおよび広帯域データの
特性曲線の違いを説明するための図４（ａ）の部分拡大
図である。

【図５】被写体のコントラストの差異による正規化焦点
評価値の特性を説明するための特性曲線図である。

【図６】本発明の実施の形態にかかるオートフォーカス
装置を構成するマイクロコンピュータの合焦制御動作を
説明するためのフローチャートである。

【図７】従来のオートフォーカス装置の構成を表すブロ
ック図である。

【図８】従来技術を説明するための焦点評価値の特性曲
線図である。

【図９】従来技術の問題点を説明するための焦点評価値
の特性曲線図である。

【符号の説明】

１レンズ２電荷結合素子３信号処理部４狭帯域高域成分検出器５広帯域高域成分検出器６，１６マイクロコンピュータ７レンズ駆動機構１４高周波成分検出器４１狭帯域バンドパスフィルタ４２，５２積分器５１広帯域バンドパスフィルタ１４１バンドパスフィルタ１４２積分器Ｄ_N，Ｄ_N1，Ｄ_N2 狭帯域データＤ_W，Ｄ_W1，Ｄ_W2 広帯域データＤ_S，Ｄ_S1，Ｄ_S2 正規化焦点評価値

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】映像信号から該映像信号の高域成分を検
出して第一の検出結果を出力する第一の検出手段と、前記映像信号から前記高域成分および前記高域成分より
低い周波数成分を検出して第二の検出結果を出力する第
二の検出手段と、前記第二の検出結果を前記第一の検出結果で除算する除
算手段と、前記除算の商を焦点評価値とし、該焦点評価値に基づい
て撮像装置の焦点制御を行う制御手段と、を具備したこ
とを特徴とするオートフォーカス装置。
【請求項２】映像信号の高域成分を通過させる第一の
バンドパスフィルタと、前記第一のバンドパスフィルタの出力を検波して積分す
る第一の積分手段と、前記映像信号の前記高域成分を通過させると共に更に低
い周波数成分をも通過させる第二のバンドパスフィルタ
と、前記第二のバンドパスフィルタの出力を検波して積分す
る第二の積分手段と、前記第二の積分手段の出力を前記第一の積分手段の出力
で除算する除算手段と、前記除算の商を焦点評価値とし、前記焦点評価値に基づ
いて撮像装置の焦点制御を行う制御手段と、を具備した
ことを特徴とするオートフォーカス装置。
【請求項３】焦点評価値と所定のしきい値とを比較す
る比較手段と、前記比較の結果、前記焦点評価値が前記所定のしきい値
を超えているときに合焦と判定しない判定手段とを更に
具備することを特徴とする請求項１または請求項２記載
のオートフォーカス装置。
【請求項４】合焦位置において焦点評価値が最小にな
ることに基づき、撮像装置の焦点制御を行うことを特徴
とする請求項１または請求項２または請求項３記載のオ
ートフォーカス装置。