JPH1169225A - オートフォーカス装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カメラの焦点を自動的に、かつ高速に調節す
る。 【解決手段】 最初に、光学系をＦＡＲ方向に向けて所
定量Ｎだけ移動させて、このときの高周波成分のレベル
変化の増減傾向を基に、これ以降の光学系の移動方向を
決定する（Ｏ−Ｑ区間）。次に、光学系を高速移動させ
て、上記高周波成分のレベルが増加傾向から減少傾向に
転じて、所定のレベルαだけ低下する地点Ｒで、今度
は、光学系を反対方向に低速移動させる。そして、この
低速移動により、上記高周波成分のレベルが最大となる
位置、即ち合焦位置Ｐを通過したことを確認した後（Ｓ
地点に到達した後）、光学系を上記合焦位置Ｐに高速で
戻す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば監視カメラ
やビデオカメラ等の各種撮像機器において、被写体の焦
点を自動的に調節するオートフォーカス装置に関し、特
に光学系を介して得られる被写体像を基に焦点を自動調
節する所謂受動（パッシブ）式のオートフォーカス装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記のような受動式のオートフォーカス
装置として、例えば、撮像素子から得られる映像信号の
中から高周波成分を抽出して、この抽出した高周波成分
のレベル（大きさ）が最大になるように光学系を駆動す
るものが知られている。これは、上記高周波成分のレベ
ルが、光学系により結像される被写体像の先鋭度に相関
することを利用したもので、即ち、上記高周波成分のレ
ベルが最大となる位置が、光学系の合焦位置となる。

【０００３】ここで、一般の被写体を撮影した場合（例
えばカメラの視野全体にわたって一様な壁面等の特殊な
被写体を撮影した場合を除く）の光学系の位置（例えば
フォーカスレンズの繰出量）と、この光学系の位置に対
する上記高周波成分のレベルとの関係の一例を、図７に
示す。この場合、上記高周波成分のレベルは、同図に実
線のグラフで示すように、光学系の位置に対して概略山
状に変化する。そして、この山状のグラフの頂上Ｐに対
応する位置が、合焦位置となる。従って、被写体に焦点
を合わせるには、上記グラフの頂上Ｐを見つけて、そこ
に光学系を移動させればよい。これを実現するために、
従来、一般によく知られている山登り方式により、上記
頂上Ｐを見つけている。

【０００４】即ち、同図において、光学系が例えばＯ地
点にあるとすると、まず、最初に、光学系を予め定めた
方向、例えばＦＡＲ（遠距離）方向に所定量Ｎだけ（Ｑ
地点まで）移動させて、このときの高周波成分のレベル
変化を監視する。そして、このレベル変化が増加傾向に
あるときには、光学系が上記頂上Ｐに向かって、即ち合
焦方向に向かって移動しているものと見なして、更に光
学系を同一方向に移動させる。一方、上記レベル変化が
同図に示すように減少傾向にあるときには、光学系が上
記頂上Ｐとは反対の方向に向かって、即ち所謂ピンぼけ
方向に向かって移動しているものと見なす。従って、こ
の場合には、上記方向とは反対のＮＥＡＲ（近接）方向
に向けて光学系を移動させる。

【０００５】そして、上記のように頂上Ｐに向けて光学
系を移動させながら高周波成分のレベルを監視し、この
高周波成分のレベルが増加傾向から減少傾向に転じて所
定のレベルαだけ減少するまで（Ｒ地点まで）光学系を
移動させて、上記頂上Ｐの位置を確認する。そして、こ
のように頂上Ｐの位置を確認した後、この確認して得た
頂上Ｐの位置に光学系を戻せば、一連の合焦動作を実現
できる。

【０００６】ところで、この従来の山登り方式によれ
ば、上記頂上Ｐを正確に見つけ出すために、比較的に遅
い速度で光学系を移動させている。従って、合焦動作
に、比較的に長い時間を要するという問題がある。

【０００７】また、上記高周波成分のレベルの絶対値
は、一般に、被写体の照度（明るさ）に応じて変化する
ことが知られている。例えば、被写体の照度が低い場合
には、上記高周波成分のレベルは、同図に点線のグラフ
で示すように、実線のグラフよりも小さくなる。これに
対して、上記従来の山登り方式によれば、上述した頂上
ＰからＲ地点に至るレベルの減少量αは、被写体の照度
に関係なく、常に一定とされている。従って、上記のよ
うに被写体の照度が低くなると、上記頂上ＰからＲ地点
までの距離が長くなり、その分、光学系の移動量が増加
して、より合焦動作に時間が掛かるという問題もある。

【０００８】更に、光学系の性能や品質によっては、例
えば図８に示すように、上記頂上（合焦位置）Ｐ以外の
所謂ピンぼけ位置において、比較的に小さいピーク
Ｐ’、Ｐ’が生じる場合がある。これらのピークＰ’、
Ｐ’は、一般に、偽解像（或いは擬似解像：spurious r
esolution ）と呼ばれているもので、もし、この偽解像
Ｐ’、Ｐ’の頂点部分に光学系を移動させた場合、被写
体像に、例えば２線ぼけや黒白反転等の好ましくない現
象が生じることが知られている。ところが、このような
偽解像Ｐ’、Ｐ’が発生した場合、従来の山登り方式に
よる合焦動作では、この偽解像Ｐ’、Ｐ’と合焦位置Ｐ
とを間違って認識してしまうことがある。例えば、光学
系の最初の位置（Ｏ地点）が、同図に示すように、合焦
位置ＰとＦＡＲ側（同図の左側）の偽解像Ｐ’との間の
谷間にあるとする。この場合、最初に所定量Ｎだけ光学
系をＦＡＲ側に移動させる時点で、このＦＡＲ側の偽解
像Ｐ’を合焦位置Ｐとして誤認識してしまうという不具
合が生じる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】即ち、本発明が解決し
ようとする問題点は、上記従来の山登り方式による合焦
動作では、合焦位置Ｐを見つけ出すのに時間が掛かると
いう点と、上記偽解像Ｐ’、Ｐ’を合焦位置として誤認
識してしまうという点である。

【００１０】そこで、本発明は、上記従来の山登り方式
よりも短時間で合焦位置Ｐを見つけ出すことのできるオ
ートフォーカス装置を提供することを目的とする。ま
た、上記偽解像Ｐ’、Ｐ’が発生したとしても、これら
の影響を受けることなく、正しい合焦位置Ｐを見つけ出
すことも、本発明の目的とするところである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明のうちで請求項１に記載の発明は、結像
機能を備えた光学系と、この光学系によって結像された
被写体像を映像信号に変換する撮像手段と、上記映像信
号の中から高周波成分を抽出する抽出手段と、上記抽出
された高周波成分のレベルを検出しその検出レベルに基
づいて制御信号を生成する制御手段と、上記制御信号に
基づいて上記光学系をその光軸方向に沿って移動させて
該光学系と上記撮像手段の結像面との間の距離を変化さ
せる駆動手段と、を具備し、上記制御手段は、上記光学
系を所定の方向に移動させる初期動作と、この初期動作
において上記高周波成分のレベルが増加傾向にあるとき
上記光学系を上記所定の方向に高速で移動させ、上記高
周波成分のレベルが減少傾向にあるとき上記光学系を上
記所定の方向とは反対の方向に高速で移動させる高速動
作と、この高速動作において上記高周波成分のレベルが
増加傾向から減少傾向に転じてこの転じた時点から或る
第１のレベル量だけ低下したとき、上記光学系を、上記
高速動作における上記光学系の移動方向とは反対方向に
上記高速動作における移動速度よりも遅い速度で移動さ
せる低速動作と、この低速動作において上記高周波成分
のレベルが増加傾向から減少傾向に再度転じたことを確
認した後、このレベルが転じた時点に対応する位置に、
上記光学系を移動させる微調節動作と、を上記駆動手段
に実行させるよう上記制御信号を生成する状態に構成さ
れたものである。

【００１２】なお、ここでは、光学系を移動させたと
き、この光学系の移動位置に対して、上記高周波成分の
レベルが、例えば上述した図７に示すように概略山状に
変化し、この山の頂上Ｐが、合焦位置となることを前提
とする。

【００１３】即ち、本請求項１に記載の発明によれば、
光学系は、初期動作において、所定の方向に移動する。
そして、この初期動作において、高周波成分のレベルが
増加傾向にあるときには、光学系が合焦位置に向かって
移動しているものと見なすことができるので、光学系
は、高速動作において、上記初期動作と同一の方向に向
かって更に高速で移動する。一方、上記初期動作におい
て、高周波成分のレベルが減少傾向にあるときは、光学
系が合焦位置とは反対の方向に向かって、即ちピンぼけ
方向に向かって移動しているものと見なすことができる
ので、この場合には、光学系は、高速動作において、上
記初期動作とは反対の方向に向かって高速で移動する。

【００１４】そして、光学系は、上記高速動作におい
て、高周波成分のレベルが増加傾向から減少傾向に転じ
てこの転じた時点から或る第１のレベル量だけ低下する
まで移動した後、低速動作に入る。この低速動作におい
て、光学系は、上記高速動作における移動方向とは反対
方向に向けて低速で移動して、上記高周波成分のレベル
が増加傾向から減少傾向に再度転じる位置、即ち合焦位
置を確認する。そして、光学系は、上記合焦位置を確認
した後、微調節動作において、上記低速動作で確認して
得た合焦位置に、例えば高速で移動して、一連の合焦動
作を終了する。

【００１５】つまり、本請求項１に記載の発明も、上述
した従来技術と同様に、山登り方式により合焦位置を求
めるものであるが、本請求項１に記載の発明によれば、
上記一連の合焦動作のうち、光学系が低速で動作するの
は、低速動作時（詳しくは、高周波成分のレベルが、合
焦位置におけるレベルから上記第１のレベル量だけ低下
したところから、合焦位置を確認するまでの間）のみで
ある。また、この低速動作時に、合焦位置を確認するの
で、正確な焦点調節を実現できる。

【００１６】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明のオートフォーカス装置において、上記映像信号
が入力され、この入力された映像信号の信号レベル、即
ち被写体の照度（或いは輝度、コントラスト）に応じて
上記第１のレベル量を変化させる第１のレベル可変手段
を設けたものである。

【００１７】即ち、上述したように、上記高周波成分の
レベル変化は、被写体の照度が高い（明るい）ほど、合
焦位置付近において急峻となり、被写体の照度が低い
（暗い）ほど、上記レベル変化は緩やかになる。従っ
て、例えば、被写体の照度に関係なく、上記第１のレベ
ル量を一定とすると、合焦位置と、高周波成分のレベル
が最大値から上記第１のレベル量だけ低下する位置（光
学系が高速動作から低速動作に変移する位置）と、の間
の距離は、被写体の照度が低くなるほど長くなる。即
ち、被写体の照度が低いほど、光学系の移動量が多くな
り、その分、合焦動作に時間が掛かる。

【００１８】これに対して、本請求項２に記載の発明に
よれば、被写体の照度が低いほど、上記第１のレベル量
は、第１のレベル可変手段によって、小さく設定される
（言い換えると、被写体の照度が高いほど、上記第１の
レベル量は、第１のレベル可変手段によって、大きく設
定される）。従って、被写体の照度が低くても、上記第
１のレベルが一定（不変）である場合に比べて、光学系
の移動距離（即ち、合焦位置と、高周波成分のレベルが
最大値から上記第１のレベル分だけ低下する位置と、の
間の距離）が長くなることはない。即ち、特に被写体の
照度が低いときに、上記第１のレベルを不変（一定）と
する場合（請求項１に記載の発明）よりも、合焦動作に
要する時間を短縮できる。

【００１９】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の発明のオートフォーカス装置において、上記
制御手段が、上記高速動作及び上記低速動作のいずれか
一方または両方における上記時点、即ち合焦位置での上
記高周波成分のレベルが或る第２のレベルよりも小さい
とき、上記微調節動作において、上記光学系が移動可能
な全範囲にわたって該光学系を例えば低速で移動させる
と共に、この移動期間中に上記高周波成分のレベルが最
大となる位置を検出し、この検出して得た位置に上記光
学系を移動させるよう上記制御信号を生成する状態に構
成されたものである。

【００２０】なお、ここで言う第２のレベルとは、例え
ば上述した図８に示す偽解像Ｐ’、Ｐ’のピーク値より
も大きく、かつ合焦位置Ｐにおける高周波成分のレベル
（最大値）よりも小さいレベルのことを言う。

【００２１】即ち、上記図８に示すように偽解像Ｐ’、
Ｐ’が発生した場合、上記高速動作及び低速動作におい
て、この偽解像Ｐ’、Ｐ’のピークを、合焦位置Ｐとし
て誤認識する場合がある。

【００２２】これに対して、本請求項３に記載の発明に
よれば、上記高速動作及び低速動作における高周波成分
のレベルの最大値（光学系を移動させたときに高周波成
分のレベルが増加傾向から減少傾向に転じる時点でのレ
ベル）が、上記第２のレベル以上であるか否かを比較し
ている。ここで、上記レベルの最大値が、第２のレベル
以上である場合は、このレベルの最大値に対応する位置
が、合焦位置Ｐであると見なすことができる。一方、上
記レベルの最大値が、第２のレベルよりも小さい場合に
は、この最大値は偽解像Ｐ’、Ｐ’のピークであると見
なすことができる。従って、この場合には、微調節動作
において、光学系を、それが移動可能な全範囲にわたっ
て、例えばＦＡＲ側端部とＮＥＡＲ側端部との間を、低
速移動させて、この移動期間中に高周波成分のレベルが
最大となる位置を合焦位置Ｐと見なす。そして、最終的
に、この合焦位置Ｐとみなした位置に、光学系を移動さ
せる。

【００２３】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
のオートフォーカス装置において、上記映像信号が入力
され、この入力された映像信号の信号レベルに応じて上
記第２のレベルを変化させる第２のレベル可変手段を設
けたものである。

【００２４】なお、上述したように、被写体の照度に応
じて高周波成分のレベルが変化するのと同様に、一般
に、被写体の照度に応じて上記偽解像Ｐ’、Ｐ’のピー
ク値が変化することも知られている。即ち、被写体の照
度が高い（明るい）ときには上記偽解像Ｐ’、Ｐ’のピ
ーク値が高くなり、被写体の照度が低い（暗い）ときに
は上記偽解像Ｐ’、Ｐ’のピーク値は低くなる。

【００２５】ここで、例えば、上記第２のレベルが、被
写体の照度に関係なく一定で、かつ比較的に低いレベル
であるとする。この場合、被写体の照度が高くなると、
上記偽解像Ｐ’、Ｐ’のピーク値が、上記第２のレベル
を越えてしまうことがある。このように、偽解像Ｐ’、
Ｐ’のピーク値が第２のレベルを越えてしまうと、上記
高速動作及び低速動作において高周波成分のレベルが最
大となる位置が、真の合焦位置Ｐであるのか、それとも
偽解像Ｐ’、Ｐ’のピークであるのかを、見極めること
ができなくなるという不具合を生じる。

【００２６】また、上記とは逆に、第２のレベルが、被
写体の照度に関係なく比較的に高いレベルで一定である
とする。この場合、被写体の照度が極端に低くなると、
高周波成分のレベルの最大値、即ち合焦位置Ｐにおける
高周波成分のレベルまでもが、上記第２のレベルよりも
低くなることがある。従って、例えば上記高速動作及び
低速動作において合焦位置Ｐを見つけ出したとしても、
これを偽解像Ｐ’、Ｐ’のピークであると誤認識してし
まうことがある。そして、このように誤認識した場合に
は、光学系は、上述したように、ＦＡＲ側端部からＮＥ
ＡＲ側端部までの全移動範囲を低速移動することになる
ので、合焦動作に長い時間が掛かることになる。

【００２７】これに対して、本請求項４に記載の発明に
よれば、被写体の照度に応じて、即ち上記偽解像Ｐ’、
Ｐ’及び高周波成分全体のピーク値に応じて、上記第２
のレベルが変化する（詳しくは、被写体の照度が高いと
きは、第２のレベルが高く設定され、被写体の照度が低
いときには、第２のレベルは低く設定される）。従っ
て、高速動作及び低速動作において高周波成分のレベル
が最大となる位置が、真の合焦位置Ｐであるのか、それ
とも偽解像Ｐ’、Ｐ’のピークであるのかを、被写体の
照度に関係なく、正しく判定できる。

【００２８】請求項５に記載の発明は、請求項１、２、
３又は４に記載のオートフォーカス装置において、上記
制御手段が、上記初期動作において、上記高周波成分の
レベルが第３のレベル差以上変化したときに、上記高速
動作において、上記高周波成分のレベルの増減傾向に応
じた方向に上記光学系を高速移動させ、上記初期動作に
おいて、上記高周波成分のレベルが上記第３のレベル差
以上変化することなく上記光学系がその移動可能な範囲
の一端まで移動したとき、上記高速動作において、上記
所定の方向とは反対の方向に上記光学系を高速移動させ
るよう上記制御信号を生成する状態に構成されたもので
ある。

【００２９】なお、ここで言う第３のレベル差とは、例
えば上述した偽解像Ｐ’、Ｐ’のピーク・トゥー・ピー
ク（Peak to Peak）値よりも大きく、かつ光学系の全移
動範囲における高周波成分のピーク・トゥー・ピーク値
よりも小さい値（レベル差）のことを言う。

【００３０】例えば、今、上記偽解像Ｐ’、Ｐ’が発生
しており、この偽解像Ｐ’、Ｐ’上に光学系が位置して
いるものとする。この状態で、上記合焦動作を開始する
と、光学系は、初期動作において、上記偽解像Ｐ’、
Ｐ’上を移動することになる。この場合、上記偽解像
Ｐ’、Ｐ’上を移動することによる高周波成分のレベル
の増減傾向に基づいて、高速動作における光学系の移動
方向が決定されるので、結果的に、誤った移動方向が決
定されることになる。

【００３１】これに対して、本請求項５に記載の発明に
よれば、上記初期動作において、高周波成分のレベル
が、少なくとも偽解像Ｐ’、Ｐ’のピーク・トゥー・ピ
ーク値よりも大きい第３のレベル差以上変化したときに
初めて、そのレベル変化の増減傾向に基づいて、高速動
作における光学系の移動方向を決定する。なお、初期動
作において、高周波成分のレベルが上記第３のレベル差
以上変化する以前に、光学系がその移動可能範囲の一端
（例えばＦＡＲ側端部またはＮＥＡＲ側端部）まで移動
した場合には、光学系が、偽解像Ｐ’、Ｐ’上を移動し
ているものと見なすことができる。従って、この場合
は、この初期動作における移動方向とは反対の方向を、
高速動作における光学系の移動方向とする。

【００３２】請求項６に記載の発明は、請求項５に記載
のオートフォーカス装置において、上記映像信号が入力
され、この入力された映像信号の信号レベルに応じて上
記第３のレベル差を変化させる第３のレベル可変手段を
設けたものである。

【００３３】例えば、上記第３のレベル差を、被写体の
照度に関係なく一定とした場合、被写体の照度が高くな
ると、上記偽解像Ｐ’、Ｐ’のピーク・トゥー・ピーク
値が、上記第３のレベル差よりも大きくなることがあ
る。このように、偽解像Ｐ’、Ｐ’のピーク・トゥー・
ピーク値が第３のレベル差よりも大きくなると、上記初
期動作において、光学系が偽解像Ｐ’、Ｐ’上を移動し
ているか否かを見極めることができなくなるという不具
合を生じる。

【００３４】また、上記とは逆に、被写体の照度が極端
に低くなると、高周波成分全体のピーク・トゥー・ピー
ク値までもが、上記第３のレベル差よりも小さくなるこ
とがある。この場合、初期動作において、光学系が偽解
像Ｐ’、Ｐ’上を移動しているか否かに係わらず、高周
波成分のレベルが上記第３のレベル差以上変化すること
はない。従って、全ての場合において、初期動作におけ
る移動方向とは反対の方向を、高速動作における光学系
の移動方向としてしまうため、間違った移動方向を決定
してしまうことがある。

【００３５】これに対して、本請求項６に記載の発明に
よれば、被写体の照度が高いときには、上記第３のレベ
ル差が大きく設定され、被写体の照度が低いときには、
第３のレベル差が小さく設定される。従って、高速動作
における光学系の移動方向を、正確に求めることができ
る。

【００３６】

【発明の実施の形態】本発明に係るオートフォーカス装
置の一実施の形態について、図１から図６を参照して説
明する。なお、本実施の形態のオートフォーカス装置
も、上述した従来の受動式のオートフォーカス装置と同
様に、被写体を撮像して得た映像信号の中から高周波成
分を抽出して、この抽出した高周波成分のレベルが最大
となる位置を、基本的には山登り方式により見つけ出す
というものである。

【００３７】図２に、本実施の形態の概略構成を表わす
ブロック図を示す。同図において、１は、例えばフォー
カスレンズ等の結像（集光）機能を備えた光学系で、こ
の光学系１によって写し出される図示しない被写体の被
写体像は、例えばＣＣＤ型の撮像素子２の受光面２ａ上
に結像され、ここで映像信号に変換される。そして、こ
の撮像素子２によって変換された映像信号は、前置増幅
器３によって増幅された後、図示しないビデオ信号処理
回路によって各種信号処理が施される。

【００３８】また、上記前置増幅器３によって増幅され
た映像信号は、照度検出回路４及びハイ・パス・フィル
タ（以下、ＨＰＦと言う。）５にも、それぞれ入力され
る。このうち、照度検出回路４は、上記映像信号の振幅
から、被写体の照度を間接的に検出するもので、その検
出結果を、例えば図示しないＣＰＵ（中央演算処理装
置）を備えた制御回路６に入力する。一方、ＨＰＦ５
は、上記映像信号の中から高周波成分を抽出するもの
で、このＨＰＦ５によって抽出された高周波成分もま
た、上記制御回路６に入力される。

【００３９】制御回路６は、入力された上記被写体の照
度情報及び高周波成分に基づいて制御信号を生成し、こ
の制御信号を駆動回路７に供給する。駆動回路７は、こ
の供給された制御信号に従って、フォーカス駆動用モー
タ（以下、単にモータと言う。）８を駆動し、これによ
って、光学系１と撮像素子２の受光面２ａとの距離を調
節する。

【００４０】なお、制御回路６は、これに入力される上
記照度情報及び高周波成分のうち、焦点調節の対象とす
る領域として予め設定された所謂測距領域内の成分に基
づいて、上記制御信号を生成する。また、上記モータ８
は、例えばステッピング・モータ構成とされている。そ
して、図示しないが、光学系１の移動範囲の端部、即ち
ＮＥＡＲ側端部及びＦＡＲ側端部には、これら各端部に
光学系１が到達したことを検出するための端部検出手段
が設けられており、この端部検出手段の出力信号も上記
制御回路６に入力される。なお、端部検出手段は、例え
ばフォト・インタラプタ等の光発受光素子により構成さ
れている。

【００４１】ところで、上記図２の構成により一般の被
写体を撮影した場合（例えばカメラの視野全体にわたっ
て一様な壁面等の特殊な被写体を撮影した場合を除
く）、光学系１の位置（即ち光学系１と撮像素子２の受
光面２ａとの距離）と、この光学系１の位置に対する上
記高周波成分のレベルとの関係は、上述した図７と同様
に、例えば図１のようになる。即ち、上記高周波成分の
レベルは、同図に実線のグラフで示すように、光学系１
の位置に対して概略山状に変化し、この山状のグラフの
頂上Ｐに対応する位置が、合焦位置となる。

【００４２】そこで、本実施の形態においては、光学系
１が例えばＯ地点にあるとすると、まず、最初に、光学
系１を予め定めた方向、例えばＦＡＲ方向に一定距離、
例えばＮパルス分だけ（Ｑ地点まで）比較的に遅い速度
で移動させて、このときの高周波成分のレベル変化を監
視する。そして、このレベル変化が増加傾向にあるとき
には、光学系１が上記合焦位置Ｐに向かって移動してい
るものと見なして、更に光学系１を同一方向に向けて、
今度は比較的に速い速度で移動させる。一方、上記レベ
ル変化が同図に示すように減少傾向にあるときには、光
学系１が上記合焦位置Ｐとは反対の方向に向かって、即
ち所謂ピンぼけ方向に向かって移動しているものと見な
す。従って、この場合には、上記方向とは反対のＮＥＡ
Ｒ（近接）方向に向けて光学系１を比較的に速い速度で
移動させる。

【００４３】そして、上記のように頂上Ｐに向けて光学
系１を高速移動させながら高周波成分のレベルを監視す
る。そして、この高周波成分のレベルが増加傾向から減
少傾向に転じて所定のレベルαだけ減少するまで、即ち
同図に示すＲ地点まで、光学系１を高速移動させて、上
記合焦位置Ｐを通過したことを確認する。そして、今度
は、上記Ｒ地点から反対方向に向けて光学系１を比較的
に遅い速度で移動させて、再度、上記高周波成分のレベ
ルが増加傾向から減少傾向に転じる合焦位置Ｐを確認し
た後（即ち同図におけるＳ地点に達した後）、この確認
して得た合焦位置Ｐに光学系１を比較的に速い速度で移
動させて、一連の合焦動作を終了する。

【００４４】なお、上記図１において、光学系１を、最
初のＯ地点からＱ地点に移動させることが、特許請求の
範囲に記載の初期動作に対応し、Ｑ地点からＲ地点に向
けて比較的に速い速度で移動させることが、高速動作に
対応する。そして、光学系１を、Ｒ地点からＳ地点まで
比較的に遅い速度で移動させることが、特許請求の範囲
に記載の低速動作に対応し、Ｓ地点から合焦位置Ｐまで
比較的に速い速度で移動させることが、微調節動作に対
応する。

【００４５】このように、本実施の形態においても、上
述した従来技術と同様に、山登り方式により合焦位置Ｐ
を見つけている。しかし、本実施の形態によれば、最初
から光学系を低速で移動させるという上述した従来技術
とは異なり、図１におけるＲ地点からＳ地点までの区間
のみ（若しくは、このＲ−Ｓ区間と初期動作時のＯ−Ｑ
区間のみ）、光学系１を低速で移動させている。従っ
て、上記従来技術に比べて、短時間で合焦位置Ｐを見つ
け出すことができる。また、光学系１を低速移動させる
上記Ｐ−Ｓ区間において、合焦位置Ｐを確認するので、
合焦精度は保たれる。

【００４６】また、上述したように、被写体の照度が低
下すると、これに応じて高周波成分のレベルも、例えば
図１に点線のグラフで示すように全体的に小さくなり、
合焦位置Ｐ付近での変化が緩やかになる。ここで、例え
ば、上記合焦位置Ｐにおける高周波成分のレベルとＲ地
点における高周波成分のレベルとの相対差αを一定とす
ると、被写体の照度が低いほど、上記合焦位置ＰとＲ地
点との距離が長くなり、その結果、合焦動作が長時間化
することは、図１からも明らかである。そこで、本実施
の形態においては、上述した照度検出回路４によって検
出して得た被写体の照度に応じて上記相対差αを変化さ
せており、例えば図１に示すように被写体の照度が低い
ときには上記相対差αを小さくすることによって、上記
合焦位置ＰとＲ地点との距離が長くならないようにして
いる。なお、上記相対差αが、特許請求の範囲に記載の
第１のレベル量に対応する。

【００４７】更に、上述したように、光学系１の性能や
品質によっては、例えば図３に示すように、合焦位置Ｐ
以外の所謂ピンぼけ位置に、偽解像Ｐ’、Ｐ’が生じる
ことがある。そこで、本実施の形態においては、上記偽
解像Ｐ’、Ｐ’のピークを合焦位置Ｐと間違えて認識す
るのを防ぐために、同図に示すように、偽解像Ｐ’、
Ｐ’のピーク値よりも大きく、かつ合焦位置Ｐにおける
高周波成分のレベル（最大値）よりも小さいレベルβ
を、予め設定している。そして、上述した一連の合焦動
作により見つけた高周波成分のレベルの最大値と、上記
レベルβとを比較して、上記最大値が上記レベルβ以上
の場合に、上記最大値を、真の合焦位置Ｐとして認識す
る。

【００４８】一方、上記最大値が上記レベルβよりも小
さい場合には、上記最大値は、偽解像Ｐ’、Ｐ’のピー
クであると見なす。そして、光学系１を、全移動範囲に
わたって、例えばＦＡＲ側端部とＮＥＡＲ側端部との間
を低速で移動させて、この移動期間中に上記高周波成分
のレベルが最大となる位置を合焦位置Ｐとする。

【００４９】なお、一般には、上記偽解像Ｐ’、Ｐ’に
ついても、被写体の照度に応じて変化することが知られ
ている。従って、例えば、被写体の照度に関係なく、上
記レベルβを一定とすると、被写体の照度によっては、
偽解像Ｐ’、Ｐ’のピークが上記レベルβよりも大きく
なったり、或いは、合焦位置Ｐにおける高周波成分のレ
ベルが上記レベルβよりも小さくなったりすることがあ
る。この場合、上記一連の合焦動作により見つけた高周
波成分のレベルの最大値が、真の合焦位置Ｐであるの
か、それとも偽解像Ｐ’、Ｐ’のピークであるのかを、
見極めることができなくなる。

【００５０】このような不具合を解消するために、本実
施の形態においては、上述した照度検出回路４によって
検出して得た被写体の照度に応じて、上記レベルβが、
常に、偽解像Ｐ’、Ｐ’のピークよりも大きく、かつ光
学系１の全移動領域における高周波成分のレベルの最大
値よりも小さい値となるように、上記レベルβを調整し
ている。なお、このレベルβをどれくらいの値に設定す
るのか、また被写体の照度に応じてどれくらいの割合で
上記レベルβを変化させるのかについては、実験により
求める。そして、このレベルβが、特許請求の範囲に記
載の第２のレベル量に対応する。

【００５１】上記一連の合焦動作は、上述した制御回路
６内のＣＰＵによって制御されるが、このＣＰＵは、例
えば図４に示すフローチャートに従って駆動回路７を制
御する（制御信号を生成する）ことによって、上記一連
の合焦動作を実現する。なお、この図４のフローチャー
トに従って上記ＣＰＵを動作させるプログラムは、制御
回路６内に設けられている図示しないＲＯＭやＲＡＭ構
成の記憶部に記憶されている。

【００５２】即ち、ＣＰＵ（制御回路６）は、まず、照
度検出器４から得られる被写体の照度情報に応じて、上
述した各レベルα及びβを決定する（ステップＳ２）。
なお、このステップＳ２において、ＣＰＵが上記各レベ
ルα及びβを決定することが、特許請求の範囲に記載の
第１のレベル可変手段及び第２のレベル可変手段に対応
する。

【００５３】そして、ＣＰＵは、ＨＰＦ５から得られる
高周波成分のレベルを監視しながら、ＦＡＲ方向に向け
て、光学系１をＮパルス分だけ低速で移動させ（ステッ
プＳ４）、この移動により高周波成分のレベルが増加し
たか否かを確認する（ステップＳ６）。なお、このステ
ップＳ４及びＳ６の動作が、特許請求の範囲に記載の初
期動作に対応する。

【００５４】ＣＰＵは、上記ステップＳ６において、高
周波成分のレベルが増加したことを確認したとき（ステ
ップＳ６においてＹＥＳのとき）、光学系１が合焦位置
Ｐに向かって移動しているものと見なして、そのまま同
じ方向に向けて、今度は高速で光学系１を移動させる
（ステップ８）。一方、上記ステップＳ６において、高
周波成分のレベルが減少したことを確認したとき（ステ
ップＳ６においてＮＯのとき）は、光学系１が合焦位置
Ｐとは反対方向に移動しているものと見なして、上記と
は反対の方向に向けて、高速で光学系１を移動させる
（ステップ１０）。なお、これらステップＳ８及びＳ１
０の動作が、特許請求の範囲に記載の高速動作に対応す
る。

【００５５】そして、上記ステップＳ８またはＳ１０に
より光学系１を高速移動させた状態において、光学系１
がＦＡＲ側端部またはＮＥＡＲ側端部に到達するまでの
間に、高周波成分のレベルが増加傾向から減少傾向に転
じて、そのピーク値から上記レベルαだけ減少したか否
かを確認する（ステップＳ１２及びＳ１４）。ここで、
上記高周波成分のレベルが、ピーク値から上記レベルα
だけ低下したことを確認した場合（ステップＳ１２にお
いてＹＥＳの場合）には、今度は、上記高速移動とは反
対の方向に向けて、光学系１を低速移動させる（ステッ
プＳ１６）。なお、上記ステップＳ１２及びＳ１４から
成るループを抜けた後、このステップＳ１６において光
学系１を低速で移動させるという動作が、特許請求の範
囲に記載の低速動作に対応する。

【００５６】そして、上記ステップＳ１６により光学系
１を低速移動させた状態において、光学系１がＦＡＲ側
端部またはＮＥＡＲ側端部に到達するまでの間に、高周
波成分のレベルが増加傾向から減少傾向に転じたか否
か、即ちピーク値を通過したか否かを確認する（ステッ
プＳ１８及びＳ２０）。ここで、上記高周波成分のレベ
ルが、ピーク値を通過したことを確認した場合（ステッ
プＳ１８においてＹＥＳの場合）、次に、上記ピーク値
が上述したレベルβよりも大きいか否かを確認する（ス
テップ２２）。

【００５７】上記ステップＳ２２において、上記ピーク
値が上記レベルβよりも大きい場合（ステップＳ２２に
おいてＹＥＳの場合）、ＣＰＵは、上記ピーク値に対応
する位置が合焦位置Ｐであると認識して、その位置に高
速で移動して（ステップＳ２４）、一連の合焦動作を終
了する。なお、上記ステップＳ１８及びＳ２０から成る
ループと、ステップＳ２２とを抜けた後、このステップ
Ｓ２４において光学系１を合焦位置Ｐに高速で移動させ
るという動作が、特許請求の範囲に記載の微調節動作に
対応する。

【００５８】一方、上記ステップＳ２２において、上記
ピーク値が上記レベルβよりも小さい場合（ステップＳ
２２においてＮＯの場合）、ＣＰＵは、上記ピーク値に
対応する位置が合焦位置Ｐ以外の例えば偽解像Ｐ’、
Ｐ’のピークであると見なして、ステップＳ２６に進
む。このステップＳ２６においては、ＣＰＵは、光学系
１を、その全移動範囲にわたって、即ちＦＡＲ側端部と
ＮＥＡＲ側端部との間を、例えば低速で移動させて、こ
の移動中における高周波成分のレベルの最大値を見つけ
て、上記ステップＳ２４に進む。

【００５９】なお、上記ステップＳ１２及びＳ１４にお
いて、高周波成分のレベルがそのピーク値から上記レベ
ルαだけ減少するまでの間に、光学系１がＦＡＲ側端部
またはＮＥＡＲ側端部に到達した場合（ステップＳ１４
においてＹＥＳの場合）には、ＣＰＵは、上記ステップ
２６に進む。また、上記ステップＳ１８及びＳ２０にお
いて、高周波成分のレベルが増加傾向から減少傾向に転
じる以前に、光学系１がＦＡＲ側端部またはＮＥＡＲ側
端部に到達した場合（ステップＳ２０においてＹＥＳの
場合）にも、ＣＰＵは、上記ステップ２６に進む。

【００６０】ところで、上記においては、偽解像Ｐ’、
Ｐ’のピークを合焦位置Ｐのピークと間違えないように
するために、上記図３に示すようにレベルβを設定した
が、これ以外の方法によっても、偽解像Ｐ’、Ｐ’の影
響を回避することができる。これについて、図５を参照
して説明する。

【００６１】これは、図５に示すように、初期動作にお
けるＯ−Ｑ区間での高周波成分のレベル変化量Δが、所
定のレベル差γよりも大きいか否かを確認するものであ
る。即ち、この所定のレベル差γとして、偽解像Ｐ’、
Ｐ’のピーク・トゥー・ピーク値（同図におけるＡ）よ
りも大きく、かつ高周波成分全体におけるピーク・トゥ
ー・ピーク値（同図におけるＢ）よりも小さい値を設定
する。そして、上記Ｏ−Ｑ区間での高周波成分のレベル
変化量Δが、上記レベル差γよりも大きい場合に、この
レベル変化Δの増減傾向に基づいて、それ以降の光学系
１の移動方向を決定する。

【００６２】一方、上記Ｏ−Ｑ区間での高周波成分のレ
ベル変化量Δが、上記レベル差γに満たない場合には、
同じ方向に向けて光学系１を更に移動させる。そして、
この移動による高周波成分のレベル変化量Δが、上記レ
ベルγに達した時点で、上記レベル変化量Δの増減傾向
に基づいて、それ以降の光学系１の移動方向を決定す
る。ただし、上記レベル変化量Δが、上記レベルγに満
たないうちに、光学系１がＦＡＲ側端部またはＮＥＡＲ
側端部に到達した場合には、光学系１を、その全移動範
囲にわたって、即ちＦＡＲ側端部とＮＥＡＲ側端部との
間を、低速移動させて、この移動中に高周波成分のレベ
ルが最大となる位置を合焦位置Ｐとする。なお、ここで
言う上記レベルγが、特許請求の範囲に記載の第３のレ
ベル差に対応する。

【００６３】そして、この図５の動作を実現するために
は、上述した図４のフローチャートにおけるステップＳ
６を、図６に示すようなフローチャートに変更すればよ
い。

【００６４】即ち、図４のステップＳ４において、光学
系１をＦＡＲ方向に向けてＮパルス分だけ移動させた
後、この移動により、高周波成分のレベルが上記レベル
γ以上変化したか否かを確認する（ステップＳ６０）。
ここで、上記高周波成分のレベル変化が上記レベルγ以
上である場合（ＹＥＳの場合）には、そのレベル変化
が、増加傾向にあるのか、或いは減少傾向にあるのかを
確認する（ステップＳ６２）。そして、このステップＳ
６２において、上記レベル変化が増加傾向にあると判断
した場合には、図４におけるステップＳ８に進み、上記
レベル変化が減少傾向にあると判断した場合には、ステ
ップＳ１０に進む。

【００６５】一方、上記ステップＳ６０において、上記
高周波成分のレベルが上記レベルγ以上変化していない
場合（ＮＯの場合）には、光学系１を更に同一方向に低
速移動させる（ステップＳ６４）。そして、光学系１が
ＦＡＲ側端部またはＮＥＡＲ側端部に到達するまでの間
に、高周波成分のレベルが上記レベルγだけ変化したか
否かを確認する（ステップＳ６６及びＳ６８）。ここ
で、上記高周波成分のレベルが、上記レベル差γ以上変
化したことを確認した場合（ステップＳ６６においてＹ
ＥＳの場合）には、上記ステップＳ６２に進む。ただ
し、上記高周波成分のレベルが上記レベル差γ以上変化
することなく、光学系１がＦＡＲ側端部またはＮＥＡＲ
側端部に到達した場合（ステップＳ６８においてＹＥＳ
の場合）には、図４のステップＳ１０に進む。

【００６６】なお、上記レベルγについても、これを被
写体の照度に応じて、即ち照度検出回路４から得られる
照度情報に応じて、このレベルγが、常に、偽解像
Ｐ’、Ｐ’のピーク・トゥー・ピーク値Ａよりも大き
く、かつ高周波成分全体におけるピーク・トゥー・ピー
ク値Ｂよりも小さい値となるように変化させてもよい。
この場合、図４のフローチャートにおけるステップＳ２
をにおいて、照度に応じてα、β及びγの各レベルを決
定するようプログラムすればよい。なお、このステップ
Ｓ２において、ＣＰＵが上記各レベルγを決定すること
が、特許請求の範囲に記載の第３のレベル可変手段及び
第２のレベル可変手段に対応する。

【００６７】また、このように初期動作における高周波
成分のレベル変化量Δと、上記所定のレベルγとを比較
することによって、偽解像Ｐ’、Ｐ’の影響を回避する
場合には、上述したレベルβを用いて、このレベルβと
高周波成分のピーク値とを比較するという手順は、必須
要件とはならない。即ち、図４のフローチャートにおけ
るステップＳ６を、図６のフローチャートに替えた場合
には、図４のフローチャートにおけるステップＳ２２は
省略してもよい。勿論、このステップＳ２２を省略した
場合には、図４のフローチャートにおけるステップＳ２
において、レベルβを決定する必要もなくなる。

【００６８】なお、本実施の形態においては、合焦動作
を開始する際、最初に光学系１をＦＡＲ方向に移動させ
たが、これとは反対のＮＥＡＲ方向に移動させてもよ
い。なお、本実施の形態を、例えば監視カメラ等の比較
的に遠方側に焦点を合わせるカメラに応用する場合に
は、上記のようにＦＡＲ側に移動させた方が短時間で合
焦できる可能性が高い。

【００６９】また、本実施の形態においては、光学系１
を駆動するモータ８をステッピング・モータとしたが、
これに限らない。また、光学系１については、レンズ等
の透過系のものに限らず、反射鏡等の反射系のものを用
いてもよい。

【００７０】

【発明の効果】以上のように、請求項１に記載の発明の
オートフォーカス装置においても、上述した従来技術と
同様に、山登り方式により合焦位置を見つけているが、
その際、光学系を低速度で移動させるのは、低速動作時
（詳しくは、高周波成分のレベルが、合焦位置における
レベルから第１のレベル量だけ低下したところから、合
焦位置を確認するまでの間）のみである。従って、最初
から光学系を低速で移動させるという上述した従来技術
に比べて、短時間で合焦位置を見つけ出すことができる
という効果がある。また、このように合焦動作の時間短
縮を実現しながらも、合焦位置を確認する際には、光学
系は低速動作状態にあるので、高い合焦精度を確保でき
るという効果がある。

【００７１】請求項２に記載の発明のオートフォーカス
装置によれば、被写体の照度に応じて、上記第１のレベ
ル量を変化させている。従って、高周波成分のレベル変
化が緩やかとなる低照度状態において、例えば上記第１
のレベル量を不変（一定）とする場合よりも、合焦動作
を高速化できるという効果がある。

【００７２】請求項３に記載の発明のオートフォーカス
装置によれば、偽解像のピーク値よりも大きく、かつ合
焦位置における高周波成分のレベル（最大値）よりも小
さいという第２のレベルを、予め設定している。そし
て、高速動作及び低速動作における高周波成分のレベル
の最大値と、上記第２のレベルとを比較することによっ
て、上記レベルの最大値が、真の合焦位置であるのか、
或いは偽解像のピークであるのかを、見極めている。従
って、上述した従来技術とは異なり、上記偽解像を合焦
位置として誤認識することはないという効果がある。

【００７３】請求項４に記載の発明のオートフォーカス
装置によれば、被写体の照度に応じて、即ち上記偽解像
及び高周波成分全体のピーク値に応じて、上記第２のレ
ベルを変化させている。従って、高速動作及び低速動作
において高周波成分のレベルが最大となる位置が、真の
合焦位置であるのか、それとも偽解像のピークであるの
かを、被写体の照度に関係なく、正しく判定できる。よ
って、被写体の照度が変化しても、偽解像像の影響を受
けることなく、正確な合焦動作を実現できるという効果
がある。

【００７４】請求項５に記載の発明のオートフォーカス
装置によれば、少なくとも偽解像のピーク・トゥー・ピ
ーク値よりも大きいという第３のレベル差を、予め設定
している。そして、初期動作において、高周波成分のレ
ベルが、上記第３のレベル差以上変化したときに初め
て、そのレベル変化の増減傾向に基づいて、高速動作に
おける光学系の移動方向を決定する。従って、初期動作
により、高速動作における光学系の移動方向を決定する
際、上記偽解像の影響を受けることなく正しい上記移動
方向を決定できるという効果がある。

【００７５】請求項６に記載の発明のオートフォーカス
装置によれば、被写体の照度に応じて、即ち上記偽解像
及び高周波成分全体のピーク・トゥー・ピーク値に応じ
て、上記第３のレベル差を変化させている。従って、初
期動作において被写体の照度が変化し、これによって上
記偽解像及び高周波成分全体のピーク・トゥー・ピーク
値が変化したとしても、これらの影響を受けることな
く、高速動作における光学系の移動方向を、正確に決定
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るオートフォーカス
装置の合焦動作を概念的に表わす図である。

【図２】同実施の形態の概略構成を表わすブロック図で
ある。

【図３】同実施の形態において、被写体像に偽解像が生
じたときの対処法を概念的に表わした図である。

【図４】同実施の形態における制御回路の動作を表わす
フローチャートである。

【図５】同実施の形態において、被写体像に偽解像が生
じたときの図３とは異なる対処法を概念的に表わした図
である。

【図６】図５の動作を実現するための制御回路のフロー
チャートである。

【図７】従来の山登り方式のオートフォーカス装置にお
ける合焦動作を概念的に表わした図である。

【図８】図７において、被写体像に偽解像が生じた状態
を表わす図である。

【符号の説明】

１ 光学系 ２ 撮像素子（撮像手段） ４ 照度検出回路 ５ ハイ・パス・フィルタ（抽出手段） ６ 制御回路（制御手段、第１のレベル可変手段、第２
のレベル可変手段、第３のレベル可変手段） ７ 駆動回路 ８ モータ（駆動手段）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結像機能を備えた光学系と、この光学系
   によって結像された被写体像を映像信号に変換する撮像
   手段と、上記映像信号の中から高周波成分を抽出する抽
   出手段と、上記抽出された高周波成分のレベルを検出し
   その検出レベルに基づいて制御信号を生成する制御手段
   と、上記制御信号に基づいて上記光学系をその光軸方向
   に沿って移動させて該光学系と上記撮像手段の結像面と
   の間の距離を変化させる駆動手段と、を具備し、 上記制御手段は、 上記光学系を所定の方向に移動させる初期動作と、 この初期動作において上記高周波成分のレベルが増加傾
   向にあるとき上記光学系を上記所定の方向に高速で移動
   させ、上記高周波成分のレベルが減少傾向にあるとき上
   記光学系を上記所定の方向とは反対の方向に高速で移動
   させる高速動作と、 この高速動作において上記高周波成分のレベルが増加傾
   向から減少傾向に転じてこの転じた時点から或る第１の
   レベル量だけ低下したとき、上記光学系を、上記高速動
   作における上記光学系の移動方向とは反対方向に上記高
   速動作における移動速度よりも遅い速度で移動させる低
   速動作と、 この低速動作において上記高周波成分のレベルが増加傾
   向から減少傾向に再度転じたことを確認した後、このレ
   ベルが転じた時点に対応する位置に、上記光学系を移動
   させる微調節動作と、を上記駆動手段に実行させるよう
   上記制御信号を生成する状態に構成されたオートフォー
   カス装置。
2. 【請求項２】 上記映像信号が入力され、この入力され
   た映像信号の信号レベルに応じて上記第１のレベル量を
   変化させる第１のレベル可変手段を設けた請求項１に記
   載のオートフォーカス装置。
3. 【請求項３】 上記制御手段が、 上記高速動作及び上記低速動作のいずれか一方または両
   方における上記時点での上記高周波成分のレベルが或る
   第２のレベルよりも小さいとき、上記微調節動作におい
   て、上記光学系が移動可能な全範囲にわたって該光学系
   を移動させると共に、この移動期間中に上記高周波成分
   のレベルが最大となる位置を検出し、この検出して得た
   位置に上記光学系を移動させるよう上記制御信号を生成
   する状態に構成された請求項１または２に記載のオート
   フォーカス装置。
4. 【請求項４】 上記映像信号が入力され、この入力され
   た映像信号の信号レベルに応じて上記第２のレベルを変
   化させる第２のレベル可変手段を設けた請求項３に記載
   のオートフォーカス装置。
5. 【請求項５】 上記制御手段が、 上記初期動作において、上記高周波成分のレベルが或る
   第３のレベル差以上変化したときに、上記高速動作にお
   いて、上記高周波成分のレベルの増減傾向に応じた方向
   に上記光学系を高速移動させ、上記初期動作において、
   上記高周波成分のレベルが上記第３のレベル差以上変化
   することなく上記光学系がその移動可能な範囲の一端ま
   で移動したとき、上記高速動作において、上記所定の方
   向とは反対の方向に上記光学系を高速移動させるよう上
   記制御信号を生成する状態に構成された請求項１、２、
   ３または４に記載のオートフォーカス装置。
6. 【請求項６】 上記映像信号が入力され、この入力され
   た映像信号の信号レベルに応じて上記第３のレベル差を
   変化させる第３のレベル可変手段を設けた請求項５に記
   載のオートフォーカス装置。