本発明は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等のフォーカス技術に関するものであり、特に、映像信号に含まれる高域周波数成分を用いて合焦度の評価値を生成し、フォーカスレンズの移動速度を制御するフォーカス装置及びフォーカス制御方法に関する。

従来、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像装置のオートフォーカス方式として、撮像素子から出力する映像信号に含まれる高域周波数成分の大きさから合焦度（被写体）の評価値（本書では焦点評価値という）を生成し、その焦点評価値が最大値になるフォーカスレンズの位置を合焦位置とするコントラスト検出方式が広く用いられている。

前述のオートフォーカス方式では、被写体を撮影して得られる映像信号から所定のフィルタを介して高域周波数成分の信号が抽出され、その高域周波数成分の信号に基づいて被写体画像のコントラストの高低（合焦度）が評価される。 そして、その焦点評価値が最大となるように、フォーカスレンズの位置が制御される。

前述のフォーカス方式では、フォーカスレンズの位置と焦点評価値との関係を表したグラフが山型になって現れる。 そこで、フォーカス合わせの際には、この山型の頂点を目指し、焦点評価値が増加を示す方向にフォーカスレンズを移動させ、焦点評価値が増加から減少に切り替わる位置でフォーカスレンズを停止させる、所謂山登り方式のフォーカス制御方法が一般的に知られている。

そして、山登り方式によるフォーカス制御方法によれば、フォーカスレンズを合焦位置に移動させる際、焦点評価値が最大値であることを検出するために、フォーカスレンズがいったん合焦位置を通り過ぎる必要がある。

また、ズーム機能を備えた撮像装置では、ズーム倍率が大きくなると、ズームの望遠側ではフォーカスレンズの移動範囲が広くなり、フォーカスレンズを合焦位置に移動させる際の所要時間が一般的に長くなる。 そして、所要時間を短縮するためにフォーカスレンズの移動速度を速くすると、焦点評価値の算出及びフォーカスレンズ制御の周期が撮像素子から映像信号を出力する周期よりも短くできないので、フォーカスレンズが合焦位置を通り過ぎた際のピントボケが大きくなるという問題がある。

そこで、フォーカスレンズが合焦位置から遠い間では高速で移動させ、フォーカスレンズが合焦位置に近くなると低速で移動させることにより、合焦時間の短縮とピントボケの抑制を図る。

例えば、撮像素子から出力された映像信号の高域周波数成分（以下、高域成分という）を検出する際に、第一のバンドパスフィルタと第一のバンドパスフィルタより低域遮断周波数が高い第二のバンドパスフィルタを用い、第一のバンドパスフィルタの出力から第一の焦点評価値を生成すると共に、第二のバンドパスフィルタの出力から第二の焦点評価値を生成し、フォーカスレンズを合焦位置に向かって移動させた際に、第二の焦点評価値に対する第一の焦点評価値の比の微分値が正であればフォーカスレンズが合焦位置から遠いと判定してフォーカスレンズを高速で移動させ、一方、第二の焦点評価値に対する第一の焦点評価値の比の微分値が負であればフォーカスレンズが合焦位置から近いと判定し、フォーカスレンズを低速で移動させるように構成されたオートフォーカス装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平０７−１４３３８７号公報

しかしながら、特許文献１によれば、映像信号の高域成分から生成される焦点評価値には光ショット雑音といわれるノイズの高域成分が混入する虞がある。 ここで、光ショット雑音とは、撮像素子に光が入射した際に、光電変換素子（フォトダイオード）で光電変換されて発生する電子数が確率過程によって決まるために生ずる雑音であり、その大きさは光電変換素子に蓄積される電子数の平均値の平方根である。 従って、映像信号の高域成分から生成される焦点評価値は、撮像素子に結像する被写体像のコントラストとは無関係に、撮像素子に入射する光量の変化に影響されることになる。

詳しくは、特許文献１に記載のオートフォーカス装置において、フォーカスレンズが合焦位置から遠い位置にあって合焦位置に向かって移動している際、被写体又は撮像装置に動きが発生すると、撮像装置への入射光量と撮像素子に結像する被写体像のコントラストが変化して光ショット雑音の大きさが変化し、光ショット雑音の大きさの変化が第一の焦点評価値と第二の焦点評価値の両方に影響を与え、一方、被写体像のコントラストの変化が第一の焦点評価値のみに影響を与える。

つまり、フォーカスレンズが合焦位置から遠い位置にあると、被写体像のコントラストには高い周波数成分が含まれず、低域遮断周波数が第一のバンドパスフィルタよりも高く設定された第二のバンドパスフィルタの出力から生成される第二の焦点評価値には被写体像のコントラストに起因する成分が含まれないためである。

この際、撮像素子への入射光量の変化と被写体像のコントラストの変化が互いに無関係であるため、第一の焦点評価値の変化量と第二の焦点評価値の変化量が無相関となって現れ、第二の焦点評価値に対する第一の焦点評価値の比が増加することも有れば減少することもある。

そして、特許文献１に記載のオートフォーカス装置によれば、第二の焦点評価値に対する第一の焦点評価値の比が減少することによってフォーカスレンズが合焦位置に近づいたことを検出するように構成されているので、被写体又はカメラに動きが生じることによって誤った検出結果を出す虞がある。

以上のように、特許文献１に記載のオートフォーカス装置によれば、フォーカスレンズが合焦位置に向かって移動している際に、被写体又は撮像装置に動きが発生すると、フォーカスレンズが合焦位置から遠い位置にあるにもかかわらず合焦位置に近いと判定してしまう虞があり、その結果、フォーカスレンズが合焦位置から遠い位置でフォーカスレンズの移動速度が低下し、合焦時間が長くなるという虞があった。

そこで、本発明は、コントラスト検出方式のオートフォーカスにおいて、フォーカスレンズを合焦位置に向かって移動させる際に、被写体又は撮像装置に動きが生じても、フォーカスレンズが合焦位置から近いか否かを正しく判定してフォーカスレンズの移動速度を適切に制御し、合焦時間の短縮と、フォーカスレンズが合焦位置を通り過ぎた際のピントボケとを抑制できるフォーカス装置及びフォーカス制御方法を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、光軸方向に沿ってスライド自在に設置されたフォーカスレンズと、被写体像からの光を映像信号に変換する撮像素子 と、前記撮像素子から出力される出力信号を増幅する可変利得増幅器と、撮像素子に結像した被写体像の合焦度の焦点評価値を生成する評価値生成手段と、前記焦点評価値に応じて、前記フォーカスレンズを光軸方向にスライドさせて前記撮像素子に結像する被写体像の焦点あわせを行うフォーカス制御手段と、を備えたフォーカス装置において、前記可変利得増幅器を介して前記撮像素子から出力される映像信号を積算する第一積算手段と、前記可変利得増幅器を介して前記撮像素子から出力される映像信号の高域成分の絶対値を積算する第二積算手段と、を備え、前記第一積算手段において、前記可変利得増幅器を介して出力される前記映像信号を積算して第一の積算値を生成し、前記第二積算手段において、前記可変利得増幅器を介して出力される前記映像信号の、高域成分の絶対値を積算して第二の積算値を生成すると共に、前記可変利得増幅器を介して前記撮像素子から出力される読み出し雑音の高域成分の絶対値を積算して第三の積算値を生成し、前記評価値生成手段が、前記第二の積算値と第三の積算値との差分に対して、前記第一の積算値及び前記可変利得増幅器に設定された利得で除算し、前記焦点評価値を生成するように構成されている、ことを特徴とする。

請求項１に記載のフォーカス装置によれば、可変利得増幅器を介して撮像素子から出力される映像信号を積算する第一積算手段と、可変利得増幅器を介して撮像素子から出力される映像信号の高域成分の絶対値を積算する第二積算手段と、を備え、第一積算手段において、可変利得増幅器を介して出力される映像信号を積算して第一の積算値を生成し、第二積算手段において、可変利得増幅器を介して出力される映像信号の、高域成分の絶対値を積算して第二の積算値を生成すると共に、可変利得増幅器を介して撮像素子から出力される読み出し雑音の高域成分の絶対値を積算して第三の積算値を生成し、評価値生成手段が、第二の積算値と第三の積算値との差分に対して、第一の積算値及び前記可変利得増幅器に設定された利得で除算し、焦点評価値を生成するように構成されているので、フォーカスレンズを合焦位置に向かって移動させる際に、被写体又は撮像装置に動きが生じても、フォーカスレンズが合焦位置から近いか否かを正しく判定してフォーカスレンズの移動速度を適切に制御し、合焦時間の短縮と、フォーカスレンズが合焦位置を通り過ぎた際のピントボケを抑制できる。

また、請求項１に記載のフォーカス装置は、請求項２に記載の発明のように、前記評価値生成手段が、前記第一の積算値をＬ、前記第二の積算値をＣ、前記第三の積算値をＤ、前記可変利得増幅器の利得をＧ、前記評価値をＶ、と表した際に、（式１）に記載の演算式を用いて前記焦点評価値を算出するとよい。

つまり、高域成分の積算値には、被写体像のコントラストに起因する高域成分を含まない場合、光ショット雑音と読み出し雑音が加算されたノイズに起因する高域成分だけが含まれる。 また、読み出し雑音には、撮像素子に光が入射しない状態で定常的に発生するすべてのノイズが含まれる。

この際、光ショット雑音と読み出し雑音が互いに無相関なノイズなので、光ショット雑音の分散の和と読み出し雑音の分散の和は、両者を加算したノイズの分散に等しい。 一方、高域成分の積算値は、ハイパスフィルタ（又はバンドパスフィルタ）からの出力の絶対値を積算したものなので、ハイパスフィルタ（又はバンドパスフィルタ）への入力信号の標準偏差と同じ次元をもつ。

従って、高域成分の積算値が被写体像のコントラストに起因する高域成分を含まない場合、高域成分の積算値（第二の積算値）をＣ、高域成分の積算値のうち光ショット雑音に起因する積算値をＳ、高域成分の積算値のうち読み出し雑音に起因する積算値（第三の積算値）をＤ、と表すと、（式２）が成り立つ。

一方、映像信号の輝度積算値（第一の積算値）をＬ、可変利得増幅器の利得をＧと表すと、光ショット雑音の大きさが撮像素子で光電変換されて生じる電子数Ｎの平方根に比例し、さらに可変利得増幅器の利得Ｇの積に比例するので、（式３）が得られる。

また、輝度積算値Ｌが電子数Ｎと可変利得増幅器の利得Ｇとの積に比例するので、（式４）が得られる。

さらに、（式３）に(式４）の関係式を代入すると、（式５）を導きだすことができる。 すなわち、光ショット雑音の大きさＳは、輝度積算値Ｌと可変利得増幅器の利得Ｇとの積の平方根に比例する。

さらに、（２式）と（５）式に基づいて、（式６）が得られ、さらには（式７）が得られる。

従って、焦点評価値Ｖは、（式１）を用いて算出すれば、高域成分の積算値が被写体像のコントラストに起因する高域成分を含まない場合は、光ショット雑音の大きさが変化しても一定値に保たれ、フォーカスレンズを合焦位置に向かって移動させる際に、フォーカスレンズが合焦位置から近いか否かを正しく判定できる。

また、フォーカスレンズの移動に伴う焦点評価値の差分を検出することにより、合焦位置に対するフォーカスレンズの移動方向を検出できる。

次に、請求項１又は請求項２に記載のフォーカス装置は、請求項３に記載の発明のように、前記第二積算手段が、前記映像信号の高域成分を抽出する、低域遮断周波数の異なる２つのハイパスフィルタ又はバンドパスフィルタを備え、前記評価値生成手段が、前記２つのハイパスフィルタ又はバンドパスフィルタの内で、低域遮断周波数の低い方を第一のハイパスフィルタ又は第一のバンドパスフィルタとし、他方を第二のハイパスフィルタ又は第二のバンドパスフィルタとした際に、前記第一のハイパスフィルタ又は第一のバンドパスフィルタを通過して抽出された高域成分の大きさに対応つけて第一の焦点評価値を生成すると共に、前記第二のハイパスフィルタ又は第二のバンドパスフィルタを通過して抽出された高域成分の大きさに対応つけて第二の焦点評価値を生成し、前記第二の焦点評価値の変化量を所定の第一の閾値と比較する第一の比較手段と、前記第一の焦点評価値の変化量に対する第二の焦点評価値の変化量の比を所定の第二の閾値と比較する第二の比較手段と、を備え、前記フォーカス制御手段が、前記フォーカスレンズを合焦位置に向かって移動させる際に、前記第一の比較手段において第二の焦点評価値の変化量が第一の閾値よりも大きく、且つ第二の比較手段において前記変化量の比が第二の閾値よりも大きい場合には、前記フォーカスレンズの位置が合焦位置に近いと判定して前記フォーカスレンズを低速で移動させ、一方、前記第一の手段において前記第二の焦点評価値の変化量が前記第一の閾値よりも小さい場合、又は、第二の比較手段において前記変化量の比が第二の閾値よりも小さい場合には、前記フォーカスレンズの位置が合焦位置から遠いと判定して前記フォーカスレンズを高速で移動させる、ことを特徴とする。

請求項３に記載のフォーカス装置によれば、フォーカスレンズを合焦位置に向かって移動させる際に、第一の比較手段において第二の焦点評価値の変化量が第一の閾値よりも大きく、且つ第二の比較手段において変化量の比が第二の閾値よりも大きい場合には、フォーカスレンズの位置が合焦位置に近いと判定してフォーカスレンズを低速で移動させ、一方、第一の手段において第二の焦点評価値の変化量が第一の閾値よりも小さい場合、又は、第二の比較手段において変化量の比が第二の閾値よりも小さい場合には、フォーカスレンズの位置が合焦位置から遠いと判定して前記フォーカスレンズを高速で移動させることにより、フォーカスレンズの移動速度を適切に制御し、合焦時間を短縮できると共に、フォーカスレンズが合焦位置を通り過ぎた際のピントボケを抑制できる。

次に、請求項４に記載の発明は、光軸方向に沿ってスライド自在に設置されたフォーカスレンズと、被写体像からの光を映像信号に変換する撮像素子 と、前記撮像素子から出力される出力信号を増幅する可変利得増幅器とを備えた撮像装置のフォーカス制御方法であって、前記可変利得増幅器を介して前記撮像素子から出力される映像信号を積算して第一の積算値を生成する第一積算値生成ステップと、前記可変利得増幅器を介して出力される前記映像信号の、高域成分の絶対値を積算して第二の積算値を生成する第二積算値生成ステップと、前記可変利得増幅器を介して前記撮像素子から出力される読み出し雑音の高域成分の絶対値を積算して第三の積算値を生成する第三積算値生成ステップと、前記第二の積算値と第三の積算値との差分に対して、前記第一の積算値及び前記可変利得増幅器に設定された利得で除算し、前記撮像素子に結像した被写体像の合焦度の焦点評価値を生成する評価値生成ステップと、前記焦点評価値に応じて、前記フォーカスレンズを光軸方向にスライドさせて前記撮像素子に結像する被写体像の焦点合せを行うフォーカス制御ステップと、を備えることを特徴とする。

請求項４に記載のフォーカス制御方法によれば、可変利得増幅器を介して撮像素子から出力される映像信号を積算して第一の積算値を生成する第一積算値生成ステップと、可変利得増幅器を介して出力される映像信号の、高域成分の絶対値を積算して第二の積算値を生成する第二積算値生成ステップと、可変利得増幅器を介して撮像素子から出力される読み出し雑音の高域成分の絶対値を積算して第三の積算値を生成する第三積算値生成ステップと、第二の積算値と第三の積算値との差分に対して、第一の積算値及び可変利得増幅器に設定された利得で除算し、撮像素子に結像した被写体像の合焦度の焦点評価値を生成する評価値生成ステップと、焦点評価値に応じて、フォーカスレンズを光軸方向にスライドさせて撮像素子に結像する被写体像の焦点合わせを行うフォーカス制御ステップと、を備えているので、請求項１に記載の発明と同様に、フォーカスレンズを合焦位置に向かって移動させる際に、被写体又は撮像装置に動きが生じても、フォーカスレンズが合焦位置から近いか否かを正しく判定してフォーカスレンズの移動測度を適切に制御し、合焦時間の短縮と、フォーカスレンズが合焦位置を通り過ぎた際のピントボケを抑制できる。

また、請求項４に記載のフォーカス制御方法は、請求項５に記載の発明のように、前記評価値生成ステップにおいて、前記第一の積算値をＬ、前記第二の積算値をＣ、前記第三の積算値をＤ、前記可変利得増幅器の利得をＧ、前記焦点評価値をＶ、と表した際に、（式８）に記載の演算式を用いて前記焦点評価値を算出するとよい。

また、請求項４又は請求項５に記載のフォーカス制御方法は、請求項６に記載の発明のように、第一のハイパスフィルタ又は第一のバンドパスフィルタを通過して抽出された高域成分の大きさに対応つけて第一の焦点評価値を生成すると共に、第二のハイパスフィルタ又は第二のバンドパスフィルタを通過して抽出された高域成分の大きさに対応つけて第二の焦点評価値を生成し、前記第二の焦点評価値の変化量を所定の第一の閾値と比較する第一の比較ステップと、第一の焦点評価値の変化量に対する第二の焦点評価値の変化量の比を所定の第二の閾値と比較する第二の比較ステップとを備え、フォーカス制御ステップにおいて、フォーカスレンズを合焦位置に向かって移動させる際に、第一の比較手段において第二の焦点評価値の変化量が第一の閾値よりも大きく、且つ第二の比較手段において変化量の比が第二の閾値よりも大きい場合には、フォーカスレンズの位置が合焦位置に近いと判定してフォーカスレンズを低速で移動させ、一方、第一の比較手段において第二の焦点評価値の変化量が第一の閾値よりも小さい場合、又は、第二の比較手段において変化量の比が第二の閾値よりも小さい場合には、フォーカスレンズの位置が合焦位置から遠いと判定してフォーカスレンズを高速で移動させることにより、請求項３に記載の発明と同様に、フォーカスレンズの移動速度を適切に制御し、合焦時間を短縮できると共に、フォーカスレンズが合焦位置を通り過ぎた際のピントボケを抑制できる。

本発明のフォーカス装置及びフォーカス制御方法は、可変利得増幅器を介して撮像素子から出力される映像信号を積算して第一の積算値を生成し、且つ、可変利得増幅器を介して出力される映像信号の、高域成分の絶対値を積算して第二の積算値を生成すると共に、可変利得増幅器を介して撮像素子から出力される読み出し雑音の高域成分の絶対値を積算して第三の積算値を生成し、第二の積算値と第三の積算値との差分に対して、第一の積算値及び可変利得増幅器に設定された利得で除算して、撮像素子に結像した被写体像の合焦度の焦点評価値を生成し、焦点評価値に応じて、フォーカスレンズを光軸方向にスライドさせて撮像素子に結像する被写体像の焦点合せを行うように構成されているので、フォーカスレンズを合焦位置に向かって移動させる際に、被写体又は撮像装置に動きが生じても、フォーカスレンズが合焦位置から近いか否かを正しく判定してフォーカスレンズの移動測度を適切に制御し、合焦時間の短縮と、フォーカスレンズが合焦位置を通り過ぎた際のピントボケを抑制できる。

次に、本発明のフォーカス装置及びフォーカス制御方法の一実施例を図面にもとづいて説明する。 図１が本実施例のフォーカス装置の構成を表すブロック図、図２がフォーカス制御方法の手順を表すフローチャート、図３が図２中の評価値演算の手順を表すフローチャートである。

図１に表したように、本実施例のフォーカス装置１は、被写体（撮像信号Ｓ）を撮影してデジタル画像信号を出力する撮像部１００と、撮像部１００から入力したデジタル画像信号を用いて被写体の合焦度（焦点合せのためのパラメータ）を検出し、フォーカスレンズ６を光軸Ｘに沿って移動させ、被写体像の焦点が合うように、フォーカスレンズ６の位置を調整するフォーカス制御部２００とによって構成されている。

撮像部１００には、前部レンズ２、ズームレンズ３、Ｉｒｉｓ（絞り）４、手ぶれ補正のための補正レンズ５、フォーカスレンズ６、有害な赤外線及び有害な反射光などを除去するフィルタ（赤外線除去フィルタや光学フィルタである）７、撮像素子（ＣＣＤ：Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ）８、撮像素子８から出力されるアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換して出力するＡＦＥ（Ａｎａｌｏｇ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ）９、ズームレンズ３の光軸方向の駆動を行うズーム駆動部１３、センサ１４ａを介してズームレンズ３のスライド量を検出する検出部１４、Ｉｒｉｓ４の駆動を行うＩｒｉｓ駆動部１５、Ｉｒｉｓ４の駆動量を検出する検出部１６、フォーカスレンズ６の光軸方向のスライド駆動を行うフォーカス駆動部１７、センサ１８ａを介してフォーカスレンズ６のスライド量を検出する検出部１８、撮像素子８及びＡＦＥ９を所定の周期で制御するＴＧ（Ｔｉｍｉｎｇ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１９、シャッタ４３等が備えられている。

撮像素子８は、複数の光電変換素子がマトリクス状に並設され、夫々の光電変換素子毎に撮像信号Ｓを光電変換してアナログ画像信号を出力するように構成されている。

また、撮像素子８は、光電変換素子に対応付けてＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）３色のＢａｙｅｒ配列からなるカラーフィルター（図示せず）を備え、各色のフィルタ部を通過した光量を電気信号に変換して出力する。

ＡＦＥ９は、撮像素子８を介して出力されたアナログ画像信号に対してノイズを除去する相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ：Ｃｏｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）１０、相関二重サンプリング回路１０で相関二重サンプリングされた画像信号を増幅する可変利得増幅器（ＡＧＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）１１、可変利得増幅器１１を介して入力された撮像素子８からのアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換器１２、等によって構成され、撮像素子８から出力された画像信号を、所定のサンプリング周波数でデジタル画像信号に変換し、フォーカス制御部２００に出力する。

撮像部１００は、撮像素子８、相関二重サンプリング回路１０、可変利得増幅器１１、Ａ／Ｄ変換器１２等に代えて、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサを用いて構成してもよい。

次に、フォーカス制御部２００は、撮像部１００から入力されたデジタル画素信号に基づいて輝度信号（所謂、本発明における映像信号である）を生成する輝度信号生成部２１、所定の画像領域における輝度信号（所謂、可変利得増幅器１２を介して撮像素子８から出力される映像信号である）を積算する映像信号積算手段２２、輝度信号の高域成分を抽出する高域成分抽出手段２３、高域成分抽出手段２３で抽出された輝度信号の絶対値を積算する高域成分積算手段２６、映像信号積算手段２２及び高域成分積算手段２６で生成された積算値に基づいて被写体像の合焦度の焦点評価値を生成する評価値生成手段２９、評価値生成手段２９で生成された焦点評価値に基づいてフォーカスレンズ６の移動及び移動速度を制御するフォーカス制御手段３２、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）４０、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）４１等によって構成され、ＣＰＵ４０がＲＯＭ４１に格納された制御用プログラムに従って、当該フォーカス制御部２００の各処理を制御する。

なお、本発明における第一積算手段が映像信号積算手段２２によってその機能が発現され、本発明における第二積算手段が高域成分抽出手段２３及び高域成分積算手段２６によってその機能が発現され、本発明における評価値生成手段が評価値生成手段２９によってその機能が発現される。

輝度信号生成部２１は、撮像素子８のＢａｙｅｒ配列に対応つけて、所定のサンプリング毎に、隣接する縦２画素および横２画素の４画素を１単位とする輝度信号を順次生成する。

高域成分抽出手段２３は、映像信号の高域成分を抽出する、低域遮断周波数の異なる２つの、第一のハイパスフィルタ２４及び第二のハイパスフィルタ２５によって構成されている。 詳しくは、第一のハイパスフィルタ２４の低域遮断周波数が、輝度信号のナイキスト周波数の１／１６程度の周波数に設定され、第二のハイパスフィルタ２５の低域遮断周波数が、輝度信号のナイキスト周波数の１／４程度の周波数に設定されている。

高域成分積算手段２６は、第一のハイパスフィルタ２４から出力された高域成分を積算する第二積算手段２７と、第二のハイパスフィルタ２５から出力された高域成分を積算する第三積算手段２８によって構成されている。

ここで、映像信号積算手段（第一積算手段）２２、第二積算手段２７、第三積算手段２８における積算領域は、予め定められた共通の画像領域である。 また、これらの積算周期は、撮像素子８から出力されるフレーム周期に対応付けられており、フレーム周期に依存して更新される。

評価値生成手段２９は、第二積算手段２７で積算された高域成分の積算値に対応つけて（所謂、第一のハイパスフィルタを通過して抽出された高域成分の大きさに対応つけられる）第一の焦点評価値を生成する第一評価値生成手段３０と、第三積算手段３０で積算された高域成分の積算値に対応つけて（所謂、第二のハイパスフィルタを通過して抽出された高域成分の大きさに対応つけられる）第二の焦点評価値を生成する第一評価値生成手段３１と、によって構成されている。

詳しくは、第一焦点評価値をＶ _１ 、撮像素子８へ被写体を結像させた際に第二の積算手段２２で生成した映像信号の高域周波数成分の積算値をＣ _１ 、撮像素子８への入射光を遮光した際に第二の積算手段２７で生成した高域周波数の積算値をＤ _１ 、映像信号積算手段で積算された映像信号の積算値をＬ可変利得増幅器１１の利得をＧ、と表した際に、第一の焦点評価値Ｖ _１を（式９）記載の演算式を用いて算出する。

また、第二焦点評価値をＶ _２ 、撮像素子８へ被写体を結像させた際に第三の積算手段２８で生成した映像信号の高域周波数成分の積算値をＣ _２ 、撮像素子８への入射光を遮光した際に第三積算手段２８で生成した高域周波数の積算値をＤ _２ 、映像信号積算手段で積算された映像信号の積算値をＬ、可変利得増幅器の利得をＧ、と表した際に、第二焦点評価値Ｖ _２を（式１０）記載の演算式を用いて算出する。

次に、フォーカス制御手段３２は、所定の周期毎に、第二評価値生成手段３１で生成された第二焦点評価値Ｖ _２の変化量ΔＶ _２を所定の第一の閾値ＴＨ _１と比較する第一の比較手段３３と、第一焦点評価値Ｖ _１の変化量ΔＶ _１に対する第二焦点評価値Ｖ _２の変化量ΔＶ _２の比を所定の第二の閾値ＴＨ _２と比較する第二の比較手段３４と、第一の比較手段３３及び第二の比較手段３４の比較結果に基づいてフォーカスレンズ６の移動速度を設定するフォーカス速度設定手段３５と、によって構成されている。

また、フォーカス制御手段３２は、フォーカスレンズ６を所定の方向に移動させた際に、第一の焦点評価値Ｖ _１の変化量ΔＶ _１を予め定められた第三閾値ＴＨ _３と比較し、合焦位置の向きを判定する。 この際、第三閾値ＴＨ _３は、予め、雑音に影響されて誤判定しない値に設定されている。

詳しくは、フォーカス制御手段３２は、第一の焦点評価値Ｖ _１の変化量ΔＶ _１が第三閾値ＴＨ _３よりも大きい（量ΔＶ _１ ＞ＴＨ _３ ）場合には、フォーカスレンズ６を移動させた方向に合焦位置があると判定し、第一の焦点評価値Ｖ _１の変化量ΔＶ _１が第三閾値ＴＨ _３の負の値よりも小さい（ΔＶ _１ ＜（−ＴＨ _３ ））場合には、フォーカスレンズ６を移動させた方向の逆方向側に合焦位置があると判定し、フォーカスレンズ６を合焦位置に向かって移動させる。

フォーカス速度設定手段３５は、フォーカスレンズ６を合焦位置に向かって移動させる際に、第一の比較手段３３において第二の焦点評価値Ｖ _２の変化量ΔＶ _２が第一の閾値ＴＨ _１よりも大きく（ΔＶ _２ ＞ＴＨ _１ ）、且つ第二の比較手段３４において変化量（ΔＶ _２ ／ΔＶ _１ ）の比が第二の閾値ＴＨ _２よりも大きい（（ΔＶ _２ ／ΔＶ _１ ）＞ＴＨ _２ ）場合には、フォーカスレンズ６の位置が合焦位置に近いと判定してフォーカスレンズ６の速度を低速に設定する。 また、フォーカス速度設定手段３５は、低速に設定した後、第二焦点評価値ΔＶ _２が増加から減少に変化する変化点を検出し、この変化点を合焦位置としてフォーカスレンズ６の駆動を停止させる停止信号を出力する。

一方、フォーカス速度設定手段３５は、第一の比較手段３３において第二の焦点評価値の変化量ΔＶ _２が第一閾値ＴＨ _１よりも小さい（ΔＶ _２ ＜ＴＨ _１ ）場合、又は、第二の比較手段３３において変化量の比（ΔＶ _２ ／ΔＶ _１ ）が第二閾値よＴＨ _２よりも小さい（（ΔＶ _２ ／ΔＶ _１ ）＜ＴＨ _２ ）場合には、フォーカスレンズ６の位置が合焦位置から遠いと判定してフォーカスレンズ６の速度を高速に設定する。

この際、第一の比較手段３３において、第一閾値ＴＨ _１は、雑音の影響を考慮し、誤判定することのない適切な値に設定されている。

また、第二の比較手段３４において、第二閾値ＴＨ _２は、合焦時間を短縮しつつピントボケの生じないように、適切な値に設定されている。

つまり、第二閾値ＴＨ _２を大きく設定するに従い、合焦位置の近傍でフォーカスレンズ６の速度が高速から低速に切り替わることになり、フォーカスレンズ６が合焦位置に達する時間が短くなるが、第二閾値ＴＨ _２を大きく設定しすぎると、フォーカスレンズ６が高速で移動している間に合焦位置を通過してしまって、画像のピントボケを生じさせてしまう虞がある。

一方、第二閾値ＴＨ _２を小さく設定しすぎると、フォーカスレンズ６が低速で移動している区間が長くなり、合焦位置に達する時間が短くなる。

次に、ＣＰＵ４０は、フォーカス制御手段３２で得られた結果にもとづき、フォーカス駆動部１７を介して、フォーカスレンズ６の光軸方向の移動及び移動速度を制御する。

次に、図２、図３に基づいて、フォーカス装置１における、フォーカスレンズ６の駆動制御の手順を説明する。 この手順は、ＣＰＵ４０がＲＯＭ４１に格納されたプログラムにもとづいて、各機能部に指令信号を与えて実行する。 また、図２、図３におけるＳはステップを表している。

まず、この手順は、オペレータによってフォーカス装置１に起動信号が入力された際にスタートする。

次いで、図１に表したように、Ｓ１００において、以前に演算されたフォーカス制御のためのデータ（輝度データ、積算値、焦点評価値等）を消去して初期化し、その後、Ｓ１１０に移る。

次いで、Ｓ１１０において、ＣＰＵ４０が、オペレータが選択した撮影条件に基づき、ＲＯＭ４１を介して焦点合せのための画素領域及びその画素領域における読み出し開始位置を取得するとともに、フォーカス制御のための閾値ＴＨ _１ 〜ＴＨ _３を取得し、その後Ｓ１２０に移る。

次いで、Ｓ１２０において、撮像部１００を用いて被写体像の撮影を開始し、Ｂａｙｅｒ配列に対応つけて画素信号を読み込み、その後、Ｓ１３０に移る。

次いで、Ｓ１３０において、フォーカスレンズ６を、予め定められた低速度で、所定の光軸方向に沿って駆動させ、その後、Ｓ１４０に移り、焦点評価値の演算を行う。

焦点評価値の演算は、図３に表したように、Ｓ１４１において、撮像部１００から出力される１フレーム毎の出力周期に対応付けられた同期信号の有無（同期信号とのマッチング）を判定し、同期信号が無い（Ｎｏ）場合には、同期信号があるまで待機し、同期信号が有った（Ｙｅｓ）場合には、Ｓ１４２に移る。

次いで、Ｓ１４２において、輝度信号生成部２１を用い、撮像素子８のＢａｙｅｒ配列に対応つけて、所定のサンプリング毎に、隣接する縦２画素および横２画素の４画素を１単位とする輝度信号を生成し、その後、Ｓ１４３に移る。

次いで、Ｓ１４３において、映像信号積算手段２２を用い、所定の画像領域における輝度信号を積算して第一の積算値Ｌを求め、その後、Ｓ１４４に移る。

次いで、Ｓ１４４において、高域成分積算手段２６を用い、第一ハイパスフィルタ２４を介して生成された映像信号の高周波成分の絶対値の積算値Ｃ _１を生成すると共に、第二ハイパスフィルタ２５を介して生成された映像信号の高周波成分の絶対値の積算値Ｃ _２を生成し、その後、Ｓ１４５に移る。

次いで、Ｓ１４５において、あらかじめ撮像素子８への入射光を遮光した状態で高域成分積算手段２６を用いて算出しておいた、第一ハイパスフィルタ２４を介して生成された読み出し雑音の高周波成分の絶対値の積算値Ｄ _１および、第二ハイパスフィルタ２５を介して生成された読み出し雑音の高周波成分の絶対値の積算値Ｄ _２をＲＯＭ４１より読み出し、その後、Ｓ１４６に移る。 なお、積算値Ｄ _１および積算値Ｄ _２を算出したときの可変利得増幅器１１の利得と、現在の可変利得増幅器１１の利得とが異なる場合は、高域成分積算手段２６で積算される読み出し雑音の高周波成分の絶対値は可変利得増幅器１１の利得は比例するものとして、積算値Ｄ _１および積算値Ｄ _２の値を補正する。

次いで、Ｓ１４６において、第一評価値生成手段３０を用い、（式９）の演算式によって第一の焦点評価値Ｖ _１を算出すると共に、（式１０）の演算式によって第二の焦点評価値Ｖ _２を算出し、その後、図２のＳ１５０に移る。

次いで、Ｓ１５０において、フォーカス制御手段３２を用い、第一の焦点評価値Ｖ _１の変化量ΔＶ _１が第三閾値ＴＨ _３よりも大きい（量ΔＶ _１ ＞ＴＨ _３ ）場合には、フォーカスレンズ６を移動させた方向に合焦位置があると判定し、第一の焦点評価値Ｖ _１の変化量ΔＶ _１が第三閾値ＴＨ _３の負の値よりも小さい（ΔＶ _１ ＜（−ＴＨ _３ ））場合には、フォーカスレンズ６を移動させた方向の逆方向側に合焦位置があると判定し、フォーカスレンズ６を合焦位置に向かって移動させる。

次いで、Ｓ１６０において、Ｓ１４１〜Ｓ１４６と同一の手順を繰り返し、その後、Ｓ１７０に移る。

次いで、Ｓ１７０において、所定の周期毎に、Ｓ１４６で算出された第二焦点評価値Ｖ _２の変化量ΔＶ _２を第一の閾値ＴＨ _１と比較すると共に、第一焦点評価値Ｖ _１の変化量ΔＶ _１に対する第二焦点評価値Ｖ _２の変化量ΔＶ _２の比（ΔＶ _２ ／ΔＶ _１ ）を所定の第二の閾値ＴＨ _２と比較して、ΔＶ _２ ＞ＴＨ _１ 、（ΔＶ _２ ／ΔＶ _１ ）＞ＴＨ _２の両方の条件を満足するか否かを判定し、満足する（Ｙｅｓ）場合には、Ｓ１８０に移る。

一方、Ｓ１７０において、ΔＶ _２ ＞ＴＨ _１ 、（ΔＶ _２ ／ΔＶ _１ ）＞ＴＨ _２のうちの少なくとも何れかを満足しない（Ｎｏ）場合には、Ｓ１７１に移り、フォーカスレンズ６の移動速度を予め定められた高速に設定し、その後、Ｓ１６０〜Ｓ１７０を繰り返し、Ｓ１７０においてΔＶ _２ ＞ＴＨ _１ 、（ΔＶ _２ ／ΔＶ _１ ）＞ＴＨ _２の両方の条件を満足した際にＳ１８０に移る。

次いで、Ｓ１８０において、フォーカスレンズ６の移動速度を予め定められた低速に設定し、その後、Ｓ１９０において前述のＳ１４１〜Ｓ１４６と同一の処理を行う。

次いで、Ｓ２００において、第二焦点評価値の変化量ΔＶ _２が正から負に切り替わる変化の有無を判定し、負に切り替わる変化が有る（Ｙｅｓ）の場合には、その後、Ｓ２１０に移る。 一方、Ｓ２００において負に切り替わる変化が無い（Ｎｏ）の場合には、Ｓ１９０からＳ２００を繰り返し、Ｓ２００において負に切り替わる変化が有る（Ｙｅｓ）と判定された場合に、Ｓ２１０に移る。

次いで、Ｓ２１０において、フォーカスレンズ６が合焦位置に至ったとし、フォーカスレンズ６の駆動を停止し、本フォーカス制御処理の手順を終了する。

なお、本発明における第一積算値生成ステップがＳ１４３によってその機能が発現され、本発明における第二積算値生成ステップがＳ１４４によってその機能が発現され、本発明における第三積算値生成ステップがＳ１４５によってその機能が発現される。

また、本発明における評価値生成ステップがＳ１４６によってその機能が発現され、本発明におけるフォーカス制御ステップがＳ１６０〜Ｓ２１０によってその機能が発現される。

以上、本実施例に記載のフォーカス装置１及びフォーカス制御方法によれば、映像信号積算手段２２において、可変利得増幅器１２を介して出力される映像信号を積算して第一の積算値Ｌを生成し、高域成分積算手段２６において、可変利得増幅器１２を介して出力される映像信号の、高域成分の絶対値を積算して第二の積算値Ｃを生成すると共に、可変利得増幅器を介して撮像素子から出力される読み出し雑音の高域成分の絶対値を積算して第三の積算値Ｄを生成し、評価値生成手段２９が、第二の積算値Ｃと第三の積算値Ｄとの差分に対して、第一の積算値Ｌ及び可変利得増幅器に設定された利得Ｇで除算し、焦点評価値Ｖを生成するように構成されているので、フォーカスレンズ６を合焦位置に向かって移動させる際に、被写体又は撮像部１００に動きが生じても、フォーカスレンズ６が合焦位置から近いか否かを正しく判定してフォーカスレンズの移動速度を適切に制御し、合焦時間の短縮と、フォーカスレンズが合焦位置を通り過ぎた際のピントボケを抑制できる。

また、本実施例に記載のフォーカス装置１及びフォーカス制御方法によれば、フォーカスレンズ６を合焦位置に向かって移動させる際に、第一の比較手段３３において第二の焦点評価値の変化量ΔＶ _２が第一の閾値ＴＨ _１よりも大きく、且つ第二の比較手段３４において変化量の比（ΔＶ _２ ／ΔＶ _１ ）が第二の閾値ＴＨ _２よりも大きい場合には、フォーカスレンズ６の位置が合焦位置に近いと判定してフォーカスレンズ６を低速で移動させ、一方、第一の比較手段３３において第二の焦点評価値の変化量ΔＶ _２が第一の閾値ＴＨ _１よりも小さい場合、又は、第二の比較手段３４において変化量の比（ΔＶ _２ ／ΔＶ _１ ）が第二の閾値ＴＨ _２よりも小さい場合には、フォーカスレンズ６の位置が合焦位置から遠いと判定して前記フォーカスレンズ６を高速で移動させることにより、フォーカスレンズ６の移動速度を適切に制御し、合焦時間を短縮できると共に、フォーカスレンズ６が合焦位置を通り過ぎた際のピントボケを抑制できる。

以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものでなく、各種の態様を取ることができる。

本実施例のフォーカス装置の構成を表すブロック図である。

同実施例のフォーカス制御方法の手順を表すフローチャートである。

図２中の評価値演算の手順を表すフローチャートである。

符号の説明

１…フォーカス装置、２…前部レンズ、３…ズームレンズ、４…Ｉｒｉｓ、５…補正レンズ、６…フォーカスレンズ、７…フィルタ、８…撮像素子、９…ＡＦＥ（Ａｎａｌｏｇ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ）、１０…相関二重サンプリング回路、１１…可変利得増幅器（ＡＧＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）、１２…Ａ／Ｄ変換器、１３…ズーム駆動部、１４…検出部、１５…Ｉｒｉｓ駆動部、１６…検出部、１７…フォーカス駆動部、１８…検出部、１９…ＴＧ（Ｔｉｍｉｎｇ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）、２１…輝度信号生成部、２２…映像信号積算手段（第一積算手段）、２３…高域成分抽出手段、２４…第一ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）、２５…第二ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）、２６…高域成分積算手段、２７…第二積算手段、２８…第三積算手段、２９…評価値生成手段、３０…第一評価値生成手段、３１…第二評価値生成手段、３２…フォーカス制御手段、３３…第一比較手段、３４…第二比較手段、３５…フォーカス速度設定手段、４０…ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）４１…ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、４３…シャッタ。