JP4573032B2 - オートフォーカスシステム - Google Patents

Description

本発明はオートフォーカスシステムに係り、特にコントラスト方式により自動でピント調整を行うオートフォーカスシステムに関する。

テレビカメラ等のビデオカメラで採用されるオートフォーカス（ＡＦ）は、撮像素子により得られた映像信号から被写体画像のコントラストを検出し、そのコントラストが最大（極大）となるようにフォーカスを制御するコントラスト方式が一般的である。被写体画像のコントラストは、例えば、撮像素子により得られた映像信号（輝度信号）から高域周波数成分を抽出し、その高域周波数成分の信号を１フィールド分ずつ積算した積算値によって定量的に検出される。尚、その積算値は、被写体画像のコントラストの高さを示すと共に、合焦の程度を示す値であり、本明細書では焦点評価値というものとする。

また、コントラスト方式のＡＦでは、カメラの撮像範囲の全体、即ち、カメラの撮像素子によって有効に撮像される被写体又は被写体画像の全体をＡＦの対象範囲とするのではなく、撮像範囲のうちの一部の範囲をＡＦの対象範囲とすることが多い。例えば、撮像素子から得られた映像信号のうち、ＡＦの対象範囲とする所定範囲内の映像信号を抽出し、その抽出した範囲の映像信号に基づいて焦点評価値を検出することによって、ＡＦの対象範囲が撮像範囲内の一部の範囲に限定される。尚、本明細書ではＡＦの対象範囲をＡＦエリアといい、そのＡＦエリアの範囲を示す枠（ＡＦエリアの輪郭）をＡＦ枠というものとする。また、例えば特許文献１のように撮像範囲内におけるＡＦエリアの位置等を操作者の操作に従って変更できるようにしたものも知られている。
特開２００２−３６５５１９号公報

ところで、撮像素子から得られた輝度信号のレベルがＡＦエリア内で飽和していると、ピントを合わせたい被写体に対するコントラストを適切に評価することができず、誤った焦点評価値が検出され、ＡＦの誤動作に繋がる。

露光制御がピーク測光で行われている場合には輝度信号の飽和が防止されるが、一般的なカメラでは、ピーク測光で露光制御する場合が少なく、微小面積のスポット光などが飽和していることが多い。仮にピーク測光で露光制御する場合であってもカメラはＡＦエリア内で測光している訳ではないので、ＡＦエリア内の被写体が適正に露光されているとは限らない。特に輝度レベルの高いスポット光が存在する場合にピーク測光で露光制御を行うと、スポット光以外の被写体の輝度レベルが極端に低くなるため、実際に合焦させたい被写体にピントが合わず、スポット光の光源に合焦してしまう等の不具合があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、輝度レベルが飽和するような高輝度の被写体がある場合にそれに起因するＡＦの誤動作を防止することができるオートフォーカスシステムを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載のオートフォーカスシステムは、カメラの光学系によって結像された被写体画像を撮像し、該撮像した被写体画像を示す画像信号を生成する画像信号生成手段と、前記画像信号生成手段によって生成された画像信号に基づいて、オートフォーカスの対象範囲とするＡＦエリア内における被写体画像のコントラストの高さを示す焦点評価値を検出する焦点評価値検出手段と、前記画像信号生成手段によって生成された画像信号に基づいて、前記ＡＦエリア内において輝度レベルが飽和している画素の面積を示す飽和面積を検出する飽和面積検出手段と、前記焦点評価値検出手段によって検出された焦点評価値に基づいて前記光学系のフォーカスを合焦状態となるように制御するオートフォーカス制御手段と、前記飽和面積検出手段により検出された飽和面積と前記ＡＦエリアの面積を示すＡＦエリア面積と前記焦点評価値検出手段により検出された焦点評価値とに基づいて、前記オートフォーカス制御手段によるフォーカスの制御を実行するか否かを判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に基づいて前記オートフォーカス制御手段によるフォーカスの制御を実行又は非実行に切り替える切替手段と、を備え、前記判定手段は、前記飽和面積と前記ＡＦエリア面積とに基づいて前記ＡＦエリア面積に対する前記飽和面積の割合を求めると共に、前記飽和面積と前記ＡＦエリア面積と前記焦点評価値とに基づいて前記ＡＦエリア内において輝度レベルが飽和していない画素に対する単位面積当たりの焦点評価値の大きさを求め、前記ＡＦエリア面積に対する前記飽和面積の割合が所定の基準値以上の場合、及び、前記ＡＦエリア内において輝度レベルが飽和していない画素に対する単位面積当たり焦点評価値の大きさが所定の基準値より小さい場合のうち少なくともいずれか一方の場合に、前記オートフォーカス制御手段によるフォーカスの制御を実行しないと判定することを特徴としている。

本発明によれば、ＡＦエリア面積と飽和面積、又は、それらと焦点評価値に基づいてオートフォーカス（ＡＦ）制御を実行するか否かを判定するようにしたため、輝度レベルが飽和している被写体がＡＦエリア内にある場合にその被写体によってＡＦの誤動作が生じる可能性が高いか否かを適切に判断することができ、ＡＦの誤動作が生じる可能性が高い場合にはＡＦ制御を実行しないようにすることができる。従って、ＡＦの誤動作が好適に防止され、また、不必要にＡＦ制御が停止することも低減される。

請求項２に記載のオートフォーカスシステムは、請求項１に記載の発明において、前記判定手段が用いる前記基準値を任意の値に変更する基準値変更手段を備えたことを特徴としている。本発明によれば、ＡＦ制御を実行するか否かを判定条件を被写体条件等に応じて適切な条件に設定することができる。

請求項３に記載のオートフォーカスシステムは、請求項１又は２に記載の発明において、前記判定手段による判定結果を表示する表示手段を備えたことを特徴としている。本発明によれば、ＡＦ制御が実行されているか否かを操作者が知ることができる。

請求項４に記載のオートフォーカスシステムは、請求項１乃至３のうちいずれか１に記載の発明において、前記カメラはレンズ交換可能なカメラであって、前記カメラの光学系は、前記カメラに着脱可能に装着されるレンズ装置の光学系であることを特徴としている。例えば、放送用テレビカメラで採用されている態様である。

請求項５に記載のオートフォーカスシステムは、請求項１乃至４のうちいずれか１に記載の発明において、前記画像信号生成手段は、前記カメラの光学系によって結像される被写体画像を撮像するＡＦ用撮像素子を備え、該ＡＦ用撮像素子は、記録又は再生用に前記被写体画像を撮像する映像用撮像素子とは別に前記レンズ装置に設けられ、前記光学系において前記映像用撮像素子に被写体光を導く本線光路から分岐した被写体光によって結像された被写体画像を撮像することを特徴としている。本発明は、記録又は再生用の映像用撮像素子と異なるＡＦ用撮像素子によってＡＦ用の画像信号を取得する態様を示している。

請求項６に記載のオートフォーカスシステムは、請求項１乃至５のうちいずれか１に記載の発明において、前記ＡＦ用撮像素子は、光路長が異なる位置に複数の撮像面を配置する１又は複数の撮像素子であって、前記オートフォーカス制御手段は、前記前記複数の撮像面により撮像された複数の被写体画像に対する焦点評価値に基づいて前記光学系のフォーカスを合焦状態となるように制御することを特徴としている。本発明は、いわゆる光路長差方式のＡＦを採用したシステムを示している。

本発明に係るオートフォーカスシステムによれば、輝度レベルが飽和するような高輝度の被写体がある場合にそれに起因するＡＦの誤動作を防止することができる。

以下、添付図面に従って本発明に係るオートフォーカスシステムの好ましい実施の形態について詳説する。

図１は、本発明が適用されるレンズシステムの全体構成を示したブロック図である。同図に示すレンズシステムは、例えばテレビ放送用のテレビカメラに使用されるシステムであり、撮影レンズ（光学系）と制御系とから構成されている。

図示しないが撮影レンズはテレビカメラにマウント結合されるレンズ鏡胴内に各種光学部品を配置した構成となっており、図１には、その光学部品としてフォーカス調整のために光軸方向に移動可能に配置されたフォーカスレンズ（群）ＦＬ、ズーム調整（焦点距離調整）のために光軸方向に移動可能に配置されたズームレンズ（群）ＺＬ、光量調整のために開閉動作する絞りＩが示されている。尚、撮影レンズのレンズ鏡胴には図１に示した以外の固定のレンズ群等が配置されている。

撮影レンズに入射した被写体光は、その撮影レンズを装着した図示しないカメラ本体（カメラヘッド）の撮像素子の撮像面（結像面）に結像され、撮像素子によって光電変換された後、カメラ本体内の信号処理部により所定の信号処理が施される。これによって撮影レンズを介してカメラ本体の撮像素子により撮像された映像（被写体画像）が所定形式（例えばＮＴＳＣ方式）の映像信号としてカメラ本体により生成される。

レンズ装置の制御系には、図１に示すようにフォーカスレンズＦＬ、ズームレンズＺＬ、絞りＩの各々に連結されたフォーカス用モータＦＭ、ズーム用モータＺＭ、絞り用モータＩＭ、ポテンショメータＦＰ、ＺＰ、ＩＰや、レンズ装置全体を統括的に制御するレンズ制御用ＣＰＵ１０、詳細を後述するオートフォーカス（ＡＦ）制御の際にピント情報（焦点評価値等）を検出するＡＦ処理部１２等が配置されている。また、レンズ装置には、付属装置としてフォーカス操作のためのフォーカスデマンド１８やズーム操作のためのズームデマンド２０が接続されている。

上記フォーカスレンズＦＬ、ズームレンズＺＬ、絞りＩはそれぞれフォーカス用モータＦＭ、ズーム用モータＺＭ、絞り用モータＩＭによって電動で駆動されるようになっており、各モータＦＭ、ＺＭ、ＩＭは、レンズ制御用ＣＰＵ１０から出力された駆動信号がＤ／Ａ変換器１６を介して各アンプＦＡ、ＺＡ、ＩＡに与えられることによって、その駆動信号の値に応じた回転速度で駆動されるようになっている。また、フォーカスレンズＦＬ、ズームレンズＺＬ、絞りＩの現在位置の情報が各ポテンショメータＦＰ、ＺＰ、ＩＰからレンズ制御用ＣＰＵ１０に与えられるようになっている。

これによって、レンズ制御用ＣＰＵ１０は、各モータＦＭ、ＺＭ、ＩＭを駆動してフォーカスレンズＦＬ、ズームレンズＺＬ、絞りＩの位置や動作速度を制御することができるようになっている。

フォーカスレンズＦＬの制御（フォーカス制御）には、マニュアルフォーカス（ＭＦ）とオートフォーカス（ＡＦ）とがあり、所定の操作によってＭＦとＡＦとを切り替えることができるようになっている。

ＭＦ時では、フォーカスデマンド１８の所定のマニュアル操作部材の操作に従ってフォーカスデマンド１８から出力されるフォーカス制御信号がＡ／Ｄ変換器１４を介してレンズ制御用ＣＰＵ１０によって読み取られ、そのフォーカス制御信号によって指定された目標位置又は目標速度（一般的には目標位置）に一致するようにフォーカスレンズＦＬの位置又は動作速度がレンズ制御用ＣＰＵ１０によって制御される。

一方、ＡＦ時では、詳細を後述するＡＦ処理部１２によって検出される被写体画像のコントラストの高さを示す焦点評価値がレンズ制御用ＣＰＵ１０によって読み取られ、その焦点評価値に基づいて合焦状態となるようにフォーカスレンズＦＬが制御される。

ズームレンズＺＬの制御（ズーム制御）の場合、ズームデマンド２０の所定のマニュアル操作部材の操作に従ってズームデマンド２０から出力されるズーム制御信号がＡ／Ｄ変換器１４を介してレンズ制御用ＣＰＵ１０によって読み取られ、そのズーム制御信号によって指定された目標位置又は目標速度（一般的には目標速度）に一致するようにズームレンズＺＬの位置又は動作速度がレンズ制御用ＣＰＵ１０によって制御される。

絞りＩの制御（絞り制御）の場合、例えば、図示しないカメラ本体から与えられるアイリス制御信号がレンズ制御用ＣＰＵ１０によって読み取られ、そのアイリス制御信号によって指定された位置（開口度）に一致するように絞りＩの位置がレンズ制御用ＣＰＵ１０によって制御される。

次に、ＡＦ処理について詳説する。図２は、ＡＦ処理に関連する処理部を示しており、図１におけるレンズ制御用ＣＰＵ１０と、ＡＦ処理部１２の具体的な構成回路等が示されている。同図に示すようにＡＦ処理部１２には、ＡＦ用ＣＰＵ３０、Ａ／Ｄ変換器３２、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３４、ゲート回路３６、加算回路３８、輝度レベル検出回路４０、飽和面積検出回路４２等から構成される。

ＡＦ処理部１２には、カメラ本体で撮影された映像の映像信号（輝度信号）がカメラ本体から与えられており、その輝度信号は、まず、Ａ／Ｄ変換器３２によってデジタル信号に変換される。続いて、ＨＰＦ３４によって輝度信号の周波数成分のうちの高域周波数成分のみが抽出され、その高域周波数成分の輝度信号がゲート回路３６に入力される。ゲート回路３６では、カメラ本体の撮像素子での撮像範囲（撮影範囲）のうち、即ち、映像信号を再生した際の映像の画面範囲のうち、ＡＦの対象範囲とするＡＦエリア内の輝度信号のみが抽出される。尚、ＡＦエリアについては後述する。

ゲート回路３６によって抽出されたＡＦエリア内の高域周波数成分の輝度信号は、続いて加算回路３８に入力され、加算回路３８によって１画面分（１フィールド分）ずつ積算される。これによって１画面分の輝度信号ごとに順次得られる積算値は映像（被写体画像）のコントラストの高さを示す焦点評価値であり、その焦点評価値はＡＦ用ＣＰＵ３０によって読み取られる。

ここで、ＡＦエリアについて説明すると、図３に示すようにカメラ本体の撮像素子によって有効に被写体画像が撮像される撮像範囲５０（撮像画面）内において、ＡＦの対象範囲とするＡＦエリア５２が例えば矩形状の範囲として設定される。ＡＦエリア５２の位置が固定の場合には一般に撮像範囲の中央に設定されるが、所定のコントローラでの操作者の操作等に従ってゲート回路３６での輝度信号の抽出範囲を変更することによって、ＡＦエリア５２の位置や大きさ等を変更できるようにすることも可能である。尚、ＡＦの対象範囲が撮像範囲全体の場合もあり、その場合には撮像範囲全体をＡＦエリアとみなすことができる。

図２においてレンズ制御用ＣＰＵ１０は、上述のようにして検出される焦点評価値をＡＦ用ＣＰＵ３０から取得し、取得した焦点評価値が最大（極大）となるようにフォーカスレンズＦＬを制御することによって、ＡＦエリア内の被写体に撮影レンズのフォーカスを合焦させる。具体的には、例えば、フォーカスレンズＦＬを光軸方向の前後に微小量移動（ワブリング）させ、前後の移動端での焦点評価値をＡＦ処理部１２のＡＦ用ＣＰＵ３０から取得する。そして、各移動端での焦点評価値を比較することによって焦点評価値が増加する方向を検出し、その方向にフォーカスレンズＦＬを所定量又は所定速度で移動させる。これを繰り返して、ワブリングによって焦点評価値の増加方向が検出されない状態、即ち、焦点評価値が極大となったところでフォーカスレンズＦＬを停止させる。これによって、撮影レンズのフォーカスが合焦状態となる位置にフォーカスレンズＦＬが設定される。

一方、ＡＦ処理部１２の輝度レベル検出回路４０では、カメラ本体から得られる輝度信号の信号レベル（輝度レベル）が検出され、飽和面積検出回路４２では、その輝度レベル検出回路４０の検出結果に基づいてＡＦエリア内において輝度レベルが飽和している画素の面積（飽和面積）が検出される。そして、飽和面積検出回路４２によって検出された飽和面積の値がＡＦ用ＣＰＵ３０によって読み取られる。

本実施の形態において飽和面積は、ＡＦエリア内において輝度信号のレベル（輝度レベル）が飽和している時間の総和によって求められようになっている。例えば、図４（Ａ）に示すように撮像範囲５０に設定されたＡＦエリア５２内に輝度レベルが飽和している画素範囲５４があるものとする。このとき、その画素範囲５４を通過する走査線の輝度信号には輝度レベルが飽和している部分が生じている。ＡＦエリア５２の画像を拡大して示した同図（Ｂ）において走査線ａ、ｂ、ｃに着目すると、そられの走査線ａ、ｂ、ｃに対応するＡＦエリア５２内における輝度信号は、同図（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）に示すような信号となる。走査線ａは輝度レベルが飽和している画素範囲５４を通過していないため、同図（Ｃ）に示すように走査線ａに対応する輝度信号は輝度レベルが飽和したときの飽和レベルに達していない。

一方、同図（Ｄ）、（Ｅ）に示すように走査線ｂ、ｃに対応する輝度信号では、走査線ｂ、ｃが画素範囲５４を通過しているため、輝度レベルが飽和したときの飽和レベルに達している範囲がある。飽和面積検出回路４２は、同図（Ｄ）、（Ｅ）の輝度信号のように輝度レベルが飽和している場合にその飽和している時間（飽和時間）を検出する。例えば、同図（Ｄ）、（Ｅ）の輝度信号ではそれぞれ飽和時間ｔ１、ｔ２が検出される。飽和面積検出回路４２は、ＡＦ用ＣＰＵ３０からＡＦエリアの範囲を取得し、そのＡＦエリアにおける全ての走査線の輝度信号に対して輝度レベルが飽和している時間を検出する。そして、検出した時間ｔ１、ｔ２、…、を加算（ｔ１＋ｔ２＋・・・）することによってＡＦエリアでの飽和面積を検出する。このようにして飽和面積検出回路４２によって検出された飽和面積はＡＦ用ＣＰＵ３０に与えられる。

また、ＡＦ用ＣＰＵ３０は、ゲート回路３６での信号抽出範囲として設定したＡＦエリアの面積（ＡＦエリア面積）を算出する。ＡＦエリア面積は、ＡＦエリアにおける輝度信号の走査に要する時間として算出される。

ＡＦ用ＣＰＵ３０は、飽和面積検出回路４２から読み取った飽和面積とＡＦエリア面積とを上記焦点評価値と共にピント情報としてレンズ制御用ＣＰＵ１０に与える。

尚、飽和面積やＡＦエリア面積は、時間を単位とする飽和面積やＡＦエリア面積に対して定数を乗じて得られる画素数（ピクセル数）等によって求めるようにしてもよい。

レンズ制御用ＣＰＵ１０は、ＡＦ用ＣＰＵ３０から取得したピント情報に基づいて、輝度レベルが飽和している被写体による焦点評価値への影響を考慮し、上述のようなＡＦ制御を実行するか否かを判断することによって、輝度レベルが飽和していることによるＡＦの誤動作を防止する。ここで、輝度レベルが飽和していることによる不具合について説明すると、ＡＦエリア内に存在している被写体であって、輝度レベルが飽和しない被写体に着目した場合に、図５（Ａ）は、ＡＦエリア５２内においてその被写体６０に合焦している状態（合焦状態）の画像を示し、図６（Ａ）は、その被写体６０に合焦していない状態（非合焦状態）の画像を示している。そして、図５（Ｂ）、図６（Ｂ）は、それぞれ合焦状態と非合焦状態での被写体６０に対して得られる輝度信号を示し、図５（Ｃ）、図６（Ｃ）は、それぞれ合焦状態と非合焦状態での被写体６０に対して得られる輝度信号の高域周波数成分を示している。これらの図から分かるように輝度レベルが飽和しない被写体６０に対しては、合焦状態となる方が非合焦状態のときよりも輝度信号の高域周波数成分が大きく、焦点評価値が大きくなるため、適切な焦点評価値が得られる。即ち、ＡＦエリア５２内に輝度レベルが飽和しない被写体のみがある場合にはＡＦ制御が適切に行われる。

一方、ＡＦエリア内に輝度レベルが飽和するような被写体があり、その被写体に着目した場合に、図７（Ａ）は、その被写体６０に合焦している状態（合焦状態）の画像を示し、図８（Ａ）は、その被写体６０に合焦していない状態（非合焦状態）の画像を示している。そして、図７（Ｂ）、図８（Ｂ）は、それぞれ合焦状態と非合焦状態での被写体６０に対して得られる輝度信号を示し、図７（Ｃ）、図８（Ｃ）は、それぞれ合焦状態と非合焦状態での被写体６０に対して得られる輝度信号の高域周波数成分を示している。図７（Ｂ）、図８（Ｂ）に示すように輝度レベルが飽和するような輝度の高い被写体の場合、非合焦状態の場合でも輝度信号の高域周波数成分が小さくならない場合があり、そのため適切な焦点評価値が得られない。即ち、ＡＦエリア内に輝度レベルが飽和するような被写体があると適切な焦点評価値が得られないためＡＦの誤動作を招くおそれがある。従って、このような場合にはＡＦ制御を実行しないようにすると確実にＡＦの誤動作を防止することができる。

しかしながら、ＡＦエリア内に輝度レベルが飽和するような被写体がある場合であっても、それ以外の被写体の画像のコントラストがＡＦエリア全体の焦点評価値として十分に反映されている場合にはＡＦの誤動作は生じないため、そのような場合にもＡＦ制御を実行しないとすると、不必要にＡＦを制限していることになる。

そこで、レンズ制御用ＣＰＵ３０は、以下に詳説するようにピント情報として取得した焦点評価値、飽和面積、ＡＦエリア面積に基づいて、ＡＦの誤動作が生じるか否かを的確に判断し、それに応じてＡＦ制御の実行と非実行を切り替えるようにしている。

図９は、レンズ制御用ＣＰＵ１０のＡＦに関する処理手順を示したフローチャートである。レンズ制御用ＣＰＵ１０は、所要の初期設定を行った後（ステップＳ１０）、ＡＦ以外の処理を実行する（ステップＳ１２）。続いて、ＡＦ処理が必要か否か、即ち、ＭＦではなくＡＦによりフォーカス制御が選択されているか否かを判定する（ステップＳ１４）。ＮＯと判定した場合にはステップＳ１０に戻り、ＹＥＳと判定した場合には以下のＡＦ処理を開始する。

ＡＦ処理を開始すると、まず、ＡＦ用ＣＰＵ３０にピント情報を要求する（ステップＳ１６）。そして、ＡＦ用ＣＰＵ３０からピント情報、即ち、焦点評価値Ｖ、ＡＦエリア面積Ａ、飽和面積Ｓを受信する（ステップＳ１８）。

続いて、レンズ制御用ＣＰＵ１０は、図２に示されている基準値Ｋ０設定手段４４と、基準値Ｋ１設定手段４６からそれぞれ基準値Ｋ０と基準値Ｋ１を読み込む（ステップＳ２０）。尚、基準値Ｋ０設定手段４４と基準値Ｋ１設定手段４６は、基準値Ｋ０、Ｋ１を記憶しておくと共に、所望の値の基準値Ｋ０、Ｋ１に書き換えることができるメモリであってもよいし、マニュアル操作によって基準値Ｋ０、Ｋ１を変更することができるツマミ（ボリューム）等であってもよい。

次に、レンズ制御用ＣＰＵ１０は、ＡＦエリア面積Ａに対する飽和面積Ｓの割合を求めて変数Ｄ０（面積比）に代入する（ステップＳ２２）。即ち、面積比Ｄ０＝Ｓ／Ａを計算する。続いて、その面積比Ｄ０が基準値Ｋ０より小さいか否かを判定する（ステップＳ２４）。ここで、ＮＯと判定した場合、即ち、ＡＦエリア面積Ａに対して飽和面積Ｓの割合が一定の基準を超えていると判断した場合には、ＡＦの誤動作が生じる可能性が高いため、焦点評価値ＶによるＡＦ制御を行わず（停止し）（ステップＳ３０）、ＡＦ非動作の表示を例えばレンズ装置等に設置された表示器又は撮影映像を表示するビューファインダ等に行う（ステップＳ３２）。そして、ステップＳ１２に戻る。尚、ＡＦ非動作の表示や後述のＡＦ動作中の表示を行う表示手段は、どのような表示器に表示を行うものであってもよいし、表示形態も文字情報やランプの点灯／消灯等どのような形態であってもよい。

一方、ステップＳ２４においてＹＥＳと判定した場合、即ち、ＡＦエリア面積Ａに対して飽和面積Ｓの割合が一定の基準よりも小さいと判断した場合には、続いて、変数Ｄ１を次式、
Ｄ１＝（Ｖ−ｋ・Ｓ）／（Ａ−Ｓ）
により算出する（ステップＳ２６）。尚、ｋは定数である。即ち、変数Ｄ１は、ＡＦエリア全体の画像に対する焦点評価値Ｖから輝度レベルが飽和している画素による焦点評価値ｋ・Ｓを引くことによって得られる輝度レベルが飽和していない画素による焦点評価値（Ｖ−ｋ・Ｓ）と、輝度レベルが飽和していない画素の面積（Ａ−Ｓ）との比を表し、輝度レベルが飽和していない画素の単位面積当たりから得られる焦点評価値の大きさを表す。

続いてレンズ制御用ＣＰＵ１０は、その変数Ｄ１が基準値Ｋ１より大きいか否かを判定する（ステップＳ２８）。ＮＯと判定した場合、即ち、輝度レベルが飽和していない画素によって十分な焦点評価値が得られていない場合には、ステップＳ３０に移行し、焦点評価値ＶによるＡＦ制御を行わず（ステップＳ３０）、ＡＦ非動作の表示を行って（ステップＳ３２）、ステップＳ１２に戻る。

ステップＳ２８においてＹＥＳと判定した場合、即ち、輝度レベルが飽和していない画素によって十分な大きさの焦点評価値が得られている場合には、ＡＦが誤動作する可能性が少ないと考えられるため、焦点評価値ＶによりＡＦ制御を実行し（ステップＳ３４）、ＡＦ動作中の表示をレンズ装置等に設置された表示器又は撮影映像を表示するビューファインダ等に行う（ステップＳ３６）。そして、ステップＳ１２に戻る。

以上のＡＦ処理によれば、ＡＦエリア内の被写体画像の輝度レベルが飽和することによるＡＦの誤動作を適切に防止することができると共に、不必要にＡＦを停止させることも低減される。尚、上記ステップＳ２４と、ステップＳ２８の判定のうちいずれか一方のみの判定によってＡＦ制御を実行するか否かを決定するようにしてもよい。また、ステップＳ２８の判定に使用するためにステップＳ２６で算出した値Ｄ１は、ステップＳ２６で示した式に限らず他の式によって求められる値であってもよい。

以上、上記実施の形態では、ＡＦエリア面積Ａに対する飽和面積Ｓの割合等によってＡＦ制御を実行するか否かを判断するか否かを判定するようにしたが、これに限らず、飽和面積Ｓを検出する代わりにＡＦエリア内において輝度レベルが飽和している画素の有無を検出し、輝度レベルが飽和している画素がない場合（飽和面積Ｓが０の場合）にＡＦ制御を実行し、ＡＦエリア内において輝度レベルが飽和している画素が有る場合（飽和面積Ｓが０でない場合）にはＡＦ制御を実行しないと判定するようにしてもよい。これによれば、不必要にＡＦ制御を実行しない場合が生じるが輝度レベルの飽和によるＡＦの誤動作を確実に防止することができる。また、ＡＦエリア面積Ａとは無関係に飽和面積Ｓが所定の基準値以下の場合にＡＦ制御を実行し、飽和面積Ｓが前記基準値を超える場合にＡＦ制御を実行しないようにしてもよい。このときの基準値は任意の値に変更できるようにしてもよく、基準値０とした場合には、輝度レベルが飽和している画素の有無によってＡＦ制御を実行するか否かを判定する場合に等しい。

また、上記実施の形態では、レンズ装置のＡＦ処理部１２は、カメラ本体から映像信号を取得する場合を示したが、これに限らない。即ち、上記実施の形態では、カメラ本体に搭載されている撮像素子は、記録又は再生用の被写体画像（映像）を撮像するための映像用撮像素子であり、その映像用撮像素子から得られた映像信号に基づいて焦点評価値が生成されるようになっている。これに対して、本発明は、上記実施の形態のように映像用撮像素子から得られる映像信号ではなく、ＡＦ用の撮像素子（ＡＦ用撮像素子）から得られた映像信号により焦点評価値を検出するシステムであっても適用できる。このようなシステムでは、例えば、ＡＦ用撮像素子がレンズ装置（又はカメラ本体）に配置されると共に、撮影レンズに被写体光を分割するハーフミラー等の光分割手段が配置され、カメラ本体の映像用撮像素子の撮像面に結像される被写体画像と等価な被写体画像がＡＦ用撮像素子の撮像面に結像されるようになっている。上記ＡＦ処理部１２は、このようなＡＦ用撮像素子から映像信号（輝度信号）を取得することによって上記実施の形態と同様にＡＦ制御を行うことができる。

また、本発明は、いわゆる光路長差方式のＡＦを採用したオートフォーカスシステムにおいても適用できる。このシステムでは、上記ＡＦ用撮像素子の撮像面として、光路長差が異なる位置に複数（例えば２つ）の撮像面が配置される。これらの撮像面は、異なるＡＦ用撮像素子の撮像面である場合や、同一の撮像素子の撮像面において光路長差を設けてある場合もある。そして、ＡＦ用撮像素子の各撮像面により、映像用撮像素子の撮像面に対して例えば前後等距離の位置で結像される被写体画像が撮像される。上記ＡＦ処理部１２に相当する処理部では、ＡＦ用撮像素子の各撮像面で撮像して得られた映像信号（輝度信号）から各々の焦点評価値が検出される。そして、それらの焦点評価値を比較することによってピント状態（合焦、前ピン、後ピン）が検出され、そのピント状態に基づいて撮影レンズのフォーカスレンズを制御することによって撮影レンズのフォーカスが合焦状態に設定される。このシステムにおいて、ＡＦ用撮像素子のいずれかの撮像面から得られた輝度信号に基づいてＡＦエリア内の飽和面積を検出し、その飽和面積と、飽和面積の検出に使用した撮像面と同一の撮像面から得られる焦点評価値と、ＡＦエリア面積とを用いて上記実施の形態と同様にＡＦ制御を実行するか否かを判定することができる。

図１は、本発明が適用されるレンズシステムの全体構成を示したブロック図である。 図２は、ＡＦ処理に関連する処理部を示した構成図である。 図３は、ＡＦエリアの説明に使用した説明図である。 図４は、飽和面積の説明に使用した説明図である。 図５は、輝度レベルが飽和していることによる不具合の説明に使用した説明図である。 図６は、輝度レベルが飽和していることによる不具合の説明に使用した説明図である。 図７は、輝度レベルが飽和していることによる不具合の説明に使用した説明図である。 図８は、輝度レベルが飽和していることによる不具合の説明に使用した説明図である。 図９は、レンズ制御用ＣＰＵのＡＦに関する処理手順を示したフローチャートである。

符号の説明

１０…レンズ制御用ＣＰＵ、１２…ＡＦ処理部、ＦＬ…フォーカスレンズ（群）、ＦＭ…フォーカス用モータ、ＦＰ…ポテンショメータ、３０…ＡＦ用ＣＰＵ、３２…Ａ／Ｄ変換器、３４…ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）、３６…ゲート回路、３８…加算回路、４０…輝度レベル検出回路、４２…飽和面積検出回路

Claims (6)

1. カメラの光学系によって結像された被写体画像を撮像し、該撮像した被写体画像を示す画像信号を生成する画像信号生成手段と、
   前記画像信号生成手段によって生成された画像信号に基づいて、オートフォーカスの対象範囲とするＡＦエリア内における被写体画像のコントラストの高さを示す焦点評価値を検出する焦点評価値検出手段と、
   前記画像信号生成手段によって生成された画像信号に基づいて、前記ＡＦエリア内において輝度レベルが飽和している画素の面積を示す飽和面積を検出する飽和面積検出手段と、
   前記焦点評価値検出手段によって検出された焦点評価値に基づいて前記光学系のフォーカスを合焦状態となるように制御するオートフォーカス制御手段と、
   前記飽和面積検出手段により検出された飽和面積と前記ＡＦエリアの面積を示すＡＦエリア面積と前記焦点評価値検出手段により検出された焦点評価値とに基づいて、前記オートフォーカス制御手段によるフォーカスの制御を実行するか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段の判定結果に基づいて前記オートフォーカス制御手段によるフォーカスの制御を実行又は非実行に切り替える切替手段と、
   を備え、
   前記判定手段は、前記飽和面積と前記ＡＦエリア面積とに基づいて前記ＡＦエリア面積に対する前記飽和面積の割合を求めると共に、前記飽和面積と前記ＡＦエリア面積と前記焦点評価値とに基づいて前記ＡＦエリア内において輝度レベルが飽和していない画素に対する単位面積当たりの焦点評価値の大きさを求め、前記ＡＦエリア面積に対する前記飽和面積の割合が所定の基準値以上の場合、及び、前記ＡＦエリア内において輝度レベルが飽和していない画素に対する単位面積当たり焦点評価値の大きさが所定の基準値より小さい場合のうち少なくともいずれか一方の場合に、前記オートフォーカス制御手段によるフォーカスの制御を実行しないと判定することを特徴とするオートフォーカスシステム。
2. 前記判定手段が用いる前記基準値を任意の値に変更する基準値変更手段を備えたことを特徴とする請求項１のオートフォーカスシステム。
3. 前記判定手段による判定結果を表示する表示手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２のオートフォーカスシステム。
4. 前記カメラはレンズ交換可能なカメラであって、前記カメラの光学系は、前記カメラに着脱可能に装着されるレンズ装置の光学系であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１のオートフォーカスシステム。
5. 前記画像信号生成手段は、前記カメラの光学系によって結像される被写体画像を撮像するＡＦ用撮像素子を備え、該ＡＦ用撮像素子は、記録又は再生用に前記被写体画像を撮像する映像用撮像素子とは別に前記レンズ装置に設けられ、前記光学系において前記映像用撮像素子に被写体光を導く本線光路から分岐した被写体光によって結像された被写体画像を撮像することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１のオートフォーカスシステム。
6. 前記ＡＦ用撮像素子は、光路長が異なる位置に複数の撮像面を配置する１又は複数の撮像素子であって、前記オートフォーカス制御手段は、前記複数の撮像面により撮像された複数の被写体画像に対する焦点評価値に基づいて前記光学系のフォーカスを合焦状態となるように制御することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１のオートフォーカスシステム。

Images