JP2002116372A

JP2002116372A - 自動合焦装置、その合焦方法、およびその方法をコンピュータで実行するためのプログラムが格納されているコンピュータが読み取り可能な記録媒体

Info

Publication number: JP2002116372A
Application number: JP2000309800A
Authority: JP
Inventors: Masaki Sato; 正喜佐藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-10-10
Filing date: 2000-10-10
Publication date: 2002-04-19

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成で高速に合焦動作が可能な自動合
焦装置を提供すること。【解決手段】本発明にかかる自動合焦装置を適用した
デジタルカメラは、光軸方向に直交しかつ互いに直交す
る２方向に対して、各々異なる屈折率を有する補助レン
ズ１０１Ｂを含み、被写体を結像するためのレンズ系
と、撮像エリアの少なくとも一部にＡＦエリアが設定さ
れ、レンズ系により結像される被写体像を画像データに
変換するカラーイメージセンサー１０３と、ＡＦエリア
の画像データのボケ特性を示す点像分布を求め、点像の
大きさおよび縦横差に基づいて、合焦点の方向と合焦点
までの距離を推定する距離方向算出部１１１と、合焦状
態にあるか否かを判断し、合焦状態にないと判断した場
合に、推定された合焦点の方向に合焦点までの距離だ
け、レンズ系またはカラーイメージセンサー１０３を移
動させる焦点調整駆動装置１１２とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、自動合焦装置、
その合焦方法、およびその方法をコンピュータで実行す
るためのプログラムが格納されているコンピュータが読
み取り可能な記録媒体に関し、詳細には、ビデオカメ
ラ、デジタルカメラ等の撮像素子を用いた画像入力機器
に適用される自動合焦装置、その合焦方法、およびその
方法をコンピュータで実行するためのプログラムが格納
されているコンピュータが読み取り可能な記録媒体に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年のデジタルカメラ市場の激化に伴
い、低コスト化が要求され部品点数の削減が重要課題と
なってきている。かかる環境の中、デジタルカメラの主
要部品の一つにマイクロプロセッサ（ＤＳＰ含む）があ
るが、最近のマイクロプロセッサは低価格でありながら
デジタルカメラのコントローラとしての処理能力を十分
に上回る性能に至っている。このため、例えば、銀塩カ
メラの測距モジュール（ＡＦセンサー）部品の機能を、
デジタルカメラでは撮像系＋デジタル信号処理で代用す
る方向にある。デジタルカメラの合焦方式としては、主
なものに、「山登り法」や「相関法」があり、以下、
「山登り法」と「相関法」について説明する。

【０００３】一般に知られている「山登り法」による合
焦方式では、画像の取り込み位置でのＡＦ評価値（画像
の高周波成分から算出）を得ることができるが、ＡＦ用
レンズ位置の前方または後方のいずれの方向に合焦点が
あるのか、また、どの程度の距離に合焦点が存在するの
かを検出することは困難である。このため、極大点を避
けて合焦位置を検出するには、レンズ移動範囲の全域の
ＡＦ評価値が必要となるため、この全域分の撮影回数が
必要となり、かつ合焦点位置まで戻す操作が加わり、正
確な焦点位置を得るまでに時間がかかるという問題があ
る。

【０００４】「相関法」には、自己相関法と相互相関法
がある。まず、自己相関法による合焦方式では、２つ以
上の異なる光束について、１つのフレームに撮像するも
のであるが、１フレーム分の取り込み画像からフォーカ
ス情報を得ることができる反面、同一データによる相関
であるため、自己相関係数の原点位置（合焦点）におい
て非常に高いピーク値を示す結果となる。したがって、
合焦点近傍ではこのピーク値によってＡＦ情報が埋もれ
てしまうため、合焦点近傍では合焦点の検出が困難とな
り、合焦点近傍では他の方式によって合焦点を検出しな
ければならないという問題がある。

【０００５】一方、相互相関法による合焦方式では、２
つの異なる光束について、それぞれのＡＦエリアについ
て撮像するが、これは２つの画像メモリを用意する必要
がある反面、自己相関法のような、原点位置に非常に高
いピーク値を生じることはない。このことから、合焦点
近傍から遠方までこのピーク値に埋もれることなくフォ
ーカス情報を得ることができる。しかしながら、相互相
関法では、フォーカス情報を得るためにＡＦ用絞り板で
２つの異なる光束を用意する必要があり、撮影時にはこ
のＡＦ用絞り板は不必要になるといった問題がある。ま
た、ＡＦ用絞り板は開口部サイズが固定であり、イメー
ジセンサーで受光する光量を最適化することが困難であ
るという問題がある。

【０００６】また、点像分布を用いて合焦点を検出する
方法も提案されている。例えば、特開平０５−０２２６
４３号公報に記載された「オートフォーカス装置」は、
フォーカシングレンズと、光軸に対し直交する２軸にお
ける屈折率が異なる補助レンズと、上記フォーカシング
レンズと上記補助レンズを介して、被写体を撮像する撮
像手段と、この撮像手段から出力される画像信号を記憶
する記憶手段と、この記憶手段に記憶された１フレーム
分の画像信号のうち、上記補助レンズの屈折率の異なる
２軸に対応する画像信号を取り出し、これらの画像信号
のレベル差を検出して上記フォーカシングレンズの位置
情報を検出する位置検出手段と、上記位置検出手段によ
って検出された位置情報に基づいて、上記フォーカシン
グレンズを移動させるレンズ駆動制御装置とを備えたも
のである。すなわち、特開平０５−０２２６４３号公報
に記載された「オートフォーカス装置」は、補助レンズ
として円柱レンズを利用することにより、水平方向の合
焦点と垂直方向の合焦点の位置が異なるようにすること
で、水平方向高周波成分と垂直方向高周波成分の差分を
検出して合焦点の方向を推定している。

【０００７】さらに、被写体光の色収差を利用して合焦
点を検出する方法も提案されている。例えば、特開平０
６−１３８３６２号公報に記載された「オートフォーカ
ス装置」は、所定の色収差を備えたレンズと、このレン
ズを介して、被写体を撮像する撮像手段と、この撮像手
段から出力される色信号の振幅値を検出する振幅値検出
手段と、この振幅値検出手段の検出結果に基づいて、上
記レンズで上記被写体を撮像した際の焦点位置情報を検
出する焦点位置情報検出手段と、上記色信号に上記レン
ズの点像分布関数の逆関数をたたみ込むことにより、上
記色信号を修正し、上記色信号の撮像に供した撮像面か
ら所定距離だけ離れた仮想面に形成される上記被写体の
像を再現する手段とを備えたものである。すなわち、特
開平０６−１３８３６２号公報に記載された「オートフ
ォーカス装置」は、焦点レンズの色収差を利用すること
により、ＲＧＢ各色の合焦点が光軸方向に異なるように
することで、撮像したＲＧＢ各色の高周波成分の大小関
係から合焦点の方向を推定している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た特開平０５−０２２６４３号公報や特開平０６−１３
８３６２号公報に記載された「オートフォーカス装置」
にあっては、合焦点までの距離の検出を行っていないこ
とから、合焦点に到達するまでに何度も合焦のための撮
像が必要となり、上述した「山登り法」と同様に正確な
焦点位置を得るまでに時間がかかるという問題がある。

【０００９】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
り、簡単な構成で高速な合焦動作が可能な自動合焦装
置、その合焦方法、およびその方法をコンピュータで実
行するためのプログラムが格納されているコンピュータ
が読み取り可能な記録媒体を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１にかかる発明は、光軸方向に直交しかつ互
いに直交する２方向に対して、各々異なる屈折率を有す
る補助レンズを含み、被写体を結像するためのレンズ系
と、撮像エリアの少なくとも一部にＡＦエリアが設定さ
れ、前記レンズ系により結像される被写体像を画像デー
タに変換する撮像素子と、前記ＡＦエリアの画像データ
のボケ特性を示す点像分布を求め、点像の大きさおよび
縦横差に基づいて、合焦点の方向と合焦点までの距離を
推定する合焦位置推定手段と、前記合焦位置推定手段で
推定された前記合焦点の距離に基づき、合焦状態にある
か否かを判断する合焦状態判別手段と、前記合焦状態判
別手段で合焦状態にないと判断された場合に、前記合焦
位置推定手段で推定された前記合焦点の方向に前記合焦
点までの距離だけ、前記レンズ系または前記撮像素子を
移動させる駆動手段と、を備えたものである。

【００１１】上記発明によれば、レンズ系は、光軸方向
に直交しかつ互いに直交する２方向に対して、各々異な
る屈折率を有する補助レンズを含み、被写体を結像し、
撮像素子は、撮像エリアの少なくとも一部にＡＦエリア
が設定され、レンズ系により結像される被写体像を画像
データに変換し、合焦位置推定手段は、ＡＦエリアの画
像データのボケ特性を示す点像分布を求め、点像の大き
さおよび縦横差に基づいて、合焦点の方向と合焦点まで
の距離を推定し、合焦状態判別手段は、合焦位置推定手
段で推定された合焦点の距離に基づき、合焦状態にある
か否かを判断し、駆動手段は、合焦状態判別手段で合焦
状態にないと判断された場合に、合焦位置推定手段で推
定された合焦点の方向にかつ合焦点までの距離だけ、レ
ンズ系または撮像素子を移動させる。

【００１２】また、請求項２にかかる発明は、請求項１
にかかる発明において、前記合焦位置推定手段は、前記
ＡＦエリアの画像データを２次元フーリエ変換して周波
数領域の振幅と位相に変換し、全周波数領域の位相をゼ
ロに置き換えた後、２次元逆フーリエ変換を行って点像
分布を算出するものである。上記発明によれば、合焦位
置推定手段は、ＡＦエリアの画像データを２次元フーリ
エ変換して周波数領域の振幅と位相に変換し、全周波数
領域の位相をゼロに置き換えた後、２次元逆フーリエ変
換を行って点像分布を算出する。

【００１３】また、請求項３にかかる発明は、請求項１
または請求項２にかかる発明において、前記合焦位置推
定手段は、前記点像分布の原点ピーク値に基づいて閾値
を算出し、当該閾値に基づく点像分布の断面のＸ方向半
径とＹ方向半径の差を、前記点像の縦横差として算出す
るものである。上記発明によれば、合焦位置推定手段
は、点像分布の原点ピーク値に基づいて閾値を算出し、
当該閾値に基づく点像分布の断面のＸ方向半径とＹ方向
半径の差を、点像の縦横差として算出する。

【００１４】また、請求項４にかかる発明は、請求項１
〜請求項３のいずれか１つにかかる発明において、前記
撮像素子は、カラー撮像素子からなり、前記合焦位置推
定手段は、前記カラー撮像素子から出力されるＡＦエリ
アのカラー画像データの輝度情報に基づいて点像分布を
算出するものである。上記発明において、撮像素子は、
カラー撮像素子からなり、合焦位置推定手段は、カラー
撮像素子から出力されるＡＦエリアのカラー画像データ
の輝度情報に基づいて点像分布を算出する。

【００１５】また、請求項５にかかる発明は、請求項１
〜請求項４のいずれか１つにかかる発明において、前記
補助レンズは、光軸方向に直交しかつ互いに直交する２
方向に対して、各々相反する屈折率を有する円柱状の凹
凸レンズであることとした。上記発明によれば、補助レ
ンズとして、光軸方向に直交しかつ互いに直交する２方
向に対して、各々相反する屈折率を有する円柱状の凹凸
レンズを使用する。

【００１６】また、請求項６にかかる発明は、請求項１
〜請求項５のいずれか１つにかかる発明において、さら
に、前記補助レンズを移動させるための補助レンズ駆動
手段を備え、前記補助レンズ駆動手段は、ＡＦのための
撮像では、前記補助レンズを光路上に配置する一方、通
常の撮像では、前記補助レンズを光路上から退避させる
ものである。上記発明によれば、補助レンズ駆動手段
は、ＡＦのための撮像では、補助レンズを光路上に配置
する一方、通常の撮像では、補助レンズを光路上から退
避させる。

【００１７】また、請求項７にかかる発明は、レンズ系
または撮像素子を移動させて自動合焦動作を行う自動合
焦装置の合焦方法において、光軸方向に直交しかつ互い
に直交する２方向に対して、各々異なる屈折率を有する
補助レンズを含む前記レンズ系により、被写体光を結像
するステップと、前記撮像素子上に結像される被写体像
のＡＦエリアの画像データのボケ特性を示す点像分布を
求め、点像の大きさおよび縦横差に基づいて、合焦点の
方向と合焦点までの距離を推定する推定ステップと、前
記推定された合焦点までの距離に基づいて合焦状態にあ
るか否かを判断する合焦判定ステップと、前記合焦判定
ステップで、合焦状態にないと判断された場合に、前記
推定された前記合焦点の方向に前記合焦点までの距離だ
け、前記レンズ系または前記撮像素子を移動させる移動
ステップと、を含むものである。

【００１８】上記発明によれば、各々異なる屈折率を有
する補助レンズを含む前記レンズ系により、被写体光を
結像し、撮像素子上に結像される被写体像のＡＦエリア
の画像データのボケ特性を示す点像分布を求め、点像の
大きさおよび縦横差に基づいて、合焦点の方向と合焦点
までの距離を推定し、推定された合焦点までの距離に基
づいて合焦状態にあるか否かを判断し、合焦状態にない
と判断された場合に、推定された前記合焦点の方向に前
記合焦点までの距離だけ、レンズ系または撮像素子を移
動させる。

【００１９】また、請求項８にかかる発明は、レンズ系
または撮像素子を移動させて自動合焦動作を行う自動合
焦装置の合焦方法において、光軸方向に直交しかつ互い
に直交する２方向に対して、各々異なる屈折率を有する
補助レンズを光路上に配置するステップと、前記補助レ
ンズを含む前記レンズ系により、被写体光を結像するス
テップと、前記撮像素子上に結像される被写体像のＡＦ
エリアの画像データのボケ特性を示す点像分布を求め、
点像の大きさおよび縦横差に基づいて、合焦点の方向と
合焦点までの距離を推定する推定ステップと、前記推定
された合焦点までの距離に基づいて合焦状態にあるか否
かを判断する合焦判定ステップと、前記合焦判定ステッ
プで、合焦状態にないと判断された場合に、前記推定さ
れた前記合焦点の方向に前記合焦点までの距離だけ、前
記レンズ系または前記撮像素子を移動させる移動ステッ
プと、前記合焦判定ステップで、合焦状態にあると判断
された場合に、前記補助レンズを光路上から退避させ、
通常の撮影を行うステップと、を含むものである。

【００２０】上記発明によれば、光軸方向に直交しかつ
互いに直交する２方向に対して、各々異なる屈折率を有
する補助レンズを光路上に配置し、補助レンズを含むレ
ンズ系により、被写体光を結像し、撮像素子上に結像さ
れる被写体像のＡＦエリアの画像データのボケ特性を示
す点像分布を求め、点像の大きさおよび縦横差に基づい
て、合焦点の方向と合焦点までの距離を推定し、推定さ
れた合焦点までの距離に基づいて合焦状態にあるか否か
を判断し、合焦状態にないと判断された場合に、推定さ
れた前記合焦点の方向に合焦点までの距離だけ、レンズ
系または撮像素子を移動させ、他方、合焦状態にあると
判断された場合に、補助レンズを光路上から退避させ、
通常の撮影を行う。

【００２１】また、請求項９にかかる発明は、請求項７
または請求項８にかかる発明において、前記推定ステッ
プでは、前記ＡＦエリアの画像データを２次元フーリエ
変換して周波数領域の振幅と位相に変換し、全周波数領
域の位相をゼロに置き換えた後、２次元逆フーリエ変換
を行って点像分布を算出するものである。上記発明によ
れば、ＡＦエリアの画像データを２次元フーリエ変換し
て周波数領域の振幅と位相に変換し、全周波数領域の位
相をゼロに置き換えた後、２次元逆フーリエ変換を行っ
て点像分布を算出する。

【００２２】また、請求項１０にかかる発明は、請求項
７〜請求項９のいずれか１つにかかる発明において、前
記推定ステップでは、前記点像分布の原点ピーク値に基
づいて閾値を算出し、当該閾値に基づく点像分布の断面
のＸ方向半径とＹ方向半径の差を、前記点像の縦横差と
して算出するものである。上記発明によれば、点像分布
の原点ピーク値に基づいて閾値を算出し、当該閾値に基
づく点像分布の断面のＸ方向半径とＹ方向半径の差を、
点像の縦横差として算出する。

【００２３】また、請求項１１にかかる発明は、請求項
７〜請求項１０のいずれか１つにかかる発明において、
前記撮像素子は、カラー撮像素子からなり、前記推定ス
テップでは、前記カラー撮像素子から出力されるＡＦエ
リアのカラー画像データの輝度情報に基づいて点像分布
を算出するものである。上記発明によれば、カラー撮像
素子から出力されるＡＦエリアのカラー画像データの輝
度情報に基づいて点像分布を算出する。

【００２４】また、請求項１２にかかる発明は、請求項
７〜請求項１１のいずれか１つにかかる発明において、
前記補助レンズは、光軸方向に直交しかつ互いに直交す
る２方向に対して、各々相反する屈折率を有する円柱状
の凹凸レンズであることとした。上記発明によれば、補
助レンズとして、光軸方向に直交しかつ互いに直交する
２方向に対して、各々相反する屈折率を有する円柱状の
凹凸レンズを使用する。

【００２５】また、請求項１３にかかる発明は、請求項
７〜請求項１２のいずれか１つに記載の発明の各ステッ
プをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録
したものである。上記発明によれば、コンピュータで記
録媒体に格納されたプログラムを実行することにより、
請求項７〜請求項１２のいずれか１つに記載の発明の各
ステップを実現する。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照して、この
発明に係る自動合焦装置をデジタルカメラに適用した好
適な実施の形態を、（発明の原理）、（本発明のデジタ
ルカメラ）の順に詳細に説明する。

【００２７】（発明の原理）まず、本発明の原理を図１
〜図６を参照して説明する。図１は本発明の原理を説明
するための説明図、図２は補助レンズの構成を示す図、
図３はカラーイメージセンサーのＡＦエリアを説明する
ための説明図、図４は焦点の方向および距離の判別方法
を説明するための説明図、図５はセンサ位置と点像半径
の関係を説明するための図、図６はセンサ位置と点像の
縦横差の関係を説明するための図を示す。

【００２８】図１は、レンズ系およびその光束を模式的
に示しており、同図に示すＡ点は、後ピンとなる位置、
Ｂ点は合焦となる位置、Ｃ点は前ピンとなる位置を示し
ている。同図において、（Ａ）は、縦方向（Ｙ方向）か
らみた光束で前ピン（Ｃ点）となる場合を示し、（Ｂ）
は横方向（Ｘ方向）から見た光束で後ピン（Ａ点）とな
る場合を示している。

【００２９】また、図１において、１０１Ａは焦点レン
ズ、１０１Ｂは補助レンズを示している。図２は、図１
の補助レンズ１０１Ｂを示している。補助レンズ１０１
Ｂは、光軸方向に直交しかつ互いに直交する２方向（Ｘ
方向とＹ方向）に対して、各々相反する屈折率を有する
円柱状の凹凸レンズで構成されている。補助レンズ１０
１Ｂを介挿することによって、焦点レンズ１０１Ａの現
位置における水平成分（Ｘ方向の成分）と垂直成分（Ｙ
方向の成分）の画像データが相違することになる。

【００３０】図１において、左側から右方向に入射した
光は、焦点レンズ１０１Ａおよび補助レンズ１０１Ｂを
通り撮像絞り（不図示）を通過した後、カラーイメージ
センサー（不図示）で受光される。この場合にフォーカ
ス情報として必要とされるのは、撮影者が合焦したいエ
リア（ＡＦエリア）の撮像データであり、フレーム全て
のデータは必要なく、ＡＦエリアの画像データのみを転
送する。

【００３１】図３はカラーイメージセンサーのＡＦエリ
アを示す図であり、同図に示す如く、ＡＦエリアは、カ
ラーイメージセンサーのフレーム内の光学系の光軸の中
心位置に設定される。ここでは、ＡＦエリアをフレーム
の中心位置に配置した場合を示したが、このＡＦエリア
は任意に設定可能となっている。本発明ではカラーイメ
ージセンサーが画素のランダムアクセスが可能に構成さ
れているので、転送対象がＡＦエリアのデータのみとな
り、転送時間が大幅に短縮される。

【００３２】この後、カラーイメージセンサーの色フィ
ルタにより色毎に分離されたＲＧＢの画像データについ
て、各色のＡＦエリアの画像データの点像分布係数を求
める。図４は、合焦点の方向判別を説明するための図を
示しており、焦点レンズ１０１Ａを移動させたときの各
レンズ位置で真円の被写体を撮像した場合の画像データ
等を示す。同図において、（Ａ）は、焦点レンズ１０１
Ａのみを通過した場合のＡＦエリアの画像（輝度情
報）、（Ｂ）は、焦点レンズ１０１Ａおよび補助レンズ
１０１Ｂを通過した場合のＡＦエリアの画像（輝度情
報）、（Ｃ）は焦点レンズ１０１Ａおよび補助レンズ１
０１Ｂを通過した場合の画像（輝度情報）の点像分布形
状を示しており、前ピン時（図１のＡ点）、合焦時（図
１のＢ点）、後ピン時（図１のＣ点）の場合を示してい
る。

【００３３】同図（Ａ）に示すように、補助レンズ１０
１Ｂがない場合には、前ピン時、合焦時、後ピン時のい
ずれの場合も画像は円となる。これに対して、同図
（Ｂ）に示すように、補助レンズ１０１Ｂがある場合に
は、前ピン時では横長円、合焦時では円、後ピン時では
縦長円となる。

【００３４】図６は、センサ位置と点像の縦横差（Ｘ方
向半径−Ｙ方向半径）の関係を示す図である。同図にお
いて、横軸はカラーイメージセンサー位置（またはレン
ズ位置）、縦軸は点像の縦横差を示す。焦点レンズ１０
１Ａおよび補助レンズ１０１Ｂを通過した光束は、縦方
向から見た光束と横方向から見た光束とで、合焦位置を
真の合焦点（焦点レンズのみによる合焦点）から各々前
後にずらしてあるため、上述したように、真の合焦点以
外では点像分布が縦または横方向に長い形状となる。そ
こで、ＡＦエリア画像の点像分布を求め、点像半径の縦
横差（Ｘ方向半径−Ｙ方向半径）から合焦点のある方向
（前ピンまたは後ピン）が推定できる。

【００３５】図５は、センサ位置と点像半径の関係を示
す図である。同図において、横軸はカラーイメージセン
サー位置（またはレンズ位置）、縦軸は点像半径を示
す。同図に示すように、点像半径は、絞り開口径が大き
い方が大きくなり、合焦位置で最小となる。また、点像
半径は、絞りの度合いに比例して大きさが変化する。

【００３６】そこで、絞り開口径と絞り面受光面距離の
情報、円形近似した場合の点像半径Ｒ、および点像半径
の縦横差（Ｘ方向半径−Ｙ方向半径）から合焦点近傍ま
での距離を推定することができる。

【００３７】（本発明のデジタルカメラ）図７は、本実
施の形態にかかるデジタルカメラのＡＦ処理系の構成図
を示す。図７において、図１と同一部分は同一符号を付
してある。同図において、１０１Ａは焦点レンズを示
し、フォーカス対象の被写体の被写体像をカラーイメー
ジセンサー１０３上に結像するためのものである。１０
１Ｂは補助レンズを示し、ＡＦにおいて、焦点レンズ１
０１Ａの移動方向と移動量を得るためのレンズであり、
被写体像の水平成分および垂直成分に対して積極的なボ
ケを付与するための手段である。１０２は撮像絞りを示
し、焦点レンズ１０１Ａや補助レンズ１０１Ｂの後側に
配置され、焦点レンズ１０１Ａや補助レンズ１０１Ｂを
通過する光束（光量）を制限するためのものである。

【００３８】１０３は結像される被写体像を電気信号に
変換して画像データとして出力するカラーＣＣＤ等から
なるカラーイメージセンサー（原色タイプ）を示す。こ
のカラーイメージセンサー１０３は、画素のランダムア
クセスが可能となっており、画像フレーム内の任意のエ
リアの画像データが転送可能となっている。これら焦点
レンズ１０１Ａ、補助レンズ１０１Ｂ、撮像絞り１０
２、およびカラーイメージセンサー１０３は、撮像用光
学系を構成する。１０４は撮像絞り１０２の絞りを調整
して自動露出制御を行う自動露出制御部を示す。

【００３９】１１５は、撮像した画像データを輝度情報
に変換する輝度変換部を示す。１０５はＡＦのための撮
像で撮像された画像フレーム内のＡＦエリアの輝度情報
（画像データ）を格納するＡＦエリア画像データメモリ
を示す。１０６は、ＡＦエリア画像データメモリ１０５
に格納されたＡＦエリアの輝度情報（画像データ）に２
次元窓関数を乗算する窓関数乗算部を示す。１０７は、
窓関数乗算部１０６で２次元窓関数が乗算された輝度情
報を２次元フーリエ変換する２次元ＦＦＴ部を示す。１
０８は、２次元ＦＦＴ部１０７でフーリエ変換されたデ
ータの位相操作を行う位相操作部を示す。１０９は、位
相操作部１０８で位相操作されたデータを、２次元逆フ
ーリエ変換して点像分布係数を算出する２次元ＩＦＦＴ
部を示す。

【００４０】１１０は２次元ＩＦＦＴ部１０９で算出さ
れた点像分布係数を格納する点像分布係数メモリを示
す。１１１は、点像分布係数メモリ１１０に格納された
点像分布係数に基づき、カラーイメージセンサー１０３
の合焦位置までの方向と距離を算出する距離方向算出部
を示す。

【００４１】１１２は距離方向算出部１１１の演算結果
に基づき、カラーイメージセンサー１０３を前後に移動
させる焦点調整駆動装置を示し、１１３は、ＡＦ時と通
常の撮影時とでレンズの切り替えを行う撮影／ＡＦ切替
装置を示す。１１４は通常の撮影の場合に、撮像された
１フレーム分の画像データが各色毎に格納されるフレー
ム用画像メモリを示す。

【００４２】なお、ここでは、カラーイメージセンサー
１０３を光軸方向に移動させて焦点調整を行う構成を示
したが、カラーイメージセンサー１０３を移動させる代
わりに、焦点レンズ１０１Ａを移動させて焦点調整を行
う構成を採用することにしても良い。

【００４３】つぎに、上記図７のデジタルカメラのＡＦ
動作および撮影動作を図８〜図１０のフローチャートに
従って、図１１〜図１６を参照しつつ説明する。図８は
ＡＦ動作および撮影動作を説明するためのフローチャー
ト、図９は図８のＡＦ動作の点像半径の算出処理を詳細
に説明するためのフローチャート、図１０は図８のＡＦ
動作の焦点方向および焦点距離の算出処理を詳細に説明
するためのフローチャートを示す。

【００４４】図１１は２次元ハミング窓関数を説明する
ための説明図、図１２は合焦時の点像分布係数を説明す
るための説明図、図１３はピンボケ時の点像分布係数を
説明するための説明図、図１４は点像半径の算出方法を
説明するための説明図、図１５は後ピン時の焦点距離Ｌ
を説明するための説明図、図１６は前ピン時の焦点距離
Ｌを説明するための説明図を示す。

【００４５】図８のフローチャートにおいて、まず、図
７に示すデジタルカメラでは、操作者の操作によって、
図示しないシャッタボタンが半押しの状態になると、デ
ジタルカメラの撮像用光学系はＡＦセンサーとして作動
する。そして、ＡＦセンサー動作時には、撮影／ＡＦ切
替装置１１３は、補助レンズ１０１Ｂを移動させて光軸
上に配置する（ステップＳ１０１）。また、露出制御部
１０４は、光学系の撮像絞り１０２を使って、外部から
イメージセンサーに入射する被写体の光量を常に最適と
なるように露出制御する。この状態で、ＡＦのための撮
影を行い（ステップＳ１０２）、焦点レンズ１０１Ａお
よび補助レンズ１０１Ｂを介した被写体像をカラーイメ
ージセンサー１０３に取り込んで、カラーイメージセン
サー１０３上のＡＦエリア（図２参照）のカラー画像デ
ータが輝度変換部１１５に入力される。輝度変換部１１
５は、ＡＦエリアのカラー画像データを輝度情報に変換
して、ＡＦエリア画像データメモリ１０５に転送し、Ａ
Ｆエリア画像データメモリ１０５にはＡＦエリアの輝度
情報（画像データ）が格納される（ステップＳ１０
３）。

【００４６】次に、ＡＦエリア用の画像メモリ１０５に
格納された輝度情報に基づいて、点像半径Ｒを算出する
(ステップＳ１０４〜Ｓ１０８)。ここでは、点像半径Ｒ
を算出する方法として、以下ではフーリエ変換を使用し
て算出する方法を説明する。

【００４７】まず、ＡＦエリア画像データメモリ１０５
に格納されたＡＦエリアの画像データに基づいて、点像
分布係数を算出する。具体的には、窓関数乗算部１０６
は、下式（１）に示す如く、ＡＦエリアの画像データｆ
₀(ｕ,ｖ)について、画像境界の高周波成分の影響を低減
するために、例えば、図１１に示すようなハミング窓等
の２次元窓関数ｗ(ｕ,ｖ)を乗じる（ステップＳ１０
４）。

【００４８】ｆ (ｕ,ｖ)＝ｗ(ｕ,ｖ)・ｆ₀(ｕ,ｖ)・・・（１）但し、ｗ(ｕ,ｖ)＝ｗ(ｕ)・ｗ(ｖ) ｗ(ｕ)＝0.54＋0.46・cos(2πｕ／Ｎ) ｗ(ｖ)＝0.54＋0.46・cos(2πｖ／Ｎ) Ｎ：画像サイズ

【００４９】次に、２次元ＦＦＴ部１０７は、このｆ
(ｕ,ｖ)について２次元の離散フーリエ変換ＤＦＴ（実
際には高速フーリエ変換ＦＦＴを行う）を行い、周波数
領域のデータＦ(Ｕ,Ｖ)を得る（ステップＳ１０５）。

【００５０】そして、位相操作部１０８は、周波数領域
での点像分布係数を複素数Ｈ(Ｕ,Ｖ)とした場合に、こ
のＨ(Ｕ,Ｖ)を求めるために、周波数領域にある画像デ
ータＦ(Ｕ,Ｖ)の各位相をゼロに置き換える（ステップ
Ｓ１０６）。すなわち、下式（２）、（３）に示す如
く、Ｆ(Ｕ,Ｖ)の振幅をＨ(Ｕ,Ｖ)の実部に、またＨ(Ｕ,
Ｖ)の虚部をゼロにする。

【００５１】 Re｛Ｈ(Ｕ,Ｖ)｝＝｜Ｆ(Ｕ,Ｖ)｜・・・（２） Im｛Ｈ(Ｕ,Ｖ)｝＝０・・・（３）但し、｜Ｆ(Ｕ,Ｖ)｜＝√［ Re｛Ｆ(Ｕ,Ｖ)｝²＋ Im
｛Ｆ(Ｕ,Ｖ)｝²］

【００５２】２次元ＩＦＦＴ部１０９は、この結果に対
して、２次元の逆離散フーリエ変換ＩＤＦＴ（実際には
逆高速フーリエ変換ＩＦＦＴを行う）を行うことによ
り、点像分布係数ｈ(ｕ,ｖ)を算出する（ステップＳ１
０７）。そして、算出された点像分布係数ｈ(ｕ,ｖ)
は、点像分布係数メモリ１１０に格納される。

【００５３】そして、距離方向算出部１１１は、点像分
布係数ｈ(ｕ,ｖ)に基づき、点像半径Ｒを算出する（ス
テップＳ１０８）。ここで、点像半径Ｒの具体的な算出
方法を図９のフローチャートを参照して説明する。な
お、点像分布係数ｈ(ｕ,ｖ)は原点においてピーク値を
示す。合焦画像から得た点像分布係数の一例を図１１
に、合焦画像から得た点像分布係数の一例を図１２に、
ボケ画像から得た点像分布係数の一例を図１３に示す。
図１１および図１２に示すように、合焦画像の点像分布
関数の分布はインパルス形状となり、ボケ画像の点像分
布関数の分布はボケの程度に応じて緩やかな円錐形状と
なる。

【００５４】図９において、例えばインパルス形状や円
錐形状の原点ピーク値を入力し（ステップＳ２０１）、
原点ピーク値に基づいて断面しきい値を算出し（ステッ
プＳ２０２）、例えば図１４に示すように、算出した断
面しきい値で点像分布係数をスライスした点像分布係数
の断面積（断面画素数）Ｓを算出する（ステップＳ２０
３）。具体的には、図１４（Ａ）に示すように、断面部
にあたる画素数をカウントすることにより断面積Ｓを算
出する。また、この際、断面部の水平方向（Ｘ方向）お
よび垂直方向（Ｙ方向）の画素数をカウントすることに
より、点像のＸ方向半径およびＹ方向半径を算出する。
同図に示す例では、断面積Ｓは「５２」となっている。
そして、算出した断面積Ｓに基づき、下式（４）の演算
を行うことにより点像半径Ｒを算出し（ステップＳ２０
４）、算出した点像半径Ｒを出力する（ステップＳ２０
５）。図１４（Ｂ）に示す例では、点像半径Ｒは「４」
となっている。

【００５５】Ｒ＝√（Ｓ／π）・・・（４）但し、π：円周率

【００５６】つづいて、図８において、距離方向算出部
１１１は、各色毎の点像半径Ｒを算出した後は、焦点方
向の判別と焦点距離Ｌの算出を行う（ステップＳ１０
９）。図１０のフローチャートを参照して、焦点方向の
判別と焦点距離の算出方法を具体的に説明する。ここで
は、Ｇ色画像の焦点位置を目標焦点距離に選んだ場合に
ついて説明する。

【００５７】距離方向算出部１１１では、Ｇ色画像（輝
度情報）の点像半径Ｒｇの大きさと点像の縦横差（Ｘ方
向半径とＹ方向半径の差）から、合焦点までの方向と距
離を推定する。

【００５８】具体的には、図１０において、点像の縦方
向半径Ｘ、点像の横方向半径Ｙ、Ｇ色の点像半径Ｒｇ、
絞り開口部Ｒｏ、絞り受光面距離Ｌｏの入力がなされる
と（ステップＳ３０１）、合焦位置を求めるべく、点像
の縦方向半径Ｘと点像の横方向半径Ｙとの大きさを比較
し（ステップＳ３０２）、点像の縦方向半径Ｘ＜点像の
横方向半径Ｙの場合には、ステップＳ３０３に移行し
て、前ピンと推定する。そして、焦点距離Ｌを、絞り開
口径Ｒｏ、絞り受光面距離Ｌｏの情報、Ｇ色画像の点像
半径Ｒｇ、点像の縦横差（点像の縦方向半径Ｘ−点像の
横方向半径Ｙ）に基づき、下式（５）により、焦点距離
Ｌ（カラーイメージセンサー１０３のＧ色の合焦点まで
の距離）を算出する（ステップＳ３０６）。図１６は前
ピン時の焦点距離Ｌの一例を示す図である。

【００５９】Ｌ＝Ｌo・Ｒｇ／（Ｒｏ＋Ｒｇ）＋Ｋ（Ｘ−Ｙ）・・・（５）但し：Ｋは定数

【００６０】また、ステップＳ３０２において、Ｘ＝Ｙ
の場合には、ステップＳ３０４に移行して、合焦と推定
する。そして、焦点距離Ｌ＝０と推定する（ステップＳ
３０７）。

【００６１】また、ステップＳ３０２において、点像の
縦方向半径Ｘ＞点像の横方向半径Ｙの場合には、ステッ
プＳ３０５に移行して、後ピンと推定する。そして、焦
点距離Ｌを、絞り開口径Ｒｏ、絞り受光面距離Ｌｏの情
報、Ｇ色画像の点像半径Ｒｇ、点像の縦横差（点像の縦
方向半径Ｘ−点像の横方向半径Ｙ）に基づき、下式
（６）により、焦点距離Ｌ（カラーイメージセンサー１
０３のＧ色の合焦点までの距離）を算出する（ステップ
Ｓ３０８）。図１５は、後ピン時の焦点距離Ｌの一例を
示す図である。

【００６２】Ｌ＝Ｌo・Ｒｇ／（Ｒｏ−Ｒｇ）＋Ｋ（Ｘ−Ｙ）・・・（６）但し：Ｋは定数

【００６３】そして、算出した焦点距離Ｌを出力する
（ステップＳ３０９）。つづいて、処理は、図８のステ
ップＳ１１０に移行し、焦点調整駆動装置１１２は、算
出した焦点距離Ｌに基づき、合焦状態にあるか否か（カ
ラーイメージセンサー１０３の受光位置と焦点レンズ１
０１Ａの合焦点が一致したか否か）を判断し、合焦状態
でない場合には、カラーイメージセンサー１０３（また
は焦点レンズ１０１Ａ）を合焦位置（算出した焦点位置
方向に焦点距離Ｌだけ）に速やかに移動した（ステップ
Ｓ１１１）後、ステップＳ１０２に戻り、真の合焦位置
（合焦状態）に到達したかを判断するためにもう一度同
じＡＦ処理を繰り返して、合焦状態にあるか否かを判断
し、合焦状態となるまで同じＡＦ処理（ステップＳ１０
２〜ステップＳ１１１）を繰り返す。

【００６４】他方、ステップＳ１１０で合焦であると判
断した場合には、撮影／ＡＦ切替装置１１３は、補助レ
ンズ１０１Ｂを光路上から退避させて（ステップＳ１１
２）、被写体の撮影の準備完了となり、シャッターボタ
ンの全押しの待ちの状態になる。この後、シャッターボ
タンが全押しされると、それに連動して一定時間シャッ
ターが開き、被写体からの光をカラーイメージセンサー
１０３で受光する。そして、イメージセンサー１０３か
ら画像データはそれぞれのフレーム用画像メモリ（Ｒ／
Ｇ／Ｂ）１１４に転送され、これらのデータはホワイト
バランス等の画像処理の後、保存またはモニタ表示され
る（ステップＳ１１３）。

【００６５】なお、ＡＦ動作の回数については、カラー
イメージセンサー１０３（または焦点レンズ１０１Ａ）
の移動開始位置が合焦位置の近傍である場合には、ほぼ
ピントが合っている画像からフォーカス情報を得るため
に、点像分布係数は図１２に示すような鋭いピークを示
し、一回のＡＦ動作で合焦位置の許容範囲内に到達す
る。他方、カラーイメージセンサー１０３（または焦点
レンズ１０１Ａ）の移動開始位置が合焦位置から遠い場
合には、ボケた画像からフォーカス情報を得るために、
点像分布係数は図１３に示すような緩やかなピークを示
し、複数回のＡＦ動作で合焦位置の許容範囲内に到達す
る。

【００６６】以上説明したように、本実施の形態におい
ては、ＡＦのための撮像では、光軸方向に直交しかつ互
いに直交する２方向（Ｘ方向とＹ方向）に対して、各々
異なる屈折率を有する焦点レンズ１０１Ａおよび補助レ
ンズ１０１Ｂを介して、カラーイメージセンサー１０３
上に結像される被写体像のＡＦエリアの画像データのボ
ケ特性を示す点像分布を求め、点像の大きさおよび縦横
差（Ｘ方向半径とＹ方向半径の差）に基づいて、合焦点
の方向と合焦点までの距離を推定し、推定された合焦点
までの距離に基づいて合焦状態にあるか否かを判断し、
合焦状態にないと判断された場合に、推定された合焦点
の方向に合焦点までの距離だけ、レンズ系またはカラー
イメージセンサー１０３を移動させ、他方、合焦状態に
あると判断された場合に、補助レンズ１０１Ｂを光路上
から退避させ、通常の撮影を行うこととしたので、一回
のＡＦのための撮像のみで焦点位置までの距離と方向の
情報を得ることができ、簡単な構成で高速な合焦動作を
行うことが可能となる。

【００６７】また、本実施の形態においては、ＡＦエリ
アの画像データを２次元フーリエ変換して周波数領域の
振幅と位相に変換し、全周波数領域の位相をゼロに置き
換えた後、２次元逆フーリエ変換を行って点像分布を算
出することとしたので、ＤＦＴ（離散フーリエ変換）や
ＦＦＴ（高速フーリエ変換）が適用でき、ＤＳＰ等のデ
ジタル集積回路に適している。

【００６８】また、本実施の形態においては、点像分布
の原点ピーク値に基づいて閾値を算出し、当該閾値に基
づく点像分布の断面のＸ方向半径とＹ方向半径の差を、
点像の縦横差として算出することとしたので、点像分布
の立体データを平面データに変換でき、点像分布の縦横
差を推定するための演算量を低減することが可能とな
る。

【００６９】また、本実施の形態においては、カラーイ
メージセンサー１０３から出力されるＡＦエリアのカラ
ー画像データの輝度情報に基づいて点像分布を算出する
こととしたので、各色別に点像分布を求める場合に比し
て、少ない演算回数でＡＦ動作を行うことが可能とな
る。

【００７０】また、本実施の形態においては、補助レン
ズとして、光軸方向に直交しかつ互いに直交する２方向
（Ｘ方向とＹ方向）に対して、各々相反する屈折率を有
する円柱状の凹凸レンズを使用することとしたので、２
方向（Ｘ方向とＹ方向）に対して各々異なる屈折率の補
助レンズを簡単な構成で実現することが可能となる。

【００７１】上述の実施の形態のデジタルカメラの合焦
方法は、予め用意されたプログラムをパーソナルコンピ
ュータや、ワークステーション等のコンピュータで実行
することにしても良い。このプログラムは、ハードディ
スク、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯ
Ｍ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータが読取可能な記録媒
体から読み出されることによって実行される。また、こ
のプログラムは、上記記録媒体を介して、また伝送媒体
として、インターネット等のネットワークを介して配布
することができる。

【００７２】尚、本発明は上記した実施の形態に限定さ
れるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で適宜
変更可能である。

【００７３】例えば、上記した実施の形態では、デジタ
ルカメラを例示して説明したが、本発明は原理上、任意
の焦点レンズ位置において一回の撮像のみで合焦位置ま
での距離と方向の情報を得ることができ、追跡サーボと
して利用することが可能であるので、デジタルビデオカ
メラにも適用することが可能である。

【００７４】また、上記した実施の形態では、焦点制御
のための点像分布係数を求めるのに２次元の離散フーリ
エ変換（ＤＦＴ）または高速フーリエ変換（ＦＦＴ）に
よるデジタル信号処理を適用することにしたが、これら
の演算はカメラコントローラ用プロセッサの余剰能力を
利用したり、またはＩＰＰ(Image Pre Processor)等の
集積回路内に演算回路を設けて行うことにしても良い。
また、窓関数については計算を省くためにｗ(ｕ,ｖ)の
一部をテーブルとして記憶しておき、係数乗算のみを行
うことにしても良い。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１にかかる
自動合焦装置によれば、レンズ系は、光軸方向に直交し
かつ互いに直交する２方向に対して、各々異なる屈折率
を有する補助レンズを含み、被写体を結像し、撮像素子
は、撮像エリアの少なくとも一部にＡＦエリアが設定さ
れ、レンズ系により結像される被写体像を画像データに
変換し、合焦位置推定手段は、ＡＦエリアの画像データ
のボケ特性を示す点像分布を求め、点像の大きさおよび
縦横差に基づいて、合焦点の方向と合焦点までの距離を
推定し、合焦状態判別手段は、合焦位置推定手段で推定
された合焦点の距離に基づき、合焦状態にあるか否かを
判断し、駆動手段は、合焦状態判別手段で合焦状態にな
いと判断された場合に、合焦位置推定手段で推定された
合焦点の方向にかつ合焦点までの距離だけ、レンズ系ま
たは撮像素子を移動させることとしたので、一回のＡＦ
のための撮像のみで焦点位置までの距離と方向の情報を
得ることができ、簡単な構成で高速な合焦動作を行うこ
とが可能となる。

【００７６】また、請求項２にかかる自動合焦装置によ
れば、請求項１にかかる自動合焦装置において、合焦位
置推定手段は、ＡＦエリアの画像データを２次元フーリ
エ変換して周波数領域の振幅と位相に変換し、全周波数
領域の位相をゼロに置き換えた後、２次元逆フーリエ変
換を行って点像分布を算出することとしたので、請求項
１にかかる発明の効果に加えて、ＤＦＴ（離散フーリエ
変換）やＦＦＴ（高速フーリエ変換）が適用でき、ＤＳ
Ｐ等のデジタル集積回路に適している。

【００７７】また、請求項３にかかる自動合焦装置によ
れば、請求項１または請求項２にかかる自動合焦装置発
明において、前記合焦位置推定手段は、前記点像分布の
原点ピーク値に基づいて閾値を算出し、当該閾値に基づ
く点像分布の断面のＸ方向半径とＹ方向半径の差を、前
記点像の縦横差として算出するものである。上記発明に
よれば、合焦位置推定手段は、点像分布の原点ピーク値
に基づいて閾値を算出し、当該閾値に基づく点像分布の
断面のＸ方向半径とＹ方向半径の差を、点像の縦横差と
して算出することとしたので、請求項１または請求項２
にかかる発明の効果に加えて、点像分布の立体データを
平面データに変換でき、点像分布の縦横差を推定するた
めの演算量を低減することが可能となる。

【００７８】また、請求項４にかかる自動合焦装置によ
れば、請求項１〜請求項３のいずれか１つにかかる自動
合焦装置において、撮像素子は、カラー撮像素子からな
り、合焦位置推定手段は、カラー撮像素子から出力され
るＡＦエリアのカラー画像データの輝度情報に基づいて
点像分布を算出することとしたので、請求項１〜請求項
３のいずれか１つにかかる発明の効果に加えて、各色別
に点像分布を求める場合に比して、少ない演算回数でＡ
Ｆ動作を行うことが可能となる。

【００７９】また、請求項５にかかる自動合焦装置によ
れば、請求項１〜請求項４のいずれか１つにかかる自動
合焦装置において、補助レンズとして、光軸方向に直交
しかつ互いに直交する２方向に対して、各々異なる屈折
率を有する円柱状の凹凸レンズを使用することとしたの
で、請求項１〜請求項４のいずれか１つにかかる発明の
効果に加えて、２方向に対して各々異なる屈折率の補助
レンズを簡単な構成で実現することが可能となる。

【００８０】また、請求項６にかかる自動合焦装置によ
れば、請求項１〜請求項５のいずれか１つにかかる自動
合焦装置において、補助レンズ駆動手段は、ＡＦのため
の撮像では、補助レンズを光路上に配置する一方、通常
の撮像では、補助レンズを光路上から退避させることと
したので、請求項１〜請求項５のいずれか１つにかかる
発明の効果に加えて、ＡＦのための撮像と通常の撮像を
行うことが可能となる。

【００８１】また、請求項７にかかる自動合焦装置の合
焦方法によれば、各々異なる屈折率を有する補助レンズ
を含む前記レンズ系により、被写体光を結像し、撮像素
子上に結像される被写体像のＡＦエリアの画像データの
ボケ特性を示す点像分布を求め、点像の大きさおよび縦
横差に基づいて、合焦点の方向と合焦点までの距離を推
定し、推定された合焦点までの距離に基づいて合焦状態
にあるか否かを判断し、合焦状態にないと判断された場
合に、推定された前記合焦点の方向に前記合焦点までの
距離だけ、レンズ系または撮像素子を移動させることと
したので、一回のＡＦのための撮像のみで焦点位置まで
の距離と方向の情報を得ることができ、簡単な構成で高
速な合焦動作を行うことが可能となる。

【００８２】また、請求項８にかかる自動合焦装置の合
焦方法によれば、光軸方向に直交しかつ互いに直交する
２方向に対して、各々異なる屈折率を有する補助レンズ
を光路上に配置し、補助レンズを含むレンズ系により、
被写体光を結像し、撮像素子上に結像される被写体像の
ＡＦエリアの画像データのボケ特性を示す点像分布を求
め、点像の大きさおよび縦横差に基づいて、合焦点の方
向と合焦点までの距離を推定し、推定された合焦点まで
の距離に基づいて合焦状態にあるか否かを判断し、合焦
状態にないと判断された場合に、推定された前記合焦点
の方向に前記合焦点までの距離だけ、レンズ系または前
記撮像素子を移動させ、他方、合焦状態にあると判断さ
れた場合に、補助レンズを光路上から退避させ、通常の
撮影を行うこととしたので、一回のＡＦのための撮像の
みで焦点位置までの距離と方向の情報を得ることがで
き、簡単な構成で高速な合焦動作を行うことが可能とな
る。また、通常の撮影を行うことも可能となる。

【００８３】また、請求項９にかかる自動合焦装置の合
焦方法によれば、請求項７または請求項８にかかる自動
合焦装置の合焦方法において、ＡＦエリアの画像データ
を２次元フーリエ変換して周波数領域の振幅と位相に変
換し、全周波数領域の位相をゼロに置き換えた後、２次
元逆フーリエ変換を行って点像分布を算出することとし
たので、請求項７または請求項８にかかる発明の効果に
加えて、ＤＦＴ（離散フーリエ変換）やＦＦＴ（高速フ
ーリエ変換）が適用でき、ＤＳＰ等のデジタル集積回路
に適している。

【００８４】また、請求項１０にかかる自動合焦装置の
合焦方法によれば、請求項７〜請求項９のいずれか１つ
にかかる自動合焦装置の合焦方法において、点像分布の
原点ピーク値に基づいて閾値を算出し、当該閾値に基づ
く点像分布の断面のＸ方向半径とＹ方向半径の差を、点
像の縦横差として算出することとしたので、点像分布の
立体データを平面データに変換でき、点像分布の縦横差
を推定するための演算量を低減することが可能となる。

【００８５】また、請求項１１にかかる自動合焦装置の
合焦方法によれば、請求項７〜請求項１０のいずれか１
つにかかる自動合焦装置の合焦方法において、カラー撮
像素子から出力されるＡＦエリアのカラー画像データの
輝度情報に基づいて点像分布を算出することとしたの
で、請求項７〜請求項１０のいずれか１つにかかる発明
の効果に加えて、各色別に点像分布を求める場合に比し
て、少ない演算回数でＡＦ動作を行うことが可能とな
る。

【００８６】また、請求項１２にかかる自動合焦装置の
合焦方法によれば、請求項７〜請求項１１のいずれか１
つにかかる自動合焦装置の合焦方法において、補助レン
ズとして、光軸方向に直交しかつ互いに直交する２方向
に対して、各々相反する屈折率を有する円柱状の凹凸レ
ンズを使用することとしたので、２方向に対して各々異
なる屈折率の補助レンズを簡単な構成で実現することが
可能となる。

【００８７】また、請求項１３にかかるコンピュータが
読み取り可能な記録媒体によれば、コンピュータで記録
媒体に格納されたプログラムを実行することにより、請
求項７〜請求項１２のいずれか１つに記載の発明の各ス
テップを実現することとしたので、一回のＡＦのための
撮像のみで焦点位置までの距離と方向の情報を得ること
ができ、簡単な構成で高速な合焦動作を行うことが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明するための説明図である。

【図２】補助レンズの構成を示す図である。

【図３】カラーイメージセンサーのＡＦエリアを説明す
るための説明図である。

【図４】焦点の方向および距離の判別方法を説明するた
めの説明図である。

【図５】センサ位置と点像半径の関係を説明するための
図である。

【図６】センサ位置と点像の縦横差の関係を説明するた
めの図である。

【図７】本発明にかかるデジタルカメラのＡＦ処理系の
構成図である。

【図８】ＡＦ動作および撮影動作を説明するためのフロ
ーチャートである。

【図９】図８のＡＦ動作の点像半径算出処理を詳細に説
明するためのフローチャートである。

【図１０】図８のＡＦ動作の焦点距離方向算出処理を詳
細に説明するためのフローチャートである。

【図１１】２次元ハミング窓関数を説明するための説明
図である。

【図１２】合焦時の点像分布係数を説明するための説明
図である。

【図１３】ピンボケ時の点像分布係数を説明するための
説明図である。

【図１４】点像半径の算出方法を説明するための説明図
である。

【図１５】後ピン時の焦点距離Ｌを説明するための説明
図である。

【図１６】前ピン時の焦点距離Ｌを説明するための説明
図である。

【符号の説明】

１０１Ａ焦点レンズ１０１Ｂ補助レンズ１０１撮影兼ＡＦ用レンズ１０２撮像絞り１０３カラーイメージセンサー１０４自動露出制御部１０５ＡＦエリア画像データメモリ１０６窓関数乗算部１０７２次元ＦＦＴ部１０８位相操作部１０９２次元ＩＦＦＴ部１１０点像分布係数メモリ１１１距離方向算出部１１２焦点調整駆動装置１１３撮影／ＡＦ切替装置１１４フレーム用画像メモリ１１５輝度変換部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光軸方向に直交しかつ互いに直交する２
方向に対して、各々異なる屈折率を有する補助レンズを
含み、被写体を結像するためのレンズ系と、撮像エリアの少なくとも一部にＡＦエリアが設定され、
前記レンズ系により結像される被写体像を画像データに
変換する撮像素子と、前記ＡＦエリアの画像データのボケ特性を示す点像分布
を求め、点像の大きさおよび縦横差に基づいて、合焦点
の方向と合焦点までの距離を推定する合焦位置推定手段
と、前記合焦位置推定手段で推定された前記合焦点の距離に
基づき、合焦状態にあるか否かを判断する合焦状態判別
手段と、前記合焦状態判別手段で合焦状態にないと判断された場
合に、前記合焦位置推定手段で推定された前記合焦点の
方向に前記合焦点までの距離だけ、前記レンズ系または
前記撮像素子を移動させる駆動手段と、を備えたことを特徴とする自動合焦装置。
【請求項２】前記合焦位置推定手段は、前記ＡＦエリアの画像データを２次元フーリエ変換して
周波数領域の振幅と位相に変換し、全周波数領域の位相
をゼロに置き換えた後、２次元逆フーリエ変換を行って
点像分布を算出することを特徴とする請求項１に記載の
自動合焦装置。
【請求項３】前記合焦位置推定手段は、前記点像分布の原点ピーク値に基づいて閾値を算出し、
当該閾値に基づく点像分布の断面のＸ方向半径とＹ方向
半径の差を、前記点像の縦横差として算出することを特
徴とする請求項１または請求項２に記載の自動合焦装
置。
【請求項４】前記撮像素子は、カラー撮像素子からな
り、前記合焦位置推定手段は、前記カラー撮像素子から出力
されるＡＦエリアのカラー画像データの輝度情報に基づ
いて点像分布を算出することを特徴とする請求項１〜請
求項３のいずれか１つに記載の自動合焦装置。
【請求項５】前記補助レンズは、光軸方向に直交しか
つ互いに直交する２方向に対して、各々相反する屈折率
を有する円柱状の凹凸レンズであることを特徴とする請
求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の自動合焦装
置。
【請求項６】さらに、前記補助レンズを移動させるた
めの補助レンズ駆動手段を備え、前記補助レンズ駆動手
段は、ＡＦのための撮像では、前記補助レンズを光路上
に配置する一方、通常の撮像では、前記補助レンズを光
路上から退避させることを特徴とする請求項１〜請求項
５のいずれか１つに記載の自動合焦装置。
【請求項７】レンズ系または撮像素子を移動させて自
動合焦動作を行う自動合焦装置の合焦方法において、光軸方向に直交しかつ互いに直交する２方向に対して、
各々異なる屈折率を有する補助レンズを含む前記レンズ
系により、被写体を結像するステップと、前記撮像素子上に結像される被写体像のＡＦエリアの画
像データのボケ特性を示す点像分布を求め、点像の大き
さおよび縦横差に基づいて、合焦点の方向と合焦点まで
の距離を推定する推定ステップと、前記推定された合焦点までの距離に基づいて合焦状態に
あるか否かを判断する合焦判定ステップと、前記合焦判定ステップで、合焦状態にないと判断された
場合に、前記推定された前記合焦点の方向に前記合焦点
までの距離だけ、前記レンズ系または前記撮像素子を移
動させる移動ステップと、を含むことを特徴とする自動合焦装置の合焦方法。
【請求項８】レンズ系または撮像素子を移動させて自
動合焦動作を行う自動合焦装置の合焦方法において、光軸方向に直交しかつ互いに直交する２方向に対して、
各々異なる屈折率を有する補助レンズを光路上に配置す
るステップと、前記補助レンズを含む前記レンズ系により、被写体を結
像するステップと、前記撮像素子上に結像される被写体像のＡＦエリアの画
像データのボケ特性を示す点像分布を求め、点像の大き
さおよび縦横差に基づいて、合焦点の方向と合焦点まで
の距離を推定する推定のステップと、前記推定された合焦点までの距離に基づいて合焦状態に
あるか否かを判断する合焦判定ステップと、前記合焦判定ステップで、合焦状態にないと判断された
場合に、前記推定された前記合焦点の方向に前記合焦点
までの距離だけ、前記レンズ系または前記撮像素子を移
動させる移動ステップと、前記合焦判定ステップで、合焦状態にあると判断された
場合に、前記補助レンズを光路上から退避させ、通常の
撮影を行うステップと、を含むことを特徴とする自動合焦装置の合焦方法。
【請求項９】前記推定ステップでは、前記ＡＦエリアの画像データを２次元フーリエ変換して
周波数領域の振幅と位相に変換し、全周波数領域の位相
をゼロに置き換えた後、２次元逆フーリエ変換を行って
点像分布を算出することを特徴とする請求項７または請
求項８に記載の自動合焦装置の合焦方法。
【請求項１０】前記推定ステップでは、前記点像分布の原点ピーク値に基づいて閾値を算出し、
当該閾値に基づく点像分布の断面のＸ方向半径とＹ方向
半径の差を、前記点像の縦横差として算出することを特
徴とする請求項７〜請求項９のいずれか１つに記載の自
動合焦装置の合焦方法。
【請求項１１】前記撮像素子は、カラー撮像素子から
なり、前記推定ステップでは、前記カラー撮像素子から出力さ
れるＡＦエリアのカラー画像データの輝度情報に基づい
て点像分布を算出することを特徴とする請求項７〜請求
項１０のいずれか１つに記載の自動合焦装置の合焦方
法。
【請求項１２】前記補助レンズは、光軸方向に直交し
かつ互いに直交する２方向に対して、各々相反する屈折
率を有する円柱状の凹凸レンズであることを特徴とする
請求項７〜請求項１１のいずれか１つに記載の自動合焦
装置の合焦方法。
【請求項１３】請求項７〜請求項１２のいずれか１つ
に記載の発明の各ステップをコンピュータに実行させる
ためのプログラムを記録したことを特徴とするコンピュ
ータが読み取り可能な記録媒体。