JP2007256463A - オートフォーカス装置およびカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】外乱影響等による端点への偽合焦を防止することができるオートフォーカス装置の提供。
【解決手段】フォーカスレンズの駆動範囲の端点近傍における焦点評価値に基づいて、端点における焦点評価値取得動作への外乱影響の有無を判定し（ステップＳ５０１〜Ｓ５０５）、その判定結果に基づいて合焦制御を行うようにしたので（ステップＳ５０６，Ｓ５０７）、端点における「片上がり現象」の発生による偽合焦を防止することが可能となる。また、被写体輝度が所定輝度以下であって、かつ、判定手段により外乱影響が有ると判定された場合に、端点を含む所定駆動範囲でフォーカスレンズを移動させて複数の焦点評価値を取得するサーチ制御を行うことにより（ステップＳ５０４）、外乱による「片上がり現象」か否かを確実に判定できる。
【選択図】図６

Description

本発明は、コントラストＡＦ方式によるオートフォーカス装置およびカメラに関する。

従来、コントラストＡＦ方式によるカメラにおいて、フォーカスレンズを至近端と無限端との間で連続移動させて複数のレンズ位置における焦点評価値を取得し、焦点評価値のピークを検出して合焦点を探査する連続サーチ方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−７７９５９号公報

ところで、連続サーチ方式の場合、フォーカスレンズを移動させつつ焦点評価値を取得するため、外乱によりフォーカスレンズの移動状態が変化すると、撮像信号取り込み中の条件が変化し焦点評価値が大きく変化することがある。特に、輝度が暗く被写体のコントラストが低い場合には、至近端および無限端の近傍において、合焦点でないのに焦点評価値が外乱によって大きく跳ね上がる場合がある。その結果、その跳ね上がりのピーク位置を合焦位置と判断して偽合焦してしまうことがあった。

請求項１の発明は、撮像信号に基づく焦点評価値を取得する取得手段と、フォーカスレンズを連続移動させつつ取得手段により取得された複数の焦点評価値に基づいて合焦制御を行う制御手段とを備えるオートフォーカス装置に適用され、フォーカスレンズの駆動範囲の端点近傍における焦点評価値に基づいて、端点における焦点評価値取得動作への外乱影響の有無を判定する判定手段をさらに備え、判定手段の判定結果に基づいて合焦制御を行うことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載のオートフォーカス装置において、判定手段により外乱影響が有ると判定された場合に、端点における焦点評価値を除外した他の焦点評価値に基づいて合焦制御を行うようにしたものである。
請求項３の発明は、請求項１に記載のオートフォーカス装置において、判定手段により外乱影響が有ると判定された場合に、端点を含む所定駆動範囲でフォーカスレンズを移動させて取得手段により複数の焦点評価値を取得するサーチ制御を行い、そのサーチ制御の結果に基づいて合焦制御を行うようにしたものである。
請求項４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、サーチ制御においては、取得手段による焦点評価値取得時にフォーカスレンズを停止状態とするようにしたものである。
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のオートフォーカス装置において、（ａ）被写体輝度が所定輝度以下であって、（ｂ）取得位置が前記端点に最も近い焦点評価値に対して端点の焦点評価値の方が大きく、かつ、（ｃ）端点における焦点評価値が所定閾値以下の場合に、外乱影響が有ったと判定するようにしたものである。
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載のオートフォーカス装置において、被写体輝度が所定輝度以下であって、かつ、端点の焦点評価値と取得位置が端点に最も近い焦点評価値との差が、所定の差分基準値より小さい場合に、外乱影響が有ったと判定するようにしたものである。
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載のオートフォーカス装置において、被写体輝度が所定輝度以下であって、かつ、端点の焦点評価値と取得位置が端点に２番目に近い焦点評価値との差が、第２差分基準値より小さい場合に、外乱影響が有ったと判定するようにしたものである。
請求項８の発明によるカメラは、請求項１〜７のいずれか一項に記載のオートフォーカス装置を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、外乱影響等による端点への偽合焦を防止することができる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、本発明によるカメラの一実施の形態を示す図であり、ＡＦ(オートフォーカス)デジタルカメラのブロック図である。図１に示したカメラは、撮影レンズ１と、固体撮像素子２と、Ａ／Ｄ変換器３と、メモリ４と、画像処理回路５と、外部記憶回路６と、コントロール回路８と、モータ１３により駆動されるフォーカス制御機構１４と、ＣＰＵ１２と、絞り１９とを備えている。ＣＰＵ１２には、ＡＥ／ＡＷＢ処理回路７，バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）９，積算回路１０，ＡＦ回路１１および記憶部１５が設けられている。外部記憶媒体６は、デジタルカメラに対して着脱可能に設けられている。

図１では撮影レンズ１を簡略化して示したが、撮影レンズ１は１枚または複数枚のレンズで構成され、フォーカス制御機構１４によりフォーカスレンズを駆動して焦点調節を行う。すなわち、フォーカス制御機構１４により撮影レンズ１のフォーカスレンズを光軸方向に駆動して、固体撮像素子２の撮像面上に結像される被写体像のピント調整を行う。なお、撮影レンズ１は単一焦点距離（固定焦点）のレンズであっても良いし、ズームレンズやステップズームレンズのように焦点距離が可変なレンズであっても良い。

固体撮像素子２は２次元型の撮像デバイスであり、このような撮像デバイスにはＣＣＤ型、ＭＯＳ型、ＣＩＤ型など様々な形態がある。本実施の形態ではＣＣＤ撮像素子が用いられている。撮影レンズ１を通過した被写体光は、絞り１９の開口を通って固体撮像素子２の撮像面上に結像される。固体撮像素子２の撮像面上に被写体像が結像されると、被写体像の光の強弱に応じて画素毎に信号電荷が蓄積される。固体撮像素子２は、コントロール回路８からのシャッターゲートパルスによって、各画素に蓄積される電荷の蓄積時間（シャッタースピード）が制御される。これは、電子シャッターと呼ばれる機能である。

固体撮像素子２の各画素に蓄積された信号電荷は映像出力信号として順次読み出され、Ａ／Ｄ変換器３によってデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された映像信号は、画像データとして一旦メモリ４に格納される。画像処理回路５は、輝度（Ｙ）信号生成回路や色差（Ｃ）信号生成回路やデータ圧縮解凍回路などの信号処理回路を備えている。また、画像処理回路５はメモリ４から画像データを読み込んで各種信号処理を行った後に、所定の形式（例えば、ＪＰＥＧ形式）の画像データに変換し、その画像データをメモリ４またはメモリカード等の外部記憶回路６に記憶させる。

ＣＰＵ１２はコントロール回路８やメモリ４などと接続され、所定のアルゴリズムに従って露出値やフォーカス状態等の各種演算を行うとともに、ＡＥ／ＡＷＢ処理回路７やＡＦ回路１１等の制御を総括的に管理している。ＢＰＦ９には、被写体画像の中のＡＦエリア内の画像に対応するＡＦ用画像データがメモリ４から読み込まれる。ＢＰＦ９は読み込まれたＡＦ用画像データから高周波成分を抽出し、抽出された高周波成分の絶対値は積分回路１０により積算される。この積算結果は焦点評価値と呼ばれている。本実施の形態のカメラでは、算出された焦点評価値を用いたコントラストＡＦ方式により撮影レンズ１のＡＦ動作を行う。

なお、上述した説明では、メモリ４に記憶した画像データに基づいて、バンドパスフィルタ９および積分回路１０により焦点評価値を算出する構成としたが、Ａ／Ｄ変換器３の出力を逐次バンドパスフィルタ９へ送り、データ転送と同時に焦点評価値を算出するような構成としても良い。また、本実施の形態では、上述したＢＰＦ９および積分回路１０の処理は、実際にはＣＰＵ１２においてソフトウェアにより処理されているが、ハードウェアによってこれらの機能を実現するようにしても良い。

《ＡＦ動作の説明》
次に、図２〜６を用いて本実施の形態におけるＡＦ動作について説明する。図２はＣＰＵ１２で処理されるＡＦ制御動作を示すフローチャートであり、図３，４はＡＦ動作時におけるフォーカスレンズのレンズ位置の推移を示す図である。図３は後述する「片上がり現象」が生じていない通常の場合のＡＦ動作を示したものであり、図４は「片上がり現象」が生じている場合のＡＦ動作の一部を示したものである。図３，４において、縦軸はレンズ位置を、横軸は時間をそれぞれ表しており、黒丸は焦点評価値のサンプリング点を示している。図２に示すフローチャートのプログラムは、レリーズボタンの半押し操作により不図示の半押しスイッチがオンするとスタートする。

ステップＳ１では、フォーカスレンズを無限端から至近端までスキャンして、所定レンズ位置間隔毎に焦点評価値を取得するサーチ処理が実行される。具体的には、図３の領域Ａ〜Ｄ間での処理がサーチ処理に対応しており、まず、フォーカスレンズを現在のＡＦ開始位置からサーチ開始位置へ移動させる（領域Ａ）。図３においては、無限端をサーチ開始位置としているが、至近側端点でもかまわない。この場合、ＡＦ動作開始位置により近い方の端点をサーチ開始位置とすれば、移動に要する時間を短縮することができる。

サーチ開始位置に達したならばフォーカスレンズを停止し、そのレンズ位置における焦点評価値を取得する（領域Ｂ）。その後、所定速度でフォーカスレンズをサーチ開始位置（無限端）からサーチ終了位置（至近端）へと連続移動させながら、所定時間間隔で焦点評価値を取得する（領域Ｃ）。サーチ終了位置に達したならばフォーカスレンズを停止し、そのレンズ位置における焦点評価値を取得し（領域Ｄ）、ステップＳ１のサーチ処理を終了する。なお、取得された焦点評価値は、図１の記憶部１５に記憶される。

ステップＳ２では、取得された焦点評価値に所定レベル以上の焦点評価値があるか否かを判定する。コントラストの低い被写体の場合、本来の合焦位置とは異なる位置に焦点評価値の最大値が現れる擬合焦と呼ばれる現象が生じる場合がある。そこで、ステップＳ２でＮＯと判定された場合には、焦点調節ができないほどコントラストが低いと判断し、ステップＳ８へ進んで合焦不能処理を行う。合焦不能処理の一例としては、フォーカスレンズを予め定められた所定レンズ位置、例えば至近端へ移動させる。

一方、ステップＳ２でＹＥＳと判定されるとステップＳ３へ進み、焦点評価値が外乱によって大きく跳ね上がる「片上がり現象」が、至近端近傍または無限端近傍において生じているか否かを判定する。図５は、サーチ処理により取得された焦点評価値の一例を示したものであり、評価値曲線Ｌ１は通常の場合を示している。一方、評価値曲線Ｌ２は、評価値曲線Ｌ１の場合と同様の撮影シーンであるが、被写体が低輝度で低コントラストの場合の焦点評価値を示している。評価値曲線Ｌ２では至近端において「片上がり現象」が生じており、この「片上がり現象」は、低輝度、低コントラストおよび振動の影響などが焦点評価値に悪影響を及ぼすことにより発生する。

ステップＳ３の具体的な判定方法としては、レンズ位置１，２の焦点評価値Ｃ１，Ｃ２がＣ１＞Ｃ２である否か、または、レンズ位置５，６の焦点評価値Ｃ５，Ｃ６がＣ６＞Ｃ５である否かによって判定する。ステップＳ３において、評価値曲線Ｌ２のような「片上がり現象」が生じていると判定されるとステップＳ４へ進む。一方、評価値曲線Ｌ１のように「片上がり現象」が生じていないと判定されると、ステップＳ６へ進み通常の合焦処理が施される。すなわち、評価値曲線Ｌ１でピークとなっているレンズ位置２を合焦点と判断し、図３の領域Ｄに示すようにレンズ位置２へとフォーカスレンズを移動し、停止する。

一方、ステップＳ３でＹＥＳと判定されてステップＳ４へ進んだ場合には、ステップＳ４において、所定輝度以下か否かを判定する。所定輝度とは外乱による「片上がり現象」が生じやすい輝度レベルか否かを判定する基準値であり、所定輝度以下の場合には外乱による「片上がり現象」が生じているおそれがあり、所定輝度よりも高い場合には実際にレンズ位置６に焦点評価値のピークがあると判断する。

ステップＳ４において所定輝度よりも高いと判定されるとステップＳ７へ進み、レンズ位置６が焦点評価値のピーク位置の一つであるとみなし、合焦動作を行う。一般的には、複数のピークがある場合、最至近のピーク位置を合焦位置とするモードが採用される。そのような場合には、至近側のレンズ位置６を合焦位置と判定し、レンズ位置６へフォーカスレンズを移動する。

一方、ステップＳ４で所定輝度以下と判定されると、ステップＳ５へ進んで、レンズ位置６を実際のピーク位置として採用して良いか否について詳細な処理を行う。図６は、ステップＳ５の処理の詳細を示すフローチャートである。ステップＳ５０１では、外乱による「片上がり現象」が生じていると思われるレンズ位置６の焦点評価値が、閾値ｔｈを越えているか否かを判定する。

この閾値ｔｈは焦点評価値の大きさが合焦点の見なせるほど大きいか否かの判定基準であり、レンズ位置６に実際のピークがあったとしても、焦点評価値が閾値ｔｈ以下の場合には合焦レンズ位置とは判断されない。すなわち、（焦点評価値）＞ｔｈの場合にはピークの可能性があると見なしてステップＳ５０２へ進み、（焦点評価値）≦ｔｈの場合にはピークではなくて外乱による小さな「片上がり現象」が生じていると見なしステップＳ５０７へ進む。ステップＳ５０７では、他のピーク位置（図５のレンズ位置２）を用いて合焦動作を行う。

なお、閾値ｔｈを、撮影シーンに応じて変更するようにしても良い。例えば、風景撮影モードの場合には閾値ｔｈを大きくし、マクロ撮影モードの場合には閾値ｔｈを小さくして「片上がり現象」により敏感に対処するようにする。

ステップＳ５０１で（焦点評価値）＞ｔｈと判定されてステップＳ５０２へ進んだ場合には、ステップＳ５０２において、レンズ位置６の焦点評価値Ｃ６とレンズ位置５の焦点評価値Ｃ５との差が基準値Δ１より大きいか否かを判定する。これは、評価値曲線Ｌ２が端点（レンズ位置６）に向かって緩やかに減少している場合には、外乱による「片上がり現象」が発生すると、実際のピークでなくても（焦点評価値）＞ｔｈとなる場合があり、ステップＳ５０１でＹＥＳと判定される可能性がある。そこで、そのような状況を除外するために、（Ｃ６−Ｃ５）＞Δ１であれば実際のピークによりレンズ位置６の焦点評価値が増加していると判定し、（Ｃ６−Ｃ５）≦Δ１の場合には外乱による「片上がり現象」が生じていると判定する。

ステップＳ５０２で（Ｃ６−Ｃ５）＞Δ１と判定されるとステップＳ５０３へ進み、（Ｃ６−Ｃ５）≦Δ１と判定されるとステップＳ５０７へ進む。ステップＳ５０３では、レンズ位置６の焦点評価値Ｃ６とレンズ位置４の焦点評価値Ｃ４との差（Ｃ６−Ｃ４）が、基準値Δ２よりも大きいか否かを判定する。

「片上がり現象」は低輝度、低コントラスト状態において生じるので、ノイズの影響で同様な症状が発生する場合がある。ノイズの場合、レンズ位置４，５のサンプリング点を結んだ直線の傾きと、レンズ位置５，６のサンプリング点を結んだ直線の傾きとが左右対称になる場合が多く、そのときには（Ｃ６−Ｃ４）＝０となる。すなわち、ステップＳ５０３では、実際のピークによる焦点評価値の増加なのか、ノイズにより外乱の場合と同様の「片上がり現象」が生じているのかを判定している。なお、本実施の形態では、ノイズによる「片上がり現象」の場合も外乱と見なして考える。

ステップＳ５０３でＮＯと判定された場合、すなわち、ノイズによる「片上がり現象」と判定された場合にはステップＳ５０７へ進む。一方、ステップＳ５０３でＹＥＳと判定された場合、すなわち、レンズ位置６がピークである可能性が高い場合には、ステップＳ５０４に進んで再びサーチ処理を行う。ステップＳ５０４におけるサーチ処理としては、ステップＳ１で行ったような全域での連続サーチでも良いし、「片上がり現象」が生じている至近端から所定範囲のみをサーチするようにサーチ条件を変更しても良い。例えば、焦点評価値をより正確に取得するためにレンズ移動速度をステップＳ１の場合よりも低速としたり、撮像信号読み取り時にフォーカスレンズを停止する間欠駆動サーチとしたり、さらには、フィルタリングを行う際のフィルタ特性を変更しても良い。

ステップＳ５０４の再サーチ処理が終了したならば、ステップＳ５０５に進んで、「片上がり現象」が生じていたレンズ位置６の焦点評価値Ｃ６が条件「Ｃ６＞ｔｈ」を満たしているか否かを判定する。なお、ステップＳ５０５で用いられる閾値ｔｈはステップＳ５０１の閾値ｔｈと異なっていても良く、例えば、再サーチ後なのでステップＳ５０１の場合よりも小さくする。ステップＳ５０５でＣ６＞ｔｈと判定されると、ステップＳ５０６へ進み、レンズ位置６が焦点評価値のピーク位置の一つであるとみなして合焦動作を行う。一方、ステップＳ５０５においてＣ６＞ｔｈでないと判定されると、ステップＳ５０７へ進む。図６の一連の処理が終了したならば、図２のフローに戻ってＡＦ処理を終了する。

なお、図６に示す処理では、ステップＳ５０１〜Ｓ５０３の３つの判定処理の全てにおいてＹＥＳと判定された場合に、レンズ位置６が実際のピーク位置であると判定したが、いずれか１つを満たせばピーク位置であると判定しても良いし、それらを別の組み合わせで用いて判定しても良い。

以上説明した本実施の形態の作用効果をまとめると、以下のようになる。
（１）フォーカスレンズの駆動範囲の端点近傍における焦点評価値に基づいて、端点における焦点評価値取得動作への外乱影響の有無を判定する判定手段を備え、判定手段の判定結果に基づいて合焦制御を行うようにしたので、端点における「片上がり現象」の発生による偽合焦を防止することが可能となる。
（２）外乱影響が有ると判定された場合に、端点における焦点評価値を除外した他の焦点評価値に基づいて合焦制御を行うことにより、端点における「片上がり現象」の発生による偽合焦を防止することが可能となる。
（３）被写体輝度が所定輝度以下であって、かつ、判定手段により外乱影響が有ると判定された場合に、端点を含む所定駆動範囲でフォーカスレンズを移動させて複数の焦点評価値を取得するサーチ制御を行い、そのサーチ制御の結果に基づいて合焦制御を行うことにより、外乱による「片上がり現象」か否かを確実に判定できる。
（４）サーチ制御において、取得手段による焦点評価値取得時にフォーカスレンズを停止状態とすることにより、サーチ制御における焦点評価値の精度向上を図ることができる。

なお、以上の説明はあくまでも一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

本発明によるカメラの一実施の形態を示す図であり、ＡＦ(オートフォーカス)デジタルカメラのブロック図である。 ＣＰＵ１２で処理されるＡＦ制御動作を示すフローチャートである。 ＡＦ動作時におけるフォーカスレンズのレンズ位置の推移を示す図であり、「片上がり現象」が生じていない通常の場合を示している。 ＡＦ動作時におけるフォーカスレンズのレンズ位置の推移を示す図であり、「片上がり現象」が生じている場合のＡＦ動作の一部を示したものである。 評価値曲線Ｌ１，Ｌ２を示す図である。 図２のステップＳ５の処理を詳細に示すフローチャートである。

符号の説明

１：撮影レンズ ２：固体撮像素子 ５：画像処理回路
９：バンドパスフィルター １０：積算回路 １１：ＡＦ回路
１２：ＣＰＵ １３：モータ １４：フォーカス制御機構
１５：記憶部

Claims (8)

1. 撮像信号に基づく焦点評価値を取得する取得手段と、フォーカスレンズを連続移動させつつ前記取得手段により取得された複数の焦点評価値に基づいて合焦制御を行う制御手段とを備えるオートフォーカス装置において、
   前記フォーカスレンズの駆動範囲の端点近傍における前記焦点評価値に基づいて、端点における焦点評価値取得動作への外乱影響の有無を判定する判定手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記判定手段の判定結果に基づいて合焦制御を行うことを特徴とするオートフォーカス装置。
2. 請求項１に記載のオートフォーカス装置において、
   前記制御手段は、前記判定手段により前記外乱影響が有ると判定された場合に、前記端点における焦点評価値を除外した他の焦点評価値に基づいて合焦制御を行うことを特徴とするオートフォーカス装置。
3. 請求項１に記載のオートフォーカス装置において、
   前記制御手段は、前記判定手段により前記外乱影響が有ると判定された場合に、前記端点を含む所定駆動範囲でフォーカスレンズを移動させて前記取得手段により複数の焦点評価値を取得するサーチ制御を行い、そのサーチ制御の結果に基づいて合焦制御を行うことを特徴とするオートフォーカス装置。
4. 請求項３に記載のオートフォーカス装置において、
   前記サーチ制御においては、前記取得手段による焦点評価値取得時にフォーカスレンズを停止状態とすることを特徴とするオートフォーカス装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のオートフォーカス装置において、
   前記判定手段は、（ａ）被写体輝度が所定輝度以下であって、（ｂ）取得位置が前記端点に最も近い焦点評価値に対して前記端点の焦点評価値の方が大きく、かつ、（ｃ）前記端点における焦点評価値が所定閾値以下の場合に、前記外乱影響が有ったと判定することを特徴とするオートフォーカス装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のオートフォーカス装置において、
   前記判定手段は、被写体輝度が所定輝度以下であって、かつ、前記端点の焦点評価値と取得位置が前記端点に最も近い焦点評価値との差が、所定の差分基準値より小さい場合に、前記外乱影響が有ったと判定することを特徴とするオートフォーカス装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のオートフォーカス装置において、
   前記判定手段は、被写体輝度が所定輝度以下であって、かつ、前記端点の焦点評価値と取得位置が前記端点に２番目に近い焦点評価値との差が、第２差分基準値より小さい場合に、前記外乱影響が有ったと判定することを特徴とするオートフォーカス装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のオートフォーカス装置を備えたカメラ。

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