JP2009069197A - 自動焦点調節装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】迅速且つ高精度なオートフォーカス動作を実現することが出来る自動焦点調節装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る自動焦点調節装置は、ローリングシャッター方式による露光が行なわれる撮像素子２と、撮像素子２に焦点を合わせるためのフォーカスレンズ１０を具えた焦点調節機構１と、撮像素子２から得られる撮像信号に基づいてＡＦ評価値を算出するＡＦ評価値算出回路３と、撮像素子２による撮像画面の一部に設定された合焦エリアのＡＦ評価値に基づいて焦点調節機構１の動作を制御するＡＦ制御回路４と具え、ＡＦ制御回路４は、各撮像画面の合焦エリアについてのＡＦ評価値と、該合焦エリアを対象とする露光時のフォーカスレンズ位置とを対応づけて、ＡＦ評価値が最大となるフォーカスレンズ位置を探索しつつ、各合焦エリアについての露光期間に重複して、焦点調節機構１を駆動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置に装備されて、ＣＭＯＳセンサー等の撮像素子から得られる撮像信号に基づいて合焦動作を行なう自動焦点調節装置に関するものである。
従来、撮像装置としてＣＭＯＳセンサーを搭載したデジタルカメラにおいては、図４に示す如くフレーム期間Ｖの繰り返しの過程で、ＣＭＯＳセンサーから得られる撮像画面の最上位の水平走査ラインＬａから最下位の水平走査ラインＬｂに向かって順次、水平走査ライン毎に露光が行なわれ、その結果、ＣＭＯＳセンサーから１フレーム分の撮像信号が得られる。この様な露光方式はローリングシャッター方式と呼ばれている。
又、上記の撮像動作の過程で、フォーカスレンズが無限位置から至近位置まで駆動され、この過程で得られる撮像信号に基づいて、ＣＭＯＳセンサーに焦点を合わせるオートフォーカス動作が実行される。オートフォーカス動作においては、ＣＭＯＳセンサーによる撮像画像の一部が合焦エリアとして設定される。例えば、撮像画像に人の顔が含まれている場合には、顔を含むエリアが合焦エリアとして自動的に設定される。そして、１フレーム毎に、合焦エリアについてのオートフォーカス評価値(例えば撮像信号の高周波成分の積算値)が算出され、該オートフォーカス評価値が最大となる様に、フォーカスレンズの位置が調節される。
ところで、ＣＭＯＳセンサーの如くローリングシャッター方式の撮像素子を搭載したデジタルカメラにおいては、図４に示す如く水平走査ライン毎に露光期間が異なるため、フォーカスレンズの駆動を行なう期間Ｄが露光期間と重なることになる。
この場合、露光によって得られるオートフォーカス評価値は、一定のフォーカスレンズ位置と対応していないため、従来は、例えば露光が行なわれている画面の中央位置を仮のフォーカスレンズ位置とする処理が行なわれているが、この様な仮のフォーカスレンズ位置はその画面のオートフォーカス評価値と正確に対応しているとは言えないため、オートフォーカス動作によるピーク検出の精度が悪い問題があった。
そこで、１フレーム当たりのフォーカスレンズ駆動量を少なくして、露光期間とフォーカスレンズ駆動期間とが互いに重ならない様に両期間をずらすことによって、オートフォーカス動作の精度向上を図ることが提案されている(特許文献１)。
特開２００６−２４３５２７号公報［G02B7/28］
しかしながら、露光期間とフォーカスレンズ駆動期間とを互いにずらす方法では、１フレーム当たりのフォーカスレンズ駆動量が少なくならざるを得ないため、合焦完了までに時間がかかる問題があった。
そこで本発明の目的は、迅速且つ高精度なオートフォーカス動作を実現することが出来る自動焦点調節装置を提供することである。
本発明に係る自動焦点調節装置は、ローリングシャッター方式による露光が行なわれる撮像素子と、該撮像素子に焦点を合わせるためのフォーカスレンズを具えた焦点調節機構と、前記撮像素子から得られる撮像信号に基づいてオートフォーカス評価値を算出するオートフォーカス評価値算出回路と、前記撮像素子による撮像画面の一部に設定された合焦エリアのオートフォーカス評価値に基づいて前記焦点調節機構の動作を制御するオートフォーカス制御回路と具えている。
ここで、オートフォーカス制御回路は、各撮像画面の合焦エリアについてのオートフォーカス評価値と、該合焦エリアを対象とする露光時のフォーカスレンズ位置とを対応づけて、オートフォーカス評価値が最大となるフォーカスレンズ位置を探索しつつ、各合焦エリアについての露光期間に重複して、焦点調節機構を駆動するものである。
上記本発明の自動焦点調節装置においては、オートフォーカス評価値が最大となるフォーカスレンズ位置を探索する過程で、各撮像画面の合焦エリアについてのオートフォーカス評価値が、該合焦エリアを対象とする露光時のフォーカスレンズ位置と対応づけられ、然も、フレームの進行に伴って合焦エリアが移動したとしても、フォーカスレンズ位置はこの移動に追従して設定されるので、常に画面の中央にフォーカスレンズ位置を設定していた従来装置よりも、対応関係が精度の高いものとなる。
又、各合焦エリアについての露光期間に重複して、焦点調節機構を駆動するので、１フレーム当たりのフォーカスレンズ駆動量を大きく設定することが出来、これによって合焦完了に要する時間を短縮することが出来る。
具体的構成においては更に、各撮像画面について合焦エリアを決定する合焦エリア決定手段を具え、該合焦エリア決定手段から前記オートフォーカス制御回路へ合焦エリアの位置情報が供給され、前記オートフォーカス制御回路は、該位置情報に基づいて該合焦エリアを対象とする露光時のフォーカスレンズ位置を算出するフォーカスレンズ位置算出手段を具えている。
前記フォーカスレンズ位置算出手段は、合焦エリアを構成する複数本の水平走査ラインの内、代表となる水平走査ラインについての露光期間の中間時刻におけるフォーカスレンズの位置を、前記フォーカスレンズ位置として算出する。
上記具体的構成によれば、各撮像画面の合焦エリアについてのオートフォーカス評価値と、該合焦エリアを対象とする露光時のフォーカスレンズ位置とを、更に正確に対応づけることが出来る。
更に具体的な構成において、前記オートフォーカス制御回路は、前記焦点調節機構を粗い単位移動量(焦点深度よりも大きな移動距離)で動作させる粗調整手段と、前記焦点調節機構を微小な単位移動量(焦点深度程度の移動距離)で動作させる微調整手段とから構成され、該粗調整手段によって、前記オートフォーカス評価値とフォーカスレンズ位置に基づくオートフォーカス制御が実行される。
上記具体的構成においては、先ず粗調整手段による粗調整が実施され、この過程で、前記オートフォーカス評価値とフォーカスレンズ位置に基づく迅速なオートフォーカス制御が実行された後、粗調整によって発見された最適値の近傍にて微調整手段による微調整が実施され、この結果、フォーカスレンズは高精度の合焦位置に設置されることになる。
本発明に係る自動焦点調節装置によれば、オートフォーカス評価値とフォーカスレンズ位置の対応関係が精度の高いものとなり、然も各合焦エリアについての露光期間中にも焦点調節機構を駆動するので、迅速且つ高精度なオートフォーカス動作を実現することが出来る。
以下、本発明の自動焦点調節装置をデジタルカメラに搭載した実施例につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明に係るデジタルカメラは、図１に示す如く、被写体からの光が入射すべきフォーカスレンズ(10)を具えた焦点調節機構(１)と、フォーカスレンズ(10)を通過した光が入射すべきＣＭＯＳセンサーからなる撮像素子(２)と、該撮像素子(２)から得られる撮像信号に基づいてオートフォーカス評価値(ＡＦ評価値)を算出するＡＦ評価値算出回路(３)と、該ＡＦ評価値算出回路(３)から得られるＡＦ評価値に基づいてフォーカス駆動信号を作成し、焦点調節機構(１)へ供給するＡＦ制御回路(４)とを具えている。これによって、焦点調節機構(１)では、フォーカスレンズ(10)が光軸方向に駆動されて、合焦動作が行なわれる。
尚、ＣＭＯＳセンサーからなる撮像素子(２)においては、ローリングシャッター方式の露光が行なわれる。
又、ＡＦ制御回路(４)には、合焦エリア決定回路(６)とＡＳＩＣ(５)が接続されている。合焦エリア決定回路(６)は、例えば撮像画面に含まれる人の顔を認識して、顔を含む一部のエリアを合焦エリアとして決定し、合焦エリアの位置についての情報(位置情報)をＡＦ制御回路(４)へ供給するものである。一方、ＡＳＩＣ(５)は、オートフォーカス動作過程における時刻の進行を表わす時刻情報をＡＦ制御回路(４)へ供給するものである。
ＡＦ評価値算出回路(３)は、撮像画面の全体若しくは周囲の枠部分を除く中央部分を例えば２５６ブロックに分割して、各ブロックの撮像信号の高周波成分を積算することにより、２５６ブロック分のＡＦ評価値を算出し、ＡＦ制御回路(４)へ供給する。
ＡＦ制御回路(４)は、合焦エリア決定回路(６)から得られる位置情報に基づいて、ＡＦ評価値算出回路(３)から得られる２５６ブロック分のＡＦ評価値の中から、合焦エリアに相当する１或いは複数のブロックのＡＦ評価値を抽出し、該ＡＦ評価値に平均化処理などの演算を施すことによって、オートフォーカス動作に利用するＡＦ評価値(利用エリアＡＦ評価値)を得る。
又、ＡＦ制御回路(４)は、図２に示す如く、撮像画面(７)内の合焦エリアＡの最上位水平走査ラインＬｘと最下位水平走査ラインＬｙの中間に位置する水平走査ラインを代表水平走査ラインＬｍとして、代表水平走査ラインＬｍについての露光期間の開始時刻Ｔｓと終了時刻Ｔｅの中間時刻Ｔｍを算出し、下記数１に基づいて、現フレームの代表水平走査ラインの露光時点におけるフォーカスレンズの位置Ｆｉを算出する。尚、Ｆは前フレームの終了時点でのフォーカスレンズの位置を表わし、Ｖはフォーカスレンズの移動速度を表わし、Ｔｆｓは現フレームでのフォーカス駆動開始時刻を表わしている。
(数１)
Ｆｉ＝Ｆ＋Ｖ×(Ｔｍ−Ｔｆｓ)
そして、ＡＦ制御回路(４)は、前記の利用エリアＡＦ評価値を、数１によって算出されるフォーカスレンズ位置Ｆｉと対応づけつつ、焦点調節機構(１)を駆動し、利用ＡＦ評価値が最大となるフォーカスレンズ位置を検索する。
図３は、シャッター操作に応じてＡＦ制御回路(４)が実行する粗調整手続きを表わしている。先ずステップＳ１にて、粗調整動作を開始し、ステップＳ２では、各フレームについて、ローリングシャッター方式による露光を行なうと共に、焦点深度よりも大きな単位移動距離(Ｆステップ)でフォーカスレンズを駆動する。これによって、図４の如く、露光期間と重複してフォーカスレンズの駆動が行なわれることになる。
そして、ステップＳ３では、前記数１に基づいて合焦エリア露光時のフォーカスレンズ位置を算出し、ステップＳ４では、合焦エリアのＡＦ評価値(利用エリアＡＦ評価値)を算出する。
その後、ステップＳ５にて、利用エリアＡＦ評価値がピークに達したことが検出されたか否かが判断され、ノーの場合はステップＳ２に戻って、露光とフォーカスレンズの駆動を繰り返す。この結果、ステップＳ５にてイエスと判断されたとき、粗調整動作を終了する。
粗調整動作の完了後は、粗調整動作によって得られた最適フォーカスレンズ位置の近傍にて、フォーカスレンズを焦点深度程度の単位移動距離で移動させる微調整動作が実施される。
微調整動作においては、撮像画面の中央位置を一定のフォーカスレンズ位置とする従来と同様のオートフォーカス制御が実行される。これによっても、フォーカスレンズの単位移動距離は微小であるため、精度の高いオートフォーカス動作が実現される。但し、微調整動作においても、図３に示す粗調整動作と同様に、合焦エリアのＡＦ評価値と合焦エリア露光時のフォーカスレンズ位置に基づくオートフォーカス制御を実行することが可能である。
この様にして、ＡＦ評価値が最大となるフォーカスレンズ位置が設定され、その時点で得られる撮像信号が所定の信号処理を経た後、メモリ(図示省略)に記録される。
上記本発明のデジタルカメラによれば、粗調整動作においてＡＦ評価値とフォーカスレンズ位置の対応関係が精度の高いものとなり、然も露光期間中にもフォーカスレンズを駆動するので、迅速且つ高精度なオートフォーカス動作を実現することが出来る。
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、合焦エリア決定回路(６)としては、撮像画面に含まれる顔を検出して顔を含むエリアを合焦エリアとして決定する構成に限らず、周知の種々の方式によって合焦エリアを決定する構成を採用することが出来る。
本発明に係るデジタルカメラの自動焦点調節装置の構成を表わすブロック図である。 合焦エリアの露光時点におけるフォーカスレンズ位置を説明する図である。 該デジタルカメラにおける粗調整動作の手続きを示すフローチャートである。 ローリングシャッター方式による露光期間とフォーカスレンズの駆動期間を示すタイムチャートである。
符号の説明
(１) 焦点調節機構
(10) フォーカスレンズ
(２) 撮像素子
(３) ＡＦ評価値算出回路
(４) ＡＦ制御回路
(５) ＡＳＩＣ
(６) 合焦エリア決定回路

Claims (4)

  1. ローリングシャッター方式による露光が行なわれる撮像素子と、該撮像素子に焦点を合わせるためのフォーカスレンズを具えた焦点調節機構と、前記撮像素子から得られる撮像信号に基づいてオートフォーカス評価値を算出するオートフォーカス評価値算出回路と、前記撮像素子による撮像画面の一部に設定された合焦エリアのオートフォーカス評価値に基づいて前記焦点調節機構の動作を制御するオートフォーカス制御回路と具えている自動焦点調節装置において、
    前記オートフォーカス制御回路は、各撮像画面の合焦エリアについてのオートフォーカス評価値と、該合焦エリアを対象とする露光時のフォーカスレンズ位置とを対応づけて、オートフォーカス評価値が最大となるフォーカスレンズ位置を探索しつつ、各合焦エリアについての露光期間に重複して、焦点調節機構を駆動することを特徴とする自動焦点調節装置。
  2. 更に、各撮像画面について合焦エリアを決定する合焦エリア決定手段を具え、該合焦エリア決定手段から前記オートフォーカス制御回路へ合焦エリアの位置情報が供給され、前記オートフォーカス制御回路は、該位置情報に基づいて該合焦エリアを対象とする露光時のフォーカスレンズ位置を算出するフォーカスレンズ位置算出手段を具えている請求項１に記載の自動焦点調節装置。
  3. 前記フォーカスレンズ位置算出手段は、合焦エリアを構成する複数本の水平走査ラインの内、代表となる水平走査ラインについての露光期間の中間時刻におけるフォーカスレンズの位置を、前記フォーカスレンズ位置として算出する請求項２に記載の自動焦点調節装置。
  4. 前記オートフォーカス制御回路は、前記焦点調節機構を粗い単位移動量で動作させる粗調整手段と、前記焦点調節機構を微小な単位移動量で動作させる微調整手段とから構成され、該粗調整手段によって、前記オートフォーカス評価値とフォーカスレンズ位置に基づくオートフォーカス制御が実行される請求項１乃至請求項３の何れかに記載の自動焦点調節装置。
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