JP3977406B2 - オートフォーカス装置、オートフォーカス方法、撮像装置、プログラム、記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、オートフォーカス装置、オートフォーカス方法、撮像装置、プログラム、記憶媒体に関し、特にオートフォーカスに要する時間の短縮に関するものである。

デジタルカメラなどではＴＶ−ＡＦ方式と呼ばれるオートフォーカス（以下、ＡＦと表記する）（下記特許文献１参照）方式を採用することが多い。この方式では、フォーカス位置をある範囲内で動かして各点でのＡＦ評価信号の値から被写体距離を算出する。ＡＦ評価信号はＢＰＦ（バンドパスフィルタ）などを用いて、合焦しているほど信号が大きくなるように演算される。

例えば無限遠から５０ｃｍまでを測距範囲とした場合、図６のように、無限遠に合焦するフォーカス位置におけるＡＦ評価信号を取得し、順次５０ｃｍまでフォーカス位置を近づけながら各距離におけるＡＦ評価信号を取得する。各距離のＡＦ評価信号を比較して最も合焦すると判定された距離Ａにフォーカス位置を持っていくという手法で制御が行われる。なお、図６の横軸は、フォーカスレンズが合焦する被写体距離を示している。

また、通常、フォーカス位置を振りながらＡＦ評価信号を連続的に取得することは困難なため、例えば被写界深度相当の距離間隔毎に間引いてＡＦ評価信号を取得する場合が多い。
特開２０００−１５２０６４号公報

しかしながら、被写界深度の浅い光学系を持つカメラや距離方向の測距範囲が広く設定されたカメラの場合には、前述のように間引いてＡＦ評価信号を取得したとしても取得するデータ総数が多くなってしまい測距時間が延びるという問題が発生する。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、ＡＦ精度を落とすことなくＡＦ時間を短縮することが可能なオートフォーカス装置、オートフォーカス方法、撮像装置、プログラム、記憶媒体を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するため、本発明では、オートフォーカス装置、オートフォーカス方法、撮像装置、プログラム、記憶媒体を次のとおりに構成する。
（１）第１の駆動範囲に対してフォーカスレンズを駆動させて合焦状態を示すＡＦ評価値を検出する第１の検出手段と、
第２の駆動範囲に対して前記フォーカスレンズを駆動させて合焦状態を示すＡＦ評価値を検出する第２の検出手段とを備え、
前記第１の検出手段は、前記第１の駆動範囲を複数に分割し、前記分割された駆動範囲のうちの一つの駆動範囲において合焦であると判断された場合は前記ＡＦ評価値を検出する動作を終了し、前記分割された駆動範囲のうちの一つの駆動範囲において非合焦であると判断された場合は他の分割された駆動範囲において前記ＡＦ評価値を検出し、
前記第２の検出手段は、前回の撮像の際に検出した前記フォーカスレンズの合焦位置を含む前記第１の駆動範囲よりも狭い前記第２の駆動範囲において前記ＡＦ評価値を検出し、
更に今回の撮影パラメータが前回の撮影パラメータからみて変化があった場合には前記第１の検出手段によりＡＦ評価値を検出し、変化がなかった場合には前記第２の検出手段によりＡＦ評価値を検出することを特徴とするオートフォーカス装置。
（２）前記（１）に記載のオートフォーカス装置であって、
前記撮影パラメータは、ズームレンズの位置、撮像時刻、撮影モード、ＡＦ枠の設定、被写体の明るさ、ＡＦ評価値、ホワイトバランスの制御値、前記オートフォーカス装置の縦横位置のうち少なくとも１つを含むことを特徴とするオートフォーカス装置。
（３）前記（１）又は（２）に記載のオートフォーカス装置及びフォーカスレンズを有する光学系を備えたことを特徴とする撮像装置。
（４）第１の駆動範囲に対してフォーカスレンズを駆動させて合焦状態を示すＡＦ評価値を検出する第１の検出ステップと、
第２の駆動範囲に対して前記フォーカスレンズを駆動させて合焦状態を示すＡＦ評価値を検出する第２の検出ステップとを有し、
前記第１の検出ステップでは、前記第１の駆動範囲を複数に分割し、前記分割された駆動範囲のうち一の駆動範囲において合焦であると判断された場合は前記ＡＦ評価値を検出する動作を終了し、前記分割された駆動範囲のうち一の駆動範囲において非合焦であると判断された場合は他の分割された駆動範囲に対して前記ＡＦ評価値を検出し、
前記第２の検出ステップでは、前回の撮像の際に検出した前記フォーカスレンズの合焦位置を含む前記第１の駆動範囲よりも狭い前記第２の駆動範囲に対して前記ＡＦ評価値を検出し、
更に、今回の撮影パラメータが前回の撮影パラメータからみて変化があった場合には前記第１の検出ステップを実行し、変化がなかった場合には前記第２の検出ステップを実行することを特徴とするオートフォーカス方法。
（５）前記（４）に記載のオートフォーカス方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
（６）前記（５）に記載のプログラムをコンピュータ読み取り可能に記憶したことを特徴とする記憶媒体。

以上説明したように、本発明によれば、ＡＦ評価信号を取得する総数が多い場合でもＡＦ精度を落とすことなくＡＦ時間を短縮することが可能である。

以下、本発明の実施形態をデジタルカメラの実施例により詳しく説明する。なお、本発明は、装置の形に限らず、実施例の説明に裏付けられて、方法の形で実施することができる。

（実施例１）
図１は、実施例１であるオートフォーカス装置を有する撮像装置としての“デジタルカメラ”の概略構成を示す図である。

本デジタルカメラは、ズームレンズを有する光学系０１およびフォーカスレンズ０２により結像した光を撮像素子０３により光電変換し、出力ノイズを除去するＣＤＳ回路やＡ／Ｄ変換前に行う非線形増幅回路を備えた前置処理回路０４とＡ／Ｄ変換器０５を通してデジタル化した信号を、メモリコントローラ０６を介してメモリ０７に格納し、図示していない信号処理回路によって画像に変換してから記録媒体０８に画像を記録する。

ＡＦの動作について説明する。ＡＦ動作は制御部１１により制御される。まず、ＳＷ１・０９が押されると、撮影条件解析部１２および範囲設定部１３により選択した範囲をスキャン（走査）するようにフォーカスレンズ駆動回路１７はフォーカスレンズ０２を駆動するとともに、撮像素子０３から出力される画像信号を取得する。フォーカスレンズ０２の各駆動位置において、取得した画像信号は、ＡＦ評価値演算回路１４によりＢＰＦを用いて中高域信号成分が抽出されることにより合焦の度合いを示すＡＦ評価値に変換される。そして、ＡＦ評価値が最も高い値合焦位置決定部１５は、ＡＦ評価値が最も高い値が得られる位置を合焦位置（図５ではＡである）とし、制御部１１は、フォーカスレンズ駆動回路１７に対してその合焦位置にフォーカスレンズ０２を駆動させる。フォーカスレンズ０２の駆動が完了し、ＳＷ２・１０が使用者によって押されることで撮影が実行される。また、合焦位置と撮影時の撮影条件が撮影条件記憶部１６に記憶される。

ＡＦ動作について図２のフローを用いてさらに詳細に説明する。

ステップ１（図ではＳ１と表記する、以下同様）において撮影条件の解析を行う。もし、初めてのフォーカスレンズ０２の走査であれば、次のステップ２に進み、フォーカスレンズ０２は、広い範囲においてＡＦ評価値が得られるように比較的走査範囲が広い所定の範囲（例えばフォーカスレンズ０２が走査可能な全範囲）をスキャンするよう設定される。デジタルカメラの電源投入後、２度目以降のフォーカスレンズ０２の走査の場合には、前回の撮影と今回の撮影の条件がほぼ同じかどうかを判定し、ほぼ同じと判定された場合には、ステップ２において、前記所定の範囲より狭く、かつ、前回撮影時の合焦位置を含むようにフォーカスレンズ０２の走査範囲を設定し、そうでない場合には、ステップ２において前記所定の範囲をフォーカスレンズ０２がスキャンするよう設定される。

前回の撮影パラメータと今回の撮影パラメータとの比較は、例えば、次の複数の条件を全て満たす場合（請求項の「所定の要件を満たす場合」に対応する）には、ほぼ同じ条件での撮影と判定する。

撮影時のズームレンズのポジションが前回撮影時と今回撮影時で全く同一またはほぼ同じ。
前回撮影した時刻と今回撮影する時刻の時間差があまりない。
近接した被写体を撮像するマクロモード／通常の被写体を撮像する非マクロモードの設定が変更されていない。
ＡＦ評価値を得るために検出する画像信号の領域としてのＡＦ枠の数が変更されていない。
撮影時の明るさがほぼ同じ。
ＡＦ評価値がほぼ同じ。

また、「前回撮影時に合焦可能であった」という条件を加えても良い。なお、ＡＦ評価値は例えば公知の手法を用いて次のように計算する。撮影した信号に対してＢＰＦを適用し、中高域成分を抽出された中で、ＡＦ枠内にある振幅の最大値を評価値としても良いし、ＡＦ枠内でＢＰＦが抽出する所定の方向にそって最大値を抽出し、ＢＰＦの方向と垂直の方向にその最大値を積分したものをＡＦ評価値としたものでも良いが、ＡＦの評価値の算出方法は本願発明のポイントではないので説明を省略する。

比較の手法としては、例えば記憶部１６に図３のように各撮影情報を前回分および今回の情報を格納し、例えば次のように判定すればよい。
［前回撮影ズーム位置］＝［今回撮影ズーム位置］
かつ［今回撮影時刻］−［前回撮影時刻］＜（１０秒）
かつ［前回マクロ設定］＝［今回マクロ設定］
かつ［前回ＡＦ枠設定］＝［今回ＡＦ枠設定］
かつ｜［今回明るさ］−［前回明るさ］｜＜１（Ev）
かつ｜［今回ＡＦ評価値］−［前回ＡＦ評価値］｜＜３００
を満たした場合、類似した撮像条件での撮影と見なす。

なお、“ほぼ同じ条件”としてその他ホワイトバランス結果の違いを用いても良いし、縦位置横位置の判定のできるカメラの場合には撮影位置が変更されているかどうかを判定に用いても良いし、ＡＦ枠の移動が可能なカメラの場合には枠位置を移動したかどうかを判定に用いても良い。その他、撮影条件がほぼ同じかどうかを特定可能なものを用いても良い。

以上ステップ２で決定した走査範囲をステップ３においてフォーカスレンズ０２を駆動させ、ＡＦ評価信号を得る。

次にステップ４において合焦位置を決定する。合焦位置の決定はスキャン求められたＡＦ評価値を元に補間演算を行うことにより、ステップ３において得られたＡＦ評価値間の値を求め、ＡＦ評価値が極大となる点を合焦位置とする。

ステップ５において、今回の撮影条件およびステップ４において求められた合焦位置を記憶する。

ステップ６において、記録媒体０８に記録するために撮像素子０３から画像信号得られるとともに、フォーカスレンズを合焦位置に駆動する。
以上で、ＡＦ動作が完了する。

前記のように処理することで、シーンがほぼ同一の場合にはフォーカスレンズ０２の走査範囲を全範囲スキャンすることがなくなり、被写体の存在する近傍の狭い範囲をフォーカスレンズ０２を走査させてＡＦ評価信号を得ているため、精度を落とさず素早く合焦動作を完了することが可能である。

なお、実施例では、前述の条件を全て満たす場合としているが、１つ以上の条件をみたす場合とすることもできる。

以上説明したように、本実施例によれば、ＡＦ評価信号を取得する総数が多い場合でもＡＦ精度を落とすことなくＡＦ時間を短縮することができる。

（実施例２）
本実施例の“デジタルカメラ”は、実施例１におけるフォーカスレンズ０２の走査範囲をあらかじめ分割し、それら分割した範囲を順次走査（以下、分割走査という）してＡＦ評価値を得るように変更した例である。その他の部分は共通であるため説明を省略する。

分割走査について説明する。本実施例においては、フォーカスレンズの走査範囲の分割を、例えば図４のように行う。なお、図４において、横軸はフォーカスレンズが駆動する位置を示しており、便宜的にフォーカスレンズが合焦する位置に対応する被写体距離を示している。

このように分割された領域を走査する手法を図５のフローにしたがって説明する。
ステップ１１において、初めに走査する分割範囲を示すゾーンｎを決定する。本実施例においてはｎ＝１とし、遠いところの被写体に合焦する範囲（ゾーン１）から近いところの被写体に合焦するゾーンへと順番に走査するよう構成する。

ステップ１２において分割した範囲のうちの前回走査したゾーンより１つ近いところに合焦するゾーンの第ｎ領域を走査する。
ステップ１３において各ゾーンにおいて合焦判定を行い、合焦可能であれば終了する。合焦不可能であれば、ステップ１４において領域を更新しステップ１２に戻る。

すなわち、本実施例では、実施例１における図２のステップ１において、前回撮影時と今回の撮影の条件がほぼ同一であると判定されなかった場合に前記分割走査を用いるよう構成される。なお、各ゾーンは撮影時と今回の撮影の条件がほぼ同一であると判定された場合に設定される範囲よりも広い範囲である。

以上説明したように、実施例１では、前回の撮影条件と今回の撮影の条件がほぼ同じか判定し、ほぼ同じと判定できない場合には、ステップ２において走査領域の全範囲をスキャンしているが、本実施例では、所定の測距領域を３分割し、その分割領域を順次走査し、合焦可能なゾーンで走査を終了するようにしているので、確率的にみて実施例１よりＡＦ時間を短縮することができる。

また、分割走査の場合、初めに走査される範囲に被写体が有る場合には素早く合焦可能なのに対し、後のほうで走査される範囲に被写体が有る場合には合焦に時間がかかってしまう。したがって、前回撮影時の合焦位置が後の方で走査されるゾーンに入っている場合にのみ、前回合焦位置付近を測距するよう構成しても良い。また、前回合焦位置が含まれるゾーンそのものを走査するよう構成しても良い。

なお、実施例２では、初めての走査の際に、全走査範囲をスキャンするよう設定しているが、この代わりに、分割走査を行っても良い。

なお、上述した実施例の機能を実現するべく各種のデバイスを動作させるように、該各種デバイスと接続された装置あるいはシステム内のコンピュータに対し、前記実施形態の機能を実現するためのソフトウェアのプログラムコードを供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（ＣＰＵあるいはＭＰＵ）に格納されたプログラムに従って前記各種デバイスを動作させることによって実施したものも、本発明の範疇に含まれる。

また、この場合、前記ソフトウェアのプログラムコード自体が上述した実施例の機能を実現することになり、そのプログラムコードは本発明を構成する。また、そのプログラムコードをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムコードを格納した記憶媒体は本発明を構成する。かかるプログラムコードを記憶する記憶媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。

また、コンピュータが供給されたプログラムコードを実行することにより、上述の実施例の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）あるいは他のアプリケーションソフト等と共同して上述の実施形態の機能が実現される場合にもかかるプログラムコードは本発明の実施形態に含まれることは言うまでもない。

さらに、供給されたプログラムコードがコンピュータの機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに格納された後、そのプログラムコードの指示に基づいてその機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合にも本発明に含まれることは言うまでもない。

実施例１の構成を示すブロック図 ＡＦ動作時の処理を示すフローチャート 記憶部１６の記憶例を示す図 実施例２におけるフォーカスレンズの走査範囲の分割例を示す図 実施例２におけるＡＦ動作時の処理を示すフローチャート 合焦位置に対応する被写体距離とＡＦ評価値の関係の例を示す図

符号の説明

１１ 制御部
１２ 撮影条件解析部
１３ 範囲設定部
１４ ＡＦ評価値演算回路
１５ 合焦位置決定部
１６ 撮影条件記憶部
１７ フォーカスレンズ駆動回路

Claims (6)

1. 第１の駆動範囲に対してフォーカスレンズを駆動させて合焦状態を示すＡＦ評価値を検出する第１の検出手段と、
   第２の駆動範囲に対して前記フォーカスレンズを駆動させて合焦状態を示すＡＦ評価値を検出する第２の検出手段とを備え、
   前記第１の検出手段は、前記第１の駆動範囲を複数に分割し、前記分割された駆動範囲のうちの一つの駆動範囲において合焦であると判断された場合は前記ＡＦ評価値を検出する動作を終了し、前記分割された駆動範囲のうちの一つの駆動範囲において非合焦であると判断された場合は他の分割された駆動範囲において前記ＡＦ評価値を検出し、
   前記第２の検出手段は、前回の撮像の際に検出した前記フォーカスレンズの合焦位置を含む前記第１の駆動範囲よりも狭い前記第２の駆動範囲において前記ＡＦ評価値を検出し、
   更に今回の撮影パラメータが前回の撮影パラメータからみて変化があった場合には前記第１の検出手段によりＡＦ評価値を検出し、変化がなかった場合には前記第２の検出手段によりＡＦ評価値を検出する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であって、
   前記撮影パラメータは、ズームレンズの位置、撮像時刻、撮影モード、ＡＦ枠の設定、被写体の明るさ、ＡＦ評価値、ホワイトバランスの制御値、前記オートフォーカス装置の縦横位置のうち少なくとも１つを含むことを特徴とするオートフォーカス装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のオートフォーカス装置及びフォーカスレンズを有する光学系を備えたことを特徴とする撮像装置。
4. 第１の駆動範囲に対してフォーカスレンズを駆動させて合焦状態を示すＡＦ評価値を検出する第１の検出ステップと、
   第２の駆動範囲に対して前記フォーカスレンズを駆動させて合焦状態を示すＡＦ評価値を検出する第２の検出ステップとを有し、
   前記第１の検出ステップでは、前記第１の駆動範囲を複数に分割し、前記分割された駆動範囲のうち一の駆動範囲において合焦であると判断された場合は前記ＡＦ評価値を検出する動作を終了し、前記分割された駆動範囲のうち一の駆動範囲において非合焦であると判断された場合は他の分割された駆動範囲に対して前記ＡＦ評価値を検出し、
   前記第２の検出ステップでは、前回の撮像の際に検出した前記フォーカスレンズの合焦位置を含む前記第１の駆動範囲よりも狭い前記第２の駆動範囲に対して前記ＡＦ評価値を検出し、
   更に、今回の撮影パラメータが前回の撮影パラメータからみて変化があった場合には前記第１の検出ステップを実行し、変化がなかった場合には前記第２の検出ステップを実行することを特徴とするオートフォーカス方法。
5. 請求項４に記載のオートフォーカス方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
6. 請求項５に記載のプログラムをコンピュータ読み取り可能に記憶したことを特徴とする記憶媒体。

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