JPH10339839A - レンズ合焦装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のような測距器を用いることなく、対象
物を撮像するためのレンズを合焦させる。 【解決手段】 例えば画素データ値の差を用いてレンズ
を合焦させるレンズ合焦装置Ｆ１には、レンズ１を光軸
に沿って移動させて当該レンズ１と対象物との間の距離
を変更させるレンズ位置移動手段を有した合焦器３と、
レンズ１を介して対象物を撮像する撮像手段を有したＣ
ＣＤ４と、Ａ／Ｄ変換器５と、フレームメモリ６と、後
述する演算手段を有した歪み計算器７と、後述する合焦
手段を有した歪み比較器８とが備えられており、レンズ
１を合焦させるに際しては、ＣＣＤ４の撮像手段がレン
ズ１を介して対象物を撮像し、歪み計算器７の演算手段
が撮像された対象物の画像データ中から隣接する複数微
小領域の画素データ値の差を算出し、歪み比較器８の合
焦手段が算出された画素データ値の差が大きくなる方向
へ合焦器３のレンズ位置移動手段によりレンズ１を移動
させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、対象物を撮像する
ためのレンズを合焦させるレンズ合焦装置に関し、特
に、撮像された対象物の画像データ中における複数微小
領域の画素データ値の差やばらつきに基づいてレンズを
合焦させるレンズ合焦装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばデジタルカメラではレンズにより
対象物を撮像することが行われており、このようなカメ
ラには一般に、対象物を撮像するためのレンズを合焦さ
せるレンズ合焦装置が備えられている。ここで、図１１
には、レンズ合焦装置が備えられたデジタルカメラの構
成例を示してある。同図に示したデジタルカメラには、
レンズ４１と、レンズ４１からの光の量を調節する絞り
４２と、レンズ４１の位置を移動させて調節する合焦器
４３と、レンズ４１及び絞り４２を介して対象物を撮像
するＣＣＤ４４と、ＣＣＤ４４により撮像された対象物
の画像データをデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器
４５と、デジタルデータに変換された対象物の画像デー
タを格納するフレームメモリ４６と、対象物とレンズ４
１との間の距離を測量する測距器４７とが備えられてい
る。

【０００３】また、上記したレンズ４１と絞り４２と合
焦器４３とから対象物の像を光学的にとらえる光学系が
構成されており、また、ＣＣＤ４４とＡ／Ｄ変換器４５
とフレームメモリ４６とから対象物を撮像して撮像され
た画像データを処理する画像信号処理系が構成されてい
る。また、上記のようなデジタルカメラでは、合焦器４
３と測距器４７とからレンズ合焦装置が構成されてお
り、このレンズ合焦装置では、レンズ４１を合焦させる
に際して、測距器４７が対象物とレンズ４１との間の距
離を測量するとともに測量された距離の情報に基づいて
合焦器４３を制御することにより、合焦器４３がレンズ
４１の位置を調節してレンズ４１を合焦させる。

【０００４】次いで、上記した画像信号処理系では、レ
ンズ合焦装置により合焦されたレンズ４１を介して対象
物を撮像し、撮像されたデジタル画像データを例えば遠
隔地から監視することやフロッピーディスク等の記憶媒
体に記憶させることが行われる。なお、上記した測距器
４７による対象物とレンズ４１との間の距離の測量方法
としては、例えば対象物に光を照射してその反射光から
距離を測量するといった方法が用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなレンズ合焦装置では、対象物とレンズとの間の距
離を測量するための測距器を装置に備えなければならな
いといった不具合があり、また、上記したレンズ等から
成る光学系と測距器とにより同一の対象物をとらえる必
要があるため、測距器が向いている方向と光学系が向い
ている方向とが同一の方向となるように測距器を配置し
なければならないといった不具合があった。

【０００６】本発明は、このような従来の課題を解決す
るためになされたもので、対象物を撮像するためのレン
ズを合焦させるに際して、上記のような測距器を用いる
ことなくレンズを合焦させることができるレンズ合焦装
置を提供することを目的とする。更に具体的には、撮像
された対象物の画像データ中における複数微小領域の画
素データ値の差やばらつきに基づいてレンズを合焦位置
に移動させるという新規な方法を用いることにより、上
記のような測距器を用いることなくレンズを合焦させる
ことができるレンズ合焦装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係るレンズ合焦装置では、対象物を撮像す
るためのレンズを次のようにして合焦させる。すなわ
ち、レンズ合焦装置には、レンズを光軸に沿って移動さ
せて当該レンズと対象物との間の距離を変更させるレン
ズ位置移動手段が備えられており、レンズを合焦させる
に際しては、撮像手段がレンズを介して対象物を撮像
し、演算手段が撮像された対象物の画像データ中から隣
接する複数微小領域の画素データ値の差を算出し、合焦
手段が算出された画素データ値の差が大きくなる方向へ
レンズ位置移動手段によりレンズを移動させる。ここ
で、隣接するとは、直に接することだけを意味するもの
ではなく、例えば、間に数個の微小領域を挟んで接する
といった意味も含んでいる。

【０００８】従って、撮像された対象物の画像データ中
において隣接する複数微小領域の画素データ値の差が大
きくなるレンズ位置、すなわち、これら複数微小領域の
画素データ値の相関性が低くなるレンズ位置を当該画像
データを鮮明に撮像することができる合焦位置とみなし
てレンズが移動させられ、これにより、合焦状態にある
レンズを介してデジタルカメラ等により対象物の画像デ
ータを鮮明に撮像することができる。ここで、微小領域
としては、例えば画像データ中の１個の画素データが用
いられてもよく、この場合には、この１個の画素データ
の画素データ値が当該微小領域の画素データ値として用
いられる。また、例えば画像データ中の隣り合う２個や
３個といった複数個の画素データをまとめた領域が微小
領域として用いられてもよく、この場合には、例えばこ
れら複数個の画素データの画素データ値の平均値が当該
微小領域の画素データ値として用いられる。

【０００９】また、本発明に係るレンズ合焦装置では、
対象物を撮像するためのレンズを次のようにして合焦さ
せる。すなわち、レンズ合焦装置には、レンズを光軸に
沿って移動させて当該レンズと対象物との間の距離を変
更させるレンズ位置移動手段が備えられており、レンズ
を合焦させるに際しては、撮像手段がレンズを介して対
象物を撮像し、演算手段が撮像された対象物の画像デー
タ中における複数微小領域の画素データ値のばらつきを
算出し、合焦手段が算出された画素データ値のばらつき
が大きくなる方向へレンズ位置移動手段によりレンズを
移動させる。

【００１０】従って、撮像された対象物の画像データ中
における複数微小領域の画素データ値のばらつきが大き
くなるレンズ位置、すなわち、これら複数微小領域の画
素データ値の相関性が低くなるレンズ位置を当該画像デ
ータを鮮明に撮像することができる合焦位置とみなして
レンズが移動させられ、これにより、合焦状態にあるレ
ンズを介してデジタルカメラ等により対象物の画像デー
タを鮮明に撮像することができる。ここで、微小領域と
しては上記と同様に、例えば画像データ中の１個の画素
データが微小領域として用いられてもよく、また、例え
ば２個や３個といった複数個の画素データをまとめた領
域が微小領域として用いられてもよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明に係る一実施例を図面を参
照して説明する。図１には、本発明に係るレンズ合焦装
置Ｆ１をデジタルカメラに備えた場合の一構成例を示し
てあり、このデジタルカメラには、レンズ１と、レンズ
１からの光の量を調節する絞り２と、レンズ１の位置を
移動させて調節する合焦器３と、レンズ１及び絞り２を
介して対象物を撮像するＣＣＤ４と、アナログ信号をデ
ジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器５と、フレーム毎の
画像データを格納するフレームメモリ６と、画像データ
の歪みを算出する歪み計算器７と、算出された歪みに基
づいて上記した合焦器３を制御する歪み比較器８とが備
えられている。

【００１２】ここで、上記したレンズ１と絞り２と合焦
器３とから対象物の像を光学的にとらえる光学系が構成
されており、また、ＣＣＤ４とＡ／Ｄ変換器５とフレー
ムメモリ６と歪み計算器７と歪み比較器８とから対象物
を撮像して撮像された画像データの処理等を行う画像信
号処理系が構成されている。また、本例では、上記した
合焦器３とＣＣＤ４とＡ／Ｄ変換器５とフレームメモリ
６と歪み計算器７と歪み比較器８とからレンズ合焦装置
Ｆ１が構成されており、これらの構成の内のＣＣＤ４と
Ａ／Ｄ変換器５とフレームメモリ６についてはデジタル
カメラに備えられた画像データを撮像する手段構成と兼
用されている。すなわち、このデジタルカメラでは、Ｃ
ＣＤ４により撮像された画像データをＡ／Ｄ変換器５と
フレームメモリ６とを介して例えば遠隔地から監視する
ことや、また、例えば静止画像データならばフロッピー
ディスクといった記憶媒体に記憶させることや、或いは
動画像データならばフロッピーディスクやビデオフィル
ムといった記憶媒体に記憶させることが行われる。

【００１３】合焦器３は、レンズ１を光軸に沿って移動
させて当該レンズ１と対象物との間の距離を変更させる
レンズ位置移動手段を有しており、本例では、歪み比較
器８からの制御信号に従って例えばモーターによりレン
ズ１を移動させる。ＣＣＤ４は、レンズ１を介して対象
物を撮像する撮像手段を有しており、撮像により得られ
たアナログ信号をＡ／Ｄ変換器５へ出力する。Ａ／Ｄ変
換器５は、ＣＣＤ４から入力されたアナログ信号をデジ
タル信号に変換し、変換されたデジタル信号をフレーム
メモリ６へ出力する。フレームメモリ６は、Ａ／Ｄ変換
器５から入力されたデジタル信号をフレーム毎のデジタ
ル画像データとして格納する。

【００１４】歪み計算器７は、撮像された対象物の画像
データ中から隣接する複数微小領域の画素データ値の差
を算出する演算手段を有しており、本例では、当該演算
処理を上記したフレームメモリ６に格納されたデジタル
画像データに基づいて行う。歪み比較器８は、歪み計算
器７により算出された画素データ値の差が大きくなる方
向へ合焦器３のレンズ位置移動手段によりレンズ１を移
動させる合焦手段を有している。また、本例では、この
歪み比較器８には、歪み計算器７により行われた演算結
果を記憶しておくためのメモリが備えられている。

【００１５】ここで、上記した歪み計算器７及び歪み比
較器８をＣＰＵやメモリ等を備えたハードウェア回路と
して構成した場合の例を図２に示す。同図には、各種の
演算処理を行うＣＰＵ１１と、ＣＰＵ１１が行う演算の
処理領域として用いられるＲＡＭ１２と、データを記憶
するメモリ１３と、各種処理を行うための制御プログラ
ムを格納したＲＯＭ１４とが示されており、これらがデ
ータ・制御バス１５を介して接続されている。また、デ
ータ・制御バス１５には、上記した合焦器３とフレーム
メモリ６とが接続されている。

【００１６】ＲＯＭ１４には、上記した歪み計算器７の
演算手段による処理を制御する制御プログラムが格納さ
れており、本例では、ＣＰＵ１１がこの制御プログラム
をＲＡＭ１２に展開して実行することにより上記した演
算手段が構成される。また、本例では、この演算手段に
より、撮像された対象物の画像データ中から隣接する２
つのラインを構成する画素データの画素データ値を読み
取り、読み取った画素データ値の差を次の式（１）を用
いて算出する。

【００１７】

【数１】

【００１８】ここで、”ＭＳＥ”とは平均２乗誤差（Ｍ
ｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）のことであり、ま
た、”Ｍ”は各ラインを構成する縦方向の画素データの
個数であり、”Ｎ”は各ラインを構成する横方向の画素
データの個数である。また、”ｆ（ｉ，ｊ）”及び”ｇ
（ｉ，ｊ）”は各ラインを構成する個々の画素データの
画素データ値であり、”ｉ”及び”ｊ”は画素データが
ライン中で縦方向の”ｉ”番目にあり、且つ、横方向
の”ｊ”番目にあることを示している。また、和（”
Σ”）は、各ラインを構成する画素データの個数（”
ｉ”＝１〜”Ｍ”及び”ｊ”＝１〜”Ｎ”）について行
う。

【００１９】例えば、縦６４０画素×横４８０画素から
成る画像データ中から隣接する縦の３２０行目のライン
と３２１行目のラインとを取り出してこれらの間の差、
すなわちこれら２つのラインの相関性を算出する場合に
は、上記した”Ｍ”と”Ｎ”については、”Ｍ”＝１及
び”Ｎ”＝４８０となる。また、”Ｍ”＝１であるため
上記（１）式中では常に”ｉ”＝１となり、”ｆ（１、
ｊ）”は縦の３２０行目のラインを構成する横方向の個
々の画素データの画素データ値となり、”ｇ（１、
ｊ）”は縦の３２１行目のラインを構成する横方向の個
々の画素データの画素データ値となる。また、和（”
Σ”）は、”ｊ”＝１〜４８０（列目）について行う。
すなわち、これにより、縦の３２０行目のラインと縦の
３２１行目のラインとについて、同一の列にあって縦方
向で隣接する４８０対の画素データ間での画素データ値
の差の２乗の平均値、つまり平均２乗誤差（ＭＳＥ）が
算出される。

【００２０】ここで、撮像された対象物の画像データの
ピントが合っていない（レンズが焦点位置からずれてい
る）場合には、画像データのピントが合っている（レン
ズが焦点位置にある）場合に比べて、撮像される画像が
ぼやけるため当該画像データのフレーム内での相関性が
高くなり、上記した平均２乗誤差（ＭＳＥ）の値、すな
わち歪みの値が小さくなる。これとは逆に、平均２乗誤
差（ＭＳＥ）の値が大きい程、画像データのフレーム内
での相関性が低くなり、歪みの値が大きくなって鮮明な
画像を得ることができるとみなすことができる。

【００２１】また、メモリ１３には、上記のようにして
演算手段により行われた演算結果を記憶する歪みバッフ
ァ１６が備えられている。ここで、この歪みバッファ１
６の一例を図３に示す。本例では、レンズ１を合焦させ
る位置を決定するに際して、レンズ１の位置を２５６カ
所の位置に移動させて各位置での歪みの値（上記した平
均２乗誤差：ＭＳＥ）を算出し、これら算出された歪み
の値が最大となるレンズ位置をレンズ１の合焦位置とみ
なして当該レンズ１をこの合焦位置に移動させる。図３
に示した歪みバッファ１６には、２５６カ所のレンズ１
の位置を記憶した８ビットの領域が備えられており、本
例では、各レンズ位置に対して”０”〜”２５５”のア
ドレスが割り当てられており、これらが配列を構成して
いる。

【００２２】また、歪みバッファ１６には、各レンズ位
置に対して演算された歪みの値を格納するための領域が
備えられており、本例では、この領域を３２ビットで構
成し、演算された歪みの値を浮動小数点により格納す
る。また、ＲＯＭ１４には、上記した演算手段による処
理を制御する制御プログラムとともに、上記した歪み比
較器８の合焦手段による処理を制御する制御プログラム
が格納されており、本例では、ＣＰＵ１１がこの制御プ
ログラムをＲＡＭ１２に展開して実行することにより上
記した合焦手段が構成される。すなわち、上記構成によ
り、合焦器３を制御して上記した２５６カ所のレンズ位
置での歪みの値を算出し、このようにして算出された各
レンズ位置での歪みの値を比較することにより、歪みの
値が最大となるレンズ位置にレンズ１を移動させる。

【００２３】以上の構成から成るレンズ合焦装置Ｆ１に
よる処理の手順を図４を用いて説明する。まず、対象物
を撮像するためのレンズ１を合焦させるに際して（ステ
ップＳ１）、上記した歪みバッファ１６中の各レンズ位
置に対する歪みの値を初期化するとともに、算出された
歪みの値の最大値を示す”Ｍ”を０にし、算出された歪
みの値が最大となるレンズ位置のアドレス（”０”〜”
２５５”）を示す”Ｐ”を０にし、レンズ１を移動させ
るレンズ位置のアドレスを示す”ａ”を０にする（ステ
ップＳ２）。

【００２４】次に、アドレス”ａ”（すなわち、初期状
態ではアドレス”０”）のレンズ位置で撮像された対象
物の画像データに基づいて歪みの値（本例では、上記し
た平均２乗誤差）を算出し（ステップＳ３）、この歪み
の値が”Ｍ”（すなわち、初期状態では”Ｍ”＝０）よ
りも大きい場合には（ステップＳ４）、この歪みの値
を”Ｍ”に格納するとともにレンズ位置のアドレス（す
なわち、初期状態ではアドレス”０”）を”Ｐ”に格納
する（ステップＳ５）。次いで、”ａ”に１を加えて
（すなわち、初期状態では”ａ”＝０に１を加えて”
ａ”＝１として）”ａ”を更新し（ステップＳ６）、更
新されたアドレスについて上記と同様の処理を行い（ス
テップＳ３〜Ｓ６）、同様に、アドレス”ａ”＝２５５
までの各レンズ位置について上記と同様の処理を行う
（ステップＳ３〜Ｓ６）。

【００２５】このようにして、”ａ”＝２５６となった
時点（すなわち、”ａ”＝０〜２５５の各レンズ位置で
の歪みの値が算出された時点）で”Ｍ”に格納されてい
る値が算出された歪みの最大値であり、また、”Ｐ”に
格納されているアドレスが歪みの値が最大となるレンズ
位置である（ステップＳ７）。そして、アドレス”Ｐ”
のレンズ位置を合焦位置或いは合焦位置に最も近い位置
とみなしてレンズ１を移動させ（ステップＳ８）、これ
により、レンズ１が合焦位置に移動させられる（ステッ
プＳ９）。

【００２６】ここで、歪みの値としては、例えば上記図
３の歪みバッファ１６に示すように、アドレス”０”に
対して”０．５”という値が格納され、同様に、アドレ
ス”１”に対して”０．６”、・・・、アドレス”１５
７”に対して”２２５．３”、・・・、アドレス”２５
４”に対して”１０．５”、アドレス”２５５”に対し
て”８．７”という値が格納される。なお、本例では、
歪みの最大値は”Ｍ”＝２２５．３であり、このときの
レンズ位置のアドレスは”Ｐ”＝１５７である。

【００２７】また、図５に、上記のようにして各レンズ
位置に対して得られた歪みの値のグラフ１７を示してあ
る。ここで、このグラフ１７の横軸はレンズ位置のアド
レス（”０”〜”２５５”）を示し、また、縦軸は算出
された歪みの値（歪み値）を示している。上記したよう
に、アドレス”１５７”のレンズ位置で算出された歪み
値”２２５．３”が歪み値の最大値であり、このアドレ
ス”１５７”のレンズ位置が合焦位置とみなされてレン
ズ１が移動させられ、これにより、デジタルカメラで
は、対象物の画像データを合焦状態で撮像することがで
きる。以上のように、対象物を撮像するためのレンズを
合焦させるに際して、上記従来例で示したような測距器
を用いることなく、撮像された対象物の画像データ中の
隣接する複数微小領域の画素データ値の差が大きくなる
方向へレンズを移動させるという新規な方法により、レ
ンズを合焦させることができる。

【００２８】ここで、上記実施例では、上記した式
（１）により画素データ値の差（歪み値）として平均２
乗誤差（ＭＳＥ）を算出したが、画素データ値の差とし
ては必ずしも平均２乗誤差（ＭＳＥ）が用いられなくて
もよく、例えば、上記実施例で用いた２つのライン（縦
の３２０行目のラインと３２１行目のライン）につい
て、縦方向で隣接する４８０対の画素データ間での画素
データ値の差の絶対値の平均値Ｅを以下に示す式（２）
によって算出し、この算出された値が大きくなる方がよ
り合焦状態に近いとみなしてレンズを合焦させることも
できる。

【００２９】

【数２】

【００３０】ここで、上記した式（２）における各記号
は、上記した式（１）と同様な内容を意味している。

【００３１】また、上記実施例では、画素データ値の差
を算出するための画素データとして、画像データ中の隣
接する２つのラインを用いたが、画素データ値の差を算
出するために用いる隣接する複数微小領域としては任意
の領域が用いられてよく、例えば上記実施例において縦
の３２０行目のラインと３２１行目のラインとの間での
画素データ値の差を算出するとともに、横の２４０列目
のラインと２４１列目のラインとの間での画素データ値
の差を算出し、これら２つの差の絶対値を加えた値によ
り画像データの歪みの値の大きさを判定することもでき
る。同様に、例えば、隣接する複数微小領域の画素デー
タ値の差を幾つかの画像データ部分について算出し、こ
れら算出された差の絶対値の総和により画像データの歪
みの値の大きさを判定することもでき、このように画像
フレーム中の複数の画像データ部分について画素データ
値の差を算出することにより、画像データのピントが合
っているかいないかという判断をより確実に行うことが
できる。

【００３２】また、上記したように、画素データ値の差
を算出するために用いられる隣接する複数微小領域とし
ては、画像フレーム中のいずれの部分の領域であっても
よく、例えば画像フレーム中の中心付近にある複数微小
領域が画素データ値の差を算出するために用いられた場
合には、この画像フレーム中の中心付近にある対象物の
画像データにピントを合わせることができる。すなわ
ち、画素データ値の差を算出するために用いられた複数
微小領域の付近にある対象物の画像データを他の部分の
画像データに比べてより鮮明に撮像することができる。
また、例えば画像フレーム中の中心付近や上下左右の端
付近といった画像フレームの全体にわたるような複数微
小領域を画素データ値の差の算出に用いることにより、
画像フレームの全体にわたった画素データ値に基づいて
画像データのピントを合わせることができる。

【００３３】また、画素データ値の差を算出するための
微小領域としては、１個の画素データが用いられてもよ
く、また、例えば隣り合う２個や３個の画素データをま
とめた領域が用いられてもよく、また、例えば隣接する
２×２の画素データブロックや３×３の画素データブロ
ックが用いられてもよい。ここで、複数の画素データを
まとめた領域や画素データブロックを微小領域として用
いる場合には、例えばこうした微小領域に含まれるすべ
ての画素データの画素データ値の平均値を当該微小領域
の画素データ値とみなして、複数微小領域の画素データ
値の差を算出することもできる。要は、算出された画素
データ値の差が大きなときに画像データのピントが合う
とみなすことができるような隣接する複数微小領域が上
記したレンズの合焦処理の際に用いられればよい。

【００３４】次に、撮像された対象物の画像データ中に
おける複数微小領域の画素データ値のばらつきに基づい
てレンズを合焦させるレンズ合焦装置の一実施例を図面
を参照して説明する。図６には、本発明に係るレンズ合
焦装置Ｆ２をデジタルカメラに備えた場合の一構成例を
示してあり、このデジタルカメラには、上記実施例の図
１で示したものと同様なレンズ２１と、絞り２２と、合
焦器２３と、ＣＣＤ２４と、Ａ／Ｄ変換器２５と、フレ
ームメモリ２６とが備えられており、また、画素データ
値のばらつきを算出する分散計算器２７と、算出された
分散に基づいて上記した合焦器２３を制御する分散比較
器２８とが備えられている。

【００３５】ここで、上記したレンズ２１と絞り２２と
合焦器２３とから対象物の像を光学的にとらえる光学系
が構成されており、また、ＣＣＤ２４とＡ／Ｄ変換器２
５とフレームメモリ２６と分散計算器２７と分散比較器
２８とから対象物を撮像して撮像された画像データを処
理する画像信号処理系が構成されている。また、本例で
は、上記した合焦器２３とＣＣＤ２４とＡ／Ｄ変換器２
５とフレームメモリ２６と分散計算器２７と分散比較器
２８とからレンズ合焦装置Ｆ２が構成されており、これ
らの構成の内のＣＣＤ４とＡ／Ｄ変換器５とフレームメ
モリ６についてはデジタルカメラに備えられた画像デー
タを撮像する手段構成と兼用されている。すなわち、こ
のデジタルカメラでは、ＣＣＤ４により撮像された画像
データをＡ／Ｄ変換器５とフレームメモリ６とを介して
例えば遠隔地から監視することや、また、例えば静止画
像データならばフロッピーディスクといった記憶媒体に
記憶させることや、或いは動画像データならばフロッピ
ーディスクやビデオフィルムといった記憶媒体に記憶さ
せることが行われる。

【００３６】また、上記したように、図６に示したレン
ズ２１、絞り２２、合焦器２３、ＣＣＤ２４、Ａ／Ｄ変
換器２５、フレームメモリ２６の構成については、上記
図１に示したものと同様であり、本例では説明を省略す
る。合焦器２３は、レンズ２１を光軸に沿って移動させ
て当該レンズ２１と対象物との間の距離を変更させるレ
ンズ位置移動手段を有しており、本例では、分散比較器
２８からの制御信号に従って例えばモーターによりレン
ズ２１を移動させる。ＣＣＤ２４は、レンズ２１を介し
て対象物を撮像する撮像手段を有している。

【００３７】分散計算器２７は、撮像された対象物の画
像データ中における複数微小領域の画素データ値のばら
つきを算出する演算手段を有しており、本例では、当該
演算処理をフレームメモリ２６に格納されたデジタル画
像データに基づいて行う。分散比較器２８は、分散計算
器２７により算出された画素データ値のばらつきが大き
くなる方向へ合焦器２３のレンズ位置移動手段によりレ
ンズ２１を移動させる合焦手段を有している。また、本
例では、この分散比較器２８には、分散計算器２７によ
り行われた演算結果を記憶しておくためのメモリが備え
られている。

【００３８】ここで、上記した分散計算器２７及び分散
比較器２８をＣＰＵやメモリ等を備えたハードウェア回
路として構成した場合の例を図７に示す。同図には、上
記実施例の図２で示したものと同様のＣＰＵ３１、ＲＡ
Ｍ３２、メモリ３３、ＲＯＭ３４が示されており、これ
らがデータ・制御バス３５を介して接続されている。ま
た、データ・制御バス３５には、上記した合焦器２３と
フレームメモリ２６とが接続されている。ＲＯＭ３４に
は、上記した分散計算器２７の演算手段による処理を制
御する制御プログラムが格納されており、本例では、Ｃ
ＰＵ３１がこの制御プログラムをＲＡＭ３２に展開して
実行することにより上記した演算手段が構成される。本
例では、この演算手段により、撮像された対象物の画像
データ中における複数微小領域の画素データ値のばらつ
きを次の式（３）を用いて算出する。

【００３９】

【数３】

【００４０】ここで、上式（３）は、画素データ値の分
散値”Ｖ”を算出する式であり、”Ｎ”は算出に用いら
れる画素データ値の個数であり、”ｙ（ｉ）”は個々の
画素データの画素データ値であり、”ｍ”は”Ｎ”個の
画素データ値の平均値である。また、和（”Σ”）は、
算出に用いるすべての画素データ（”ｉ”＝１〜”
Ｎ”）について行う。例えば、縦６４０画素×横４８０
画素から成る画像データ中における縦の３２０行目のラ
インと横の２４０列目のラインとを構成する計１１１９
個（４８０個と６４０個とを加え、縦と横とで重複する
１個を減じた個数）の画素データの画素データ値のばら
つき、すなわち相関性を算出する場合には、上記した”
Ｎ”＝１１１９であり、”ｙ（ｉ）”は縦の３２０行目
及び横の２４０列目を構成する個々の画素データの画素
データ値であり、”ｍ”はこれら１１１９個の画素デー
タの画素データ値の平均値である。

【００４１】また、和（”Σ”）は、”ｉ”＝１〜１１
１９（個）について行う。すなわち、これにより、上記
した１１１９個の画素データの画素データ値についての
分散”Ｖ”が算出される。ここで、撮像された対象物の
画像データのピントが合っていない（レンズが焦点位置
からずれている）場合には、画像データのピントが合っ
ている（レンズが焦点位置にある）場合に比べて、撮像
された画像がぼやけるため当該画像データのフレーム内
での相関性が高くなり、上記した分散の値が小さくな
る。これとは逆に、分散の値が大きい程、画像データの
フレーム内での相関性が低くなって鮮明な画像が得られ
るとみなすことができる。

【００４２】また、メモリ３３には、上記のようにして
演算手段により行われた演算結果を記憶する分散バッフ
ァ３６が備えられている。ここで、この分散バッファ３
６の一例を図８に示す。本例では、上記実施例と同様
に、レンズを合焦させる位置を決定するに際して、レン
ズの位置を２５６カ所の位置に移動させて各位置での分
散値を算出し、これら算出された分散の値が最大となる
レンズ位置をレンズ２１の合焦位置とみなして当該レン
ズ２１をこの合焦位置に移動させる。図８に示した分散
バッファ３６には、２５６カ所のレンズの位置を記憶し
た８ビットの領域が備えられており、本例では、各レン
ズ位置に対して”０”〜”２５５”のアドレスが割り当
てられており、これらが配列を構成している。

【００４３】また、分散バッファ３６には、演算された
分散の値を各レンズ位置に対して格納するための領域が
備えられており、本例では、この領域を３２ビットで構
成し、演算された分散の値を浮動小数点により格納す
る。また、ＲＯＭ３４には、上記した演算手段による処
理を制御する制御プログラムとともに、上記した分散比
較器２８の合焦手段による処理を制御する制御プログラ
ムが格納されており、本例では、ＣＰＵ３１がこの制御
プログラムをＲＡＭ３２に展開して実行することにより
上記した合焦手段が構成される。すなわち、上記構成に
より、合焦器２３を制御して上記した２５６カ所のレン
ズ位置での分散の値を算出し、このようにして算出され
た各レンズ位置での分散の値を比較することにより、分
散の値が最大となるレンズ位置にレンズ２１を移動させ
る。

【００４４】以上の構成から成るレンズ合焦装置Ｆ２に
よる処理の手順を図９を用いて説明する。まず、対象物
を撮像するためのレンズ２１を合焦させるに際して（ス
テップＳ１１）、上記した分散バッファ３６中の各レン
ズ位置に対する分散の値を初期化するとともに、算出さ
れた分散の値の最大値を示す”Ｍ”を０にし、算出され
た分散の値が最大となるレンズ位置のアドレス（”０”
〜”２５５”）を示す”Ｐ”を０にし、レンズ２１を移
動させるレンズ位置のアドレスを示す”ａ”を０にする
（ステップＳ１２）。

【００４５】次に、アドレス”ａ”（すなわち、初期状
態ではアドレス”０”）のレンズ位置で撮像された対象
物の画像データに基づいて分散の値を算出し（ステップ
Ｓ１３）、この分散の値が”Ｍ”（すなわち、初期状態
では”Ｍ”＝０）よりも大きい場合には（ステップＳ１
４）、この分散の値を”Ｍ”に格納するとともにレンズ
位置のアドレス（すなわち、初期状態ではアドレス”
０”）を”Ｐ”に格納する（ステップＳ１５）。次い
で、”ａ”に１を加えて（すなわち、初期状態では”
ａ”＝０に１を加えて”ａ”＝１として）”ａ”を更新
し（ステップＳ１６）、更新されたアドレスについて上
記と同様の処理を行い（ステップＳ１３〜Ｓ１６）、同
様に、アドレス”ａ”＝２５５までの各レンズ位置につ
いて上記と同様の処理を行う（ステップＳ１３〜Ｓ１
６）。

【００４６】このようにして、”ａ”＝２５６となった
時点（すなわち、”ａ”＝０〜２５５の各レンズ位置で
の分散値が算出された時点）で”Ｍ”に格納されている
値が算出された分散の最大値であり、また、”Ｐ”に格
納されているアドレスが分散値が最大となるレンズ位置
である（ステップＳ１７）。そして、アドレス”Ｐ”の
レンズ位置を合焦位置或いは合焦位置に最も近い位置と
みなしてレンズ２１を移動させ（ステップＳ１８）、こ
れにより、レンズ２１が合焦位置に移動させられる（ス
テップＳ１９）。

【００４７】ここで、分散値としては、例えば上記図８
の分散バッファ３６に示すように、アドレス”０”に対
して”３．５”という値が格納され、同様に、アドレ
ス”１”に対して”３．６”、・・・、アドレス”１５
７”に対して”２０．７”、・・・、アドレス”２５
４”に対して”３．８”、アドレス”２５５”に対し
て”２．７”という値が格納される。なお、本例では、
分散の最大値は”Ｍ”＝２０．７であり、このときのレ
ンズ位置のアドレスは”Ｐ”＝１５７である。

【００４８】また、図１０に、上記のようにして各レン
ズ位置に対して得られた分散値のグラフ３７を示してあ
る。ここで、このグラフ３７の横軸はレンズ位置のアド
レス（”０”〜”２５５”）を示し、また、縦軸は算出
された分散値を示している。上記したように、アドレ
ス”１５７”のレンズ位置で算出された分散値”２０．
７”が分散の最大値であり、このアドレス”１５７”の
レンズ位置が合焦位置とみなされてレンズ２１が移動さ
せられ、これにより、デジタルカメラでは、対象物の画
像データを合焦状態で撮像することができる。以上のよ
うに、対象物を撮像するためのレンズを合焦させるに際
して、上記従来例で示したような測距器を用いることな
く、撮像された対象物の画像データ中における複数微小
領域の画素データ値のばらつきが大きくなる方向へレン
ズを移動させるという新規な方法により、レンズを合焦
させることができる。

【００４９】ここで、上記実施例では、上記した式
（３）により画素データ値のばらつきとして分散を算出
したが、画素データ値のばらつきとしては必ずしも分散
が用いられなくてもよく、例えば、個々の画素データ値
とこれらの画素データ値の平均値との間の差の絶対値の
平均値を算出し、この算出された値が大きくなる方がよ
り合焦状態に近いとみなしてレンズを合焦させることも
できる。

【００５０】また、上記実施例では、６４０×４８０画
素から成る画像データについて縦の３２０行目と横の２
４０列目とを構成する１１１９個の画素データ値のばら
つき（上記実施例では、分散値）を算出してレンズの合
焦位置を決定したが、画素データ値のばらつきを算出す
るために用いる画像データ中の画素データとしては任意
でよく、例えば画像データ中から任意に抽出された１０
０個や２００個といった画素データが上記したレンズの
合焦処理に用いられてもよい。また、例えば、画像デー
タ中における２×２の画素データブロックを構成する４
個の画素データや３×３の画素データブロックを構成す
る９個の画素データについて画素データ値のばらつきを
算出することもできる。なお、一般に、ばらつきを算出
するために用いる画素データ値の個数が多い程、ばらつ
きの値がより正確に算出されるとみなすことができ、画
像データのピントが合っているかいないかという判断を
より確実に行うことができる。

【００５１】また、上記したように、画素データ値のば
らつきを算出するために用いられる複数微小領域として
は、画像フレーム中のいずれの部分の領域であってもよ
く、例えば画像フレーム中の中心付近の領域にある画素
データ値がばらつきを算出するために数多く用いられた
場合には、この画像フレーム中の中心付近にある対象物
の画像データにピントを合わせることができる。すなわ
ち、画素データ値のばらつきを算出するために用いられ
た複数微小領域が或る領域に数多くある場合には、この
領域の画像データを他の部分の画像データに比べてより
鮮明に撮像することができる。また、例えば画素データ
値のばらつきを算出するために用いられる複数微小領域
が画像フレームの全体に散らばっている場合には、画像
フレームの全体にわたった画素データ値に基づいて画像
データのピントを合わせることができる。

【００５２】また、画素データ値のばらつきを算出する
ための微小領域としては、１個の画素データであっても
よく、また、例えば隣り合う２個や３個の画素データを
まとめた領域が用いられてもよく、また、例えば２×２
の画素データブロックや３×３の画素データブロックを
微小領域として用いることもできる。ここで、複数の画
素データをまとめた領域や画素データブロックを微小領
域として用いる場合には、例えばこうした微小領域に含
まれるすべての画素データの画素データ値の平均値を当
該微小領域の画素データ値とみなして、複数微小領域の
画素データ値のばらつきを算出することもできる。要
は、算出された画素データ値のばらつきが大きなときに
画像データのピントが合うとみなすことができるような
複数微小領域が上記したレンズの合焦処理の際に用いら
れればよい。

【００５３】また、上記した画素データ値の差（歪み
値）やばらつき（分散）を用いた実施例では、プロセッ
サやメモリ等を備えたハードウェア資源において、プロ
セッサがＲＯＭに格納された制御プログラムを実行する
ことにより、上記したレンズの合焦処理を制御する構成
としたが、本発明では、当該処理を実行するための各機
能手段を独立したハードウェア回路として構成してもよ
い。また、本発明は上記の制御プログラムを格納したフ
ロッピーディスクやＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータによ
り読み取り可能な記憶媒体として把握することもでき、
当該制御プログラムを記憶媒体からコンピュータに入力
してプロセッサに実行させることにより、本発明に係る
処理を遂行させることができる。

【００５４】また、上記実施例では、２５６カ所のレン
ズ位置で画素データ値の差やばらつきを算出し、算出さ
れた値が最大となるレンズ位置をレンズの合焦位置とみ
なしたが、上記図５や図１０に示したように画素データ
値の差やばらつきは、一般に、レンズ位置（横軸）に対
して１つのピークを有するため、必ずしもすべてのレン
ズ位置で画素データ値の差やばらつきを算出せずとも、
例えば図５や図１０に示したようなピーク値が検出され
た時点で当該レンズ位置を合焦位置とみなすこともでき
る。また、レンズを移動させる位置としては、必ずしも
画素データ値の差やばらつきが最大となるレンズ位置で
なくてもよく、例えば撮像される画像データに要求され
る精度を満たす画素データ値の差やばらつきの値が算出
された時点で当該レンズ位置にレンズを設定することも
できる。すなわち、画像データに要求される画素データ
値の差やばらつきの値を閾値として設定しておき、設定
された閾値を超えた画素データ値の差やばらつきの値が
検出された時点で、当該レンズ位置にレンズを設定する
こともできる。

【００５５】また、例えば、撮像された対象物の画像デ
ータとして、１つの画素データに対してＲ（赤）、Ｇ
（緑）、Ｂ（青）といった３つの画素データ値を有する
カラー画像データが用いられた場合には、これら３つの
画素データ値の内の１つについて上記した画素データ値
の差やばらつきを算出してレンズを合焦させることもで
き、また、３つの画素データ値の内の２つの画素データ
値や３つのすべての画素データ値について画素データ値
の差やばらつきを算出してレンズを合焦させることもで
きる。

【００５６】また、上記した画素データ値の差やばらつ
きを用いた本発明に係るレンズ合焦装置は、スチルカメ
ラやビデオカメラ等といった対象物を撮像するためのレ
ンズを合焦させることを要する種々の機器に適用される
ものである。例えば本発明をスチルカメラに適用した場
合には、本発明によりレンズを合焦させた後にカメラに
より対象物を撮像することが行われる。また、例えば本
発明をビデオカメラに適用した場合には、対象物をビデ
オカメラにより撮像している際に同時にレンズの合焦処
理を行うこともでき、この場合には、ビデオカメラによ
り対象物を撮像している最中にピントがずれてしまった
場合等であっても本発明により随時レンズを合焦させる
ことができる。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るレン
ズ合焦装置によると、対象物を撮像するためのレンズを
合焦させるに際して、撮像された対象物の画像データ中
における複数微小領域の画素データ値の差やばらつきに
基づいてレンズを合焦位置に移動させるという新規な方
法を用いてレンズを合焦させるようにしたため、上記従
来例で示したような測距器を用いることなくレンズを合
焦させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るレンズ合焦装置の構成
例を説明するための図である。

【図２】歪み計算器及び歪み比較器をハードウェア回路
で構成した場合の一例である。

【図３】歪みバッファの一例である。

【図４】本発明に係るレンズ合焦装置による処理手順の
一例である。

【図５】レンズ位置と歪み値との関係を示すグラフの一
例である。

【図６】本発明の一実施例に係るレンズ合焦装置の構成
例を説明するための図である。

【図７】分散計算器及び分散比較器をハードウェア回路
で構成した場合の一例である。

【図８】分散バッファの一例である。

【図９】本発明に係るレンズ合焦装置による処理手順の
一例である。

【図１０】レンズ位置と分散値との関係を示すグラフの
一例である。

【図１１】従来のレンズ合焦装置の一構成例を説明する
ための図である。

【符号の説明】

１、２１・・レンズ、 ２、２２・・絞り、 ３、２３
・・合焦器、 ４、２４・・ＣＣＤ、 ５、２５・・Ａ／Ｄ変換器、 ６、２６・・フレームメモリ、 ７・・歪み計算器、
８・・歪み比較器、 ２７・・分散計算器、 ２８・・分散比較器、 １１、３１・・ＣＰＵ、 １２、３２・・ＲＡＭ、 １
３、３３・・メモリ、 １４、３４・・ＲＯＭ、 １５、３５・・データ・制御
バス、 １６・・歪みバッファ、 ３６・・分散バッファ、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象物を撮像するためのレンズを合焦さ
   せるレンズ合焦装置において、 レンズを光軸に沿って移動させて当該レンズと対象物と
   の間の距離を変更させるレンズ位置移動手段と、 レンズを介して対象物を撮像する撮像手段と、 撮像された対象物の画像データ中から隣接する複数微小
   領域の画素データ値の差を算出する演算手段と、 算出された画素データ値の差が大きくなる方向へレンズ
   位置移動手段によりレンズを移動させる合焦手段と、 を備えたことを特徴とするレンズ合焦装置。
2. 【請求項２】 対象物を撮像するためのレンズを合焦さ
   せるレンズ合焦装置において、 レンズを光軸に沿って移動させて当該レンズと対象物と
   の間の距離を変更させるレンズ位置移動手段と、 レンズを介して対象物を撮像する撮像手段と、 撮像された対象物の画像データ中における複数微小領域
   の画素データ値のばらつきを算出する演算手段と、 算出された画素データ値のばらつきが大きくなる方向へ
   レンズ位置移動手段によりレンズを移動させる合焦手段
   と、 を備えたことを特徴とするレンズ合焦装置。