JPH03287106A - 自動焦点制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、ＣＣＤ　（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　
Ｄｅｖｉｃｅ）固体撮像素子を使用した電子スチルカメ
ラ等に搭載される自動焦点制御装置に関する。

［従来技術とその問題点コ 従来、一般のカメラにおけるＡＦ（自動焦点）方式には
、被写体に対する赤外線や超音波の反射を利用したアク
ティブ方式や、光電変換素子を用いて被写体像を電気信
号に変換し、この電気信号に対して金魚状態を評価する
パッシブ方式が実用されている。

上記のようなＡＰ方式の中で、合焦精度１部品点数の点
で最も優れるものの１つとして、撮像レンズを通して得
た被写体像を光電変換して評価する方式が上げられる。

ここで、被写体像を光電変換して評価するものとしては
、得られた電気信号をＨＰＦ　（バイパスフィルタ）を
通して細かい画像コントラストに対応した信号に変換し
、この画像信号の大小の幅の和を合焦評価値とするもの
、また、撮像レンズを通して得られた光学像を、さらに
他のレンズを通して光電変換部に入射させ、この光電変
換部における電気信号発生のピーク位置と、該光電変換
部の予め定まった合焦位置とのずれを評価するもの等が
ある。

しかしながら、上記ＨＰＦを通した光電変換信号に基づ
き合焦評価を行なうＡＦ方式では、例えば被写体のコン
トラストの変動状態に応じてＨＰＦのカットオフ周波数
を可変設定する必要があり、常に安定して高粘度の焦点
制御を行なうことは田無である。

また、上記撮像レンズから補助レンズを通して光電変換
部における合焦位置を評価するＡＦ方式では、被写体像
全体（焦点エリア全体）に対応する電気信号を直接評価
基準とすることができないので、高精度な焦点制御を行
なうことができない。

［発明の目的］ 本発明は上記のような問題点に鑑みなされたもので、撮
像電気信号のバイパス処理や機構部品の追加を行なうこ
となく、あらゆる被写体像に対して高精度な焦点位置合
わせを行なうことが可能になる自動焦点制御装置を提供
することを目的とする。

［発明の要点］ すなわち、本発明に係わる自動焦点制御装置は、撮像レ
ンズと、この撮像レンズを介して被写体の光学像の少な
くとも一部を受光しその受光量に応じた電気信号を発生
する複数の光電変換素子を有する光電変換手段と、この
光電変換手段の各隣接する光電変換素子により得られた
電気信号の大きさの差の二乗の和を算出する焦点評価演
算手段と、この焦点評価演算手段により算出された焦点
評価演算値が最大値となるように上記撮像レンズの位置
を移動制御する合焦位置移動制御手段とを備えて構成し
たものである。

［発明の実施例］ 以下図面により本発明の一実施例について説明する。

第１図はＡＦ機能を搭載した電子スチルカメラの構成を
示すもので、同図において、１１は撮像レンズであり、
この撮像レンズ１１を通して得られる被写体の光学像は
固体撮像素子（ＣＣＤ）１２に入射結像される。この固
体撮像素子１２は、多数の光電変換素子（画素）を行列
方向に平面状に配列して備え、入射光学像をその入射光
量に応じた電荷として各画素毎に捕えるもので、この固
体撮像素子１２に蓄積された被写体像の画像信号は、各
画素毎にシリアルに出力されＡ／Ｄコンバータ１３を通
して２値化変換される。このＡ／Ｄコンバーター３は、
固体撮像素子１２から出力される各画素毎のアナログ画
像信号を２値化し、例えば白“］”／黒“Ｏ“とするデ
ィジタル画像信号に変換するもので、このＡ／Ｄコンバ
ーター３により白／黒２値化されたディジタル画像信号
は、順次画像データメモリー４に転送され被写体に対応
する画像データとして格納される。この画像データメモ
リー４に対する書込み及び読出しアドレスの指定制御は
制御部１５により行なわれるもので、この制御部１５と
の間には読出しデータ転送バス１．４　ａが接続される
。

一方、上記撮像レンズ１１は、レンズ移動モータ１６に
より焦点無限遠あるいは最近遠（最も近距離の合焦位置
）方向に移動されるもので、このレンズ移動モーター６
には、例えばステップモータが使用され、上記制御部１
５からのレンズ移動制御信号に応じてモータ駆動制御部
１７を通し］ステップずつ回転駆動される。

また、上記制御部１５にはフォーカスエリア指定部１８
が接続される。このフォーカスエリア指定部１８は、オ
ペレータがファインダを覗いて被写体を捕えた際に、任
意の被写体領域を合焦エリアとして指定するもので、こ
のフォーカスエリア指定部１８により指定されたフォー
カスエリアデータは上記制御部１５に送られる。つまり
、制御部１５は、フォーカスエリア指定部１８からフォ
ーカスエリアデータが与えられた際に、そのフォーカス
エリアに対応するところの撮像データを上記画像データ
メモリー４から取込み、該フォーカスエリア内の撮像デ
ータが金魚状態になるよう上記モータ駆動制御部１７に
対しレンズ移動制御信号を出力するもので、この制御部
１５には、その金魚制御を行なうための演算・比較部１
つ及びブタメモリ２０が接続される。

すなわち、制御部１５は、上記フォーカスエリアに対応
する多数の画素からの画像信号に基づき、その隣接する
画像信号の差の二乗の総和をコントラストレベルとして
評価し、この評価値が最大になるよう上記レンズ移動制
御を行なうもので、このコントラストレベルの評価演算
処理及びその評価最大値の比較判断処理は、上記演算・
比較部１９により行なわれ、また、各評価演算データは
上記データメモリ２０とその最大値記憶部２０ａに書込
まれる。なお、この最大値記憶部２０ａには、上記コン
トラストレベルの最大評価演算データと共に、その評価
演算時のレンズ位置がレンズ移動モータ１６に対するス
テップデータとして記憶される。

ここで、上記フォーカスエリアの画素数を（ｎＸｍ）、
その各画素位置をＰい、）とすると、上記コントラスト
レベルの評価演算式は下式（１）で表わされる。

次に、」二記構戊による電子スチルカメラのＡＦ機能に
ついて説明する。

第２図はこの電子スチルカメラのＡＦ（オートフォーカ
ス）処理を示すフローチャートであり、オペレータがフ
ァインダを覗き被写体を捕え、例えば図示しないレリー
ズスイッチの十押し操作によりそのフォーカスエリアを
指定すると、この指定フォーカスエリアに対応するフォ
ーカスエリアデータがフォーカスエリア指定部１８から
制御部１５に送られる。すると、まず、制御部１５から
モータ駆動１．す神都１７に対するレンズ移動制御信号
により、撮像レンズ１１が初期位置（最近遠位置）に移
動制御される（ステップＳｌ）。そして、このレンズ初
期位置における被写体像の撮像データが、固体撮像素子
１２からＡ／Ｄコンバータ１３を通し両像データメモリ
１４に格納されると、上記予め指定されたフォーカスエ
リアに対応する所の画像データが制御部１５に読出され
る（ステップＳ２．Ｓ３）。すると、制御部１５は、上
記指定フォーカスエリアに対応する各画素毎の画像信号
を演算・比較部］９に送り、その隣接画素間の信号レベ
ルの差の二乗の総和を該フォーカスエリアのコントラス
トレベルとして前記式（１）に示す評価演算式に基づき
算出するもので、この演算・比較部１９により算出され
た評価データは制御部１５からデータメモリ２０に転送
され書込まれる（ステップＳ４．Ｓ５）。

ここで、上記演算・比較部１９は、今回算出された評価
データが前回算出の評価データと比較して最大の値であ
るか否かを判断するもので、この初凹演算貼においては
前回算出の評価データは存在しないので「評価値最大」
との判断が成され、その最大評価データと対応するレン
ズ位置とが最大値記憶部２０ａに書込まれる（ステップ
Ｓ６゜Ｓ７）。この時、制御部１５は、上記最大値記憶
部２０ａに書込まれたレンズ位置が、無限遠ステップに
到達したか否かを判断するもので、この場合、レンズ位
置は未だ初期位置（最近遠位置）であるので「Ｎｏ」と
判断され、該レンズ位置が制御部１５からのレンズ移動
制御信号により、レンズ移動モータ１６における１ステ
ツプ分無限遠方向に移動される（ステップＳ８．Ｓ９）
。この後、上記ステップＳ２〜Ｓ９の処理１判断が繰返
し実行され、撮像レンズ１１のレンズ位置が順次無限遠
方向に１ステツプずつ移動されるのに伴い、フォーカス
エリアのコントラストレベルを示す評価データの最大値
が更新される状態で、ステップＳ６において「Ｎｏ」、
つまり、今回のレンズ位置における評価データの値が最
大評価データの値（この場合、前用のレンズ位置におけ
る評価データ）よりも低くなったと判断されると、その
評価データの下降差が所定値未満であるか否かが判断さ
れる（ステップＳ　１０．　　Ｓ　１１）。このステッ
プＳｌｌにおいて「Ｙｅｓ」、つまり、最大評価データ
に対する今回レンズ位置での評価データの下降性は所定
値未満であると判断されると、この時のレンズ位置が無
限遠ステップに到達していない場合にのみ前記ステップ
Ｓ９に戻り、さらに撮像レンズ１１の１ステツプ移動処
理及びその評価演算処理か実行される（ステップ５１２
）。

］　Ｏ 一方、上記ステップＳｌｌにおいてｒＮｏＪ、つまり、
今回レンズ位置に対応する評価データの値が最大評価デ
ータより所定値以上下降したと判断され、撮像レンズ１
１の移動位置が合焦位置を越え無限遠側に移動されたこ
とが確実になるか、あるいは上記ステップＳ１２におい
てｒＹｅｓＪ、つまり、撮像レンズ１１の移動位置が無
限遠ステップまで到達すると、最大値記憶部２０ａに記
憶される最大評価データに対応するレンズ位置より１ス
テツプ分無限遠側のレンズ位置に撮像レンズ１１を移動
制御し、この後のレンズ移動処理に伴うレンズ移動ステ
ップ幅を例えば１０分の１に狭く、また、その移動方向
を最近遠方向に切換える（ステップ８１３，５１４）。

そして、最大値記憶部２０ａにおける記憶データをクリ
アする（ステップ５１５）。

次に、ステップ８１６〜３２Ｂにおいて、最近遠方向へ
の１０分１ステツプずつのレンズ移動制御及びその評価
演算値の最大値書込み処理が、前記ステップＳ２〜Ｓ９
の処理１判断と同様にして１ 繰返し実行される。

すなわち、まず、上記ステップ８１Ｂにおいて移動制御
されたレンズ位置における被写体像の撮像データが、固
体撮像素子１２からＡ／Ｄコンバータ１３を通し画像デ
ータメモリ１４に格納されると、予め指定されたフォー
カスエリアに対応する所の画像データが制御部１５に読
出される（ステップＳ１６，５１７）。すると、制御部
１５は、上記指定フォーカスエリアに対応する各画素毎
の画像信号を演算・比較部１つに送り、その隣接画素間
の信号レベルの差の二乗の総和を該フォーカスエリアの
コントラストレベルとして前記式（１）に示す評価演算
式に基づき算出するもので、この演算・比較部１９によ
り算出された評価データは制御部１５からデータメモリ
２０に転送され書込まれる（ステップ３１８，５１９）
。

ここで、上記演算・比較部１つは、今回算出された評価
データが前回算出の評価データと比較して最大の値であ
るか否かを判断するもので、この最近遠方向へのレンズ
移動に伴う初回演算時にお］２ いては前回算出の評価データは存在しないので「評価値
最大」との判断が成され、その最大評価データと対応す
るレンズ位置とが最大値記憶部２０ａに書込まれる（ス
テップＳ２０，５２１）。

この時、制御部〕５は、上記最大値記憶部２０ａに書込
まれたレンズ位置が、最近遠ステップに到達したか否か
を判断するもので、この場合、レンズ位置は未だ合焦位
置を越えた無限遠側にあるので「Ｎｏ」と判断され、該
レンズ位置が制御部１５からのレンズ移動制御信号によ
り、レンズ移動モータ１６における１０分の１ステツプ
分最近遠方向に移動される（ステップＳ　２２．８２３
）。

この後、上記ステップ８１６〜３２３の処理２判断が繰
返し実行され、撮像レンズ１１のレンズ位置が順次最近
遠方向に１０分の１ステツプずつ移動されるのに伴い、
フォーカスエリアのコントラストレベルを示す評価デー
タの最大値が更新される状態で、ステップＳ２０におい
て「Ｎｏ」、つまり、今回のレンズ位置における評価デ
ータの値が最大評価データの値（この場合、前回のレン
ズ３ 位置における評価データ）よりも低くなったと判断され
ると、その評価データの下降差が所定値未満であるか否
かが判断される（ステップＳ２４，５２５）。このステ
ップＳ２５において「ＹｅＳ」、つまり、最大評価デー
タに対する今回レンズ位置での評価データの下降分は所
定値未満であると判断されると、この時のレンズ位置が
最近遠ステップに到達していない場合にのみ前記ステッ
プ８２Ｂに戻り、さらに撮像レンズ１１の１０分の１ス
テツプ移動処理及びその評価演算処理が実行される（ス
テップ５２２）。

一方、上記ステップＳ２５においてｒＮｏＪ、つまり、
最近遠方向への１０分の１ステツプずつのレンズ移動時
において、今回レンズ位置に対応する評価データの値が
最大評価データより所定値以上下降したと判断され、撮
像レンズ１１の移動位置が合焦位置を越え再び遠側に移
動されたことが確実になると、最大値記憶部２０ａに記
憶される最大評価データに対応するレンズ位置に撮像レ
ンズ１１を移動制御する（ステップ５２６）。こ４ れにより、撮像レンズ１１は、フォーカスエリアにて最
大のコントラストレベルが得られるレンズ位置に移動設
定されるようになり、高精度な合焦制御が行なえること
になる。

また、上記ステップ８２〜Ｓ９において、撮像レンズ］
１のレンズ位置が順次無限遠方向に１ステツプずつ移動
されるのに伴い、フォーカスエリアのコントラストレベ
ルを示す評価データの最大値が更新される状態で、ステ
ップＳ８において「Ｙｅｓ」、つまり、レンズ移動位置
が無限遠ステップまで到達してしまうと、該撮像レンズ
１１を無限遠ステップより１ステツプ手前の位置に移動
させる（ステップ５２７）。そして、レンズ移動幅を例
えば１０分の１ステツプに切換え、ステップ３１５〜５
２Ｂの処理１判断において、無限遠手前１ステップ間に
おける撮像レンズ１１の１０分の１ステツプ移動制御及
びその評価演算制御か実行される（ステップ５２８）。

この後、ステップＳ２５においてｒＮｏＪ、つまり、無
限遠方向への１０分の１ステツプずつのレンズ移動性５ において、今回レンズ位置に対応する評価データの値が
最大評価データより所定値以上下降したと判断され、撮
像レンズ１１の移動位置が金魚位置を越えたことが確大
になるか、あるいはステップＳ２２において「ＹｅＳ」
、つまり、撮像レンズ１１の移動位置か無限遠ステップ
まで到達すると、最大値記憶部２０ａに記憶される最大
評価データに対応するレンズ位置に撮像レンズ１１を移
動制御する（ステップ５２６）。この場合も撮像レンズ
１１は、フォーカスエリアにて最大のコンＩ・ラストレ
ベルが得られるレンズ位置に移動設定されるようになり
、高精度な合焦制御が行なえることになる。

一方、上記ステップ８１〜Ｓ　１２の処理２判断を実行
した際に、最大値記憶部２０ａに書込まれた最大評価デ
ータに対応するレンズ位置が初期設定位置の最近遠位置
である場合には、ステップ８１３による無限遠方向への
１ステツプ分のレンズ移動後、ステップ３３．４におい
てレンズ移動方向とその移動幅が切換えられ、ステップ
８１５〜６ ８２Ｂにおいて最近遠までの１ステツプ間における撮像
レンズ１１の１０分の１ステツプ移動制御及びその評価
演算制御が実行される。この場合も、上記同様ステップ
Ｓ２２あるいはＳ２５において最大評価データとそのレ
ンズ位置が見出され、撮像レンズ１１は、フォーカスエ
リアにて最大のコントラストレベルが得られるレンズ位
置にステップＳ２６において移動設定されるようになる
。

したがって、上記構成のＡＦ機能を搭載した電子スチル
カメラによれば、フォーカスエリアに対応する多数の画
素からの画像信号に基づき、その隣接する画像信号の差
の二乗の総和をコントラストレベルとして評価し、この
評価値が最大になるよう上記レンズ移動制御を行なうの
で、あらゆる被写体像に対して常に安定した高精度な焦
点位置合わせを行なうことが可能になる。

尚、上記実施例では、白黒の撮像信号を得る場合の構成
について述べたが、カラー画像信号を得る場合には、カ
ラーＣＣＤから画像信号処理回路を通して得られる輝度
信号に基づいて上記同様の７ 評価演算処理を行なえばよい。

［発明の効果コ 以上のように本発明によれば、撮像レンズと、この撮像
レンズを介して被写体の光学像の少なくとも一部を受光
しその受光量に応じた電気信号を発生する複数の光電変
換素子を有する光電変換手段と、この光電変換手段の各
隣接する光電変換素子により得られた電気信号の大きさ
の差の二乗の和を算出する焦点評価演算手段と、この焦
点評価演算手段により算出された焦点評価演算値が最大
値となるように上記撮像レンズの位置を移動制御する合
焦位置移動制御手段とを備えて構成したので、撮像電気
信号のバイパス処理や機構部品の追加を行なうことなく
、あらゆる被写体像に対して高精度な焦点位置合わせを
行なうことが可能になる自動焦点制御装置を提供できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自動焦点制御装置の一実施例に係わる
ＡＦ機能を搭載した電子スチルカメラの構成を示すブロ
ック図、第２図は上記電子スチル８ カメラによるＡＦ処理を示すフローチャートである。 １１・・・撮像レンズ、１２・・・固体撮像素子、１３
・・・Ａ／Ｄコンバータ、１４・・・画像データメモリ
、１５・・・制御部、１６・・・レンズ移動モータ、１
７・・・モータ駆動制御部、１８・・・フォーカスエリ
ア指定部、１９・・・演算・比較部、２ｏ・・・データ
メモリ、２０ａ・・・最大値記憶部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 撮像レンズと、 この撮像レンズを介して被写体の光学像の少なくとも一
   部を受光しその受光量に応じた電気信号を発生する複数
   の光電変換素子を有する光電変換手段と、 この光電変換手段の各隣接する光電変換素子により得ら
   れた電気信号の大きさの差の二乗の和を算出する焦点評
   価演算手段と、 この焦点評価演算手段により算出された焦点評価演算値
   が最大値となるように上記撮像レンズの位置を移動制御
   する合焦位置移動制御手段とを具備したことを特徴とす
   る自動焦点制御装置。