JP2004151183A - Automatic focusing device, digital camera and portable information terminal equipment equipped with the automatic focusing device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、合焦位置の自動検出を行う自動合焦装置と、この自動合焦装置を有するデジタルカメラ及び携帯型情報端末機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、電子スチルカメラ等における自動合焦には、フォーカスレンズ又はCCDを光軸方向に駆動しながらCCDに蓄積される輝度信号によりコントラストのピーク(合焦位置)を見つけるCCD−AF方式か、三角測量に基づくAF方式(以下、この撮像光学系外部で行う三角測量に基づく自動合焦を「外部AF」といい、これに対してCCD−AFを「内部AF」という。)が単独で採用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記CCD−AF方式は、図12に示すように、ピントが無限遠から最至近まで変化するようにフォーカスレンズ又はCCDを駆動し、コントラストを細かくサンプリングすることによってそのピークを見つけ出す方式であるため、合焦位置を検出するまでに時間がかかるという問題があった。これに対して、図13に示すように、粗サンプリングを無限遠から最至近まで行って概略の合焦位置を求め、その概略の合焦位置近傍で細かくサンプリングを行って最終的な合焦位置を検出する方式も提案されているが、このような方式によれば合焦位置の検出時間を若干は短縮することができるものの、それでも実用上十分とは言い難い。
【0004】
また、CCD−AFでは、撮影(撮像)画面中のピントを合わせたいエリアに高輝度な被写体(電球、ろうそくの炎、反射している看板等)があると、コントラストのピークを発見することができずに疑合焦してしまうおそれがあり、暗い場面においては誤合焦の可能性があるという問題もあった。
【0005】
一方、三角測量による外部AFでは、被写体までの距離を高速に測距することができるが、至近距離側でパララックスが生じて測定距離にずれが発生しやすく、CCD−AF方式に比べて精度が劣る等の問題があった。
【0006】
さらに、環境温度に左右されやすく、高温又は低温になると、三角測量を行う外部AFセンサー(図5参照)のレンズ部が変形して測定距離が変化したり、鏡胴が変形してフォーカスレンズの合焦点が変化したりすることにより、合焦精度の悪化を来していた。
【0007】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、短時間でかつ正確に合焦位置を検出することができる自動合焦装置と、この自動合焦装置を有するデジタルカメラ及び携帯型情報端末機器を提供することを課題としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項1に係る発明は、受光面に結像した被写体像を撮像する撮像手段と、前記被写体像を前記受光面に結像させるフォーカスレンズを含むレンズ系と、被写体までの距離を三角測量に基づいて測定し、前記レンズ系の合焦位置を求める第1の合焦位置検出手段と、前記フォーカスレンズ又は前記撮像手段を光軸に沿って移動させながら前記受光面に結像した被写体像のコントラストをサンプリングし、前記レンズ系の合焦位置を求める第2の合焦位置検出手段とを備え、前記第1の合焦位置検出手段により求められた合焦位置近傍へ前記フォーカスレンズを移動させた後、前記第2の合焦位置検出手段により前記合焦位置近傍を含む範囲でサンプリングを行うことによって合焦位置を求め、この位置を最終的な合焦位置として検出する自動合焦装置を特徴とする。
【0009】
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の自動合焦装置において、温度を測定する測温手段を備え、前記第2の合焦位置検出手段によるサンプリングのサンプリング条件が、前記測温手段による測温結果に応じて設定されることを特徴とする。
【0010】
請求項3に係る発明は、請求項1又は請求項2に記載の自動合焦装置において、前記レンズ系の焦点距離若しくはF値又は前記撮像手段の記録画素数を判断する撮像条件判断手段を備え、前記第2の合焦位置検出手段によるサンプリングのサンプリング条件が、前記撮像条件判断手段による判断結果に応じて設定されることを特徴とする。
【0011】
請求項4に係る発明は、請求項2又は請求項3に記載の自動合焦装置において、前記サンプリング条件として、前記第2の合焦位置検出手段によるサンプリングのサンプリング範囲、サンプリング間隔若しくはサンプリング開始位置、又は前記受光面において前記サンプリングに使用される領域が設定されることを特徴とする。
【0012】
請求項5に係る発明は、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の自動合焦装置を有するデジタルカメラを特徴とする。
【0013】
請求項6に係る発明は、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の自動合焦装置を有する携帯型情報端末機器を特徴とする。
【0014】
本発明によれば、第1の合焦位置検出手段により求められた合焦位置近傍へフォーカスレンズを移動させた後、第2の合焦位置検出手段によりその合焦位置近傍を含む範囲でサンプリングを行うことによって合焦位置を求め、この位置を最終的に合焦位置として検出するので、短時間でかつ正確に合焦位置を特定することができる。すなわち、第1の合焦位置検出手段により被写体までの距離を三角測量に基づいて高速に測定し、暫定的に合焦位置を把握した後に、第2の合焦位置検出手段によりその概略の合焦位置の近傍のみでサンプリングを行い合焦位置を高精度に求めることによって、合焦位置が短時間で正確に検出される。
【0015】
特に請求項2に係る発明によれば、測温手段による測定温度に応じてサンプリング条件が設定されるので、高温又は低温の環境下でも合焦位置を高精度に検出することができる。
【0016】
また、請求項3に係る発明によれば、レンズ系の焦点距離若しくはF値又は撮像手段の記録画素数に応じてサンプリング条件が設定されるので、合焦位置検出の精度と速度とを高次元で両立させることができ、そのための具体的なサンプリング条件としては、請求項4に係る発明におけるように、第2の合焦位置検出手段によるサンプリングのサンプリング範囲、サンプリング間隔若しくはサンプリング開始位置、又は受光面においてサンプリングに使用される領域(サンプリング周期)を挙げることができる。
【0017】
さらに、請求項5又は請求項6に係る発明によれば、請求項1乃至請求項4のいずれかに係る発明の効果をデジタルカメラ又は携帯型情報端末において得ることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0019】
図1は、本実施の形態に係る自動合焦装置を適用したデジタルカメラの構成図である。同図において、100はデジタルカメラを示しており、デジタルカメラ100は、レンズ系101、メカ機構102、CCD(電荷結合素子)103、CDS(相関2重サンプリング)回路104、AGCアンプ(可変利得増幅器)105、A/D変換器106、IPP(Image Pre−Processor)107、DCT(Discrete Cosine Transform)108、コーダー(Huffman Encoder/Decoder)109、MCC(Memory Card Controller)110、DRAM111、PCカードインターフェース112、CPU121、表示部122、操作部123、SG(制御信号生成)部126、ストロボ装置127、バッテリー128、DC−DCコンバータ129、EEPROM130、フォーカスドライバ131、パルスモータ132、ズームドライバ133、パルスモータ134、モータドライバ135、外部AFセンサー136及び温度センサー137を備えている。
【0020】
また、デジタルカメラ100にはPCカードインターフェース112にPCカード150が着脱可能に接続され、デジタルカメラ100(CPU121)は被写体を撮影して得られる画像データをPCカード150に記録する記録モードと、PCカード150に記録された画像を表示する表示モードと、撮影画像を表示部122に直接表示するモニタリングモード等を備えている。
【0021】
レンズ系101及びメカ機構102はデジタルカメラ100のレンズユニットを構成し、レンズ系101は例えばバリフォーカルレンズからなりフォーカスレンズ系101aとズームレンズ系101bとを有する。メカ機構102はメカニカルシャッターや絞り・フィルター部等を含み、そのメカニカルシャッターは図示を略す2つのフィールドの同時露光を行う。
【0022】
フォーカスドライバ131はCPU121からの制御信号に従ってパルスモータ132を駆動し、フォーカスレンズ系101aを光軸に沿って移動させる。ズームドライバ133はCPU121からの制御信号に従ってパルスモータ134を駆動し、ズームレンズ系101bを光軸に沿って移動させる。モータドライバ135はCPU121からの制御信号に従ってメカ機構102を駆動し、例えば絞り値の設定を行う。なお、パルスモータ134のパルス数Zp(モータ等差18分割)とズームレンズ系101bのレンズ繰出し量(mm)とは例えば図2に示すような関係にあり、ズーム位置がWide(ワイド)〜Tele(テレ)の場合の撮影距離(1/L)とズームレンズ系101bのレンズ繰出し量(mm)とは例えば図3に示すような関係にある。
【0023】
CCD103は、上記レンズユニットを通じて入力された映像を電気信号(アナログ画像データ)に変換する。CDS回路104は、そのCCD型撮像素子に対するノイズ低減化のための回路である。AGCアンプ105は、CDS回路104で相関2重サンプリングされた信号のレベルを補正する。このAGCアンプ105のゲインは、CPU121が内蔵するD/A変換器を通じてAGCアンプ105に設定データ(コントロール電圧)が設定されることにより決定される。A/D変換器106は、AGCアンプ105から入力されたCCD103からのアナログ画像データをデジタル画像データに変換する。すなわち、CPU121からの指示によりSG部126から送出される制御信号に基づいて、CCD103の出力信号はCDS回路104、AGCアンプ105及びA/D変換器106を経て、最適なサンプリング周波数(例えば、NTSC信号のサブキャリア周波数の整数倍)によりデジタル信号に変換される。
【0024】
IPP107、DCT108及びコーダー109はデジタル信号処理部であり、A/D変換器106から入力されたデジタル画像データについて色差(Cr,Cb)と輝度(Y)とに分けて各種処理(補正及び画像圧縮/伸長のためのデータ処理等)を施す。DCT108及びコーダー109は、例えばJPEG準拠の画像圧縮・伸長の一過程である直交変換・逆直交変換や、同じくJPEG準拠の画像圧縮・伸長の一過程であるハフマン符号化・復号化等を行う。
【0025】
MCC110は、圧縮処理された画像を一旦蓄えてPCカードインターフェース112を介してPCカード150への記録を行い、あるいは、PCカード150からの読出しを行う。
【0026】
CPU121は、EEPROM130に格納されたプログラムに従ってDRAM111を作業領域として使用し、後述の操作部123又は図示しないリモコン等を通じたユーザーからの指示に従いデジタルカメラ100の各種動作を制御する。具体的には、CPU121は、撮影動作、自動露出(AE)動作、自動ホワイトバランス(AWB)調整動作や、AF動作等の制御を行う。また、カメラ電源はNiCd、ニッケル水素又はリチウム電池等からなるバッテリー128からDC−DCコンバータ129に入力され、CPU121を始めとするデジタルカメラ100の各部に供給される。
【0027】
表示部122は、LCD、LED又はEL等により構成され、撮影により得られるデジタル画像データや、PCカード150の記録データを伸張処理して得られる画像データ等を表示する。操作部123は、機能選択や撮影指示、その他の各種設定等をユーザーが行うために使用され、ボタンやタッチパネル等により構成されている。具体的には、操作部123は、撮影指示を与えるためのレリーズキー、ズームレンズ系101bのズーム位置(Tele〜Wide)を設定するためのズームキー、CCD103の記録画素数(1800×1200、900×600又は640×480)を設定するための画質キー等を備えている。CPU121は、上記レリーズキーが半押しされて図示を略すセンサー(以下「センサーRL−1」という。)がONになるとAF動作等を実行し、レリーズキーが全押しされて図示を略すセンサー(以下「センサーRL−2」という。)がONになると撮影動作を実行する。
【0028】
ストロボ装置127は、撮影時に自動で又はユーザーの指示により発光し、EEPROM130には、CPU121がデジタルカメラ100の動作を制御する際に使用する調整データ等が書き込まれている。また、温度センサー137には公知のものが用いられ、温度センサー137の測定温度はCPU121に出力される。
【0029】
図4は、上記IPP107の具体的構成の一例を示し、同図において、IPP107は、A/D変換器106から入力されたデジタル画像データをR・G・Bの各色成分に分離する色分離部1071と、分離されたR・G・Bの各画像データを補間する信号補間部1072と、R・G・Bの各画像データの黒レベルを調整するペデスタル調整部1073と、R・Bの各画像データの白レベルを調整するホワイトバランス調整部1074と、CPU121により設定されたゲインでR・G・Bの各画像データを補正するデジタルゲイン調整部1075と、R・G・Bの各画像データのγ変換を行うガンマ変換部1076と、RGBの画像データを色差信号(Cr,Cb)と輝度信号(Y)とに分離するマトリクス部1077と、色差信号(Cr,Cb)と輝度信号(Y)とに基づいてビデオ信号を作成し、表示部122に出力するビデオ信号処理部1078とを備えている。
【0030】
さらに、IPP107は、ペデスタル調整部1073によるペデスタル調整後の画像データの輝度データ(Y)を検出するY演算部1079と、Y演算部1079で検出した輝度データ(Y)の所定周波数成分のみを通過させるBPF1080と、BPF1080を通過した輝度データ(Y)の積分値をAF評価値としてCPU121に出力するAF評価値回路1081と、Y演算部1079で検出した輝度データ(Y)に応じたデジタルカウント値をAE評価値としてCPU121に出力するAE評価値回路1082と、ホワイトバランス調整部1074による調整後のR・G・Bの各画像データの輝度データ(Y)を検出するY演算部1083と、Y演算部1083で検出した各色の輝度データ(Y)をそれぞれカウントして各色のAWB評価値としてCPU121に出力するAWB評価値回路1084と、CPU121とのインターフェースであるCPUインターフェース1085と、DCT108とのインターフェースであるDCTインターフェース1086とを備えている。
【0031】
図1の外部AFセンサー136は、被写体までの距離をパッシブ方式で測距し、図5はその概略構成を示す。この外部AFセンサー136は、レンズ151a(左側),151b(右側)と、フォトセンサーアレイ152a(左側),152b(右側)と、図示を略す演算回路とを備えている。外部AFセンサー136の測距原理を説明すると、被写体までの距離をd、レンズ151aとフォトセンサーアレイ152aとの距離及びレンズ151bとフォトセンサーアレイ152bとの距離をf、フォトセンサーアレイ152a,152bに入射する光の幅をそれぞれx1,x2、並びにフォトセンサーアレイ152a,152bの光の入射部間の距離をBとしたとき、距離dは三角測量によりd=B・f/(x1+x2)と算出することができる。図6は、左右のフォトセンサーアレイ152a,152bの被写体像を示しており、上記演算回路は各フォトセンサーアレイの被写体像の光量を積分し、左右のセンサーで得られるデータのずれを演算することによって、被写体までの距離dを算出してCPU121に出力する。
【0032】
なお、上述したように、外部AFセンサー136を使用して合焦位置を検出する場合を外部AFといい、CCD103を使用して合焦位置を検出する場合をCCD−AF(内部AF)という。CCD−AFでは、フォーカスレンズ系101aのレンズを移動させて、CCD103から出力される画像信号に応じた被写体のコントラスト(AF評価値)をサンプリングし、AF評価値のピーク位置を合焦位置とする山登りサーボ方式を採用する。また、次述の動作例のようにデジタルカメラ100は外部AFとCCD−AFとを併用するが、このように外部AFとCCD−AFとを使用してAFを行うことをハイブリットAFという。
【0033】
つぎに、このデジタルカメラ100の自動合焦に関する動作例を図7〜図11を参照して説明する。
【0034】
図7は、CPU121による制御例を示すフローチャートである。CPU121は、まず、レリーズキーが半押しされてセンサーRL−1がONされたか否かを判断する(ステップ1(図7においては「S1」と記載。以下同様))。そして、センサーRL−1がONされたと判断した場合には温度センサー137による測温処理及び外部AFセンサー137による測距処理を実行し(ステップ2、ステップ3)、センサーRL−1がONされていないと判断した場合には再度ステップ1に戻る。
【0035】
続いて、CPU121はズームレンズ系101bのズーム位置(焦点距離)、レンズ系101の絞り値(F値)、設定された画質(記録画素数)及び測定温度を判断し(ステップ4)、後に実行するCCD−AFのサンプリング条件を設定する(ステップ5)。
【0036】
ここで、CPU121は、ズーム位置についてはズームレンズ系101bを駆動するパルスモータ134の駆動パルス数で判定する。また、CCD−AFのサンプリング条件としては、▲1▼CCD−AFを実行する場合のAF評価値のサンプリング範囲(フォーカスレンズ系101aの移動範囲)、▲2▼AF評価値をサンプリングする際のCCD103の受光面のAFエリアの範囲、▲3▼CCD−AFを実行する場合のサンプリング間隔(あるサンプリング点から隣接するサンプリング点までのフォーカスレンズ系101bの移動量)、▲4▼CCD−AFを実行する場合のサンプリング開始位置(フォーカスレンズ系101aの移動開始位置)等があり、CPU121はステップ5において▲1▼〜▲4▼のサンプリング条件のうち少なくとも一つを設定するが(設定しない条件については既定とする。)、以下ではそれらの条件について説明する。
▲1▼ CCD−AFを実行する場合のAF評価値のサンプリング範囲
図8は、CCD−AFを実行する場合のサンプリング範囲(フォーカスレンズ系101aの移動範囲)を説明するための図である。同図において、横軸はレンズ位置(至近〜無限遠)を示し、縦軸は被写体のコントラスト(AF評価値)を示し、符号aはサンプリング範囲を示す。CPU121が焦点距離、F値及び記録画素数に応じてそのサンプリング範囲(サンプリング幅)を適切に設定することにより、合焦位置検出の精度と速度とを両立させることが可能となる。
【0037】
例えば、外部AFでも精度的に対応可能なWide、小絞り又は低画素数設定の場合には、CPU121はCCD−AFのサンプリング範囲を狭く設定して合焦位置検出の高速化を図る。一方、外部AFでは精度不足のTele、開放絞り又は高画素数設定の場合には、CPU121はCCD−AFのサンプリング範囲を広く設定する。また、測定温度が高温又は低温の場合(常温を含む所定の温度範囲に入らない場合)には、外部AFの精度が悪くなり鏡胴も変形して合焦点がずれるため、CPU121はサンプリング範囲を広く設定する。
【0038】
なお、このサンプリング範囲の拡大率は、高温になればなるほど、あるいは、低温になればなるほど大きくなるものとしてもよく、これにより常温からの温度変化が大きい場合にも合焦位置の検出を高精度に行うことができる。
▲2▼ AF評価値をサンプリングする際のCCD103の受光面のAFエリアの範囲
図9は、CCD103の受光面のAFエリア(AF評価値を取得するための領域)を説明するための図である。同図において、1031はCCD103の受光面を、1032はAFエリアを示しており、CPU121がAFエリア1032を焦点距離に応じて受光面1031の内部で適切に設定することにより、合焦位置検出の精度と速度とを両立させることが可能となる(なお、図9においては受光面1031が水平方向に15分割、垂直方向に10分割の計150分割され、AFエリア1032はその150分割された領域を単位として設定される。)。
【0039】
例えば、撮影画面における被写体の占有面積が低いと考えられるWideの場合には、CPU121は同図(a)に示すように受光面1031全体にAFエリア1032を設定し、画面全体についてAF評価値のサンプリングを行い、遅いサンプリング周期でAF評価値をサンプリングする。一方、撮影画面における被写体の占有面積が高いと考えられるTeleの場合には、CPU121は同図(b)に示すように受光面1031の中央部分にAFエリア1032を設定し、画面の中央部分についてのみAF評価値のサンプリングを行い、早いサンプリング周期でAF評価値をサンプリングする。なお、CCD−AFのサンプリング周期は画像処理時間によって決定されるので、処理すべき画像の範囲を狭くすると、その分、速い周期でサンプリング可能となる。
▲3▼ CCD−AFを実行する場合のサンプリング間隔
図10は、CCD−AFのフォーカスレンズ系101aの移動量に対するAF評価値のサンプリング間隔を説明するための図である。同図において、横軸はレンズ位置(至近〜無限遠)を示し、縦軸は被写体のコントラスト(AF評価値)を示し、符号bはAF評価値のサンプリング間隔を示す。CPU121が焦点距離に応じてそのサンプリング間隔を適切に設定することにより、合焦位置検出の精度と速度とを両立させることが可能となる。
【0040】
例えば、CPU121は焦点深度が深い焦点距離では、レンズ移動間隔を大きくしてAF評価値のサンプリング間隔を大きくし、サンプリングするポイント数を減らして合焦位置検出の高速化を図る。小絞り及び低画素数設定の場合も、焦点深度が深くなるため、CPU121は同様に合焦位置検出の高速化を図る。
▲4▼ CCD−AFを実行する場合のサンプリング開始位置
鏡胴の一般的温度特性により、常温(25℃)時に比べて高温時にはフォーカスレンズ系101aの合焦点が近距離側にずれ、低温時には遠距離側にずれる傾向があるため、そのような場合でも正確な合焦位置をCCD−AFのサンプリング時にカバーすべく(サンプリング範囲に含めるべく)、CPU121はサンプリング開始位置をシフトする。すなわち、CPU121は測定温度が常温付近の所定範囲内にあるか否かを判断し、所定範囲内にあれば既定の位置をサンプリング開始位置とし、所定範囲外の高温であればサンプリング範囲を遠距離側にずらすとともに、所定範囲外の低温であればサンプリング範囲を近距離側にずらす。これにより、高温又は低温の環境下でも合焦位置検出の精度を保つことが可能であり、また、サンプリング範囲を拡大するのではなくサンプリング開始位置を変化させるだけなので、合焦位置検出の高速化が図られる。
【0041】
なお、このサンプリング開始位置のシフト量(ずらし量)は、高温になればなるほど、あるいは、低温になればなるほど大きくなるものとしてもよく、これにより常温からの温度変化が大きい場合にも合焦位置の検出を高精度に行うことができる。
【0042】
続くステップ6において、CPU121は、外部AFの測距結果に基づいてCCD−AFの開始位置(基準位置)を算出する。このCCD−AFの開始位置は、例えば外部AFによる合焦位置をサンプリング範囲の中心として求めることができ、ステップ5において▲4▼の条件を設定した場合には、CPU121は当該条件も考慮して算出する。すなわち、外部AFによる合焦位置をFaf、サンプリング範囲をFsamp、温度による開始位置のシフト量をFshiftとすれば、求める開始位置Fstartは、Fstart=Faf−Fsamp/2+Fshiftとなる。
【0043】
そして、CPU121は、フォーカスレンズ系101aを前ステップで求めた開始位置に移動させ(ステップ7)、CCD−AFをスタートさせる(ステップ8)。このCCD−AFにおけるサンプリングは、フォーカスレンズ系101aを上記基準位置の近傍で移動させ、ステップ5で設定されたサンプリング条件でAF評価値を取得することによって行われる。その際、CPU121はAF評価値のピークが見つかるごとにそれを記憶し、サンプリング処理が終了する段階でピークに対応する位置として記憶している位置を合焦位置と特定する。
【0044】
CPU121は、サンプリング範囲の全域に渡ってサンプリングを終了するとCCD−AFが終了したと判断し(ステップ9)、合焦位置として特定されている位置(記憶している位置)にフォーカスレンズ系101aを移動させて合焦位置の検出を終了する(ステップ10)。その後、レリーズキーが全押しされて上記センサーRL−2がONとなると、CPU121は撮影動作を行い、被写体の画像データを取り込み所定の処理をしてPCカード150に記録する。
【0045】
図11は、以上の動作例をまとめて説明するための図であり、縦軸はコントラスト(AF評価値)、横軸はレンズ位置(至近〜無限遠)を示している。まず、CPU121は、外部AFにより概略の合焦位置を求め、次いでその概略の合焦位置の近傍で設定されたサンプリング条件(サンプリング範囲、サンプリング間隔(サンプリングポイント数)、サンプリング開始位置等)に基づいてCCD−AF方式によりサンプリングを行い、最終的な合焦位置を検出する。
【0046】
本実施の形態によれば、外部センサー136及びCPU121により求められた合焦位置近傍へフォーカスレンズ系101aを移動させた後、IPP107及びCPU121によりその合焦位置近傍を含む範囲でサンプリングを行うことによって合焦位置を求め、この位置を最終的に合焦位置として決定するので、短時間でかつ正確に合焦位置を検出することができる。
【0047】
また、測温センサー137による測定温度に応じてサンプリング条件が設定されるので、高温又は低温の環境下でも合焦位置を高精度に検出することができ、レンズ系101(ズームレンズ系101b)の焦点距離若しくはF値又はCCD103の記録画素数に応じてサンプリング条件が設定されるので、合焦位置検出の精度と速度とを高次元で両立させることができる。このとき、具体的なサンプリング条件として、サンプリング範囲、サンプリング間隔若しくはサンプリング開始位置、又は受光面1031におけるAFエリア1032が設定されることにより、合焦位置検出の精度及び速度を非常に効率よくバランスさせることが可能となっている。
【0048】
さらに、本実施の形態に係るデジタルカメラ100は、外部AFセンサーとしてパッシブ方式の測距センサーを用いているので、小型化、低コスト化及び処理の簡略化を図ることができる。
【0049】
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で適宜変形して実行可能である。例えば、本実施の形態においては、自動合焦装置をデジタルカメラに適用した例を説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、PDA、パソコン等の携帯型情報端末機器にも適用可能である。
【0050】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第1の合焦位置検出手段により求められた合焦位置近傍へフォーカスレンズを移動させた後、第2の合焦位置検出手段によりその合焦位置近傍を含む範囲でサンプリングを行うことによって合焦位置を求め、この位置を最終的に合焦位置として検出するので、短時間でかつ正確に合焦位置を特定することができる。すなわち、第1の合焦位置検出手段により被写体までの距離を三角測量に基づいて高速に測定し、暫定的に合焦位置を把握した後に、第2の合焦位置検出手段によりその概略の合焦位置の近傍のみでサンプリングを行い合焦位置を高精度に求めることによって、合焦位置が短時間で正確に検出される。
【0051】
特に請求項2に係る発明によれば、測温手段による測定温度に応じてサンプリング条件が設定されるので、高温又は低温の環境下でも合焦位置を高精度に検出することができる。
【0052】
また、請求項3に係る発明によれば、レンズ系の焦点距離若しくはF値又は撮像手段の記録画素数に応じてサンプリング条件が設定されるので、合焦位置検出の精度と速度とを高次元で両立させることができ、そのための具体的なサンプリング条件としては、請求項4に係る発明におけるように、第2の合焦位置検出手段によるサンプリングのサンプリング範囲、サンプリング間隔若しくはサンプリング開始位置、又は受光面においてサンプリングに使用される領域(サンプリング周期)を挙げることができる。
【0053】
さらに、請求項5又は請求項6に係る発明によれば、請求項1乃至請求項4のいずれかに係る発明の効果をデジタルカメラ又は携帯型情報端末において得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態に係るデジタルカメラの概略構成を示す図である。
【図2】パルスモータのパルス数Zp(モータ等差18分割)とズームレンズ系のレンズ繰出し量(mm)との関係の一例を示す図である。
【図3】ズーム位置がWide〜Teleの場合の撮影距離(1/L)とズームレンズ系のレンズ繰出し量(mm)との関係の一例を示す図である。
【図4】図1のIPPの具体的構成の一例を示す図である。
【図5】図1の外部AFセンサーの概略構成を示す図である。
【図6】外部AFセンサーの測距原理を説明するための図である。
【図7】デジタルカメラのAFに関する動作例を説明するためのフローチャートである。
【図8】CCD−AFを実行する場合のサンプリング範囲を説明するための図である。
【図9】CCDの受光面のAFエリアを説明するための図である。
【図10】CCD−AFのフォーカスレンズ系の移動量に対するAF評価値のサンプリング間隔を説明するための図である。
【図11】図7の動作例を説明するための図を示す。
【図12】従来のCCD−AF方式の一例を示す説明図である。
【図13】従来のCCD−AF方式の他の例を示す説明図である。
【符号の説明】
100 デジタルカメラ
101 レンズ系
101a フォーカスレンズ系
101b ズームレンズ系
103 CCD(撮像手段)
107 IPP
121 CPU
136 外部AFセンサー
137 温度センサー[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an automatic focusing device that automatically detects a focus position, a digital camera having the automatic focusing device, and a portable information terminal device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, automatic focusing in an electronic still camera or the like is performed by a CCD-AF method in which a contrast peak (in-focus position) is detected by a luminance signal accumulated in a CCD while driving a focus lens or a CCD in an optical axis direction, or a triangle. The AF method based on surveying (hereinafter, automatic focusing based on triangulation performed outside the imaging optical system is referred to as “external AF”, whereas the CCD-AF is referred to as “internal AF”) alone is employed. ing.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, as shown in FIG. 12, the CCD-AF method drives a focus lens or CCD so that the focus changes from infinity to the closest distance, and finds the peak by finely sampling the contrast. However, there is a problem that it takes time to detect the in-focus position. On the other hand, as shown in FIG. 13, rough sampling is performed from infinity to the nearest point to obtain a rough focus position, and fine sampling is performed near the rough focus position to determine a final focus position. Although a detection method has been proposed, such a method can slightly reduce the time for detecting the in-focus position, but it is still not practically sufficient.
[0004]
In the CCD-AF, when there is a high-luminance subject (light bulb, candle flame, reflected signboard, etc.) in an area to be focused on a shooting (imaging) screen, a contrast peak may be found. There is a possibility that the camera may be in focus without being able to do so, and there is also a possibility that the camera may be incorrectly focused in a dark scene.
[0005]
On the other hand, in external AF based on triangulation, the distance to the subject can be measured at high speed, but parallax occurs on the closest distance side, and the measured distance is likely to be shifted. However, there were problems such as inferiority.
[0006]
Further, when the temperature becomes high or low, the lens portion of the external AF sensor (see FIG. 5) for performing triangulation deforms to change the measurement distance, and the lens barrel deforms to change the focus lens. For example, a change in the focusing point causes deterioration of the focusing accuracy.
[0007]
The present invention has been made in view of the above, and has an automatic focusing device capable of accurately detecting a focus position in a short time, a digital camera having the automatic focusing device, and a portable information terminal device. The challenge is to provide
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, the invention according to
[0009]
According to a second aspect of the present invention, in the automatic focusing apparatus according to the first aspect, a temperature measuring means for measuring a temperature is provided, and a sampling condition of sampling by the second focus position detecting means is the temperature measuring means. Is set according to the temperature measurement result by
[0010]
According to a third aspect of the present invention, in the automatic focusing apparatus according to the first or second aspect, an imaging condition determining unit that determines a focal length or an F value of the lens system or the number of recording pixels of the imaging unit. The sampling condition of the sampling by the second in-focus position detecting means is set according to the judgment result by the imaging condition judging means.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, in the automatic focusing apparatus according to the second or third aspect, as the sampling condition, a sampling range, a sampling interval, or a sampling start position of sampling by the second focus position detecting unit is used. Alternatively, an area used for the sampling is set on the light receiving surface.
[0012]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a digital camera having the automatic focusing device according to any one of the first to fourth aspects.
[0013]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a portable information terminal device having the automatic focusing device according to any one of the first to fourth aspects.
[0014]
According to the present invention, after the focus lens is moved to the vicinity of the focus position obtained by the first focus position detection means, sampling is performed by the second focus position detection means in a range including the vicinity of the focus position. Is performed, the in-focus position is obtained, and this position is finally detected as the in-focus position, so that the in-focus position can be accurately specified in a short time. That is, the distance to the subject is measured at high speed by the first focus position detection means based on triangulation, and the focus position is temporarily grasped. Then, the approximate focus position is obtained by the second focus position detection means. By sampling only in the vicinity of the focus position and determining the focus position with high accuracy, the focus position can be accurately detected in a short time.
[0015]
In particular, according to the second aspect of the present invention, since the sampling condition is set according to the temperature measured by the temperature measuring means, the in-focus position can be detected with high accuracy even in a high or low temperature environment.
[0016]
According to the third aspect of the present invention, the sampling condition is set in accordance with the focal length or the F-number of the lens system or the number of recording pixels of the image pickup means. The specific sampling conditions for this purpose include, as in the invention according to
[0017]
Further, according to the invention according to
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0019]
FIG. 1 is a configuration diagram of a digital camera to which the automatic focusing device according to the present embodiment is applied. In FIG. 1,
[0020]
The
[0021]
The lens system 101 and the
[0022]
The
[0023]
The
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
The
[0029]
FIG. 4 shows an example of a specific configuration of the
[0030]
Further,
[0031]
The
[0032]
As described above, the case where the focus position is detected using the
[0033]
Next, an operation example regarding the automatic focusing of the
[0034]
FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of control by the
[0035]
Subsequently, the
[0036]
Here, the
(1) Sampling range of AF evaluation value when executing CCD-AF
FIG. 8 is a diagram for explaining a sampling range (moving range of the
[0037]
For example, in the case of setting Wide, small aperture, or low pixel number that can be accurately handled even by the external AF, the
[0038]
It should be noted that the expansion rate of the sampling range may be increased as the temperature becomes higher or as the temperature becomes lower, so that the in-focus position can be detected with high accuracy even when the temperature change from room temperature is large. Can be done.
{Circle over (2)} The range of the AF area on the light receiving surface of the
FIG. 9 is a diagram for explaining an AF area (an area for acquiring an AF evaluation value) on the light receiving surface of the
[0039]
For example, in the case of Wide in which the occupied area of the subject on the shooting screen is considered to be small, the
(3) Sampling interval when executing CCD-AF
FIG. 10 is a diagram for explaining the sampling interval of the AF evaluation value with respect to the movement amount of the
[0040]
For example, at a focal length with a large depth of focus, the
(4) Sampling start position when executing CCD-AF
Due to the general temperature characteristics of the lens barrel, the focal point of the
[0041]
It should be noted that the shift amount (shift amount) of the sampling start position may be increased as the temperature becomes higher or as the temperature becomes lower. Can be detected with high accuracy.
[0042]
In the
[0043]
Then, the
[0044]
When the sampling is completed over the entire sampling range, the
[0045]
FIG. 11 is a diagram for explaining the above operation examples collectively. The vertical axis indicates the contrast (AF evaluation value), and the horizontal axis indicates the lens position (closest to infinity). First, the
[0046]
According to the present embodiment, after the
[0047]
In addition, since the sampling conditions are set according to the temperature measured by the
[0048]
Further, since the
[0049]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified and executed without changing the gist of the invention. For example, in this embodiment, an example in which the automatic focusing device is applied to a digital camera has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to portable information terminal devices such as PDAs and personal computers. It is.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, after the focus lens is moved to the vicinity of the focus position obtained by the first focus position detection means, the focus position is moved by the second focus position detection means. Since the in-focus position is obtained by performing sampling in a range including the vicinity, and this position is finally detected as the in-focus position, the in-focus position can be specified accurately in a short time. That is, the distance to the subject is measured at high speed by the first focus position detection means based on triangulation, and the focus position is temporarily grasped. Then, the approximate focus position is obtained by the second focus position detection means. By sampling only in the vicinity of the focus position and determining the focus position with high accuracy, the focus position can be accurately detected in a short time.
[0051]
In particular, according to the second aspect of the present invention, since the sampling condition is set according to the temperature measured by the temperature measuring means, the in-focus position can be detected with high accuracy even in a high or low temperature environment.
[0052]
According to the third aspect of the present invention, the sampling condition is set in accordance with the focal length or the F-number of the lens system or the number of recording pixels of the image pickup means. The specific sampling conditions for this purpose include, as in the invention according to
[0053]
Further, according to the invention according to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a digital camera according to an embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a relationship between the pulse number Zp of a pulse motor (18 motor divisions) and a lens extension amount (mm) of a zoom lens system;
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a relationship between a shooting distance (1 / L) and a lens extension amount (mm) of a zoom lens system when a zoom position is Wide to Tele.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a specific configuration of the IPP of FIG. 1;
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of the external AF sensor of FIG. 1;
FIG. 6 is a diagram for explaining a principle of distance measurement of an external AF sensor.
FIG. 7 is a flowchart illustrating an operation example regarding AF of the digital camera.
FIG. 8 is a diagram for explaining a sampling range when executing CCD-AF.
FIG. 9 is a diagram for explaining an AF area on a light receiving surface of a CCD.
FIG. 10 is a diagram illustrating a sampling interval of an AF evaluation value with respect to a movement amount of a focus lens system of a CCD-AF.
FIG. 11 is a diagram for explaining the operation example of FIG. 7;
FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of a conventional CCD-AF method.
FIG. 13 is an explanatory diagram showing another example of the conventional CCD-AF method.
[Explanation of symbols]
100 digital camera
101 lens system
101a Focus lens system
101b Zoom lens system
103 CCD (imaging means)
107 IPP
121 CPU
136 External AF sensor
137 Temperature sensor
Claims (6)
前記被写体像を前記受光面に結像させるフォーカスレンズを含むレンズ系と、
被写体までの距離を三角測量に基づいて測定し、前記レンズ系の合焦位置を求める第1の合焦位置検出手段と、
前記フォーカスレンズ又は前記撮像手段を光軸に沿って移動させながら前記受光面に結像した被写体像のコントラストをサンプリングし、前記レンズ系の合焦位置を求める第2の合焦位置検出手段とを備え、
前記第1の合焦位置検出手段により求められた合焦位置近傍へ前記フォーカスレンズを移動させた後、前記第2の合焦位置検出手段により前記合焦位置近傍を含む範囲でサンプリングを行うことによって合焦位置を求め、この位置を最終的な合焦位置として検出することを特徴とする自動合焦装置。Imaging means for imaging a subject image formed on a light receiving surface;
A lens system including a focus lens that forms the subject image on the light receiving surface;
First focus position detection means for measuring a distance to a subject based on triangulation to obtain a focus position of the lens system;
A second focusing position detecting unit that samples a contrast of a subject image formed on the light receiving surface while moving the focusing lens or the imaging unit along an optical axis and obtains a focusing position of the lens system. Prepare,
After moving the focus lens to the vicinity of the focus position obtained by the first focus position detection means, sampling is performed by the second focus position detection means in a range including the vicinity of the focus position. An automatic focusing device for determining a focusing position by using the same, and detecting this position as a final focusing position.
前記第2の合焦位置検出手段によるサンプリングのサンプリング条件が、前記測温手段による測温結果に応じて設定されることを特徴とする請求項1に記載の自動合焦装置。Equipped with temperature measuring means for measuring temperature,
2. The automatic focusing apparatus according to claim 1, wherein sampling conditions for sampling by the second focus position detection unit are set according to a temperature measurement result by the temperature measurement unit. 3.
前記第2の合焦位置検出手段によるサンプリングのサンプリング条件が、前記撮像条件判断手段による判断結果に応じて設定されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の自動合焦装置。An imaging condition determination unit that determines a focal length or an F value of the lens system or the number of recording pixels of the imaging unit,
The automatic focusing device according to claim 1, wherein a sampling condition of sampling by the second focus position detecting unit is set according to a determination result by the imaging condition determining unit.
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