JP2001166200A

JP2001166200A - 自動合焦機能付き電子カメラ

Info

Publication number: JP2001166200A
Application number: JP34895899A
Authority: JP
Inventors: Akira Inoue; 晃井上
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1999-12-08
Filing date: 1999-12-08
Publication date: 2001-06-22

Abstract

(57)【要約】【課題】コントラストＡＦにおける山登りステップ数が
理論上多くなる場合であっても、実際に必要な移動ステ
ップ数を低減させて合焦時間の短縮を図る。【解決手段】ＣＣＤ１７により被写体を撮影して画像を
記録媒体２６に記録する電子カメラにおいて、補助光発
光部１８による照明時及び非照明時における被写体から
のそれぞれの反射光強度の関係を示す光強度情報と、撮
影可能な最短被写体距離と無限遠との間を分割した複数
の距離範囲（ゾーン）との対応関係をゾーン情報記憶部
４３に保持しておき、ＡＦ制御部４２によりＣＣＤ１７
の出力から補助光発光部１８による照明時及び非照明時
における被写体からのそれぞれの反射光強度を実際に取
得して光強度情報を求め、この光強度情報からゾーン情
報記憶部４３に記憶された対応関係に基づき求められた
ゾーンにおいてコントラストＡＦによる自動合焦動作を
行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子によ
り被写体を撮影して画像を記録媒体に記録する電子カメ
ラに係り、特に自動合焦機能付き電子カメラに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電子カメラや銀塩カメラにおい
ては、自動合焦制御手段（オートフォーカス機構、以下
ＡＦ機構という）が広く用いられている。ＡＦ機構には
幾つかの方式があるが、電子カメラにおいては一般的に
コントラストＡＦと呼ばれる方式が使用される。ＣＣＤ
イメージセンサ等の固体撮像素子からの出力をコントラ
スト値算出にそのまま利用できるからである。コントラ
ストＡＦ方式では、画像のコントラスト値を算出しつ
つ、フォーカスレンズの位置をステップ的にずらしてゆ
き、最大のコントラスト値が得られたレンズ位置を合焦
点とする山登りＡＦ方式が採用されている。

【０００３】このコントラストＡＦ方式では、固体撮像
素子の受光面において十分な輝度が得られない場合に
は、コントラスト値の差が得られにくく、山登りＡＦを
行うことができない。これに対し、遠い距離にある輝度
の低い被写体についても正確な合焦動作を行うことがで
きる技術が特開平９―３１２７９７号公報に開示されて
いる。

【０００４】特開平９―３１２７９７号では、被写体を
照らす補助光を投光した場合と補助光を投光しない場合
の被写体輝度の差を測定し、この差が大きい場合には通
常の山登りＡＦを行い、この差が小さいときには被写体
が遠方にあると判断して、フォーカスレンズを無限遠の
位置に移動させるようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】最近の電子カメラの高
性能化はめざましく、高倍率ズーム機能やマクロ撮影機
能を備えた機種も増えてきている。ズーム比が大きくな
り、焦点距離が長くなってくると、フォーカスレンズを
移動させなければならない距離が長くなる。このため、
山登りＡＦを行うためのフォーカスレンズの移動ステッ
プ数も増やす必要がある。

【０００６】図５は、ズーム比を小さくして広角にした
場合とズーム比を大きくして望遠にした場合におけるそ
れぞれのフォーカスレンズの移動範囲を示す図である。
また図６は、被写体距離の逆数とフォーカスレンズの繰
り出し量との関係をズーム比をパラメータとして示した
図である。

【０００７】図５及び図６によれば、ズーム比を大きく
して焦点距離を長くするほど、フォーカスレンズの最大
繰り出し量が大きくなっていくことがわかる。これは、
フォーカスレンズの繰り出し量Ｋと被写体距離ｌとレン
ズ焦点距離ｆとの間にＫ＝ｆ ²／ｌの関係が成り立つた
めである。特に、繰り出し量は焦点距離の二乗に比例す
る。

【０００８】図６の例では、ズーム比１のとき、被写体
距離が無限遠から５０ｃｍまでに対応して８ステップの
山登り移動を行うフォーカスレンズ系を考えている。こ
れによると、ズーム比が５のときには最大２００ステッ
プの山登り移動を行う必要があり、ズーム比が１０のと
きには最大８００ステップの山登り移動を行う必要があ
る。

【０００９】このように焦点距離を長くし、被写体距離
を短くしていくと、山登りＡＦの移動ステップ数は劇的
に増えてしまい、コントラストＡＦにおける合焦時間の
長時間化が深刻な問題となってくる。

【００１０】ここで、上記した特開平９―３１２７９７
号は、被写体輝度差が十分にあるときには単なる山登り
ＡＦを行うに過ぎず、移動ステップ数の増加、ひいては
合焦時間の長時間化という問題には対応することができ
ない。

【００１１】本発明は、このような事情を考慮してなさ
れたもので、コントラストＡＦにおける山登りステップ
数が理論上多くなる場合であっても、実際に必要な移動
ステップ数を低減させ、ひいては合焦時間の長時間化を
防止することができる自動合焦機能付き電子カメラを提
供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は被写体を照明したときの反射光強度を測定
することによって概略的な被写体距離を予測し、この予
測した被写体距離を含む距離範囲から優先的にコントラ
ストＡＦによる自動合焦動作を開始することによって、
合焦時間を短縮させるようにしたことを骨子とする。

【００１３】すなわち、本発明に係る自動合焦機能付き
電子カメラは、被写体を照明する照明手段と、前記被写
体の自動合焦対象領域における反射光強度を測定する測
定手段と、前記照明手段による照明時及び非照明時にお
ける前記反射光強度の関係を示す光強度情報と、撮影可
能な最短被写体距離と無限遠との間を分割した複数の距
離範囲との対応関係を保持する記憶手段と、前記測定手
段から前記照明手段による照明時及び非照明時における
前記反射光強度を取得して前記光強度情報を求めるとと
もに、該光強度情報から前記記憶手段に記憶された前記
対応関係に基づいて求められた距離範囲においてコント
ラストＡＦによる自動合焦動作を行う自動合焦制御手段
とを備えたことを特徴とする。

【００１４】コントラストＡＦ（山登りＡＦ）における
ＡＦステップ数（フォーカスレンズの移動ステップ数）
は、焦点距離の二乗及び被写体距離の逆数に比例する。
従って、高倍率ズーム機能を有する電子カメラにおいて
は、特に被写体距離が近い場合にＡＦステップ数が激増
する。そこで、本発明では被写体距離に対応してＡＦス
テップを行う範囲を幾つかの距離範囲（ゾーン）に分割
し、最も合焦する可能性の高いゾーンからＡＦを行わせ
るようにしたことにより、無限遠から撮影可能な最短距
離までＡＦステップ数が多い場合でも、効率的に、すな
わち短時間で合焦位置を探し出すことができる。

【００１５】具体的には、自動合焦制御手段において前
記光強度情報との相関が最も高い距離範囲から自動合焦
動作を開始し、該距離範囲において合焦できない場合に
は該距離範囲により近い距離範囲から順番に自動合焦動
作を行うようにすることによって、効率的に合焦を行う
ことができる。

【００１６】また、自動合焦制御手段は前記照明手段に
よる照明時及び非照明時における前記被写体からのそれ
ぞれの反射光強度の差を前記光強度情報として算出する
ことを特徴とする。被写体からの反射光の減衰は被写体
距離の二乗に反比例するので、非照明時の反射光強度を
引いてバイアスを落とせば、光強度情報と距離範囲の位
置との間に高い相関が得られ、相関に基づく自動合焦動
作開始の距離範囲の決定に有効であるさらに、自動合焦
手段においては、前記照明手段による照明時及び非照明
時における前記被写体からのそれぞれの反射光強度の比
を前記光強度情報として算出するようにしてもよい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係
る自動合焦機能付き電子カメラのシステム構成を示すブ
ロック図である。図示しない被写体からの光は、レンズ
系１０、絞り１５及びシャッタ１６を経てＣＣＤ二次元
イメージセンサを用いた固体撮像素子（以下、単にＣＣ
Ｄという）１７に入射し、これによりＣＣＤ１７の撮像
面上に被写体の画像が結像される。

【００１８】レンズ系１０は、ズームレンズ１１とフォ
ーカスレンズ１２とからなり、ズームレンズ１１はズー
ム機構１３によって駆動され、フォーカスレンズ１２は
ＡＦ（自動合焦）機構１４によって光軸方向に移動制御
される。一方、補助光発光部１８は自動合焦のために被
写体を照明するためのものであり、この補助光発光部１
８からの補助光はレンズ１９を介して被写体に照射され
る。

【００１９】ＣＣＤ１７は、画素と呼ばれる光電変換素
子（例えばフォトダイオード）を二次元のマトリクス状
に配列して撮像面を構成し、さらに撮像面上にカラーフ
ィルタを配置したものであり、図示しないＣＣＤドライ
バによって駆動されることより、撮像面に結像された被
写体画像に対応した信号電荷を蓄積する。撮像面に蓄積
された信号電荷は、シャッタ１６が閉じられた状態でＣ
ＣＤ１７から電気信号として読み出される。

【００２０】ＣＣＤ１７からの出力信号はＡＥ（自動露
光制御）、読み出し、素子シャッタ制御及びｓＣＣＤ電
力供給オン・オフ制御等の処理を行う撮像回路２０に入
力され、この撮像回路２０から画像信号として出力され
る。この画像信号は、Ａ／Ｄ変換器２１及び写真用の静
止画像データへの変換（ガンマ変換、色変換）等を行う
画像処理部２２を経てバッファメモリ２３に入力され、
このバッファメモリ２３に一画面分の画像データが一旦
格納される。

【００２１】また、撮影時に画像処理部２０から出力さ
れるスルー画像データは、ＶＲＡＭ（ビデオＲＡＭ）２
７及び液晶制御部２８を経て小型液晶パネルからなる覗
き込み型ＥＶＦ（電子ビューファインダ）２９に供給さ
れ、このＥＶＦ２９でスルー画像が表示される。撮影者
は、ＥＶＦ２９を覗き込んで撮影条件等を設定し、撮影
を行う。なお、覗き込み型ＥＶＦ２９に代えて覗き込み
型ＯＶＦ（光学式ビューファインダ）を用いてもよい。
ＯＶＦを用いる場合には、後述するフレームレート変更
の問題は生じない。

【００２２】バッファメモリ２３に格納された画像デー
タを保存するときには、バッファメモリ２３から読み出
された画像データが圧縮／伸長部２４によって例えばＪ
ＰＥＧ方式で圧縮された後、光磁気ディスクドライブ装
置２５に入力され、記録媒体である光磁気ディスク２６
に記録画像データとして書き込まれる。

【００２３】この記録画像データを再生する時には、光
磁気ディスクドライブ装置２５により光磁気ディスク２
６から読み出された画像データが圧縮／伸長部２４によ
って伸長された後、バッファメモリ２３に一旦格納さ
れ、ＶＲＡＭ３０及び液晶制御部３１を経て背面液晶パ
ネル３２に供給されることにより、背面液晶パネル３２
によって表示される。

【００２４】システムコントローラ４０は、各種の操作
信号、つまりレリーズボタン３３、操作キー３４及びズ
ームボタン３５等からの操作信号を受け付け、電子カメ
ラ内の各部、すなわちズーム機構１３、ＡＦ機構１４、
絞り１５、シャッタ１６、補助光発光部１８、撮像回路
２０、画像処理部２２、圧縮／伸長部２４及び表示制御
部２８，３１その他の制御を行う。このシステムコント
ローラ４０には、本発明に関係する要素としてズーム制
御部４１、ＡＦ制御部４２及びゾーン情報記憶部４３が
設けられている。

【００２５】ズーム制御部４１は、ズームボタン３５か
らの入力に従ってズームレンズ１１のズーム比が変更さ
れるようにズーム機構１３を制御し、また変更したズー
ム比をＡＦ制御部４２に与える。なお、本実施形態では
ズーム比１で焦点距離９．２ｍｍであり、１０倍ズーム
（ズーム比１０で焦点距離９２ｍｍ）を採用するものと
する。ＣＣＤ１７には、対角２／３インチの素子を用い
ている。この仕様は、３５ｍｍフィルムを使用する銀塩
カメラで考えれば、焦点距離３６ｍｍ〜３６０ｍｍに相
当する。

【００２６】ＡＦ制御部４２は、Ａ／Ｄ変換器１７から
の画像データに基づいて被写体におけるＡＦ対象領域の
コントラスト評価値を算出しつつ、山登りＡＦを行う。
すなわち、ＡＦ制御部４２ではレンズ系１０におけるフ
ォーカスレンズ１１を移動させつつ、ＡＦ対象領域のコ
ントラスト評価値を算出し、そのコントラスト評価値を
ＡＦ評価値とし、この値が最大となる位置を探して合焦
位置とする。さらに、ＡＦ制御部４２は補助光発光部１
８のオン・オフ制御も行う。ゾーン記憶部４３について
は、後述する。

【００２７】次に、図２、図３及び図４を参照して本実
施形態におけるＡＦ処理の手順について説明する。本実
施形態においては、山登りＡＦを行う範囲が撮影可能な
最短被写体距離（０．５ｍ）と無限遠との間で４つのＡ
Ｆ移動範囲（ａゾーン、ｂゾーン、ｃゾーン及びｄゾー
ン）に分割されている。図２及び図３は、それぞれズー
ム比が１０の場合及び５の場合の各ゾーンにおけるＡＦ
ステップ範囲を示している。また、図４はＡＦ制御部４
２によるＡＦ処理の流れを示すフローチャートである。

【００２８】ＡＦ制御部４２は、最初に選択されたいず
れかのゾーンで山登りＡＦを行い、そのゾーンで合焦が
できなければ、最初のゾーンに近いゾーンから順番に山
登りＡＦによる合焦処理を行うように構成されている。

【００２９】まず、ステップＳ１においてズームボタン
３５の操作によりズーム比変更動作がなされた後、ズー
ム比が決定されたか否かを例えばズームボタン３５が一
定時間以上押されないか否かにより判断する（ステップ
Ｓ２）。

【００３０】ズーム比が決定されると、被写体のＡＦ対
象領域（合焦対象領域）からの反射光強度Ｉ_０を測定す
る（ステップＳ３）。次に、補助光発光部１８を駆動し
て補助光を発光させ（ステップＳ４）、この状態で同様
に被写体のＡＦ対象領域からの反射光強度Ｉ_ｘを測定す
る（ステップＳ５）。

【００３１】これらの反射光強度Ｉ_ｘ，Ｉ_０の測定に
は、本実施形態ではＣＣＤ１７が用いられ、ＣＣＤ１７
のＡＦ対象領域における出力値（この出力値に対応する
Ａ／Ｄ変換器２１の出力値）が反射光強度の測定値とし
て用いられる。

【００３２】次に、これら補助光発光部１８の発光時
（被写体の照明時）と非発光時（被写体の非照明時）に
おける被写体からの反射光強度Ｉ_ｘ，Ｉ_０の差ΔＩ（＝
Ｉ_ｘ−Ｉ_０）を算出する（ステップＳ６）。ゾーンの選
択は、この反射光強度差ΔＩに基づいて行われる。

【００３３】ゾーン情報記憶部４３には、各ゾーンにお
いて反射光強度差ΔＩがどの範囲（ＡＦ移動範囲）とな
るかの情報（ゾーン情報という）がテーブルとして記憶
されている。このゾーン情報は図２及び図３に示すよう
に、ａゾーン：０≦ΔＩ＜Ｉ１、ｂゾーン：Ｉ１≦ΔＩ
＜Ｉ２、ｃゾーン：Ｉ２≦ΔＩ＜Ｉ３、ｄゾーン：Ｉ３
≦ΔＩである。

【００３４】ＡＦ制御部４２は、反射光強度差ΔＩとゾ
ーン情報からＡＦ対象ゾーンとして基準となる基準ゾー
ンを決定する（ステップＳ７）。ＡＦ処理に際しては、
まずこの基準ゾーンを指定ゾーンとし（ステップＳ
８）、この指定ゾーンにおいてズーム比に対応した山登
りＡＦを行う（ステップＳ９）。

【００３５】次に、指定ゾーンで合焦か否か（合焦点が
見つかったか否か）を判定し（ステップＳ１０）、合焦
点が見つからなければ基準ゾーンにより近い他のゾーン
を新たな指定ゾーンとし（ステップＳ１１）、この後ス
テップＳ９において再び山登りＡＦを行う。そして、ス
テップＳ１０で合焦と判定されるまで、ステップＳ９〜
Ｓ１１の処理を繰り返す。

【００３６】図２、図３及び図６に示したように、ズー
ム比（具体的には焦点距離）が異なると、必要なＡＦス
テップ数が異なる。本実施形態では、ズーム比１で８ス
テップ、ズーム比５で２００ステップ、ズーム比１０で
８００ステップである。従って、ＡＦ制御部４２は図２
及び図３に示すように、ズーム制御部４１から与えられ
たズーム比に基づき、各ゾーンにおけるステップ数を決
定し、ズーム比に対応したステップ数となるように各ゾ
ーンでの山登りを制御する（ステップＳ９）。

【００３７】このように本実施形態の電子カメラによれ
ば、１０倍以上の高倍率ズームを用い、かつ５０ｃｍ程
度のマクロ撮影を行うような場合であっても、コントラ
ストＡＦにおける事実上の山登りステップ数を少なくし
て、効率的で高速なＡＦ処理を行うことができる。

【００３８】なお、上記実施形態ではゾーン分けのため
の基準として、補助光発光部１８による照明時と非照明
時における被写体からの反射光強度Ｉ_ｘ，Ｉ_０の差ΔＩ
を用いたが、これに代えてＩ_ｘとＩ_０の比を用いてもよ
い。

【００３９】また、記録媒体としては光磁気ディスクに
代えて、磁気ディスク（フロッピーディスク、ハードデ
ィスク）、相変化ディスク、半導体メモリ（フラッシュ
メモリ）等を用いることもできる。さらに、ＥＶＦ用液
晶パネル及び背面液晶パネルに代えて、プラズマディス
プレイ、小型ブラウン管その他の各種の平面型ディスプ
レイ装置を用いてもよい。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の自動合焦
機能付き電子カメラによれば、被写体を照明したときの
反射光強度を測定することで概略的な被写体距離を予測
し、この予測した被写体距離を含む距離範囲から優先的
にコントラストＡＦによる自動合焦動作を開始すること
によって、コントラストＡＦにおける山登りステップ数
が理論上多くなる場合であっても、実際に必要な移動ス
テップ数を低減させ、ひいては合焦時間の長時間化を防
止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る自動合焦機能付き電
子カメラの構成を示すブロック図

【図２】同実施形態におけるズーム比が１０の場合の各
ゾーンにおけるＡＦステップ範囲を示す図

【図３】同実施形態におけるズーム比が５の場合の各ゾ
ーンにおけるＡＦステップ範囲を示す図

【図４】同実施形態におけるＡＦ処理手順を示すフロー
チャート

【図５】従来技術の問題点を説明するためのズーム比を
小さくして広角にした場合とズーム比を大きくして望遠
にした場合のそれぞれにおけるフォーカスレンズの移動
範囲を示す図

【図６】従来技術の問題点を説明するための被写体距離
の逆数とフォーカスレンズの繰り出し量との関係をズー
ム比をパラメータとして示す図

【符号の説明】

１０…レンズ系１１…ズームレンズ１２…フォーカスレンズ１３…ズーム機構１４…ＡＦ機構１６…シャッタ１７…ＣＣＤ（固体撮像素子）１８…補助光発光部１９…照明用レンズ２０…撮像回路２１…Ａ／Ｄ変換器２２…画像処理部２３…バッファメモリ２４…圧縮／伸長部２５…光磁気ディスクドライブ装置２６…光磁気ディスク２７，３０…ＶＲＡＭ２８，３１…表示制御部２９…覗き込み型電子ビューファインダ３２…再生用背面液晶パネル３３…レリーズボタン３４…操作キー３５…ズームボタン４０…システムコントローラ４１…ズーム制御部４２…ＡＦ制御部４３…ゾーン情報記憶部

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体撮像素子により被写体を撮影して画像
を記録媒体に記録する電子カメラにおいて、前記被写体を照明する照明手段と、前記被写体の自動合焦対象領域における該被写体からの
反射光強度を測定する測定手段と、前記照明手段による照明時及び非照明時における前記反
射光強度の関係を示す光強度情報と、撮影可能な最短被
写体距離と無限遠との間を分割した複数の距離範囲との
対応関係を保持する記憶手段と、前記測定手段から前記照明手段による照明時及び非照明
時における前記反射光強度を取得して前記光強度情報を
求めるとともに、該光強度情報から前記記憶手段に記憶
された前記対応関係に基づいて求められた距離範囲にお
いてコントラストＡＦによる自動合焦動作を行う自動合
焦制御手段とを備えたことを特徴とする自動合焦機能付
き電子カメラ。
【請求項２】前記自動合焦制御手段は、前記複数の距離
範囲のうち前記光強度情報との相関が最も高い距離範囲
から自動合焦動作を開始し、該距離範囲において合焦で
きない場合には該距離範囲により近い距離範囲から順番
に自動合焦動作を行うことを特徴とする請求項１記載の
自動合焦機能付き電子カメラ。
【請求項３】前記自動合焦制御手段は、前記照明手段に
よる照明時及び非照明時における前記反射光強度の差を
前記光強度情報として算出することを特徴とする請求項
１記載の自動合焦機能付き電子カメラ。
【請求項４】前記自動合焦制御手段は、前記照明手段に
よる照明時及び非照明時における前記反射光強度の比を
前記光強度情報として算出することを特徴とする請求項
１記載の自動合焦機能付き電子カメラ。