JP2001305421A - オートフォーカス装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 現在の合焦状態が大きくボケた場合であって
も、良好なＡＦ動作を行うことが可能なオートフォーカ
ス装置を提供する。 【解決手段】 撮像素子２の出力から輪郭を抽出して、
その輪郭の強さ及び向きを検出するテンプレートマッチ
ング回路７と、撮像素子の相対的結像位置を所定量変化
させた前後において、前記テンプレートマッチング回路
７により検出された輪郭の強さ及び向きのレベル変動を
検出し、その変動パターンに基づいて、合焦点の方向を
推定する焦点制御装置１１とを備え、前記焦点制御装置
１１により推定された合焦点の方向に基づき、レンズ１
を駆動して合焦動作を行うものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像装置、カメラ
などに用いられるオートフォーカス装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来のオートフォーカス装置について、
図７及び図８とともに以下説明する。ここで、図７は従
来のオートフォーカス装置の構成を示すブロック図、図
８は従来のオートフォーカス装置の動作を説明するため
の説明図である。

【０００３】図７において、２５はレンズ、２６はレン
ズ２５により受光面上に結像している被写体を電気信号
に変換する撮像素子、２７は撮像素子２６からの電気信
号を増幅する前置増幅器、２８は前置増幅器２７からの
アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、
２９はＡ／Ｄ変換器２８の出力信号に対して、種々の処
理を施し、映像信号を出力するプロセス回路である。

【０００４】３０はプロセス回路２９から供給される映
像信号より、中高域周波数成分を検出する中高域周波数
成分検出回路、３１は中高域周波数成分検出回路３０で
検出された中高域周波数成分を検波する検波回路、３２
は検波回路３１で検波された中高域周波数成分を積分
し、ピント評価値を作成する積分回路である。

【０００５】３３は積分回路３２で作成されたピント評
価値に基づいて、合焦の判断を行い、レンズの移動方向
をレンズ駆動回路３４に出力する焦点制御装置、３４は
焦点制御装置３３からのレンズ移動方向に応じて、レン
ズ２５を駆動するレンズ駆動回路である。

【０００６】上記のように構成してなるオートフォーカ
ス装置において、一般的に、レンズ２５の位置と、撮像
素子２６出力を中高域周波数成分検出回路３０により抽
出した中高域成分を検波して得られるピント評価値との
関係は、図８に示すように、合焦フォーカスレンズ位置
を原点とした正規分布関数状の特性を示す。

【０００７】従って、現在の合焦状態が極端にボケた状
態でない場合、すなわち、図８中（Ａ）に示すように、
フォーカスレンズの位置が山の中腹以上である場合は、
フォーカスレンズを光軸方向に微小移動することによ
り、ピント評価値のレベルが変化する。それをもとに、
ピント評価値が増える方向にフォーカスレンズを制御す
るが可能である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のオートフォーカス装置においては、現在の合焦
状態が極端にボケた状態の場合、すなわち、図８（Ｂ）
に示すように、フォーカスレンズの位置が山の平坦な裾
野部分である場合は、フォーカスレンズの微小移動を行
っても、ピント評価値のレベル変化は得られず、ピント
評価値が増える方向にフォーカスレンズを制御すること
が出来ない。

【０００９】この状況で、ピント評価値のレベル変化が
現れる程度にフォーカスレンズを大きく移動させた場合
は、上記レベル変化が負であった場合、とりあえず動か
したフォーカスレンズの移動方向が真の合焦位置の方向
と反対であったとき、不自然な動作となる。このよう
に、極端にボケた状態からの山登りＡＦ動作は、正常動
作が期待できないという問題があった。

【００１０】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、現在の合焦状態が大きくボケた場合であって
も、良好なＡＦ動作を行うことが可能なオートフォーカ
ス装置を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本願の第１の発明は、撮
像素子の相対的結像位置を可変する光学系と、前記撮像
素子の出力から輪郭を抽出する輪郭抽出手段と、前記輪
郭抽出手段により抽出された輪郭の強さ及び向きを検出
する検出手段と、前記光学系により撮像素子の相対的結
像位置を所定量変化させた前後において、前記検出手段
により検出された輪郭の強さ及び向きのレベル変動を検
出し、その変動パターンを生成する生成手段と、前記生
成手段により生成された変動パターンに基づいて、合焦
点の方向を推定する推定手段とを備え、前記推定手段に
より推定された合焦点の方向に基づき、前記光学系を駆
動して合焦動作を行うことを特徴とする。

【００１２】本願の第２の発明は、前記輪郭抽出手段及
び前記検出手段に、パターンマッチング又はテンプレー
トマッチングを用いたことを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
乃至６とともに詳細に説明する。ここで、図１は本実施
形態のオートフォーカス装置の構成を示すプロック図、
図２は本実施形態のオートフォーカス装置の動作を説明
するための説明図である。

【００１４】また、図３及び図４は本実施形態のオート
フォーカス装置におけるテンプレートマッチング回路の
動作を説明するための説明図である。図５は本実施形態
のオートフォーカス装置におけるコアリング回路の動作
を説明するための説明図、図６は本実施形態のオートフ
ォーカス装置におけるリミッタ回路の動作を説明するた
めの説明図である。

【００１５】図１において、１はレンズ、２はレンズ１
により受光面上に結像している被写体を電気信号に変換
する撮像素子、３は前記撮像素子２からの電気信号を増
幅する前置増幅器、４は前置増幅器３からのアナログ信
号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、５はＡ／Ｄ
変換器４の出力信号に対して、種々の処理を施し、映像
信号を出力するプロセス回路である。

【００１６】６はプロセス回路５から供給される映像信
号を、水平走査期間分記憶して遅らせるためのラインメ
モリ、７はラインメモリ６からの映像信号より、輪郭の
強さと向きとを検出するテンプレートマッチング回路、
８はテンプレートマッチング回路７からの信号に含まれ
る不要な信号を除去するコアリング回路である。

【００１７】９はコアリング回路８からの信号のレベル
を制限するリミッタ回路、１０はリミッタ回路９からの
信号を積算し、ピント評価値として出力する積算回路、
１１は積算回路１０の出力により、レンズ駆動回路１２
を通してレンズ１が合焦点となるように制御する焦点制
御装置である。

【００１８】上記のように構成してなるオートフォーカ
ス装置においては、テンプレートマッチング回路７を用
いて、撮像素子２からの映像信号の輪郭の強さ及び向き
を検出し、これをコアリング回路８によりコアリング
し、リミッタ回路９により制約を受けた信号を、積算回
路１０で積算することにより、ピント評価値を得る。

【００１９】焦点制御装置１１は、このピント評価値よ
りレンズの合焦状態を判断し、レンズ駆動回路１２を制
御する。すなわち、テンプレートマッチングを用いた場
合は、映像信号の輪郭の強さ及び向きが得られるため、
合焦状態が極端にボケた状態の場合でも、ピント評価値
のレベル変化が得られる。これによって、合焦精度の高
いオートフォーカス動作を得ることが可能となる。

【００２０】ここで、焦点制御装置１１は、レンズ駆動
回路１２を介してレンズ１を動かす前のピント評価値
と、動かした後のピント評価値とを比較演算することに
より、変動パターンを生成するとともに、この変動パタ
ーンに基づいて、合焦点の方向を推定する。

【００２１】すなわち、この変動パターンにおいて、輪
郭の強さが大きくなる方向や、同一の輪郭の向きの数が
少なくなる方向を、合焦点の方向と推測することができ
る。これは、注目画素の輪郭の向きに対してその近傍画
素で同じ輪郭の向きとなる数、及び輪郭の強さが、ボケ
た状態と合焦状態とで異なるためである（ボケた状態で
は、同一の輪郭の向きの数が多くなり、輪郭の強さは弱
くなる）。

【００２２】さらに、本実施形態のオートフォーカス回
路の動作について、図２乃至図６を参照して詳細に説明
する。本実施形態における、レンズ１の位置と、積算回
路１０で得られるピント評価値との関係は、図２に示す
ように、合焦フォーカスレンズ位置を原点とした正規分
布関数状の特性を示す。

【００２３】テンプレートマッチング回路７では、注目
画素とその近傍画素のｎ×ｎ画素の範囲（ｎは３以上の
奇数）での輪郭を表す標準パターンを用意しておいて
（用意する標準パターンはｎの数により異なる）、プロ
セス回路７からの撮像信号とのパターンのマッチングを
行い、輪郭の強さと輪郭の向きとを検出する。

【００２４】テンプレートマッチング回路７の具体的動
作について、図３及び図４とともに説明する。ここで
は、３×３画素の場合を示しており、８個のマスクパタ
ーンを用意している。まず、各マスクパターン毎に映像
信号の注目画素とその近傍画素にマスクの値を乗じてそ
の和を取る。その中で最大の値を示すマスクの向きが輪
郭の向きで、その計算値（最大値）が輪郭の強さであ
る。

【００２５】例えば、図４（ａ）に示すような入力があ
った場合、マスクパターンａでは、 １×５０＋１×１００＋１×１００＋１×０＋(-２)×
８０＋１×１００＋(-１)×０＋(-１)×０＋(-１)×１
００＝９０ となる。

【００２６】これを、各マスクパターンｂ〜ｈについて
も計算した結果が、図４（ｂ）に示すとおりである。こ
の場合は、２９０が最大値であるので、輪郭の向きはｈ
で、輪郭の強さは２９０となる。

【００２７】また、コアリング回路８の動作について、
図５とともに説明する。コアリング回路８は、図５に示
すように、テンプレートマッチング回路７からの輪郭の
強さに対し、不感帯β部分を出力しないことにより、ノ
イズ等による誤差成分の除去を行う。尚、図５のＡ、Ｂ
はコアリングの処理例を示している。

【００２８】この他にも、注目画素の輪郭の向きと近傍
画素での向きに相関性が無く、輪郭の強さにも相関が無
い場合は、ノイズ等による誤差成分と考えられることを
利用して、ノイズ等による誤差成分の除去を行うことも
可能である。

【００２９】次に、リミッタ回路９の動作について、図
６とともに説明する。リミッタ回路９は、図６に示すよ
うに、コアリング回路８からの輪郭の強さを制限するこ
とにより、合焦位置付近でのピント評価値の大きさを制
限し、合焦位置近傍でのオートフォーカス装置の感度を
制限する。尚、図６のＣ、Ｄはリミッタの処理例です。

【００３０】この他にも、入力と出力との関係がγ特性
のような非線形処理を行うことにより、合焦位置近傍で
のオートフォーカス装置の感度を制限することができ
る。

【００３１】リミッタ回路９からの信号を積算回路１０
で積算した出力が、ピント評価値となり、焦点制御装置
１１に入力される。上述のとおり、レンズ１の位置と、
積算回路１０で得られるピント評価値との関係は、図２
に示すようになる。

【００３２】従って、合焦状態が極端にボケた状態でな
い場合、すなわち、図２（Ａ）に示すように、レンズ１
の位置が山の中腹以上である場合は、レンズ１を光軸方
向に微小移動することにより、ピント評価値のレベルが
変化する。それをもとに、ピント評価値が増える方向
に、焦点制御装置１１がレンズ１の移動を制御する。

【００３３】また、合焦状態が極端にボケた状態の場
合、すなわち、図２中（Ｂ）に示すように、レンズ１の
位置が合焦状態から大きく離れていても、レンズ１の微
小移動を行うことにより、ピント評価値のレベル変化を
得ることができ、ピント評価値が増える方向に、焦点制
御装置１１がレンズ１の移動を制御することが可能であ
る。

【００３４】以上のとおり、本実施形態のオートフォー
カス装置においては、輪郭の強さ（数値）が大きくなる
方向、及び同一の輪郭の向きの数が少なくなる方向を合
焦点の方向と推測しているため、合焦状態が極端にボケ
た状態でも、ピント評価値が得られるので、合焦精度の
高いオートフォーカス動作を実現することが可能であ
る。

【００３５】尚、上述の一実施形態においては、プロセ
ス回路５から供給される映像信号を、水平走査期間分記
憶して遅らせるためのラインメモリを設けたものについ
て説明したが、ラインメモリ６に代えて、映像信号を垂
直走査期間分記憶して遅らせるためのフィールドメモリ
を設けて構成しても良い。

【００３６】この場合、フィールドメモリを利用するの
で、テンプレートマッチング回路７、コアリング回路
８、リミッタ回路９、積算回路１０、焦点制御装置１１
の全てを、マイコン等によるソフトウエアで実行させる
ことも可能である。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、撮像素子からの信号に
おける輪郭の強さ及び向きのレベル変動に基づいて、合
焦点の方向を推定するため、現在の合焦状態が大きくボ
ケた場合であっても、良好なオートフォーカス動作を行
うことが可能となる。

【００３８】また、パターンマッチング又はテンプレー
トマッチングを用いて、輪郭の強さ及び向きを検出して
いるので、ソフトウエア処理にて対応することが可能で
あり、ハード構成の負担を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のオートフォーカス装置の一実施形態の
構成を示すプロック図である。

【図２】本発明のオートフォーカス装置の一実施形態の
動作を説明するための説明図である。

【図３】本発明のオートフォーカス装置の一実施形態に
おけるテンプレートマッチング回路の動作を説明するた
めの説明図である。

【図４】本発明のオートフォーカス装置の一実施形態に
おけるテンプレートマッチング回路の動作を説明するた
めの説明図である

【図５】本発明のオートフォーカス装置の一実施形態に
おけるコアリング回路の動作を説明するための説明図で
ある。

【図６】本発明のオートフォーカス装置の一実施形態に
おけるリミッタ回路の動作を説明するための説明図であ
る。

【図７】従来のオートフォーカス装置の構成を示すプロ
ック図である。

【図８】従来のオートフォーカス装置の動作を説明する
ための説明図である。

【符号の説明】

１ レンズ ２ 撮像素子 ３ 前置増幅器 ４ Ａ／Ｄ変換器 ５ プロセス回路 ６ ラインメモリ ７ テンプレートマッチング回路 ８ コアリング回路 ９ リミッタ回路 １０ 積算回路 １１ 焦点制御装置 １２ レンズ駆動回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像素子の相対的結像位置を可変する光
   学系と、 前記撮像素子の出力から輪郭を抽出する輪郭抽出手段
   と、 前記輪郭抽出手段により抽出された輪郭の強さ及び向き
   を検出する検出手段と、 前記光学系により撮像素子の相対的結像位置を所定量変
   化させた前後において、前記検出手段により検出された
   輪郭の強さ及び向きのレベル変動を検出し、その変動パ
   ターンを生成する生成手段と、 前記生成手段により生成された変動パターンに基づい
   て、合焦点の方向を推定する推定手段とを備え、 前記推定手段により推定された合焦点の方向に基づき、
   前記光学系を駆動して合焦動作を行うことを特徴とする
   オートフォーカス装置。
2. 【請求項２】 前記請求項１に記載のオートフォーカス
   装置において、 前記輪郭抽出手段及び前記検出手段に、パターンマッチ
   ング又はテンプレートマッチングを用いたことを特徴と
   するオートフォーカス装置。