JP2006293009A - 自動焦点調節装置及び焦点調節方法 - Google Patents

Abstract

【課題】メモリ容量や回路規模を大きくすることなく、水平方向に高周波成分を持たない被写体に対するピント合わせを可能とする自動焦点調節装置及び焦点調節方法を提供すること。
【解決手段】Ａ／Ｄ変換回路７から出力されたデジタル映像信号は、輝度信号生成回路２２において輝度信号に変換される。この輝度信号は、輝度信号並べ替え回路２３において、ジグザグ状に走査した部分を少なくとも含むように走査されるように並べ替えられる。輝度信号並べ替え回路２３で並べ替えられた輝度信号は、バンドパスフィルタ２４に入力されてコントラスト値が抽出される。このコントラスト値に基づいて累積加算回路２５においてＡＦ評価値が演算される。
【選択図】図６

Description

本発明は、自動焦点調節装置及び焦点調節方法に関し、特に撮像素子を用いて焦点調節を行う自動焦点調節装置及び焦点調節方法に関する。

撮像素子にて得られる映像信号に含まれる高周波成分（高コントラスト部分）の電圧レベルが、ピントの状態に対応しているという性質に着目し、高周波成分の電圧レベルが最大となる位置にフォーカスレンズを駆動することにより、ピントを合わせるオートフォーカス方式が従来から知られている。このようなオートフォーカス方式は、「山登りサーボ方式」や「コントラスト方式」などと呼ばれている。

ここで、従来の山登りサーボ方式のフォーカシングでは、映像信号を水平方向に走査して高周波成分を抽出しているので、被写体が高コントラストであっても、横縞のように、水平方向に高周波成分を持たない被写体に対しては正確にピントを合わせることが困難である。

そこで、水平方向だけでなく、垂直方向の高周波成分を取り出せるようにして、水平方向に高周波成分を持たない被写体に対しても正しくピントを合わせることができるようにした提案が種々なされている。

例えば特許文献１では、メモリに格納された輝度信号を斜め４５度方向に読み出せるように、１ライン毎に所定位置の画素を読み出すようにしている。

また、特許文献２では、１フレームの画像を輝度信号に変換し、この輝度信号を画面の焦点検出領域の円の中心を通る弦の方向に走査してコントラスト値を算出するようにしている。

更に、特許文献３では、映像信号の水平方向の低域成分から垂直方向の高域成分を抽出するようにしている。
特開平６−３５０９０２号公報 特開２００２−３０３７８０号公報 特許第２８４３９８１号公報

ここで、特許文献１や特許文献２の手法は、水平方向と垂直方向の高周波成分を抽出できるが、そのためにはフォーカスエリア内の映像信号を全ライン分保持しなくてはならない。このため、メモリ容量が増大し、また映像信号の処理の時間も増大する。

また、特許文献３の手法は、回路が複雑になり、また垂直方向に取り出せる高周波成分も少ないためあまり大きな効果が望めない。

近年、デジタルカメラの小型化、低価格化が進む中でメモリやデバイスなどに制限があるシステムでは、回路の設計の難易度面及びコスト面で更に有効な技術が必要となる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、メモリ容量や回路規模を大きくすることなく、水平方向に高周波成分を持たない被写体に対するピント合わせを可能とする自動焦点調節装置及び焦点調節方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様による自動焦点調節装置は、被写体を撮像して映像信号を得る撮像手段と、前記撮像手段で得られた映像信号をデジタル映像信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段で得られたデジタル映像信号からジグザグ状に走査した部分を少なくとも含むように走査された輝度信号を生成し、この生成された輝度信号よりコントラスト値を取得するコントラスト取得手段と、前記コントラス取得手段で取得されたコントラスト値を累積加算してコントラスト評価値を演算する累積加算手段と、前記累積加算手段で演算されたコントラスト評価値が最大となる位置にフォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動手段とを具備することを特徴とする。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第２の態様による焦点調節方法は、被写体を撮像して映像信号を取得し、前記取得された映像信号をデジタル映像信号に変換し、前記変換されたデジタル映像信号から輝度信号を生成し、前記生成された輝度信号をジグザグ状に走査した部分を少なくとも含むように走査してコントラスト値を取得し、前記取得されたコントラスト値を累積加算してコントラスト評価値を演算し、前記演算されたコントラスト評価値が最大となる位置にフォーカスレンズを駆動することを特徴とする。

これら第１及び第２の態様によれば、ジグザグ状に走査した部分を少なくとも含むように走査された輝度信号から、コントラスト値の水平方向成分と垂直方向成分とを同時に取得することができる。

本発明によれば、メモリ容量や回路規模を大きくすることなく、水平方向に高周波成分を持たない被写体に対するピント合わせを可能とする自動焦点調節装置及び焦点調節方法を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る自動焦点調節装置を搭載したデジタルカメラの構成について示す図である。ここで、図１のデジタルカメラは、山登りサーボ方式の自動焦点調節を行うことが可能なカメラである。

図１においては、ＣＰＵ１は、デジタルカメラ内の各回路の制御を行う。また、このＣＰＵ１内部には、自動露光検出（ＡＥ）部１ａ、自動焦点検出（ＡＦ）部１ｂ、ＲＯＭ１ｃ、ＲＡＭ１ｄが設けられている。ＡＥ部１ａは露光量を演算するためのＡＥ評価値を演算する。ＡＦ部１ｂは山登りサーボＡＦを実行するためのＡＦ評価値を演算する。また、ＲＯＭ１ｃは、ＣＰＵ１によって実行される各種プログラムやデジタルカメラの各種調整データを格納している。ＲＡＭ１ｄは、ＡＥ部１ａやＡＦ部１ｂなどにおける各種演算結果を一時的に格納する。

また、図１において、絞り兼用のシャッタ２は、ＣＰＵ１によって制御されるシャッタ駆動回路３によって開閉可能に構成され、図示しない被写体からの光束の入射光量を調整したり、撮像素子６を遮光したりする。シャッタ２の後方には、レンズ群４が配置されている。このレンズ群４は、フォーカスレンズやズームレンズなどの複数のレンズから構成されており、シャッタ２を介して入射した光束を後方の撮像素子６に結像させる。また、レンズ群４の各レンズは、フォーカスレンズ駆動手段としてのズーム・フォーカス駆動回路５によってその光軸方向に駆動される。これにより、焦点調節制御やズーム制御が行われる。ズーム・フォーカス駆動回路５は、ＣＰＵ１によって制御される。

撮像素子６は、入射した光束の光量に応じた映像信号を画素毎にＡ／Ｄ変換回路７に出力する。Ａ／Ｄ変換回路７は、入力された映像信号をデジタル映像信号に変換し、変換したデジタル映像信号を、ＡＥ部１ａ、ＡＦ部１ｂ、画像処理部８にそれぞれ入力する。

画像処理部８は、画像の白バランスを補正するホワイトバランス処理や、ＲＧＢベイヤ信号を３板化する同時化処理、画像の階調補正を行う階調補正処理などの周知の画像処理を行い、更に画像処理したデジタル映像信号をＪＰＥＧ方式などの周知の方式で圧縮処理する。そして、画像処理部８は、圧縮処理したデジタル映像信号をメモリカード９などの記録媒体に記録する。また、画像メモリ１０は、画像処理部８における各種画像処理の際のバッファメモリとして設けられている。

また、表示部１１は、画像処理部８において画像処理された画像を表示する。なお、表示部１１は、ＡＦ時においては、焦点検出領域（ＡＦエリア）の表示も行う。

更に、画像処理部８で処理された画像は、インターフェイス（Ｉ／Ｆ）１２を介してデジタルカメラ外部のＰＣなどの装置に転送することもできるようになっている。

また、ＣＰＵ１には、操作キー１３が接続されている。この操作キーは図１のデジタルカメラの各種操作キーであり、ユーザによって操作キー１３が操作されると、その操作状態に応じた信号がＣＰＵ１に入力される。この入力された信号の内容に応じてＣＰＵ１は、各種処理を実行する。

更に、ＣＰＵ１には、ストロボ回路１４が接続されている。ＣＰＵ１は、露光時に被写体が暗い場合などにはストロボ回路１４から被写体に補助光を照射するような制御を行う。

また、ＣＰＵ１には、電源回路１５が接続されている。この電源回路１５は、例えばＡＣ／ＤＣコンバータ等から構成されており、図示しないバッテリの電源を各回路において使用される直流電力に変換した後、図１の各回路に供給する。

次に、第１の実施形態における焦点調節方法について説明する。図２は、ＡＦ処理の全体的な流れについて示すフローチャートである。このようなＡＦ処理はＣＰＵ１によって制御される。なお、図２のＡＦ処理は、山登りサーボ方式のＡＦ処理を想定している。

ＡＦ処理が開始されると、ＣＰＵ１は、デジタルカメラ内のＡＦ処理に係る各回路の初期設定を行う（ステップＳ１）。この初期設定において、ＣＰＵ１は、例えばＲＡＭ１ｄなどのメモリの保持データなどをリセットする。また、現在のフォーカスレンズ位置やシーンなどの諸条件に基づいてフォーカスレンズの駆動開始時の方向を決定する。更に、現在のフォーカスレンズ位置におけるＡＦ評価を取得する。ここで取得したＡＦ評価値が後の処理の基準値となる。

その次に、ＣＰＵ１は、ズーム・フォーカス駆動回路５を介してレンズ群４内部のフォーカスレンズを所定量駆動する（ステップＳ２）。次に、ＣＰＵ１は、ステップＳ２のフォーカスレンズ位置における撮像素子６の出力に基づいて、ＡＦ部１ｂにコントラスト評価値としてのＡＦ評価値を演算させる（ステップＳ３）。このＡＦ評価値の演算については後述する。

ステップＳ３でＡＦ評価値が演算された後、ＣＰＵ１は、演算されたＡＦ評価値がステップＳ１の初期設定時に得られた基準値よりも一定以上増加又は減少したか否かを判定する（ステップＳ４）。ステップＳ４の判定において、ＡＦ評価値が一定以上変化していない場合には、ステップＳ３に戻り、再度ＡＦ部１ｂにＡＦ評価値を演算させる。

一方、ステップＳ４の判定において、ＡＦ評価値が一定以上変化していた場合には、ステップＳ４をステップＳ５に分岐して、ＣＰＵ１はフォーカスレンズを駆動させる（ステップＳ５）。このとき、ＡＦ評価値が増加方向に変化していた場合には、フォーカスレンズを前回と同方向に駆動させる。一方、ＡＦ評価値が減少方向に変化していた場合には、フォーカスレンズを前回と逆方向に駆動させる。

フォーカスレンズを駆動させた後、再度ＡＦ部１ｂにＡＦ評価値を演算させる（ステップＳ６）。次に、ＣＰＵ１は、ステップＳ６で演算されたＡＦ評価値が前回得られたＡＦ評価値よりも増加したか否かを判定する（ステップＳ７）。ステップＳ７の判定において、ＡＦ評価値が増加していた場合には、ステップＳ５に戻り、フォーカスレンズを前回と同方向に駆動させる。

また、ステップＳ７の判定において、ＡＦ評価値が増加していない場合には、ステップＳ７をステップＳ８に分岐して、ＣＰＵ１は、ＡＦ評価値が一定以上減少したか否かを判定する（ステップＳ８）。ステップＳ８の判定において、ＡＦ評価値が一定以上減少していない場合には、ステップＳ５に戻り、フォーカスレンズを前回と同方向に駆動させる。

一方、ステップＳ８の判定において、ＡＦ評価値が一定以上減少している場合には、前回のＡＦ評価値がＡＦ評価値の最大値であるので、ステップＳ８をステップＳ９に分岐して、ＣＰＵ１は、ＡＦ評価値が最大となったフォーカスレンズ位置にフォーカスレンズを駆動させて（ステップＳ９）、ＡＦ処理を終了する。

このように、図３（ａ）に示すようにしてフォーカスレンズ位置を順次変更しながら、ＡＦ評価値の演算を行っていく。そして、図３（ｂ）のようにしてＡＦ評価値が最大となるフォーカスレンズ位置を検出して、そのフォーカスレンズ位置にフォーカスレンズを駆動する。即ち、ＡＦ評価値が最大となるフォーカスレンズ位置は、画像のコントラストが最も高くなる位置であり、検出したＡＦ評価値をもとに補間演算によって求められた位置を合焦位置であると考えることができる。

次に、ステップＳ３及びステップＳ６におけるＡＦ評価値の演算について説明する。図４は、ＡＦ評価値取得の流れについて示すフローチャートである。なお、ＡＥ時のＡＥ評価値もＡＦ評価値と略同様にして取得されるものである。ここではその詳細な説明については説明を省略する。

デジタル映像信号がＡＦ部１ｂに入力されると、ＡＦ部１ｂは、入力されたデジタル映像信号を輝度信号に変換する（ステップＳ２１）。映像信号を輝度信号に変換することにより、図５（ａ）のような色のある画像が、図５（ｂ）のような色の無い、階調のみの画像（つまり白黒画像）に変換される。なお、ＡＦ評価値は、図５（ａ）に示すＡＦエリア１００内の映像信号のみから求める。これは、演算時間の短縮のためと、主要被写体と背景被写体を分離して、主要被写体に関するＡＦ評価値のみを求めることができるようにするためである。このように主要被写体と背景被写体とを分離することにより、主要被写体と背景被写体とが混在するようなシーンにおいても正しく主要被写体に合焦させることが可能となる。

次に、ＡＦ部１ｂは、ステップＳ２１で得られた輝度信号をジグザグ状に並べ替える（ステップＳ２２）。この並べ替えについては後述する。次に、並べ替えがなされた輝度信号に対してローパスフィルタ（ＬＰＦ）処理を施して高周波雑音成分を除去する（ステップＳ２３）。その後、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）処理を施して画像の高周波成分、即ちコントラスト値を抽出する（ステップＳ２４）。ここで、ＨＰＦ処理においては所定の低域遮断周波数以下の輝度信号を除去する処理を行う。このようにしてコントラスト値を抽出することは図５（ｃ）のような画像の特徴部を抽出することに相当する。

ステップＳ２４でコントラスト値を抽出した後、抽出したコントラスト値を累積加算してＡＦ評価値を求める（ステップＳ２５）。

図６は、第１の実施形態におけるＡＦ評価値を求めるためのＡＦ部１ｂの構成について示す図である。図６に示すように、ＡＦ部１ｂは、ラインメモリ２１と、輝度信号生成回路２２と、輝度信号並べ替え回路２３と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２４と、累積加算回路２５とから構成されている。ここで、輝度信号生成回路２２と、輝度信号並べ替え回路２３と、バンドパスフィルタ２４でコントラスト取得手段を構成している。

Ａ／Ｄ変換回路７からＡＦ部１ｂには、図５（ａ）のＡＦエリア１００内のデジタル映像信号が入力される。ＡＦ部１ｂに入力されたデジタル映像信号は、ラインメモリ２１と輝度信号生成回路２２とにそれぞれ入力される。ラインメモリ２１は、入力されたデジタル映像信号を１ライン分だけ遅延して輝度信号生成回路２２に出力する。これにより、輝度信号生成回路２２には、遅延がなされていないデジタル映像信号と１ライン分遅延されたデジタル映像信号の２つのデジタル信号が入力されることになる。ここで、１画素分の輝度信号は、図７の破線枠で示す４画素分のデジタル映像信号毎にＹ＝αＲ＋βＧ＋γＢの演算を行うことにより求める。

図８は、映像信号から輝度信号への変換について説明するためのタイミングチャートである。図８に示すように、１画素分の輝度信号は、Ａ／Ｄ変換回路７から遅延がなされずに輝度信号生成回路２２に入力されたデジタル映像信号の２画素とラインメモリ２１を介して１ライン分遅延されて輝度信号生成回路２２に入力されたデジタル映像信号の２画素に対して上式の演算を行うことによって生成する。なお、上式において、輝度信号を求めるための係数は、例えばＮＴＳＣ信号の場合には、α＝０．３、β＝０．５９、γ＝０．１１となる。また、図７に示す４画素（ＲＧＢベイヤ配列）内にはＧ成分が２画素あるので、Ｇ成分については２画素の平均値を用いるようにする。

輝度信号生成回路２２で生成された輝度信号は、輝度信号並べ替え回路２３に入力される。輝度信号並べ替え回路２３は、輝度信号生成回路２２から入力されてきた輝度信号をジグザグ状に走査した部分を少なくとも含むように走査できるように並べ替える。ここで、「ジグザグ状に走査した部分を少なくとも含むような走査」とは、図９のようにして輝度信号生成回路２２から入力されてきたＡＦエリア１０１内の輝度信号を、参照符号１０１ａに示すようにして垂直方向に所定の幅（図９の例では３）を持たせて斜め方向に走査することである。なお、ジグザグ状の走査を行う際には、ＡＦエリア１０１の上端及び下端とジグザグの極点の位置（ジグザグの上端及び下端）とを一致させるようにすることが好ましい。このようにすることにより、ＡＦエリアの表示位置とＡＦ評価値の検出範囲との一致度を高くすることができる。

次に、輝度信号の並べ替えを行う輝度信号並べ替え回路２３について説明する。図６において、輝度信号並べ替え回路２３は、遅延手段としての少なくとも１つのラインメモリ（図６ではラインメモリ２３ａ、２３ｂの２つ）と、輝度信号並べ替え手段としてのスイッチ２３ｃ及びスイッチング回路２３ｄとから構成されている。図６において、輝度信号生成回路２２の出力は、接点ａと、ラインメモリ２３ａを介して接点ｂと、ラインメモリ２３ｂを介して接点ｃと接続されている。これら接点ａ〜ｃはスイッチ２３ｃを介してスイッチング回路２３ｄに接続されている。スイッチング回路２３ｄの出力は、ＢＰＦ２４に接続されている。

ラインメモリ２３ａは、輝度信号生成回路２２から入力されてきた輝度信号を１ライン分遅延させて接点ｂに出力する。また、ラインメモリ２３ｂは、輝度信号生成回路２２から入力されてきた輝度信号を２ライン分遅延させて接点ｃに出力する。

スイッチング回路２３ｄは、図９のような並べ替えを行うように、スイッチ２３ｃの切り替えを行う。図１０は、スイッチング回路２３ｄのスイッチ切り替えについて説明するためのタイミングチャートである。

図１０に示すように、スイッチング回路２３ｄは、まずスイッチ２３ｃを接点ａに切り替えて参照符号１１１で示す輝度信号Ｙ（１，３）を読み出す。次に、スイッチング回路２３ｄは、スイッチ２３ｃを接点ｂに切り替えて参照符号１１２で示す輝度信号Ｙ（２，２）を読み出す。次に、スイッチング回路２３ｄは、スイッチ２３ｃを接点ｃに切り替えて参照符号１１３で示す輝度信号Ｙ（３，１）を読み出す。次に、スイッチング回路２３ｄは、スイッチ２３ｃを接点ｂに切り替えて参照符号１１４で示す輝度信号Ｙ（４，２）を読み出す。次に、スイッチング回路２３ｄは、スイッチ２３ｃを接点ａに切り替えて参照符号１１５で示す輝度信号Ｙ（５，３）を読み出す。

以後同様にして、スイッチング回路２３ｄが、スイッチ２３ｃを接点ａ、接点ｂ、接点ｃ、接点ｂ、接点ａ…の順で切り替えることにより、輝度信号が図９の参照符号１０１ｂで示す順序で輝度信号がＢＰＦ２４に入力される。

ＢＰＦ２４はローパスフィルタ（ＬＰＦ）とハイパスフィルタ（ＨＰＦ）とから構成されており、高周波雑音成分の除去と輝度信号からのコントラスト値の抽出とを行う。ＢＰＦ２４で得られたコントラスト値は、累積加算回路２５に入力される。累積加算回路２５は、コントラスト値を累積加算してＡＦ評価値を演算する。累積加算回路２５で演算されたＡＦ評価値に基づいてＣＰＵ１は、図２のステップＳ４や、ステップＳ７、ステップＳ７の処理を行う。

以上説明したように、第１の実施形態では、輝度信号がジグザグ状に走査できるように輝度信号の並べ替えを行うことで、コントラスト値の水平方向成分と垂直方向成分と同時に抽出することができる。これにより、水平方向に高コントラスト部分がないような被写体でも正しくピント合わせを行うことができる。

また、第１の実施形態は、ＡＦエリア内の全画素の読み出しを行う必要がないのでメモリの容量を節約することができる。

ここで、輝度信号をジグザグ状に読み出すためには、撮像素子の画素をジグザグ状に配置するようにしても良い。ただし、この場合には回路や素子に制約が生じる。これに対し第１の実施形態では撮像素子の画素配列を変更しなくとも良いので、回路規模を小さくすることができ、設計の自由度も損なわれない。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、輝度信号ではなくデジタル映像信号をジグザグ状に走査する例である。図１１は、第２の実施形態におけるＡＦ部１ｂにおけるＡＦ評価値を求めるための構成について示す図である。図１１に示すように、ＡＦ部１ｂは、デジタル映像信号並べ替え回路２６と、輝度信号生成回路２２と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２４と、累積加算回路２５とから構成されている。ここで、輝度信号生成回路２２は、輝度信号抽出手段に相当する。

第２の実施形態において、Ａ／Ｄ変換回路７の出力は、デジタル映像信号並べ替え回路２６に入力される。デジタル映像信号並べ替え回路２６は、遅延手段としての複数のラインメモリ２６ａ、２６ｂ、２６ｃと、デジタル映像信号並べ替え手段としてのスイッチ２６ｄと、スイッチング回路２６ｅとから構成されている。図１１において、Ａ／Ｄ変換回路７の出力は、接点ａと、ラインメモリ２６ａを介して接点ｂと、ラインメモリ２６ｂを介して接点ｃと、ラインメモリ２６ｃを介して接点ｄと接続されている。これら接点ａ〜ｄはスイッチ２６ｄを介してスイッチング回路２６ｅに接続されている。スイッチング回路２６ｅの出力は、ＢＰＦ２４に接続されている。

このようなデジタル映像信号並べ替え回路２６は、輝度信号生成回路２２においてジグザグ状に走査した部分を少なくとも含むように走査された輝度信号が生成されるようにデジタル映像信号の走査を行う。具体的には、図１２の参照符号２０１のようにして輝度信号生成回路２２に入力されてきたデジタル映像信号が、破線枠２０１ａで示すジグザグ状に走査できるような順序に並べ替える。これにより、図１２の参照符号２０１ｂのような輝度信号が生成される。

図１１において、ラインメモリ２６ａは、入力されたデジタル映像信号を１ライン分だけ遅延して接点ｂに出力する。また、ラインメモリ２６ｂは、入力されたデジタル映像信号を２ライン分だけ遅延して接点ｃに出力する。更に、ラインメモリ２６ｃは、入力されたデジタル信号を３ライン分だけ遅延して接点ｃに出力する。第１の実施形態よりもラインメモリの数が多いのは、輝度信号を生成するための１ライン遅延用のラインメモリ（図６のラインメモリ２１に相当する）が含まれているためである。

図１３は、デジタル映像信号の並べ替えについて説明するためのタイミングチャートである。第２の実施形態では、第１の実施形態とは異なり、図１３に示すように２画素毎にスイッチ２６ｄの切り替えが行われる。

図１３において、スイッチング回路２６ｅは、スイッチ２６ｄを接点ａに切り替えて参照符号２１１ａで示すデジタル映像信号Ｇ（１，４）と参照符号２１１ｂで示すデジタル映像信号Ｂ（２，４）の２画素分のデジタル映像信号を読み出す。次に、スイッチング回路２６ｅは、スイッチ２６ｄを接点ｂに切り替えて参照符号２１２ａで示すデジタル映像信号Ｒ（１，３）と参照符号２１２ｂで示すデジタル映像信号Ｇ（２，３）の２画素分のデジタル映像信号を読み出す。そして、これら読み出した４画素分のデジタル映像信号から輝度信号生成回路２２は、１画素分の輝度信号を生成する。

次の読み出しタイミングでは、スイッチング回路２６ｅは、スイッチ２６ｄの切り替えを行わずに参照符号２１２ｂで示すデジタル映像信号Ｇ（２，３）と参照符号２１２ｃで示すデジタル映像信号Ｒ（３，３）の２画素分のデジタル映像信号を読み出す。次に、スイッチング回路２６ｅは、スイッチ２６ｄを接点ｃに切り替えて参照符号２１３ａで示すデジタル映像信号Ｂ（２，２）と参照符号２１３ｂで示すデジタル映像信号Ｇ（３，２）の２画素分のデジタル映像信号を読み出す。

次の読み出しタイミングでは、スイッチング回路２６ｅは、スイッチ２６ｄの切り替えを行わずに参照符号２１３ｂで示すデジタル映像信号Ｇ（３，２）と参照符号２１３ｃで示すデジタル映像信号Ｂ（４，２）の２画素分のデジタル映像信号を読み出す。次に、スイッチング回路２６ｅは、スイッチ２６ｄを接点ｄに切り替えて参照符号２１４ａで示すデジタル映像信号Ｒ（３，１）と参照符号２１４ｂで示すデジタル映像信号Ｇ（４，１）の２画素分のデジタル映像信号を読み出す。

以後スイッチング回路２６ｅは、デジタル映像信号がジグザグ状に走査されるようにスイッチ２３ｃの切り替えを行うことにより、デジタル映像信号が図１２の順序で読み出されて順次輝度信号に変換される。なお、輝度信号生成回路以後の、ＢＰＦ２４と、累積加算回路２５の動作は、第１の実施形態で説明したものと同様である。

以上説明したように、第２の実施形態では、ジグザグ状に走査した部分を少なくとも含むように走査された輝度信号が生成されるようにデジタル映像信号の並べ替えを行うことで、第１の実施形態と同様の効果を達成することができる。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、ジグザグ状の走査の際のジグザグの形状を変更できるようにしたものである。なお、以下に説明する例は、第１の実施形態を例としているが、第３の実施形態の手法を第２の実施形態に適用することもできる。

まず、第３の実施形態では輝度信号の垂直方向の読み出し幅（Ｖ幅と称する）を変更することができる。例えば、Ｖ幅を２とした場合には、ジグザグの形状を図１４（ａ）に示す形状とすることができる。また、Ｖ幅を３とした場合にはジグザグの形状を図１４（ｂ）に示すような形状とすることができ、Ｖ幅を４とした場合にはジグザグの形状を図１４（ｃ）に示すような形状とすることができる。

また、第３の実施形態ではジグザグの勾配、即ち水平方向の読み出し幅（Ｈ幅と称する）と垂直方向読み出し幅（Ｖ幅）との比（Ｖ／Ｈ）を変更することもできる。例えば、Ｖ／Ｈを１とした場合には、ジグザグの形状を図１５（ａ）に示すような形状とすることができる。また、Ｖ／Ｈを３／４とした場合にはジグザグの形状を図１５（ｂ）に示すような形状とすることができ、Ｖ幅を４／３とした場合にはジグザグの形状を図１５（ｃ）に示すような形状とすることができる。

図１６は、図１４や図１５で示したようなジグザグの形状の変更を行うためのＡＦ部１ｂの構成の一例である。なお、図１６においては、ラインメモリ２１、輝度信号生成回路２２、累積加算回路２５の図示を省略している。

図１６において、図６と異なる点は、輝度信号並び替え回路２３内のラインメモリの数が異なる点と、走査決定部２３ｅが設けられている点である。

図１６のラインメモリは、ラインメモリ３３ａが１ライン遅延用のラインメモリであり、ラインメモリ３３ｂが２ライン遅延用のラインメモリであり、ラインメモリ３３ｃが３ライン遅延用のラインメモリであり、ラインメモリ３３ｄが４ライン遅延用のラインメモリである。このような４つのラインメモリを用いることにより、Ｖ幅を２〜５の間で変化させることができる。例えば、Ｖ幅を２にする場合には、ラインメモリ３３ａのみを使用し、Ｖ幅を４にする場合にはラインメモリ３３ａ、ラインメモリ３３ｂ、ラインメモリ３３ｃの３つのラインメモリを使用する。また、Ｈ幅はラインメモリ内の輝度信号の読み出し位置を変更することにより変更することができる。

また、垂直方向幅変更手段及び勾配変更手段としての走査決定部２３ｅは、撮影時のシーンモードに応じてスイッチング回路２３ｄの制御を行う。即ち、走査決定部２３ｅには、図１４や図１５で示したようなジグザグの形状が予め記憶されており、撮影時のシーンモードに応じてスイッチング回路２３ｄによるスイッチ２３ｃの切り替えを制御する。

ここで、撮影時のシーンモードは、例えばユーザによるシーンモード選択キー１３ａの操作によって設定される。なお、シーンモード選択キー１３ａは、図１の操作キー１３に含まれているものである。

例えば、山や海などは、水平方向のコントラスト成分が少ない傾向がある。そこで、風景を撮影するモードにおいては、ジグザグのＶ幅や勾配を大きくするようにして垂直方向のコントラスト成分を多く取得できるようにする。逆に、建造物などは垂直方向のコントラスト成分よりも水平方向のコントラスト成分のほうが多い傾向がある。そこで、建造物などを撮影するモードにおいては、ジグザグのＶ幅や勾配を小さくするようにして、水平方向のコントラスト成分を多く取得できるようにする。

以下、図１６の具体的な動作について説明する。例えば図１５（ｂ）のような読み出しを行う場合には、まず走査決定部２３ｅは、スイッチ２３ｃを接点ａに切り替えるようにスイッチング回路２３ｄに指示を送る。これにより、輝度信号Ｙ（１，３）を読み出す。次に走査決定部２３ｅは、スイッチ２３ｃを接点ｂに切り替えるようにスイッチング回路２３ｄに指示を送る。これにより、輝度信号Ｙ（２，２）と輝度信号Ｙ（３，２）を読み出す。次に走査決定部２３ｅは、スイッチ２３ｃを接点ｃに切り替えるようにスイッチング回路２３ｄに指示を送る。これにより、輝度信号Ｙ（４，１）を読み出す。次に走査決定部２３ｅは、スイッチ２３ｃを接点ｂに切り替えるようにスイッチング回路２３ｄに指示を送る。これにより、輝度信号Ｙ（５，２）と輝度信号Ｙ（６，２）を読み出す。次に走査決定部２３ｅは、スイッチ２３ｃを接点ａに切り替えるようにスイッチング回路２３ｄに指示を送る。これにより、輝度信号Ｙ（７，３）を読み出す。次に走査決定部２３ｅは、スイッチ２３ｃを接点ｂに切り替えるようにスイッチング回路２３ｄに指示を送る。これにより、輝度信号Ｙ（８，２）と輝度信号Ｙ（９，２）を読み出す。以下、同様のスイッチ切り替えを行うことにより、図１５（ｂ）のような読み出しが行われる。

ここで、図１６では１つの輝度信号並べ替え回路内に複数のラインメモリを設けて、Ｖ幅に応じて所定数のラインメモリを使用するようにしているが、図１７に示すように、シーンモードに応じた複数のＶ幅で輝度信号の走査を行うことができるように、複数の輝度信号並べ替え回路４３ａ〜４３ｃを設けるようにしても良い。この場合には、ＢＰＦを輝度信号並べ替え回路のＶ幅に応じて設けるようにすることもできる。図１７の例では、Ｖ幅が大きい輝度信号並べ替え回路４３ａに低域遮断周波数が低いＢＰＦ４４ａを接続し、Ｖ幅が中程度の輝度信号並べ替え回路４３ｂに低域遮断周波数が中程度のＢＰＦ４４ｂを接続し、Ｖ幅が小さい輝度信号並べ替え回路４３ｂには低域遮断周波数が低いＢＰＦ４４ｃを接続している。これらＢＰＦ４４ａ〜４４ｃにはそれぞれ別の累積加算回路４５ａ〜４５ｃに接続されている。

図１７に示す構成では、Ａ／Ｄ変換回路７から出力されたデジタル映像信号が輝度信号並べ替え回路４３ａ〜４３ｃにそれぞれ入力される。輝度信号並べ替え回路４３ａ〜４３ｃはそれぞれ異なるＶ幅で輝度信号の走査を行って、その結果を、後段のＢＰＦに出力する。ＢＰＦ４４ａ〜４４ｃでは個別に設定されている低域遮断周波数以下の成分の輝度信号を除去することにより、コントラスト値を取得する。

ここで、Ｖ幅が大きい場合には低周波成分から高周波成分までの幅広い輝度信号をＢＰＦに出力することができるので、ＢＰＦ４４ａの低域遮断周波数を低くして幅広いコントラスト値を取得できるようにしている。これに対し、Ｖ幅が小さい場合には、Ｖ幅が大きい場合よりも高周波成分を取り出しやすくなるので、ＢＰＦ４４ｃの低域遮断周波数を高くしている。このような構成により、より撮影時のシーンモードに適したコントラスト値の抽出を行うことができる。

それぞれのＢＰＦで得られたコントラスト値は、累積加算回路４５ａ〜４５ｃに入力される。累積加算回路４５ａ〜４５ｃは入力されたコントラスト値を累積加算してＡＦ評価値を演算する。累積加算回路４５ａ〜４５ｃの出力は、シーンモードなどに応じて選択的にＣＰＵ１に出力される。

以上説明したように、第３の実施形態によれば、撮影時のシーンモードに応じてジグザグの形状を変更することができ、撮影時の被写体の特性に合ったＡＦを行うことができる。

なお、Ｖ幅やジグザグの形状は図１４や図１５で示したものに限るものではないことは言うまでもないことである。例えば、Ｖ幅を増加させる場合には、それに応じてラインメモリを増加させれば良い。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

本発明の第１の実施形態に係る自動焦点調節装置を搭載したデジタルカメラの構成について示す図である。 ＡＦ処理の全体的な流れについて示すフローチャートである。 山登りサーボ方式のＡＦについて説明するための図である。 ＡＦ評価値取得の流れについて示すフローチャートである。 コントラスト値を抽出するまでの流れについて説明するための図である。 第１の実施形態におけるＡＦ評価値を求めるためのＡＦ部の構成について示す図である。 デジタル映像信号から輝度信号への変換について説明するための図である。 デジタル映像信号から輝度信号への変換について説明するためのタイミングチャートでる。 輝度信号のジグザグ状の走査について説明するための図である。 第１の実施形態におけるスイッチング回路の動作について説明するためのタイミングチャートである。 第２の実施形態におけるＡＦ評価値を求めるためのＡＦ部の構成について示す図である。 デジタル映像信号のジグザグ状の走査について説明するための図である。 第２の実施形態におけるスイッチング回路の動作について説明するためのタイミングチャートである。 第３の実施形態におけるＶ幅の変更の例について示した図である。 第３の実施形態における勾配の変更の例について示した図である。 第３の実施形態におけるＡＦ部の構成について示す図である。 第３の実施形態におけるＡＦ部の構成の変形例について示す図である。

符号の説明

１…ＣＰＵ、１ａ…自動露光検出部（ＡＥ部）、１ｂ…自動焦点検出部（ＡＦ）部、１ｃ…ＲＯＭ、１ｄ…ＲＡＭ、２…シャッタ、３…シャッタ駆動回路、４…レンズ群、５…ズーム・フォーカス駆動回路、６…撮像素子、７…Ａ／Ｄ変換回路、８…画像処理部、９…メモリカード、１０…画像メモリ、１１…表示部、１２…インターフェイス（Ｉ／Ｆ）、１３…操作キー、１３ａ…シーンモード選択キー、１４…ストロボ回路、１５…電源回路、２１…ラインメモリ、２２…輝度信号生成回路、２３…輝度信号並べ替え回路、２４…バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、２５…累積加算回路、２６…デジタル映像信号並べ替え回路

Claims (11)

1. 被写体を撮像して映像信号を得る撮像手段と、
   前記撮像手段で得られた映像信号をデジタル映像信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
   前記Ａ／Ｄ変換手段で得られたデジタル映像信号からジグザグ状に走査した部分を少なくとも含むように走査された輝度信号を生成し、この生成された輝度信号よりコントラスト値を取得するコントラスト取得手段と、
   前記コントラス取得手段で取得されたコントラスト値を累積加算してコントラスト評価値を演算する累積加算手段と、
   前記累積加算手段で演算されたコントラスト評価値が最大となる位置にフォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動手段と、
   を具備することを特徴とする自動焦点調節装置。
2. 前記コントラスト取得手段は、
   前記Ａ／Ｄ変換手段で得られたデジタル映像信号から輝度信号を生成する輝度信号生成手段と、
   前記輝度信号生成手段で生成された輝度信号を遅延させる少なくとも１つの遅延手段と、
   前記遅延手段で遅延された輝度信号と前記輝度信号生成手段で生成された輝度信号とから、輝度信号をジグザグ状に走査した部分を少なくとも含むように並べ替える輝度信号並べ替え手段と、
   前記輝度信号並べ替え手段でジグザグ状に走査した部分を少なくとも含むように並べ替えられた輝度信号を走査してコントラスト値を抽出するコントラスト抽出手段と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の自動焦点調節装置。
3. 前記輝度信号並べ替え手段は、前記遅延手段で遅延された輝度信号と前記輝度信号生成手段で生成された輝度信号とを選択的に前記コントラスト抽出手段に出力するスイッチング手段を含むことを特徴とする請求項２に記載の自動焦点調節装置。
4. 前記コントラスト取得手段は、
   前記Ａ／Ｄ変換手段で得られたデジタル映像信号を遅延させる少なくとも２つの遅延手段と、
   前記遅延手段で遅延された少なくとも２つのデジタル映像信号と前記Ａ／Ｄ変換手段で得られたデジタル映像信号とを、ジグザグ状に走査した部分を少なくとも含むように走査された輝度信号が得られるように並べ替えるデジタル映像信号並べ替え手段と、
   前記デジタル映像信号並べ替え手段で並べ替えられたデジタル映像信号を走査してジグザグ状に走査した部分を少なくとも含むように走査された輝度信号を抽出する輝度信号抽出手段と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の自動焦点調節装置。
5. 前記デジタル映像信号並べ替え手段は、前記遅延手段で遅延されたデジタル映像信号と前記Ａ／Ｄ変換手段で得られたデジタル映像信号とを選択的に前記輝度信号抽出手段に出力するスイッチング手段を含むことを特徴とする請求項４に記載の自動焦点調節装置。
6. 前記ジグザグ状に走査した部分を少なくとも含むような走査は、垂直方向に所定の幅を持たせて前記輝度信号又は前記デジタル映像信号を斜め方向に走査することであり、
   前記垂直方向の所定の幅を変更するための垂直方向幅変更手段を更に具備することを特徴とする請求項２又は４に記載の自動焦点調節装置。
7. 前記ジグザグ状に走査した部分を少なくとも含むような走査は、垂直方向に所定の幅を持たせて前記輝度信号又は前記デジタル映像信号を斜め方向に走査することであり、
   前記ジグザグ状の走査における勾配を変更するための勾配変更手段を更に具備することを特徴とする請求項２又は４に記載の自動焦点調節装置。
8. 前記垂直方向の幅又は前記勾配は、撮影時のシーンモードに応じて変更されることを特徴とする請求項６又は７に記載の自動焦点調節装置。
9. 前記コントラスト抽出手段にはハイパスフィルタが含まれており、
   前記ハイパスフィルタの低域遮断周波数は、前記垂直方向の幅又は前記勾配に応じて変更されることを特徴とする請求項６又は７に記載の自動焦点調節装置。
10. 前記コントラスト評価値を検出する検出領域を表示する表示手段を更に具備し、
    前記焦点検出領域の上端と下端は、ジグザグ状に走査した部分を少なくとも含むような走査における極点となる画素位置とそれぞれ一致することを特徴とする請求項１に記載の自動焦点調節装置。
11. 被写体を撮像して映像信号を取得し、
    前記取得された映像信号をデジタル映像信号に変換し、
    前記変換されたデジタル映像信号から輝度信号を生成し、
    前記生成された輝度信号をジグザグ状に走査した部分を少なくとも含むように走査してコントラスト値を取得し、
    前記取得されたコントラスト値を累積加算してコントラスト評価値を演算し、
    前記演算されたコントラスト評価値が最大となる位置にフォーカスレンズを駆動する、
    ことを特徴とする焦点調節方法。

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